基于DSP智能多传感器火灾监测的设

1、基于DSP智能多传感器火灾监测的设计刘白芬 张勇先 赣方成 王东海（1学校电气与电子工程，东中国交通大学，南昌中国）（2信息工程系，南昌科技大学区江西南昌中国摘要：火灾报警及监控系统中，火灾探测器是提供了巨大作用。但是，早期国家消防，传统的火灾探测器则不具备能力来检测。因为在楼宇的消防报警信号和监控不能及时有效控制火灾，导致火灾损失惨重。在这个设计中，开始要分析火灾发生过程和机制结合起来，一旦发生火警，对多传感器火灾探测器进行设计。并在火灾发生时，模拟火灾探测器可探测和确认的光电，温度。获取的信号进行放大和整定。然后送到TMS320VC5402 DSP上。TMS320VC5402的数字信号处理

2、器嵌入了智能识别程序。嵌入式程序能识别报警信号。而通过主机的总线控制能够检测到火灾的位置和信号。这种火灾探测器可以实时收到消防信号和火灾报警。而且它的灵敏度和可靠性能力先进和完善。关键词：DSP，智能识别;早期火灾探测器; 智能多传感器;算法1简介随着城市和发展中家外国的，火灾隐患有所增加，而发生火灾的概率有上升的趋势。在多种灾难中，火是一个可怕的破坏性灾难。正如一些资料统计，在2006共有案件火灾发生在我们的国家。在这些火灾中而2436人死亡2506人受伤。这些火灾案件造成的损失直接超出13.6亿元人民币。但是，在最大的10次火灾事件中分析其状态形成，大部分火灾发生在公共场所，如医院，酒店，

3、餐馆及批发超市。不仅有监督过错，火灾早期，也有是没有及时报警。这也是导致失去灭火的最佳时机和悲剧产生的原因。目前，大多数建筑都安装了安装防火 消防检测和报警系统。虽然这一系统在早期火灾探测火灾预防方面发挥了重要作用，但在实践过程中还存在严重产品质量问题。因此所有这些原因造成火警探测报警系设备的功能没有正常发挥，严重影响报警系统的可靠性。现在，火灾自动报警网络监控基于新兴的通信系统和基于网络传输技术，可以保证火灾检测和报警并及时做好保护行动。但是，火灾探测器是在真正的时间方面要求更严格。因此，在此设计中，采用基于TMS320VC5402 DSP的智能多传感器火灾探测器对火灾发生时进行检测设计。这

4、种火灾探测器采用了TMS320VC5402 DSP内嵌入多传感器和智能识别程序可以在火灾发生初期对火灾进监测。这种火灾探测器是在TMS320VC5402DSP内嵌入智能识别程序。因此，这种火灾探测器具有非常高的精度和可靠性。本次设计结构如下。在第2节中，对火灾产生的机制进行介绍和描述。在第3节，是火灾探测器的设计，其中有多传感器火灾探测器的硬件和软件设计。结论是在第4节。2火灾发生机理 火灾是燃烧现象。在发生火灾这个过程中，有一种化学变化，伴随着热，光，烟和火焰的生成。普通可燃物质燃烧的表现形式是释放烟雾和燃烧气体。在氧气充分条件下可燃物彻底燃烧。火焰产生伴随着明显的生产和不可见光。然后燃烧过

5、程中释放出大量的热量使温度上升。火灾过程通常是分为四个阶段：最初，阴燃，发展和衰减时期，如图1所示图1普通可燃物质的燃烧过程从图1可知，火灾探测器探测火灾信息报在在初始阶段。但在此期间，由光电传感器足以检测到烟和溶胶粒子密度，尽管检测的温度不够高。尽管这种拟定的火灾探测器的设计就是根据以上原则。然后，为了确保探测器的可靠性，在设计过程中还使用了热探测器。3智能多传感器火灾探测器的设计在初始阶段，烟雾和粒子溶胶或分散或减少。发射线或光束线的设置在检测房间内。接收器单元连接到设备的光电转换器。随着电信号改变与射线强度的变化。电信号放大器后输入到微处理器。通过智能识别程序可发出报警信号。在火灾发生，

