城市消防系统
1、需求分析
众所周知，当前我国社会正处在转型阶段，随着工业化、城镇化的高速发展，各种新型火灾隐患逐渐增多，给社会的公共安全带来了不稳定因素，各种大小火灾时有发生，这不仅对人民的财产保值有着重大影响，更是危及民众的生命安全。同时，由于我国消防公共设施的建设相比发达国家较为落后，而且消防队伍的器材装备水平也不足以保证快速高效实现消防灭火，很多时候火灾发生了一段时间，都找不出火源所在地，导致大火迟迟不能被熄灭，这与消防安全隐患的增加形成了矛盾。而且当前的消防形式还是火灾发生，市民报警，消防队伍才出发赶至现场，这中间要是时间长了，灾情就极有可能去到不可挽回的地步，造成极大的损失。因此，在当前我国的火灾隐患比较大，火灾形势不容乐观的大前提下，如何充分有效地利用现有的物联网技术来最大程度地减少安全隐患，降低火灾发生率，就显得尤为重要。可以这么说，城市消防一体化信息系统建设是高度发达的现代社会必然需要的。
2、分层设计
2.1、感知层
感知层主要包括数据的采集以及硬件之间的通信。数据有温湿度数据、火焰数据、烟雾数据、一氧化碳浓度数据等。采集温湿度数据使用温湿度传感器DHT11，采集火焰数据可用R2868火焰传感器，采集烟雾数据可用MQ-2烟雾传感器，而采集一氧化碳浓度则用一氧化碳/CO传感器TGS203，以上传感器型号不定，可根据实际再行选择。硬件之间通信通过搭建一个ZigBee局域网实现。各硬件之间拓扑图如下：
数据是整个系统的基础，其准确性更是尤为重要，所以传感器的合理放置与保护以及定期维修就非常的必要。
2.2、传输层
感知层的数据采集终端采集了数据，经过自行搭建的局域网和一些串口传输协议，把数据汇集起来并送至PC机，PC机通过MQTT传输协议，把采集到的数据上传至OneNet平台存储，并为下一步的数据分析做好数据准备。
OneNet平台接收、存储数据
MQTT除了可以上传数据之外，其还有一个优势，就是可以实现消息的发布与订阅，这对查看和处理数据带来了极大的方便。例如当我们需要重点查看某个地方是否存在煤气泄漏的的时候，就可以通过MQTT协议订阅CO浓度这个数据，根据数据判断出该处的CO浓度是否超出正常范围，一旦超出，就自动报警。如此一来，对控制报警器的MCU的性能要求就大大降低了，数据处理的难度也大大减少了，即可以降低本系统的成本。
消息的订阅与发布演示如下图：（截图由MQTT模拟器提供）
2.3、应用层
应用层主要负责从OneNet平台提取数据，进行存储、分析和处理，并设计为终端应用开发提供所需要的API接口。
存储数据分为暂时性存储与长时间存储两种。暂时性存储主要是方便对数据的操作，如增加数据和查询数据，所以用数据库来完成。而长时间存储是为了方便数据的统计，如统计什么时间、什么地方发生火灾频率比较高，这样的存储需要保证数据的完整性和可靠性，所以采用数据仓库来完成。
API接口可根据数据源的不同分成多种，例如温湿度的数据源对应温湿度的API接口；也可根据处理程度的不同，形成为不同终端设备服务的接口。API接口还可以对数据进行增、删、查、改等操作，获取设备的详细信息，以及更新设备信息等等。
2.4、终端设备
利用应用层给出的各种接口，开发出不同的应用，用于监测现实生活中的各种情景，一旦发现有数据持续性异常，就自动发出警报，并给最近的消防局发送消息，告知此处可能会有火灾发生。下面给出OneNet平台提供的应用来演示如何监测实际情景的数据变化：
还可以利用API通过特定软件来对系统进行操作，例如应用Postman来查询系统设备的信息：
应用Postman来获取数据流：
终端应用的拓扑图如下：
利用设计好的API，开发出手机APP应用和桌面应用程序GUI，用于实时监测地方的消防安全。而系统还有自动警报功能，如果发现数据持续性异常，会自动发出警报并拨打119，做到预知火灾的发生，提前通知消防队并配合附近的人群来做到预防火灾的发生。
3、结语
至此，本系统的框架已基本形成，更多的应用还有待进一步的开发。
