基于多传感器数据融合的火灾报警系统设计

第27卷第5期 齐 齐 哈 尔 大 学 学 报 Vol.27,No.5 2011年9月 Journal of Qiqihar University Sep.,2011

基于多传感器数据融合的火灾报警系统设计

吴晓方，张志刚

（黑龙江省齐齐哈尔消防支队，黑龙江 齐齐哈尔 161000）

摘要：介绍了基于嵌入式的多传感器数据融合火灾报警系统的硬件及软件设计方案，并利用数据融合算法，对用

于探测火灾信息的多传感器的数据进行处理，使火灾的判断具有较高的准确性和快速性。

关键词：多传感器；数据融合；报警；误报率

中图分类号：TP212 文献标志码：A 文章编号：1007-984X(2011)05-0011-03

随着社会经济发展和现代建筑的兴起，对消防和救灾抢险工作提出了越来越高的要求。智能火灾预警

技术作为消防技术手段之一，也越来越显示出它的重要性。火灾自动报警及联动控制设备，已由多线制、模拟系统向总线制、数字系统发展，由仅以探测器报警为主的普通型系统向以相关模式计算为主的智能型系统发展，火灾报警探测器也由单一型向复合式智能型方向发展。火灾自动报警系统的智能化水平直接关系到社会经济稳定与安全，越来越受到人们的关注。传统的火灾监测通常采用阈值判断和趋势检测算法对单个传感器输出信号进行处理，若将同样的方法应用于多元参量的系统，会出现误报或漏报现象。为了提高火灾自动报警系统的智能化水平，采用多个传感器全面采集火灾发生前的各种异常信息的报警系统得到广泛应用。随着火灾自动报警系统中使用的探测器种类和数目的增多，信号处理的难度也随之大幅增加，利用多传感器数据融合技术处理传感器提供的信息，可以提高整个火灾报警监测系统的可靠性及快速性[1]。

1 系统硬件设计

系统的总体设计分为硬件和软件系统两部分。硬件设计部分主要包括以下几个模块：系统主控制器模块，温度和烟气测量传感器模块、模数转换模块、火灾报警模块、消防控制设备启动模块和电源模块。系统的主控制器模块有主控制芯片S3C2410、数据存储Nand Flash以及内存单元SDRAM组成。其中S3C2410处理器是韩国三星公司的一款基于ARM9T的SOC芯片，主要面向小型设备以及高性价比，低功耗的应用，具有LCD控制器、3通道UART、4通道DMA、IIC和SPI总线接口、117个通用I／0口、2个USB主机接口和1个USB设备接口等资源。运行的频率可以达到203 MHz。基于S3C2410的这些资源，可以满足整个系统对处理器的要求。Nand Flash里固化了Linux的Boot loader、系统内核、文件系统、应用程序以及环境变量和系统配置文件等；SDRAM作为内存单元供系统运行时使用。

图1为系统原理方框图。智能探测器内置多个传感器，各传感器互为补充，采用多维参数的组合判断，由主控器对多个传感器的信息进行分析，判断时根据不同传感器在一定时间间隔内对烟雾的不同反应，拓展了探测范围，提高了灵敏度，降低了误报率。由于智能探测器能针对探测器所处的特定安装地点进行编程，使探测器与探测环境互相匹配，从而使探测器达到最佳的探测效果；同时通过相应的编程也可以使探测器方便地对温度、湿度、灰尘的影响进行补偿。提高了由于非火灾原因引起的错误报警。用于完成火灾探测的传感器由温度传感器，可燃气体探测器和烟雾探测器组成[2]。温度传感器选用集成温度传感器AD590，气体传感器TGS202用作数据采集系统的传感器。AD590是美国Analog Devices公司生产的一种电流型二端温度传感器，具有成本低、体积小、寿命长、选择性和稳定性好等特性。由于AD590是电流型温度传感器，它的输出同绝对温度成正比，即1µA/K，而数模转换芯片ADC7818的输入要求是电压量，所以在AD590的负极接出一个10 kΩ的电阻R1和一个100Ω的可调电阻W，将电流量变为电压量送入ADS7818。

收稿日期：2011-05-30

作者简介：吴晓方，(1972-)，男，黑龙江齐齐哈尔人，工程师，学士，主要从事火灾监测及预防方面的研究，xiaofangying2004@。

·12· 齐 齐 哈 尔 大 学 学 报 2011年

所示。 火灾中气体烟雾主要是CO 2和CO。TGS202气体传感

器能够灵敏地感知空气中的CO 2、CO、甲烷、煤气等多种

气体，其灵敏度高，稳定性好，具有自诊断功能，漂移补

偿抗灰尘引起的干扰的能力等，适合于火灾中气体的探

测。设计中采用的A/D 转换模块是TI 公司的12位高速串

行转换器ADS7818，采样速度可达500 k 且稳定性好；

S3C2410通过片内的Nand Flash 控制器和SDRAM 控制器

对外围的 Nand Flash 和内存单元SDRAM 进行控制，利用

片内的标准

UART 实现对串口芯片的控制，通过片内地址、

数据以及控制总线对片外的芯片进行控制。报警模块主要

根据传感器采集到的数据信息，经过相应的数据融合后，

按照判决准则对是否有火灾情况发生给予相应判决，当判决结果为有火灾时，启动报警装置，通常有声、光结合信号来通知值班人员。执行模块在报警装置启动的同时用来

启动现场相关的灭火装置，如自动喷淋系统等，从而使火

灾带来的损失降低到最小的程度。 2 系统软件设计

系统软件流程如图3所示。RTOS 是嵌入式应用软件

的基础和开发平台，RTOS 实际上是一段嵌入式目标代码

中的程序，系统复位后首先执行相当于用户的主程序，用

户的其它应用程序都建立在RTOS 之上。RTOS 是一个标

准的内核，它将CPU 时钟、中断、IO、定时器等资源都封

装起来，留给用户的是一个标准的API 函数接口。在本设

计中，软件层是由S3C2410微处器芯片量身裁制的嵌入式

操作系统。当监控系统启动后，首先进行系统内部数据初

始化，根据程序中预设值载入数据，然后根据内部数据的

预设值进行各个模块的初始化，包括主控芯片输入输出端

口，液晶显示模块，A ／D 模块，定时器模块和RTC 时钟

等。其中内部数据初始化和和各个模块初始化时间小于传

图2 AD590实际使用电路原理图 系统上电复位、自检