面向物联网的电气火灾监控系统

面向物联网的电气火灾监控系统

梁一帅

盐城市消防救援支队 224000

摘要：电气火灾监控系统在对电气火灾的预警和防控过程中作用十分显著，可以有效避免电气火灾的发生。但是目前我国大部分电气火灾监控预警系统采用的是有线组网的方式，这种方式需要在每个配电区域都安装电气火灾监控系统，这不仅布线难度大，而且每个区域都需要专人看管，因此就产生了人力资源的浪费。在历史数据的展示上也不能形成图形化显示，这就给用户了解监控系统的历史数据造成了困难。随着物联网技术的快速发展，在电气火灾监控系统中就产生了新的趋势和方向，下面我们进行系统探讨。

关键词：物联网；电气火灾；监控系统

引言

电气火灾监控系统能够对电气线路异常及时预警，可以有效避免电气火灾的发生。目前大部分电气火灾监控系统采用有线组网的方式，如RS232、RS485、CAN等总线组网和局域集中上位机管理的方式，需要在每个相对隔离的配电区域安装有线组网的电气火灾监控系统，造成布线难度大的同时，每个区域都需要专人看管，进而造成了人力资源的浪费；在历史数据展示上通常也难以实现图形化显示，用户不能快速直观地了解监控系统的历史数据信息。

1物联网的体系构架和组成要素

1990年英国的KevinAshton首次提出了物联网概念，到如今物联网技术已经深入到各个行业各个领域的发展过程中，借助物联网技术我们可以对传统的电气火灾监控系统进行完善升级，从而更好地防控火灾的发生，为社会进步、人民生命财产安全做出更多的保障。物联网主要由信息采集、信息传递和信息处理三大要素组成。其中信息采集指的是将传感器或RFID等信息采集设备置入特定的采集地点，对所要关注的物体或者相关的系统进行信息采集和状态监控，这是其开端过程。

信息传递指的是通过无处不在的无线网络，对采集到的系统信息进行合理安全有效的传递，这是其中间环节。最后信息处理指的是借助相关的云计算处理方式，来进行最终的信息数据辅助决策过程。通过以上三个要素和过程就决定了物联网的三层构架体系，也就是感知层、网络层和应用层。感知层完成信息采集，网络层实现信息传递，应用层进行数据处理。

2系统总体架构

本系统按物联网体系架构分为感知、网络、应用三层，由多传感器组合独立式电气火灾探测器、监控平台、Web客户端和移动端APP组成，总体框架如图1所示。

图1系统框架图

探测器除完成传统电气火灾探测器功能外，还将相关设备状态信息通过GPRS，按照设定的传输协议（MQTT/CoAP/HTTP）定时上报到监控平台，Web客户端和移动端APP通过HTTP协议向监控平台请求获取相关服务。当探测器报警时，平台收到探测器报警消息后，通过短信等方式通知用户。

3电气火灾探测器

3.1硬件结构

多传感器组合独立式电气火灾探测器的硬件结构如图2所示，由A9GGPRS模组、RN8209D漏电流采集、DS18B20温度采集、报警输出、声光报警、显示、SD存储、按键等电路模块组成。A9GGRPS模组在探测器中充当微处理器和通信模组的双重角色，采用SDK二次开发的方式，不需要外接控制器，最大限度降低了硬件成本。

图2 电气火灾探测器硬件结构图

经过开发，其支持MQTT、CoAP、HTTP三种物联网通讯协议，提供给用户灵活选择。A9G模组通过UART接口获取RN8209D采集到的漏电流信号、DS18B20中采集的温度信息后，与用户设定的漏电流和温度报警阈值进行比较，若超出相应阈值，A9G模组驱动电路发出声光报警信号，并输出控制信号给消防联动，如切断断路器，使线路断路。A9G模组会定时向监控平台上报探测器的相关信息。

3.2程序设计

探测器程序主要包括探测器核心任务、通信存储、按键设置、OLED显示、运行指示五个主要任务（进程）。其中优先级最高的是探测器核心任务，即检测漏电流、温度是否超过阈值，给出声光报警信号和断路器动作信号。在没有发生异常时，定时向服务器上报，在发生异常时，探测器以3s/次的频率持续上报60次，确保服务器能够准确记录异常发生时的情况。A9G模组提供了MQTT协议相关的API，CoAP协议在其提供Socket网络接口之上参考github上的iotkit-embedded中的CoAP客户端实现，HTTP协议在请求行中指定版本为HTTP1.1，请求头部的Connection指定为keep-alive，与监控平台保持长连接。探测器核心任务流程如图3所示。

