多传感器融合报警器设计

孙晓通 张 超 纪仕鹏

（中国矿业大学银川学院，宁夏 银川750021）

1 概述

多传感器融合又可以称为多传感器信息融合，广泛称作多传感器数据融合。该想法于1973 年由美国国防部资助开发的声纳信号处理系统中首次提出，多传感器数据融合是对各种不同信息的获取、表达，以及其内在联系进行综合化处理和优化的一种技术。

本设计来源于工程实践该项目的特色及创新点是在原有单一功能报警器的基础上进行改进和调整，使其多功能的传感器进行融合，改进传统结构、报警方式、在线监控对原有的功能进行了补充与完善不仅使它的可靠性高。而且降低了他的一个成本，使其检测的功能更加广泛作用效果更加明显使报警器在改变外观尺寸的条件下能够做到一个最大化的功能扩充。

2 多传感器融合报警器的结构设计

2.1 多传感器融合报警器的组成结构和工作原理

2.1.1 多传感器融合报警器的组成结构。多传感器报警器将如图1 将会由5 个模块5 个传感器模块组成。多传感器融合报警器外壳之间的连接将采用螺栓固定的方式。报警器传感器模块部分主要从符合人机交互的设计方向，进行了现阶段适合当前社会的相关模块的选用。语音播放模块主要起到报警、通告的作用。数据分析模块就是进行危险评估。显示模块是直观。

2.1.2 多传感器融合报警器的工作原理。多传感器融合报警器将以传感器模块和数据分析模块为核心，语音模块和显示模块为基础。多传感器融合报警器工作时，首先由传感器模块收集得到所在环境的实时数据，然后由产品内置的数据分析模块（EAIDK310 单片机）进行数据整理与分析。分析将主要对产品现阶段所在环境的相关属性进行数据分析，并与设定正常的环境属性值进行对比分析。最后得到与正常环境属性之间的变量差值。得到所在环境的差值后分析优化之后，将所在环境中测得的相关环境信息进行语音预报和显示屏显示，并且同时将信息发送至用户与之相关连的设备中。以此方法达到预报提醒和危险报警的目的。

图1 多传感器融合报警器组成

2.2 多传感器融合报警器设计

2.2.1 整体框架结构布局。报警器的底座、上座和支架主要由使用广泛的3D 打印材料构成，最后的产品将会由螺栓固定。外观采用圆弧五角星和房子样式的组合设计。内部采用模块化分区设计，具备同一种作用的传感器的放在同一位置。

图2 多传感器融合报警器结构设计图

内部空间大，可以随意更具用户需求，自行选用添加其他模块。现阶段多传感器报警器整体基础框架。该框架主要从现阶段生活中最常见的几个问题中，提出综合解决方案。多传感器报警器设计采用模块化的设计，进行各个部件的通讯与联合工作。整体框架下多传感器报警器中的众多传感器模块通过单片机进行数据整合，网络云数据分析。

2.2.2 多传感器融合报警器设计。多传感器融合报警器，内部设计空间大，主要是方便顾客对报警器模块进行自己选择，从而满足顾客自己的需求。外观采用圆角五角星、双眼和房屋样式组合设计，原因是时刻了解顾客的环境，从而预估危险的含义。是告诉顾客，您的安全，该产品时刻为你保障。如图2 所示。

2.3 多传感器融合报警器的模块选用

2.3.1 单片机的选择。由于本次设计，需要大量的数据分析，因此选用了与现阶段相关性很强的AI 开发套件。综合选择，最后选取了EAIDK310 开发嵌入式开发板为基础单片机，也就是分析数据、整合数据的。

2.3.2 其他附属传感器模块的选择。本设计选用了人体红外传感器模块、超声波测距模块、烟雾传感器模块、温度传感器、火焰传感器模块。其中人体红外传感器等其他相关传感器，选用网络中普遍使用的。原因是方便用户进行更换。固定所采用的螺栓为M12 内六角自锁紧螺栓。

2.4 多传感器融合报警器的系统软件设计

多传感器融合报警器系统将有传感器模块收集程序、报警程序、数据分析综合模块组成。多传感器融合报警器的基础框架，是由不同模块程序组合嵌套得到。当程序开始后，单片机首先使得传感器模块初始化，以便获得更加精确的数据。传感传感器收集程序模块是一个独立的核心模块，也是多传感器融合报警器最重要的数据供应单位。数据从传感器模块中获得后，进入数据分析模块对数据进行分析对比，最后与设定正常的参数值取误差范围，并进行阈值比对。如果测得的数据超过所设定的阈值范围，则进行多轮数据采集，比对分析，找出原因所在。之后，将危险向用户进行展示、通报。若测得的数据阈值远远超过规定范围，则直接向用户发起刺耳的警报，并在警报过后告知正确的逃生方法和注意事项。

3 结论

本设计从报警器现阶段的地位和未来的发展进行了综合分析，到最后通过对多传感器融合报警器的整体结构设计、各传感器的选取和最后的三维实体建模和仿真分析最终实现设计了具有多传感器的融合报警器，完成了对传统报警器的更新和缺陷上的改进，使报警器有了不一样的发展空间和使用价值。