CN108711251B - 基于NB-IoT的智能烟雾报警系统及其实现方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种基于NB‑IoT的智能烟雾报警系统及其实现方法。包括烟感报警终端、NB‑IoT基站和核心网、物联网平台、客户端；所述烟感报警终端包括STM32L431单片机模块及与该STM32L431单片机模块连接的电源模块、用于实现系统与NB‑IoT进行通信的BC95无线通信模块、用于实现烟雾浓度的采集的MQ‑2烟雾报警模块和用于实现报警阈值调节的按键模块；MQ‑2烟雾报警模块采集的烟感信号，通过BC95无线通信模块上传至物联网平台，物联网平台判断烟雾浓度超过烟雾浓度阈值时在手机APP端会产生报警信号，同时下发报警命令；所述客户端用于实现系统中用户登录、消息推送、设备添加、设置设备信息以及发送下行命令功能。本发明可以准确判断发生火情的时间；相比于传统的火灾报警系统，时效性更高，传输更加及时，稳定。

Description

基于NB-IoT的智能烟雾报警系统及其实现方法

技术领域

本发明涉及一种基于NB-IoT的智能烟雾报警系统及其实现方法。

背景技术

随着人们生活水平的提高，住宅区等室内场地的电器设备应用数量越来越多，这样无形中增加了许多火灾发生隐患。传统的火灾报警系统功能简单，存在几点缺陷：有线设备通过暗管布线，检修和维护难度高；无线设备墙壁穿透性差，公开频段干扰多（如433Mhz无线）；每个设备厂家采用私有协议，平台不互通，设备互联互通性差。本系统利用低功耗的STM32L431单片机将烟雾报警系统实现物联网化，拥有海量的连接数，可对大片区域烟雾报警设备实施实时监控，同时接入的烟感器数量可达十万个且协议统一，并且通过广域无线网类型之一的NB-IoT及时上报发生火灾的信息和发生火灾的区域，用户可以在短短几秒内就收到火灾警报，本系统时效性极高而且节省消防系统安装成本、运维成本，可即插即用、无需布线，可以通过手机APP推送实时报警信息。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于NB-IoT的智能烟雾报警系统及其实现方法，利用低功耗的STM32L431单片机将烟雾报警系统实现物联网化，对大片区域烟雾报警设备实施实时监控，同时接入的烟感器数量可达十万个且协议统一，并且通过广域无线网类型之一的NB-IoT及时上报发生火灾的信息和发生火灾的区域，用户可以在短短几秒内就收到火灾警报。

为实现上述目的，本发明的技术方案是：一种基于NB-IoT的智能烟雾报警系统，包括烟感报警终端、NB-IoT基站和核心网、物联网平台、客户端；所述烟感报警终端包括STM32L431单片机模块及与该STM32L431单片机模块连接的电源模块、用于实现系统与NB-IoT进行通信的BC95无线通信模块、用于实现烟雾浓度的采集的MQ-2烟雾报警模块和用于实现报警阈值调节的按键模块；MQ-2烟雾报警模块采集的烟感信号，通过BC95无线通信模块上传至物联网平台，物联网平台判断烟雾浓度超过烟雾浓度阈值时在手机APP端会产生报警信号，同时下发报警命令；所述客户端用于实现系统中用户登录、消息推送、设备添加、设置设备信息以及发送下行命令功能。

在本发明一实施例中，BC95无线通信模块每隔1秒上传一次烟感数据到物联网平台，物联网平台会在1~3秒内接收到数据。

在本发明一实施例中，所述烟雾浓度阈值为1000。

在本发明一实施例中，所述客户端包括基于adroid开发的APP，该APP通过API数据对接的RESTful接口来取得物联网平台上的烟感数据；同时也提前调用订阅接口，对烟感数据实时上传进行订阅，物联网平台通过POST消息，发送到客户端。

在本发明一实施例中，所述APP的烟感检测系统界面中，能够显示烟感设备是否在线、是否报警、蜂鸣器开关、信号强度和设备名称；所述APP客户端还能够存储历史数据，可以准确判断发生火情的时间。

在本发明一实施例中，该系统的使用方法如下：

步开机步骤：启动STM32L431单片机模块，自动初始化相关模块，BC95无线通信模块每隔1秒上传一次烟感数据到物联网平台，物联网平台会在1~3秒内接收到数据；当烟雾浓度超过1000时在APP会产生报警信号，同时下发蜂鸣器报警的命令；

APP的操作步骤：APP有三个界面，分别为登录界面，监测界面和历史数据存储界面；在登录界面中要输入物联网平台的IP地址和端口号，以及烟感报警终端在物联网平台上唯一对应的设备ID和设备秘钥，其中在物联网平台注册的每个烟感报警终端都有唯一的IMEI号对应；在烟感检测系统界面中，能够显示烟感报警终端是否在线、是否报警、蜂鸣器开/关、信号强度和设备名称，在历史数据存储界面，可以准确判断发生火情的时间。

