基于ARM 的火災(zāi)信息傳輸網(wǎng)關(guān)設(shè)計(jì)

摘 要: 針對城市消防遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)中火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)的聯(lián)網(wǎng)問題，提出一種利用Int ernet 實(shí)現(xiàn)火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)與城市監(jiān)控中心的聯(lián)接方案，設(shè)計(jì)了系統(tǒng)的關(guān)鍵設(shè)備—— 基于ARM 的嵌入式網(wǎng)關(guān)。設(shè)備中采用經(jīng)過剪裁、內(nèi)核版本2. 6 的linux 系統(tǒng)，提高了信息處理和傳輸?shù)膶?shí)時(shí)性和可靠性，并在嵌入式操作系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，利用多線程及管道編程，實(shí)現(xiàn)了火災(zāi)探測信息的處理傳輸及上層監(jiān)控中心和下層網(wǎng)關(guān)的信息交互。設(shè)備實(shí)際運(yùn)行后的結(jié)果表明，該火災(zāi)信息傳輸網(wǎng)關(guān)能夠順利地對相關(guān)信息進(jìn)行處理和轉(zhuǎn)發(fā)，在廣域網(wǎng)內(nèi)實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)、高速、可靠傳輸，滿足基于互聯(lián)網(wǎng)的城市消防遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)要求。

　　0 引 言

　　火災(zāi)是城市災(zāi)害中的一種主要形式，它已經(jīng)日益成為影響社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展和人民生活的一個(gè)重要災(zāi)害，而目前城市在預(yù)防火災(zāi)方面主要采用的就是在建筑物內(nèi)安裝火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)及其聯(lián)動(dòng)消防裝置，雖然這種裝置在及早發(fā)現(xiàn)火情和控制火勢方面發(fā)揮了重要作用，但是在目前這種消防設(shè)備管理和監(jiān)督體系下，很多建筑物的所有方不能夠及時(shí)地對建筑物內(nèi)的消防設(shè)施進(jìn)行檢查維修，導(dǎo)致很多火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)故障誤報(bào)頻發(fā)，極大地影響了建筑物內(nèi)的人員的工作和生活; 同時(shí)，大部分消防主控室主要通過人工值班、電話報(bào)警方式，因受到電話線路、報(bào)警方式方法以及報(bào)警人情緒的影響，往往造成接警調(diào)度處理速度較慢; 消防部門在接警時(shí)也是依靠電話來傳遞信息的，極易受到報(bào)警人或值班員聽覺的影響而導(dǎo)致接傳火警信息有誤，造成不應(yīng)有的錯(cuò)誤和無法估量的損失，所以建立基于互聯(lián)網(wǎng)的城市消防監(jiān)控系統(tǒng)具有很重要的實(shí)踐意義。在這項(xiàng)工程中，最關(guān)鍵的就是處于網(wǎng)絡(luò)與自動(dòng)報(bào)警聯(lián)動(dòng)裝置之間的接入網(wǎng)關(guān)的設(shè)計(jì)和研制。利用這種專門的硬件設(shè)備以及在這之中的程序，可以把各個(gè)建筑物的消防自動(dòng)化及其聯(lián)動(dòng)裝置接入Internet，通過互聯(lián)網(wǎng)連接到城市中的監(jiān)控中心。

　　1 基于互聯(lián)網(wǎng)的城市消防遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

　　該系統(tǒng)由三層組成，系統(tǒng)框圖如圖1 所示。第一層是建筑物內(nèi)的消防自動(dòng)報(bào)警及其聯(lián)動(dòng)裝置以及其他一些用戶的消防設(shè)施，它們由很多不同廠家和類型的火災(zāi)探頭、消防主機(jī)、手動(dòng)消防設(shè)備組成; 第二層是火災(zāi)信息收集管理處置中心、政府消防部門信息接口、互聯(lián)網(wǎng)普通用戶查詢接口等信息使用單位 。

　　2 火災(zāi)信息傳輸網(wǎng)關(guān)的硬件設(shè)計(jì)

　　該嵌入式網(wǎng)關(guān)的中央處理單元采用三星公司的16/ 32 位RISC 處理器S3C2440A，它基于ARM920T內(nèi)核，運(yùn)算速度高達(dá)400 MHz，適用于需要聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用的嵌入式電子設(shè)備。其中的NOR FLASH 用于存儲bo ot loader 啟動(dòng)代碼，NAND FLASH 用于存儲操作系統(tǒng)的內(nèi)核映像和根文件系統(tǒng)映像，SDRAM 用于加載操作系統(tǒng)內(nèi)核及應(yīng)用程序等可執(zhí)行代碼和數(shù)據(jù)，為其運(yùn)行提供空間。外圍電路包括以太網(wǎng)模塊、串口模塊、人機(jī)接口模塊等，如圖2 所示。

