人工智能与多传感器结合的信息融合火灾预警系统

人工智能与多传感器结合的信息融合火灾预警系统

张晓娜1 ,卢彦明2 ,代庆祝3 ,李建月4 ,吴琦5 ,王赛指导老师

宿州学院  安徽省宿州市  234000

摘要

本设计是以AT89C51单片机为核心的人工智能与多传感器结合的信息融合火灾预警系统，搭建了AT89C51单片机、烟雾感知数据采集模块、GPS模块等，可达到准确、可靠、灵敏、迅速的实现火灾的极早期预警的功能，最大程度上降低了系统的误判，提高系统预警的准确性和可靠性，能为人们在火灾中赢得更多逃生时间，挽救更多生命，且本设备具有高度智能化、体积小、成本低、灵敏度高、准确性大等优点。

关键词: AT89C51单片机、GPS模块、烟雾感知数据采集模块。

1 设计背景及目的

近年来，据不完全统计,我国每年发生火灾约4万起,死亡2000多人,伤残3000—4000人,每年因火灾造成的直接财产损失10多亿元。所以有必要加强火灾的预防和早期预警研究工作，而现有的火灾预警系统参数单一、功能简单，存在容易产生误报等问题，给后续的火灾扑救带来了很多不确定因素。而采用多传感器数据融合系统进行采集和分析数据，可以有效降低系统判断结果的不确定性，将进一步提升系统预警的准确性和可靠性，为人们在遭遇火灾险情时提供更多的逃生时间，挽救更多生命。

2 基本设计思路

本设计是以AT89C51单片机作为为核心板，与火灾温度感知检测模块、烟雾感知数据采集模块、GPS模块等共同组成的智能火灾检测系统。当发生火灾时，烟雾传感器将检测到可燃气体，此时传感器的电导率会跟随浓度大小的升降而出现变动，从而改变输出的模拟信号，在多传感器所在环境出现烟雾浓度、温度快速升高的情况时，传感器就会采集信号传送到单片机中通过程序分析，判断此时是否发生了火灾，以此达到准确、可靠、灵敏、迅速的实现火灾的极早期预警功能，且在最大程度上降低系统的误判，提高系统预警的准确性和可靠性。

3 硬件设计

3.1 STM32F103C8T6单片机

STC89C51单片机是一款高性能的8位处理器，采用8051内核，具有ISP在线编程的功能，使用和调试方便，外设丰富。该款单片机具有存储容量大，计算能力强，时钟频率最高可达80 MHz的特点，充分满足了火灾预警系统的设计需求，所以将其作为本设计的主控芯片。

3.2 GPS模块

GPS (Global Position System)是全球定位系统，该系统是美国布设的第二代卫星无线电导航系统。它能为用户提供全球性、全天候、连续、实时、高精度的具体坐标、三向速度和时间等信息，当发生火灾时，就可由GPS系统获得火灾现场定位。

3.3 烟雾传感器

探测部分则采用了MQ-2型烟雾探测器，其具有敏锐度高、稳定性好、费用低的优点。在烟雾传感器检测到可燃气体时，其传感器的电导率会跟随浓度大小的升降而出现变动，电导率增大，从而使输出的模拟信号降低，从而判断火灾发生情况。

烟雾传感器原理图如图所示：

图1：烟雾传感器原理图

4 系统框图和程序设计

4.1 系统框图

本产品的功能原理是当检测到可燃气体时，传感器的电导率会跟随浓度大小的升降而出现变动，从而改变输出的模拟信号。在多传感器所在环境出现烟雾浓度、温度快速升高，火焰产生的情况时，传感器就会采集信号传送到单片机中，STC89C51将探测到的温度值、烟雾浓度与设置的报警值进行比较，若低于设置的报警值或未能检测到火焰燃烧，那么LCD显示未报警，蜂鸣器不发出警报，保持原样；若超出设置的浓度报警值，那么LCD显示报警信息，并且蜂鸣器会发出警报，通过本产品可利用多传感器结合能够实现火灾的极早期预警功能，最大程度上降低系统的误判。

系统结构如下图所示：

图2：系统结构框图

4.2 程序设计

在本设计的程序中，我们要对火灾温度感知检测模块、烟雾感知数据采集模块、GPS模块等进行初始化，当所在环境出现烟雾浓度、温度快速升高，火焰产生的情况时，传感器就会采集信号传送到单片机中，STC89C51将探测到的温度值、烟雾浓度与设置的报警值进行比较，若低于设置的报警值，那么LCD显示未报警，蜂鸣器不发出警报，保持原样；若超出设置的浓度报警值，那么LCD显示报警信息，并且蜂鸣器会发出警报，程序结束。

附录部分程序源码

void WriteDataLCD(uchar WDLCD)//写数据

{

      ReadStatusLCD(); //检测忙

      LCD_RS = 1;

      LCD_RW = 0;

      LCD_Data = WDLCD;

      LCD_E = 1;

      LCD_E = 1;

      LCD_E = 1;

      LCD_E = 0;

}

5 结束语

本设计区别于以往只能使用单一传感器检测的系统参数单一、功能简单的火灾预警系统，使用了人工智能与多传感器结合来达到火灾预警的效果，不仅精度高，响应速度快，预警的准确性和可靠性也大大提高，可以实现火灾的极早期预警。有着广阔的市场应用前景与创新性。项目实施方案合理可行，研究与实施的条件完备，具有很强的理论与现实意义。

参考文献

[1]李浩东. 基于复合传感器的无线火灾预警系统设计[D].哈尔滨工业大学,2021.

[2]周白霞.从我国火灾形势分析火灾综合评价体系的重建[J].中国公共安全(学术版),2006(02):66-69.

[3] 吴龙标，袁宏永．火灾探测与控制工程[M]．合肥：中国科学技术大学出版社，1999.

[4] 罗小权，潘善亮．基于多传感器数据融合的火灾报警系统[J]．数据通信，2019(6):22-26,31.

项目名称：宿州学院大学生创新创业训练计划项目  项目编号：ZCXM22-270      “宿州学院大学生创新创业计划资助”