發布日期：2022-05-20 點擊率：42
根據智能家居智能化、模塊化、安全化的發展要求，提出了一種智能家居廚房火災監測防護系統，包括設計方案背景、系統總體設計、系統硬件設計、系統軟件設計。實施安裝非常的方便，并且做到了從硬件設備到終端設備一體化，體現了現代智能家居設計的理念和思想。達到了可以實時監控家中的火災發生的目的。
引言
隨著城市的居民住宅頻頻崛起，人們不但要求住宅的舒適和寬敞，而且更加注重自己住宅的安全系數。家庭不再是一個孤立的場所，而是一個能與外界社會進行信息交流的單元。因此，建立一個具有快速有效的家居安防火系統具有十分重要的意義。
隨著我國國民經濟和人民生活水平的不斷提高，家庭生活中所廣泛使用的煤氣、液化氣以及各種家用電器設備等，都給小區居民的生命安全和財產安全帶來了很多危險因素。因此本設計利用智能家居網關通過各種傳感器來監測火災特征如煙霧、熱量火焰等，判斷廚房是否發生火災或者煤氣泄漏，并做出相應的防護措施，以到達實時監測廚房狀態并即時消除安全隱患安全的作用，在最易發生安全事故的廚房搭起一道安全防線[1]。
1 系統總體設計
系統總體設計框架圖如圖1所示。系統包括傳感器節點(煙霧傳感器、CO傳感器、CH4傳感器以及火焰傳感器)、6LowPAN、家庭網關、以及控制部分(排氣扇、水電氣三表，門磁，窗磁)。
圖1 系統總體設計框架圖
各傳感器節點把接收到的實時數據通過6LowPAN網絡傳輸給網關，再由網關把所接收到的數據解析后再裝發給手持終端，并控制家里的語音報警器、排氣扇;水、電、氣閘，門磁和窗磁。
2.系統硬件設計
2.1 傳感器節點
⑴CO傳感器模塊
這里選擇的是MQ-7氣體傳感器模塊。 MQ-7氣體傳感器所使用的氣敏材料是在清潔空氣中電導率較低的二氧化錫(SnO2)。采用高低溫循環檢測方式低溫(1.5V加熱)檢測一氧化碳，傳感器的電導率隨空氣中一氧化碳氣體濃度增加而增大，高溫(5.0V加熱)清洗低溫時吸附的雜散氣體。使用簡單的電路即可將電導率的變化，轉換為與該氣體濃度相對應的輸出信號[2]。原理圖如圖2所示。
圖2 MQ-7氣體傳感器模塊原理圖
⑵煙霧、CH4傳感器模塊
這里選擇的是常用的傳感器模塊。具有信號輸出指示;雙路信號輸出(模擬量輸出及TTL電平輸出);TTL輸出有效信號為低電平。(當輸出低電平時信號燈亮，可直接單片機);模擬量輸出0-5V電壓，濃度越高電壓越高;對液化氣，天然氣，城市煤氣有較好的靈敏度;具有長期的使用壽命和可靠的穩定性;快速的響應恢復特性[3]。原理圖如圖3所示。
圖3 煙霧、CH4傳感器模塊原理圖
⑶火焰傳感器模塊
火焰傳感器可以檢測火焰或者波長在760納米～1100納米范圍內的光源，打火機測試火焰距離為80cm;對火焰越大，測試距離越遠;探測角度60度左右，對火焰光譜特別靈敏;靈敏度可調(圖中藍色數字電位器調節);比較器輸出，信號干凈，波形好，驅動能力強，超過15mA;配可調精密電位器調節靈敏度;工作電壓3.3V-5V;輸出形式：數字開關量輸出(0和1);設有固定螺栓孔，方便安裝;使用寬電壓LM393比較器[3]。原理圖如圖4所示。
圖4 火焰傳感器模塊原理圖
(4) 語音報警器
由于語音報警系統的有效性，所有那些生命安全取決于是否有預設疏散方案的建筑物內部都應安裝語音報警系統。該系統能覆蓋大多數占用范圍，包括那些傳統報警器(如警鈴或電子發聲器) 的場所都可采用。語音報警器的作用是當遇到異常情況時進行語音報警[4]。選擇TH040型智能語音芯片作為智能語音報警器的智能語音芯片。TH040型智能語音芯片是具有40秒語音燒錄功能的高質量智能語音芯片，支持PWM這種高質量、高速率的語音輸出方式，而且有8個輸入/輸出腳位可供選擇。需要錄入的語音信號可以存入永久的存儲單元，并且提供零功率信息存儲，這個主要是借助于直接模擬存儲技術來實現的[5]。語音報警器工作原理圖如圖5示。
圖5 語音報警器工作原理圖
2.2 傳感器的安裝
傳感器節點設計主要考慮的是傳感器節點的安放的設計。甲烷傳感器、煙霧傳感器安放在天花板上方，它們密度比空氣小，泄露的時候會往上走，氣體傳感器安裝在天花板上容易采集，而且精確度高。對于火焰傳感器，起火源主要來自廚房的煤氣，所以火焰傳感會安裝在廚房靠煤氣墻壁上方合適的位置。對于火焰傳感器做如圖6的包裝設計，即將火焰傳感器放在一個黑色塑料卷成的錐形罩子內，這樣火焰傳感器就可以只檢測到如圖6所示的圓錐體空間內的火焰情況。若將如圖6處理的火焰傳感器安裝在墻壁兩側，如圖7所示，這樣就可以將整個廚房劃分成若干個椎體區域。根據單個傳感器判斷是否有火焰，并結合相鄰的傳感器的檢測情況，便可以判斷出火焰的穩定性及蔓延情況，從排除廚房正常用火的情況，防止誤判。而且還可以協助滅火水槍進行定點滅火，減少消防水對廚房的沖擊破壞。
圖6 單個火焰傳感器檢測示意圖
圖7 廚房傳感器的安裝示意圖
3.系統軟件設計
整個系統實時監測家居里的煤氣濃度、空氣質量以及火災情況。
當有煤氣泄露的可能性的時，通過安裝的傳感器可以檢測到室內煤氣濃度是否達到危險范圍，若達到危險濃度時，會判斷出煤氣已泄露存在危險，及時向網關發送命令控制煤氣總閘并開啟排氣扇直到室內濃度達到安全值，關閉排氣扇，如此循環下去。
當室內空氣質量很差且持續的時，說明室內空氣質量不適合居住，及時發送命令給網關關閉總閘并開啟排氣扇，直到室內空氣的質量恢復正常后關閉排氣扇，如此循環下去。
當有火災發生可能性的時，及時通過網關向物業或者主人發送短信提示，并語音報警。通過網關關閉煤氣總閘，并開啟噴水閘，如果或脫離危險范圍就會執行關閉噴水閘并開啟排氣閘的命令。如此循環下去。系統軟件流程圖如圖8所示。
圖8 系統軟件流程圖
4.總結
家居安全應該受到足夠的重視，因為這關系到財產和人身安全。為此設計了廚房火災檢測防護系統，該系統可以實時監控家里的煤氣濃度、空氣質量以及火災的情況，有異常情況發生時，系統會及時采取相應的措施去避免和緩解事故的發生。有很好的創新性和實用性，適合大力推廣。
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