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淺析基于阿里云技術(shù)的智慧消防系統(tǒng)的設(shè)計

更新時間:2021-04-07 點擊次數(shù): 1286次

劉細(xì)鳳

安科瑞電氣股份有限公司  上海嘉定  201801

摘要該文提出種基于阿里云的智能消防系統(tǒng)。利用NB-IOT技術(shù)和移動互聯(lián)網(wǎng)技術(shù),用戶可以通過手機App隨時隨地監(jiān)控智能終端設(shè)備的實時運行狀態(tài)和所處環(huán)境的實時數(shù)據(jù),本系統(tǒng)由煙霧報警系統(tǒng)、云平臺測控系統(tǒng)和移動終端系統(tǒng)構(gòu)成,用戶可以對遠(yuǎn)端的智能消防設(shè)備進(jìn)行實時的監(jiān)控,并能及時的收到遠(yuǎn)程的異常報警信息,從而可以及時地對異常情況進(jìn)行處理,降低災(zāi)害所帶來的損失。

 

關(guān)鍵詞】智能消防;阿里云;智能終端;物聯(lián)網(wǎng)

 

0引言

隨著移動互聯(lián)網(wǎng)和物聯(lián)網(wǎng)(Internet of Things,IoT)技術(shù)的高速發(fā)展,特別是近幾年來人工智能、大數(shù)據(jù)及云計算等新技術(shù)的飛速發(fā)展,生活中的各個領(lǐng)域都進(jìn)入了智慧建設(shè)階段,其中智慧城市就是其中的個重要的建設(shè)方向,在智慧城市中有智能交通,智慧消防等都是智慧城市建設(shè)范疇。作為保障人民生命財產(chǎn)中的重要環(huán),智慧消防建設(shè)是智慧城市建設(shè)的重要的部分。智慧消防有兩個重要的組成部分,分別是智能化的終端設(shè)備和云端的物聯(lián)網(wǎng)平臺[1],基于阿里云的智慧消防系統(tǒng)綜合了物聯(lián)網(wǎng)云平臺和智能終端的各自的點,加上了低功耗的廣域網(wǎng)技術(shù),充分利用智能技術(shù)、遠(yuǎn)程無線通信技術(shù)和云計算技術(shù),擴大了消防管理的廣度與深度,形成了個新型的智慧安防系統(tǒng),可以在火災(zāi)監(jiān)測、預(yù)警、滅火救援、消防設(shè)施的維護保養(yǎng)等方面發(fā)揮重要作用。

 

1系統(tǒng)總體架構(gòu)

該系統(tǒng)主要是依托阿里云搭建的套物聯(lián)網(wǎng)云平臺系統(tǒng),由應(yīng)用層、網(wǎng)絡(luò)層、設(shè)備層三層架構(gòu)組成,應(yīng)用層由兩部分構(gòu)成,客戶端和云平臺端,其中客戶端分為PC端的Web和移動端 App,云平臺端包含應(yīng)用服務(wù)器等各種服務(wù)器。網(wǎng)絡(luò)層由NB-IOT或4G/5G或WIFI等通信網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成、感知層由智能消防設(shè)備組成,包含有煙霧傳感器和控制系統(tǒng)STM32等。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1 所示。

1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

1.1 感知層

感知層主要功能為信息的采集,由各種傳感器以及傳感器網(wǎng)絡(luò)組成,本系統(tǒng)中主要由包括溫度傳感器、濕度傳感器和煙霧傳感器等感知終端,采集環(huán)境中的溫度和濕度以及煙霧等信息,并通過網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)皆破脚_端。

1.2 網(wǎng)絡(luò)層

感知層采集到的數(shù)據(jù)要傳輸?shù)皆破脚_端需要通信技術(shù)的支持。通信技術(shù)可以通過現(xiàn)有的局域網(wǎng)技術(shù)(如WIFI或有線網(wǎng)線)連接Internet到云平臺端,也可以通過移動通信技術(shù)(如:

3G、4G)遠(yuǎn)程連接到云平臺端。目前物聯(lián)網(wǎng)通信技術(shù)中用得比較多的是無線通信方式,包括WIFI、3G、4G、5G 等方式。特別的,在低功耗廣域網(wǎng)技術(shù)中,目前比較熱門的通信技術(shù)NB-

IOT和LoRa兩種技術(shù)。具體使用哪種技術(shù)根據(jù)實際情況選擇以滿足應(yīng)用的需要。

1.3 應(yīng)用層

應(yīng)用層由兩部分構(gòu)成,客戶端和云平臺端,其中云平臺端包含應(yīng)用服務(wù)器等各種服務(wù)器,其中Web應(yīng)用也可以直接創(chuàng)建在云平臺端??蛻舳朔譃?PC 端的 Web和移動端App,移動終

