消防语音烟感智能疏散报警器设计

消防语音烟感智能疏散报警器设计

冀兆鹏，孙璐，刘蕤，周德才，李儒钰，岳秀明

山东协和学院计算机学院，山东济南，250109

摘要：面向新一代社区开发的一套含有离子感烟探测、温度感应、红外线探测等功能的消防智慧报警系统，可监测温度及多种有害气体，同时实现多源传感器数据融合，多参数综合分析。其中运用灰尘补偿技术，解决了报警器因长时间灰尘积累而检测迟钝的问题，降低了产品的误报率。依托GSM技术实现了无距离限制信息传输，进一步优化产品，实现了本地联动声光报警和远程短信定位报警的功能。

关键词：智慧报警、精准识别、ZigBee

1引言

我国的火灾自动报警系统的形式基本上可分为三种：区域报警系统、集中报警系统和控制中心报警系统。具体安装形式主要是集散控制方式，基本上是自成体系，自我封闭。这就使得各系统间不能资源和服务共享，特别是造成一些硬件的重复投资。发生火灾时系统不能自动向城市“119”火警受理中心报告，特别是对具体的起火部位、火势大小等火场情况难以用语言来详细表述，这就使消防队不能准确、合理、及时调动兵力处置火情，以至造成不必要的损失。另外各系统不管大小都得有人昼夜值班，增加了人力投资浪费。针对上述问题，开发一套消防智慧报警系统，内设置离子感烟探测器、温度传感器、红外线探测，可监测温度及多种有毒气体，实现多源传感器数据融合，实现功能多合一，并运用利用灰尘补偿技术，解决了报警器因长时间灰尘积累而检测不敏感问题，降低了产品误报率。依托GSM技术实现无距离限制信息传输，进一步的优化产品，实现本地联动声光报警，远程短信定位报警的功能。

2系统总体设计

在本系统中，主要实现远程智能报警，通过半导体气体检测以及离子式颗粒物检测来精准识别烟雾，热电偶温度检测以及红外温度检测来测量温差，在温度方面采用电阻式温度检测，对烟雾、温度、湿度进行测试呈递给双工信号转移配置器以及逻辑计算核心处理器，再通过总线转移交给由低频率宽桥广播元件、高通量短讯息即发元件、固态电子存储元件构成的“多方送出”反馈系统利用高声贝电子讯响器发送到物业微消防后台和个人短信通知，实现远程智能报警。

3系统硬件设计

系统主要采用STM32F103C6单片机进行控制，运用GSM、ZigBee模块进行信息传输。系统采用多种传感器进行数据采集，通过A/D转换器进行信息转化并进行汇总处理，并通过嵌入式系统开发，实现信息感知和上传。

该系统通过NB-IOT实现设备与华为云连接，采集信息上传云端，进行智能开发和应用。经数据监测分析，一旦有火灾情况发生立即报警，并向客户端以及用户发送预警信息。

3.1 STM32主控芯片

STM32芯片是意法半导体开发的一系列的微控制器，STM32处理器目前有3个系列多种型号，开发者可以根据设计需求自行选择合适型号。本系统采用的是增强型系列STM32F103中的STM32F103C8T6芯片，该型号芯片体积更加小巧，有众多功能丰富的接口，还具有高性能，低成本，低功耗，运行速度快，集成度高等特点。

3.2 无线通信模块

系统利用ZigBee短距离无线通信技术进行了传感器数据的采集与传送。该系统使用了TI公司的CC2530作为ZigBee的主控芯片，该芯片性能好并且成本低，是一种真正适合于IEEE802.15.4，Zigbee的解决方案，在智能家居系统中得到广泛应用。

GSM（Global System for Mobile Communication）为全球移动通信系统，依托于GSM技术，可实现无距离限制信息传输，同时解决了报警器因断电无WIFI而引发的信息无法发送的问题。

3.3 数据采集与处理模块

系统采用多种传感器进行数据采集，通过A/D转换器进行信息转化并进行同频传输汇总处理，并通过嵌入式系统开发，实现信息感知和上传。数据上传后系统与标准资源库进行数据对比，进入循环流程，如果达到报警条件，则下达命令报警，未达到报警条件则系统继续保持循环形式。

3.4 数据远程监测模块

该系统通过NB-IOT实现设备与华为云连接，采集信息上传云端，进行智能开发和应用。系统可进行自我检测，实时诊断并及时提供解决方案。系统连接大数据网络，可实现远程实时检测。数据上传至华为云，经数据监测分析，一旦有火灾情况发生立即下达报警命令，并向客户端以及用户发送预警信息，并且在一段时间内用户未处理可自动消防报警。

4  系统算法设计

4.1 灰尘补偿算法设计

外界的灰尘会影响报警器检测颗粒物的效果，导致灵敏度受到限制，通过设计灰尘补偿

算法，人为添加灵敏度颗粒来极大提高报警器的准确性。灰尘补偿算法先进行颗粒物传感器识别再对传感器灵敏度进行两次校准，若灵敏度等于初始值，则重复此过程，若灵敏度不等于初始值，自动进行灵敏度调节，以此来提高报警器的精准度。

4.2 气体精准识别算法设计

气体的精准识别在消防报警器中至关重要，所以设计了气体精准识别算法，原理主要是通过对标准样本、检测样本进行识别、校准，将原始数据、LDA导入标准样本进行参数对比，同时将原始数据、LDA导入测试样本，并且进行SVM算法分析，精准测试出结果，以便提醒工作采取安全措施，预防火灾的发生。

5  结语

通过对国内外智慧消防报警器的深入研究，并对当前以及未来市场所需的进行调研，结合对多个学科学习设计了消防语音烟感智能疏散报警器。本报警器由STM32主控芯片、STM32F103C6单片机运用GSM、Zigbee模块、设置离子感烟探测器、温度传感器、红外线探测，实现了远程短信定位报警，降低报警器误报率等功能。消防语音烟感智能疏散报警器在一定程度上提高人民群众安全感指数，实现了居民安心的目的。

参考文献

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基金项目：2022年山东协和学院实验室开放项目，项目名称：消防语音烟感智能疏散报警器设计，项目编号：2022SYKF48