一种基于前后端分离技术的三维电气火灾预警系统的制作方法

1.本发明涉及电气火灾预警技术领域，具体涉及一种基于前后端分离技术的三维电气火灾预警系统。


背景技术：

2.随着我国经济水平的提高，个体和私营经济逐渐成为推动经济社会发展的重要力量，但人们为了节约生产成本，存在侥幸心理，将住宿、生产、经营等功能同时混合在一起。这种场所面积小、成本低、经营方式灵活，当火灾隐患却十分突出：建筑物耐火等级不高，电气线路私拉乱接，生产生活设备较多，功率较高，极易发生火灾。这也使得人们开始关注电气火灾预警系统。然而，传统的电气火灾预警系统仅检测导线温度和剩余电流的大小，忽略了电气线路过载可能引发的火灾隐患。同时电气火灾客户端仅能显示监测数据，难以及时和准确地反映电气火灾隐患发生的位置，用户无法通过客户端远程关闭电源总开关，防止电气火灾的发生。而且传统的电气火灾监控终端使用c/s架构模式，需要为不同的操作系统开发不同的客户端，会使代码冗杂，可读性和维护性下降。现有技术中，有提出了采用建筑设计图的方式，发生火灾隐患时，根据传感器的编号信息在2d总览图中标红，解决了传统客户端无法反映火灾隐患发生位置的问题，但是对于大多数人来说，建筑设计图晦涩难懂，提高了软件使用的门槛。


技术实现要素：

3.本发明为了解决上述问题，提供了一种基于前后端分离技术的三维电气火灾预警系统，通过前后端分离技术将前端和后端分别部署在不同的服务器上，前端通过webgl技术实时在浏览器中渲染3d画面，后端再通过ajax技术从服务器获取数据显示在html上，运行效率得到很大提高，用户无需安装客户端程序就可以通过浏览器实时监控当前各个区域电流、电压、剩余电流等用电数据信息，当发生电气火灾隐患时，用户可以3d可视化界面中定位电气隐患位置并远程关闭电源总开关，大大降低电气火灾隐患预警和处理的难度，给人们预防电气火灾的发生带来极大的便利。
4.本发明采用如下技术方案：
5.一种基于前后端分离技术的三维电气火灾预警系统，电气火灾预警系统主要包括通过信号连接的电气火灾监控终端、以太网通信模块、服务器端和电气火灾监控平台，所述电气火灾监控终端包括电源模块、探测器主控制器模块、传感器模块、rs
‑
485通信模块、以太网通信模块、存储模块和继电器控制模块，所述传感器模块包括温度传感器、剩余电流传感器、电流传感器、电压传感器和功率传感器，所述存储模块分别采用at24c256芯片和w25q256fvfig芯片作为eeprom存储器和flash存储器，所述继电器控制模块采用网络继电器控制模块。
6.作为本发明的一种优选技术方案，所述探测器主控制器模块的主控芯片采用stm32f407zgt6芯片。
7.作为本发明的一种优选技术方案，所述电流传感器为开环式霍尔电流传感器，所述电压传感器是霍尔电压传感器。
8.作为本发明的一种优选技术方案，所述以太网通信模块由以太网芯片w5500、网络变压器hy601680和rj45模块组成，所述以太网芯片w5500通过spi方式与探测器主控制器模块进行通讯，以太网芯片w5500通过网络变压器hy601680与rj模块相连，将从探测器主控制器模块接收到的传感器数据通过网络传输到服务器端上。
9.作为本发明的一种优选技术方案，所述电气火灾预警系统的软件设计由探测器主控制器模块程序设计和电气火灾监控平台设计组成，所述探测器主控制器模块程序设计以c 语言作为开发语言，探测器主控制器模块通过keil编程实现传感器模块和继电器控制模块的各部分功能，所述电气火灾监控平台分为前端部分和后端部分，电气火灾监控平台的前端部分在thingjs在线开发平台上使用javascript进行设计，电气火灾监控平台的后端部分使用spring boot框架来作服务端，电气火灾监控平台的前端部分和后端部分使用mysql数据库实现数据库读写和调用，最后电气火灾监控平台的前端部分使用vue和element
‑
ui框架实现电气火灾监控管理后台。
10.作为本发明的一种优选技术方案，所述探测器主控制器模块程序设计工作流程主要包括如下步骤：
11.(1)、系统初始化：电气火灾预警系统上电后，首先初始化定时器、spi、flash存储器、eeprom存储器、rs
‑
485通信模块、以太网通信模块，然后从eeprom存储器中读取设备ip地址、传感器类型、传感器数量、传感器校准值的系统参数，为系统正常运行做准备；