本发明还提供了一种基于上述所述系统的智能烟雾报警实现方法，实现如下：

系统数据上报流程：烟感报警终端通过MQ-2烟雾报警模块采集数据、并将数据编码；烟感报警终端通过串口，以AT命令的形式，发送已经编码数据到BC95无线通信模块；BC95无线通信模块接收到STM32L431单片机模块发出的AT命令后，自动把相关的数据封装为 COAP协议的消息，并发送给物联网平台，物联网平台收到数据后，自动解析COAP协议包，根据烟感报警终端profile文件，找到烟感报警终端对应的编解码插件，对payload数据包进行解析，解析为与烟感报警终端profile描述文件中服务文件相匹配的.json数据，并将数据存于物联网平台之上；客户端通过API数据对接的RESTful接口来取得物联网平台上的烟感数据；同时也提前调用订阅接口，对烟感数据实时上传进行订阅，物联网平台都会通过POST消息，发送到客户端；

系统命令下发流程：客户端创建下发报警的信令，其命令的格式需和物联网平台描述的一致，然后发送到物联网平台；物联网平台收到之后，开始执行判断烟感报警终端是否入网在线，如果烟感报警终端在线，通过查找烟感编解码插件进行编码，输出二进制消息打包成COAP报文形式，然后下发报警信令到烟感报警终端的BC95无线通信模块；如果平台判断烟感报警终端离线，那么信令会被存储于物联网平台的命令历史数据中；下发本地报警命令成功后，烟感报警终端会上报命令执行的结果，同样在物联网平台通过对应的profile文件查找烟感编解码插件执行解码，输出二进制消息，获取信令的执行结果，修改状态为报警状态，并将烟感报警终端本地报警已开启的执行结果送达客户端。

相较于现有技术，本发明具有以下有益效果：本发明可以通过手机等移动终端与烟雾报警系统建立联系，在物联网平台和APP客户端上可以实时显示火灾的情况，可以减少许多人力成本，还可以实现及时检修的功能。本系统可以进行功能的扩展，后期可以加入温度湿度检测、GPS定位功能。在物联网平台方面，可以通过http协议与第三方平台实现对接，比如可以接入消防部门的监控系统，一旦发生火灾，消防部门就可以第一时间知道火灾信息，进而最大限度地减少火灾给人们带来的损失。

附图说明

图1为本发明的系统结构框图。

图2为本发明的系统软件流程图。

图3为本发明APP数据流处理流程图。

图4为本发明的系统数据上报流程图。

图5为本发明的系统下发命令流程图。

具体实施方式

下面结合附图，对本发明的技术方案进行具体说明。

本发明提供了一种基于NB-IoT的智能烟雾报警系统，包括烟感报警终端、NB-IoT基站和核心网、物联网平台、客户端；所述烟感报警终端包括STM32L431单片机模块及与该STM32L431单片机模块连接的电源模块、用于实现系统与NB-IoT进行通信的BC95无线通信模块、用于实现烟雾浓度的采集的MQ-2烟雾报警模块和用于实现报警阈值调节的按键模块；MQ-2烟雾报警模块采集的烟感信号，通过BC95无线通信模块上传至物联网平台，物联网平台判断烟雾浓度超过烟雾浓度阈值时在手机APP端会产生报警信号，同时下发报警命令；所述客户端用于实现系统中用户登录、消息推送、设备添加、设置设备信息以及发送下行命令功能。

BC95无线通信模块每隔1秒上传一次烟感数据到物联网平台，物联网平台会在1~3秒内接收到数据。所述烟雾浓度阈值为1000。

所述客户端包括基于adroid开发的APP，该APP通过API数据对接的RESTful接口来取得物联网平台上的烟感数据；同时也提前调用订阅接口，对烟感数据实时上传进行订阅，物联网平台通过POST消息，发送到客户端。所述APP的烟感检测系统界面中，能够显示烟感设备是否在线、是否报警、蜂鸣器开关、信号强度和设备名称；所述APP客户端还能够存储历史数据，可以准确判断发生火情的时间。

本发明系统的使用方法如下：

步开机步骤：启动STM32L431单片机模块，自动初始化相关模块，BC95无线通信模块每隔1秒上传一次烟感数据到物联网平台，物联网平台会在1~3秒内接收到数据；当烟雾浓度超过1000时在APP会产生报警信号，同时下发蜂鸣器报警的命令；

APP的操作步骤：APP有三个界面，分别为登录界面，监测界面和历史数据存储界面；在登录界面中要输入物联网平台的IP地址和端口号，以及烟感报警终端在物联网平台上唯一对应的设备ID和设备秘钥，其中在物联网平台注册的每个烟感报警终端都有唯一的IMEI号对应；在烟感检测系统界面中，能够显示烟感报警终端是否在线、是否报警、蜂鸣器开/关、信号强度和设备名称，在历史数据存储界面，可以准确判断发生火情的时间。

