針對近些年高校宿舍火災(zāi)多發(fā)狀況，我們提出了集Arduino、GSM、傳感器、藍牙等技術(shù)的宿舍智能報警與控制系統(tǒng)設(shè)計方案，可解決高校宿舍等小型單元發(fā)生火災(zāi)不能及時處理的問題。首先，系統(tǒng)可對宿舍內(nèi)溫濕度、煙霧濃度、有無火焰等進行監(jiān)測，并將監(jiān)測信息通過藍牙實時傳輸?shù)绞謾C終端；若檢測到火災(zāi)發(fā)生，系統(tǒng)將啟動聲光報警和GSM遠程報警來通知相關(guān)人員；另外系統(tǒng)內(nèi)置UPS，以保證外部斷電時系統(tǒng)的正常工作。通過實際測試，系統(tǒng)工作良好且響應(yīng)時間短，可以很好地解決實際問題。

【關(guān)鍵詞】智能報警 Arduino 傳感器 GSM 藍牙傳輸

1 引言

近年來，高校學(xué)生公寓頻繁發(fā)生的火災(zāi)，大多是電線短路引發(fā)，造成了大量人員傷亡和財產(chǎn)損失，已嚴(yán)重影響到學(xué)生的學(xué)習(xí)和生活。已有的火災(zāi)報警器雖然可以實現(xiàn)對宿舍情況的監(jiān)測和就地報警，但在檢測信息的實時傳輸和火情的遠程報警方面還有欠缺，而且市場上的產(chǎn)品價格相對較高、應(yīng)用范圍比較窄，在準(zhǔn)確性、及時性和有效性等方面還有待提高。

火災(zāi)的早期發(fā)現(xiàn)和預(yù)警是避免人員財產(chǎn)受損的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。針對上述問題，本文著重從實時性、實用性等方面，介紹基于Arduino的智能火災(zāi)報警與控制系統(tǒng)的設(shè)計。

2 系統(tǒng)總體設(shè)計

系統(tǒng)采用Arduino Nano作為智能報警與控制系統(tǒng)的主控，利用火焰?zhèn)鞲衅?、煙霧傳感器和溫濕度傳感器對宿舍內(nèi)部的環(huán)境包括火焰、煙霧、溫濕度和紅外線等因素進行實時監(jiān)測與處理，然后通過藍牙將數(shù)據(jù)傳送到手機智能終端。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如圖1所示。

正常情況下，近距離連接藍牙后，用戶可以通過手機終端實時地看到各項傳感器數(shù)據(jù)，若監(jiān)測數(shù)據(jù)滿足設(shè)定的閾值觸發(fā)條件，主控系統(tǒng)就會自動啟動聲光報警和GSM遠程報警裝置，從而通知宿舍附近成員以及宿舍成員有火災(zāi)發(fā)生。

除了實現(xiàn)火災(zāi)監(jiān)控與報警功能，系統(tǒng)可用手機藍牙近距離控制系統(tǒng)的LED燈，作為日常照明燈使用，從而使宿舍生活更加便捷化、智能化。另外系統(tǒng)設(shè)有內(nèi)置UPS，可以實現(xiàn)系統(tǒng)不間斷供電。

3 系統(tǒng)硬件設(shè)計

3.1 Arduino主控

本系統(tǒng)采用ArduinoNano開發(fā)板，該開發(fā)板采用ATMEGA32U4芯片，其可以在5V/16MHz運行，支持Arduino IDE V1.0.1，4個10位ADC引腳，12個數(shù)字I / O（5 PWM能力），Rx和Tx硬件串行連接。

3.2 數(shù)字溫濕度傳感器DHT11

檢測環(huán)境溫度和濕度；濕度測量范圍為20%-95%（0-50℃），濕度測量誤差為+-5%。

3.3 煙霧傳感器MQ-2

廣泛的探測范圍；高靈敏度/快速響應(yīng)恢復(fù)；優(yōu)異的穩(wěn)定性/壽命長；可用于火災(zāi)的氣體檢測，適宜于煙霧、液化氣、丁烷、丙烷、甲烷、酒精、氫氣等的探測。

3.4 火焰?zhèn)鞲衅?/p>

系統(tǒng)采用4線制的紅外接收模塊，可以檢測火焰或波長在760nm～1100nm范圍內(nèi)的光源；探測角度60度左右，對火焰光譜靈敏；靈敏度可調(diào)；配可調(diào)精密電位器調(diào)節(jié)靈敏度；工作電壓3.3V-5V。

