基于嵌入式的消防员信息监测服装研究

摘 要：消防服是消防员在救灾时重要的防护工具，传统的消防服只是对身体各个部位进行防护。在信息、电子和智能服装技术不断发展的今天，消防服的智能化势在必行。课题设计了一套基于物联网技术的消防服用探测系统，将消防服纳入到消防检测系统之中，使得消防服不仅是保护消防员人身安全的防护工具，还可以用来检测消防员的信息。通过对设计出的嵌入式系统，和各个模块的测试以及整体测试，已经实现了系统设计的要求。

关键词：消防服；嵌入式系统；温度；心率

1 研究背景

消防服顾名思义就是用来在火灾以及别的事故灾害中保护消防人员人身不受到伤害的专用服装。在环境恶劣的救援现场，各种突发的情况都是有可能给救援人员的生命构成威胁，所以消防服对于消防员来说就显得尤为重要。我国消防服的发展经历了几个过程：最开始的是81、85式战斗服，81、85式战斗服具备了最基本的防护功能，被广泛的运用于各个消防部队，以及企事业的消防部门。但是随着社会的发展，实际的火灾现场的突发情况越来越复杂，81、85式战斗服的缺点和不足不断地暴露了出来，渐渐地也就被市场所淘汰。后来出现了97、02式消防服，这款消防服改进了前一代的很多不足，具有较好的防护作用。现今，在国外，对于消防服已经进入了一个十分成熟的阶段了，特别是在耐火和隔热的性能的研究上。所以，对新型的消防服的研究还是需要消防相关的研究人员不断地去努力的，推出新类型的消防服任重而道远。本文研究的消防服用探测系统在服装层面上来讲为智能服装。智能服装是可穿戴技术、服装技术和智能算法的集合。服装是穿在人的身上的，它与人之间有着密切的关系，把服装同监护生理特征联系在一起，现在已经成为了一个研究的热点。

2 基于嵌入式的消防员信息监测服装系统设计

本章研究消防服内嵌入式系统设计，它是本次研究的系统的感知层。感知层在整个系统中的作用是用来感知以及识别外界物体，感知层对于物联网系统来说就相当于人的皮肤和五官，通常意义上的感知层囊括了二维码标签和识读器、RFID标签和读写器、摄像头、GPS、传感器、M2M终端、传感器网关等，主要功能是识别物体、采集信息。本论文研究的基于物联网技术的防化系统的感知层是由各种传感器构成，他们可以检测消防服使用者所处位置周围的环境信息以及生理情况。数据的采集用到了心率传感器、烟雾传感器、温度传感器。在数据的无线通信上使用的是蓝牙4.0通信协议以及移动通信。整体架构如图1所示。

2.1 心率传感器的设计

本文中心率传感器是一款用于脉搏心率测量的光电发射式的模拟传感器，通过传感器采集到的模拟信号传输给单片机转化为数字信號，再由单片机计算后就可以得到心率值。人的生理信号都比较弱，一般只有微伏或者毫伏级别，这种微小信号很容易受到外界的干扰，一个小小的信号都可以将人的生理信号湮灭。所以在此处选用的是光电容积法来测量心率。这种方法在使用简单、方便佩戴的同时、而且还有较高的可靠性。

2.2 心率模块电路设计

此次研究中的心率模块电路，主要由电源模块，滤波电路和放大电路几个部分组成。其中D1为传感器光源，型号是AM2523，用来发射峰值为波长515nm的绿光。U1为光感受器，通过芯片手册了解到它的感受峰值的波长为565nm，这个与我们的需求比较接近。低通滤波器由C2，C3，C4，R2组成，用来排除信号干扰。由MCP6001组成的放大模块把信号放大了340倍左右，然后使用了分压偏置电阻将电压偏置为出入电压5V的一半。这样处理器S3C2440自带的AD模块就可以检测到放大之后的信号了。

2.3 烟雾浓度传感器模块

此次研究的系统正对烟雾浓度的检测设计了一款烟雾浓度传感器电路，检测烟雾的传感器采用的是MQ-2型传感器。这种类型的传感器是由二氧化锡半导体构成的，当表面接触到烟雾的时候，氧化锡晶体粒之间的势垒收到烟雾的调制而变化，那么就会引起表面电导率的变化，运用这个特点就可以获得烟雾存在的信息

MQ-2转化出的电压是非常微小的，我们使用的处理器没有办法采集到这个信号，必须还得另外设计了放大电路将信号放大到处理器可以检测到的范围之内，然后接到处理器的AD端口就可以了，这部分输出的是模拟量。同时还设计了电压比较模块，如果超过一定的浓度，模块就会输出高电平，将这个信号可以直接外接处理器模块。此处的滑动变阻器Rp，可以调节待检测烟雾浓度的阈值，调节阻值的大小可以做烟雾报警的灵敏度的高低进行调节。

3 结论与展望

本论文研究的基于物联网技术的消防服用探测系统通过在消防服中内植入嵌入式系统，使得传统的消防服成为了智能化的电子消防服。在传感器设计方面设计了心率传感器、气体烟雾传感器，再结合着数字温度传感器，可以准确的判断出火灾。嵌入式系统开发上设计出了嵌入式最小的硬件系统。设计出了一套系统，可以达到监控消防人员所在环境信息、生理信息、位置信息实时检测的目的。

作者简介：

强发瑞（1995-），男，汉族，甘肃省靖远县刘川乡鹰咀村人，本科，研究方向：电气工程及其自动化。