12.(2)、传感器数据采集：根据不同传感器rs
‑
485总线地址的不同，探测器主控制器模块依序向温度传感器、剩余电流传感器、电流传感器、电压传感器和功率传感器发送数据查询命令，上述传感器的中断程序收到数据查询指令后，向探测器主控制器模块发送各自的当前传感器数据；
13.(3)、传感器数据处理：电气火灾预警系统将采集自同一个传感器的每10个传感器数据采样值进行冒泡排序，去掉最大值和最小值，排除干扰，然后取平均值，存入flash存储器中，等待下一步上传；
14.(4)、传感器数据上传：探测器主控制器模块通过以太网通信模块与服务器端进行通信，探测器主控制器模块通过spi总线与以太网芯片w5500相连，当需要发送数据时，探测器主控制器模块将待发送的数据写入到以太网芯片w5500的发送缓冲区，执行待发送命令，将数据通过rj45模块上传至服务器端中，完成数据上传过程。
15.作为本发明的一种优选技术方案，所述电气火灾监控平台设计主要包括如下步骤：
16.(a)、前端部分功能设计：电气火灾监控平台的前端部分采用物联网可视化paas开发平台thingjs，并使用javascript语言进行开发，电气火灾监控平台使用cambuilder客户端完成火灾监控区域3d场景的搭建，并将场景导出上传至thingjs平台，进行在线开发；
17.(b)、后端部分功能设计：电气火灾监控平台的后端部分使用spring boot框架进行开发，通过以太网通信方式与探测器主控制器模块进行数据交互，接收探测器主控制器模块发来的传感器数据，汇总信息并存入mysql数据库中，同时服务器端将接收到的传感器数据与mysql数据库中存储的阀值进行比较，一旦传感器数据大于阀值，则计数器加1，如果
传感器数据连续5次均超过阀值，则记录报警信息，同时将传感器数据和报警信息推送到电气火灾监控平台的前端部分；
18.(c)、服务器部署：前端部分在线开发完毕后，下载thingjs离线部署包，部署到1号服务器运行，后端部分部署到2号服务器，启动spring boot应用。
19.作为本发明的一种优选技术方案，在步骤(a)前端部分功能设计中，搭建火灾监控区域3d场景的具体流程如下，在thingjs平台上，首先加载上传的场景文件，其代码如下：
20.var app＝new thing.app({url:"models/storehouse"})；
21.其中，url为场景的地址，
22.然后在监控区域设置物体顶牌uianchor，uianchor显示各个监控点的电流、电压、剩余电流的监控数据并挂接到3d监控区域上，使之随物体移动，其代码如下：
23.const panel＝new thing.widget.panel({width:'150px',cornertype:'polyline'})
24.所述电气火灾预警系统使用websocket协议进行数据对接，并与uianchor面板进行数据绑定，其代码如下：
25.var websocket＝new websocket('ws://192.168.100.122:80')；
26.websocket.onmessage＝function(evt){
27.var data＝evt.data；
28.obj.setattribute("monitordata/温度"，data)；}；
29.同时增加总开关按钮，通过websocket协议远程控制网络继电器控制模块的通断，当电气火灾监控平台接收到报警信息时，将对应监测点标红，并触发alert()弹窗，提醒用户及时处理，其代码如下：
30.function firealert(){
31.obj.style.color＝'rgb(255,0,0)'；
32.alert("出现火灾隐患！请及时处理")；}
33.作为本发明的一种优选技术方案，在步骤(c)服务器部署中，电气火灾监控平台的前端部分通过axios请求电气火灾监控平台的后端部分接口，其代码如下：
[0034][0035][0036]
请求成功后即可将数据动态加载到页面。
[0037]
本发明的有益效果是：
[0038]
本发明的基于前后端分离技术的三维电气火灾预警系统，不仅提高了开发效率，并且利用物联网技术对可能引发电气火灾的电流、电压、温度、剩余电流、功率等数据进行
