【正文】 make the fire prediction and alarmKey words: Fire detection。STM32 。Information fusion 西安建筑科技大學(xué)碩士學(xué)位論文 ? 目 錄 1 緒論 1 課題研究的背景及意義 1 國內(nèi)外發(fā)展?fàn)?況 2 火災(zāi)報警系統(tǒng)的國外發(fā)展?fàn)顩r 2 火災(zāi)報警系統(tǒng)的國內(nèi)發(fā)展?fàn)顩r 2 國內(nèi)火災(zāi)報警系統(tǒng)中亟待解決的問題 . 3 本文主要研究內(nèi)容及安排 . 4 主要研究內(nèi)容 . 4 本文結(jié)構(gòu)安排 . 4 本章小結(jié) 5 2 火災(zāi)探測報警系統(tǒng)的總體設(shè)計 7 系統(tǒng)設(shè)計原則 7 系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)設(shè)計 . 7 系統(tǒng)的主要器件選型 8 微控制器的選型 8 傳感器的選型 . 9 本章小結(jié) 11 3 火災(zāi)探 測報警系統(tǒng)的硬件設(shè)計 . 13 火災(zāi)復(fù)合探測節(jié)點設(shè)計 13 昀小系統(tǒng)電路設(shè)計 13 電源模塊設(shè)計 15 傳感器信號采集電路設(shè)計 16 撥碼開關(guān)電路設(shè)計 18 報警聯(lián)動電路設(shè)計 18 RS485 通信模塊設(shè)計 . 19 印刷電路設(shè)計 19 探測節(jié)點電路原理圖和 PCB 圖 21 火災(zāi)報警控制器設(shè)計 . 23 ALIENTEK MiniSTM32 開發(fā)板簡介 23 I?西安 建筑科技大學(xué)碩士學(xué)位論文 ? TTL 轉(zhuǎn) 485 通信模塊 . 23 顯示電路 24 SD 存儲電路 25 本章小結(jié) . 25 4 火災(zāi)報警系統(tǒng)的軟件設(shè)計 . 27 開發(fā)環(huán)境 . 27 軟件整體設(shè)計 27 火災(zāi)復(fù)合探測節(jié)點軟件設(shè)計 28 復(fù)合探測節(jié)點主控程序設(shè)計 . 28 ADC 的 DMA 寄存器軟件 . 29 信號處理程序設(shè)計 30 Modbus 串行鏈路通信 32 幀 32 RTU 傳輸模式 33 Modbus 通信 35 火災(zāi)報警控制器軟件設(shè)計 37 火災(zāi)報警控制器主控程序設(shè)計 37 主控制器巡檢探測節(jié)點程序 . 38 主控制器系統(tǒng)時鐘程序 39 液晶顯示子程序 39 SD 卡存儲子程序 . 40 本章小結(jié) . 42 5 系統(tǒng)的測試 43 硬件調(diào)試 . 43 印刷電路板的測試 . 43 系統(tǒng)的硬件連接 44 軟件調(diào)試 . 44 設(shè)計要點和調(diào) 試步驟 44 燒寫程序和串口調(diào)試 45 測試結(jié)果 . 46 本章小結(jié) . 47 II 西安建筑科技大學(xué)碩士學(xué)位論文 ? 6 基于多傳感器信息融合的火災(zāi)算法的設(shè)計與研究 49 多傳感器信息融合的理論基礎(chǔ) 49 信息融合的基本原理 49 多傳感器信息融合的方法 . 49 基于模糊理論的火災(zāi)信號處理 51 模糊邏輯理論概述 . 51 模糊邏輯推理系統(tǒng)設(shè)計 51 輸入量的模糊化 52 建立模糊推理規(guī)則 . 53 反模糊化 54 模糊推理的 MATLAB 實現(xiàn) 54 基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的火災(zāi)信號處理 61 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)理論概述 . 