基于物联网的智能火灾报警系统的设计与实现

史红彦　王举涛

摘要：随着通信技术的发展，物联网技术在很多领域得到了广泛的应用，同时也为解决目前火灾自动报警系统存在的问题提出了新的思路。基于物联网的智能火灾报警系统将计算机网络、传感网和无线网络进行有效的结合，能够及时监测到火灾的发生并同步报警，改善了消防报警系统的传输方式和监控方式，提高火灾自动报警系统的可靠性。

关键词：物联网；火灾报警系统

中图分类号：TP311 文献标识码：A 文章编号：1009-3044（2014）10-2340-02

随着我国经济的高速发展和城市建设规模的不断扩大，城市中高层、超高层建筑和大型建筑日益增多。然而，城市建筑在朝着现代化、大型化和多功能化方向发展的同时，由于楼层高、功能复杂、设备繁多、人员密集，可造成火灾的隐患也随之大大增加，所以关乎到人民群众生命和财产安全的消防工作也显得日益重要。

1 概述

基于物联网的智能火灾报警系统是将分散在城市中各个建筑内部的前端感知设备控制器通过数据网络、移动网络等多种连网方式组成网络，利用可燃气体探测器、感温探测器、感烟探测器、紫外火焰探测器等联网建筑物内的前端感知设备实时采集运行状态信息和报警信息，及时发现各种存在于消防设施中的故障隐患，联网部门及时处理，降低火灾风险。

当火灾发生时，利用物联网技术的互动对话功能消防部门还可以第一时间感知火情并确定起火位置，快速调集处置力量，避免因人为报警不及时而造成的火势蔓延，为火灾救援赢得宝贵的时间。

2 方案设计

本设计旨在开发一款主要应用在商场、超市、酒店、商铺等需要进行全无线烟雾、温度监测报警场所的无线智能报警器。该报警器能够通过无线烟雾传感器、无线温度传感器实现场地的烟雾、温度自动监测，发生险情时，使用无线传输技术发射具有本烟雾传感器、温度传感器编号的数据，可实现火情初期（烟雾或温度达到某一设定值）第一时间自动感应并报警同时准确定位火情位置的功能，大大提高报警效率，创造巨大社会效益和经济效益。

本设计主要的方案框如图1所示，主要有以下四个部分的组成：信息采集模块设计、主控模块、无线传输模块设计、声光报警模块设计。

信息采集模块：无线烟雾传感器检测到光强度达到预定的阀值时，会产生火警信号。无线温度传感器在当温度超过设定的阀值，会产生报警信号。每个无线传感器在安装后，都会使用学习功能，与报警主机进行对码连接，形成无线报警网络。

主控模块：为监测点定义报警条件，在实时监测过程中，如发现达到报警条件的数据，则自动生成报警，进入报警流程；当该数据恢复正常时，自动消除报警信息。

无线传输模块：当烟雾、温度报警信号产生，将驱动无线电路工作，使用无线传输技术发射具有本烟雾传感器、温度传感器编号的数据。使监控端能够及时、准确的定位发生险情的位置。

声光报警模块：以实时数据监测、实时报警判断为基础，以声光提醒为展示形式，及时、醒目的提醒工作人员处理报警，排除故障及安全隐患。

3 系统主要硬件设计

本系统的微控制器采用STC89C52单片机，STC89C52是一种低功耗、高性能CMOS8位微控制器，具有8K 的系统可编程Flash 存储器。由于灵活的8位CPU与能够系统编程的Flash都包含在这个芯片中， STC89C52为大多数的嵌入式控制系统提供了十分有效的解决方案。微控制器的主要作用是信息采集模块通过传感器采集数据，采集的信息传输给微处理器，微处理器把接收到的信息进行统一编码无线传输出去，传输时实高效。 主控电路如图2所示。

本系统的烟雾检测采用的是烟雾传感器MQ2。其电路原理为传感器的输出信号首先经过一个射极跟随器输出，然后在经过ADC0832将模拟信号转换成数字信号，最后送到单片机里。

本系统液晶显示模块采用液晶1602作为系统显示界面在系统工作过程中，它主要的功能就是实时显示系统采集到得的值，

为了便于设置采集数据的极限值，本系统还设计了按键电路。每个按键一端接地，另一端通过一个上拉电阻接到VCC上。由于系统供电VCC为5V。但按键未按下时，单片机的输入端通过上拉电阻接到VCC。又由于单片机输入端口的内阻极大所以，单片机输入信号接近VCC电源电压。当有按键按下时单片机的输入端迅速和地短接，输入电平迅速拉低为低电平。单片机通过实时扫描键盘的电平即能判断出是否有按键按下。通过读出按键的电平信号而执行相应的程序完成人机交互的目的。

4 系统软件设计

主控程序主要起向导与决策功能，决定整个程序如何运行，LED点阵显示屏各种显示状态均通过调用相应的子程序完成。

当系统上电后，LCD与LED各自显示开机界面，于此同时单片机开始扫描键盘。当键盘扫描到有键按下时，通过扫描程序判断输出相应的操作，比如按下一键时，输出“红字上移显示”到液晶显示屏，同时LED点阵以红色上移的方式显示“LED显示屏”，带内容显示完毕后又回到初始界面的状态，LED屏暗状态，LCD屏显示菜单。

5 本设计特色

1）先进性

我国火灾报警系统起步较发达国家晚几十年，大多数为布线式火灾报警系统，需要大量的地方布线，费时、费力、费钱。而且监控的延迟也比较大，不能第一时间传达信息。本设计采用无线传输，解决了布线问题。无线传输速率快，准确，可以很快的把信息传递给PC。

2）实用性

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本物联网火灾报警系统的实用性很强，它可以作为办公大楼、生活小区等各种场所的火灾险情的监控，准确性强，反应速度灵敏。设计简单，易于操作，上位机界面简单清晰，易于查看，可以实现自动监控。本设计不受环境限制，容易布局，解决了布线难题，采用无线传输，大大节约了成本；采集的数据通过服务器上传到了网上，可以在各地通过电脑监控数据，非常的方便快捷，即使人不在跟前也能发现险情。

3）创新性

火灾自动报警系统是楼宇自动化的重要组成部分。现有的火灾自动报警系统大多是以有线方式连接，这会造成布线繁琐，系统维护成本太高等问题。本设计将现代物联网通信技术引入消防系统，实现实时的、智能化的、自动化的消防报警。同时为把采集的数据网络化，通过自建的服务器，可以无地域差异的实时监控。

参考文献：

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