基于嵌入式系統的地鐵火災監控檢測系統

湯銳，韓磊，顧月兒，曹景鈺，張宇慧

（江蘇師范大學江蘇圣理工學院——中俄學院，江蘇徐州，221100）

0 引言

隨著城市軌道交通的發展，地鐵出行成為了越來越多市民的首要選擇，地鐵不僅污染小、噪聲小，而且可以緩解地面的交通壓力，為人們的出行創造方便。然而，由于人流量較大，使得地鐵存在著一定的安全隱患，比如地鐵站機電設備密集，用電負荷大，容易引起電氣火災。在現今很多地鐵都采用綜合監控系統，監控對象主要是行車和行車指揮、防災和安全系統、乘客服務等其他內容，采用兩級管理三層控制的分層分布式結構。

本文主要討論設計關于電氣火災的監測系統，通過電氣火災檢測系統可以有效地預防這一危險的出現，本文采用的獨立式探測器安全性高，節能降耗，使用安全，并且結合嵌入式中監控的特點和我國地鐵的結構特點，繪制出了一套電氣火災監控系統。

1 系統硬件設計

■1.1 系統總體結構設計

本系統主要通過測溫式電氣火災探測器對溫度進行檢測，電氣火災探測器主要由溫度轉換電路，差分比例放大電路，單限電壓比較器，聲光報警電路構成，流程圖如圖1所示。

圖1

其中溫度轉換電路選用電橋這一電路，將溫度這一緩慢變化的非電量信號轉換為電壓信號輸出；因為電橋測試轉換溫度電信號為壓差信號，差分比例放大電路對這個轉換的壓差進行放大處理；單限電壓比較器就是將這個壓差值，轉換為高低電平狀態的變化，當輸入電壓超過所設定的閾值電壓之后，輸出電壓的狀態就會發生變化，從低電平跳為高電平或從高電平跳為低電平；報警電路通過高低電平的變化，驅動發光二極管和蜂鳴器，使之工作。

之后由探測器與監控分機構成通信，各個分路的監控分機匯報給監控主機，數據傳輸總線傳遞信息，最后傳遞給車站服務器，地鐵工作人員采取措施。總體結構流程如圖2所示。

圖2

其中測溫式電氣火災探測器通過部署在各個場景的終端設備，通過測溫式火災報警電路設備，發送信息；主機是地鐵監控的核心設備，負責視頻信號的放大與分配，圖像信號的矯正與補償，網絡控制，圖像的切換與記錄等等，在此文章中負責傳遞火情信息并分析情況；大屏負責視頻信號的放大與分配，圖像信號的矯正與補償，網絡控制，圖像的切換與記錄等等；數據傳輸總線是數據傳輸的通道，為各部分之間的通道連接；服務器把需要的信息存儲到一個固定的設備上，可供以后圖像的存儲、回放、服務、轉發等功能。

■1.2 溫度轉換電路設計

溫度轉換電路設計為電橋由R1、R2、R3、Rw1及Rt組成，其中Rt為熱敏電阻，在multisim用可調變阻器代替，阻值與溫度成線性變化的關系，為穩定Rt工作電流，達到穩定溫度系數的目的，設置了穩壓管。設置Rw1是為了平衡電橋，multisim電路設計溫度轉換電路圖3所示。

圖3 溫度轉換電路圖

電橋四個橋臂滿足關系式：

■1.3 差分比例放大電路設計

這個電路由741集成運放構成，實現對兩路傳感器電壓信號的放大，在multisim仿真時選用了電壓差為4V的兩端輸入進行仿真，通過在輸出兩端接一個萬用表來測量輸入輸出前后壓差的變化情況，可以通過調節電路中的三個電阻R3，Rw2，R1來理論調節壓差的變化倍數，電路設計如圖4所示。

圖4 差分比例放大電路圖

其中輸入和輸出的關系式為：

■1.4 單限電壓比較器設計

該電路也由741集成運放構成，將差分比例放大電路兩路傳感器的電壓差轉換為高低電平狀態的變化，驅動報警電路。閾值電壓可以通過調節R5，Rw4來改變輸入電壓的跳變值，當輸入電壓達到電路所設計的閾值時，電平狀態發生變化，電路設計如圖5所示。

圖5 單限電壓比較器電路圖

閾值電壓Ut公式為：

■1.5 聲光報警電路

發光二極管的限流保護電阻取值范圍為200~510Ω；蜂鳴器采用200Hz，加入了單個三極管，以擴大輸出負載電流，增強電路的負載能力，輸出低電平時，三極管導通，蜂鳴器報警。聲光報警電路如圖6所示。

圖6 聲光報警電路圖

2 系統軟件設計

由于嵌入式系統是專用的計算機系統，具有系統內核小，可裁剪性，強穩定性，較長的生命周期等優點，用于控制、監視或者輔助設備，具有通信功能。同時，ARM匯編語言是面向機器的匯編語言，其針對性強，占用資源少，效率高等優點很適合運用于在此情況中。在此軟件設計中，由兩個程序流程構成。

當地鐵內出現異常，溫度升高時，測溫式電氣火災探測器熱敏電阻會阻值發生變化，一旦超過正常值，通過上述介紹的硬件電路設計及其流程，蜂鳴器和二極管會報警，從而反饋給監控分機，監控分機通過數據總線傳遞給監控主機，監控主機通過分析情況，采取接收判斷后發射信息，一部分存入顯示屏中，一部分車站工作人員接收。具體流程如圖7、圖8所示。

圖7 主程序流程圖

圖8 子程序流程圖

3 結束語

基于嵌入式系統的地鐵火災監控監測系統，可以很好地監測地鐵內存在的火災安全隱患，在這個地鐵盛行的時代，可以被廣泛地應用。同時，它還具有獨立性、保密性、安全性、互不影響、在線實時監測、節能降耗等特點，并且采用741集成運放，熱敏電阻等，設計成本低，具有一定的價值。