室内安全实时监测及远程联动报警系统

河北农业大学信息科学与技术学院 王亚飞 沈根浩 冯朝霞 史智兴

室内安全实时监测及远程联动报警系统

河北农业大学信息科学与技术学院 王亚飞 沈根浩 冯朝霞 史智兴

随着经济的发展，引发火灾的风险因素越来越多，火灾的发生越来越频繁。系统设计了一套基于GPRS和蓝牙无线传感器网络的室内安全实时监测及远程报警系统，通过在各个房间部置多传感节点，来达到探测室内温度、CO浓度等信息的目的，从而实现对火灾灾情的精确把握。系统安装容易、维护简单、对建筑物破坏性小，能扩大火灾监测范围，并对消防监测盲区进行改进，能早期发现并控制火灾，从而避免生命财产损失。

多方联动；GPRS；远程报警；蓝牙传感网络；短信

0 引言

随着社会经济的发展，中国进入火灾和急性CO中毒事故的高发期[1]。仅从2004年至2010年，全国高层建筑火灾就发生10万多起，死亡4181人，伤4844人，直接经济损失高达144937万元[2]。室内CO主要源自家用燃气的泄露和含碳物质的不完全燃烧[3]。CO与血红蛋白结合力是氧与血红蛋白结合力的200～300倍[4－7]，CO进入人体后，与血红蛋白生成碳氧血红蛋白，造成肌体急性缺氧血症，导致昏迷及死亡[8]。因此，研究和设计CO检测和火警报警系统是非常必要的。

针对有线火灾报警系统抗干扰能力差、无法远程访问、高层建筑的消防联动设备相互独立且需人工处理的问题，本文设计了一套基于无线传感网络的火灾报警系统。当CO浓度过高或发生火灾时，各房间的传感器节点将报警信息发送给屋主、物业和邻居，灾情蔓延时，屋主可远程将房门和窗户打开方便救援，从而避免更大的经济和生命财产损失。

1 系统功能设计

该系统的整体结构如图1所示。在每个房间中安装一个节点，客厅中放置一台中控设备。每套装置预先录入屋主，物业和邻居的手机号码。当发生险情时房间节点通过蓝牙将信息发送给中控，再由中控通过GPRS网络将报警短信发送至屋主，物业和邻居。这时相关人员可以尽快完成报警，疏散和抢救任务。屋主还可以远程将房门和窗户打开方便救援。

图1 系统整体结构图

2 系统硬件设计

系统划分为传感器节点、中控系统和远程终端三部分。

2.1 传感器节点

传感器节点与中控模块之间通过蓝牙无线通信形成一个无线通信网络。传感器节点集成了传感器、微处理器和蓝牙三个模块，分别负责数据采集、数据处理和数据传输的功能。节点借助于传感器测量所在周边环境中的温度、CO浓度信号，从而获得温度数据和CO浓度信息，并将所获得的温度数据和CO浓度信息传送给中控。

温度传感器采用的是DHT11传感器，该传感器的测量范围是0℃到50℃。CO传感器采用的是MQ-7，该传感器的测量范围是10ppm到1000ppm。根据资料可得人在200ppm的CO中就有可能会发生危险所以将其报警点设置为温度40℃CO浓度为200ppm.

2.2 中控模块

中控模块由GPRS模块，51单片机，声光报警模块和蓝牙模块等组成。GPRS传输模块由西门子的GSM通信模块TC35，单片机电路，等构成。主控模块的单片机电路通过AT指令与GSM通信模块TC35进行短消息的收发，单片机电路接收短消息指令并通过蓝牙将数据请求发出，各个房间收到后依次将传感器信息发回。通过这种方式可以实现对CO和温度的数据进行监测。数据采集单元在启动后，通过所连接的传感器采集监控区域的物理信息，对接收到的数据实现分析和处理发送到总处理器，总处理器判断是否出现险情，如果出现险情则将预先存储好的地址信息发出并启动声光报警和利用外围电路实现打开门窗等动作。

