基于嵌入式的消防員信息監測服裝研究

摘 要：消防服是消防員在救災時重要的防護工具，傳統的消防服只是對身體各個部位進行防護。在信息、電子和智能服裝技術不斷發展的今天，消防服的智能化勢在必行。課題設計了一套基于物聯網技術的消防服用探測系統，將消防服納入到消防檢測系統之中，使得消防服不僅是保護消防員人身安全的防護工具，還可以用來檢測消防員的信息。通過對設計出的嵌入式系統，和各個模塊的測試以及整體測試，已經實現了系統設計的要求。

關鍵詞：消防服；嵌入式系統；溫度；心率

1 研究背景

消防服顧名思義就是用來在火災以及別的事故災害中保護消防人員人身不受到傷害的專用服裝。在環境惡劣的救援現場，各種突發的情況都是有可能給救援人員的生命構成威脅，所以消防服對于消防員來說就顯得尤為重要。我國消防服的發展經歷了幾個過程：最開始的是81、85式戰斗服，81、85式戰斗服具備了最基本的防護功能，被廣泛的運用于各個消防部隊，以及企事業的消防部門。但是隨著社會的發展，實際的火災現場的突發情況越來越復雜，81、85式戰斗服的缺點和不足不斷地暴露了出來，漸漸地也就被市場所淘汰。后來出現了97、02式消防服，這款消防服改進了前一代的很多不足，具有較好的防護作用。現今，在國外，對于消防服已經進入了一個十分成熟的階段了，特別是在耐火和隔熱的性能的研究上。所以，對新型的消防服的研究還是需要消防相關的研究人員不斷地去努力的，推出新類型的消防服任重而道遠。本文研究的消防服用探測系統在服裝層面上來講為智能服裝。智能服裝是可穿戴技術、服裝技術和智能算法的集合。服裝是穿在人的身上的，它與人之間有著密切的關系，把服裝同監護生理特征聯系在一起，現在已經成為了一個研究的熱點。

2 基于嵌入式的消防員信息監測服裝系統設計

本章研究消防服內嵌入式系統設計，它是本次研究的系統的感知層。感知層在整個系統中的作用是用來感知以及識別外界物體，感知層對于物聯網系統來說就相當于人的皮膚和五官，通常意義上的感知層囊括了二維碼標簽和識讀器、RFID標簽和讀寫器、攝像頭、GPS、傳感器、M2M終端、傳感器網關等，主要功能是識別物體、采集信息。本論文研究的基于物聯網技術的防化系統的感知層是由各種傳感器構成，他們可以檢測消防服使用者所處位置周圍的環境信息以及生理情況。數據的采集用到了心率傳感器、煙霧傳感器、溫度傳感器。在數據的無線通信上使用的是藍牙4.0通信協議以及移動通信。整體架構如圖1所示。

2.1 心率傳感器的設計

本文中心率傳感器是一款用于脈搏心率測量的光電發射式的模擬傳感器，通過傳感器采集到的模擬信號傳輸給單片機轉化為數字信號，再由單片機計算后就可以得到心率值。人的生理信號都比較弱，一般只有微伏或者毫伏級別，這種微小信號很容易受到外界的干擾，一個小小的信號都可以將人的生理信號湮滅。所以在此處選用的是光電容積法來測量心率。這種方法在使用簡單、方便佩戴的同時、而且還有較高的可靠性。

2.2 心率模塊電路設計

此次研究中的心率模塊電路，主要由電源模塊，濾波電路和放大電路幾個部分組成。其中D1為傳感器光源，型號是AM2523，用來發射峰值為波長515nm的綠光。U1為光感受器，通過芯片手冊了解到它的感受峰值的波長為565nm，這個與我們的需求比較接近。低通濾波器由C2，C3，C4，R2組成，用來排除信號干擾。由MCP6001組成的放大模塊把信號放大了340倍左右，然后使用了分壓偏置電阻將電壓偏置為出入電壓5V的一半。這樣處理器S3C2440自帶的AD模塊就可以檢測到放大之后的信號了。

2.3 煙霧濃度傳感器模塊

此次研究的系統正對煙霧濃度的檢測設計了一款煙霧濃度傳感器電路，檢測煙霧的傳感器采用的是MQ-2型傳感器。這種類型的傳感器是由二氧化錫半導體構成的，當表面接觸到煙霧的時候，氧化錫晶體粒之間的勢壘收到煙霧的調制而變化，那么就會引起表面電導率的變化，運用這個特點就可以獲得煙霧存在的信息

MQ-2轉化出的電壓是非常微小的，我們使用的處理器沒有辦法采集到這個信號，必須還得另外設計了放大電路將信號放大到處理器可以檢測到的范圍之內，然后接到處理器的AD端口就可以了，這部分輸出的是模擬量。同時還設計了電壓比較模塊，如果超過一定的濃度，模塊就會輸出高電平，將這個信號可以直接外接處理器模塊。此處的滑動變阻器Rp，可以調節待檢測煙霧濃度的閾值，調節阻值的大小可以做煙霧報警的靈敏度的高低進行調節。

3 結論與展望

本論文研究的基于物聯網技術的消防服用探測系統通過在消防服中內植入嵌入式系統，使得傳統的消防服成為了智能化的電子消防服。在傳感器設計方面設計了心率傳感器、氣體煙霧傳感器，再結合著數字溫度傳感器，可以準確的判斷出火災。嵌入式系統開發上設計出了嵌入式最小的硬件系統。設計出了一套系統，可以達到監控消防人員所在環境信息、生理信息、位置信息實時檢測的目的。

作者簡介：

強發瑞（1995-），男，漢族，甘肅省靖遠縣劉川鄉鷹咀村人，本科，研究方向：電氣工程及其自動化。