本发明还提供了一种基于上述所述系统的智能烟雾报警实现方法，实现如下：

系统数据上报流程：烟感报警终端通过MQ-2烟雾报警模块采集数据、并将数据编码；烟感报警终端通过串口，以AT命令的形式，发送已经编码数据到BC95无线通信模块；BC95无线通信模块接收到STM32L431单片机模块发出的AT命令后，自动把相关的数据封装为 COAP协议的消息，并发送给物联网平台，物联网平台收到数据后，自动解析COAP协议包，根据烟感报警终端profile文件，找到烟感报警终端对应的编解码插件，对payload数据包进行解析，解析为与烟感报警终端profile描述文件中服务文件相匹配的.json数据，并将数据存于物联网平台之上；客户端通过API数据对接的RESTful接口来取得物联网平台上的烟感数据；同时也提前调用订阅接口，对烟感数据实时上传进行订阅，物联网平台都会通过POST消息，发送到客户端；

系统命令下发流程：客户端创建下发报警的信令，其命令的格式需和物联网平台描述的一致，然后发送到物联网平台；物联网平台收到之后，开始执行判断烟感报警终端是否入网在线，如果烟感报警终端在线，通过查找烟感编解码插件进行编码，输出二进制消息打包成COAP报文形式，然后下发报警信令到烟感报警终端的BC95无线通信模块；如果平台判断烟感报警终端离线，那么信令会被存储于物联网平台的命令历史数据中；下发本地报警命令成功后，烟感报警终端会上报命令执行的结果，同样在物联网平台通过对应的profile文件查找烟感编解码插件执行解码，输出二进制消息，获取信令的执行结果，修改状态为报警状态，并将烟感报警终端本地报警已开启的执行结果送达客户端。

以下为本发明的具体实现过程。

如图1，阐述的是本发明的系统结构框图，一种基于NB-IoT的智能烟雾报警系统，主要由南向设备（下位机）、NB-IoT基站和核心网、物联网平台、北向应用（上位机）四大部分组成。其中南向设备是指由STM32L431单片机逻辑模块，电源模块，BC95无线通信模块，MQ-2烟雾传感模块组成的，北向应用包括了基于android开发的APP部分。MQ-2烟雾传感模块可以实现烟雾浓度的采集；BC95-B5通讯模块通过AT指令和MCU进行交互通信，通过COAP协议与基站进行通信，基站将数据包转发给物联网平台，物联网平台再通过API接口将数据推送到手机客户端；客户端部分可以实现系统中用户登录、消息推送、设备添加、设置设备信息以及发送下行命令等功能。

如图2，阐述的是本发明的系统软件流程图。系统上电后，STM32L431主控芯片完成初始化，BC95-B5通信模块完成初始化，通过在程序中设置MCU发送AT指令：AT+COPS=0完成自动接入网络，模块会自动搜索附近的基站。当烟雾传感器采集到数据时，MUC会定时发送实时数据到物联网平台，再通过API接口推送给APP应用端实现实时监控，当烟感达到阈值（本系统设置为1000）时会触发手机端报警，同时下发命令给烟雾报警终端触发中断，产生蜂鸣器本地报警。

如图3，阐述的是本发明的APP数据流处理流程图。在登录界面中要输入物联网平台的IP地址和端口号，以及烟雾报警系统在平台唯一对应的设备ID和设备秘钥，以上均匹配成功后，进入到烟感检测系统界面中，进行接收来自平台的烟感数据流和存储数据流，当烟感达到阈值（本系统设置为1000）时会触发手机端报警，同时下发命令给烟雾报警终端触发中断，产生蜂鸣器本地报警。

如图4，阐述的是本发明的系统数据上报流程图。系统处于运行状态后，烟感设备终端通过传感器采集数据、并将数据按本系统开发的编码规则进行编码。烟感设备终端通过串口，以AT命令的形式，发送已经编码数据到NB-IoT系列的BC95模组。NB-IoT模组接收到MCU发出的AT命令后，自动把相关的数据封装为 COAP协议的消息，并发送给本系统配置的物联网平台，物联网平台收到数据后，自动解析COAP协议包，根据烟感设备profile文件，找到烟感设备对应的编解码插件，对payload数据包进行解析，解析为与烟感设备profile描述文件中服务文件相匹配的.json数据，并将数据存于物联网平台之上。手机客户端APP通过API数据对接的RESTful接口来取得平台上的烟感数据。同时也提前调用订阅接口，对烟感数据实时上传进行订阅，平台都会通过POST消息，发送到我们的手机客户端。