实时采集和数据分析，在3d可视化界面上实现了用电安全信息的远程实时监控和电气火灾隐患的实时预警，精确定位火灾隐患发生的位置，将电气火灾消灭在萌芽之中，保护了人们的生命财产安全，具有很高的现实意义和应用价值。
附图说明
[0039]
图1为电气火灾预警系统的整体架构；
[0040]
图2为电气火灾监控终端的硬件框图；
[0041]
图3为电气火灾预警系统的探测器主控制器模块程序流程图；
[0042]
图4为thingjs和springboot应用数据交互流程图。
[0043]
图中符号说明：
具体实施方式
[0044]
现在结合附图对发明行进一步详细说明。
[0045]
一种基于前后端分离技术的三维电气火灾预警系统，电气火灾预警系统主要包括通过信号连接的电气火灾监控终端、以太网通信模块、服务器端和电气火灾监控平台。
[0046]
电气火灾监控终端通过传感器采集用电安全原始数据，并实时处理采集到的数据，然后将处理好的数据发送给以太网通信模块。以太网通信模块通过网络将数据包上传到服务器端。服务器端收到数据包后进行解析，并将解析后的用电安全数据按照类别和日期存入mysql数据库，实时刷新数据库中的数据，同时保留历史数据，方便用户查看过去的用电安全信息，同时进行数据处理，分析潜在的火灾隐患，发现隐患及时推送至电气火灾监控平台。电气火灾监控平台通过http协议json格式的方式实时读取服务器端传来的用电安全数据，并将用电安全数据实时渲染到3d场景上，方便用户及时查看。电气火灾监控平台若收到火灾隐患信息，则及时报警，提醒用户及时处理，将电气火灾消灭在萌芽之中。电气火灾预警系统的整体架构如图1所示。
[0047]
所述电气火灾监控终端包括电源模块、探测器主控制器模块、传感器模块、rs
‑
485通信模块、以太网通信模块、存储模块和继电器控制模块。电气火灾监控终端的硬件框图如图2所示。
[0048]
进一步地，所述探测器主控制器模块的主控芯片采用stm32f407zgt6芯片。它是一款基于armcortex
‑
m内核的32位微处理器，存储器容量高达192kb，工作温度
‑
40～85℃，主时钟频率最高可达168mhz，满足本发明的电气火灾预警系统的运算需要。
[0049]
进一步地，所述传感器模块包括温度传感器、剩余电流传感器、电流传感器、电压传感器和功率传感器。本发明的电气火灾预警系统在传统预警系统用到的温度传感器和剩余电流传感器的基础上，增加了3种传感器。
[0050]
具体地，电流传感器是可以用来侦测导线内电流的装置，并且产生和电流成比例的电压信号。本实施例使用的是开环式霍尔电流传感器。霍尔电流传感器测量电流无需断开电路，套在线路外面即可测出电流的大小，使用安全、方便。
[0051]
具体地，电压传感器是指能够检测被测电压并转换成可用输出信号的传感器。本实施例使用的是霍尔电压传感器。
[0052]
具体地，功率传感器是一种能将被测有功功率和无功功率转换成直流电流或电压
输出的传感器。本发明的电气火灾预警系统使用功率传感器来测量电气线路上的有功功率值和无功功率值。当功率超过线路可承受最大功率时，发出火灾隐患预警，提醒用户关闭同时使用的大功率用电器。
[0053]
进一步地，对于rs
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485通信模块，rs
‑
485总线是一种常见的串行总线标准，采用平衡发送与差分接收的方式，在远距离通信上应用最为广泛。本发明的电气火灾预警系统使用rs
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485传感器数据采集模块与各种传感器相连，将采集到的数据转化为rs
‑
485协议数据，再通过rs
‑
485总线传输到探测器主控制器模块进行解析。rs
‑
485总线传输距离远且抗干扰能力强，而且只需要一个rs
‑
485端口，就可以监控多个传感器的模拟信号，非常适合用于火灾监控领域。
[0054]
进一步地，为了保证传感器信号相应速度，本发明的电气火灾预警系统采用以太网传输模式进行传输。所述以太网通信模块由以太网芯片w5500、网络变压器hy601680和rj45模块组成。所述以太网芯片w5500通过spi方式与探测器主控制器模块进行通讯，实时接收传感器数据；以太网芯片w5500通过网络变压器hy601680与rj模块相连，将从探测器主控制器模块接收到的传感器数据通过网络传输到服务器端上，进行数据解包和火灾预警。
