家用智能火灾报警系统设计与研究

郑苹苹 黄俊之

摘  要：文章针对企业生产的智能家用开关面板产品，面向产品消费端的家庭用户，研发了一种基于手机端的应用系统，该系统使用移动端开发语言进行开发，通过小程序的方式进行展示。该系统能够实时采集智能家用开关面板产品中的温度、湿度、烟雾、红外感应数据情况，当这些数据情况达到一定的阈值，能夠对用户家庭环境的火灾隐患信息进行即时预警，有效保障用户的生命财产安全，预防家庭火灾隐患。

关键词：智能家居;火灾报警;预警系统;结构系统设计

中图分类号：TP277          文献标识码：A 文章编号：2096-4706（2022）01-0164-04

Abstract： This paper develops an application system based on mobile phone terminal aiming at the smart household switch panel product produced by enterprises， which is oriented to the domestic consumers of product consumption terminal.The system is developed by using the mobile terminal development language， and it is displayed by small programs. The system can collect temperature， humidity， smoke and infrared sensing data situation in real time in smart household switch panel products. When these data situation reach a certain threshold， it can carry on the real-time early warning to the user’s family environmental fire hidden danger information and effectively safeguard the user’s life and property security to prevent the family fire hidden danger.

keywords： smart home; fire alarm; early warning system; structural system design

0  引  言

智能家居（smart home，home automation）是以住宅为平台，利用综合布线技术、网络通信技术、安全防范技术、自动控制技术、音视频技术将家居生活有关的设施集成，构建高效的住宅设施与家庭日程事务的管理系统，提升家居安全性、便利性、舒适性、艺术性，并实现环保节能的居住环境[1]。随着我国经济社会的发展，居民生活水平逐步提升，老百姓对智能家居的接受程度大大提高，近年来在家庭中使用智能家居产品的趋势逐年上升，越来越多的家庭选用各式各样的智能家居产品，提升生活品质。但是伴随着智能家居产品的普及，随之带来的安全隐患也越来越多，近年来，各地因电子产品使用不当造成火灾的现象也是屡见不鲜。

智能开关使用环境广泛，主要应用于家居智能化改造、办公室智能化改造、工厂智能化改造、农林渔牧智能化改造等项目[2]。随着市场的需求变化，结合实际需要，企业生产了集火灾报警装置与智能开关面板为一体的新型智能家居产品。新一代的智能开关面板在原有智能开关的基础上，增加了多个针对家庭火灾隐患感知传感器，包括识别周围环境的温湿度的传感器、识别周围环境烟雾浓度的传感器以及感知周围环境中是否有人的红外传感器。

家用智能火灾报警系统（以下简称“本系统”）主要针对新型的智能开关提供的火灾隐患预警能力，设计了一款基于手机端应用的信息化软件系统，在家庭用户使用新型的智能开关产品的过程中，本系统能够实时采集新型智能开关面板中采集的家庭环境中的火灾隐患数据，当数据达到阈值时，能够及时向用户预警，避免引发家庭火灾;同时，依托红外探测功能，能够及时判断发生火灾隐患时，环境中是否有人存在，保障用户生命安全。

1  功能需求分析

家用智能火灾报警系统主要是通过与企业生产的新型智能开关面板产品通过数据对接，实时采集新型智能开关面板产品上报的各项监测数据，并按照预警规则，在隐患发生时，通过手机短信或者语音电话的方式，及时通知用户，提早发现，提前预防。因此，整个系统的由三部分组成：

（1）感知端。主要是指安装在家中各处的新型智能开关面板产品，在提供正常用电功能的基础上，提供家庭火灾隐患数据感知功能。

（2）用户端。只要是指向用户提供的在手机上使用的应用程序，能够实时看到家庭环境中各处新型智能开关面板上当前的环境数据以及预警情况。

（3）通信端。主要解决新型智能开关面板产品的通信问题，支持Wi-Fi连接和物联网卡两种方式。

综上，整个系统的组成结构如图1所示。

其中，感知端的新型智能开关面板产品是本系统必要的前提支撑，系统的核心功能都是依托该智能设备实现，新型智能开关面板主要包括的常规的智能开关功能，更重要的是具备识别开关附近的家庭环境中的火灾隐患数据，包括了环境温度、环境湿度、烟雾浓度以及红外探测感知功能;通信端主要解决感知端向用户端传输数据的路线问题，基于家庭环境的实际情况，新型智能开关面板产品支持两种通信方式，一种是与家庭的无线网络通过Wi-Fi的方式进行连接，另外一种是可以选择在开关面板中内置物联网卡实现通信与数据传输;用户端主要是面向使用者提供基于手机端的应用系统，系统通过手机小程序实现对应功能，包括了感知端采集到的各种实时数据、预警信息，并且当这些数据触发预警时，能够通过短信或者语音电话的方式向用户发出及时预警。

2  预警逻辑设计

针对家用智能火灾报警系统功能需求的分析，结合家庭火灾隐患常见的一些实际情况，综合使用的常规性操作习惯，家用智能火灾报警系统业务逻辑设计如图2所示。

整个系统中，首要前提是用户家庭中有效安装了新型智能开关面板产品，并且通过无线Wifi或者物联网卡的方式实现新型智能开关面板产品的联网接入;其次，在产品成功联网接入后，用户通过手机打开家用智能火灾报警系统小程序绑定家中的各个智能开关面板，并根据自身需要通过手机上设置预警方式以及预警阈值;最后，设置完成后，系统进入持续工作状态。结合预警的业务逻辑以及用户使用媒介的特性，家用智能火灾报警系统的重要功能都是在新型智能开关面板产品基础上通过手机端的小程序实现，小程序的具体功能组成如图3（线框内）所示。