图3 探测器核心任务程序流程图

启动定时器时需要指定回调函数，在定时时间到达时调用该函数，在回调函数中完成漏电流和温度的采集，并分别与设置的阈值进行比较，若超出阈值则报警，并在更新数据后使用OS_SendEvent接口向主任务发送紧急优先级的报警事件，最后更新定时器，进入下一次循环。通信存储任务在完成定时通信和存储后，在循环中阻塞等待事件，收到报警事件后，立刻向平台上报数据。由于互感器的非线性及其他干扰信号影响，导致漏电流的测量值和实际值之间可能存在较大误差，在程序中先采用限幅平均滤波法去除可能的干扰值，然后通过Matlab进行数据拟合，以校准精度，拟合曲线如图4所示。

图4漏电流校准拟合曲线图

4以物联网为基础的电气火灾监控系统的基本组成和工作原理

根据以上分析，我们可以得知一个以物联网为基础的完整的电气火灾监控系统要由前端探测设备、无线收发设备和数据传输通道、监控中心平台以及监控客户端组成。

4.1前端探测设备

前端探测设备是以对整体电气线路的监控为手段实现的信息收集和相关对比检验，其中包括但不限于剩余电流监控、实时电流负荷预警以及各样设施温度的监控等。这一过程还可以直接联系警报系统，在相应的故障发生且被检测到时就会发出声光报警信号以提示技术人员排除故障。这一系统环节还可以实现对电弧现象的合理跟踪，必要时实现消防联动，最大程度上降低火灾发生的概率。外接收发器系统还可以实现各项指令的执行监督。

4.2无线远距离收发器及移动数据传输

在实现了实时完整的信息采集过程之后，就要依赖无线收发器实现各种采样数据和信息通过移动网络数据通道发送到监控中心平台和各项移动通信设备上。同时也可以将控制中心平台发来的各项指令传输给前端探测设备。

4.3监控中心平台

信息传递要有接收基地，监控中心平台就是主要的信息接收装置，其中数据库服务器可以对各种用户单位信息、探测器数量、前端探测设备的地址码、监控实时状态等在内的信息进行系统接收处理。可以实现监控历史信息的及时反馈和呈现。平台应用软件可以提供人机交互界面，用于显示监控和报警相关信息，很大程度上方便工作人员对信息进行编辑和查询。还可以实现对火灾报警地点的直接定位，并弹出该单位的相关电气信息。

4.4监控客户端

监控客户端也就是客户的使用平台，它可以实现相关火灾监控信息的及时获取和历史信息的完善处理。具体操作是用户可以在相关的客户端通过账号密码的形式登录个人平台，在监控个人平台就可以全面及时获取一定地理范围内的火灾检测器所储信息，地址码及位置报警详情都会直接显示在移动客户端平台上。操作方便的人机交互系统有效完善了用户的火灾监控体验，对于实现火灾监控的有效性提供了有利条件。

结束语

综上所述，在电气火灾监控系统中运用最新的移动物联网技术，可以实现电气火灾监控系统的升级换代，最大程度上实现了该系统长期、远距离、大范围的火灾监控，对于改善电气运行环境、保证人民生命财产安全具有十分重要的意义。物联网在火灾监控系统的广泛应用是实现安全用电的有力保障，同时也获得了更加远大的市场发展前景。

参考文献

[1]张征峰，郑梁，崔佳冬.基于物联网的电气火灾监控系统设计与实现[J].智能物联技术，2019，51（03）：49-54.

[2]胡勇.电气火灾监控系统与物联网[C].中国消防协会、安徽省消防总队.2013中国消防协会科学技术年会论文集.中国消防协会、安徽省消防总队：中国消防协会，2013：433-435.

个人简介：梁一帅（1983年8月出生）、男、江苏滨海、汉族、研究生、盐城市消防救援支队中级技术职务、主要从事消防监督管理工作