《火情评测预警与疏导系统设计》
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摘 要：“火情评测预警及疏导系统”是由火灾探测器、消防火灾报警主机、消防应急标志灯具、智能疏散系统控制主机等设备组成的一套智能消防疏散系统.通过传感器的数据采集功能、ZigBee信息无线通信技术以及计算机数据处理能力对管理空间的各个位置的环境进行检测和数据分析,以达到及时高效的火情判断、火势预测、火灾预警、自动灭火等功能,显示着火位置,并为紧急疏散逃生提供最佳逃生路线等智能指导.ZigBee网络化管理传感器能使火灾发生部分传感器失效时,整个系统仍然能够正常工作,保证了系统的可靠性.
关键词：火情评测;预警;疏导;系统
火灾早已成为我国常发性和破坏性以及影响力最强的灾害之一.从国内外的文献来看,对于火灾火势评测系统与人员紧急疏散系统相结合的研究少,主要侧重于人员疏散.鉴于此,设计出具有人机交互界面,可对应急标志灯具实时巡检、并与报警主机系统联动、在有火灾发生时根据起火位置智能选择最佳逃生路线进行疏散指示的综合系统显得尤为重要.
一、系统实现
本系统由探测器中的各类传感器进行数据采集,将采集的数据通过无线通信网络传入控制器,控制器对数据进行系统分析处理,当发生火灾时,控制器对火势大小、火势蔓延预测、可燃气体分析数据综合计算,并在显示终端输出着火位置、火情等级、最佳疏散逃生路线等.系统框架图如图1所示.
(一)实时监控信息的采集与传递
1.可燃气体与烟雾实时检测.基于优异性能的MQ-2可燃气体烟雾传感器对当前环境进行检测,单片机控制无线网络传输信号给控制器.当环境状况正常时,控制器不进行警告;当环境可燃气体或者烟雾超出预设范围时,控制器进行数据分析,并结合环境温度数据决定是否发出火灾预警或警报.
2.温度实时检测.本系统基于能受高温的铂热电阻温度传感器对当前温度进行检测,与烟雾传感器协同用无线网络传输数据给控制器,并由其判断是否发出預警或者警报.
(二)信息传输网络的建立与维护
该网络基于遵从ZigBee2007规范协议栈的Z-Stack的终端节点应用层设计.网络化管理传感器使得当火灾发生部分传感器失效时,整个系统仍然能够正常工作,保证了此系统的可靠性.在当前环境正常但传感器失效时,控制器进行数据分析,进行预告,以便技术人员进行维护.
二、显示终端智能化
显示终端包括电子屏和报警器,安放于整个防护对象的各个安全且醒目位置,正常状态处于休眠状态,当收到控制器信号时唤醒控制此系统中的单片机,控制系统进行各项活动,用于警示受困群众及提供最佳疏散逃生路径.
(一)报警系统
报警系统采用BC-6工业声光电子蜂鸣器,该报警器功率大、可靠性高,当收到报警信号后发声警示.
(二)电子屏
电子屏采用LED显示屏,LED显示屏具有成本低、质量稳定的特点.收到相应单片机的信号后显示最佳疏散路径高效指导受困人员疏散逃生.
三、控制器数据分析
控制计算机位于监控室,对无线网络传来的数据进行系统分析,并做出回应并执行相关策略.
(一)控制器相关数据设定
控制器数据设定包括传感器阈值设定、环境因素系数设定.控制器通过传感器传回的数据与设定阈值对比做出相应计算并回应,若发生火灾,控制器通过环境因素系数与现时状况数据综合分析得出着火位置、火情等级、火势预测、最佳疏散和逃生路线等其他重要信息并迅速有效地将其反馈到显示终端.
1.传感器阈值设定.控制器设定正常环境的相关数据阈值,当传感器传回的数据超过相对应的阈值时,开始进行异常分析.
2.环境数据设定.环境数据设定包括对建材、空间用途等环境因素数据进行设定.火势蔓延预测与空间中相关的材料可燃性有较大联系,用户输入建材类型与空间储存相关材料,计算机进行数据分析,得出材料的可燃性系数,从而在火灾发生时参与火势蔓延预测.
3.警报触动临界点及火情分段警报启动阈值设定.设定警报触动的临界点及火情分段警报阈值,经控制器分析后若数据超过临界点发生警报,并将分析后的数据与阈值进行对比,输出相应火警等级.
(二)数据处理
传感器的数据通过无线通信网络将数据传到控制器,控制器将通过所得数据和已设定的环境因素系数计算出火情出现的位置、火势预测信息、最佳疏散和逃生路径并传入显示终端,同时控制器将打开自动灭火装置.
1.传感器数据处理.正常环境下,将网络发来的数据与设定阈值进行对比：若正常则不做出紧急响应;若低于阈值,进行故障定位,提醒管理人员维修;若单一数据高于阈值,马上提醒管理人员,进行检查.
2.综合数据分析.若多组数据高于阈值,做出紧急反应：对多组异常数据进行定位,输出位置,并将此数据与火情分段警报阈值进行对比,输出相应火警等级,启动自动灭火装置,若火情等级低,则对相应楼层或区域显示终端发出信号警报,并在控制器端予以显示,为警报管理员做出相应决策提供帮助;若等级过高,则发出严重警报,将警报发至整个空间,并同时进行火势预测与最佳路径计算.数据处理过程包括如下几个阶段：（1）火情现状计算：控制器通过传感器的失效位置与数量计算火情并迅速判断输出火灾位置及火情等级、（2）火势蔓延预测,根据已有的火情数据以及设定的环境因素数据计算火势蔓延速度及区域、（3）最佳路径计算,根据已有火情数据以及蔓延预测数据,计算最佳疏散及逃生路径,并将此三组数据输出.
四、处理器总输出
处理器显示器在正常状态下检测数据,当出现以下情况时做出相应操作：（1）单一传感器数据低于阈值失效,显示该传感器位置.（2）单一传感器数据高于阈值时,警报通知管理员及控制相关区域报警通知.（3）多组传感器数据高于阈值时紧急报警,并显示火情区域及等级,输出火势蔓延预测数据、输出最佳疏散及逃生路线.以便报警人员能有效准确地完成报警操作,消防部门亦可迅速派出有效警力,使得受困群众能高效疏散及撤离火场.
五、电源设计
除控制器外,所有设备均采用独立电源设计,以增强此系统的可靠性和独立性.在有外接电源的情况下,设备电源充电,并以外界电源为工作电源;当外接电源无法供电时,由设备自带电源供电,确保各终端能正常高效工作.
六、总结
经实际测试,本系统能准确判断火灾现状及预测火情并将数据提供至报警人员,保证了报警及出警高效性,同时第一时间将疏散和逃生的引导信息传送至受困人员,显著提高了疏散和逃生效率.
【2018年浙江省大学生科技创新活动计划（新苗人才计划）资助项目（2018R454009）】
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系统设计引用文献:
[1] 最新超市管理系统设计论文选题参考 超市管理系统设计论文题目选什么比较好
[2] 优秀计算机控制系统设计论文选题 计算机控制系统设计论文题目怎样定
[3] 经典信息系统设计论文题目 信息系统设计毕业论文题目如何定
