基于3G的高层楼宇家庭远程监控报警系统.pdf
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1、第 41 卷 第 1 期 邢 台 职 业 技 术 学 院 学 报 Vol.41 No.1 2024 年 2 月 Journal of Xingtai Polytechnic College Feb.2024 收稿日期:20231211 基金项目:三门峡市科学技术局科技发展规划项目“基于物联网 ZigBee 技术的家庭智能消防预警系统的设计与研究”,项目编号:2020010125。作者简介:董萍(1980),女,河南淮阳人,三门峡职业技术学院,副教授。64 基于 3G 的高层楼宇家庭远程监控报警系统 董 萍1,赵民生2(1.三门峡职业技术学院,河南 三门峡 472000;2.三门峡市消防救援支队
2、,河南 三门峡 472000)摘 要:随着科技的日新月异,家居的高楼大厦也在朝着智能化的方向发展。基于 3G 的高层楼宇家庭远程监控报警系统旨在将家庭智能建筑内部的各类物联感知前端的数据进行统一汇聚传输至远程监控报警系统,把数据提供给实战指挥平台进行集成,指挥人员可在实战指挥平台上直观地查看建筑内部消防传感器状态,为指挥决策提供数据支撑。同时,利用 3G 等多种现代信息技术手段,对可燃气体探测器、烟雾探测等设施正确采集多传感器数据并实施监控,可实现家庭智能防火预警系统监控和报警火灾的目标,从而达到预期目的。关键词:3G;家居高层;防火保护;视频监控;报警 中图分类号:TP277.2;TU998
3、.1 文献标识码:A 文章编号:10086129(2024)01006407 科技的不断发展和经济实力的增强,促使居民对生活环境和居住的舒适度要求逐步提高,促使消防部门对家庭智能应急救援处置能力的增强。现在的高楼大厦实行的是安全、便捷、智能的家居智能系统,它的出现给人们的生活和工作带来了极大的便利,提高了人们的生活质量水平,让人们从繁重的家务劳动中解脱出来,更好地支配自己的空间和时间,为人们在生活中创造一个安全、舒适、便捷的家居空间,让人们享受到生活中的乐趣。随着城市经济的发展和城市建设的日新月异,人口基数大、居住聚集度高、建筑密度大、楼层高的建筑越来越多,一旦发生火灾,隐患多、火势蔓延快、人
4、员疏散难度大、救援难度大的高层建筑将给后续工作带来新的挑战,给当地群众生命财产安全造成重大损失。因此,性能更好的消防系统在高层建筑中显得尤为关键。基于 3G 的高层楼宇家庭远程监控报警系统能够增强火灾发生时的应急处置能力,如提供火灾发生地点、平面示意图、具体起火位置、周边取水位置、微型消防站信息等,为消防救援人员实时监控火情提供数据支持,将火灾控制在萌芽状态。同时,消防救援人员通过调取各类基础数据,对辖区火灾隐患进行督促整改,在火灾发生时能够为火灾的扑救和事故的排查提供数据支持,将火灾控制在萌芽状态,做到全面监控火情,确保一旦发生火情,就能有效减少家庭火灾事故,为消防救援人员开展抢险救援提供材
5、料理论上的支持。因此,设计和研究基于 3G 的高层楼宇家庭远程监控报警系统就变得尤为重要。一、家庭智能的概念及相关技术 1.家庭智能概念 家庭智能系统(Home Intelligent System)是充分利用当前流行的互联网技术、通信技术、自动化技术、计算机技术、电子技术等,以用户住宅为基础,通过各种类型的无线节点,管理和控制与人们日常居住环境相关的不同子模块的系统1。该系统需要多台设备协同工作,共同完成一项集安防、报警、监控等多功能于一体的工作任务,以满足家庭智能化自动化管理。2.家庭智能的功能 家庭智能内部各类终端信息的通信主体不仅仅是居住者,而且还扩展到各类智能化家电。居住者在家庭智能
6、环境中可以通过远程终端设备,如电脑、遥控器、手机等调节、监测、管理和控制家居设备,如照明、空调、电视、安全防护等,实现对居住环境的控制2。智能家居中的自动收集能耗数据子系统能够与小区物业数据紧密相连,该功能将每月居民的水、电、天然气等消耗数据传输到物业数据中,不仅能保证住宿环境的安全性,而且能减轻物业工作人员查询小区居民住户数据的负担。智能家居具有安全 邢台职业技术学院学报 2024 年 第 1 期 65 预警性能,能够在家中出现火灾、盗窃等紧急情况下,自动报警。同时,智能家居环境能够实现空调、冰箱、电视机、DVD、摄像机等各种不同类型设备之间的数据信号转换,能够实现各种影音信号在家庭内外的交
7、互传输,极大地方便了人们的生活3-5。3.家庭智能的相关技术 具有运算能力强、存储能力大、逻辑判断等功能的计算机由输入设备为鼠标、键盘等的硬件系统和软件系统组成,输出设备为显示器、打印机等。像单片机的 Microtroller 等体积更小、价格更低的家用智能系统。常用的智能家居系统技术有数码技术,网络通讯技术,集成布线技术等。其中,数字技术主要负责将一般讯号转换成电脑可辨识的二进码的收集、加工、储存及传送等工作。网络通讯技术主要负责各类信息的采集、处理、存储和通过通讯设备传输,是家庭智能系统远程控制各类家电等设备的关键。综合布线技术主要负责建筑物网络的连接,交换设备与外部网络的连接6-8。二、
