基于多传感器的智能火灾报警器的设计

有以下功能与特点:

1)安全可靠:安全性由三方面构成:

a.S QL数据库是大型的、多用户的数据库,它的安全性高;

b.系统对用户实现分级授权管理功能;

c.防火墙功能及完善的数据备份功能,防备系统受到人为的恶意攻击。

2)完善的系统日志:系统日志记录了进入系统,离开系统,收费,设置硬件,改变运行参数操作等及操作者,操作时间,凡是改变数据库的操作都被记录下来;

3)抄表速度快:抄表快、数据准确,抄表时PC机只读采集器的数据,保证了传输的准确性;

4)广播对时功能:该功能可使系统中的所有电能表的时间基准与PC机保持一致。只要保证在对时时刻,PC机的时间是正确的;

5)自动抄表功能:按照设置的抄表开始时间和抄表间隔,到预定的抄表时刻,系统便会依次拨号去抄采集器或电表内的数据;

6)设备管理功能:如告警:开箱告警、停电告警、逆相告警、超温告警、过载告警、倾斜或移动报警等;控制:对欠费用户进行拉闸等;

7)用户界面清晰美观,操作简单,具有完善的在线帮助功能:对数据进行统计,分析,绘制负荷曲线,作平衡分析,具有与银行,客服中心的联网功能。

4 结论

远程无线自动抄表系统利用GPRS通信技术,实现了多表数据抄收的功能,解决了实时性、抄收成本及通信距离等间题,本系统已运用于现场。

参考文献

[1]蒋俊峰.自动抄表技术研究[J],电测与仪表,2003,(10)

[2]胡大可等.基于单片机8051的嵌入式开发指南[M].北京:

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[6]范成军,杨德芳,吴杰,董兴欣.基于GPRS的电能表的设计与

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[9]马彪,杨建华,刘文琦.基于GPRS的嵌入式数据采集系统

[J].中国仪器仪表,2005,(11):84~86.

作者简介:苏培力,男,河北省栾城县供电公司,华中科技大学硕士研究生,研究方向:信息与控制。

收稿日期:2009-02-17(9045)

do:i10.3969/.j issn.1671-1041.2009.04.028

基于多传感器的智能火灾报警器的设计

张红兰,李 扬

(广东工业大学信息工程学院,广州510006)

摘要:同时采用烟雾传感器,温度传感器和火焰传感器来探测火灾现场,使用神经网络对多个传感器探测到的数据进行处理和识别。仿真结果表明,该多传感器的智能火灾报警器能够比较准确的识别火灾信号,准确性较高,误报率较低。

关键词:多传感器;火灾探测;神经网络

中图分类号:TP373 文献标识码:A

Design of i n tellitive fire alar m based

on m ulti sensor

ZHANG H ong lan,L I Y ang

(G uangdong U ni versit y of Technology G uangzhou510006,Ch i na)

Abstrac:t Smoke sensor,t e m pr e t ure sensor and fla m e sensor ar e co m bined as a w hole t o de t ec t t he condition.The data,acquir ed by t he multi sensor,is pr ocessed and ana l y sed by t he neural net work. It is proved t hat this int e lliti v e fire alar m can identif y fire co mparetive w ell and tru l y.It has re l a ti v ely hi g h rate o f true a l a r m and l o w rat e o f f a l s e alar m.

Key w or ds:multi sensor;fire det ec;t neural net w ork

0 引言

火灾是危害人类生命,财产灾害中最常见的一种。燃烧是一种伴随有热和光的化学反应,物质在燃烧过程中一般会出现火焰、烟雾、热等物理现象,人们已经根据火灾发生时所产生的这些现象研制出了各种探测器。但是由于火灾报警器的传感器大多为单一形式的传感器,所以误报率较高。本次设计采用多种传感器,并使用神经网络的方法对传感器探测的信息进行处理,从而大大减少了报警器的误报率。

1 系统硬件的组成

本次设计的硬件包括温度传感器模块,烟雾传感器模块,火焰传感器模块和智能处理模块。

1.1 温度传感器模块

物质在燃烧过程中会释放出大量的热量,从而使环境温度升高。本次设计采用DALLA S公司生产的单线数字温度传感器DS18B20做感温模块,它具有经济性好、抗干扰能力强和使用方便,测温范围宽,精度高等优点,而且它是数字式温度值,可以直接读取数值不需要再进行AD转换,这样就大大简化了外接电路。

1.2 烟雾传感器模块

在物资的燃烧过程中,会产生大量的烟雾,本次设计采用是离子式烟雾传感器N IS-05A。这种烟雾传感器具有极小的电池功耗,结构简单,比光电式烟雾传感器更便宜,更耐用,输出不依赖于烟雾的颜色,放射能很小。该传感器的检测电路如图1所示。当烟雾进入传感器内室的时候,烟尘粒子就会被压制成阴阳双粒子,从而上层室的电离电流就会减弱,最终导致对烟尘密度的输入电压比例降低。这种传感器在空气中的输出为5V左右,烟雾敏感度在1.2V左右,所以基本不需要外接放大电路,这样就简化了电路。