2.3 远程终端

远程终端对于屋主来说就是手机。而对于物业和邻居来说则是由GPRS模块，51单片机和声光报警等模块组成。终端接收到险情类型和具体位置后将其显示到显示屏上为救援提供方便。

3 系统软件设计

3.1 中控的软件设计

中控系统软件流程如图2所示，初始化GPRS模块，包括串口初始化、定时器中断初始化等。利用AT指令查看短信看是否有操作需要执行，没有则进行轮询监测触发信号，轮询采用的是最简单的依次轮询方式。当监测到触发信号到来时，发送AT命令到GPRS模块，并获取GPRS模块的输入。设置短消息服务中心号码及接收短信手机的号码，并标识用户信息协议，设置用户信息编码方式。将编好的短信内容发送至设定的手机号码。该过程通过函数实现。

图2 中控系统软件流程图

图3 流程图

3.2 节点的软件设计

首先进行初始化定时采集信息等待中控的轮询信息此时判断是否发生险情。如果未发生险情则查看其他节点有没有发送来报警信息。如果有着则优先发送其他节点的信息。如果发生险情则尝试向中控发送报警信息。如果发现中控信道被占，则向即将被轮询到的节点发送报警信息。以保证报警信息可以及时被送达。具体流程如图3所示。

3.3 联动模式的实现

当险情发生时中央控制器将带有不同信息的短信分别发送至物业，邻居和屋主的终端上发送的信息如表1所示。

表1

当物业终端和邻居终端接到报警信息后将发生危险的具体位置显示到显示屏上并进行声光报警引起物业保安和邻居的注意，保安和邻居可以立即拨打119进行报警。如果危险不严重并且屋门打开保安和邻居可以进行前期救援将危险消灭在萌芽中保护生命财产安全，如果现场较为危险则保安和邻居可以进行人员疏散并抢救部分财产减少屋主的损失同时也可以进行清理道路等工作为将要到来的专业救援做好铺垫提供帮助。形成一种邻里和物业联动的机制，将危险扼杀在摇篮里。重新唤醒社会的道德意识，减少火灾和CO中毒事件的发生。

当屋主的手机接收到报警信息时，屋主可以发短信远程将家中的排风扇和门窗等设施打开，为大家的救援提供便利。同时为了避免该系统被不法分子利用，保证对家中设施的操作只能由屋主终端来控制，中控中预留了有权限的电话号码并对这些操作设置了密码。每一个操作都有固定的代码例如表2，屋主在进行操作时必须采用正确的格式并输对密码才能操作成功。例如KM（操作代码）2345678（密码）：

表2

4 结论

通过实验室的多次试验和在住户家中的实验证明，本系统具有设计合理、信息传送迅速可靠、性能稳定的优点。但是本系统的控制功能的实施，需要对相应设备进行改造，比如门窗的动力机构。

[1]杨洁,毕军,张海燕,等.中国环境污染事故发生与经济发展的动态关系[J].中国环境科学,2010,30(4):571-576.

[2]曹功立.基于FAHP-FCE模型的高层建筑火灾风险评估研究[硕士学位论文].杭州:浙江大学,2013.

[3]李斌,李娜.室内空气污染因素及其对人体健康的影响[J].中国卫生工程学,2010,9(4):308-310.

[4]张文武,蒋龙元,田方,等.急诊内科学[M].北京:人民卫生出版(第2版),2006:653．

[5]孙英会.中重度急性一氧化碳中毒心肌损害心电图分析[J].现代中西医结合杂志,2012:1,75-76．

[6]陈静芳,赵学辉,李济宏.急性一氧化碳中毒对心肌损害的分析[J].临床心电杂志,2011,3:209-211．

[7]李淑梅,彦志文,于涛.血清酶学检测在急性一氧化碳中毒中的临床意义[J].宁夏医学杂志,2007,8:717-718．

河北农业大学大学生创新创业训练计划资助项目（项目编号：校级20161701、国家级201610086025）。

王亚飞（1997—），男，河北邯郸人，大学本科。

史智兴（1954—），男，河北新乐人，教授，博士生导师。