基于Docker的小区智慧消防系统设计与实施.pdf
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1、Microcomputer Applications Vol.39,No.10,2023文章编号:10 0 7-7 57 X(2 0 2 3)10-0 0 39-0 4基金项目基于Docker的小区智慧消防系统设计与实施微型电脑应用2 0 2 3年第39 卷第10 期胡智喜(常州工学院,计算机信息工程学院,江苏,常州2 130 32)摘要:以物联网(IoT)技术为载体,建立小区智慧消防系统用于监控、管理整个小区的消防设施,对消防险情做出智慧预警和自动上报。通过IoT无线组网、搭建云平台,在整个小区建立智慧消防系统。它能够连接现场消防设施、小区监控中心和远程城市消防管理中心,在消防险情状况出现时
2、快速响应,更好地预防和杜绝火灾险情的发生。该系统可以应对和处理多种小区数据状况,实现小区监控中心与城市消防管理中心的信息共享,使小区的消防问题能够快速得到处理和管控。关键词:智慧消防系统;物联网;Docker;小区中图分类号:TP311.5;T U 998.1Design and Implementation of Intelligent Fire Fighting System in Community(School of Computer Science and Information Engineering,Changzhou Institute of Technology,Changz
3、hou 213032,China)Abstract:Taking Internet of things(IOT)technology as the carrier,this paper establishes a community intelligent fire protec-tion system to monitor and manage the fire protection facilities of the whole community,and make intelligent early warning andautomatic reporting of fire hazar
4、ds.By making the underlying sensor hardware through the wireless networking of the IoT andbuilding a cloud platform to serve in the cloud,an intelligent fire protection system is established for the whole community.Itcan connect on-site fire-fighting facilities,community monitoring center and remote
5、 urban fire-fighting management center,re-spond quickly in case of fire-fighting danger,and better prevent and eliminate the occurrence of fire danger.The system candeal with a variety of community data conditions,realize the information sharing between the community monitoring center andthe urban f
6、ire management center,and make the fire problems of the community be handled and controlled quickly.Key words:intelligent fire fighting system;IoT;Docker;community0引言随着无线传输技术、传感器技术、物联网技术的发展,消防产业也经历了几次变革,目前国内很多小区正逐渐走上智能化的道路1-2。如何通过物联网(IoT)技术建立合理的架构有效地管理城市小区的安全是我国工业界、学术界研究的重要课题。我国每年发生的火灾次数仍很多,很多火灾造成的损
7、失都是触目惊心的。究其原因是消防设备的多样化不能及时采集到问题报警信息的发生并做出快速响应和处理3。消防监控和管理仍依赖于特定的场景、安全员、消防设备以及其监管部门,面对小区环境复杂、用户众多、消防设备多样性、物业事务多的环境,传统概念的消防管理无法实现多场景、多系统的信息共享,火警信息难以快速传达和响应。基于以上现状,本文以IoT技术为载体,建立小区智慧消防系统用于监控、管理整个小区的消防设施,对消防险情做出智慧预警和自动上报。它能够连接现场消防设施、小区监控中心和远程城市消防管理中心,在消防险情状况出现时基金项目:江苏省产学研合作项目(BY2020129)作者简介:胡智喜(197 6 一)
