基于Arduino火灾短信预警系统设计

基于Arduino火灾短信预警系统设计

摘要：针对选择市面上的火灾预警的现状：功能单一、监测面窄、网络化水平低、智能化未实现、可视化不足的特点，我们通过Arduino平台的模块化，开源的特点，来做一套火灾短信预警的设备，通过烟雾传感器，温度传感器，温湿度传感器和火焰传感器的数据获取，让人们可以随时随地的获知安全情况，并且在提醒的方式实多功能化，通过短信GSM报警，LCD显示报警和声光报警，多种方式来进行警报，改善现状火灾监控的现状，让人们的安全获得更好的保障，避免财产的损失。

关键字：Arduino；火灾报警

第一章绪论 1

1.1研究背景 1

1.2火灾监控的现状 3

1.3火灾监控的意义 4

1.4本课题的目标 5

1.5总结 5

第二章整体架构 6

2.1 单片机的选择 6

2.1.1单片机 6

2.1.2 Arduino 7

2.2火焰传感器 7

2.4温度传感器 8

2.5温湿度传感器 9

2.6 GSM模块 10

2.7 LCD显示屏 12

2.8蜂鸣器 13

2.9 总结 14

第三章传感器功能的实现 15

3.1火焰传感器连接 15

3.2烟雾传感器连接 16

3.3温度传感器连接 17

3.4温湿度传感器简介 18

3.5 总结 19

第三章执行器的实现 20

4.1 GSM模块 20

4.2 LCD1602显示器 22

4.3蜂鸣器 26

4.4 总结 27

第五章结论与展望 28

5.1 总结 28

5.2 展望 29

致谢 30

参考文献 31

附录： 32

附录1: 32

第一章绪论

1.1研究背景

随着经济发展和电器的普及火灾成为了中主要的危险之一，据公安部消防局提供的《中国火灾统计年鉴》数据显示：2011年，全国共接报火灾12.5417万起，死亡1108人，受伤571人，直接财产损失20.6亿元。其中电气火灾3.796万起，电气火灾事故一直是居于整个火灾事故首位，占到总数的30.27%，由电气火灾造成的损失尤为惨重。

电气火灾预警对火灾发生可以第一时间进行预警，让人们将损失降到最低，避免了很多悲剧的发生，受到了市场的欢迎。据最近的NFPA（国家消防协会）的数据，2008年美国消防部门的反应估计为1,451,500火警。这些火灾导致3320人民兵死亡人员，16,705人民火伤害，直接财产损失估计为154.78亿美元。在这些火灾中，112,000人在商业或市政建筑物中得到回应。在超过一百五十亿美元的财产损失中，在这些非住宅建筑物中发生了381亿美元。这意味着非住宅/商业结构的报告事故平均损失超过34,000美元。这些事实纯粹简单，不能讲述灭火器对我们社会的真正价值的故事。如果火灾可以得到及时的预警，可以远远降低损失。

火灾监测可以检测到传感器数值的异常，来对人员产生警报，使火灾的发生可以立刻告知到安全人员，使火灾的危害降到最低。随着社会安全意识的提高，加上电气火灾预警设备的研发与持续走低的价格，使得更多的人会去选购火灾报警器来保证室内的安全。中国火灾监控预警的发展才刚刚开始，会有一个非常巨大的市场存在，目前中国有100多家企业经营者相应的火灾报警设备的制作与销售。

目前火灾监测分为这几种：

1)感温探测器

感温探测器按照方法分为定温式和差温式两种。

定温探测器是当温度传感器的场所温度上升到预定的温度时，直接发出警报，来提醒火灾的发生。温感元件有低熔点合金等。

差温式是当温度传感器在某一特定时间升温超过一定限度的时候进行报警，当短时间内升温过快，超过预定的阈值，会导致报警，直接发出警报，提示火灾的发生。

为了提高自动探测的准确性，可以将两者同时运用于报警器中。适用于火灾发展迅速，产生热，升温很快。

2)感光探测器

感光探测器可分红外线光电探测器和紫外线光电探测器两种。当着火时，并且向外辐射各种不同频段的辐射，有紫外线，光辐射和红外线。因为存在不同的辐射，所以有红外线光电探测器和紫外线光电探测器之分。

红外线探测器的敏感元件是由硫化铝、硫化镐等制成的光导电池，锗、硅光电池，锗、硅光电二极管和光电三极管等。当受到红外线辐射的时候，会产生电信号，并且通过放大器放大，来放大预警。

紫外线光电探测器用的是电子管，这种电子管对紫外线敏感，并且只对紫外线感到敏感。起火时，火焰对探测器发出紫外线的辐射，让探测器实现雪崩放电，来产生信号，经过放大，来起到预警的作用。

感光探测器适用方面比较局限，适用于突然起火的场合或者无烟雾的场合，不适合于有火花产生的场合，比如电焊场合。

3)感烟探测器

感烟探测器分为离子感烟探测器、光电感烟探测器和线型感烟探测器三种，它能在火焰没有出现阴燃时即发出警报，具有报警早的特点。

离子感烟探测器由是由温度传感器和信号回路组成，可以在温度传感器发出异常信号的时候，信号回路来进行预警。信号回路分成内电离室和外电离室。火灾时，会增大外电离室阻抗，而内电离室不变，来产生报警，实现火灾预警

光电感烟探测器结构比较简单。类似于一种集烟器。当有一定量的气体时，电流降低，当低到一定的阈值时，产生警报，从而来达到火灾预警的目的。适合在未产生明火的情况下使用。

线型感烟探测器有激光感烟探测器和红外线感烟探测器两种。其中红外线感烟用的比较多，因为当烟雾变浓，光的散射加大，电信号降低，当低到一定的阈值时，会进行火灾报警，这种感烟探测器适用于电站，机房，仓库等场合。