6、烟雾和溶胶颗粒气氛的浓度将迅速增加。3.1火灾传感器的工作原理3.1.1烟光电感应的工作原理当物体燃烧时，产生烟雾和微粒溶胶等有害气体。在火灾期间，有大量的烟雾和溶胶颗粒和有害气体。烟雾和粒子溶胶的直径范围内在于0.019微米。烟和溶胶粒子以及二氧化碳气体分布广泛。但这些烟雾和溶胶粒子不稳定。由于烟雾和溶胶颗粒的存在，使光线较为分散。当烟雾和粒子溶胶直径在于在0.51微米的范围内，散射是属于汤姆逊散射。根据瑞利散射理论，烟雾和溶胶粒子可认为是细小颗粒，然后散射能力定义为： （1）这里，为发散函数。，；为颗粒半径，为光束波长，为散射角，是微粒数量，k是一个测量散射的物理常数，是一个比较因子。从上

7、面的公式，在一定条件下获得的散射溶胶粒子的能力不是太强。而这样的性质在火灾刚刚发生时期，用烟雾传感器检测火灾的可靠性很强。使用红外光作为散射光源。根据瑞利散射理论，当烟雾粒子的直径小于光源的波长，散射强度成反比。当烟雾粒子很少时光线散射的能力很虚弱。在燃烧期间，烟雾感光粒子进入细胞。烟雾粒子接收到分散的光线。接收器能够改变阻抗和电流。见图2。通过重复实验变送器的最佳角度和接收器126度。图2光电感应烟雾传感器的工作原理3.1.2温度传感器的工作原理温度是一个基本的物理参数，当火灾发生时，温度可能会升高，温度传感器将随环境和气候变化，温度传感器所测温度会发生变化。选用 DS18B20作为温度传感

8、器。它是属于一总线数字温度传感器。温度信号串行数字直接转换。图3 数字温度传感器连接图该DS18B20的体积小，低消费。传感器DS18B20的结构采用多点巡回检测。从理论上说，在一个总线DS18B20的是有限的。由于DS18B20的独特的产品数，使每个温度测量容易辨别。基于这一原因，当火灾发生时，可以立即确定状况。DS18B20的测量范围从-55到+125度。用9位二进制表示温度。微处理器利用16位补码阅读每一点的温度。图3是数字温传感器的连接图。3.2硬件设计这个火灾探测器的设计通过了以TMS320VC5402DSP为硬件控制核心。 TMS320VC5402DSP的总线结构不同的单片机系列。

9、在DSP芯片的一面嵌入了哈佛总线结构。因此，数据总线地址总线分开。和总线宽度不同。它是运行速度快，驱动能力强，高集成的电路。这起火灾探测器的设计是使用了TMS320VC5402DSP为控制核心。其结构原理如图4所示。火灾探测器由发射机，接收机，温度传感器和RAM，键盘和显示，时钟，串行通信构成。A / D转换器采用了TMS320VC5402DSP系统。考虑到这起火灾探测器用在火灾报警及监控系统，在本次火灾探测器的设计过程中使用了时钟和串行通信。不仅可以及时的传送到消防控制中心，而且火灾发生的或场景的时间情况也可发送。图4火灾探测器原理框架长途通信采用RS485通讯协议。在正常通信，消防温度信息

10、，烟雾和粒子密度溶胶可以发送到控制中心。在火灾发生时，报警信号可以被紧急送往控制中心，并通过火灾探测器上的扬声器在报告灾情。 DS1302的是时钟系统，可记录每秒，每分钟，小时，日，月，年。I / O端口采用串行方式。通过三线接口 DS1302与TMS320VC5402DSP采用同步通信。事实上，DS1302的I/ O端口作为数据总线与TMS320VC5402的数字信号处理器相连接。同时用SLCK和ST来检测DS1302的运行状态。I / O端口用作键盘接口和显示。键盘设计不仅要一些设置参数，如阀的价值，发射能力等，还可以记录火灾发生的时间。显示器显示一些火灾探测器的运行状态信息，如正常运行，