企业在新型智能开关面板内嵌入了固定的数据发送程序，当开关安装通电联网后，智能开关面板会自动发送数据到企业的数据中心，企业数据中心的应用服务器向用户的手机端提供对应的应用功能服务，用户通过手机端小程序可以查看新型智能开关面板监测到的各类数据，接收预警信息并根据实际情况处置，同时还可在小程序上对家中所有的智能开关面板产品进行管理。由于本系统的主要应用呈现是在手机端，为了避免客户安装APP程序的烦琐与不变，在开发技术上选择上，主要依托小程序进行实现。小程序是一种不需要下载安装即可使用的应用，它实现了应用“触手可及”的梦想，用户扫一扫或者搜一下即可打开应用。也体现了“用完即走”的理念，用户不用关心是否安装太多应用的问题。应用将无处不在，随时可用，但又无须安装卸载。

3  系统功能设计

3.1  设计说明

本系统使用小程序实现相关功能，用户手机端的应用APP（国内一般是支付宝小程序和微信小程序），通过扫描二维码或者小程序码，登录小程序，打开如图4所示的登录页面，用户在登录页面输入正确的用户名、密码后（也可以直接绑定手机号码），成功登入系统界面，使用对应功能。

本系统的小程序各个功能模块详情如下：

（1）首页。用户登录小程序后展示的第一个页面，主要将当前家庭中接入网络的所有设备采集的各类环境数据进行实时展现，总共包括两个子功能，一是当前的实时数据查看，二是历史数据查看。

（2）预警。当家庭中接入的各个开关面板产品发生预警时，所有的预警记录在预警模块中进行展示，包括当前的最新预警以及历史预警。

（3）我的。用户在小程序上进行配置管理的主要入口。

主要包括以下各个子功能：

1）用户中心：设置用户资料、联系方式、修改密码等。

2）我的设备：用户可以通过此功能对家中的智能开关产品进行扫描识别、设备绑定、设备解绑等操作。

3）通用设置：用户可以在此功能中，对预警方式、预警的规则等参数进行设置。

4）意见反馈：向产品的生产企业反馈使用意见或建议。

5）联系客服：在使用系统过程中，用户遇到问题，可以通过联系客服功能打电话给企业分客户服务中心。

3.2  小程序首页

首页会将用户当前家中各处安装的新型智能开关面板上采集的数据进行显示，默认会显示用户设置的设备端的数据，也可以通过下拉框筛选查看任意位置的开关面板上的数据;同时支持历史数据的查看，用户一次性可以查看7天时间段内的数据。首页显示的当前实时数据中，如果数据正常，该数据指标项边框为正常的绿色，如果有异常数据，该指标项的边框会变为闪烁的红色边框。如图5所示。

3.3  预警模块

如果家中的某处设备上有预警信息触发，用户可以通过预警模块查看当前最新的预警信息和历史预警信息，所有的预警信息都会有具体的预警原因、预警处置状态、预警发生的区域，用户可以通过详细情况查看具体的预警处置详情，如图6和图7所示。

家庭用户中，收到预警的人员可以进入具体的预警页面，查看预警的详细情况，如果其中有人不在家，可以通知家庭中其他在家的用户去查看具体的情况，如果发现是误报或者正常的预警情况，用户可以根据不同的情况选择忽略、关闭、已处置等操作处置，忽略和关闭都要写明具体的原因，方便家庭中其他用户了解详情;在此模块中，如果预警发现确实发生了火灾，在预警的同时，系统会采集设备红外感知的数据，确定在火灾发生时家中是否有人，以最大限度的保障用户生命安全。

3.4  “我的”模块

我的模块主要是提供给用户进行各项参数或者用户资料信息的维护与管理。其主要界面如图8所示。

其中，用户中心主要提供给用户设置账号密码、绑定手机号码等操作，绑定成功后用户可以正常接收到预警信息。用户新购置的新型智能开关面板安装成功后，用户可以通过我的设备功能绑定设备，以确保可以正常采集设备端的数据，所有有关预警的参数、预警的次数、家庭成员组织均在通用设置功能里面进行配置。其他的一键静音、意见反馈、联系客服等功能是为了更有效的帮助用户使用本系统。

4  结  论

近几年来，由于住宅火灾的危险因素、危险程度的不断增加，家庭火灾已成为危害人民生命财产的重要因素之一，火灾的发生都有一定的前兆，一些危险性的因素往往觉察不到，特别是智能家居时代，家中无人时，各种设备一直处于通电用电状态，更容易触发火灾隐患。本系统通过信息化的手段、方法和技巧，依托新型的智能开关面板产品，实施采集于火灾隐患关联的环境因素数据，做到的早发现、早预防、防患于未然，运用科技手段，有效预防，保障人民的生命财产安全。

参考文献：

[1] 阮星，蔡闯华.一个基于ZigBee协议的智能照明应用实例的实现 [J].赤峰学院学报（自然科学版），2011，27（8）：38-40.

[2] 荣命哲，王小华，王建华.智能开关电器内涵的新發展探讨 [J].高压电器，2010，46（5）：1-3.

[3] 王立永，李晖，吴红林，等.一二次融合的智能集成开关在配电网上应用的研究 [J].微型电脑应用，2021，37（10）：194-198.

[4] 陈亚军.基于ZigBee的无线温湿度数据采集器设计 [J].农业与技术，2021，41（22）：55-58.

[5] 杨胜和，贾伟，李家成，等.基于ZigBee与人脸识别的室内灯控系统 [J].物联网技术，2021，11（11）：98-100.

作者简介：郑苹苹（1982—），女，汉族，浙江杭州人，技术总监，研究方向：智能制造。