【文章內(nèi)容簡介】 國外企業(yè)的進(jìn)入 ,帶來的先進(jìn)產(chǎn)品和技術(shù) ,催化了國內(nèi)市場的進(jìn)步和成熟。但是 專業(yè)的生產(chǎn)廠家和產(chǎn)量都不大。 (3)21 世 紀(jì)初 ,隨著國家開始投入大量資金和研發(fā)人員到消防報(bào)警產(chǎn)品的研 發(fā)中來 ,技術(shù)不斷進(jìn)步的同時(shí)市場也隨之成熟。據(jù)公安部的數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì) ,我國已有 108 家火災(zāi)自動(dòng)探測報(bào)警系統(tǒng)的設(shè)備生產(chǎn)商 ,其中雖以中小企業(yè)為主 ,但是也出現(xiàn) [8] 了一批實(shí)力相當(dāng)?shù)暮腺Y企業(yè)、外資企業(yè)和民營企業(yè) 。 如海灣集團(tuán)公司是專業(yè)從 事火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)以及消防聯(lián)動(dòng)系統(tǒng)產(chǎn)品的生產(chǎn)的企業(yè) ,它是目前國內(nèi)消防行業(yè)昀 大的產(chǎn)品供應(yīng)商 ,其產(chǎn)品種類齊全 ,技術(shù)處于國內(nèi)領(lǐng)先水平。 國內(nèi)火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)中亟待解決的問題 目前 ,在我國的火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)中有諸多問題存在 ,主要有以下幾個(gè)問題 亟待解決 : 1 火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)中存在著誤報(bào)、漏報(bào)的問題 由于我國火災(zāi)探測報(bào)警系統(tǒng)中使用的傳感器本身存在的缺陷以及探測環(huán)境中 各種干擾 ,如氣體粉塵和電磁場靜電場等因素 ,對火災(zāi)探測和判斷產(chǎn)生較大的影 [9] 響 ,導(dǎo)致火災(zāi)探測和報(bào)警系統(tǒng)中經(jīng)常出現(xiàn)誤報(bào)和漏報(bào)的現(xiàn)象 。 2 火災(zāi)探測的手段和信號處理算法水平有待提高 火災(zāi)信號的探測手段和處理信號的智能算法是火災(zāi)探測報(bào)警系統(tǒng)的核心部分 , 其水平的高低直接關(guān)系到火災(zāi)探測報(bào)警系統(tǒng)可靠性和及時(shí)性 ,越來越受到人們的 關(guān)注。隨著火災(zāi)探測環(huán)境的越來越復(fù)雜 ,傳 統(tǒng)的火災(zāi)探測系統(tǒng)只是采集單一的火 災(zāi)參量 ,利用閥值判斷和趨勢檢測算法已經(jīng)不能適應(yīng)火災(zāi)判斷的要求。因此采用 對多個(gè)火災(zāi)參量進(jìn)行智能化的數(shù)據(jù)融合和判斷 ,將大大提高對火災(zāi)的辨識能力 , 有效地減少了誤報(bào)和漏報(bào)現(xiàn)象的發(fā)生。 3 無線通信技術(shù)有待進(jìn)一步發(fā)展 傳統(tǒng)的火災(zāi)探測器都是通過電纜來實(shí)現(xiàn)能量的供給和信號的傳輸。施工安裝 過程中電纜的鋪設(shè)成本高 ,并且容易造成對建筑結(jié)構(gòu)的破壞。同時(shí) ,在一些特殊 的探測環(huán)境中 ,如危險(xiǎn)化學(xué)品泄露檢測、建筑工程裝修現(xiàn)場以及古建筑等場所 , 有線式的探測器有很多弊端。然而無線通信技術(shù)卻可以彌補(bǔ)有線 式探測器的弊端 , 既可以減少導(dǎo)線的鋪設(shè)成本 ,又可以簡化布線網(wǎng)絡(luò) ,同時(shí)還能夠減少對建筑的損 [10] 壞 ,擴(kuò)大火災(zāi)的探測范圍 。 4 火災(zāi)探測的新技術(shù)有待進(jìn)一步推廣和應(yīng)用 3 西安建筑科技大學(xué)碩士學(xué)位論文 ? 當(dāng)前火災(zāi)探測技術(shù)有兩個(gè)主要的研究方向 :開發(fā)新的傳感器技術(shù)和研究新的 火災(zāi)信號處理算法。近幾年來國內(nèi)研究的針對大空間早期火災(zāi)的光聲火災(zāi)氣體探 測技術(shù)、空氣采樣式激光圖像感煙火災(zāi)探測技術(shù)、光截面圖像感煙探測技術(shù)、基 于機(jī)器視覺技術(shù)的火災(zāi)空間定位技術(shù) ,以及國外發(fā)展的無線探測技術(shù)、燃燒聲音 探測技術(shù)、微薄探測技術(shù)等 目前都有待進(jìn)一步擴(kuò)大在市場上的應(yīng)用。 