11、故障等。随机存取存储器选择24C04 E2PROM。采用I2C总线与TMS320VC5402的数字信号处理器相连。串行数据线（SDA）和串行时钟线采用I2C总线连接方式。在24C04 PROM 中写入所有的控制程序和一些信息。 I / O端口也分别设为使用温度，发射器和接收器。放大电路采用高精度运算放大器的设计。以确保火灾探测器的精度与可靠性3.4软件设计 在实践中，优良的火灾探测器依靠完善硬件和功能，进一步对火灾情况识别能力。由于报警器缺少其识别能力，往往会导致错误和失误报警。安装火灾探测器检测点一般是由空气中的尘颗粒或温度的上升。正因为这些原因，在识别火灾发生的信息中，有着特殊和重要的作用

12、。在智能多传感器火灾探测器中，应提供自我补偿和自我修正的功能温度和烟雾粒子的变化发出火灾报警信号。检测仪的软件设计应用模糊判决方法。烟雾密度变化粒子和温度变化是设置为输入变量。 “如果.，那么.“模糊控制方法。如果温度上升，密度增加，那么火灾就发生。如果温度上升，密度不会改变，温度变化率是迅速的，那么火灾发生。如果温度不变化和密度不变，那么火灾不发生等等。这种理论，不仅方法简便，而且确认信息的时间很短， 而且这种性能的设计，占用内存很小此外，消防软件设计监控报警系统采用模块结构设计方案，为了调试方便，易于扩展。软件方案火灾探测器主要包括以下个子系统：初始化程序，自我检查程序，火灾检测器巡回检测

13、和处理程序，通信方案，故障处理程序，键盘和显示子系统方案等。然而在软件设计过程中，在火灾探测器中，最好使用带有中断定时功能的微处理器芯片。软件时钟受聘于方案设计。配置该系统的简化。为了避免进入非法工作模式，该系统处在不正常的工作秩序，应接有自动复位电路，以保证系统是在正常运行状态。与此同时，通过使用“陷阱”程序的软件设计可以提高系统可靠性。如果是在微处理器系统遇到麻烦，CPU的微处理器芯片将在规定的时间访问自动复位电路。自动复位电路将消除故障并重新启动系统。软件设计流程图如图5所示。图5 软件设计流程图4结论在火灾发生时传统的火灾探测器可以检测到火灾信息和报警，灾害或因火灾造成的损失将是不可避

14、免的。此火灾探测器尽快的检测到信息。及时火灾扑灭，火灾的危害可以减少到最低。此火灾探测器的灵敏度和可靠性得到增强和改进。为了增强火灾报警系统的可靠性，一些明智的算法应该予以考虑。它可以安装在重要的位置，以有效的检测和报警。在火灾自动报警和监测系统中使用这种基于TMS320VC5402 DSP的智能多传感器进行火灾监测使错误和失误警报得到解决或减少。然后建立智能建筑系统完整的火灾探测和报警监控系统。烟雾颗粒和温度作为两个火灾参数进行检测。它是先进的和智能识别算法，使防火探测器可以适应环境的变能力化。由于它的特性，它被广泛应用于分布式火灾报警监测系统中。通过使用此火灾探测器加强对火灾报警监控系统的

15、可靠性。参考文献1 陈楠 智能建筑模式中的火灾探测和控制系统设计 M 。北京：清华大学出 版社， 2001年， 7 ： 19-60（中文） 2 陈涛，袁红永，范伟成 火灾探测技术的发展J 。消防安全杂志2001,10 （2） ：108-112（中文） 3 Fraser Brace. Applying Advanced Fire-detection and ControlsTechnology to Enhance Elevator Safety During Fire Emergencies. Elevator World, 1996; 44(4):86-90 4 Er Shimanai hu

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18、文） 步进电机自动化控制系统设计的生化分析仪汪许黄开征许斌东北大学，辽宁中国摘要：自动生化分析仪是一个必要的临床诊断仪器。在本文中，提出一项基于FPGA（现场可编程门阵列）全自动生化的分析仪集中控制系统的新计划。作为全自动生化分析仪一个重要组成部分，电机控制系统的关键部件之一。基于步进电机的应用问题，如在低频率的激增，在高频的低扭矩率和坏频率特性，提出了一种基于FPGA不断流动斩波细分驱动的实用方法。该方案解决了振荡步进电机，提高了生化分析仪控制系统。关键词：全自动生化分析仪;步进电机; 细分驱动; FPGA。1简介作为21世纪一个新的科研领域，生化分析仪器开发和应用是高科技部门医疗部门应该关

