多传感器数据融合的火灾探测报警系统设计.pdf

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1、第33卷第2期泉州师范学院学报Vo1．33NO．22015年4月JournalofQuanzhouNormalUniversityApr．2015多传感器数据融合的火灾探测报警系统设计蔡植善，陈木生(1．泉州师范学院物理与信息工程学院，福建泉州362000；2．信息功能材料福建省高校重点实验室，福建泉州362000)摘要：给出了～种低成本、易安装的远程无线传感器火灾监测与报警系统的设计方案以及数据融合处理方法．采用典型感温探测器和一氧化碳传感器，以ZigBee透传模块组网，监控节点模块化和冗余设计．监测现场数据经节点

2、、路由器汇集到协调器后，由GPRsDTU远程传输，远程上位机采用CortexA8嵌入式系统，实现监测节点的轮巡和故障管理．关键词：火灾探测；D-S证据理论；数据融合；zigbee技术；数据归一化中图分类号：TP303文献标识码：A文章编号：1009—8224(2O15)02—0072～06根据探测传感器与报警控制器之间的连接方式不同，火灾自动报警系统可分为多线制和总线制两种结构；按报警控制器对传感器信息的智能化处理方式不同，又可分为集中智能和分布智能结构．传统火灾自动报警系统多数采用有线技术对探测传感器进行组网，存在

3、工程施工量大、成本高、系统扩展性差等问题；同时，单一探测传感器报警的可靠性差、误报率高l1]．针对传统火灾自动报警系统存在的上述不足，本文采用ZigBee透传模块组网实现多传感器信息的无线传输，解决施工量大、成本高、扩展性差等问题；采用基于D-S证据理论的数据融合方法对多传感器数据进行融合处理，能有效地解决误报警率高和可靠性低的问题．1系统设计每个传感器节点终端都由测温传感器和一氧化碳传感器组成，ZigBee网络由传感器节点终端、路由器和协调器组成．一个网络中协调器只能有唯一的一个，起组织和建立网络的作用；路由器视实

4、际需要可以有若干个，主要起数据传递作用；传感器节点终端个数视实际需要监测的房间而定，每个终端监测的房间面积为3O～40in，终端节点既可以采集数据，也可起数据传递作用．协调器负ZigBee责接收各传感器节点采集的数据，并把汇集来的监测现场的数据，经过RS232发送给GPRSDTU．GPRSDTU图l系统组成框图Fig．1Blockdiagramofthesystem通过GPRS无线网络把数据传输到lnternet上指定的服务器，主控上位机经虚拟串口从上述服务器实时取回数据并进行数据融合，及时作出火灾危险性评价直至发出

5、报警信号．系统组成如图1所示．2传感器节点硬件电路设计建筑火灾一般在一定的受限空间内发生，其过程通常由固体可燃物先发生阴燃，表现为产生可燃收稿日期：2O1501-29作者简介：蔡植善(1963)，男，福建泉州人，副教授，从事物联网、电子电路系统、信号处理等研究基金项目：福建省科技厅重点项目(2013H0041)；泉州市科技局萝点项目(2012Z108)第2期蔡植善，等：多传感器数据融合的火灾探测报警系统设计73气体、烟雾和温升，当可燃气体和温升达到～·定浓度和温度时，阴燃将转变为焰燃并出现明火．感烟火灾探测器是一种响

6、应燃烧或热解产生的固体或液体微粒的火灾探测器，是使用量最大的一种火灾探测器．因为它能探测物质燃烧初期所产生的气溶胶或烟雾粒子浓度；感温火灾探测器是仅次于感烟火灾探测器使用广泛的一种火灾早期报警的探测器，是一种响应异常温度、温升速率和温差的火灾探测器．与感烟火灾探测器和感光火灾探测器相比，感温火灾探测器的可靠性较高，对环境条件的要求更低，但对初期火灾的响应要迟钝些，报警后的火灾损失要大些．它主要适用于因环境条件而使感烟火灾探测器不宜使用的某些场所；并常与感烟火灾探测器联合使用，对火灾报警控制器提供复合报警信号．CO浓度

7、发生规律性变化是火灾发生过程中的另一现象．与感烟火灾探测器一样，通过对室内CO浓度变化的测量，也可以对火灾发生的概率作出判断．本设计未选用通常的烟雾传感器而选用CO传感器作为检测火灾的传感器的原因是：(1)感烟式火灾探测器只适宜安装在发生火灾后产生烟雾较大或容易产生阴燃的场所，它不宜安装在平时烟雾较大或通风速度较快的场所；(2)CO浓度探测更适合于火灾早期探测．一般情况下，CO在空气中的体积浓度极低，大多在20×1O以下．但是，在火灾过程中，几乎每种物质均要产生不充分燃烧的燃：哓，特别是阴燃阶段的火灾更是如此．由火灾

8、孕育到剧烈燃烧，CO经历由无到有，由小到大，然后逐渐减小的规律性变化过程，而且CO比空气密度小，更容易漂浮到天花板上的火灾探测器，实现早期预警．因此，C0适合于火灾早期探测．这对于火灾探测器的布置和在较早的时间捕捉到火灾发生信息非常重要[3]．传感器节点的硬件主要包括测温传感器电路、一氧化碳传感器电路、PIC16F684单片机最小系统、报警电路