[0055]
进一步地，所述存储模块分别采用at24c256芯片和w25q256fvfig芯片作为eeprom存储器和flash存储器。其中，eeprom存储器用来存储探测器主控制器模块和传感器模块的参数信息，包括每条rs
‑
485总线的设备地址和通讯参数等。flash存储器用来作为探测器主控制器模块的数据缓冲区，接收传感器模块采集的实时数据，并保存起来，等待下一步发送。
[0056]
进一步地，对于继电器控制模块，继电器是一种电子控制器件，通常用于自动控制电路中，是利用低电压、弱电流电路间接地控制高电压、强电流电路的一种开关。传统的电气火灾预警系统无法通过上位机直接切断电气隐患位置的电源。本发明的电气火灾预警系统为了解决这个问题，采用网络继电器控制模块，通过wifi与服务器端相连，远程控制设备电源的通断。当发生电气火灾隐患时，用户可以通过电气火灾监控平台直接切断设备电源，方便用户及时处理，有效避免火灾的发生。
[0057]
进一步地，电源是整个电气火灾预警系统最重要的部分之一，电源模块的好坏直接决定系统能否正常工作，稍有不慎就会烧毁芯片和传感器，甚至电源模块爆炸起火，造成巨大损失。为了保证电气火灾预警系统供电稳定，本实施例采用海凌科电子有限公司的稳压ac
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dc电源模块hlk
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pm01。该电源模块采用220v交流电供电，通过内部变压器降压，整流输出5v直流电压，再通过ldo(低压差线性稳压器)电路降压至3.3v，为探测器主控制器模块和其他模块提供稳定的工作电压。
[0058]
进一步地，所述电气火灾预警系统的软件设计由探测器主控制器模块程序设计和电气火灾监控平台设计这两部分组成。所述探测器主控制器模块程序设计以c 语言作为开发语言，探测器主控制器模块程序设计通过keil编程实现传感器模块和继电器控制模块的各部分功能。所述电气火灾监控平台分为前端部分和后端部分，电气火灾监控平台的前端部分在thingjs在线开发平台上使用javascript进行设计，电气火灾监控平台的后端部分使用spring boot框架来作服务端，电气火灾监控平台的前端部分和后端部分使用mysql数据库实现数据库读写和调用，最后电气火灾监控平台的前端部分使用vue和element
‑
ui框架实现电气火灾监控管理后台。
[0059]
进一步地，所述探测器主控制器模块程序设计工作流程主要包括如下步骤：
[0060]
(1)、系统初始化：电气火灾预警系统上电后，首先初始化定时器、spi、flash存储器、eeprom存储器、rs
‑
485通信模块、以太网通信模块，然后从eeprom存储器中读取设备ip地址、传感器类型、传感器数量、传感器校准值的系统参数，为系统正常运行做准备；
[0061]
(2)、传感器数据采集：根据不同传感器rs
‑
485总线地址的不同，探测器主控制器模块依序向各个传感器(即温度传感器、剩余电流传感器、电流传感器、电压传感器和功率传感器等传感器)发送数据查询命令，各个传感器的中断程序收到数据查询指令后，向探测器主控制器模块发送各自的当前传感器数据，通过这样的方式，探测器主控制器模块就可以完成传感器数据的采集，进入数据处理阶段；
[0062]
(3)、传感器数据处理：传感器数据采集部分，往往会遇到信号干扰的情况发生，因此本发明的电气火灾预警系统将对采集的传感器数据进行处理。具体地，电气火灾预警系统将采集自同一个传感器的每10个传感器数据采样值进行冒泡排序，去掉最大值和最小值，排除干扰，然后取平均值，存入flash存储器中，等待下一步上传；
[0063]
(4)、传感器数据上传：探测器主控制器模块通过以太网通信模块的以太网芯片w5500与服务器端进行通信，探测器主控制器模块通过spi总线与以太网芯片w5500相连，当需要发送数据时，探测器主控制器模块将待发送的数据写入到以太网芯片w5500的发送缓冲区，执行待发送命令，将数据通过rj45模块上传至服务器端中，完成数据上传过程。本发明的电气火灾预警系统的探测器主控制器模块程序流程图如3图所示。