端應(yīng)支持各種不同操作系統(tǒng)的手機及平板等各種移動設(shè)備,通過這些移動設(shè)備可以直接隨時查看云平臺端的監(jiān)測數(shù)據(jù),并實時接收些云平臺端推送過來的數(shù)據(jù),實現(xiàn)消防設(shè)備運行狀態(tài)的實時監(jiān)控,云平臺推送的報警信息、設(shè)備電量信息等信息及時地被移動端接收到,以實現(xiàn)各種異常情況的報警。同時移動設(shè)備可以查詢歷史數(shù)據(jù)、各種狀態(tài)數(shù)據(jù)分析圖等功能。電腦終端通過Web瀏覽器與云平臺交互,除了實現(xiàn)移動端App全部功能外,還具備系統(tǒng)管理和維護的功能。

 

2 阿里云物聯(lián)網(wǎng)平臺介紹

阿里云是阿里巴巴旗下的款互聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)品,主要為用戶提供云服務(wù)器、彈性計算、云存儲、RDS等服務(wù),為200多個家和地區(qū)的企業(yè)、開發(fā)者和政fu機構(gòu)提供云計算基礎(chǔ)服務(wù)及解決方案。其中的物聯(lián)網(wǎng)云平臺為設(shè)備提供可靠的連接通信能力,向下連接海量設(shè)備,支撐設(shè)備數(shù)據(jù)采集上云;向上提供云端API,服務(wù)端通過調(diào)用云端API將指令下發(fā)至設(shè)備端,實現(xiàn)遠(yuǎn)程控制。該平臺為各類IoT場景和行業(yè)開發(fā)者賦能,使開發(fā)者能夠?qū)崿F(xiàn)全qiu快速接入、跨廠商設(shè)備互聯(lián)互通、調(diào)用第三方智能服務(wù)等,快速搭建穩(wěn)定可靠的物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用。

 

3 系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)

3.1 硬件設(shè)計與實現(xiàn)

智能消防智能終端的設(shè)計如圖2所示,以STM32F103作為主控制器,搭載溫度和濕度傳感器模塊、煙霧傳感器模塊、報警模塊和NB-IOT通信模塊。STM32F103主控制器是整個系統(tǒng)的核心部分,負(fù)責(zé)各模塊之間的數(shù)據(jù)通信,并根據(jù)和各模塊通信情況,并及時做出異常判斷和處理。

2 智能終端結(jié)構(gòu)圖

煙霧傳感器模塊傳感器用于監(jiān)測當(dāng)前環(huán)境中的煙霧濃度,并將監(jiān)測到的煙霧濃度值傳送到STM32主控制器。溫度和濕度傳感器模塊用于監(jiān)測當(dāng)前環(huán)境中的溫度和溫度,也同樣將監(jiān)

測到的溫度和溫度值傳送到STM32主控制器。NB-IOT通信模塊是智能終端和云平臺溝通的橋梁,它將智能終端設(shè)備采集到的各傳感器的數(shù)據(jù)上傳到云平臺,也將云平臺下發(fā)的指令傳遞到主控制器,用于用戶對智能終端進(jìn)行控制。報警模塊在接收到主控制器發(fā)送過來報警指令時,報警模塊將啟動聲光報警,以提示用戶出現(xiàn)了異常情況。主控制器是整個系統(tǒng)的核心部分,負(fù)責(zé)各模塊之間的數(shù)據(jù)通信,并根據(jù)和各模塊通信情況,并及時做出異常判斷和處理。主控制器在收到各傳感模塊傳送過來的值之后將數(shù)據(jù)上傳到云平臺,管理系統(tǒng)根據(jù)這些數(shù)據(jù)進(jìn)行綜合分析,如果煙霧濃度和溫濕度達(dá)到了報警的閾值則通過云平臺下發(fā)報警指令,主控制器啟動報警模塊進(jìn)行火災(zāi)報警。NB-IOT 通信模塊與阿里云平臺通過 MQTT 協(xié)議進(jìn)行通

信。在STM32主控制器中的主要的連接代碼和步驟如下。

1):阿里云產(chǎn)品三元素的設(shè)置。

#define ProductKey "a1Qgy*****K"

#define DeviceName "W*****"

#define DeviceSecret "e8f35b629a918**********f5228b0d"

2):通過MQTT協(xié)議以下指令登錄到阿里云服務(wù)器。

lAT+CIMI

lAT+CSQ

lAT+CGATT

lAT+QMTCFG

lAT+QMTOPEN

lAT+QMTCONN

3):向阿里云服務(wù)器發(fā)送數(shù)據(jù)

lAT+QSOSEND

3.2 云平臺的設(shè)計與實現(xiàn)

