高睿謙

摘 要：火災(zāi)是人類社會中經(jīng)常出現(xiàn)的災(zāi)害之一，對于人們的生命及財產(chǎn)安全造成巨大的威脅。針對傳統(tǒng)煙霧報警器中的參數(shù)單一、易錯誤報警等問題。通過對多種傳感器進(jìn)行選擇，并對其電源、電路進(jìn)行設(shè)計，提出一種基于多傳感器信息融合的宿舍煙霧報警器。通過對比實驗證明，優(yōu)化后的煙霧報警器能夠在火災(zāi)前期可快速發(fā)出報警信號警，保證人們的生命、財產(chǎn)安全。

關(guān)鍵詞：多傳感器;信息融合;宿舍;煙霧報警器

0引言

為了減少火災(zāi)給人們造成的損失，對煙霧的探測和報警研究尤為重要。火災(zāi)是一種化學(xué)反應(yīng)，通常情況下伴隨著大量的煙霧、一氧化碳、溫度等周圍環(huán)境因素的改變[1]。利用煙霧報警器對這些周圍環(huán)境因素進(jìn)行監(jiān)控，可以有效并及時的找出火災(zāi)發(fā)生的隱患，及時采取應(yīng)急措施，盡可能的避免火災(zāi)事故的發(fā)生。

1基于多傳感器信息融合的宿舍煙霧報警器設(shè)計

1.1多種傳感器的選擇

傳感器是宿舍煙霧報警器中最重要的設(shè)備，為了達(dá)到更好的預(yù)警效果本文選用目前市面上性能最好的傳感器。在各類火災(zāi)事故前期一定會產(chǎn)生大量的煙霧，煙霧中的成分包括一氧化碳、二氧化碳等，隨著火災(zāi)的發(fā)生，這些煙霧中的成分濃度和溫度會出現(xiàn)異常的增加[2]。因此為了避免火災(zāi)的發(fā)生基于多傳感器信息融合，在煙霧報警器當(dāng)中增加對一氧化碳、二氧化碳、水蒸氣、溫度等多種信息進(jìn)行檢測的傳感器設(shè)備。

一氧化碳在宿舍發(fā)生火災(zāi)時其含量可達(dá)0.03～0.5%，目前性能最好的一氧化碳濃度測量傳感器裝置的測量范圍在1500ppm，而宿舍內(nèi)的空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)一氧化碳濃度在7ppm之內(nèi)，因此本文選用測量范圍在5～1500ppm的一氧化碳傳感器，并保證其檢測精度在25%以上，響應(yīng)時間不超過5s。

一般情況下，火災(zāi)燃燒的條件為二氧化碳體積分?jǐn)?shù)在0.8%。而目前性能最好的檢測二氧化碳濃度的傳感器測量的范圍在45000ppm以上，而宿舍內(nèi)的二氧化碳質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)為不超過0.2%，因此本文選用檢測范圍在1000～45000ppm的二氧化碳傳感器，檢測進(jìn)度在20%以上，響應(yīng)時間不超過10s。消防標(biāo)準(zhǔn)報警的煙霧濃度為4%以上，且目前市面上普通的煙霧濃度傳感器檢測范圍在0～6%，因此選用在檢測范圍內(nèi)的煙霧濃度傳感器即可。

1.2電源設(shè)計

電源是維持宿舍煙霧報警器穩(wěn)定運行的重要條件，也是電路設(shè)計中的重要部分。只有提供適合的電壓才能使報警器穩(wěn)定的工作。該報警器從上位機(jī)中引入電源，將電源的規(guī)格設(shè)計為直流正負(fù)24V，以此可以避免在220V高壓情況下造成報警器無法正常運行，或出現(xiàn)故障的問題發(fā)生。基于多傳感器信息融合對于電源的設(shè)計也應(yīng)根據(jù)不同類型的傳感器進(jìn)行選擇，第一種傳感器電壓選用+5V的穩(wěn)定電壓，并在穩(wěn)定電壓上選取+15mA的單片機(jī)和+0.1mA的溫濕度傳感器;第二種選用+3.3V穩(wěn)定電壓，在穩(wěn)定電壓上選用+32mA的二氧化碳濃度傳感器;第三種選用+12V的非穩(wěn)定電壓，在非穩(wěn)定電壓上選用靜止?fàn)顟B(tài)為+0.02mA，報警狀態(tài)為+5～+15mA的煙霧濃度傳感器。