[0064]
进一步地，所述电气火灾监控平台设计主要包括如下步骤：
[0065]
(a)、前端部分功能设计：电气火灾监控平台的前端部分采用物联网可视化paas开发平台thingjs，并使用javascript语言进行开发，thingjs平台可轻松集成3d可视化界面，极大地降低了3d界面开发的成本；thingjs基于html5和webgl技术，可以很方便地在主流浏览器上进行浏览和调试，同时支持pc和移动设备，具有较好的兼容性。电气火灾监控平台使用cambuilder客户端完成火灾监控区域3d场景的搭建，并将场景导出上传至thingjs平台，进行在线开发。
[0066]
电气火灾监控平台的前端部分主要实现用电安全信息监控好，可实时显示各区域的电流、电压、剩余电流、导线温度及总线功率值，实时渲染3d画面，并提供总线开关，便于用户准确定位火灾隐患发生的位置并及时切断电路。
[0067]
(b)、后端部分功能设计：电气火灾监控平台的后端部分使用spring boot框架进行开发，通过以太网通信方式与探测器主控制器模块进行数据交互，接收探测器主控制器模块发来的传感器数据，汇总信息并存入mysql数据库中，同时服务器端将接收到的传感器数据与mysql数据库中存储的与其对应的阀值进行比较(如电流传感器的电流数据与存储的电流阀值进行比较)，一旦传感器数据大于阀值，则计数器加1，如果传感器数据连续5次均超过阀值，则记录报警信息，同时将传感器数据和报警信息推送到电气火灾监控平台的前端部分，mysql数据库还包括用户表存放于用户id、密码及管理员账号信息；
[0068]
(c)、服务器部署：前端部分在线开发完毕后，下载thingjs离线部署包，部署到1号服务器运行，后端部分部署到2号服务器，启动spring boot应用。
[0069]
进一步地，在步骤(a)电气火灾监控平台的前端部分功能设计中，搭建火灾监控区域3d场景的具体流程如下，在thingjs平台上，首先加载上传的场景文件，其代码如下：
[0070]
var app＝new thing.app({url:"models/storehouse"})；
[0071]
其中，url为场景的地址，
[0072]
然后在监控区域设置物体顶牌uianchor，uianchor显示各个监控点的电流、电压、剩余电流的监控数据并挂接到3d监控区域上，使之随物体移动，其代码如下：
[0073]
const panel＝new thing.widget.panel({width:'150px',cornertype:'polyline'})
[0074]
所述电气火灾预警系统使用websocket协议进行数据对接，并与uianchor面板进行数据绑定，其代码如下：
[0075]
var websocket＝new websocket('ws://192.168.100.122:80')；
[0076]
websocket.onmessage＝function(evt){
[0077]
var data＝evt.data；
[0078]
obj.setattribute("monitordata/温度"，data)；}；
[0079]
同时增加总开关按钮，通过websocket协议远程控制网络继电器控制模块的通断，当电气火灾监控平台接收到报警信息时，将对应监测点标红，并触发alert()弹窗，提醒用户及时处理，其代码如下：
[0080]
function firealert(){
[0081]
obj.style.color＝'rgb(255,0,0)'；
[0082]
alert("出现火灾隐患！请及时处理")；}
[0083]
进一步地，在步骤(c)服务器部署中，电气火灾监控平台的前端部分通过axios请求电气火灾监控平台的后端部分接口，其代码如下：
[0084][0085]
请求成功后即可将数据动态加载到页面。thingjs和spring boot应用数据交互流程如图4所示。
[0086]
最后应说明的是：这些实施方式仅用于说明本发明而不限制本发明的范围。此外，对于所属领域的技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引申出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之中。