1、2023年/第11期 物联网技术全面感知 Comprehensive Perception350 引 言随着社会的发展，我国城市现代化程度不断提高的同时，火灾事故也日渐增多。根据 2020 年火灾数据显示，2020 年一共发生 25.2 万次火灾，1 183 人死于火灾，775 人因火灾而受伤，一共造成损失高达 40.9 亿元1。火灾是危害公共安全的最常见的重大灾害之一2。火灾监测报警系统是人们预防火灾的重要手段，能够在火灾初期及时发现火情为火灾扑救和人员疏散赢得时间3，从而大大减少人员伤亡4。本文设计一套无线火灾监测报警系统，选用低成本、低功耗的ZigBee 无线通信技术，将烟雾传感器、一氧
2、化碳传感器采集到的信息通过 STM32 单片机处理后无线传输给电脑端实时显示，并在数据异常时发出警报，使负责人提高警惕，起到火灾预警的效果。1 系统总体结构本文设计了一种基于 ZigBee 技术与 STM32 单片机的室内火灾监测报警系统。该系统以 ZigBee 通信技术为纽带，通过烟雾传感器、一氧化碳传感器采集数据，将单片机与DL-20 模块连接，通过 DL-20 无线传输模块将信息传送给电脑端，并通过串口打印的方式查看实时显示的数据。当传感器检测到的烟雾等数值超过阈值时，单片机将通过串口给有源蜂鸣器一个下拉信号，触发报警。2 系统硬件设计系统采用 STM32F103C8T6 最小系统板作为
3、主控模块，采用模块化的设计思路，将 MQ-2、MQ-7 传感器模块，按需求与开发板的各引脚连接。通过单片机接收并处理数据，通过阈值比较的方式来决定是否触发蜂鸣器报警。系统选用DL-20 无线串口模块，将单片机串口发送的传感器采集的数据发出。系统硬件接线图如图 1 所示。2.1 最小系统设计系统选用 STM32F103C8T6 最小系统板，其拥有 48 个引脚，电源供电电压为 3.3 V，环境适应温度为-40 80，其可全年在各种温度环境下工作，具有功耗低的优点。最小系统板包括复位电路和时钟电路。复位电路可在每次给系统上电时对系统进行复位，也可在系统需要时进行手动复位。2.2 通信模块设计Zig
4、Bee 是一种低速、短距离传输的无线网上协议，具备低成本、低功耗、低时延、可靠等特点5，ZigBee 技术免协议专利费、芯片价格低，更适用于无线智能家居的应用 场景6。系统选用 DL-20 无线串口模块，其是一款基于 UART接口的全双工无线透明传输模块，采用 CC2530 芯片，符合IEEE 802.15.4 协议，可通过无线将两个或多个串口连接起来。DL-20 模块可以配置点对点模式和广播模式，此系统将两个 DL-20 模块分别配置为 A 端和 B 端，在同一个频道下进行点对点通信。在点对点通信模式下可保证数据丢失率为0。使用 DL-20 与电脑进行串口通信时，需使用 CH340 芯片。C
5、H340 芯片模块是一个 USB 总线的转接芯片，实现 USB 转TTL。通过串口的正确连接实现 DL-20 模块与电脑之间的通信。通信模块实物如图 2 所示。2.3 数据采集模块2.3.1 烟雾传感器液化气等可燃气体的泄露是火灾发生的重大隐患，MQ-2传感器通常用于家庭和工厂的气体泄漏监测装置中，适宜于液化气、苯、烟雾、酒精等气体的探测7。此传感器可以测基于 ZigBee 的室内火灾监测报警系统费正龙（安徽理工大学，安徽 淮南 232001）摘 要：火灾是危害公共安全和社会发展的重大灾害之一，火灾监测报警系统是人们预防火灾的重要手段，及时的火灾报警可为火灾扑救和人员撤离提供时间，大大减少人员