科研设计成果 仪器仪表用户

欢迎光临本刊网站h tt p://www.e https://www.360docs.net/doc/2b9958152.html,

欢迎订阅欢迎撰稿欢迎发布产品广告信息49图1 离子式烟雾传感器检测电路

1.3 火焰传感器模块

火焰是物质着火产生灼热气体而发出的光,是一种辐射

能量,物质从燃烧开始到发光,是物质的全燃烧阶段。在这个

阶段中,火焰的光谱从紫外、可见光到红外都有能量辐射,但

在红外波段内的4.35 m附近有一个峰值,同时由于此波长的

太阳辐射因大气的吸收作用而强烈衰减,因此该波段是用于

火焰探测的重要波段。本次设计采用的是一种红外热释电传

感器,这种传感器一般是用于人体探测器的,能探测的波长为

5~14 m,虽然不是专门用于火焰探测,但它也能感应火焰的

部分光谱,而且在价格上比专门的火焰探测器要便宜得多,比

较经济实用[2]。由于热释电红外传感器的输出信号十分微

弱,因此在进行信号的处理之前要介入前置放大电路,又由于

火焰的闪烁信号频率为低频信号,传感器的输出信号也以该

频率变化,因此将放大器接成低通形式,具体的接口电路如图

2所示。

图2 热释电红外传感器接口电路

1.4 神经网络部分

在人工神经网络的实际应用当中,绝大部分的神经网络

模型是采用BP网络和它的变化形式,她也是前向网络的核心

部分,体现了人工神经网络最精华的部分[3]。本系统中使用

了BP网络作为系统的处理核心,这也是本次设计中的核心部

分。将经过处理以后的传感器信号输入神经网络之中,神经

网络根据事先学习好的参数来判断是否有火灾发生,从而决

定是否报警。本次设计采用标准的三层BP神经网络,输入层的

神经元为三个,分别是温度信号,烟雾信号和火焰信号,输出层的

神经元为三个,分别是无火输出,明火输出和暗火输出,如图3

所示。

图3 BP神经网络结构

2 系统的软件设计

本次实验采用的是A T M EL公司ATm ega16L单片机来进

行信号的处理。选用该单片机作为信号处理的一个重要原因

是该单片机内部带有8路12位转换精度的AD转换,使用片

内A D转换能够提高系统的转换速度和抗干扰能力,此外,还

能简化电路。

系统在上电以后,首先是对多个传感器传出的模拟信号

进行AD转换,然后采用神经网络的方法对信号进行处理。具

体的流程图如图4。

图4 系统流程图

2.1 数据获取

AVR单片机I/O口的A口可以作为通用输入输出端口,

也可以用作A D转换的输入口,本次设计就使用的是A口作为

AD转换的输入口的功能,在进行AD转换之前要对A口进行

设置。分别选用PA0,PA1作为烟雾信号和火焰信号的AD转

换口。烟雾信号的AD转换设置程序如下:

PORTA=OXOO;

DDRA=0XOO;//设置PA口位输入,无上拉

ADCSR=0XAD;//ADC位自由模式且32分频

AD MUX=0X00;//选择0通道作为烟雾信号的AD转换

通道

ADCSR=0XED;//开启AD转换

火焰信号的A D转换设置程序与烟雾信号的设置相似。

选用PA2作为DS18B20温度传感器的接口。完成

D S18B20温度转换必须要经过4个步骤:复位初始化,发送一

条ROM指令,发送一条存储器指令,数据通信。在进行编写程序

时,必须要保证严格的时序。温度传感器的复位子程序如下:

uchar onli ne;

PORTA&=~B I T(PA2);//拉低数据线

DELAY(480);//延时480us

PORTA|=BI T(PA2);//释放数据线

DELAY(30);//等待响应

onli ne=DDRA&0X04;//读取响应

DELAY(100);

re t urn(on line);

2.2 信号处理

首先读取温度信号和采集离子式烟雾传感器信号。在明

火情况下,温度会有大幅度的升高,在暗火的情况下,烟雾传感

器的信号会有较大的变化,将读取到的温度信号和烟雾信号

经神经网路处理后,判断当前是否能够确定火灾的发生,如果

能确定则输出火警信号,如果不能则进一步关注温度和烟雾

信号的变化,并且采集火焰传感器信号,将3种信号输入神经

网络再进行判断。

3 结论

将经过训练后的隐层权值和输出层权值编入软件之中

并植入单片机之中,通过三种传感器的有机结合以及神经网

络算法,就可以实现多传感器火灾探测器的智能化。经过训

练后的火灾探测系统具有较高的火灾识别能力,火灾报警系

统报警的准确率较高,误报率较低,达到了预期的目的。

本文作者的创新点:作者同时采用三种不同种类的传感

器对火灾现场进行探测,并采用神经网络的方法进行信号处

理,大大提高了准确性,降低了误报率。

参考文献

[1]张岩胡秀芳张济国编著.传感器应用技术[M].福建:福建科仪器仪表用户 科研设计成果

欢迎光临本刊网站h tt p ://www.e ic .com .cn

学技术出版社,2005.