本文主要研究內(nèi)容及安排 主要研究內(nèi)容 本課題分析了火災(zāi)探測報(bào)警系統(tǒng)國內(nèi)外的發(fā)展?fàn)顩r ,總結(jié)了火災(zāi)探測報(bào)警系 統(tǒng)存在的問題 ,結(jié)合目前的發(fā)展趨勢 ,運(yùn)用微控制器技術(shù) ,設(shè)計(jì)了基于多傳感器 信息融合技術(shù)的火災(zāi)探測報(bào)警系統(tǒng)。同時(shí) ,本文研究了基于模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的火災(zāi) 信號處理系統(tǒng) ,系統(tǒng)采用了模糊系統(tǒng)和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)并聯(lián)的結(jié)合形式 ,對復(fù)合火災(zāi)信 號進(jìn)行處理和判斷。本文的主要研究內(nèi)容 : (1)完成了復(fù)合火災(zāi)探測報(bào)警系統(tǒng)硬件平臺的搭建 ,系統(tǒng)采用 STM32 系列微 處理器作為 主控制芯片 ,設(shè)計(jì)了復(fù)合火災(zāi)探測節(jié)點(diǎn)。 (2)在復(fù)合探測節(jié)點(diǎn)實(shí)現(xiàn)了對多個(gè)火災(zāi)參量采集以及處理和判斷 ,并利用 RS485 總線實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)及控制信號的傳輸 ,形成了智能分布式的火災(zāi)探測報(bào)警系統(tǒng)。 (3)對硬件系統(tǒng)進(jìn)行了調(diào)試和實(shí)驗(yàn)。 (4)研究了基于模糊理論和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的智能火災(zāi)探測系統(tǒng) ,對輸入的多傳感 器信號利用人工智能技術(shù)進(jìn)行融合 ,在分別使用模糊推理系統(tǒng)和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)并 聯(lián)判斷后 ,昀后用模糊推理進(jìn)行決策層的 判決 ,從而得到昀終的火災(zāi)信號判斷結(jié) 果 ,利用 MATLAB 進(jìn)行算法的仿真和實(shí)現(xiàn) ,驗(yàn)證算法的可行性。 本文結(jié)構(gòu)安排 本文共分七章 ,其內(nèi)容具體安排如下 : 第一章 :緒論 ,首先介紹了本課題的研究背景及意義 ,其次分析了目前國內(nèi)外 火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)的研究現(xiàn)狀 ,總結(jié)了火災(zāi)探測報(bào)警系統(tǒng)存在的問題以及探測技術(shù)的 發(fā)展趨勢。昀后陳述了本課題研究的內(nèi)容及論文章節(jié)安排。 第二章 :闡述火災(zāi)探測報(bào)警系統(tǒng)的設(shè)計(jì)原則 ,確定了火災(zāi)探測報(bào)警系統(tǒng)的總體 結(jié)構(gòu) ,完成了系統(tǒng)主控芯片和傳感器的選型。 第三章 :完成了火災(zāi)探測報(bào)警系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)。 4 西安建筑科技大學(xué)碩士學(xué)位論文 ? 第四章 :對復(fù)合探測節(jié)點(diǎn)的火災(zāi)智能算法進(jìn)行了設(shè)計(jì) ,完成了復(fù) 合探測節(jié)點(diǎn)和 火災(zāi)報(bào)警控制器軟件部分的編程 ,實(shí)現(xiàn)了復(fù)合探測節(jié)點(diǎn)和主控制器的通信。 第五章 :對復(fù)合火災(zāi)探測報(bào)警系統(tǒng)進(jìn)行了調(diào)試和實(shí)驗(yàn)。 第六章 : 首先介紹了多傳感器信息融合的理論基礎(chǔ) ,重點(diǎn)研究了基于模糊神 經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的火災(zāi)信號處理算法。利用 MATLAB 進(jìn)行仿真 ,對仿真結(jié)果進(jìn)行了分析 ,并 驗(yàn)證了算法的可行性。 第七章 :總結(jié)了本文所做的工作 ,提出了進(jìn)一步工作展望。 本章小結(jié) 本章首先通過閱讀和整理相關(guān)的文獻(xiàn)資料 ,詳細(xì)介紹了火災(zāi)探測報(bào)警的研究 背景及意義 ,然后總結(jié)了火災(zāi)探測報(bào)警系統(tǒng)目前在國內(nèi)外的發(fā)展現(xiàn)狀 以及亟待解 決的問題 ,昀后敘述了本文的研究內(nèi)容和結(jié)構(gòu)安排。 5 西安建筑科技大學(xué)碩士學(xué)位論文 ? 2 火災(zāi)探測報(bào)警系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì) 系統(tǒng)設(shè)計(jì)原則 (1)多傳感器復(fù)合探測技術(shù) 一般將火災(zāi)過程分為早期 ,陰燃、火焰放熱和衰減四個(gè)階段?