公共場合智能煙霧檢測及火災預警系統

一、項目概述

1.1 引言

當代社會，戒煙已經成為一種潮流，但在許多公共場合，抽煙現象還是屢見不鮮，抽煙不僅有損身心健康，而且對其他人的身體、生命、財產等也帶來嚴重的危害。在這些危害之中，火災是最主要，且危害性最大的一項。

1.2 項目背景/選題動機

現在很多公共場合因為人們吸煙而導致空氣質量不好，影響人們的身體健康；某些特定環境里對室內的煙霧濃度也有一定限制；由于各種原因造成火災頻發的現代，采取措施遏制此現象已成為當務之急。本項目在基于以上考慮的基礎上進行構思的。我們將煙霧檢測、戒煙提示和火災預警集中于一身，研制一套實用、方便、低成本的智能電子煙霧檢測與預警系統。

二、需求分析

2.1 功能要求

本系統通過對環境中的煙霧和溫度進行實時檢測，最終實現火災預警的功能。

煙霧檢測分為兩部分：一則檢測環境中抽煙時產生的煙霧，二則檢測發生火災時的煙霧，兩者對煙霧傳感器的精度要求不同。當環境中有人抽煙時，煙霧傳感器通過檢測到的狀態，產生電信號，送給單片機處理，單片機控制報警模塊提示戒煙，并控制繼電器打開排風扇，將煙霧及時疏散。當環境中溫度和煙霧濃度超過一定指標時，系統通過控制繼電器，打開排風扇，疏散煙霧，并通過無線傳輸將發生火災的信息報知控制中心，能夠第一時間通知工作人員。

溫度檢測模塊主要對區域的溫度進行檢測，防止溫度上升，引燃區域內一些干燥易燃物件等。當溫度超出正常范圍時，系統將產生預警聲音，并顯示當前的溫度值。數據將由無線模塊發送到控制室，再由工作人員作出相關處理。

2.2 性能要求

煙霧傳感器采用性能良好，高精度的MQ-2，其探測范圍為300～ 10000ppmm,響應時間小于10mS，工作環境溫度：-20°C～ +55°C ；溫度傳感器采用美國DALLAS 公司生產的高性能單總線的DS18B20，其在- 10 ℃～ + 85 ℃范圍內具有±0. 5 ℃的精度，分辨率為9～ 12 位，并可由編程決定具體位數，轉換時間為毫秒級；數據處理模塊采用Atmel提供的高性能低功耗的AVR32單片機；無線傳輸采用Nordic VLSI 公司封裝的RF905無線收發模塊,采用高精度貼片晶振，體積更小，性能更優，工作于433MHz 全球開放ISM 頻段免許可證使用，高性能低功耗，接收靈敏度高，抗干擾性強，集成度高，通信穩定。通過以上各個模塊的相互配合使用，本系統完全可以實現，煙霧檢測，戒煙提示，火災預警的所有功能，可以用于火車站、火車、高校宿舍公寓以及各種公共場合，實現一個環保的理念。

三、方案設計

3.1 系統功能實現原理（除圖片外需有文字介紹）

檢測發射子站框圖

系統硬件結構框圖

由上圖可以看出，煙霧傳感器（QM系列）和溫度傳感器（DS18B20）對環境中的煙霧濃度和溫度進行實時檢測，產生電信號，通過信號預處理（濾波，放大等）再通過AD轉換后將信號發送到單片機中進行處理（其中對煙霧信號進行分等級處理以判斷煙霧的輕重），處理完之后單片機通過控制控制模塊（繼電器等）進行顯示和報警等，另外，當溫度和煙霧濃度超過安全指標時，檢測子站通過驅動無線模塊（NRF905）將數據傳輸到控制中心告知工作人員進行必要的處理。

3.2 硬件平臺選用及資源配置

本系統選用硬件平臺EVK1100 。在充分利用其溫感、光感資源的基礎上，我們還需要自己設計煙霧檢測模塊及相關的外圍電路。

本系統的硬件電路總共有五個模塊，分別是溫度檢測、煙霧檢測（分兩個等級）、液晶和揚聲器驅動、無線模塊電路。煙霧檢測電路我們選用比較常用的MQ系列傳感器；溫度檢測采用性能優越的DS18B20溫度傳感器；液晶、揚聲器、繼電器等器件等的型號在后面設計過程中逐步確定。

3.3系統軟件架構

3.4系統軟件流程

程序運行流程圖

由軟件流程圖看出：系統上電之后，先對MCU進行初始化；系統中煙霧檢測和溫度檢測通過軟件實時監測中斷標志位，如果條件滿足（中斷發生）通過煙霧檢測子程序和溫度檢測子程序讀值，判斷煙霧濃度和溫度是否超標，如果超標，處理器通過驅動相應的模塊（開啟排風扇、液晶顯示煙霧濃度和當前溫度、語音預警等）；通過和設定閾值相比較，得知煙霧濃度和溫度是否處于容許范圍內，如果超過正常值，A處理器將通過驅動nRF90將數據傳輸到控制中心工作室。

3.5 系統預計實現結果

完成外圍電路的設計與調試以及無線傳輸的調試，硬件系統的搭建，軟件的編寫與調試，最終自主研發出一套定型的樣品。