[2]蔡鑫,赵敏,李然,等.基于热释电红外传感器的火灾探测系统

设计[J ].红外技术,2007,(12):697~700.

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与应用[M ].北京:北京航空航天大学出版社,2001.作者简介:张红兰(1983~),女,硕士研究生,研究方向:信息获取与信号处理;李扬,男,教授,研究方向:信息获取与信号处理。收稿日期:2009-01-08(9007)

do:i 10.3969/.j issn .1671-1041.2009.04.029

基于单片机的H 2S 气体检测仪的设计

许方华,顾亚雄,向前勇

(西南石油大学电子信息工程学院,成都610050)

搞要:本文介绍了利用H 2S 电化学传感器对H 2S 气体浓度进行精确检测的单片机硬件电路、工作原理及软件实现方法。所选用的H 2S 电化学传感器及信号电桥放大电路能满足在常温下对H 2S 气体高精度、宽范围检测的要求;在软件设计时,对数据的处理采用了线性插值算法。另外,该系统还采用了分级报警的方式。

关键词:H 2S 电化学传感器;M SP 430单片机;电桥放大电路;线性插值算法;分级报警

中图分类号:TP 216 文献标识码:A

The design of the H 2S gas instru m entation

of SC M control

XU Fang hua ,GU Ya xi on g ,XI ANG Q i an g yong

(Schoo l o f Electronic and I nfor m ati on Engi neeri ng,South w est Petro leu m U ni vers ity ,Chengdu 610500,Chi na)Abstrac :t T his artic le describes a SCM c ircuit by hard w are w hich t akes advant age of t he prec ise i n stru m ent a ti o n f or t he cons ist ency o f t he H 2S gas ,using t he H 2S elec trochem istry sensor ,It could also inc lude t he work ing pri n ciple and the achi e vable m et hod of t he so ft ware .T he se l e ct ed H 2S e l e ctrochem is t ry sensor and the signal elec tri c bri d ge a m plif y ing circuit can sa tisfy the require m ents of the h i g h accuracy and the w i d th scope i n stru m ent a ti o n under t he nor m al t em perature to the H 2S gas ;in soft ware des i g n ,processing uses the lin ear int erpolation a l g orit h m t o t he data .In additi o n ,t h i s sy st em has also selec t ed the gradua tion warn i n g met hod .Key words:H 2S elec trochem istry sensor ;MSP 430SCM;e l e ctric bri d ge a mp lif y ing c ircui;t li n ear int erpolation algorith m;the gr aduati o n w arni n g method .

0 引言

H 2S 是无色、具有臭鸡蛋气味的有毒气体,它广泛存在于石油、化工生产过程中,是大气中的主要污染物之一。某些矿床中H 2S 气体的含量与其矿床类型相关,H 2S 气体的含量可以作为寻找矿床的标志之一。石油液化气中含有一定量的H 2S ,易造成石油液化气储罐失效。因而研究开发出对H 2S 气体具有选择性传感、快速响应恢复、低工作温度的检测仪具有广阔的应用前景。本设计中利用H 2S 电化学传感器、特殊的信号放大电路及单片机设计了H 2S 检测仪,能在常温下实现对H 2S 气体进行宽范围、高精度的实时检测。另外,为了克服以往硫化氢浓度报警的单一性,缺乏有效的预警机制,本设计中采用了分级报警方式。

1 硬件电路设计

1.1 系统总体设计

本设计中采用M SP430系列单片机M SP430F149组成的数据采集与处理系统,其总体设计框图如图1所示。

图1 系统总体设计框图

传感器输出信号经放大、A /D 转换后送入单片机处理,单

片机处理后显示硫化氢气体的浓度并提供分级报警功能。1.2 主要器件简介

H 2S 气体传感器选用的型号为H 2S /C -200。其测量量程为0-200pp m,最大负荷为2000pp m,工作温度范围在-20 至45 之间,无需偏置电压,线性度好。

M SP430F149单片机的电源电压采用的是1.8-3.6V 电压。因而可使其在1MH z 的时钟条件下运行时,芯片的电流在200-400uA 左右,时钟关断模式的最低功耗只有0 1uA 。M SP430系列单片机在低功耗方面的优越性,更适合应用于使用电池供电的仪器、仪表类产品中。1.3 信号放大电路

信号放大电路采用一种宽范围的特殊电桥电路,如图2所示。

图2 电桥放大电路

科研设计成果

仪器仪表用户