8、系统总体设计 1.系统可行性分析和需求分析(1)系统可行性分析 基于 3G 的高层楼宇家庭远程监控报警系统分为执行层、监管层、决策层三个层级,分级管理,落实责任。其中,执行层主要指社会单位、九小场所、社区工作站。将“人防+技防”有效结合,以信息化手段落实消防安全主体责任,通过系统建立规范的消防设施检查执法程序、基层社区工作人员复核管理工作模式。监督层主要是指消防监督管理部门和行业主管部门(以下简称“监管部门”),即消防监管部门和行业主管部门(以下简称“监管部门”)通过科学评估、数据分析,对小区家庭智能消防安全情况进行分色预警,并清晰呈现在地图上,为属地管理单位和行业主管部门消防监督管 图 1
9、三层分级管理 理提供依据。决策层主要指政府领导层面。结合地理信息系统技术,将消防信息、消防资源、灭火力量、日常监管、监控设备等数据,按照隐患红、黄、绿分色预警、量化考核、科学分析评估的方式进行整合,为政府领导决策提供依据。三层分级管理如图 1 所示。(2)系统需求分析 基于 3G 的高层楼宇家庭远程监控报警系统主要涉及到火灾自动报警、入侵报警、水浸报警、手动报警方面的家庭安全防护功能需求和远程视频监控需求两个方面的功能需求。2.系统体系架构设计 由监控模块、手机终端和小区监控平台三部分组成的基于 3G 的高层楼宇家庭远程监控报警系统体系架构,如图 2 所示。其中,监控模块主要通 图 2 系统体
10、系架构设计图 过探测器对报警信号进行采集,通过手机向小区监控平台发送各类报警信息,当报警被触发时即可实现报警;接收报警信息、查看监控画面等均采用手机终端;监控实时报警信息的是小区监控平台。邢台职业技术学院学报 2024 年 第 1 期 66 三、系统硬件设计 1.系统硬件架构 系统硬件架构如图 3 所示。2.系统主控芯片的选型 嵌入式处理器(Embedded Processor)是一种控制和辅助系统运行的影响整个嵌入式系统性能的硬件单位,是嵌入式系统的核心。市面上常见的家用智能系统,都是选用嵌入式微处理器的 ARM。ARM 是基于 32 位 RISC 的处理器架构,在开发设计嵌入式 CPU 时
11、得到广泛应用,具有能耗低、性能高、成本低、体积小、寻址方式简单灵活、执行效率高、执行指令速度快等优点。ARM 处理器设计了适用于嵌入控制、DSP、移动应用等方面的高性能、低功耗、低价格的 RISC 处理器、相关技术和软件,正逐渐渗透到人们工作和生活的方方面面。从平板电脑、智能手机、PDA、游戏机、超极本等便携消费类电子产品,到硬盘驱动器、便携式路由器等网络和电脑外设,以及广泛应用于军事设施的导航电脑,ARM 处理器的应用领域主要体现在对技术性能有较高要求的电子产品上,都有 ARM 处理器的身影9-10。这套系统采用了家庭智能系统处理器五段式流水线 ARM9。该处理器采用了更多的晶体管,具有 8
12、 个优先级的高级中断控制器和 7 个外部中断源,低功耗,高效率,额外的内嵌存储器支持总线接口,ARM9 处理器寄存器的分布情况如图 4 所示。R0R1R2R3R4R5R6R7R8R9R10R11R12R13 SPR14 LRR15 PCCPSRR8_FIQR9_FIQR10_FIQR11_FIQR12_FIQR13_FIQR14_FIQSPSR_FIQR13_IRQR14_IRQSPSR_IRQR13_SVCR14_SVCSPSR_SVCR13_UNDEFR14_UNDEFR13_ABTR14_ABTSPSR_ABT用户与系统用户与系统快速中断快速中断中断中断管理管理未定义未定义中止中止SPS
13、R_UNDEF 图 4 ARM 处理器寄存器分布示意图 3.高层住宅建筑功能设计(1)消控主机联网监管 目前的高层建筑都安装了火灾自动预警系统,将用户信息传输装置安装在系统控制器处,通过数据接口与系统相连,对各类数据信息进行监控。(2)高层住宅消防用水监测 高层住宅消防供水监控主要针对管网压力、消防水箱水位、消防泵工作情况等,对高层住宅内的消防栓系统、消防喷淋系统进行实时监控检测,并将采集到的数据向中心平台传输,实现消防用水可视化管理。(3)消控室视频监控 通过视频监控与平台进行对接,实现消防控制室远程视频查岗、音频视频通话等功能。确保有工作人员 24 小时值守高层住宅。当有火灾警情发生时,工
14、作人员第一时间赶到事故发生地点,以最快速度将火灾萌芽消灭在初期。(4)独立式烟感探测器 图 3 系统硬件模块框图 邢台职业技术学院学报 2024 年 第 1 期 67 主要应用于内部采用离子烟雾传感的高层建筑、中大型超市、仓库等各种消防系统中的烟感探测器,主要通过监控烟雾浓度来实现在使用过程中预防火灾的发生。基于 3G 的高层楼宇家庭远程监控报警系统的使用烟感探测器,将各类信息通过各种无线通讯方式传送给 Ipad、手机等终端设备。(5)可燃气体探测器 当可燃性气体达到一定浓度时,探测器会通过无线通讯方式,在向中心平台和手机 APP 传递报警信息的同时,发出声光警报,提醒相关人员做好安全措施,如
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