多傳感器融合報(bào)警器設(shè)計(jì)

孫曉通 張 超 紀(jì)仕鵬

（中國礦業(yè)大學(xué)銀川學(xué)院，寧夏 銀川750021）

1 概述

多傳感器融合又可以稱為多傳感器信息融合，廣泛稱作多傳感器數(shù)據(jù)融合。該想法于1973 年由美國國防部資助開發(fā)的聲納信號(hào)處理系統(tǒng)中首次提出，多傳感器數(shù)據(jù)融合是對(duì)各種不同信息的獲取、表達(dá)，以及其內(nèi)在聯(lián)系進(jìn)行綜合化處理和優(yōu)化的一種技術(shù)。

本設(shè)計(jì)來源于工程實(shí)踐該項(xiàng)目的特色及創(chuàng)新點(diǎn)是在原有單一功能報(bào)警器的基礎(chǔ)上進(jìn)行改進(jìn)和調(diào)整，使其多功能的傳感器進(jìn)行融合，改進(jìn)傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)、報(bào)警方式、在線監(jiān)控對(duì)原有的功能進(jìn)行了補(bǔ)充與完善不僅使它的可靠性高。而且降低了他的一個(gè)成本，使其檢測的功能更加廣泛作用效果更加明顯使報(bào)警器在改變外觀尺寸的條件下能夠做到一個(gè)最大化的功能擴(kuò)充。

2 多傳感器融合報(bào)警器的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

2.1 多傳感器融合報(bào)警器的組成結(jié)構(gòu)和工作原理

2.1.1 多傳感器融合報(bào)警器的組成結(jié)構(gòu)。多傳感器報(bào)警器將如圖1 將會(huì)由5 個(gè)模塊5 個(gè)傳感器模塊組成。多傳感器融合報(bào)警器外殼之間的連接將采用螺栓固定的方式。報(bào)警器傳感器模塊部分主要從符合人機(jī)交互的設(shè)計(jì)方向，進(jìn)行了現(xiàn)階段適合當(dāng)前社會(huì)的相關(guān)模塊的選用。語音播放模塊主要起到報(bào)警、通告的作用。數(shù)據(jù)分析模塊就是進(jìn)行危險(xiǎn)評(píng)估。顯示模塊是直觀。

2.1.2 多傳感器融合報(bào)警器的工作原理。多傳感器融合報(bào)警器將以傳感器模塊和數(shù)據(jù)分析模塊為核心，語音模塊和顯示模塊為基礎(chǔ)。多傳感器融合報(bào)警器工作時(shí)，首先由傳感器模塊收集得到所在環(huán)境的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，然后由產(chǎn)品內(nèi)置的數(shù)據(jù)分析模塊（EAIDK310 單片機(jī)）進(jìn)行數(shù)據(jù)整理與分析。分析將主要對(duì)產(chǎn)品現(xiàn)階段所在環(huán)境的相關(guān)屬性進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，并與設(shè)定正常的環(huán)境屬性值進(jìn)行對(duì)比分析。最后得到與正常環(huán)境屬性之間的變量差值。得到所在環(huán)境的差值后分析優(yōu)化之后，將所在環(huán)境中測得的相關(guān)環(huán)境信息進(jìn)行語音預(yù)報(bào)和顯示屏顯示，并且同時(shí)將信息發(fā)送至用戶與之相關(guān)連的設(shè)備中。以此方法達(dá)到預(yù)報(bào)提醒和危險(xiǎn)報(bào)警的目的。

圖1 多傳感器融合報(bào)警器組成

2.2 多傳感器融合報(bào)警器設(shè)計(jì)

2.2.1 整體框架結(jié)構(gòu)布局。報(bào)警器的底座、上座和支架主要由使用廣泛的3D 打印材料構(gòu)成，最后的產(chǎn)品將會(huì)由螺栓固定。外觀采用圓弧五角星和房子樣式的組合設(shè)計(jì)。內(nèi)部采用模塊化分區(qū)設(shè)計(jì)，具備同一種作用的傳感器的放在同一位置。

