基于光纤传感技术的火灾自动报警系统研究

张冠男 王明威

摘要：针对火灾自动报警系统，在简述传统系统存在的不足和采用光纤传感技术的重要性与必要性基础上，对以光纤传感技术为基础的新型自动报警系统探测器与软硬件设计进行深入分析。

关键词：光纤传感技术;火灾自动报警系统

随着建筑高度的不断增加和使用功能的日益丰富，火灾隐患越来越多，一旦建筑发生火灾，尤其是高层建筑，将造成无法预估的伤亡与损失。对此，为将火灾可能造成的损失降到最低，必须对火灾自动报警引起足够的重视，在现有自动报警系统基础上引入光纤传感技术，提高系统的自动化水平和报警及时性与准确性。

1 系统基本概述

火灾一旦发生，将造成无法挽回的损失与伤亡，对于现代消防，需在形成足够消防意识的基础上，学习消防知识，配备消防器械，怎样才能快速且准确的发现火情，是消防的重点所在，这往往需要采用自动报警系統来解决。就目前来看，在自动报警系统当中，以感烟探测器比较常用，它可以分成两种类型，即离子型与光电型。对于传统感言探测器，它主要存在以下几个方面的问题：其一，由于存在电信号，所以在电磁辐射相对较大或易燃易爆场所中，会存在很大的安全隐患;其二，所用电子元器件容易发生老化和受潮，导致误报或失灵;其三，结构较为复杂，后期养护需要投入很大的成本;其四，容易被飞虫或灰尘所覆盖，导致失灵，而且除尘难度相对较大;其五，离子源大多是放射性元素;其六，需要与报警控制器进行配合使用;最后，需要有人值守。以上问题的存在使其已经无法满足现代消防需要，而光纤传感技术的出现，为自动报警系统提出了新技术支持，可以设计出以光纤传感技术为基础的新型自动报警系统，用于解决传统装置存在的各项问题[1]。

以光纤传感技术为基础的新型自动报警系统，在复用技术的支持下，能节省光纤用量。单个单片机可连接多达16个新型探测器，两个光源轮流发光，在其中一个光源发出光以后，光经过光纤进入到探测器，使探测器输出光信号，光信号在电路信号中完成处理后根据地址完成定点监测。如果有人闯入，则探测器实际输出的信号将明显减弱，之后经过光电转换和信号放大处理，由单片机进行对比分析，发出相应的声光报警，并且还能进行短信发送与固话报警，由此实现无人值守的目标。通过通讯终端能将监控信息实时传输至值班室计算机，以此进行远程在线监控。对于信息终端，它在整个系统当中是信息中转站，大多安装于值班室，在发生火情以后，通讯终端采用无线网络对单片机发送的所有报警信息进行接收，然后根据接收到的信息进行声光报警，使值班人员立即获取现场实际情况。在中心控制室中还设有计算机，能对短信报警内容进行实时显示、存储与处理，同时利用计算机还能进行远程访问，由此极大的减少了人员的工作强度[2]。

2 系统探测器

该系统所用探测器为非功能型传感器，如果烟雾从该传感器中通过，则会使传感器中的光纤发生光强变化，然后以软件系列算法为依据确定是否有火情发生。在选定了光纤之后，光纤的半径、衰减系数和长度均保持不变，灵敏度主要和烟雾的浓度有关。探测器主要由以下几个部分构成：光源、光纤光缆（输入和输出）、顶座、平台、压块、金属网、烟雾入口、烟室、光电探测器。其中，光纤光缆军均采用压块固定于平台，在烟室的侧面与底部均设有入口，用于烟雾的进入。光源发光后，在调制与耦合之后由光纤光缆传输，由光电探测器进行处理。在探测器的底部与周围都设置了烟雾入口，火灾或其他原因产生的烟雾在进入到烟室中后会使光强明显减弱，此时探测器接收到的信号也将明显减弱。如果烟雾的浓度持续升高，且到达报警的限值，则系统将发出相应的声光报警，采用发送短信等方式为值班人员发送火情信息[3]。