通信板是煙霧報警器與主機(jī)通信的橋梁，也是傳輸電源電壓的橋梁。從主機(jī)中引入的電源接入到通信板當(dāng)中，通過通信板將電源電壓傳輸?shù)礁鱾€監(jiān)測板中，同時產(chǎn)生一個為自身提供穩(wěn)定運行的電源，該報警器無需另外增加電源裝置。

1.3電路設(shè)計

在本文設(shè)計的宿舍煙霧報警器中，電路的設(shè)計主要是針對數(shù)據(jù)采集電路及放大電路。圖1為報警器信號采集電路及放大電路設(shè)計圖。

當(dāng)各個傳感器所處的環(huán)境中存在大量的煙霧，此時各傳感器電阻率會隨著空氣中煙霧的濃度增加而增加[3]。當(dāng)電導(dǎo)率增加到一定程度時，輸出電阻會隨之降低，以此獲取到空氣中厭惡的濃度。利用帶有敏感元件的阻值與空氣中被檢測氣體（一氧化碳、二氧化碳等）的濃度成對數(shù)關(guān)系變化的規(guī)律，做出相應(yīng)的報警。

多種傳感器輸出的信號一般是比較微弱的，因此在經(jīng)過前置電路時首先要對其進(jìn)行放大調(diào)整，以滿足煙霧報警器對傳感器輸入信號的要求。本文選取的煙霧濃度檢測傳感器屬于電阻性傳感器，因此在電路中需要串聯(lián)一個參考電阻，再經(jīng)過放大電路完成對信號的采集。

2對比實驗

為了驗證本文設(shè)計的宿舍煙霧報警器的可行性，將其與傳統(tǒng)的宿舍煙霧報警器做對比實驗。為了保證實驗的安全性，本文只針對發(fā)現(xiàn)早期小火進(jìn)行實驗設(shè)計，同時建立早期小火實驗可以使采集參數(shù)的靈敏度得到驗證。為了使實驗的準(zhǔn)確性更高，在保證其它外界干擾因素不變的前提下，利用兩種報警器分別完成兩次實驗，并將兩種實驗方法的結(jié)果進(jìn)行記錄，如表1所示。

通過實驗結(jié)果可以看出，本文設(shè)計的基于多傳感器信息融合的煙霧報警器報警時間明顯短于傳統(tǒng)煙霧報警器。因此，可以說明，本文設(shè)計的煙霧報警器具有更加準(zhǔn)確、快速的報警功能。在實驗過程中發(fā)現(xiàn)，本文設(shè)計的宿舍煙霧報警器能夠?qū)Νh(huán)境中各參數(shù)細(xì)微的變化進(jìn)行采集，保證報警器的精確度。

3結(jié)束語

針對傳統(tǒng)煙霧報警裝置的靈敏度低、易產(chǎn)生錯誤報警的問題，本文選用溫度、一氧化碳濃度、二氧化碳濃度以及煙霧濃度多種傳感器對多個信息進(jìn)行融合的監(jiān)測方法對宿舍煙霧報警器進(jìn)行優(yōu)化，通過實驗證明新的報警器能夠在火災(zāi)發(fā)生前更加準(zhǔn)確、及時的做出報警，具有較強(qiáng)的實用性。

參考文獻(xiàn)：

[1]付瑞玲，王寧，杜志強(qiáng).基于多傳感器信息融合的火災(zāi)報警器設(shè)計[J].計算機(jī)測量與控制， 2018，33（51）：025-028.

[2]王琳琳，陳瑜，陳俊.試論基于多傳感器信息融合的無線火災(zāi)定位報警系統(tǒng)[J].通訊世界， 2019，386（06）：285-286.

[3]宋清亮，阮頤，鄧正敏.一種基于MCU的光電式煙霧報警器設(shè)計[J].集成電路應(yīng)用， 2018， 295（04）：069-071.