6、伤亡。文中设计了基于 ZigBee 的室内火灾监控报警系统，通过对烟雾浓度以及一氧化碳浓度的实时监测，判断是否进行报警，并通过 DL-20 模块将数据传输给火灾监测系统实时显示。该系统运行稳定、成本低、实时性好，能够为室内火灾起到预警作用。关键词：火灾监测报警；STM32；ZigBee；烟雾浓度；一氧化碳浓度；传感器中图分类号：TP39；TN92 文献标识码：A 文章编号：2095-1302（2023）11-0035-02DOI：10.16667/j.issn.2095-1302.2023.11.009收稿日期：2022-12-07 修回日期：2023-01-05物联网技术 2023年/第11
7、期 全面感知 Comprehensive Perception36图 2 通信模块实物2.3.2 一氧化碳传感器考虑到家中常因电线绝缘层老化破损而发生火灾，常用作绝缘的塑料有聚乙烯、聚氯乙烯等9，常用作绝缘的橡胶材料有氯丁橡胶、乙丙橡胶等，不同的有机聚合物在热解时所释放出的大量同类型气体有 CO，且 CO 是火灾早期的标志性产物10，测量一氧化碳浓度可有效感知火灾的发生。测量一氧化碳气体含量选用 MQ-7 型传感器，其对一氧化碳的灵敏度高，传感器的电导率会随着一氧化碳气体浓度的增加而增大，因此可将电导率的变化转换为一氧化碳浓度相对应的信号。同时 MQ-7 传感器还具有响应速度快、抗干扰能力强等
8、特点，可长期稳定工作，在火灾检测系统中被广泛使用。3 系统软件设计系统通过 ADC 多通道 DMA 读取的方式，读取烟雾传感器和一氧化碳传感器采集输入的模拟量，经过处理后通过 USART3 串口将信息经由 DL-20 模块传输给电脑端实时打印显示。同时当传感器输入的电压值超过阈值时，系统将给 PB6 端口一个低电平触发蜂鸣器报警。软件主流程如图 3 所示。图 3 软件主流程4 系统测试实验系统通电后，选择使用打火机以模拟可燃气体泄漏，改变空气中可燃气体和一氧化碳浓度，测试输入模拟量的变化。测试结果如图4所示。从数据中容易看出，当气体浓度增加时，传感器输入的电压值随之迅速增加，随后迅速降低。图
9、4 系统测试结果图 1 系统硬件接线原理出 0.01%到 1%的气体浓度8。MQ-2 传感器共有 4 个接口，分别为电源、地线、数字量输出管脚 DO 以及模拟量输出管脚 AO，系统将 DO 引脚悬空，通过 AO 引脚向单片机输出模拟量，通过单片机的 ADC1 的通道 1 将采集到的模拟量转化为数字量，通过转换电压值的变化可以直观反映气体浓度的变化。（下转第39页）2023年/第11期 物联网技术全面感知 Comprehensive Perception393.2 饮食云功能饮食云是通过强大的数据计算功能，实现对海量餐饮数据的存储与智能分析，通过新一代智能检测设备将食品信息与互联网结合，使云计算
10、技术成为食品安全领域的新的关键应用。饮食云处理系统凭借其强大的计算和存储功能，在各行各业中发挥着重要作用。饮食云平台从资源池中按需获取这些资源，在上面部署和发展饮食智能分析应用和服务。被部署在资源池上的服务功能主要包括数据收集和导入服务、数据分析和处理服务、终端设备管理服务、门户和报表服务、系统管理和运维服务。这些功能均是基于云计算对大规模数据的计算和存储能力，同时可及时地进行软件更新，可以更灵活方便地接收、分析、反馈信息9-10。用户可以灵活地调用这些服务，查看用户个人的数据指标和模型分析，对自己的饮食情况有更加深入的了解；同时也能看到个人以往的数据指标，便于了解自身所需，及时调整膳食搭配。
