基于光纖傳感技術的火災自動報警系統研究

張冠男 王明威

摘要：針對火災自動報警系統，在簡述傳統系統存在的不足和采用光纖傳感技術的重要性與必要性基礎上，對以光纖傳感技術為基礎的新型自動報警系統探測器與軟硬件設計進行深入分析。

關鍵詞：光纖傳感技術;火災自動報警系統

隨著建筑高度的不斷增加和使用功能的日益豐富，火災隱患越來越多，一旦建筑發生火災，尤其是高層建筑，將造成無法預估的傷亡與損失。對此，為將火災可能造成的損失降到最低，必須對火災自動報警引起足夠的重視，在現有自動報警系統基礎上引入光纖傳感技術，提高系統的自動化水平和報警及時性與準確性。

1 系統基本概述

火災一旦發生，將造成無法挽回的損失與傷亡，對于現代消防，需在形成足夠消防意識的基礎上，學習消防知識，配備消防器械，怎樣才能快速且準確的發現火情，是消防的重點所在，這往往需要采用自動報警系統來解決。就目前來看，在自動報警系統當中，以感煙探測器比較常用，它可以分成兩種類型，即離子型與光電型。對于傳統感言探測器，它主要存在以下幾個方面的問題：其一，由于存在電信號，所以在電磁輻射相對較大或易燃易爆場所中，會存在很大的安全隱患;其二，所用電子元器件容易發生老化和受潮，導致誤報或失靈;其三，結構較為復雜，后期養護需要投入很大的成本;其四，容易被飛蟲或灰塵所覆蓋，導致失靈，而且除塵難度相對較大;其五，離子源大多是放射性元素;其六，需要與報警控制器進行配合使用;最后，需要有人值守。以上問題的存在使其已經無法滿足現代消防需要，而光纖傳感技術的出現，為自動報警系統提出了新技術支持，可以設計出以光纖傳感技術為基礎的新型自動報警系統，用于解決傳統裝置存在的各項問題[1]。

以光纖傳感技術為基礎的新型自動報警系統，在復用技術的支持下，能節省光纖用量。單個單片機可連接多達16個新型探測器，兩個光源輪流發光，在其中一個光源發出光以后，光經過光纖進入到探測器，使探測器輸出光信號，光信號在電路信號中完成處理后根據地址完成定點監測。如果有人闖入，則探測器實際輸出的信號將明顯減弱，之后經過光電轉換和信號放大處理，由單片機進行對比分析，發出相應的聲光報警，并且還能進行短信發送與固話報警，由此實現無人值守的目標。通過通訊終端能將監控信息實時傳輸至值班室計算機，以此進行遠程在線監控。對于信息終端，它在整個系統當中是信息中轉站，大多安裝于值班室，在發生火情以后，通訊終端采用無線網絡對單片機發送的所有報警信息進行接收，然后根據接收到的信息進行聲光報警，使值班人員立即獲取現場實際情況。在中心控制室中還設有計算機，能對短信報警內容進行實時顯示、存儲與處理，同時利用計算機還能進行遠程訪問，由此極大的減少了人員的工作強度[2]。

2 系統探測器

該系統所用探測器為非功能型傳感器，如果煙霧從該傳感器中通過，則會使傳感器中的光纖發生光強變化，然后以軟件系列算法為依據確定是否有火情發生。在選定了光纖之后，光纖的半徑、衰減系數和長度均保持不變，靈敏度主要和煙霧的濃度有關。探測器主要由以下幾個部分構成：光源、光纖光纜（輸入和輸出）、頂座、平臺、壓塊、金屬網、煙霧入口、煙室、光電探測器。其中，光纖光纜軍均采用壓塊固定于平臺，在煙室的側面與底部均設有入口，用于煙霧的進入。光源發光后，在調制與耦合之后由光纖光纜傳輸，由光電探測器進行處理。在探測器的底部與周圍都設置了煙霧入口，火災或其他原因產生的煙霧在進入到煙室中后會使光強明顯減弱，此時探測器接收到的信號也將明顯減弱。如果煙霧的濃度持續升高，且到達報警的限值，則系統將發出相應的聲光報警，采用發送短信等方式為值班人員發送火情信息[3]。

