基于ARM 的火災信息傳輸網(wǎng)關設計

摘 要: 針對城市消防遠程監(jiān)控系統(tǒng)中火災自動報警系統(tǒng)的聯(lián)網(wǎng)問題，提出一種利用Int ernet 實現(xiàn)火災自動報警系統(tǒng)與城市監(jiān)控中心的聯(lián)接方案，設計了系統(tǒng)的關鍵設備—— 基于ARM 的嵌入式網(wǎng)關。設備中采用經(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)膶崟r性和可靠性，并在嵌入式操作系統(tǒng)的基礎上，利用多線程及管道編程，實現(xiàn)了火災探測信息的處理傳輸及上層監(jiān)控中心和下層網(wǎng)關的信息交互。設備實際運行后的結(jié)果表明，該火災信息傳輸網(wǎng)關能夠順利地對相關信息進行處理和轉(zhuǎn)發(fā)，在廣域網(wǎng)內(nèi)實現(xiàn)了數(shù)據(jù)的實時、高速、可靠傳輸，滿足基于互聯(lián)網(wǎng)的城市消防遠程監(jiān)控系統(tǒng)要求。

　　0 引 言

　　火災是城市災害中的一種主要形式，它已經(jīng)日益成為影響社會經(jīng)濟發(fā)展和人民生活的一個重要災害，而目前城市在預防火災方面主要采用的就是在建筑物內(nèi)安裝火災自動報警系統(tǒng)及其聯(lián)動消防裝置，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備管理和監(jiān)督體系下，很多建筑物的所有方不能夠及時地對建筑物內(nèi)的消防設施進行檢查維修，導致很多火災自動報警系統(tǒng)故障誤報頻發(fā)，極大地影響了建筑物內(nèi)的人員的工作和生活; 同時，大部分消防主控室主要通過人工值班、電話報警方式，因受到電話線路、報警方式方法以及報警人情緒的影響，往往造成接警調(diào)度處理速度較慢; 消防部門在接警時也是依靠電話來傳遞信息的，極易受到報警人或值班員聽覺的影響而導致接傳火警信息有誤，造成不應有的錯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)具有很重要的實踐意義。在這項工程中，最關鍵的就是處于網(wǎng)絡與自動報警聯(lián)動裝置之間的接入網(wǎng)關的設計和研制。利用這種專門的硬件設備以及在這之中的程序，可以把各個建筑物的消防自動化及其聯(lián)動裝置接入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)的消防自動報警及其聯(lián)動裝置以及其他一些用戶的消防設施，它們由很多不同廠家和類型的火災探頭、消防主機、手動消防設備組成; 第二層是火災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 火災信息傳輸網(wǎng)關的硬件設計

　　該嵌入式網(wǎng)關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，運算速度高達400 MHz，適用于需要聯(lián)網(wǎng)應用的嵌入式電子設備。其中的NOR FLASH 用于存儲bo ot loader 啟動代碼，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)核及應用程序等可執(zhí)行代碼和數(shù)據(jù)，為其運行提供空間。外圍電路包括以太網(wǎng)模塊、串口模塊、人機接口模塊等，如圖2 所示。

圖1 基于網(wǎng)絡的城市火災信息傳輸系統(tǒng)

圖2 嵌入式網(wǎng)關的硬件結(jié)構(gòu)

　　3 火災信息傳輸網(wǎng)關的軟件設計

　　3. 1 軟件總體設計

　　軟件總體設計如圖3 所示。

圖3 軟件基本框架

　　3. 2 總體概述

　　網(wǎng)關軟件系統(tǒng)按照功能分為4 個模塊。

　　( 1) 網(wǎng)絡通信模塊

　　主要負責信息往網(wǎng)絡上的傳遞，將該網(wǎng)關獲取的火警，故障等信息依照特定的網(wǎng)絡協(xié)議準確無誤地傳遞給上層的應用服務器，同時還要負責接收來自服務器的數(shù)據(jù)，如配置信息，控制指令等。具體來說，網(wǎng)絡通信模塊又可以分為兩個子模塊: 數(shù)據(jù)通信和數(shù)據(jù)處理。數(shù)據(jù)通信的工作只是負責從網(wǎng)絡上獲取數(shù)據(jù)或者將數(shù)據(jù)發(fā)送到網(wǎng)絡。數(shù)據(jù)處理主要負責組包和解包，涉及到通信協(xié)議。當數(shù)據(jù)區(qū)有數(shù)據(jù)需要網(wǎng)絡通信模塊處理時，數(shù)據(jù)處理子模塊會首先從數(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

　　主要負責通過串口獲取消防主機的狀態(tài)，并進行分析，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)關的核心。

　　由于消防主機眾多，而且協(xié)議又各不相同，因此串口采集模塊需要根據(jù)消防主機定制。在此，同樣將串口采集模塊分為兩個子模塊: 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( 和具體的消防主機有關) 從消防主機獲取數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)加工讀取這些數(shù)據(jù)，并按照消防主機協(xié)議進行解析，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)關的硬件設備，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)絡通信模塊產(chǎn)生,如上層服務器發(fā)送查崗請求，網(wǎng)絡通信模塊經(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)來實現(xiàn)信息傳遞的。