8、,男,硕士,副教授,研究方向为软件质量管理与验证、机器学习。文献标志码:ABased on DockerHU Zhixi快速响应,更好地预防和杜绝火灾险情的发生。1通用IoT消防系统架构目前,通用IoT消防系统架构采用终端采集模块和执行器十数据传输模块十IoT云平台十用户层App客户端的整体框架,由微控制器为主控智能终端,外接温湿度传感器、烟雾传感器、电压传感器、管压传感器、蜂鸣报警器和继电器控制喷水装置。采用无线传输技术,使用IoT云平台,结合手机用户App组成。通常情况下,整个IoT消防系统分为终端层、传输层、平台层以及用户层5。图1为通用IoT消防系统架构图。(1)终端层。终端层是整个系
9、统的基础载体,系统终端主要由主控芯片、感知采集模块和终端执模块组成,根据需求可以选用高端Arm-Cortex芯片或者低端8 位单片机。现场模块通常包括温湿度传感器、烟雾传感器、电压传感器、管压传感器、蜂鸣报警器、继电器、报警灯、摄像头等,负责数据的采集和命令的执行,使得终端可控、可管、可互通6。39.Microcomputer Applications Vol.39,No.10,2023用实时监测户层远程控制平台层管理接口传输层NB-IOTBluetooth模块模块报警灯继电器终翡层温湿烟雾电压管压像头度传传感采集传感感器器图1通用系统架构图(2)传输层。传输层是整个系统实现通信的基础,是设备
10、可以稳定互通的前提。系统可采用NB-IoT、Blu e to o th、LoRa、Zig Be e 等无线传输技术。这些无线技术有不同的功耗、成本、连接节点数、覆盖范围,可以根据不同的数据采集需求进行选择。合适的无线组网技术的选用可以保证在复杂的外界环境下维持数据的高稳定性和高可靠性7。(3)平台层。平台层是实现通信管理、数据分析和设备运作的基础,当前可选择的IoT云平台有很多,比如阿里云平台、腾讯云平台、微软云平台等。云平台的特点是平台可以提供灵活高效的数据管理,包括数据采集、分类、结构化存储、调用和数据分析。通过灵活编排的UI界面实现监督管对比项目组网方式传输距离网终部署方式节点单网接人点
11、客量约2 0 万成本510美元频段电信运营商授权段受限低速通信接口传输速度0.350Kibit/sUART实际10 0 Kibit/s功耗10 mA户外,LPWAN大面积应用场景传感器应用场景基于以上分析,采用的系统硬件组成如图2 所示。现场设备包括低数据量传输的温湿度传感器、烟感传感器、管压传感器、电压传感器、继电器(喷水)、蜂鸣器和高数据量传输的扬声器、显示屏、摄像头等。对于低数据量采集的信息通基金项目理,同时连接网络模块和用户App协同实现命令下发和数实时报警远程复位阙值设置历史回溯云平台了3远程服务ZigBeeLoRa模块模块蜂鸣器控制器模块NB-IoT蜂窝组网大于等于10 km微型电
12、脑应用2 0 2 3年第39 卷第10 期据的传输。(4)用户层。为了满足系统更智能、更高效、更便捷的目标,一般提供移动终端App接口,用户可以通过App随时随地获取设备信息和报警信息,及时了解目标区域周边消防设备的状态和隐患。2小区智慧消防系统硬件搭建基于IoT的小区智慧系统硬件部分由现场设备、主控制器、无线传输模块组成。现场设备主要包含温湿度传感器、烟感传感器、管压传感器、电压传感器、继电器(喷水)、蜂鸣器、扬声器、显示屏、摄像头等终端硬件设备。主控制器采用2种处理器。基于Arduino平台的ATmega328,这是8 位CPU,主要用于现场信号采集、IO状态读取、温度压力等模器拟量的读取
13、。因为采集数据量占用比较大的带宽等资源,如声音、图像和视频数据,所以同时选择了另一款基于Rasp-Berry Pi 的 ARM Cortex-A72 的 Broadcom BCM2711 的CPU,这是采用6 4位1.5GHz四核的处理器,可以满足高端需求。这2 种开发平台是很多创客首选的IoT设备开发平台9。对于无线传输模块的选取,基于表1给出的各种IoT无线组网方式、传输距离、传输速度等项目的比较,最终选择了NB-IoT、Zi g Be e、W i-Fi 的混合组网方式。使用Wi-Fi主要为了传输视频、声音、图像等大容量信息,因为Wi-Fi在速度上具有得天独厚的优势,在小区布置无线路由器的
14、区域可以使用Wi-Fi组网进行通信,用来实时监控目标小区的一些消防重点区域,比如配电室、大堂、安全门等区域的状态。表1常用IoT无线组网方式比较组网方式LoRaZigBeeLoRa网关ZigBee网关大于等于10 km100m以内节点、网关节点、网关约6 万,受实际因素影响理论有6 万多个5美元12美元免费频段,4338 6 8免费频段,2.4GHz受限低速通信接UART实际一般小于10 0 Kibit/s5G频段1.3Gibit/s10mA5mA户外,LPWAN蜂窝网户内、户外、LPWAN小户内、户外、LPWAN宽不易覆盖的地方,可搭范围传感备应景,可搭建私有网络建私有网络过Arduino平
15、台选用基础的ATmega328芯片,而高数据量的信息采集通过基于ARMCortex-A72架构的RaspBerryPi4B,其CPU采用博通的BCM2711。这款高性能处理芯片可以轻松地处理视频和声音信息,同时通过其自带的嵌人式40.Wi-Fi无线路由器20200 m HaLow 1 km节点、网关几百个10美元免费频段,2.4GHz,货5GHz2.4G频段3 0 0 Mibit/s1050 mA带覆盖的地方、无线上网、PC、PD A蓝牙点对(多)点20200 m节点、网关40个25美元免费频段,2.4 GHz1 Mibit/s20 mA户内、户外、LP-WAN通信、汽车、IT、多媒休等Mic
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