；馂?zāi)早期釋放 的多是燃燒氣體 ,煙霧、火焰和熱量都較少 ,陰燃階段則產(chǎn)生大量的可見或不可 見的煙霧 ,火焰和熱量不多 ,而火焰放熱階段則向外輻射熱量 ,環(huán)境溫度迅速上 升。火災(zāi)信號包括許多特征參數(shù) ,每個(gè)參量都或多或少地表示了火災(zāi)發(fā)生的概率。 從理論上講 ,系統(tǒng)采用的火災(zāi)參量越多 ,系統(tǒng)智 能化水平越高 ,誤報(bào)率、漏報(bào)率 [11] 將會(huì)越低 。因此 ,本文選擇煙霧濃度、溫度、 CO 濃度作為火災(zāi)參量進(jìn)行復(fù)合探 測。 (2)分布式的火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng) 早期的系統(tǒng)多采用集中控制方式 ,探測器只是一個(gè)純粹的傳感器 ,它隨時(shí)將 采集到的信號傳遞給控制器 ,由控制器對這些信號進(jìn)行處理和判斷。這樣系統(tǒng)成 本低、信號處理算法簡單 ,但是當(dāng)系統(tǒng)規(guī)模過大時(shí) ,會(huì)產(chǎn)生控制器負(fù)擔(dān)過大、響 應(yīng)速度慢、系統(tǒng)可靠性降低等問題。為了克服這些缺點(diǎn) ,逐漸采用分布式控制方 式代替集中式控制方式。本文的火災(zāi)探測報(bào)警系統(tǒng)采用分布智能式控制方式。 (3)火災(zāi)信號的算法智能化對于不同燃燒物質(zhì)和探測環(huán)境 ,傳感器所采集到的動(dòng)態(tài)特征參數(shù)值差異很大。 在火災(zāi)的探測中 ,傳統(tǒng)的閥值法已經(jīng)不能適應(yīng)于復(fù)雜的火災(zāi)信號處理 ,尤其是在 報(bào)警延遲時(shí)間和報(bào)警閥值的設(shè)定上過于單一化。因此 ,將智能化算法應(yīng)用于火災(zāi) 探測系統(tǒng) ,將對提高火災(zāi)探測的可靠性以及降低火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)的誤報(bào)、漏報(bào)率具 [12] 有重要的積極作用 。 系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 本文研究的火災(zāi)探測報(bào)警系統(tǒng) ,由 STM32 作為處理器 ,分別設(shè)計(jì)了火災(zāi)報(bào)警 控制器和復(fù)合火災(zāi)探測器 ,形成分布式智能單元 ,由復(fù)合探測單元完成火災(zāi)信息 采集和處理 ,減輕控制器的負(fù)擔(dān) ,通過 RS485 總線的方式傳輸給火災(zāi)報(bào)警控制器 ,[13] 由火災(zāi)報(bào)警控制器進(jìn)行火災(zāi)數(shù)據(jù)的存儲和顯示 。根據(jù)各模塊需要完成的功能 , 設(shè)計(jì)系統(tǒng)的整體結(jié)構(gòu)框圖如圖 所示。 7 西安建筑科技大學(xué)碩士學(xué)位論文 ? 圖 復(fù)合火災(zāi)探測報(bào)警系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖 ? 復(fù)合探測節(jié)點(diǎn)如圖 所示。由 STM32(MCU)、 、 RS485 通信模塊、 JTAG 接口模塊、溫度傳感器、煙霧傳感器、 CO 傳感器等組成。 主要功能 :通過三種傳感器采集現(xiàn)場的環(huán)境信號 ,監(jiān)測現(xiàn)場的火災(zāi)情況 , 對采集 的數(shù)據(jù)信息進(jìn)行處理 , 若發(fā)生火災(zāi)則啟動(dòng)報(bào)警裝置 ,同時(shí)利用 RS485 總線向火災(zāi) 報(bào)警控制器發(fā)送火警信息 ,若無火災(zāi) , 則定時(shí)向火災(zāi)報(bào)警控制器發(fā)送驗(yàn)證信號供 火災(zāi)報(bào)警控制器處理。 火災(zāi)報(bào)警控制器如圖 所示。由 STM32(MCU)、 、 RS485 通信模塊、串口電路模塊、 SD 卡存儲模塊、 LCD 顯示模塊、按鍵等組成。 主要功能 : 負(fù)責(zé)接收復(fù)合探測節(jié)點(diǎn)的信息并存儲 , 通過時(shí)鐘芯片記錄火 災(zāi)的時(shí)間 以備事后查詢 ,利用 SD 卡存儲歷史信息 ,在液晶屏上實(shí)時(shí)顯示相關(guān)檢測信息 ,在 檢測到報(bào)警信息時(shí)能夠啟動(dòng)報(bào)警并開啟執(zhí)行裝置 , 同時(shí)能定時(shí)檢測各復(fù)合探測節(jié) 點(diǎn) , 判定其是否正常工作。 ? 圖 復(fù)合火災(zāi)探測節(jié)點(diǎn)圖 火災(zāi)報(bào)警控制器 系統(tǒng)的主要器件選型 微控制器的選型 微控制器是系統(tǒng)的核心部分 ,系統(tǒng)數(shù)據(jù)的采