基于WIFI的城市消防远程监控系统设计_郝学红

struct BLOCK_HEAD { Start Serial Version Stime SourceDes Count Comm // 启动符 // 业务流水号 // 协议版本号 // 数据包发出时间 // 源地址 // 目的地址 // 应用数据单元长度 // 命令字节 // 1 时间同步 // 3 确认
统接入城市监控中心的方案 ， 基于 ARM 设计了火灾信息传输网点 ， 提高了信息处理和传输的实时性和可靠性 ； 基于 嵌入式操作系统的多线程及管道编程 ， 实现火灾探测信息的处理传输及上层监控中心和下层路由器间的信息交互 。 结果表明 ： 该方案能够顺利对火灾信息进行处理和转发 ， 实现了 数 据 的 实 时 、 高 速 、 可 靠 传 输 ， 满 足 基 于 互 联 网 的 城 市消防远程监控系统要求 。 关键词 ： WIFI 火灾自动报警 ； 嵌入式终端 ； 城市监控 中图分类号 ： TP391 文献标识码 ： A 文章编号 ： 1672－0687 （2012 ）04－0049－05
1
基于 WIFI 网络城市消防远程监控系统结构
该系统由两层组成 ， 系统框图如图 1 所示 。 第一层是建筑物内的消防自动报警及其联动装置以及其他
一些用户的消防设施 ，它们由很多不同厂家和类型的火灾探头 、消防主机 、手动消防设备组成 ；第二层是火灾 信息收集管理处置中心 、政府消防部门信息接口 、互联网普通用户查询接口等信息使用单位 。
图4
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程序启动过程
个定时器 ， 通过定时器 ， 可定时地查询其他模块的状态 。 当发现某个模块异常 ， 核心模块将重启 。
3.3
基于 TCP/IP 的无线网络通信 装置采集消防主机上的数据 ， 并且把数据转换成 TCP/IP 协议能识别的数据包 ， 因此 ， 采集的数据源要作
为网络帧的一部分 。 为了向设备提供透明的接口并区分数据源 ， 需要制定统一的帧格式 。 其中 ， 帧头 、 帧尾作 为一个串口帧的起始分界 （ 可自定义 ）； 数据部分是来自串口的原始数据流 。 无线网络采用 AP 连接网络的通 信方式 ， 并采用 TCP/IP 网络通信协议 。 数据包结构描述中控制单元格式如下 :
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用户 服务 系统
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图 1
基于 WFI 网络的城市火灾信息传输系统
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[ 收稿日期 ] 2012－03－18 [ 基金项目 ] 住房与城乡建设部科技资助项目 （2010-K3-5 ）； 苏州市建设局科技资助项目 （2010-09 ） [ 作者简介 ] 郝学红 （1975- ）， 女 ， 山东青岛人 ， 工程师 ， 研究方向 ： 工业控制 ， 消防监控系统的设计及开发 。
第 29 卷第 4 期
苏 州 科 技 学 院 学 报 （自 然 科 学 版 ）
Journal of Suzhou University of Science and Technology （Natural Science ）
Vol．29 No．4 Dec． 2012
2012 年 12 月
基于 WI FI 的城市消防远程监控系统设计
郝学红 1， 袁爱根 2， 肖金球 2
（1. 苏州恒基机电工程有限公司 ， 江苏 苏州 215028 ；2. 苏州科技学院 苏州市智能测控工程技术研究中心 ， 江苏 苏州 215011 ） 摘 要 : 针对城市消防远程监控系统中火灾自动报警系统的无线联网问题 ， 提出一种基于 WIFI 把火灾自动报警系
用于加载操作系统内核及应用程序等可执行代码和数据 ， 为其运行提供空 间 。 外围电路包括以太网模块 、 串口模块 、 人机接口模块等 ， 如图 2 所示 。
图 2 嵌入式火灾检测信息 收发终端的硬件结构
3
3.1
火灾检测信息收发终端的软件设计
系统软件总体设计
WIFI 无线嵌入式火灾检测信息收发器软件系统总体设计如图 3 所示 。
பைடு நூலகம்
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苏州科技学院学报 （ 自然科学版 ）
2012 年
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火灾信息传输网关的硬件设计
该嵌入式网关的中央处理单元采用三星公司的 16/32 位 RISC 处理器
S3C2440A， 基于 ARM920T 内核 ， 运算速 度 高 达 400 MHz ， 适 用 于 需 要 联 网 应用的嵌入式电子设备 。 其中 NOR FLASH 用于存储 boot loader 启动代码 ， NAND FLASH 用 于 存 储 操 作 系 统 的 内 核 映 像 和 根 文 件 系 统 映 像 ，SDRAM
该系统按照功能分为 5 个模块 。 （1） 报警或故障信息采集模块 该模块由若干火警检测传感器组成 ， 包 括温度传感器 、 烟雾传感器 、 手动报警输入按钮 、 设备故障信息反馈等 ， 当设 备检测到有火警信号或故障信息出现时 ， 会及时的通过 WIFI 无线网络路由 过 AP ， 然后送到相应的报警处理中心 。 （2） 网络通信模块
3.2
系统的流程分析 核心管理模块是嵌入式网关入口 ， 当嵌入式网关加电启动 ， 嵌入式网关的操作系统负责启动核心管理模
