趙暉

【關鍵詞】嵌入式系統(tǒng);傳感器;智能家

改革開放以后，我國經(jīng)濟發(fā)展迅速，科技日益更新，人們的生活水平大體上都得到了巨大的提高。隨著人們生活的環(huán)境越來越好，人們對家庭環(huán)境的要求也日益提高，其中居住環(huán)境的安全性顯得尤為重要[1]。如今我們家庭內(nèi)部裝修對于電器的使用越來越多[2]，同時煤氣、天然氣也普及到了家家戶戶，這為我們帶來便利的同時也帶來了極大的消防隱患。一場火災會帶來巨大的生命財產(chǎn)損失，所以將火災扼殺在搖籃中至關重要，火災自動報警系統(tǒng)就是為了實現(xiàn)這一目標。目前，國內(nèi)研究的火災報警系統(tǒng)主要服務于商場和高檔小區(qū)，這類系統(tǒng)成本較高不適合家庭使用[3]。本文采用ARM技術設計了一款適用于家庭的火災報警系統(tǒng)。

一、系統(tǒng)整體設計

本課題設計包含三個部分，分別是火災探測部分、火災監(jiān)控部分以及火災報警部分。當火災未發(fā)生時，監(jiān)控器將房間內(nèi)的溫度、煙霧濃度等數(shù)值實時傳送到監(jiān)控平臺。當監(jiān)控器檢測到火災有可能發(fā)生時，監(jiān)控平臺將火災預警消息以短信方式發(fā)送給用戶。當監(jiān)控器檢測結(jié)果為火災的可能性較大時，監(jiān)控平臺會直接報警。

系統(tǒng)整體設計結(jié)構(gòu)如圖1。其中傳感器信息采集模塊為火災探測部分，Exyons4412微處理器為火災監(jiān)控部分，GPRS模塊和語音報警模塊為火災報警部分?；馂奶綔y模塊能夠?qū)崟r將傳感器檢測到的數(shù)據(jù)發(fā)送至監(jiān)控平臺?；馂谋O(jiān)控平臺負責對傳感器發(fā)回的數(shù)據(jù)進行分析，判斷是否有火災發(fā)生，同時負責向用戶和警方報警，以及控制蜂鳴器的開關。GPSR短信報警模塊：負責在監(jiān)控平臺的指揮下完成現(xiàn)場緊急情況的分級報警工作。

二、系統(tǒng)硬件設計

此系統(tǒng)使用韓國三星公司生產(chǎn)的Exyons4412作為主控制器，協(xié)同溫度傳感器、煙霧傳感器共同工作，主要負責室內(nèi)溫度、氣體數(shù)據(jù)的采集和異常的判斷及處理。硬件結(jié)構(gòu)如圖2所示。

（一）ARM9微處理器

Exynos4412又被稱Exynos4 Quad，其核心板是基于Samsung Cortex-A9系列Exynos4412四核應用處理器，是三星的第一個四核處理器[4]。Exynos4412采用 Cortex-A9架構(gòu)、SCP封裝，在板上集成了2GB DDR3，8GB eMMC（Embedded Multi Media Card），提供專用的電源管理芯片。在制作工藝方面，Exynos4412采用32納米工藝，這可以極大地減少它的功耗。該開發(fā)板擁有更豐富的外設接口和更高的主頻，可靠性高、穩(wěn)定性強，能夠適用于需要有高性能和高處理能力的嵌入式系統(tǒng)應用場合。該開發(fā)板可以選配的模組有藍牙、攝像頭、無線等模組，這些豐富的模塊能夠為以后系統(tǒng)的升級開發(fā)作良好的鋪墊。

（二）傳感器信號采集

此系統(tǒng)主要采用溫度傳感器和煙霧傳感器來完成信息的采集工作?；馂囊坏┌l(fā)生，煙霧傳感器和溫度傳感器會立即開始檢測氣體濃度和溫度。倘若二者有一個達到或者超過所設定的濃度（溫度）則觸發(fā)蜂鳴器報警，并有相應的報警信號，如果兩個都超過所設定的濃度（溫度），則觸發(fā)最高級報警信號。

此系統(tǒng)選擇LM35溫度傳感器，在眾多溫度傳感器當中LM35傳感器使用最為廣泛。此外因為它使用內(nèi)部補償，所以輸出可以從0℃開始[5]。同時，LM35有多種不同封裝型式。在常溫下，LM35不需要額外的校準處理即可達到±1/4℃的準確率。

煙霧傳感器選擇MQ-2煙霧傳感器。MQ-2是一種電阻控制型的氣敏器件，它的阻值隨被測氣體的濃度變化而變化。MQ-2型傳感器對液化氣和天然氣等廚房所使用的燃氣有很高的靈敏度，能夠有效地排除一些非可燃性煙霧對于傳感器的干擾信息，因此它具有很好的抗干擾性。同時，MQ-2型傳感器還具有良好的長期的穩(wěn)定性和重復性。

（三） GPRS無線通信模塊

GPRS（General Packet Radio Service）無線通信模塊主要負責當家中發(fā)生火災險情時向用戶發(fā)生短信，以告知用戶家中發(fā)生險情。GPRS功能的實現(xiàn)首先需要將手機卡插入到GPRS模塊，然后將GPRS模塊的串口和電腦主機相連。通過串口設備向 GPRS模塊發(fā)送測試指令以檢查GPRS模塊是否完成準備工作;最后根據(jù)所需要求向GPRS模塊發(fā)送AT指令[6]。

三、系統(tǒng)軟件設計

火災報警系統(tǒng)控制以ARM9微處理器為核心，支持匯編語言和C語言。系統(tǒng)控制流程圖如圖3所示：

如果警報級別高于1級就出觸發(fā)短信報警功能。短信報警功能實現(xiàn)的流程圖如圖4：

四、結(jié)束語

本智能家居火災報警系統(tǒng)設計的主要目的是當住戶不在家時，如果家中發(fā)生火災能夠及時地通過GPRS模塊通知住戶，并且報警。可以盡早地叫消防人員來撲滅火災，將火災扼殺在搖籃里，把火災造成的損失降到最小。與傳統(tǒng)的火災報警系統(tǒng)相比，本系統(tǒng)的成本消耗更低，適合普通家庭使用。