圖1 基于網(wǎng)絡(luò)的城市火災(zāi)信息傳輸系統(tǒng)

圖2 嵌入式網(wǎng)關(guān)的硬件結(jié)構(gòu)

　　3 火災(zāi)信息傳輸網(wǎng)關(guān)的軟件設(shè)計(jì)

　　3. 1 軟件總體設(shè)計(jì)

　　軟件總體設(shè)計(jì)如圖3 所示。

圖3 軟件基本框架

　　3. 2 總體概述

　　網(wǎng)關(guān)軟件系統(tǒng)按照功能分為4 個(gè)模塊。

　　( 1) 網(wǎng)絡(luò)通信模塊

　　主要負(fù)責(zé)信息往網(wǎng)絡(luò)上的傳遞，將該網(wǎng)關(guān)獲取的火警，故障等信息依照特定的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議準(zhǔn)確無誤地傳遞給上層的應(yīng)用服務(wù)器，同時(shí)還要負(fù)責(zé)接收來自服務(wù)器的數(shù)據(jù)，如配置信息，控制指令等。具體來說，網(wǎng)絡(luò)通信模塊又可以分為兩個(gè)子模塊: 數(shù)據(jù)通信和數(shù)據(jù)處理。數(shù)據(jù)通信的工作只是負(fù)責(zé)從網(wǎng)絡(luò)上獲取數(shù)據(jù)或者將數(shù)據(jù)發(fā)送到網(wǎng)絡(luò)。數(shù)據(jù)處理主要負(fù)責(zé)組包和解包，涉及到通信協(xié)議。當(dāng)數(shù)據(jù)區(qū)有數(shù)據(jù)需要網(wǎng)絡(luò)通信模塊處理時(shí)，數(shù)據(jù)處理子模塊會(huì)首先從數(shù)據(jù)區(qū)取出數(shù)據(jù)，并分析、判斷數(shù)據(jù)類型，根據(jù)數(shù)據(jù)類型組包，然后將包交給數(shù)據(jù)通信子模塊發(fā)送。

　　( 2) 串口采集模塊

　　主要負(fù)責(zé)通過串口獲取消防主機(jī)的狀態(tài)，并進(jìn)行分析，分離出有用信息，并將其寫入數(shù)據(jù)區(qū)，供其他模塊使用，它是信息傳輸網(wǎng)關(guān)的核心。

　　由于消防主機(jī)眾多，而且協(xié)議又各不相同，因此串口采集模塊需要根據(jù)消防主機(jī)定制。在此，同樣將串口采集模塊分為兩個(gè)子模塊: 數(shù)據(jù)采集和數(shù)據(jù)加工。數(shù)據(jù)采集通過特定的對話方式( 和具體的消防主機(jī)有關(guān)) 從消防主機(jī)獲取數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)加工讀取這些數(shù)據(jù)，并按照消防主機(jī)協(xié)議進(jìn)行解析，提取初步的信息，如消息類型( 火警還是故障) ，探頭地址( 內(nèi)部編碼地址) 。然后依照內(nèi)部協(xié)議組包，并寫入數(shù)據(jù)區(qū),以后的工作就交由網(wǎng)絡(luò)通信模塊。

　　( 3) 系統(tǒng)控制模塊

　　主要用于控制信息傳輸網(wǎng)關(guān)的硬件設(shè)備，如指示燈、按鍵、燈等。它從數(shù)據(jù)區(qū)讀取控制指令，根據(jù)控制指令執(zhí)行特定的硬件控制?？刂浦噶羁赡苡删W(wǎng)絡(luò)通信模塊產(chǎn)生,如上層服務(wù)器發(fā)送查崗請求，網(wǎng)絡(luò)通信模塊經(jīng)過數(shù)據(jù)處理轉(zhuǎn)化為響喇叭指令，寫入數(shù)據(jù)區(qū)。當(dāng)然，控制指令可以由任何模塊產(chǎn)生。系統(tǒng)控制模塊可以返回硬件狀態(tài)信息，也是通過寫狀態(tài)信息到數(shù)據(jù)區(qū)來實(shí)現(xiàn)信息傳遞的。