圖2 多傳感器融合報(bào)警器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)圖

內(nèi)部空間大，可以隨意更具用戶需求，自行選用添加其他模塊。現(xiàn)階段多傳感器報(bào)警器整體基礎(chǔ)框架。該框架主要從現(xiàn)階段生活中最常見的幾個(gè)問題中，提出綜合解決方案。多傳感器報(bào)警器設(shè)計(jì)采用模塊化的設(shè)計(jì)，進(jìn)行各個(gè)部件的通訊與聯(lián)合工作。整體框架下多傳感器報(bào)警器中的眾多傳感器模塊通過單片機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)整合，網(wǎng)絡(luò)云數(shù)據(jù)分析。

2.2.2 多傳感器融合報(bào)警器設(shè)計(jì)。多傳感器融合報(bào)警器，內(nèi)部設(shè)計(jì)空間大，主要是方便顧客對(duì)報(bào)警器模塊進(jìn)行自己選擇，從而滿足顧客自己的需求。外觀采用圓角五角星、雙眼和房屋樣式組合設(shè)計(jì)，原因是時(shí)刻了解顧客的環(huán)境，從而預(yù)估危險(xiǎn)的含義。是告訴顧客，您的安全，該產(chǎn)品時(shí)刻為你保障。如圖2 所示。

2.3 多傳感器融合報(bào)警器的模塊選用

2.3.1 單片機(jī)的選擇。由于本次設(shè)計(jì)，需要大量的數(shù)據(jù)分析，因此選用了與現(xiàn)階段相關(guān)性很強(qiáng)的AI 開發(fā)套件。綜合選擇，最后選取了EAIDK310 開發(fā)嵌入式開發(fā)板為基礎(chǔ)單片機(jī)，也就是分析數(shù)據(jù)、整合數(shù)據(jù)的。

2.3.2 其他附屬傳感器模塊的選擇。本設(shè)計(jì)選用了人體紅外傳感器模塊、超聲波測距模塊、煙霧傳感器模塊、溫度傳感器、火焰?zhèn)鞲衅髂K。其中人體紅外傳感器等其他相關(guān)傳感器，選用網(wǎng)絡(luò)中普遍使用的。原因是方便用戶進(jìn)行更換。固定所采用的螺栓為M12 內(nèi)六角自鎖緊螺栓。

2.4 多傳感器融合報(bào)警器的系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

多傳感器融合報(bào)警器系統(tǒng)將有傳感器模塊收集程序、報(bào)警程序、數(shù)據(jù)分析綜合模塊組成。多傳感器融合報(bào)警器的基礎(chǔ)框架，是由不同模塊程序組合嵌套得到。當(dāng)程序開始后，單片機(jī)首先使得傳感器模塊初始化，以便獲得更加精確的數(shù)據(jù)。傳感傳感器收集程序模塊是一個(gè)獨(dú)立的核心模塊，也是多傳感器融合報(bào)警器最重要的數(shù)據(jù)供應(yīng)單位。數(shù)據(jù)從傳感器模塊中獲得后，進(jìn)入數(shù)據(jù)分析模塊對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析對(duì)比，最后與設(shè)定正常的參數(shù)值取誤差范圍，并進(jìn)行閾值比對(duì)。如果測得的數(shù)據(jù)超過所設(shè)定的閾值范圍，則進(jìn)行多輪數(shù)據(jù)采集，比對(duì)分析，找出原因所在。之后，將危險(xiǎn)向用戶進(jìn)行展示、通報(bào)。若測得的數(shù)據(jù)閾值遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過規(guī)定范圍，則直接向用戶發(fā)起刺耳的警報(bào)，并在警報(bào)過后告知正確的逃生方法和注意事項(xiàng)。

3 結(jié)論

本設(shè)計(jì)從報(bào)警器現(xiàn)階段的地位和未來的發(fā)展進(jìn)行了綜合分析，到最后通過對(duì)多傳感器融合報(bào)警器的整體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、各傳感器的選取和最后的三維實(shí)體建模和仿真分析最終實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)了具有多傳感器的融合報(bào)警器，完成了對(duì)傳統(tǒng)報(bào)警器的更新和缺陷上的改進(jìn)，使報(bào)警器有了不一樣的發(fā)展空間和使用價(jià)值。