19、注的，如海关防疫，生物工程，生命科学。在步进电机控制系统的基础上改进，作为分生化分析仪器的一个重要组成部，正向着的高精度，高质量发展。自动电子控制系统生化分析仪是非常的复杂的硬件，其中有许多输入和输出。此外，调度操作要求非常严格。该控制系统不仅实现了调度控制和检测仪表的地位，而且还收集许多当前数据的模拟信号。根据这一特点，前者控制系统是多CPU控制系统，由一个电脑组成，两个主供应链管理系统和七个子供应链管理系统。在这设计中运动控制器子属于供应链管理系统，该系统能善于处理多任务和实时控制系统。其缺点之一是庞大的硬件系统。一个基于FPGA新的集中控制系统在方案中被提出研究。图1显示了新的硬件模块控

20、制系统项目。所有供应链管理系统前分布式系统中的功能被FPGA取代。此外，步进电机的分开操纵控制电路可以用FPGA实现。采用FPGA，可以将简化复杂的电路系统和提高其抗电磁干扰能力。图1新的控制系统项目硬件模块生化分析仪系统的执行都是基于步进电机，因为设备高性价比和良好的运动特征，当系统保持简单，它的规模仍然很小的时候在开环的控制电路，仍保证控制精度高。因此，移动速度和定位重复性的步进电机的驱动系统的基础上该提高仪器方案上是提高控制精密，步进电机是开环控制无需位置和速度传感器，这使得它一种工业上普遍使用的电机。但其缺点也是显而易见的：吵闹，纹波转矩和速度，在某些共鸣频域，而最差的亏损步骤。步进电

21、机的振荡，加速和减速性能影响步进电机系统运行质量和快速响应的关键因素。微步进驱动器能够解决和改善步进电机的阶跃振荡响应。首先，本文简要介绍了细分驱动和步进电机恒转矩理论。因此，基于电流控制的两相混合微步进驱动技术被研究。本文提出了一种实用方法为步进电机驱动。也就是说，用切割波恒定电流来驱动基于FPGA的步进电机流动问题。通过数D/A换器逐步改进步进电机的电压信号实现细分技术。在分析了快速电流回流和慢电流回流的控制方法后，一个新的混合的方法是使电流回流前进。这个设计解决了目前经常发生分歧的分开驱动下降过于缓慢以及实现分开电流等经常发生的分歧问题。2基于FPGA的步进电机的细分驱动系统有两种类型的

22、电机实施细分驱动：恒流斩波细分驱动和脉冲宽度调制细分驱动，两者各有优势和缺点。前者提供了较低的精密，易于实施，成本低和小规模的硬件。而后者具有更高的精度，它需要一个反转电路来实现恒压源和电源驱动。基于改进的要求的全自动生化分析仪驱动系统，以及上面的恒转矩传动原理，使用了斩波细分驱动的恒流方式。整个系统涉及到代参考波数据，细分驱动控制器和主电路。（1）代参考波数据步进电机有广泛的角分辨率。通常最粗电机每步转90度，而高清晰度永久永磁电机通常能够每步处理1.8或0.72度。微型步进控制器在控制器上有别于常规的步进电机。为此，在两个绕组的电流必须同时控制在离散的水平。随着明显的增加步进分辨率，微步能

23、降低振荡和共振发生的驱动和负载组合的优势，它推动在其自然共振频率或分次谐波。通过取代用微型步骤，这两个优势得到了充分表现。相较于全步电机，微型电机运行更平稳，更安静。我们要产生每一个步骤都基本相等的扭矩以实现恒转矩驱动和保持在最大输出值，满足各阶段电流为。其中，n是细分数，s为步数。以微步1/4-full-step模式混合两相为例，其电流波形如图2所示。我们需要的是加强交流电流，离散正弦和余弦波驱动电流。我们已经看到，通电不等的两个阶段电流，转子位置将转向了强极。这种效应通过目前在这两个绕组的基本电机细分化的微步进驱动器的利用。在这种情况下，在当前格局绕组非常类似于用两个正弦波90之间的相移。