云平臺端的設(shè)計主要是有設(shè)備模型的設(shè)計,設(shè)備的管理,設(shè)備的監(jiān)控等,包括有Web端和手機移動端。先要創(chuàng)建個消防設(shè)備產(chǎn)品模型。如圖3所示。

3 智慧消防產(chǎn)品設(shè)備模型的創(chuàng)建

智慧消防產(chǎn)品創(chuàng)建好之后,這類型的產(chǎn)品下面就可以創(chuàng)具體的設(shè)備,與真實的硬件設(shè)備進(jìn)行映射。設(shè)備的創(chuàng)建如圖4所示。

4 智慧消防設(shè)備的創(chuàng)建

消防設(shè)備創(chuàng)建好之后,啟動智能終端,智能終端會將采集到的數(shù)據(jù)信息上傳到阿里云平臺,如圖5所示。在阿里云平臺將顯示該設(shè)備為在線狀態(tài),并且會顯示溫度,濕度和煙霧濃度信息。這些信息可以在云平臺端和本地端進(jìn)行管理,設(shè)置報警閾值,旦達(dá)到報警的條件,將通過發(fā)送短信或撥da電話的方式通知用戶,同時向智能終端下發(fā)報警指令,智能終端的報警模塊將觸發(fā)聲光報警。

5 云平臺數(shù)據(jù)的顯示

3.3 移動端的設(shè)計

移動端設(shè)計為了個手機App軟件,可實現(xiàn)掌上在線數(shù)據(jù)監(jiān)測,歷史數(shù)據(jù)在線查詢,設(shè)備的綁定和基本的設(shè)備管理等功能,以確保設(shè)備始終健康運行,防患于未“燃”。

 

4安科瑞智慧消防平臺介紹

4.1平臺結(jié)構(gòu)

4.2平臺主要功能介紹

4.2.1頁

用戶登錄成功之后進(jìn)入頁,如圖所示。主要展示的內(nèi)容有:項目概況、設(shè)備狀態(tài)、設(shè)備分類、設(shè)備報警信息、報警分類、報警統(tǒng)計、設(shè)備臺賬信息等。其中百du地圖可以選配成BIM建筑模型,任何傳感器報警時可以在BIM模型中預(yù)警顯示。

4.2.2消防子系統(tǒng)

智慧消防管理云平臺包含了智慧用電子系統(tǒng)、防排煙子系統(tǒng)、消防水子系統(tǒng)、消防設(shè)備電源子系統(tǒng)、防火門子系統(tǒng)、消防設(shè)備管理子系統(tǒng)和視頻監(jiān)控子系統(tǒng)等。智慧用電子系統(tǒng)可以接入電氣火災(zāi)、孤航電弧、電氣火災(zāi)主機、滅弧式保護器探測器和無線測溫探測器等。點擊智慧用電子系統(tǒng)進(jìn)入智慧用電監(jiān)控頁面,點擊菜單顯示整個項目的基礎(chǔ)信息和該項目下的所有探測器的信息,點擊末級節(jié)點顯示具體探測器的監(jiān)控頁面。

消防水子系統(tǒng)可以接入消防栓、消防水壓、水位傳感器等,用于實時的監(jiān)控消防水管網(wǎng)的壓力、液位、是否漏水,以及開蓋等事件,當(dāng)消防水壓不夠,管網(wǎng)漏水時,系統(tǒng)也能實時地發(fā)出警報,能讓相關(guān)人員及時維修維護,保障消防。

防排煙子系統(tǒng)通過高靈敏的無線煙感報警裝置,實現(xiàn)對煙霧、有害氣體、及氣體滅火信息等數(shù)據(jù)采集,實時秒級檢測煙霧,且發(fā)現(xiàn)監(jiān)測數(shù)劇超過風(fēng)險閾值,APP、短信報警、電話報警統(tǒng)統(tǒng)上陣,通過設(shè)備的標(biāo)簽、地理位置定位,快速通知業(yè)主、物業(yè)消防單位是哪個位置的火災(zāi)隱情。

消防設(shè)備電源子系統(tǒng)實時監(jiān)控消防系統(tǒng)各個部件(如消防報警主機、樓層顯示器、水泵、噴淋泵、電梯等)的電源工作狀態(tài),確保消防設(shè)備供電正常,并對各個部件電源產(chǎn)生的過壓、欠壓、過流、短路、斷路等故障報警提示??砷L期記錄電壓電流運行參數(shù),自動對消防電源段時間的運行狀態(tài)進(jìn)行分析,對可能產(chǎn)出問題的隱患進(jìn)行警shi。

防火門子系統(tǒng)通過與門禁報警、視頻識別的關(guān)聯(lián),實時監(jiān)控消防通道、出口、生命通道防火門的開閉及消防通道堆放物情況,實現(xiàn)緊急情況下的開閉控制等功能。確保防火門常閉、不上鎖狀態(tài)及保障火警救援是消防生命通道的暢通等,保障的生活、工作環(huán)境。

