基于光纖傳感技術(shù)的火災自動報警系統(tǒng)研究

張冠男 王明威

摘要：針對火災自動報警系統(tǒng)，在簡述傳統(tǒng)系統(tǒng)存在的不足和采用光纖傳感技術(shù)的重要性與必要性基礎(chǔ)上，對以光纖傳感技術(shù)為基礎(chǔ)的新型自動報警系統(tǒng)探測器與軟硬件設(shè)計進行深入分析。

關(guān)鍵詞：光纖傳感技術(shù);火災自動報警系統(tǒng)

隨著建筑高度的不斷增加和使用功能的日益豐富，火災隱患越來越多，一旦建筑發(fā)生火災，尤其是高層建筑，將造成無法預估的傷亡與損失。對此，為將火災可能造成的損失降到最低，必須對火災自動報警引起足夠的重視，在現(xiàn)有自動報警系統(tǒng)基礎(chǔ)上引入光纖傳感技術(shù)，提高系統(tǒng)的自動化水平和報警及時性與準確性。

1 系統(tǒng)基本概述

火災一旦發(fā)生，將造成無法挽回的損失與傷亡，對于現(xiàn)代消防，需在形成足夠消防意識的基礎(chǔ)上，學習消防知識，配備消防器械，怎樣才能快速且準確的發(fā)現(xiàn)火情，是消防的重點所在，這往往需要采用自動報警系統(tǒng)來解決。就目前來看，在自動報警系統(tǒng)當中，以感煙探測器比較常用，它可以分成兩種類型，即離子型與光電型。對于傳統(tǒng)感言探測器，它主要存在以下幾個方面的問題：其一，由于存在電信號，所以在電磁輻射相對較大或易燃易爆場所中，會存在很大的安全隱患;其二，所用電子元器件容易發(fā)生老化和受潮，導致誤報或失靈;其三，結(jié)構(gòu)較為復雜，后期養(yǎng)護需要投入很大的成本;其四，容易被飛蟲或灰塵所覆蓋，導致失靈，而且除塵難度相對較大;其五，離子源大多是放射性元素;其六，需要與報警控制器進行配合使用;最后，需要有人值守。以上問題的存在使其已經(jīng)無法滿足現(xiàn)代消防需要，而光纖傳感技術(shù)的出現(xiàn)，為自動報警系統(tǒng)提出了新技術(shù)支持，可以設(shè)計出以光纖傳感技術(shù)為基礎(chǔ)的新型自動報警系統(tǒng)，用于解決傳統(tǒng)裝置存在的各項問題[1]。

以光纖傳感技術(shù)為基礎(chǔ)的新型自動報警系統(tǒng)，在復用技術(shù)的支持下，能節(jié)省光纖用量。單個單片機可連接多達16個新型探測器，兩個光源輪流發(fā)光，在其中一個光源發(fā)出光以后，光經(jīng)過光纖進入到探測器，使探測器輸出光信號，光信號在電路信號中完成處理后根據(jù)地址完成定點監(jiān)測。如果有人闖入，則探測器實際輸出的信號將明顯減弱，之后經(jīng)過光電轉(zhuǎn)換和信號放大處理，由單片機進行對比分析，發(fā)出相應的聲光報警，并且還能進行短信發(fā)送與固話報警，由此實現(xiàn)無人值守的目標。通過通訊終端能將監(jiān)控信息實時傳輸至值班室計算機，以此進行遠程在線監(jiān)控。對于信息終端，它在整個系統(tǒng)當中是信息中轉(zhuǎn)站，大多安裝于值班室，在發(fā)生火情以后，通訊終端采用無線網(wǎng)絡對單片機發(fā)送的所有報警信息進行接收，然后根據(jù)接收到的信息進行聲光報警，使值班人員立即獲取現(xiàn)場實際情況。在中心控制室中還設(shè)有計算機，能對短信報警內(nèi)容進行實時顯示、存儲與處理，同時利用計算機還能進行遠程訪問，由此極大的減少了人員的工作強度[2]。

2 系統(tǒng)探測器

該系統(tǒng)所用探測器為非功能型傳感器，如果煙霧從該傳感器中通過，則會使傳感器中的光纖發(fā)生光強變化，然后以軟件系列算法為依據(jù)確定是否有火情發(fā)生。在選定了光纖之后，光纖的半徑、衰減系數(shù)和長度均保持不變，靈敏度主要和煙霧的濃度有關(guān)。探測器主要由以下幾個部分構(gòu)成：光源、光纖光纜（輸入和輸出）、頂座、平臺、壓塊、金屬網(wǎng)、煙霧入口、煙室、光電探測器。其中，光纖光纜軍均采用壓塊固定于平臺，在煙室的側(cè)面與底部均設(shè)有入口，用于煙霧的進入。光源發(fā)光后，在調(diào)制與耦合之后由光纖光纜傳輸，由光電探測器進行處理。在探測器的底部與周圍都設(shè)置了煙霧入口，火災或其他原因產(chǎn)生的煙霧在進入到煙室中后會使光強明顯減弱，此時探測器接收到的信號也將明顯減弱。如果煙霧的濃度持續(xù)升高，且到達報警的限值，則系統(tǒng)將發(fā)出相應的聲光報警，采用發(fā)送短信等方式為值班人員發(fā)送火情信息[3]。

