公共场合智能烟雾检测及火灾预警系统

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一、项目概述
        1.1 引言
        当代社会，戒烟已经成为一种潮流，但在许多公共场合，抽烟现象还是屡见不鲜，抽烟不仅有损身心健康，而且对其他人的身体、生命、财产等也带来严重的危害。在这些危害之中，火灾是最主要，且危害性最大的一项。
         
        1.2 项目背景/选题动机
        现在很多公共场合因为人们吸烟而导致空气质量不好，影响人们的身体健康；某些特定环境里对室内的烟雾浓度也有一定限制；由于各种原因造成火灾频发的现代，采取措施遏制此现象已成为当务之急。本项目在基于以上考虑的基础上进行构思的。我们将烟雾检测、戒烟提示和火灾预警集中于一身，研制一套实用、方便、低成本的智能电子烟雾检测与预警系统。
         
        二、需求分析
        2.1 功能要求
        本系统通过对环境中的烟雾和温度进行实时检测，最终实现火灾预警的功能。
         
        烟雾检测分为两部分：一则检测环境中抽烟时产生的烟雾，二则检测发生火灾时的烟雾，两者对烟雾传感器的精度要求不同。当环境中有人抽烟时，烟雾传感器通过检测到的状态，产生电信号，送给单片机处理，单片机控制报警模块提示戒烟，并控制继电器打开排风扇，将烟雾及时疏散。当环境中温度和烟雾浓度超过一定指标时，系统通过控制继电器，打开排风扇，疏散烟雾，并通过无线传输将发生火灾的信息报知控制中心，能够第一时间通知工作人员。
         
        温度检测模块主要对区域的温度进行检测，防止温度上升，引燃区域内一些干燥易燃物件等。当温度超出正常范围时，系统将产生预警声音，并显示当前的温度值。数据将由无线模块发送到控制室，再由工作人员作出相关处理。
         
        2.2 性能要求
        烟雾传感器采用性能良好，高精度的MQ-2，其探测范围为300～ 10000ppmm,响应时间小于10mS，工作环境温度：-20°C～ +55°C ；温度传感器采用美国DALLAS 公司生产的高性能单总线的DS18B20，其在- 10 ℃～ + 85 ℃范围内具有±0. 5 ℃的精度，分辨率为9～ 12 位，并可由编程决定具体位数，转换时间为毫秒级；数据处理模块采用Atmel提供的高性能低功耗的AVR32单片机；无线传输采用Nordic VLSI 公司封装的RF905无线收发模块,采用高精度贴片晶振，体积更小，性能更优，工作于433MHz 全球开放ISM 频段免许可证使用，高性能低功耗，接收灵敏度高，抗干扰性强，集成度高，通信稳定。通过以上各个模块的相互配合使用，本系统完全可以实现，烟雾检测，戒烟提示，火灾预警的所有功能，可以用于火车站、火车、高校宿舍公寓以及各种公共场合，实现一个环保的理念。
         
        三、方案设计
        3.1 系统功能实现原理（除图片外需有文字介绍）

       

        检测发射子站框图

         

       

        系统硬件结构框图

         
        由上图可以看出，烟雾传感器（QM系列）和温度传感器（DS18B20）对环境中的烟雾浓度和温度进行实时检测，产生电信号，通过信号预处理（滤波，放大等）再通过AD转换后将信号发送到单片机中进行处理（其中对烟雾信号进行分等级处理以判断烟雾的轻重），处理完之后单片机通过控制控制模块（继电器等）进行显示和报警等，另外，当温度和烟雾浓度超过安全指标时，检测子站通过驱动无线模块（NRF905）将数据传输到控制中心告知工作人员进行必要的处理。
         
        3.2 硬件平台选用及资源配置
        本系统选用硬件平台EVK1100 。在充分利用其温感、光感资源的基础上，我们还需要自己设计烟雾检测模块及相关的外围电路。
         
        本系统的硬件电路总共有五个模块，分别是温度检测、烟雾检测（分两个等级）、液晶和扬声器驱动、无线模块电路。烟雾检测电路我们选用比较常用的MQ系列传感器；温度检测采用性能优越的DS18B20温度传感器；液晶、扬声器、继电器等器件等的型号在后面设计过程中逐步确定。
         
        3.3系统软件架构
         

       

         
        3.4系统软件流程
         

       

       

        程序运行流程图

         
        由软件流程图看出：系统上电之后，先对MCU进行初始化；系统中烟雾检测和温度检测通过软件实时监测中断标志位，如果条件满足（中断发生）通过烟雾检测子程序和温度检测子程序读值，判断烟雾浓度和温度是否超标，如果超标，处理器通过驱动相应的模块（开启排风扇、液晶显示烟雾浓度和当前温度、语音预警等）；通过和设定阈值相比较，得知烟雾浓度和温度是否处于容许范围内，如果超过正常值，A处理器将通过驱动nRF90将数据传输到控制中心工作室。
         
        3.5 系统预计实现结果
        完成外围电路的设计与调试以及无线传输的调试，硬件系统的搭建，软件的编写与调试，最终自主研发出一套定型的样品。