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随着经济建设和城市的迅速发展,工业与民用建筑日趋增多,为了保护人民财产和生命的安全,消防监控已经成为现代楼宇设计中不可缺少的组成部分。 任何燃烧或火灾,在其初始发展阶段,都将伴随烟雾、热量和火焰的产生,烟、热、光是物质燃烧的三大特征。火灾早期预报的重要手段,就是通过安装在现场的各类火灾探测器对火灾产生的烟、热、光等参量做出有效的响应,即应用相应的敏感元件,将表征火灾参数的物理量转化为电信号,通过电子线路将其放大、变换、传输、处理,发出报警信号,并以特定的音箱和闪光报警信号引起人们的警觉,呼唤工作人员采取必要的灭火措施,有效地制止火灾的发生。目前使用的火灾报警探测器多数采取单传感器对火灾的某一特性进行监测(如气体温度、烟雾浓度等),系统灵敏度完全依赖传感器的灵敏度。实际应用中经常会因为受到环境的干扰而采集到错误信息,这就导致了漏检、误报情况的出现。 基于模糊神经网络的火灾报警系统充分利用模糊系统推理能力强和神经网络学习适应能力强的优点,提高传感器的灵敏度和整个系统的韧性,大大降低火灾的漏报率和误报率,提高了火灾报警系统的可信度和可靠度。火灾监控系统一般由火灾探测器、区域报警器和集中报警器组成。也可以根据工程的要求与各种灭火设施和通信装置联动,形成中心控制系统,由火灾自动报警、自动灭火、安全疏散诱导、系统过程显示、消防档案管理等组成一个完整的消防控制系统。
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基于模糊神经网络的火灾报警系统的设计
1.概述
随着经济建设和城市的迅速发展,工业与民用建筑日趋增多,为了保护人民财产和生
命的安全,消防监控已经成为现代楼宇设计中不可缺少的组成部分。
任何燃烧或火灾,在其初始发展阶段,都将伴随烟雾、热量和火焰的产生,烟、热、
光是物质燃烧的三大特征。火灾早期预报的重要手段,就是通过安装在现场的各类火灾探
测器对火灾产生的烟、热、光等参量做出有效的响应,即应用相应的敏感元件,将表征火
灾参数的物理量转化为电信号,通过电子线路将其放大、变换、传输、处理,发出报警信
号,并以特定的音箱和闪光报警信号引起人们的警觉,呼唤工作人员采取必要的灭火措施
有效地制止火灾的发生。目前使用的火灾报警探测器多数采取单传感器对火灾的某一特性
进行监测(如气体温度、烟雾浓度等),系统灵敏度完全依赖传感器的灵敏度。实际应用中经
常会因为受到环境的干扰而采集到错误信息,这就导致了漏检、误报情况的出现。
基于模糊神经网络的火灾报警系统充分利用模糊系统推理能力强和神经网络学习适应
能力强的优点,提高传感器的灵敏度和整个系统的韧性,大大降低火灾的漏报率和误报率,提
高了火灾报警系统的可信度和可靠度。火灾监控系统一般由火灾探测器、区域报警器和集
中报警器组成。也可以根据工程的要求与各种灭火设施和通信装置联动,形成中心控制系
统,由火灾自动报警、自动灭火、安全疏散诱导、系统过程显示、消防档案管理等组成一
个完整的消防控制系统。
2.系统总体设计
(1)基于模糊神经网络的火灾探测原理
图 1 信号处理示意图
对从现场采集的信号进行处理,如图 1 所示。系统从环境状态中提取反映火灾的关键参
数烟雾浓度信号 s、温度信号 t、气体信号 g,并经过预处理得到参数:烟雾浓度变化信号
、温度变化信号 、气体变化信号 。由于参数数目多,考虑对 6 个信号归一化后进
行信号融合处理,具体处理如下:S=a*s+(1-a)* ;T=b*t+(1-b)* ;G=c*g+(1-
c)* 。a、b、c 均为 0 到 1 之间的数,具体的值可以根据专家经验,在不同的情况进行调
整。
基于模糊神经网络的火灾探测结构如图 2 所示,训练模型和预报模型均采用神经网络,
训练模型将由训练样本得到的神经网络连接弧权值赋予火灾预报模型。火灾预报模型对融
合得到的 S、T、G 信号进行处理:根据规则进行学习,通过调整权值、阈值,使得网络实际
输出与期望输出误差均方值最小。神经网络的输出再经过模糊推理系统,给出火灾报警结果。
图 2 基于模糊神经网络的火灾探测结构图
(2)神经网络信号的处理及确定
神经网络有很强的环境适应性、学习能力、容错能力和并行处理能力。通过调整系统
赋予各种传感器不同的权重系数,可以提高系统的适应能力,降低误报警率。本设计中采用
3 层 BP 神经网络。3 输入分别为处理后的烟雾、温度、气体信号;3 输出分别为无火、明
火、阴燃火的概率。网络的隐层神经元个数至关重要,如果过少,网络不能具有必要的学习
能力和信息处理能力;如果过多,不仅仅加大了网络结构的复杂性,在学习过程中还容易陷
入极小点,使得学习速度变慢。根据 kolmogorov 定理隐层神经元个数可选择为 2n+1,n
指的是输入层的因子个数,那么隐层就应该采用 7 个神经元。神经网络结构如图 3。
图 3 神经网络的结构
通过上面的叙述可知,消防火灾自动报警控制系统主要应具有以下的功能:
1) 火灾自动检测报警功能。当接收到火灾探测器送来的火灾报警信号后,应立即由
监控状态转为报警状态,发出报警信号;火灾指示灯闪亮,音箱装置发出火警信
号,显示屏显示报警房间号,并记录报警时间,如有必要还应打印报警信息。
2) 短线故障自动报警功能。当探测器到报警器之间的连线短路或断路时,应发出相
应的报警信号。
3) 自检功能。为保证每个探测器及报警控制器单元电路始终处于正常工作状态,报
警控制器应设有自检按键,供值班工作人员随时对系统功能进行检查。
4) 火警优先功能。如果系统正处于故障报警状态发生火警信号或二者同时发生,应
优先置为火警状态。
5) 联动功能。系统应具有手动、自动方式启动消防灭火设备实施灭火功能。
6) 其他。如过压保护、过流保护、备用电源自动充电、欠压报警等功能。
3.系统硬件电路设计
硬件电路框图如图 4 所示,在给硬件系统中,主要由核心电源电路、温度检测电路、
键盘扩展电路、LCD 显示电路、打印机输出电路、声光控制电路、通信接口电路等单元组
成。
图 4 系统电路框图
(1) 核心电源电路
综合考虑系统扩展的方便性、系统工作的可靠性、性价比等因素,系统主机新片采用
MCS—51 系列的 8031 型芯片,目前在 MCS—51 型单片机系统中常用作程序存储器的芯
片有 EPROM 型和 EEPROM 型两种,从性能和价格角度考虑,并结合系统特点,在报警
系统中选用 EPROM 型 2764 芯片,扩展的数据存储器则选用 6264 型。
由于系统扩展单元电路较多,为了编制方便,采用 74HC138 译码器芯片产生片选信
号。P0 口的地址锁存采用 74HC373 锁存器。
串行通信电路
行通信电路
时钟电路
复位电路
电源接口电路
MCS-51
A/D 转换电路
键盘接口电路
LCD 显示电路
声光控制电路
RAM 扩展电路
ROM 扩展电路
温度检测电路
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yangcongdan
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