智能火灾预警系统

智能火灾预警系统

MoosaAl-Ismaili,MansoorAli

电气和计算机工程系阿曼喀里多尼亚工程学院

摘要

防止火灾是至关重要的。一个保护人们免受气体泄漏和火灾影响的系统对于住宅和工业来说

是至关重要的。大多数现有的消防系统是通过文字或警报信号来工作的，这并不能引起远离

事故现场的人们的注意.因此，需要一个能够克服这一限制的智能火灾预警系统.本文提出

了一个智能火灾预警系统，它可以向最近的消防站和业主发送包含火灾位置坐标的警报信

息。对现有的消防安全系统进行了详细的研究，并考虑到其局限性设计和实施了一个系统。

该系统的原型已经实施并在不同条件下进行了测试。结昊表明，所提出的智能火灾预警系统

能准确地检测到火灾的发生.，并能快速可靠地做出反应。该系统的可拿性指数被发现为93乐

这对于正常的家庭应用来说是可以接受的。

关键词：火灾预警，微控制器，烟雾传感器，GPS,GSMO

1.简介

在许多事件中，火灾隐患已成为反复出现的破坏性事件，并造成重大灾难。随着城市建

设的快速发展，火灾发生的概率大大增加。早期发现和早期预警对于及时扑灭火灾、避免人

员伤亡和财产损失非常重要。因此，智能和聪明的火灾预警和安全系统是必不可少的。

家庭和工业安全方面不断变化，安全是现代房屋的一个重要特征。新兴的智能家居概念为居

住省提供了方便和安全的环境。传统的安全系统通过发出警报使房主及其财产免遭火灾。

然而，智能火灾预警系统提供了更多的好处。在本文中，我们主要关注人们不在时的家庭和

工业的安全，如果火灾发生在夜间，则关注远离城市的工业区。该系统使用全球定位系统

(GPS)发送位置坐标(经度和纬度)，并向消防或警察以及其他预定的电话号码发送警报信

息。消防局或警察局收到的信息中的位置坐标有助于使用谷歌地图等地图应用程序快速导航

到现场。传统火灾报警系统的通信方法大多涉及无线电跟踪。数据传输距离短，传输可靠性

低，系统维护困难，成本高。与传统的通信方式相此，提出的智能火灾预警系统设计了一个

使用单片机的智能火灾报警系统，可以实现智能火灾检测。

该系统使用烟雾传感器来确定火灾危险的发生，它向微控制器发送一个控制信号。微控制器

11过与其相的GPS调制解调器接收位置信息，并使用全球移动系统(GS.M)调制解调器发送

包含经度和纬度信息。微挖制器还向警报器发送信号。微及制器是咎能火灾预警系统的核心，

控制紧急情况下涉及的所有操作。拟议的系统可能是在发生火灾时拆救生命和减少财产损失

的最佳选择。

2.相关的工作

Jayashri和Arvind设计了一个系统，该系统使用基于多传感器的火灾检测(\ISbFD)算

法，有两个火灾参数(温度和光学烟雾密度)。选择这两个参数是因为电离系统可能会因为

环境法规的实施而变得越来越难以应用。对传感器信号的评估和处理采用模糊逻辑。

根据Lee和Mok的说法，火灾报警系统的目的是在早期阶段发现火灾。重要的一点是，提供

警报是为了引起操作人员的反应。如果操作员没有注意到警报，那么警报系统就失败了。报

警系统还必须导致操作人员的积极反应。

LeBodie和IGwcnacl提出了一个整合有线和无线通信的网络环境，其中建立了一个具有

五层结构（数据源、数掘持久性、城、控制器/调解器、演示）的火控数据库。这对子解决

快速反应的火力控制系统中的合作控制问题至关重要。

上述审查的系统使用昂贵的部件，性质复:杂，需要专家来操作。这项工作的目的是设计和开

发一个低成本、简单、可拿、高效、快速和智能的火灾预警系统，克服传统消防安全系统中

的大部分缺点。

3.方法论

这个项目分为四个阶段：研究、设计、开发和分析,涉及的步骤如图1所示。

图1系统开发阶段

4.需求分析和设计

本节从总体上分析了系统的需求，以及从用户的角度分析了需求。这种分析有助于满足用户

的要求。为了收集使用意见，我们通过个人访谈向15位被选中的人提出以下向题。

a.你对现有的火灾预警系统的有效性有何看法？

