基于ARM 的火災信息傳輸網關設計

摘 要: 針對城市消防遠程監控系統中火災自動報警系統的聯網問題，提出一種利用Int ernet 實現火災自動報警系統與城市監控中心的聯接方案，設計了系統的關鍵設備—— 基于ARM 的嵌入式網關。設備中采用經過剪裁、內核版本2. 6 的linux 系統，提高了信息處理和傳輸的實時性和可靠性，并在嵌入式操作系統的基礎上，利用多線程及管道編程，實現了火災探測信息的處理傳輸及上層監控中心和下層網關的信息交互。設備實際運行后的結果表明，該火災信息傳輸網關能夠順利地對相關信息進行處理和轉發，在廣域網內實現了數據的實時、高速、可靠傳輸，滿足基于互聯網的城市消防遠程監控系統要求。

　　0 引 言

　　火災是城市災害中的一種主要形式，它已經日益成為影響社會經濟發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安裝火災自動報警系統及其聯動消防裝置，雖然這種裝置在及早發現火情和控制火勢方面發揮了重要作用，但是在目前這種消防設備管理和監督體系下，很多建筑物的所有方不能夠及時地對建筑物內的消防設施進行檢查維修，導致很多火災自動報警系統故障誤報頻發，極大地影響了建筑物內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，所以建立基于互聯網的城市消防監控系統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絡與自動報警聯動裝置之間的接入網關的設計和研制。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動裝置接入Internet，通過互聯網連接到城市中的監控中心。

　　1 基于互聯網的城市消防遠程監控系統結構

　　該系統由三層組成，系統框圖如圖1 所示。第一層是建筑物內的消防自動報警及其聯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、互聯網普通用戶查詢接口等信息使用單位 。

　　2 火災信息傳輸網關的硬件設計

　　該嵌入式網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內核，運算速度高達400 MHz，適用于需要聯網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 用于存儲操作系統的內核映像和根文件系統映像，SDRAM 用于加載操作系統內核及應用程序等可執行代碼和數據，為其運行提供空間。外圍電路包括以太網模塊、串口模塊、人機接口模塊等，如圖2 所示。

圖1 基于網絡的城市火災信息傳輸系統

圖2 嵌入式網關的硬件結構

　　3 火災信息傳輸網關的軟件設計

　　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

　　網關軟件系統按照功能分為4 個模塊。

　　( 1) 網絡通信模塊

　　主要負責信息往網絡上的傳遞，將該網關獲取的火警，故障等信息依照特定的網絡協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據，如配置信息，控制指令等。具體來說，網絡通信模塊又可以分為兩個子模塊: 數據通信和數據處理。數據通信的工作只是負責從網絡上獲取數據或者將數據發送到網絡。數據處理主要負責組包和解包，涉及到通信協議。當數據區有數據需要網絡通信模塊處理時，數據處理子模塊會首先從數據區取出數據，并分析、判斷數據類型，根據數據類型組包，然后將包交給數據通信子模塊發送。

　　( 2) 串口采集模塊

　　主要負責通過串口獲取消防主機的狀態，并進行分析，分離出有用信息，并將其寫入數據區，供其他模塊使用，它是信息傳輸網關的核心。

　　由于消防主機眾多，而且協議又各不相同，因此串口采集模塊需要根據消防主機定制。在此，同樣將串口采集模塊分為兩個子模塊: 數據采集和數據加工。數據采集通過特定的對話方式( 和具體的消防主機有關) 從消防主機獲取數據，數據加工讀取這些數據，并按照消防主機協議進行解析，提取初步的信息，如消息類型( 火警還是故障) ，探頭地址( 內部編碼地址) 。然后依照內部協議組包，并寫入數據區,以后的工作就交由網絡通信模塊。

　　( 3) 系統控制模塊

　　主要用于控制信息傳輸網關的硬件設備，如指示燈、按鍵、燈等。它從數據區讀取控制指令，根據控制指令執行特定的硬件控制?？刂浦噶羁赡苡删W絡通信模塊產生,如上層服務器發送查崗請求，網絡通信模塊經過數據處理轉化為響喇叭指令，寫入數據區。當然，控制指令可以由任何模塊產生。系統控制模塊可以返回硬件狀態信息，也是通過寫狀態信息到數據區來實現信息傳遞的。