基于物联网的建筑火灾预警系统

耿晓帅 孙世梅 王远航 傅贵

摘要：本文以信息化建筑火灾预警为研究方向，以物联网技术为基础，在建筑内各节点布设多种传感器，采集建筑火灾发生时当前环境的物理参数，包括温度、湿度、烟雾等。利用ZigBee模块，建立通信网络，实现节点和主机的通讯，终端的数据库接收传感器反馈的参数，在人机交互界面上显示，实现预警。

关键词：建筑;火灾预警;物联网;ZigBee

中图分类号：TU892 文献标识码：A 文章编号：1007-9416（2018）11-0093-02

近年来，建筑火灾多发，建筑火灾扑灭难、救援难，起火原因多样，社会影响巨大[1-2]。2016年，全国共发生火灾31.2万起，亡1582人，伤1065人，直接财产损失37.2亿元。从人员伤亡分布看，建筑火灾伤亡人数占火灾总伤亡人数的90.1%;从损失分布看，仅住宅火灾直接财产损失已经达到7.5亿元，占损失总额的20.1%。由此可见，快速精准的火灾预警是预防建筑火灾管控的重点之一[3]。然而，现有的建筑火灾预警系统的信息共享还不成熟，各设备在运行中相对独立，终端从各独立系统取得的信息也不够集中，难以及时和准确得反映火灾发生的位置和严重程度，这就可能造成火灾安全事故[4-7]。因此，本文针对这种情况设计了基于物联网的建筑火灾预警系统。

1 物联网

物联网是国家“十二五”计划的重点之一，是使用电子技术使得软件硬件结合达到进一步信息化的思想，是互联网的延伸和发展[8]。物联网在体系结构上主要包括三层：感知层、网络层和应用层[9-11]。其中感知层主要包括组成无线传感网络的普通传感节点，用于连接无线传感网络、移动通信网络Internet等;网络层主要是网络通信基础设施;应用层主要涉及各种物联网应用。

2 运用物联网实现火灾预警

2.1 系统总体架构

感知层的传感节点主要包括ZigBee模块、温湿度传感模块、烟雾传感模块、数据采集模块等。传感节点通过数据采集模块将各参数信息转换为AD值。当收集到的参数超过设定阈值时，传感节点则通过网关节点上传报警数据给服务器。

网络层的传感网关节点，选择GPRS网络将感知层的数据上传到互联网。网关节点包括两个部分：主控模块和Link节点。主控模块通过移动通信模块连接服务器进行双向通信;Link节点连接无线传感网络进行双向通信。

应用层选择TCP协议作为通信手段。通信软件需和网关节点保持通信，在服务器上运行。

2.2 系统硬件

系统硬件主要包括Atmega8单片机，DHT11温湿度传感器和MQ2烟雾传感器模块，蜂鸣器报警模块和ZigBee模块，电源模块。系统硬件构成如图1所示。系统工作过程中，单片机实时接收各传感器发送的数据。当出现火灾情况后，系统检测到的信号将超出阈值，驱动声光报警模块进行报警。同时单片机通过AT指令驱动ZigBee模块工作，把报警信号发送到远程终端，实现远距离报警。

2.3 系统主要子程序

整个系统的软件部分采用自上而下的模块化程序设计，各分支部分分别实现，其主要子程序如图2所示。系统读取感知节点各参数信息，判断其是否超过设定的阈值，一旦超过时即发出警报，并将状态信息传输至远程终端。

2.4 人机交互界面

本文以吉林建筑大学实验楼一楼为例，建立了PC端的人机交互界面，使管理员能第一时间清晰直观得对建筑内火灾发生情况有一个整体性的了解，再通过具体监测数据对火灾情况进一步分析。系统总览图以建筑设计图为基础，集中体现楼梯、卫生间、门窗的位置，节点传输至数据库的信息经过调用函数抓取，在二维或三维图中予以显现，如某节点感知火灾则在总览图中标红并且发出警报。具体感知到的数据信息可由左侧拉取获得。为满足管理者需要回放过去记录的需求，设置了一个可在总览图回放固定时间段系统记录数据的功能板块。

模拟真实环境，系统对各区域温度、湿度、烟雾浓度进行实时监测，判断1区参数超出正常值，系统发出警报，并在主界面上显示（如图3所示），预警平面图中1区位置标红（如图4所示），管理员根据火情及火灾发生地点快速实施应急措施。通过以上实测，进一步验证了本文设计的建筑火灾预警系统在火灾没发生或火灾初期具有针对性的预防作用，而且能从源头上控制火灾隐患，为人员疏散、财产抢救和避免重特大火灾事故的发生提供了保障。

3 结语

本文以建筑火灾预警为研究对象，设计了基于物联网的建筑火灾智能预警系统，详细阐述了系统的总体方案。通过模拟真实环境，采集火灾发生时的温度、湿度、烟雾浓度等参数，并利用ZigBee模块，实现节点和主机的通讯，在人机交互界面上集中显示，全方位感知建筑内火灾情况，更加科学高效地实现火灾预警。

参考文献

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[11]张翔.基于物联网技术的火灾自动报警系统研究[J].防灾科技学院学报，2011（3）：51-54.

Construction Fire  Alarm System Based on Internet of Things

GENG Xiao-shuai1，2，SUN Shi-mei1，2，WANG Yuan-hang1，2，Fu Gui2，3

（1.Municipal and Environmental Engineering，Changchun  Jilin， 130118; 2.Institute for Accident Prevention Science， Changchun  Jilin  130118; 3.College of Resources & Safety Engineering， China University of Mining & Technology， Beijing  100083）

Abstract：This paper takes information construction fire alarm as research direction. Based on the Internet of things ， a variety of sensors are arranged at each node of the construction to collect the physical parameters of the current environment， including temperature， humidity and smoke concentration， when construction fire occurs. Using ZigBee module， a communication network is established to realize the communication between nodes and hosts. The database of the terminal receives the parameters feedback from sensors， displays on the human-computer interaction interface， and realizes the early warning.

Key words：construction;fire alarm;Internet of things;ZigBee