3 软硬件设计

3.1硬件

在以光纤传感技术为基础的新型自动报警系统中，单片机主要负责对信息进行采集和处理，他将stm32型处理器作为核心，包含以下几个组成部分：第一，信号调制电路;第二，转换模块;第三，报警模块。在单片机的驱动下，光源可进行发光，并能通过对通道的切换实现光电转换，在产生信号后，在相应的电路中进行放大处理，用于信号采集，根据采集到的信号，确定是否存在异常，如果存在异常，则会给报警电路与报警模块发送相应的信号，以此在发出声光报警的同时，通过短信发送等形式，将火情信息发送给值班人员，可见该系统不仅灵活多变，而且便于维护。该系统的主控芯片主要采用stm32，在其内部定时器的作用下，可发送PWM，对于接收端的信号可通过ADC完成采集与处理。在PWM的作用下，单片机可以对光源进行驱动，并通过对模拟开关的切换，使每一个时刻都有至少一个光源点亮。探测器同样采用多路开关实现切换，其切换与光源切换保持同步，在烟雾的实际浓度超过限值以后，将立即产生并发出报警信号。该系统首次启动中将自动对光源发光强度进行调节，确保接收端所收接收信号处于有效范围之内，如果接收端所受接收光强信号明显减弱，则立即由软件对接收到的信号进行处理，并判断是否发生火情[4]。

3.2软件

对于该系统的软件，在设计过程中充分引入了模块化思想，利用c语言等工具进行编程，使系统的结构更为清晰，而且还能为今后的功能扩展奠定良好的基础。软件设计以单片机防火为主，在对以光纤传感技术为基础的新型报警系统进行安装调试的过程中，单片机是分配至不同探测器唯一且固定的地址。系统正式启动后，应先实施初始化操作，在初始化操作完成以后，需要对探头的信息进行配置，同时对完成配置探头予以初始化操作，完成以上操作后，系统将正式进入监控的状态[5]。在正常情况下，系统的显示终端将不断对单片机进行询问，确认是否存在报警信息，如果存在报警信息，系统将先进行声光报警，然后采用短信或拨打电话等方式，通知现场值班人员，为相关的值班人员提供火情的基本信息[6]。

4 结语

综上所述，采用以光纤传感技术为基础的新型报警系统，能对多处火情进行同时监测，具有较高的灵敏度，而且误报率很低，系统结构相对简单，装置体积较小，安装与维护均十分方便，能极大的减少后期维护方面的成本。该系统的探测器主要采用光纤，不会受到电磁干扰，安全与可靠性较高。当多个探测器进行同时工作时，可实现点式定位，反应速度极快，在发现火情后，立即发出声光报警，并采用短信或拨打电话等方式通知相应的值班人员，该系统不仅能在普通住宅中使用，还能在对防火有较高要求的建筑中使用，保证火灾报警的及时性和准确性。

参考文献：

[1]魏鹏，索辉，项晖.火电厂火灾自动报警及消防联动控制系统性能化设计[J].电站系统工程，2020，36（03）：79-80.

[2]徐远飞.浅谈基于火灾自动报警联网监控管理的城市消防远程监控系统运用[J].今日消防，2020，5（03）：13-14.

[3]韩佳，黄炳，钟子良.智能建筑火灾自动报警系统设计研究[J].信息与电脑（理论版），2019，31（24）：53-55.

[4]和立科，李建军，武斌，等.消防安防云智慧技术在建筑消防系统中的应用[J].城市住宅，2019，26（11）：150-151.

[5]吴威，孙雷，孙中义，钱涛，强超，刘笠，吴勇.综合管廊工程中的火灾自动报警系统设计[J].机械制造与自动化，2019，48（05）：171-172.

[6]刘磊.智能建筑火灾自动报警与消防联动系统设计研究[J].工程建设与设计，2019，10（18）：258-259.