61 BP 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò) 61 火災(zāi)數(shù)據(jù)處理的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)設(shè)計與仿真 . 62 仿真結(jié)果分析 64 模糊推理與神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的融合 . 66 本章小結(jié) 68 7 總結(jié)與展望 . 69 總結(jié) 69 展望 69 致謝 71 參考文獻(xiàn) . 73 作者在讀碩士期間的研究成果 . 77 附錄 : 模糊推理系統(tǒng)規(guī)則庫 79 III?西安建筑科技大學(xué)碩士學(xué)位論文 ? 1 緒論 課題研究的背景及意義 數(shù)千年以來 ,人類既崇拜火又畏懼火 ,火的應(yīng)用對人類的文明和社會的發(fā)展 起了極其重要的作用 ,然而火災(zāi)對經(jīng)濟(jì)發(fā)展和人民生命財產(chǎn)構(gòu)成巨大威脅。特別 是近幾年 ,隨著我國經(jīng)濟(jì)建設(shè)的飛速發(fā)展 ,人民生活水平的不斷提高 ,城市用地 日益緊張 ,促使了城市化程度的不斷提高 ,人員密集場所數(shù)量的急劇增加 ,火災(zāi) 的發(fā)生概率越來越大 ,實現(xiàn)對火災(zāi)的及時探測與報警 ,成為人們非常關(guān)心的問題。 火災(zāi)的危害首先表現(xiàn)在威脅人們的生命安全。據(jù)有關(guān)火災(zāi)統(tǒng)計資料表明 ,我 國每 年有大量人員在火災(zāi)中死亡。以 2020 年為例 ,各地較大或重大火災(zāi)事故頻發(fā) , 造成了極大的損失。如 2020 年 2 月 9 日晚 20 時 27 分 ,中央電視臺新臺址工程的 重要組成部分 ?電視文化中心發(fā)生火災(zāi) ,在此次火災(zāi)事故中共造成了一死七傷。 2020 年 8 月 28 日 14 時 54 分 ,遼寧省沈陽市某萬達(dá)廣場售樓處發(fā)生了火災(zāi) ,這次 事故造成了 11 人死亡、 7 人受傷。 2020 年 11 月 5 日 9 時 15 分許 ,吉林市琿春街 的某商業(yè)大廈發(fā)生了火災(zāi) ,火災(zāi)導(dǎo)致 19 人死亡、 28 人受傷。 2020 年 11 月 15 日 14 時 15 分許 ,上海市靜安區(qū)膠州路 728 號一幢 28 層的教師公寓發(fā)生重大火災(zāi) , 58 人因火災(zāi)死亡 ,70 多人受重傷。這些災(zāi)難性的后果 ,引起了人們對新時代火災(zāi) [1] 安全的擔(dān)憂 。 火災(zāi)自動探測報警系統(tǒng)起著極其重要的消防安全保障作用 ,但是在實際應(yīng)用 當(dāng)中 ,火災(zāi)探測報警系統(tǒng)也存在著諸多問題。對于火災(zāi)的探測有感煙探測器、感 溫探測器、火焰探測器和氣體探測器等多種探測手段 ,但絕大多數(shù)產(chǎn)品都是針對 某一種火災(zāi)參量進(jìn)行閥值判斷 ,判斷很容易受到外界因素的干擾 ,從而導(dǎo)致誤報 和漏報等問題 ,并且這些探測方法只是在 火災(zāi)發(fā)展到已經(jīng)具有相當(dāng)破壞性的時候 才能給出報警信號 ,這樣就很難完全避免火災(zāi)的損失。 目前 ,火災(zāi)探測報警技術(shù)應(yīng)用非常廣泛 ,火災(zāi)早期的探測被越來越多的研究 人員所重視 ,隨著通信技術(shù)、傳感器技術(shù)、微處理器、控制技術(shù)和人工智能技術(shù) 等的飛速發(fā)展 ,我們可以看到 ,火災(zāi)探測報警系統(tǒng)將會朝著無線化、復(fù)合探測器 [2] 和探測算法智能化的方向發(fā)展 。 