浅论宿舍智能报警与控制系统

龙源期刊网浅论宿舍智能报警与控制系统作者：郭旭泽来源：《电子技术与软件工程》2017年第01期针对近些年高校宿舍火灾多发状况，我们提出了集Arduino、GSM、传感器、蓝牙等技术的宿舍智能报警与控制系统设计方案，可解决高校宿舍等小型单元发生火灾不能及时处理的问题。首先，系统可对宿舍内温湿度、烟雾浓度、有无火焰等进行监测，并将监测信息通过蓝牙实时传输到手机终端；若检测到火灾发生，系统将启动声光报警和GSM远程报警来通知相关人员；另外系统内置UPS，以保证外部断电时系统的正常工作。通过实际测试，系统工作良好且响应时间短，可以很好地解决实际问题。【关键词】智能报警Arduino传感器GSM蓝牙传输1引言近年来，高校学生公寓频繁发生的火灾，大多是电线短路引发，造成了大量人员伤亡和财产损失，已严重影响到学生的学习和生活。已有的火灾报警器虽然可以实现对宿舍情况的监测和就地报警，但在检测信息的实时传输和火情的远程报警方面还有欠缺，而且市场上的产品价格相对较高、应用范围比较窄，在准确性、及时性和有效性等方面还有待提高。火灾的早期发现和预警是避免人员财产受损的关键环节。针对上述问题，本文着重从实时性、实用性等方面，介绍基于Arduino的智能火灾报警与控制系统的设计。2系统总体设计系统采用ArduinoNano作为智能报警与控制系统的主控，利用火焰传感器、烟雾传感器和温湿度传感器对宿舍内部的环境包括火焰、烟雾、温湿度和红外线等因素进行实时监测与处理，然后通过蓝牙将数据传送到手机智能终端。系统结构图如图1所示。正常情况下，近距离连接蓝牙后，用户可以通过手机终端实时地看到各项传感器数据，若监测数据满足设定的阈值触发条件，主控系统就会自动启动声光报警和GSM远程报警装置，从而通知宿舍附近成员以及宿舍成员有火灾发生。除了实现火灾监控与报警功能，系统可用手机蓝牙近距离控制系统的LED灯，作为日常照明灯使用，从而使宿舍生活更加便捷化、智能化。另外系统设有内置UPS，可以实现系统不间断供电。3系统硬件设计3.1Arduino主控龙源期刊网开发板，该开发板采用ATMEGA32U4芯片，其可以在5V/16MHz运行，支持ArduinoIDEV1.0.1，4个10位ADC引脚，12个数字I/O（5PWM能力），Rx和Tx硬件串行连接。3.2数字温湿度传感器DHT11检测环境温度和湿度；湿度测量范围为20%-95%（0-50℃），湿度测量误差为+-5%。3.3烟雾传感器MQ-2广泛的探测范围；高灵敏度/快速响应恢复；优异的稳定性/寿命长；可用于火灾的气体检测，适宜于烟雾、液化气、丁烷、丙烷、甲烷、酒精、氢气等的探测。3.4火焰传感器系统采用4线制的红外接收模块，可以检测火焰或波长在760nm～1100nm范围内的光源；探测角度60度左右，对火焰光谱灵敏；灵敏度可调；配可调精密电位器调节灵敏度；工作电压3.3V-5V。3.5GSM模块模块芯片是SIM800模块；模块和用户的物理接口为68引脚；支持键盘功能；一路USB接口，便于客户调试、下载软件；音频接口，包含一路麦克风输入和一路受话器输出；可编程的通用输入输出接口（GPIO）；一路SIM卡接口；支持蓝牙功能；PWM功能引脚；PCM接口/SPI接口/SD卡接口三选一（默认PCM接口）；采用省电技术设计，在休眠模式下耗电流低至1.0毫安。3.6HC-05嵌入式蓝牙串口通讯模块具有两种工作模式：命令相应工作模式和自动连接工作模式。自动连接工作模式：将自动根据事先设定的方式连接的数据传输；命令相应工作模式：能执行下述所有AT命令，用户可向模块发送各种AT指令，为模块设定控制参数或发布控制命令。通过控制模块外部引脚输入电平，可以实现模块工作状态的动态转换。3.7内置电源采用UPS技术，保证外部断电时系统的正常工作。4系统软件设计龙源期刊网手机进行人机交互，将检测到的数据通过蓝牙实时传输到手机上，人机交互流程图如图3（右）所示。此外在手机Android登录界面有密码的输入和修改，以防有人恶意登录，影响系统的正常运行，人机交互界面如图3（左）所示。系统根据各传感器信息判断，是否具有触发条件。若符合条件，则系统就会自动启动声光报警和GSM远程报警装置，通知宿舍附近成员以及宿舍成员有火灾发生，系统流程图如图2所示。5系统功能实现为了避免传感器的误报警（特别是火焰传感器），经过对太阳光与火焰波长的波谱分析以及大量的实验数据分析，最终得出了一个合理的阈值。系统会对监测数据进行记录并且具有环境自适应能力，根据所处环境长期空气质量和光照强度的不同，自动根据预先设置数据作出调整，以适应不同环境。经过不同环境下的实际测试，本系统均能正常稳定地工作。正常工作状态下，从火灾发生到通知相关人员，平均用时约为30秒，灵敏度较高，反应时间较短。此外系统外观设计简洁美观且便于安装，具有较广的应用范围；而且设计成本较低，具有很大的市场前景。6结论本系统利用多种传感器对室内情况进行监测，采用近程报警与远程报警相结合的方式，可实现报警的准确化、快速化和多样化。此外系统安装方便、操作简单，具有很强的适用性，对于当今高校宿舍火灾的早期发现与处理以及保障学生生命财产安全具有重大现实意义。参考文献[1]郑研，张宏坡，任秀敏.基于GSM/GPRS网络的远程火灾与报警设计[J].郑州大学学报（工学版），2006（09）.[2]韩松华，秦明明，唐传林，汪春林，邹雪梅.基于单片机的学生公寓火灾报警器[J].信息通信，2016（08）.[3]张丽，黄国青.基于Arduino/Android的智能防火防盗报警系统设计[J].天津理工大学学报，2015（08）.作者简介郭旭泽，男，测控技术与仪器专业。现为为石家庄铁道大学本科生。刘鹏飞，男，自动化专业。现为为石家庄铁道大学本科生。刘宗伟，男，机械制造及其自动化专业。现为为石家庄铁道大学本科生。龙源期刊网