b.你期望智能火灾预警系统具有哪些功能？

c.你认为智能火灾预警系统的最高成本应该是多少？

d.你认为关于火灾发生地点的信息对快速行动很重要吗？

智能火灾预警系统的共同目标是以较低的成本为家庭或办公室提供全面的安全保障，防止火

灾和气体泄漏。根据上述访谈的结果，得出了拟议的火灾预警系统的用户需求。结果表明，

拟议的系统应具有以下特点：

i.该系统应该是高度敏感的，能够检测到任何烟雾或气体泄漏。

ii.该系统应能知道位置f'rj确切坐标。

iii.该系统应迅速作出反应。

iv.该系统应该是可靠的和具有成本效益的。

此外，还有其他同样重要的标准，需要满足火灾预警系统的有效性，这些标准是：

i.信息应该是准确的，没有任何错误。

ii.信息应该是清晰的，没有延迟。

iii.该系统应呈现出便于随时更新的特点。

基于上述要求，得出的结论是，该系统应该是可靠的、负担得起的和用户友好的。最重要的

是，它必须是高度稳健、准确和安全的。图2提供了拟议系统的概况。

图2系统的方框图

4.1感官模块

该系统中使用的火灾和气体传感器感知火灾并发送电信号作为输人到微控制器。

4.2控制器模块

控制器是系统的主要部分，所有的工艺流程都是根据要求控制的。我们选择了带有

ATmega328P微控制器的ArduinoUnoR3平台，它可以进行多任务处理，而且比其他微控制器

更容易设置和配置。

4.3GPS和IGSM调制解调器

GPs通过使用基于空间的卫星导航系统提供地理位置。

GSM调制解调器允许系统通过使用用户识别模块(SIU)卡联系GSM网络。GPS和GSM共同帮

助将有关火灾位置的详细信息发送给预定的接收者。

5.系统实施

5.1硬件实现

当设备被打开时，微控制器启动GPS模块，直到它收到GPS卫星的良好信号。GSM模块向预

先设定的手机号码发送指定的文本信息，包括位置的坐标。烟雾探测器同时检测烟雾和气体。

当有烟雾或气体的迹象时,该探测器向微控制器发送模拟信号，将模拟信号转换成数字信号。

然后，微控制器计算出检测到的气体或烟雾的水平。如果该水平大于200ppm,微控制器就

会执行下一步操作。

当GSM模块工作时，它寻找一个好的网络载体来发送信息。一旦信息被发送，就会有一个

LED指示灯显示。然后输出指示灯（LED1和2以及蜂鸣器）开始工作，房屋或办公室的主电

源被断开。这种状态一直持续到系统被重置。

5.2软件实施

使用了一些软件库，帮助这些设备一起工作。在GSM模块中，使用的库是SIM900.h和sms.h。

第一个库用来声明GSM模块和它的所有命令。第二个库用来声明GSM模块内的所有SMS命

分。

GS.M模块还包括一个用于GPS模块的库TinsGPS.h,它使系统能够从卫星上获得所有数据，

如位置和时间。我们使用SoftwareSerialh库来显示使月串行端口的结果。这个库还具有使

用许多指令性功能和控制语句的能力，如时间延迟、端口模式、串行打'印、数字控制和其他

许多功能。该程序首先初始化GPS模块，并从卫星上获取所有数据，一次尝试四颗。然后，

程序启动烟雾传感器，并保持其运行，以检测任何气体或烟雾的迹象。如果从探测器得到的

数值大于或等于200ppm,那么火警警报就会响起，同时有灯光闪烁，建筑物的电源将被切

断，GSM模块将被初始化。GSM模块初始化后，系统会向预设的手机号码发送一条短信。系

统继续运行，火灾报警器和闪光灯保持亮起，电源保特持关闭，直到用户重置系统。重置系

统将启动之前的步骤。

6.系统测试

首先，对该系统的所有硬件单元进行了测试，以验证它们是否按预期工作。然后，每个单元

与微控制器板连接，并用软件进行测试。系统的测试不是作为一个整体进行的，而是对系统

的每个单元进行单独测试，在所有单元工作正常后，整个系统被开发和测试，以确定系统中

的问题和漏洞。

6.1.测试案例

为了衡最系统的可靠性和有效性，对原型进行了彻底的测试，每个测试都重复了10次。重