第4期
郝学红 ， 等 ： 基于 WIFI 的城市消防远程监控系统设计
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块 。 此时 ， 其他模块还未启动 。 核心模块首先为其他模块启动初始化系统环境 ， 如创建管道 、 共享内存等 ， 然 后启动其他模块 ， 这时系统将启动完成 。 接着 ， 核心模块建立定时器 ， 创建定时器是为了定时地检测其他模块 ， 以判断其他模块的状态 ， 称这个过 程为 “ 心跳 ”。 当以上过程完成后 ， 核心管理模块开始监视所有管道 。 当管道有数据时 ， 读取定长的数据并分 析 ， 找出源地址 、 目的地址及命令字 。 根据命令字类型做相应处理 。 程序流程图如图 4 所示 。 （1） 初始化 。 主要工作是为模块间的通信建立有名管道 ， 每个与核心模块通信的进程有一个管道 。 当前系 统需要创建 4 个管道 。 其他模块如果想要使用管道 ， 必须首先打开管道 。 所有与管道的通信都有 API 供其他 用户使用 。 （2） 启动其他模块 。 核心模块通过子进程调用 excel （） 来启动其他模块 。 每个其他模块都是一个可 执行程序 ， 通常位于一个固定的路径及固定的文件名 。 每个模块在启动之后需要向核心模块发送注册信息 ， 这些信息包括模块标识 、 进程 ID 、 进程状态等 。 登记信息由核心模块保留 ， 供以后使用 。 （3） 创建定时器 。 核 心模块需要定时地检测其他模块的生存状况 ， 通过注册一个定时器 ， 可以定时地触发检测功能 。 （4） 数据开 始 。 当所有初始化工作完成以后 ， 核心模块开始进入工作状态 。 它的主要工作就是负责处理管道信息 ， 通过使 用 select （） 函数可以同时访问多个管道 。 当某个管道有数据 ， 核心模块读取数据包 ， 并解析出包头 ， 得到包的 源地址 、 目的地址及控制字并加以分析 ， 选择处理流程 。 处理流程包 括: 数据中转 ， 巡检 ， 系统维护等 。 当该数据包处理完成以后 ， 核心模 块返回继续等待下一个数据包 。 （5） 处理数据中转 。 其他模块间无法 直接通信 ， 都必须通过核心模块进行中转 。 数据包中指明了包的源地 址 、 目的地址及控制字 。 控制字表明数据需要中转 。 核心模块发现数 据包需要中转 ， 就将包写入到给定目的地址的模块管道 。 （6） 处理巡 检 。 服务器需要定时地检测前置机各个模块的状态 ， 于是发送巡检请 求给网络模块 ， 网络模块解析后组包发送给核心模块 ， 核心模块在分 析后发现该包是巡检请求 ， 于是通过相应函数及注册记录信息 ， 判断 各个模块的状态 ， 并组包发送给服务器 。 （7） 处理系统维护 。 系统维护 的主要任务是为了保证系统所有模块的正常运行 。 前面初始化了一
图3 软件基本框架
该模块主要由 WIFI 模块实现 。 WIFI 模块主要由射频前端 、 射频处理芯片 、 射频基带
芯片组成 。 ARM 处理器通过 USB 接口实现其与 WIFI 模块的信息传递 ， 负责将火警信息往无线网络上传递 （ 将该设备获取的火警 、 故障等信息依照特定的网络协议准确无误地传递给上层的应用服务器 ）， 同时还要负 责接收来自服务器的数据 ， 如配置信息 、 控制指令等 。 从功能角度 ， 网络通信模块又可以分为两个子模块 ： 数 据通信和数据处理 。 数据通信子模块只是负责从网络上获取数据或者将数据发送到网络 。 数据处理子模块主 要负责组包和解包 ， 涉及到通信协议 。 当数据区有数据需要网络通信模块处理时 ， 数据处理子模块会首先从 数据区取出数据 ， 并分析 、 判断数据类型 ， 根据数据类型组包 ， 然后将包交给数据通信子模块发送 。 （3） 串口采集模块 主要通过串口获取消防主机的状态 ， 从中分析出有用信息 ， 并将其写入数据区 ， 供其 他模块使用 。 它是信息传输网关的核心 。 由于消防主机众多 ， 而且协议又各不相同 ， 因此 ， 串口采集模块需要 根据消防主机定制 。 串口采集模块分为两个子模块 ： 数据采集和数据加工 。 数据采集子模块通过特定的对话 方式 （ 和具体的消防主机有关 ） 从消防主机获取数据 ， 数据加工子模块读取这些数据 ， 并按照消防主机协议进 行解析 ， 提取初步的信息 ， 如消息类型 （ 火警还是故障 ）、 探头地址 （ 内部编码地址 ）， 然后依照内部协议组包 ， 写入数据区 ， 后续的工作交由网络通信模块 。 （4） 系统控制模块 主要用于控制信息传输的硬件设备 ， 如指示灯 、 按键 、 灯等 。 它从数据区读取控制指 令 ， 根据控制指令执行特定的硬件控制 。 控制指令可能由网络通信模块产生 ， 如上层服务器发送查岗请求 ， 网络通信模块经过数据处理转化为响喇叭指令 ， 写入数据区 。 当然控制指令可以由任何模块产生 。 系统控制 模块可以返回硬件状态信息 ， 也是通过写状态信息到数据区来实现信息传递的 。 （5） 系统维护模块 主要负责确保系统各个模块的正常运行 ， 记录及上传工作日志 ， 供系统维护人员参 考 。 收集上来的数据经过分析和挖掘 ， 可以作为产品性能指标制定的依据 。 各模块在建立之初将会在数据区 注册 ， 维护模块通过这个注册信息实现心跳应答机制 ， 从而判断各个模块的工作状态 。 同时 ， 还将数据区中 的日志信息提取出来写入日志文件 ， 并提出发送日志文件请求给网络通信模块 。 每个模块依照分工完成职能之内的工作 ， 不属于职能内的工作通过写入数据区交由职能模块去完成 。 数据区是各个模块传递信息的媒介 ， 通过格式化的数据写入和读取 ， 实现模块间的信息共享和职能分工 。