4)可燃气体探测器

可燃气体探测器的敏感元件，有铂金丝的元件，在上面涂上一层物质和催化剂、气敏半导体元件等。气敏半导体非常灵敏，哪怕很希望的改变也能被检测到。当有可燃气体存在，电阻值就会降低，当降低到一个足够低的阈值时，就会发出信号进行报警，以达到火灾预警的作用。

可燃气体探测器形态多样，可以适用于各种场合，可以便携，也可以做的很专业。

在一些天然气企业，或者易有可燃气体泄漏的企业，经常使用可燃气体探测器，来进行火灾预警，这样可以将火灾扼杀在萌芽里，防止悲剧的发生。

1.2火灾监控的现状

1)虽然现在的火灾报警可以全天候的精确的检测出电路的漏电，温度变化等火灾的基本参数，当有不寻常的情况发生的时候，可以迅速发现出现故障的点，可以迅速定位进行排查，将即将发生的火灾阻止起来，相比起传统的人为检测手段确实发展很快，却也有很多的不足，有相当大的提升和改进的空间。

2)功能简单，只能实现检测和报警，并不会对产生故障原因和对未来趋势的预测。

3)监测面窄。缺乏对电缆的的安全的监控，更多的都是对低压设备进行检测，而对专业应用没什么发展

4)使用麻烦，只能现场进行检测和报警，并不能远程进行警报，当人们不再固定地点的时候，经常会收不到通知，让火灾的监控失去意义，而对于企业，需要有专人坚守在检测器旁看数据的变化，浪费了人力与物力。

5)智能水平低下，只能实现监测，并不能对状态进行足够的监测，导致往往火灾已经发生了才进行警报

6)报警手段单一，当人们处于其他忙碌状态经常会产生漏过报警的情况，并不能完全有效的通知到需要被通知的人，让有时候火灾监测变得不那么好用。

7)通过上述缺点，我个人对火灾监控的未来发展提出一些小的建议

8)模块化系统，火灾预警不再是简简单单的一个报警器而已，而是可以通过不同方法监测的组合达到一个相对更精确的预警，然后通过模块化设计，让报警手段变的更多样，不再让人们错过很多不能错过的火灾预警，造成更多的本来可以避免的财产损失。

9)功能多样化，让高电压和低电压都成为被监测的目标，实现更为细致的状态监测，对于高电压设备和漏电电流进行全方面的监测，让其不仅可以适用于民用更可以适用于专业领域，这样不论从成本的摊平还是对安全的警报都更加到位。

10)智能化，让火灾预警器不再是冰冷冷的机器，而是一个可以会让人更加省心的机器，让人们对故障的原因，故障的地点以及对未来故障的监测都非常清晰的提供出来，让人们对火灾监测器锁产生的结果更加有信心。

11)报警的多样化，让人们对于火灾预警的结果获取方式更加多样，并不会再仅限于声光或者文字监控，将人们局限在一个很小的范围，通过其他方法的监测，让人们可以随时随地的获得火灾的信息，让损失降到最低

1.3火灾监控的意义

1)监控系统的运行

可以对整个电气系统进行监测，可以直观的检测到目前的状态，可以很容易的避免火灾的发生或者立即解决发生的问题，当然还可以远程协作控制，让监控变得更易用，更好用

2)分析电能消耗

通过电能分析和电能消耗的分析，可以更加直观的了解电能质量，也可以检测是否有漏电短路或者温度不稳定的情况，这样可以最大程度的了解消耗情况，让风险降到最低，并且可以了解实际使用的功率，可以作为日后判断故障的依据。

3)预防电气火灾

当然电气火灾的预防，是使用电气火灾监控系统的最大用处，连续的监控电气设备的电压以及电流和电源接头的温度等变化，如果在正常幅度内就可以不用担心，如果有任何的一样，监控系统就会出现报警，同时会持续为配电设备提供预防性的维护，让电气火灾的发生率降低，得到非常好的预防功能，保证用户的生命和财产安全，让预防效果非常的明显。

4)报警以及情况的管理

同时不管是电气设备运行出现的各种问题和故障，电气火灾监控系统都能及时的报警，同时在运行的过程当中，除了很好的报警作用之外，还可以为系统提供源源不断的维持补偿功能，让电气设备的运行，可以有更大的安全性保证。

1.4本课题的目标

本课题希望通过总结传统电气火灾预警的缺点与优点，希望将传统电气火灾预警的优点：精准的火灾预警，迅速反应，定位排查等集成在本课题的产品中并且将缺点：使用麻烦，功能简单，智能化低下等缺点改善，做一个既准确及时，又简单易用，功能多样，多种报警方式，使火灾报警的效率与及时性达到新的水平。

1.5总结

本章通过总结火灾预警的重要性，以及现有电气火灾预警器的优缺点，并且将优缺点相总结，在此基础上，确立自己课题的目标，为后面的进行打下了基础和确立了目标。

参考文献

[1]中华人民共和国国务院，国家中长期科学和技术发展规划纲要[N].北京，人民日报， 2006.2

[2]孟祥莲.嵌入式系统原理及应用教程[M].北京：清华大学出版社.2010.9

[3][印]Mohit Arora；李海东著 [译者]李海东译. 硬件架构的艺术:数字电路的设计方法与技术[M]. 机械工业出版社. 2014.3(1)

[4]龚佑红.周友兵. 数字通信技术及应用[M]. 电子工业出版社. 2014.7(3)

[5]魏伟.胡玮.王永清. 嵌入式硬件系统接口电路设计[M]. 化学工业出版社.2014.6(3)