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1、 基于多傳感器信息融合的宿舍煙霧報警器設(shè)計 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行選擇,并對其電源、電路進行設(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?;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、溫度等多種信息進行檢測的傳感器設(shè)備。一氧化碳在宿舍發(fā)
3、生火災(zāi)時其含量可達0.030.5%,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51500ppm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100045000ppm的二氧化碳傳感器,檢測進度在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
4、度傳感器檢測范圍在06%,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。該報警器從上位機中引入電源,將電源的規(guī)格設(shè)計為直流正負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通信的橋梁,也是傳輸電源電壓的橋梁。從主機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
6、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
7、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)細微的變化進行采集,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行融合的監(jiān)測方法對宿舍煙霧報警器進行優(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,具有較強的實用性。參考文獻:1付瑞玲,王寧,杜志強.基于多傳感器信息融合的火災(zāi)報警器設(shè)計j.計算機測量與控制, 2018,33(51):025-028.2王琳琳,陳瑜,陳俊.試論基于多傳感器信息融
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