11、4 系统功能验证完成饮食数据监测系统的开发之后，对系统的主要功能进行了测试，如各种食物的指标值监测、数据的收集和显示、语音的交互功能、PC 端功能、APP 功能等，各种场景的测试结果基本符合预期。5 结 语随着社会的发展和物质生活水平的提高，人们对饮食健康的关注度越来越高，本文利用电子信息技术和传感器技术，设计了一种饮食数据监测系统，满足了在食品安全监测和预警方面的需求，解决了传统手段只能监测单一指标的痛点，可以更加方便、快捷、长时间、自动地收集饮食数据，并对数据进行分析和处理，为监管和决策提供技术支撑，利用科技手段守护人们舌尖上的安全。参考文献1 臧晓婷.食品安全大数据监测分析系统研究开发
12、D.天津：天津科技大学，2020.2 于晓刚，刘哲，苗得庆.大数据视角下的贵州省食品安全风险监测预警机制探索 J.现代食品，2021，7（24）：162-164.3 李晶，张滨.基于大数据挖掘的食品安全风险智能监测模型 J.食品工业，2021，42（4）：384-387.4 郭华，张念恒，张权，等.食品安全风险监测中异常数据分析方法探讨 J.微量元素与健康研究，2021，38（1）：42-44.5 彭心婷.食品安全风险监测数据统计处理常见问题分析 J.食品安全导刊，2016，10（27）：56.6 张风玉.云计算与云服务 C/宽带中国战略与创新学术研讨会（30）论文集.张家界：出版者不详，20
13、12：214-218.7 杨荻.基于 Java EE 的云计算批处理平台的设计与研究 C/湖南中医药大学学报 2016/专集：国际数字医学会数字中医药分会成立大会暨首届数字中医药学术交流会论文集.长沙：湖南中医药大学期刊杂志社，2016：496-498.8 袁银.智能家居检测控制系统的分析与设计 D.北京：中国地质大学，2016.9 蔡昌，马刘丁，蔡一炜.云计算推进税务管理创新研究 J.财政研究，2021，42（9）：113-125.10 彭越峰.云计算环境下数据安全及隐私保护的技术实践支撑 J.河南机电高等专科学校学报，2018，26（2）：15-18.5 结 语本文设计的基于 ZigBee
14、 的室内火灾监测报警系统，通过采集并比较烟雾和一氧化碳浓度的方式实现及时报警，通过 ZigBee 技术实现在电脑端的实时显示。系统可放置于室内的各个角落，对潜在的火灾风险进行实时监测，其具有时效性强、通信稳定、功耗低等优点，能够有效地对火灾进行预警。参考文献1 李承诺.基于深度学习的火灾检测算法研究 D.烟台：山东工商学院，2022.2 张孟媛，张莹.基于物联网技术的火灾预警系统设计 J.电子测试，2022，29（17）：25-27.3 徐锐.基于 ZigBee 无线技术的火灾实时监控系统研究 D.广州：广东工业大学，2017.4 李浩东.基于复合传感器的无线火灾预警系统设计 D.哈尔滨：哈尔
15、滨工业大学，2021.5 王鹏.基于 ZigBee 技术的火灾报警系统在工程建设中的应用与研究 D.扬州：扬州大学，2021.6 杨蒲菊.基于 ZigBee 技术的智能家居系统设计与应用研究 J.电脑知识与技术，2019，15（9）：90-91.7 王漩波.基于 MQ-2 传感器的智能乙烯光催化装置研究 D.广州：华南农业大学，2020.8 王明丽.基于云服务器的智能厨房应用研究 D.广州：广东工业大学，2020.9 韩佳.基于二氧化锡半导体气体传感器的 PVC 电缆火灾早期探测D.合肥：中国科学技术大学，2020.10 张超.电气柜火灾预警系统设计 D.绵阳：西南科技大学，2022.作者简介：费正龙（1996），男，硕士研究生，研究方向为电气信息监测技术。（上接第36页）