應(yīng)急照明與疏散指示子系統(tǒng)可實現(xiàn)對各個應(yīng)急燈具的實時監(jiān)控和控制,當(dāng)發(fā)生火災(zāi)時,可準(zhǔn)確的給出的疏散路徑指示,智能打開消防應(yīng)急指示燈的指示方向及應(yīng)急照明燈,幫助建筑內(nèi)的人群選擇逃生疏散路線,指引逃生方向。

視頻監(jiān)控子系統(tǒng)數(shù)據(jù)部門收到感應(yīng)端各子系統(tǒng)報警信息后,可調(diào)出報警位置關(guān)聯(lián)的監(jiān)控攝像頭圖像,查看報警現(xiàn)場視頻輔助進(jìn)行火情確認(rèn)。實現(xiàn)火災(zāi)報警子系統(tǒng)、消防水子系統(tǒng)、電氣火災(zāi)子系統(tǒng)、防排煙子系統(tǒng)、消防設(shè)備電源子系統(tǒng)、防火門子系統(tǒng)和視頻監(jiān)控子系統(tǒng)的有機結(jié)合,實現(xiàn)了報警點和監(jiān)控點的聯(lián)動。

消防設(shè)備管理子系統(tǒng)能夠?qū)⒚總€建筑、項目節(jié)點的所有消防設(shè)備和資產(chǎn)納入管理,對些消防栓、滅火器、噴淋和消防大隊地址等著重標(biāo)注,日常的巡檢和維護都需要納入計劃,在緊急情況下,會聯(lián)動GIS調(diào)度子系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)度。

4.2.3隱患管理

隱患管理功能包括了隱患查詢、隱患派發(fā)、隱患處理和隱患分析四個模塊。可以查看登錄用戶下的所有項目的隱患信息,并進(jìn)行派發(fā)和處理操作,且對所有隱患進(jìn)行統(tǒng)計分析。

 

4.2.4能耗分析

能耗分析功能包括了能耗概況、能耗同比、能耗環(huán)比、能耗報表和能耗預(yù)測等五個模塊??梢圆榭吹卿浻脩粝碌乃许椖康哪芎慕y(tǒng)計、同環(huán)比和報表,且按日、周、月等維度進(jìn)行能耗預(yù)測分析。

4.2.5手機APP

APP支持Android、iOS操作系統(tǒng),方便用戶查看電氣火災(zāi)、防排煙、消防水、消防設(shè)備電源、防火門、消防設(shè)備管理、視頻監(jiān)控、火災(zāi)報警等子系統(tǒng)的實時監(jiān)控數(shù)據(jù)、報警信息、能耗統(tǒng)計等。

4.3配置

  4.3.1平臺服務(wù)器:建議按照我方配置購買,或者客戶自己租用阿里云資源。

硬件配置清單:(如申請阿里云可忽略)

4.3.2系統(tǒng)現(xiàn)場硬件配置清單: 

注:以下配置為針對1個回路選型,其中剩余電流互感器應(yīng)根據(jù)現(xiàn)場回路電流大

4.4產(chǎn)品介紹

電氣火災(zāi)監(jiān)控探測器

ARCM300T-Z-2G/4G/NB可選配2G上傳、4G上傳、NB-IOT網(wǎng)絡(luò)上傳,單表流量說明: 

上傳間隔分鐘,小于30M/月;

上傳間隔二分鐘,小于15M/月;

上傳間隔五分鐘,小于10M/月

 

5結(jié)語

本文利用阿里的物聯(lián)網(wǎng)云平臺等技術(shù),實現(xiàn)用戶對智能消防產(chǎn)品的實時監(jiān)控。智能感知終端通過傳感器采集用戶環(huán)境的數(shù)據(jù),通過NB-IOT通信模塊將這些數(shù)據(jù)發(fā)送到阿里云平臺,

當(dāng)云平臺分析到這些采集到的數(shù)據(jù)異常時,向主控制器下發(fā)報警指令觸發(fā)報警,并向用戶發(fā)送報警信息或撥da報警電話,使得用戶能遠(yuǎn)程獲取異常報警情況,通過遠(yuǎn)程的實時監(jiān)控及時處理異常信息,從而降低災(zāi)害所帶來的損失。

 

參考文獻(xiàn)

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[4].安科瑞企業(yè)微電網(wǎng)設(shè)計與應(yīng)用手冊.2020.06.

 

作者簡介劉細(xì)鳳,女,現(xiàn)任職于安科瑞電氣股份有限公司,主要從事智慧消防平臺的設(shè)計與應(yīng)用。

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