24、电机驱动很就像它是一个传统的AC同步电动机。这样，步长减少和低速平稳性显着改善。在这个设计中，当前的数据位于嵌入式记忆体的FPGA作为查询表图2 微型步进电机四分之一全步模式（2）细分驱动控制器为了控制力矩以及限制在绕组电阻损耗，电流必须被控制或限制。有两个原则限制电流，电阻限制驱动器和斩波驱动器。这给直升机驾驶员提供了一个最佳的解决方案既电流控制和快速电流积累和逆转。其基本思路是使用的电源电压高出几倍的标称的电动机电压。目前的增长速度是可能的大幅增加。通过控制占空比，产生等电动机的于额定电压和电流的平均电压和平均电流。斩波器通常配置恒流调节。微步需要一个连续可变电流。细分驱动器的基本结构控制

25、器如图3。主要任务细分驱动器设计涉及设计电流控制器。FPGA是控制核心的细分驱动器，其职能是执行斩波细分驱动不断流动。内部脉冲宽度调制（PWM）控制电路调节每个电机绕组的电流。电动机的峰值电流则是由一个外部电流检测电阻（RS），参考电压（Vref）和数字模拟转换器（DAC）的数据输入。D / A转换使得可以使用片内的控制器来产生和控制的连同其他输入的Vref输入。这使有能力实现具有高度精确的扭矩微步序列。在本设计中，AD7628是用于数字控制输出电流。 DAC的输出是用于设置当前检测比较器触发点恒流调节是通过切换输出电流的绕组。这是通过遥感的峰值电流越过过线圈通过电流感应电阻器有效地串联的电机

26、绕组完成的。随着电流增大，电压通过比较器发现整个感应电阻。在预定的水平，由电压定义在参考输入，比较器复位触发器，其中关闭输出晶体管。电流一直减少直至触发时钟振荡器触发器，它的输出晶体管再次转身和周期重复。该恒流控制的优点是无论电源电压的变化都能精确地控制扭矩，。它还提供尽可能短的电流聚集和逆转的时间。功耗要像电源电流一样最小化。电源电流不像在铜驱动器的电流。这是电机电流乘以占空比。恒定电流截止波分波驱动电流显示图4。图3细分驱动控制器的基本结构图4 直流斩波驱动（3）主电路主电路包括两个独立的功率MOS全桥。请参考示意图主电路如图5。电源由电压为24伏直流电源提供。我们选择IRF540作为功率

27、MOS晶体管和MCR1515作为快速续流二极管。为了确保电力MOS晶体管的驱动正确，门源电压必须保证了所有的MOS晶体管的N沟道为12V。低功率MOS晶体管很容易提供地面的来源，但一门极电压大于供给电压的是必须驱动上面的晶体管。这是通过一个用来保证正确的直流传动结合自举电路的充电泵电路实现的。当进行连接到I / O管脚的FPGA，可一定要隔离好。高电压尖峰的数百伏特尽可能步进电机线圈反电势。始终使用钳位二极管简化这些尖峰回到电机功率部件上。采用光学隔离装置将在微控制逻辑和在输出功率阶段出现高电压的潜力之间增加又一层或保护装置。图5主电路电流感应电阻器的安置是很重要的。电机性能，包括三流程：流程

28、，再循环和约束。为了保持良好的电流跟踪，电流感应电阻器应放置在循环电路及时反馈当前的品种。为了改善汽车使用时的性能正弦微步进必要的流速剖面，该驱动程序有三个不同电流衰减模式：慢衰减，快速腐烂，混合衰减。图5显示了H桥配置为常数目前的配置。根据如何在H桥切换过程中的关断期间，电源驱动关闭时电流将分发通过一个晶体管或一个二极管，以便让当前的衰减缓慢，或将电源供应器电源驱动器关掉。电源反馈的好处是电流衰减速度更快，并能够迅速减少到较低的水平。不好的是快速的电流衰减增加电流波纹可能会导致电机损坏。当负载电流增大，慢电流衰减模式是用来限制开关在电机的驱动器和铁损的损耗（见在图4的A - E）。当负载电流下降，混合电流衰减模式是用来调节负载电流到理想状态（参见图4 E-H ）。快速电流衰减时使用在负斜率下时，这是不可能的，如果按照电流衰减速度比需求低的斜坡（参见图4的g- H的）。一个控制单元负责为开启和关闭旋转电机提供控制信号。在许多情况下，控制单元将是一