鑒于我國火災(zāi)探測報警系統(tǒng)中存在的問題和目前火災(zāi)探測報警系統(tǒng)的發(fā)展方 向 ,本文的研究目的在于提出一種基于多傳感器信息融合技術(shù)的火災(zāi)探測系統(tǒng)方 1 西安建筑科技大學(xué)碩士學(xué)位論 文 ? 案 ,采集多個不同的火災(zāi)特征參數(shù) ,利用信息融合的智能算法進(jìn)行處理和判斷 , 對火災(zāi)的發(fā)生能夠進(jìn)行及時準(zhǔn)確的探測和報警 ,提高火災(zāi)探測報警系統(tǒng)對火災(zāi)的 探測能力 ,將有效的減少火災(zāi)對生命財產(chǎn)的損失 ,大大降低火災(zāi)對物質(zhì)財產(chǎn)以及 環(huán)境的破壞。 國內(nèi)外發(fā)展?fàn)顩r 近幾十年來 ,世界各國的火災(zāi)研究人員對火災(zāi)的預(yù)防、報警和控制進(jìn)行了大 量的研究。目前市場上的火災(zāi)探測報警系統(tǒng)的產(chǎn)品更新?lián)Q代速度很快 ,探測器由 普通的獨立探測器發(fā)展到帶地址編碼的探測器 ,傳輸數(shù)據(jù)的信號線由一開始的多 線制發(fā)展到二總線制 ,由智能模擬、數(shù)字 型發(fā)展到現(xiàn)在的無線火災(zāi)探測報警系統(tǒng) , 由探測單一火災(zāi)參量發(fā)展到目前的復(fù)合探測 ,火災(zāi)探測報警系統(tǒng)的性能日臻完善 , [34] 準(zhǔn)確性和可靠性也越來越高 。 火災(zāi)報警系統(tǒng)的國外發(fā)展?fàn)顩r (1) 19 世紀(jì)的 90 年代到 20 世紀(jì) 50 年代 ,在這個時間段里 ,火災(zāi)自動報警 系統(tǒng)的發(fā)展一直處于初級階段 ,市場上占主導(dǎo)地位的是感溫探測器。但是其靈敏 度不高 ,對陰燃火一般不響應(yīng) ,只有等到火災(zāi)發(fā)生到相當(dāng)?shù)囊?guī)模才能探測到 ,所 [5] 以很難實現(xiàn)火災(zāi)的早期探測報警的要求 。 (2)到 20 世紀(jì) 50 年代初 ,瑞士的 物理學(xué)家埃斯特邁里成功的研制出了離子 型感煙探測器 ,從此人類來到了感煙探測器的時代。由于火災(zāi)的蔓延和發(fā)展往往 始于煙霧 ,這樣感煙探測器在火災(zāi)的早期探測報警方面效果顯著 ,其穩(wěn)定性好、 靈敏度高 ,從而應(yīng)用十分廣泛。 (3)到 20 世紀(jì) 70 年代末 ,由于離子感煙探測器不能夠滿足環(huán)保的要求 ,而 且產(chǎn)品的使用壽命較短 ,隨著光電元件技術(shù)的飛速發(fā)展 ,國外一直在大力的研發(fā) 光電感煙探測器 ,在成功研制出了光電感煙探測器 ,其銷售量急劇上升到 90%以 [6] 上 。 火災(zāi)報警系統(tǒng)的國內(nèi)發(fā)展?fàn)顩r (1)20 世 紀(jì) 80 年代 ,國內(nèi)的一些部屬研究單位和軍工研究所開始著手研發(fā) 火災(zāi)探測報警系統(tǒng)的產(chǎn)品。為了滿足我國市場的需求和縮短同類產(chǎn)品與國外的差 距 ,一些國內(nèi)公司開始引進(jìn)和模仿國外產(chǎn)品 ,并在消化和吸收了國外先進(jìn)技術(shù)的 [7] 基礎(chǔ)上 ,開始研發(fā)了一系列自己的消防報警產(chǎn)品 ,并推向市場應(yīng)用 。 2 西安建筑科技大學(xué)碩士學(xué)位論文 ? (2)20 世紀(jì) 90 年代 ,我國的火災(zāi)報警產(chǎn)品處在一個快速的發(fā)展時期 ,由于