3 軟硬件設計

3.1硬件

在以光纖傳感技術為基礎的新型自動報警系統中，單片機主要負責對信息進行采集和處理，他將stm32型處理器作為核心，包含以下幾個組成部分：第一，信號調制電路;第二，轉換模塊;第三，報警模塊。在單片機的驅動下，光源可進行發光，并能通過對通道的切換實現光電轉換，在產生信號后，在相應的電路中進行放大處理，用于信號采集，根據采集到的信號，確定是否存在異常，如果存在異常，則會給報警電路與報警模塊發送相應的信號，以此在發出聲光報警的同時，通過短信發送等形式，將火情信息發送給值班人員，可見該系統不僅靈活多變，而且便于維護。該系統的主控芯片主要采用stm32，在其內部定時器的作用下，可發送PWM，對于接收端的信號可通過ADC完成采集與處理。在PWM的作用下，單片機可以對光源進行驅動，并通過對模擬開關的切換，使每一個時刻都有至少一個光源點亮。探測器同樣采用多路開關實現切換，其切換與光源切換保持同步，在煙霧的實際濃度超過限值以后，將立即產生并發出報警信號。該系統首次啟動中將自動對光源發光強度進行調節，確保接收端所收接收信號處于有效范圍之內，如果接收端所受接收光強信號明顯減弱，則立即由軟件對接收到的信號進行處理，并判斷是否發生火情[4]。

3.2軟件

對于該系統的軟件，在設計過程中充分引入了模塊化思想，利用c語言等工具進行編程，使系統的結構更為清晰，而且還能為今后的功能擴展奠定良好的基礎。軟件設計以單片機防火為主，在對以光纖傳感技術為基礎的新型報警系統進行安裝調試的過程中，單片機是分配至不同探測器唯一且固定的地址。系統正式啟動后，應先實施初始化操作，在初始化操作完成以后，需要對探頭的信息進行配置，同時對完成配置探頭予以初始化操作，完成以上操作后，系統將正式進入監控的狀態[5]。在正常情況下，系統的顯示終端將不斷對單片機進行詢問，確認是否存在報警信息，如果存在報警信息，系統將先進行聲光報警，然后采用短信或撥打電話等方式，通知現場值班人員，為相關的值班人員提供火情的基本信息[6]。

4 結語

綜上所述，采用以光纖傳感技術為基礎的新型報警系統，能對多處火情進行同時監測，具有較高的靈敏度，而且誤報率很低，系統結構相對簡單，裝置體積較小，安裝與維護均十分方便，能極大的減少后期維護方面的成本。該系統的探測器主要采用光纖，不會受到電磁干擾，安全與可靠性較高。當多個探測器進行同時工作時，可實現點式定位，反應速度極快，在發現火情后，立即發出聲光報警，并采用短信或撥打電話等方式通知相應的值班人員，該系統不僅能在普通住宅中使用，還能在對防火有較高要求的建筑中使用，保證火災報警的及時性和準確性。

參考文獻：

[1]魏鵬，索輝，項暉.火電廠火災自動報警及消防聯動控制系統性能化設計[J].電站系統工程，2020，36（03）：79-80.

[2]徐遠飛.淺談基于火災自動報警聯網監控管理的城市消防遠程監控系統運用[J].今日消防，2020，5（03）：13-14.

[3]韓佳，黃炳，鐘子良.智能建筑火災自動報警系統設計研究[J].信息與電腦（理論版），2019，31（24）：53-55.

[4]和立科，李建軍，武斌，等.消防安防云智慧技術在建筑消防系統中的應用[J].城市住宅，2019，26（11）：150-151.

[5]吳威，孫雷，孫中義，錢濤，強超，劉笠，吳勇.綜合管廊工程中的火災自動報警系統設計[J].機械制造與自動化，2019，48（05）：171-172.

[6]劉磊.智能建筑火災自動報警與消防聯動系統設計研究[J].工程建設與設計，2019，10（18）：258-259.