模糊算法在智能火灾报警器中的应用

福建省公安消防总队泉州支队 娄建伟 方立林

模糊算法在智能火灾报警器中的应用

福建省公安消防总队泉州支队 娄建伟 方立林

火灾是常见的灾害类型之一，不仅会造成严重的经济、物质损失，还会威胁人们的生命安全，而使用智能火灾报警器能够在发生火灾时实现自动报警。基于此，本文将分析智能火灾报警器的相关结构、部件规格，重点探究通过模糊算法在智能火灾报警器中的实际应用，旨在降低火灾误报的频次，为消防员赢得更加充足的救灾时间，减少相关的损失。

模糊算法；智能火灾报警器；数据处理；单片机

1 前言

通常情况下，由于人们不能在第一时间发现火情并采取报警措施，便会延误救灾的最佳时机，造成更加严重的后果。传统的火灾报警由烟雾探测芯片与传根器组成，传感器将信号传递给芯片，芯片再对信号进行分析与判断，具有适应能力差、误报率高的特点。为了能够解决这一问题，在报警器中安装一个单片机，以便排除外界干扰信号，提高报警的准确率。

2.智能火灾报警器的设计

2.1 单片机控制

ATmega128型号的单片机内，拥有6种省电模式、SPI串行接口、可编程看门狗定时器、8通道10位ADC、两个USART、时钟RTC、32个工作寄存器、53个通用I/O口、128K字节的编程Flash等。单片机是智能火灾报警器的核心，具有协调各环节工作的重要作用，利用ADC0收集NIS-09C的电压数值，并根据数值的大小确定火灾的具体情况。单片机的串口通信模块相互连接，并发送报警指令，从而完成智能报警。报警语音储存在芯片中，通过PA1进行选通控制，PA2完成语音播放、录制的功能，PA0驱动继电器控制声光报警器的电源，PA3与温度传感器星恋采集火灾现场的温度。总体而言，智能火灾报警器中的单片机需要与各个部件相互连接，完成数据的转换、信息的通信，进而实现自动报警的目的，由此可见单片机的重要性。

2.2 烟雾传感器

N IS-09C型号的离子式传感器使用了微量的镅241，由于此种微量元素是放射性物质，因此使用金属制电极覆盖传感器本身，避免发生泄漏。N IS-09C传感器具有低功耗的特点，能够适用于大部分的火灾报警器。烟雾传感器的额定电流为27±3pA，额定电压为DC7~12V，离子镅元素的放射量为33.3KBp，同时需要保障环境温度在0℃~50℃之间，湿度小于95%RH，对烟雾的灵敏度为0.6±0.1V。烟雾传感器将电压输出，并有PFO/DCO输入单片机中，进行数据的转换，加之传感器本身具有一定的误差、火灾环境的变化与复杂，使降低误报率成为技术的关键性问题。针对这一问题，将模糊算法引入信号处理中，解决外界环境对传感器的干扰[1]。

2.3 温度传感器

智 能火灾报警器中的温度传感器型号为DSI8B20，检测温度的范围在-55℃~+125℃之间，其编程的分辨率范围为9~12位。在火灾现场，温度直接通过1-Wire方式进行传输，能够大大提高智能火灾报警系统的抵抗外界干扰的能力。另外，还能够将DSI8B20与2根或者3根的总线进行并联，但只需要一个端口就可以实现多方通信的目的，从而减少引线、电路的数量。

DSI8B20中的DO连接口语单片机中的PA3相连，可以实现温度的转换，同时DSI8B20使用外界电源的形式，其电压为3V~5.5V。使用温度传感器采集火灾现场的实际温度，其主要目的就是确定模糊量A的数值，从而完成模糊算法。

3.智能火灾报警器中的模糊算法

由于火灾现场的环境相对复杂，使得火灾信号具有一定的随机性，烟雾探测器无法确定烟雾的具体参数，同时环境与系统的噪音也会干扰烟雾的实际参数。因此，需要使用滤波方式处理A/D转换以后的参数，同时保障处理信号的算法可以适应火灾环境的变化，实现自动、准确探测火灾的目的，同时大幅降低火灾的误报率。另外，火灾现场的温度、声光、通信都会影响火灾报警的准确性，因此将模糊算法应用其中，能够有效的提高报警器对抗外界干扰的能力。迷糊算法在智能报警器中的实际应用如下：

3.1 建立数据模型

在模糊数学中，模糊逻辑能够精确的布尔逻辑无法确定的问题，因此可以将模糊算法应用在智能火灾报警器中。通过模糊算法，能够有效的解决报警阈值的变化与外界环境的干扰，提高火灾探测器的科学性与可靠性。具体的应用方式如下：如果阈值B0大于烟雾信号X时，可以认为没有火灾发生；当阈值B1小于信号X的数值时，便可以断定发生火灾；如果烟雾信号X的数值在B0与B1之间时，就是有可能发生火灾，而且X值越接近阈值B1，发生火灾的概率就越大。模糊算法的数据模型为：

在公式中，A表示火灾现场可能发生的模糊量，f(x)表示具体的隶属度。由于外界环境对烟雾信号的干扰具有瞬时性，因此为了提高探测器的抗干扰能力，可以使用窗口移动滤法，其滤波函数为：

此公式表示：当窗口的大小值为5时，f(x)的5次的连续值不等于0，此时计算K值，并比较K值与阈值K0的大小。如果K值等于K0或者大于K0，智能火灾报警器便会立即报警，反之则不会实行报警行动。

3.2 模糊算法在温度控制器中的应用

模糊量A与温度有着直接的关系，智能火灾报警器在检测火灾环境时，除了需要探测烟雾之外，要是利用温度传感器实时监测火灾现场的温度。在应用之前，模糊量A和温度之间的关系已经储存在单片机中，在监测温度时，单片机自动对照关系表，从而确定模糊量的具体值。另外，智能火灾探测器中的B0、B1、K03个阈值直接影响智能火灾报警器的精确程度，因此需要进行科学、合理的设置，保障智能报警的精度完全符合国家的相关规定，最大限度的降低火灾的误报率。

3.3 模糊算法在声光报警器中的应用

通常情况下，声光报警器会使用SL-200B防水性设备，同时采用具有抗老化效果的ABS阻燃外壳与高亮度闪灯管，具有低功耗、寿命长等特点，广泛应用于火灾严重、烟雾浓度高等事故场所。声光报警器的额定电压为DC-12V，电流大小为300mA，响度为110db，而灯管实际的闪烁频率为60次/s。运用模糊算法，只要声光报警器中的电压等于12V或者电流为300mA，都会立即发出火灾警报。但在实际应用的过程中，单片机无法直接驱动大功率的声光报警器，因此需要将9013型号的三极管与PAO相连，以此驱动继电器，进而实现控制声光报警器的目的，提高火灾警报的准确性。

4 结语

综上所述，智能火灾报警器中各个部件的设计、结构，都是为了采集相关数据，为模糊算法提供必要的参数。以此为基础，将模糊算法应用在智能火灾报警器中，能够有效的缩短火灾的报警时间，自动完成语音报警，减少误报率，降低经济、物质以及人员的损失。所以，为了能够在最短的时间完成自动报警，可以将模糊算法应用在智能火灾报警器中。

[1]王迪,郭莉莉,李晶晶,肖博仁．RFID射频识别技术在智能建筑火灾检测中的应用[J]．电子技术与软件工程,2016,24：135．

[2]陈虎,毕飞．独立式光电感烟火灾探测报警器技术在居住场所中的应用[J]．建设科技,2017,03：78-79．