基于多傳感器信息融合的宿舍煙霧報(bào)警器設(shè)計(jì)

1、    基于多傳感器信息融合的宿舍煙霧報(bào)警器設(shè)計(jì)    高睿謙摘 要：火災(zāi)是人類(lèi)社會(huì)中經(jīng)常出現(xiàn)的災(zāi)害之一，對(duì)于人們的生命及財(cái)產(chǎn)安全造成巨大的威脅。針對(duì)傳統(tǒng)煙霧報(bào)警器中的參數(shù)單一、易錯(cuò)誤報(bào)警等問(wèn)題。通過(guò)對(duì)多種傳感器進(jìn)行選擇，并對(duì)其電源、電路進(jìn)行設(shè)計(jì)，提出一種基于多傳感器信息融合的宿舍煙霧報(bào)警器。通過(guò)對(duì)比實(shí)驗(yàn)證明，優(yōu)化后的煙霧報(bào)警器能夠在火災(zāi)前期可快速發(fā)出報(bào)警信號(hào)警，保證人們的生命、財(cái)產(chǎn)安全。關(guān)鍵詞：多傳感器;信息融合;宿舍;煙霧報(bào)警器0引言為了減少火災(zāi)給人們?cè)斐傻膿p失，對(duì)煙霧的探測(cè)和報(bào)警研究尤為重要?；馂?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

2、、溫度等周?chē)h(huán)境因素的改變1。利用煙霧報(bào)警器對(duì)這些周?chē)h(huán)境因素進(jìn)行監(jiān)控，可以有效并及時(shí)的找出火災(zāi)發(fā)生的隱患，及時(shí)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(bào)警器設(shè)計(jì)1.1多種傳感器的選擇傳感器是宿舍煙霧報(bào)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(lèi)火災(zāi)事故前期一定會(huì)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(huì)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(bào)警器當(dāng)中增加對(duì)一氧化碳、二氧化碳、水蒸氣、溫度等多種信息進(jìn)行檢測(cè)的傳感器設(shè)備。一氧化碳在宿舍發(fā)

3、生火災(zāi)時(shí)其含量可達(dá)0.030.5%，目前性能最好的一氧化碳濃度測(cè)量傳感器裝置的測(cè)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(cè)量范圍在51500ppm的一氧化碳傳感器，并保證其檢測(cè)精度在25%以上，響應(yīng)時(shí)間不超過(guò)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(cè)二氧化碳濃度的傳感器測(cè)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(guò)0.2%，因此本文選用檢測(cè)范圍在100045000ppm的二氧化碳傳感器，檢測(cè)進(jìn)度在20%以上，響應(yīng)時(shí)間不超過(guò)10s。消防標(biāo)準(zhǔn)報(bào)警的煙霧濃度為4%以上，且目前市面上普通的煙霧濃

4、度傳感器檢測(cè)范圍在06%，因此選用在檢測(cè)范圍內(nèi)的煙霧濃度傳感器即可。1.2電源設(shè)計(jì)電源是維持宿舍煙霧報(bào)警器穩(wěn)定運(yùn)行的重要條件，也是電路設(shè)計(jì)中的重要部分。只有提供適合的電壓才能使報(bào)警器穩(wěn)定的工作。該報(bào)警器從上位機(jī)中引入電源，將電源的規(guī)格設(shè)計(jì)為直流正負(fù)24v，以此可以避免在220v高壓情況下造成報(bào)警器無(wú)法正常運(yùn)行，或出現(xiàn)故障的問(wèn)題發(fā)生?；诙鄠鞲衅餍畔⑷诤蠈?duì)于電源的設(shè)計(jì)也應(yīng)根據(jù)不同類(lèi)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+12

5、v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(bào)警狀態(tài)為+5+15ma的煙霧濃度傳感器。通信板是煙霧報(bào)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(guò)通信板將電源電壓傳輸?shù)礁鱾€(gè)監(jiān)測(cè)板中，同時(shí)產(chǎn)生一個(gè)為自身提供穩(wěn)定運(yùn)行的電源，該報(bào)警器無(wú)需另外增加電源裝置。1.3電路設(shè)計(jì)在本文設(shè)計(jì)的宿舍煙霧報(bào)警器中，電路的設(shè)計(jì)主要是針對(duì)數(shù)據(jù)采集電路及放大電路。圖1為報(bào)警器信號(hào)采集電路及放大電路設(shè)計(jì)圖。當(dāng)各個(gè)傳感器所處的環(huán)境中存在大量的煙霧，此時(shí)各傳感器電阻率會(huì)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(shí)，輸出電阻會(huì)隨之降低，以此獲取到空氣中厭惡的濃

6、度。利用帶有敏感元件的阻值與空氣中被檢測(cè)氣體（一氧化碳、二氧化碳等）的濃度成對(duì)數(shù)關(guān)系變化的規(guī)律，做出相應(yīng)的報(bào)警。多種傳感器輸出的信號(hào)一般是比較微弱的，因此在經(jīng)過(guò)前置電路時(shí)首先要對(duì)其進(jìn)行放大調(diào)整，以滿足煙霧報(bào)警器對(duì)傳感器輸入信號(hào)的要求。本文選取的煙霧濃度檢測(cè)傳感器屬于電阻性傳感器，因此在電路中需要串聯(lián)一個(gè)參考電阻，再經(jīng)過(guò)放大電路完成對(duì)信號(hào)的采集。2對(duì)比實(shí)驗(yàn)為了驗(yàn)證本文設(shè)計(jì)的宿舍煙霧報(bào)警器的可行性，將其與傳統(tǒng)的宿舍煙霧報(bào)警器做對(duì)比實(shí)驗(yàn)。為了保證實(shí)驗(yàn)的安全性，本文只針對(duì)發(fā)現(xiàn)早期小火進(jìn)行實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，同時(shí)建立早期小火實(shí)驗(yàn)可以使采集參數(shù)的靈敏度得到驗(yàn)證。為了使實(shí)驗(yàn)的準(zhǔn)確性更高，在保證其它外界干擾因素不變的前

7、提下，利用兩種報(bào)警器分別完成兩次實(shí)驗(yàn)，并將兩種實(shí)驗(yàn)方法的結(jié)果進(jìn)行記錄，如表1所示。通過(guò)實(shí)驗(yàn)結(jié)果可以看出，本文設(shè)計(jì)的基于多傳感器信息融合的煙霧報(bào)警器報(bào)警時(shí)間明顯短于傳統(tǒng)煙霧報(bào)警器。因此，可以說(shuō)明，本文設(shè)計(jì)的煙霧報(bào)警器具有更加準(zhǔn)確、快速的報(bào)警功能。在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中發(fā)現(xiàn)，本文設(shè)計(jì)的宿舍煙霧報(bào)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(bào)警器的精確度。3結(jié)束語(yǔ)針對(duì)傳統(tǒng)煙霧報(bào)警裝置的靈敏度低、易產(chǎn)生錯(cuò)誤報(bào)警的問(wèn)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(duì)多個(gè)信息進(jìn)行融合的監(jiān)測(cè)方法對(duì)宿舍煙霧報(bào)警器進(jìn)行優(yōu)化，通過(guò)實(shí)驗(yàn)證明新的報(bào)警器能夠在火災(zāi)發(fā)生前更加準(zhǔn)確、及時(shí)的做出報(bào)警，具有較強(qiáng)的實(shí)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(bào)警器設(shè)計(jì)j.計(jì)算機(jī)測(cè)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