如图5，阐述的是本发明的系统下发命令流程图。手机客户端APP创建下发报警的信令，然后发送到平台。物联网平台收到之后，开始执行判断烟感设备终端是否入网在线，如果设备在线，通过查找烟感编解码插件进行编码，输出二进制消息打包成COAP报文形式，然后下发报警信令到烟感终端的BC95通信模块。如果平台判断设备离线，那么信令会被存储于物联网平台的命令历史数据中。下发本地报警命令之后成功后，烟感设备终端会上报命令执行的结果，同样在物联网平台通过对应的profile文件查找烟感编解码插件执行解码，输出二进制消息，获取信令的执行结果，修改状态为报警状态，并将烟感设备终端本地报警已开启的执行结果送达手机APP客户端。

以上是本发明的较佳实施例，凡依本发明技术方案所作的改变，所产生的功能作用未超出本发明技术方案的范围时，均属于本发明的保护范围。

Claims (2)

1.一种基于NB-IoT的智能烟雾报警系统，其特征在于，包括烟感报警终端、NB-IoT基站和核心网、物联网平台、客户端；所述烟感报警终端包括STM32L431单片机模块及与该STM32L431单片机模块连接的电源模块、用于实现系统与NB-IoT进行通信的BC95无线通信模块、用于实现烟雾浓度的采集的MQ-2烟雾报警模块和用于实现报警阈值调节的按键模块；MQ-2烟雾报警模块采集的烟感信号，通过BC95无线通信模块上传至物联网平台，物联网平台判断烟雾浓度超过烟雾浓度阈值时在手机APP端会产生报警信号，同时下发报警命令；所述客户端用于实现系统中用户登录、消息推送、设备添加、设置设备信息以及发送下行命令功能；

所述客户端包括基于Android开发的APP，该APP通过API数据对接的RESTful接口来取得物联网平台上的烟感数据；同时也提前调用订阅接口，对烟感数据实时上传进行订阅，物联网平台通过POST消息，发送到客户端；所述APP的烟感检测系统界面中，能够显示烟感设备是否在线、是否报警、蜂鸣器开关、信号强度和设备名称；所述APP客户端还能够存储历史数据，能够准确判断发生火情的时间；该系统的使用方法如下：

开机步骤：启动STM32L431单片机模块，自动初始化相关模块，BC95无线通信模块每隔1秒上传一次烟感数据到物联网平台，物联网平台会在1~3秒内接收到数据；当烟雾浓度超过1000时在APP会产生报警信号，同时下发蜂鸣器报警的命令；

APP的操作步骤：APP有三个界面，分别为登录界面，监测界面和历史数据存储界面；在登录界面中要输入物联网平台的IP地址和端口号，以及烟感报警终端在物联网平台上唯一对应的设备ID和设备秘钥，其中在物联网平台注册的每个烟感报警终端都有唯一的IMEI号对应；在烟感检测系统界面中，能够显示烟感报警终端是否在线、是否报警、蜂鸣器开/关、信号强度和设备名称，在历史数据存储界面，能够准确判断发生火情的时间。

2.一种基于权利要求1所述系统的智能烟雾报警实现方法，其特征在于，实现如下：

系统数据上报流程：烟感报警终端通过MQ-2烟雾报警模块采集数据、并将数据编码；烟感报警终端通过串口，以AT命令的形式，发送已经编码数据到BC95无线通信模块；BC95无线通信模块接收到STM32L431单片机模块发出的AT命令后，自动把相关的数据封装为 COAP协议的消息，并发送给物联网平台，物联网平台收到数据后，自动解析COAP协议包，根据烟感报警终端profile文件，找到烟感报警终端对应的编解码插件，对payload数据包进行解析，解析为与烟感报警终端profile描述文件中服务文件相匹配的.json数据，并将数据存于物联网平台之上；客户端通过API数据对接的RESTful接口来取得物联网平台上的烟感数据；同时也提前调用订阅接口，对烟感数据实时上传进行订阅，物联网平台都会通过POST消息，发送到客户端；

系统命令下发流程：客户端创建下发报警的信令，其命令的格式需和物联网平台描述的一致，然后发送到物联网平台；物联网平台收到之后，开始执行判断烟感报警终端是否入网在线，如果烟感报警终端在线，通过查找烟感编解码插件进行编码，输出二进制消息打包成COAP报文形式，然后下发报警信令到烟感报警终端的BC95无线通信模块；如果平台判断烟感报警终端离线，那么信令会被存储于物联网平台的命令历史数据中；下发本地报警命令成功后，烟感报警终端会上报命令执行的结果，同样在物联网平台通过对应的profile文件查找烟感编解码插件执行解码，输出二进制消息，获取信令的执行结果，修改状态为报警状态，并将烟感报警终端本地报警已开启的执行结果送达客户端。