孫曉通 張 超 紀(jì)仕鵬

（中國礦業(yè)大學(xué)銀川學(xué)院，寧夏 銀川750021）

1 概述

多傳感器融合又可以稱為多傳感器信息融合，廣泛稱作多傳感器數(shù)據(jù)融合。該想法于1973 年由美國國防部資助開發(fā)的聲納信號處理系統(tǒng)中首次提出，多傳感器數(shù)據(jù)融合是對各種不同信息的獲取、表達(dá)，以及其內(nèi)在聯(lián)系進(jìn)行綜合化處理和優(yōu)化的一種技術(shù)。

本設(shè)計來源于工程實踐該項目的特色及創(chuàng)新點是在原有單一功能報警器的基礎(chǔ)上進(jìn)行改進(jìn)和調(diào)整，使其多功能的傳感器進(jìn)行融合，改進(jìn)傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)、報警方式、在線監(jiān)控對原有的功能進(jìn)行了補(bǔ)充與完善不僅使它的可靠性高。而且降低了他的一個成本，使其檢測的功能更加廣泛作用效果更加明顯使報警器在改變外觀尺寸的條件下能夠做到一個最大化的功能擴(kuò)充。

2 多傳感器融合報警器的結(jié)構(gòu)設(shè)計

2.1 多傳感器融合報警器的組成結(jié)構(gòu)和工作原理

2.1.1 多傳感器融合報警器的組成結(jié)構(gòu)。多傳感器報警器將如圖1 將會由5 個模塊5 個傳感器模塊組成。多傳感器融合報警器外殼之間的連接將采用螺栓固定的方式。報警器傳感器模塊部分主要從符合人機(jī)交互的設(shè)計方向，進(jìn)行了現(xiàn)階段適合當(dāng)前社會的相關(guān)模塊的選用。語音播放模塊主要起到報警、通告的作用。數(shù)據(jù)分析模塊就是進(jìn)行危險評估。顯示模塊是直觀。

2.1.2 多傳感器融合報警器的工作原理。多傳感器融合報警器將以傳感器模塊和數(shù)據(jù)分析模塊為核心，語音模塊和顯示模塊為基礎(chǔ)。多傳感器融合報警器工作時，首先由傳感器模塊收集得到所在環(huán)境的實時數(shù)據(jù)，然后由產(chǎn)品內(nèi)置的數(shù)據(jù)分析模塊（EAIDK310 單片機(jī)）進(jìn)行數(shù)據(jù)整理與分析。分析將主要對產(chǎn)品現(xiàn)階段所在環(huán)境的相關(guān)屬性進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，并與設(shè)定正常的環(huán)境屬性值進(jìn)行對比分析。最后得到與正常環(huán)境屬性之間的變量差值。得到所在環(huán)境的差值后分析優(yōu)化之后，將所在環(huán)境中測得的相關(guān)環(huán)境信息進(jìn)行語音預(yù)報和顯示屏顯示，并且同時將信息發(fā)送至用戶與之相關(guān)連的設(shè)備中。以此方法達(dá)到預(yù)報提醒和危險報警的目的。

圖1 多傳感器融合報警器組成

2.2 多傳感器融合報警器設(shè)計

2.2.1 整體框架結(jié)構(gòu)布局。報警器的底座、上座和支架主要由使用廣泛的3D 打印材料構(gòu)成，最后的產(chǎn)品將會由螺栓固定。外觀采用圓弧五角星和房子樣式的組合設(shè)計。內(nèi)部采用模塊化分區(qū)設(shè)計，具備同一種作用的傳感器的放在同一位置。

圖2 多傳感器融合報警器結(jié)構(gòu)設(shè)計圖

內(nèi)部空間大，可以隨意更具用戶需求，自行選用添加其他模塊?，F(xiàn)階段多傳感器報警器整體基礎(chǔ)框架。該框架主要從現(xiàn)階段生活中最常見的幾個問題中，提出綜合解決方案。多傳感器報警器設(shè)計采用模塊化的設(shè)計，進(jìn)行各個部件的通訊與聯(lián)合工作。整體框架下多傳感器報警器中的眾多傳感器模塊通過單片機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)整合，網(wǎng)絡(luò)云數(shù)據(jù)分析。

2.2.2 多傳感器融合報警器設(shè)計。多傳感器融合報警器，內(nèi)部設(shè)計空間大，主要是方便顧客對報警器模塊進(jìn)行自己選擇，從而滿足顧客自己的需求。外觀采用圓角五角星、雙眼和房屋樣式組合設(shè)計，原因是時刻了解顧客的環(huán)境，從而預(yù)估危險的含義。是告訴顧客，您的安全，該產(chǎn)品時刻為你保障。如圖2 所示。

2.3 多傳感器融合報警器的模塊選用

2.3.1 單片機(jī)的選擇。由于本次設(shè)計，需要大量的數(shù)據(jù)分析，因此選用了與現(xiàn)階段相關(guān)性很強(qiáng)的AI 開發(fā)套件。綜合選擇，最后選取了EAIDK310 開發(fā)嵌入式開發(fā)板為基礎(chǔ)單片機(jī)，也就是分析數(shù)據(jù)、整合數(shù)據(jù)的。

2.3.2 其他附屬傳感器模塊的選擇。本設(shè)計選用了人體紅外傳感器模塊、超聲波測距模塊、煙霧傳感器模塊、溫度傳感器、火焰?zhèn)鞲衅髂K。其中人體紅外傳感器等其他相關(guān)傳感器，選用網(wǎng)絡(luò)中普遍使用的。原因是方便用戶進(jìn)行更換。固定所采用的螺栓為M12 內(nèi)六角自鎖緊螺栓。

2.4 多傳感器融合報警器的系統(tǒng)軟件設(shè)計

多傳感器融合報警器系統(tǒng)將有傳感器模塊收集程序、報警程序、數(shù)據(jù)分析綜合模塊組成。多傳感器融合報警器的基礎(chǔ)框架，是由不同模塊程序組合嵌套得到。當(dāng)程序開始后，單片機(jī)首先使得傳感器模塊初始化，以便獲得更加精確的數(shù)據(jù)。傳感傳感器收集程序模塊是一個獨立的核心模塊，也是多傳感器融合報警器最重要的數(shù)據(jù)供應(yīng)單位。數(shù)據(jù)從傳感器模塊中獲得后，進(jìn)入數(shù)據(jù)分析模塊對數(shù)據(jù)進(jìn)行分析對比，最后與設(shè)定正常的參數(shù)值取誤差范圍，并進(jìn)行閾值比對。如果測得的數(shù)據(jù)超過所設(shè)定的閾值范圍，則進(jìn)行多輪數(shù)據(jù)采集，比對分析，找出原因所在。之后，將危險向用戶進(jìn)行展示、通報。若測得的數(shù)據(jù)閾值遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過規(guī)定范圍，則直接向用戶發(fā)起刺耳的警報，并在警報過后告知正確的逃生方法和注意事項。

3 結(jié)論

本設(shè)計從報警器現(xiàn)階段的地位和未來的發(fā)展進(jìn)行了綜合分析，到最后通過對多傳感器融合報警器的整體結(jié)構(gòu)設(shè)計、各傳感器的選取和最后的三維實體建模和仿真分析最終實現(xiàn)設(shè)計了具有多傳感器的融合報警器，完成了對傳統(tǒng)報警器的更新和缺陷上的改進(jìn)，使報警器有了不一樣的發(fā)展空間和使用價值。