基于ARM9的火灾报警系统设计

2021-07-17赵晖

消费电子 2021年6期

赵晖

【关键词】嵌入式系统;传感器;智能家

改革开放以后，我国经济发展迅速，科技日益更新，人们的生活水平大体上都得到了巨大的提高。随着人们生活的环境越来越好，人们对家庭环境的要求也日益提高，其中居住环境的安全性显得尤为重要[1]。如今我们家庭内部装修对于电器的使用越来越多[2]，同时煤气、天然气也普及到了家家户户，这为我们带来便利的同时也带来了极大的消防隐患。一场火灾会带来巨大的生命财产损失，所以将火灾扼杀在摇篮中至关重要，火灾自动报警系统就是为了实现这一目标。目前，国内研究的火灾报警系统主要服务于商场和高档小区，这类系统成本较高不适合家庭使用[3]。本文采用ARM技术设计了一款适用于家庭的火灾报警系统。

一、系统整体设计

本课题设计包含三个部分，分别是火灾探测部分、火灾监控部分以及火灾报警部分。当火灾未发生时，监控器将房间内的温度、烟雾浓度等数值实时传送到监控平台。当监控器检测到火灾有可能发生时，监控平台将火灾预警消息以短信方式发送给用户。当监控器检测结果为火灾的可能性较大时，监控平台会直接报警。

系统整体设计结构如图1。其中传感器信息采集模块为火灾探测部分，Exyons4412微处理器为火灾监控部分，GPRS模块和语音报警模块为火灾报警部分。火灾探测模块能够实时将传感器检测到的数据发送至监控平台。火灾监控平台负责对传感器发回的数据进行分析，判断是否有火灾发生，同时负责向用户和警方报警，以及控制蜂鸣器的开关。GPSR短信报警模块：负责在监控平台的指挥下完成现场紧急情况的分级报警工作。

二、系統硬件设计

此系统使用韩国三星公司生产的Exyons4412作为主控制器，协同温度传感器、烟雾传感器共同工作，主要负责室内温度、气体数据的采集和异常的判断及处理。硬件结构如图2所示。

（一）ARM9微处理器

Exynos4412又被称Exynos4 Quad，其核心板是基于Samsung Cortex-A9系列Exynos4412四核应用处理器，是三星的第一个四核处理器[4]。Exynos4412采用 Cortex-A9架构、SCP封装，在板上集成了2GB DDR3，8GB eMMC（Embedded Multi Media Card），提供专用的电源管理芯片。在制作工艺方面，Exynos4412采用32纳米工艺，这可以极大地减少它的功耗。该开发板拥有更丰富的外设接口和更高的主频，可靠性高、稳定性强，能够适用于需要有高性能和高处理能力的嵌入式系统应用场合。该开发板可以选配的模组有蓝牙、摄像头、无线等模组，这些丰富的模块能够为以后系统的升级开发作良好的铺垫。

（二）传感器信号采集

此系统主要采用温度传感器和烟雾传感器来完成信息的采集工作。火灾一旦发生，烟雾传感器和温度传感器会立即开始检测气体浓度和温度。倘若二者有一个达到或者超过所设定的浓度（温度）则触发蜂鸣器报警，并有相应的报警信号，如果两个都超过所设定的浓度（温度），则触发最高级报警信号。

此系统选择LM35温度传感器，在众多温度传感器当中LM35传感器使用最为广泛。此外因为它使用内部补偿，所以输出可以从0℃开始[5]。同时，LM35有多种不同封装型式。在常温下，LM35不需要额外的校准处理即可达到±1/4℃的准确率。

烟雾传感器选择MQ-2烟雾传感器。MQ-2是一种电阻控制型的气敏器件，它的阻值随被测气体的浓度变化而变化。MQ-2型传感器对液化气和天然气等厨房所使用的燃气有很高的灵敏度，能够有效地排除一些非可燃性烟雾对于传感器的干扰信息，因此它具有很好的抗干扰性。同时，MQ-2型传感器还具有良好的长期的稳定性和重复性。

（三） GPRS无线通信模块

GPRS（General Packet Radio Service）无线通信模块主要负责当家中发生火灾险情时向用户发生短信，以告知用户家中发生险情。GPRS功能的实现首先需要将手机卡插入到GPRS模块，然后将GPRS模块的串口和电脑主机相连。通过串口设备向 GPRS模块发送测试指令以检查GPRS模块是否完成准备工作;最后根据所需要求向GPRS模块发送AT指令[6]。