3.5 GSM模塊

模塊芯片是SIM800模塊；模塊和用戶的物理接口為68引腳；支持鍵盤功能；一路USB接口，便于客戶調(diào)試、下載軟件；音頻接口，包含一路麥克風(fēng)輸入和一路受話器輸出；可編程的通用輸入輸出接口（GPIO）；一路SIM卡接口；支持藍牙功能；PWM功能引腳；PCM接口/SPI接口/SD卡接口三選一（默認(rèn)PCM接口）；采用省電技術(shù)設(shè)計，在休眠模式下耗電流低至1.0毫安。

3.6 HC-05嵌入式藍牙串口通訊模塊

具有兩種工作模式：命令相應(yīng)工作模式和自動連接工作模式。自動連接工作模式：將自動根據(jù)事先設(shè)定的方式連接的數(shù)據(jù)傳輸；命令相應(yīng)工作模式：能執(zhí)行下述所有AT命令，用戶可向模塊發(fā)送各種AT指令，為模塊設(shè)定控制參數(shù)或發(fā)布控制命令。通過控制模塊外部引腳輸入電平，可以實現(xiàn)模塊工作狀態(tài)的動態(tài)轉(zhuǎn)換。

3.7 內(nèi)置電源

采用UPS技術(shù)，保證外部斷電時系統(tǒng)的正常工作。

4 系統(tǒng)軟件設(shè)計

在本設(shè)計中報警系統(tǒng)與Android手機進行人機交互，將檢測到的數(shù)據(jù)通過藍牙實時傳輸?shù)绞謾C上，人機交互流程圖如圖3（右）所示。此外在手機Android登錄界面有密碼的輸入和修改，以防有人惡意登錄，影響系統(tǒng)的正常運行，人機交互界面如圖3（左）所示。系統(tǒng)根據(jù)各傳感器信息判斷，是否具有觸發(fā)條件。若符合條件，則系統(tǒng)就會自動啟動聲光報警和GSM遠程報警裝置，通知宿舍附近成員以及宿舍成員有火災(zāi)發(fā)生，系統(tǒng)流程圖如圖2所示。

5 系統(tǒng)功能實現(xiàn)

為了避免傳感器的誤報警（特別是火焰?zhèn)鞲衅鳎?jīng)過對太陽光與火焰波長的波譜分析以及大量的實驗數(shù)據(jù)分析，最終得出了一個合理的閾值。系統(tǒng)會對監(jiān)測數(shù)據(jù)進行記錄并且具有環(huán)境自適應(yīng)能力，根據(jù)所處環(huán)境長期空氣質(zhì)量和光照強度的不同，自動根據(jù)預(yù)先設(shè)置數(shù)據(jù)作出調(diào)整，以適應(yīng)不同環(huán)境。

經(jīng)過不同環(huán)境下的實際測試，本系統(tǒng)均能正常穩(wěn)定地工作。正常工作狀態(tài)下，從火災(zāi)發(fā)生到通知相關(guān)人員，平均用時約為30秒，靈敏度較高，反應(yīng)時間較短。此外系統(tǒng)外觀設(shè)計簡潔美觀且便于安裝，具有較廣的應(yīng)用范圍；而且設(shè)計成本較低，具有很大的市場前景。

6 結(jié)論

本系統(tǒng)利用多種傳感器對室內(nèi)情況進行監(jiān)測，采用近程報警與遠程報警相結(jié)合的方式，可實現(xiàn)報警的準(zhǔn)確化、快速化和多樣化。此外系統(tǒng)安裝方便、操作簡單，具有很強的適用性，對于當(dāng)今高校宿舍火災(zāi)的早期發(fā)現(xiàn)與處理以及保障學(xué)生生命財產(chǎn)安全具有重大現(xiàn)實意義。

參考文獻

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[3]張麗，黃國青.基于Arduino/Android的智能防火防盜報警系統(tǒng)設(shè)計[J].天津理工大學(xué)學(xué)報，2015（08）.

作者簡介

郭旭澤，男，測控技術(shù)與儀器專業(yè)?，F(xiàn)為為石家莊鐵道大學(xué)本科生。

劉鵬飛，男，自動化專業(yè)。現(xiàn)為為石家莊鐵道大學(xué)本科生。

劉宗偉，男，機械制造及其自動化專業(yè)。現(xiàn)為為石家莊鐵道大學(xué)本科生。

作者單位

石家莊鐵道大學(xué) 河北省石家莊市 050043