3 軟硬件設(shè)計

3.1硬件

在以光纖傳感技術(shù)為基礎(chǔ)的新型自動報警系統(tǒng)中，單片機主要負責對信息進行采集和處理，他將stm32型處理器作為核心，包含以下幾個組成部分：第一，信號調(diào)制電路;第二，轉(zhuǎn)換模塊;第三，報警模塊。在單片機的驅(qū)動下，光源可進行發(fā)光，并能通過對通道的切換實現(xiàn)光電轉(zhuǎn)換，在產(chǎn)生信號后，在相應的電路中進行放大處理，用于信號采集，根據(jù)采集到的信號，確定是否存在異常，如果存在異常，則會給報警電路與報警模塊發(fā)送相應的信號，以此在發(fā)出聲光報警的同時，通過短信發(fā)送等形式，將火情信息發(fā)送給值班人員，可見該系統(tǒng)不僅靈活多變，而且便于維護。該系統(tǒng)的主控芯片主要采用stm32，在其內(nèi)部定時器的作用下，可發(fā)送PWM，對于接收端的信號可通過ADC完成采集與處理。在PWM的作用下，單片機可以對光源進行驅(qū)動，并通過對模擬開關(guān)的切換，使每一個時刻都有至少一個光源點亮。探測器同樣采用多路開關(guān)實現(xiàn)切換，其切換與光源切換保持同步，在煙霧的實際濃度超過限值以后，將立即產(chǎn)生并發(fā)出報警信號。該系統(tǒng)首次啟動中將自動對光源發(fā)光強度進行調(diào)節(jié)，確保接收端所收接收信號處于有效范圍之內(nèi)，如果接收端所受接收光強信號明顯減弱，則立即由軟件對接收到的信號進行處理，并判斷是否發(fā)生火情[4]。

3.2軟件

對于該系統(tǒng)的軟件，在設(shè)計過程中充分引入了模塊化思想，利用c語言等工具進行編程，使系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)更為清晰，而且還能為今后的功能擴展奠定良好的基礎(chǔ)。軟件設(shè)計以單片機防火為主，在對以光纖傳感技術(shù)為基礎(chǔ)的新型報警系統(tǒng)進行安裝調(diào)試的過程中，單片機是分配至不同探測器唯一且固定的地址。系統(tǒng)正式啟動后，應先實施初始化操作，在初始化操作完成以后，需要對探頭的信息進行配置，同時對完成配置探頭予以初始化操作，完成以上操作后，系統(tǒng)將正式進入監(jiān)控的狀態(tài)[5]。在正常情況下，系統(tǒng)的顯示終端將不斷對單片機進行詢問，確認是否存在報警信息，如果存在報警信息，系統(tǒng)將先進行聲光報警，然后采用短信或撥打電話等方式，通知現(xiàn)場值班人員，為相關(guān)的值班人員提供火情的基本信息[6]。

4 結(jié)語

綜上所述，采用以光纖傳感技術(shù)為基礎(chǔ)的新型報警系統(tǒng)，能對多處火情進行同時監(jiān)測，具有較高的靈敏度，而且誤報率很低，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)相對簡單，裝置體積較小，安裝與維護均十分方便，能極大的減少后期維護方面的成本。該系統(tǒng)的探測器主要采用光纖，不會受到電磁干擾，安全與可靠性較高。當多個探測器進行同時工作時，可實現(xiàn)點式定位，反應速度極快，在發(fā)現(xiàn)火情后，立即發(fā)出聲光報警，并采用短信或撥打電話等方式通知相應的值班人員，該系統(tǒng)不僅能在普通住宅中使用，還能在對防火有較高要求的建筑中使用，保證火災報警的及時性和準確性。

參考文獻：

[1]魏鵬，索輝，項暉.火電廠火災自動報警及消防聯(lián)動控制系統(tǒng)性能化設(shè)計[J].電站系統(tǒng)工程，2020，36（03）：79-80.

[2]徐遠飛.淺談基于火災自動報警聯(lián)網(wǎng)監(jiān)控管理的城市消防遠程監(jiān)控系統(tǒng)運用[J].今日消防，2020，5（03）：13-14.

[3]韓佳，黃炳，鐘子良.智能建筑火災自動報警系統(tǒng)設(shè)計研究[J].信息與電腦（理論版），2019，31（24）：53-55.

[4]和立科，李建軍，武斌，等.消防安防云智慧技術(shù)在建筑消防系統(tǒng)中的應用[J].城市住宅，2019，26（11）：150-151.

[5]吳威，孫雷，孫中義，錢濤，強超，劉笠，吳勇.綜合管廊工程中的火災自動報警系統(tǒng)設(shè)計[J].機械制造與自動化，2019，48（05）：171-172.

[6]劉磊.智能建筑火災自動報警與消防聯(lián)動系統(tǒng)設(shè)計研究[J].工程建設(shè)與設(shè)計，2019，10（18）：258-259.