复测试是为了评估系统在不同情况下和不同环境下的性能，如家庭或办公室，以衡最具可靠

性。

以下参数被用来衡量系统的可靠性。

1.烟雾传感器的敏感度

2.GSM响应时间

3.GPS响应时间

一个新的参数，即系统的“可靠性指数”（RI）,被定义为分析性地评估系统的可靠性。

可靠性指数是根据每个测量参数的重要性给予不同的权重而得出的。烟雾/气体传感器的灵

敏度是最重要的，因为它能识别出可能导致火灾的烟客和气体泄漏。它还会触发系统和火灾

警报，提醒附近的所有人，因此，这个参数被赋予了50%的权重。最优先考虑的是现场人员

的安全。GSM的响应时间被赋了30$的权重。GPS的响应时间被赋予20%的权重，因为它是重

要性最低的参数。

系统的可靠性不能直接找到，因为系统的运行取决于许多传感器和相关参数。一个传感器的

RI（6）被定义为该传感器通过的测试数量（％）与相应参数的权重的乘积。

6可靠性指数=

%传感器通过的测试数量*相应参数的权重）

例如，如果烟雾传感器1C0用通过测试，其RI为

100X0.5=50%

整个系统的（8）是通过添加各个传感器的RI来计算的。

7.结果和分析

表1在家庭环境中进行的io项测试的结果

Sot金cGSMGPS

EaoamcScDk

SCAM*KixhhMud.

101010

1091

4UkJ0

MedMMM玲

0Med0%10

R-MZeSO%27%16%

表1显示了对每个传感器进行测试的结果（在家庭和办公室环境中各进行了io次测试）；然

而，计算和结果只显示了在家庭环境中的测试。所有的测试都由烟雾传感器通过（100%）。

GSM模块发送了10条信息中的9条。通过测试的百分比为90乳GPS模块通过了10项测试

中的8项。测试通过率为80机

总的可靠性指数值为93斩是非常有希望的，对于正常的家庭应用来说是足够的。

消防局或警察局的接收器是一部装有谷歌地图导航应用程序的智能手机。图3显示了在消

防局收到的信息样本。

FireFireFire

InMoosasHome

Location

Lat:22.934080

Lon:57515442

1907:5018/11/2015

icon

图3在消防站收到的信息样本

8.结论

这个项目的目标是设计和开发一个简单、易用、可靠、高效、快速、自动的火灾预警系统，

该系统具有精确和快速的通知机制。所开发的智能火灾预警系统可以确定火灾的位置，并向

预设的手机号码发送包含位置坐标的信息。该系统使用GPS模块获取位置信息，并使用GSM

通信模块发送简短的警报信息。适当的传感器被用来检测烟雾和气体泄漏作为火灾的开始。

在系统的设计中，遵循了一个循序渐进的方法。设计是基于对现有类似系统和用户感知的研

究和分析而进行的。该系统的原型在家庭和办公环境中被实施和测试。一个新的性能参数被

定义为可靠性指数，以衡量系统的性能。进行了几次测试，并对结果进行了分析，以确保该

系统产生预期的结果。测式结果显示，该系统的可靠性指数为93%,这对于正常的家庭应用

来说是可以接受的。该系统对用户友好，价格合理，而且智能。使用GSM来发送警报信息，

具有广泛的可用性、良好的覆盖面和成本效益的优势。随者短信成本的不断下降，该系统将

变得更容易实现。因此，作为一个智能火灾预警系统，它是一个很好的、具有成本效益的选

择。

该系统已被实施和测试，显示出令人满意的性能。虽然我们的系统有很多优点，但它还可以

在以下方面进一步改进。

a.为GPS模块和GSM模块添加外部天线。这将确保一个强大的信号，从而加快寻找网络的过

程。

b.增加更多的传感器，如温度和湿度，以使系统更有效。

直将该系统与消防系统连接起来，以便在没有操作人员的情况下启动该系统来火火。

9.鸣谢

首先，我们感谢全能的上帝给子成功完成这个项目的力量和耐心。

我们还要感谢阿曼喀里多尼亚工程学院的管理层为成功

开展这一项目提供的所有设施和支持。

参考文献

[1]Al-Ali,2012.基于GSM的无线家用电器监测和控制系