基于信息融合的糧食倉庫火災報警系統設計

張國棟，祁瑞敏

鄭州工業應用技術學院機電工程學院，河南鄭州 451100)

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基于信息融合的糧食倉庫火災報警系統設計

張國棟，祁瑞敏

鄭州工業應用技術學院機電工程學院，河南鄭州 451100)

以AT89C52單片機為核心設計了一種基于濕度、煙霧和溫度檢測的糧食倉庫火災報警系統。該報警系統可采集來自糧食倉庫的濕度、煙霧和溫度信號，并利用信息融合技術對其進行分析和處理。實踐證明，該系統提高了糧食倉庫火災報警的準確性和可靠性。

糧倉；火災報警系統；AT89C52；信息融合；系統設計

糧食倉庫是用來儲存糧食和油料的場所，由于糧食中含有糖類、纖維素等，很容易發生自燃，因此，越來越多的糧食倉庫火災報警系統被研發。但是傳統的糧食倉庫火災報警系統信號采集單一，極易造成錯判或誤判，給監管人員帶來很大的困難。為此，筆者將濕度、煙霧和溫度等多種傳感器進行融合來檢測特征信號，并采用專家系統、神經網絡以及模糊推理的智能算法計算火災發生的概率，旨在提高我國糧食倉庫火災報警的準確性和可靠性。

1　信息融合

根據信息融合理論，信息融合分為3層：數據層融合、特征層融合和決策層融合[1]。該系統采用傳感器信息融合技術，首先需完成對數據層信號的采集。由于在糧食倉庫火情發生時，會在極短的時間內產生大量的一氧化碳和高濃度的煙霧，并出現溫度迅速上升等現象，所以在利用傳感器對這些特征進行提取，即當一氧化碳及煙霧濃度變化速率在規定時間內連續達到設定的次數門限值時，系統就認為該信號為火情產生的有效信號，這時需要安裝一定的傳感器對信號進行提取。該系統采用專家系統及神經網絡來實現對特征的提取，2種方法同時使用提高了系統的可靠性和穩定性。信息融合結構如圖1所示。

圖1　信息融合結構示意Fig.1　Structure of information fusion

2　系統硬件電路設計

圖2　系統硬件電路設計示意Fig.2　Hardware of the system

圖3　單片機采集電壓值與煙霧濃度百分比線性化曲線Fig.3　Linear curve of voltage collected by the single chip microcomputer and smog concentration percentage

圖4　放大電路Fig.4　Amplification circuit

該系統的硬件電路設計如圖2所示。該系統以AT89C52為控制核心，通過A/D轉換對煙霧信號進行采樣，通過I/O端口對溫度信號和濕度信號進行采樣，根據所采集的信息就可以判斷火災等級[2]，并適時發出報警信號[3]。如果糧食倉庫火災過大，該系統還可自動切斷倉庫電源。該系統對溫度信號采集、濕度信號采集、煙霧信號采集設計了采樣電路，也對放大電路、報警電路進行了設計。煙霧信號采集主要利用MQ-2型煙霧傳感器，它的電阻是隨著煙霧濃度的升高而降低的。圖3為單片機采集電壓值與煙霧濃度百分比對應曲線，由圖3可以看出，電壓值和煙霧濃度之間是非線性關系。為了實時顯示煙霧濃度，需要對曲線進行線性化處理。信號放大電路主要采用LM324作為電路的放大器(圖4)。LM324具有高增益的單片運算放大器[4]，在正常工作時所需的電源電流小，其對應的電壓不受電源電壓的限制，并可在單電源或雙電源情況下工作[5]；另一方面，其輸入電阻使用溫度補償，可實現數字電路與輸出電平的互補性[6]。

3　軟件設計

根據上述信息融合原理，再結合硬件電路[7]，可以得到具體的軟件設計流程，如圖5所示。由圖5可以看出，首先應判斷n個傳感器采集到的信息是否達到火災等級，若未達到等級則應再去判斷是否達到報警閾值[8]。如果判斷為“是”，將火災情況的關鍵性數據保存在專家系統的數據庫中，通過查詢該系統可以得到火災信號的經驗概率(P)；當數據在系統中無法查到時，則使用神經網絡對信號進行提取，從而得到數據的擬合概率(Q)。最后，將所得到的經驗概率值和擬合概率值送入決策層，采用模糊推理進行火災信號的分析。若糧食倉庫火災概率>0.6，則主控制器作出反應。

圖5　軟件流程Fig.5　Software process

4　結論

該設計是在傳統糧食倉庫報警系統的基礎上融入了信息融合技術，試驗證明，該糧食倉庫報警系統在一定程度上可提高報警的可靠性，減少糧食倉庫報警的誤判，從而提高了報警系統的準確性。

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DesignofaGrainWarehouseFireAlarmSystemBasedonInformationFusion

ZHANGGuo-dong,QIRui-min

CollegeofMechanicalandElectricalEngineering,ZhengzhouUniversityofIndustrialTechnology,Zhengzhou,Henan451100)

TakingthesinglechipmicrocomputerAT89C52asthecore,animprovedgrainwarehousefirealarmsystembasedonhumidity,smogandtemperaturedetectionwasdesigned.Thisalarmsystemcollectssignalsofhumidity,smogandtemperaturefromagrainwarehousefirstlyandthenanalysesandprocessesthembyinformationfusion.Practicehasproventhatthegrainwarehousefirealarmsystemhashigheraccuracyandreliability.

Grainwarehouse;Firealarmsystem;AT89C52;Informationfusion;Systemdesign

張國棟(1983-)，男，河南商丘人，講師，碩士，從事智能控制與信息處理技術研究。

2016-07-06

TN102

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0517-6611(2016)26-0226-02