汤锐，韩磊，顾月儿，曹景钰，张宇慧

（江苏师范大学江苏圣理工学院——中俄学院，江苏徐州，221100）

0 引言

随着城市轨道交通的发展，地铁出行成为了越来越多市民的首要选择，地铁不仅污染小、噪声小，而且可以缓解地面的交通压力，为人们的出行创造方便。然而，由于人流量较大，使得地铁存在着一定的安全隐患，比如地铁站机电设备密集，用电负荷大，容易引起电气火灾。在现今很多地铁都采用综合监控系统，监控对象主要是行车和行车指挥、防灾和安全系统、乘客服务等其他内容，采用两级管理三层控制的分层分布式结构。

本文主要讨论设计关于电气火灾的监测系统，通过电气火灾检测系统可以有效地预防这一危险的出现，本文采用的独立式探测器安全性高，节能降耗，使用安全，并且结合嵌入式中监控的特点和我国地铁的结构特点，绘制出了一套电气火灾监控系统。

1 系统硬件设计

■1.1 系统总体结构设计

本系统主要通过测温式电气火灾探测器对温度进行检测，电气火灾探测器主要由温度转换电路，差分比例放大电路，单限电压比较器，声光报警电路构成，流程图如图1所示。

图1

其中温度转换电路选用电桥这一电路，将温度这一缓慢变化的非电量信号转换为电压信号输出；因为电桥测试转换温度电信号为压差信号，差分比例放大电路对这个转换的压差进行放大处理；单限电压比较器就是将这个压差值，转换为高低电平状态的变化，当输入电压超过所设定的阈值电压之后，输出电压的状态就会发生变化，从低电平跳为高电平或从高电平跳为低电平；报警电路通过高低电平的变化，驱动发光二极管和蜂鸣器，使之工作。

之后由探测器与监控分机构成通信，各个分路的监控分机汇报给监控主机，数据传输总线传递信息，最后传递给车站服务器，地铁工作人员采取措施。总体结构流程如图2所示。

图2

其中测温式电气火灾探测器通过部署在各个场景的终端设备，通过测温式火灾报警电路设备，发送信息；主机是地铁监控的核心设备，负责视频信号的放大与分配，图像信号的矫正与补偿，网络控制，图像的切换与记录等等，在此文章中负责传递火情信息并分析情况；大屏负责视频信号的放大与分配，图像信号的矫正与补偿，网络控制，图像的切换与记录等等；数据传输总线是数据传输的通道，为各部分之间的通道连接；服务器把需要的信息存储到一个固定的设备上，可供以后图像的存储、回放、服务、转发等功能。

■1.2 温度转换电路设计

温度转换电路设计为电桥由R1、R2、R3、Rw1及Rt组成，其中Rt为热敏电阻，在multisim用可调变阻器代替，阻值与温度成线性变化的关系，为稳定Rt工作电流，达到稳定温度系数的目的，设置了稳压管。设置Rw1是为了平衡电桥，multisim电路设计温度转换电路图3所示。

图3 温度转换电路图

电桥四个桥臂满足关系式：

■1.3 差分比例放大电路设计

这个电路由741集成运放构成，实现对两路传感器电压信号的放大，在multisim仿真时选用了电压差为4V的两端输入进行仿真，通过在输出两端接一个万用表来测量输入输出前后压差的变化情况，可以通过调节电路中的三个电阻R3，Rw2，R1来理论调节压差的变化倍数，电路设计如图4所示。

图4 差分比例放大电路图

其中输入和输出的关系式为：

■1.4 单限电压比较器设计

该电路也由741集成运放构成，将差分比例放大电路两路传感器的电压差转换为高低电平状态的变化，驱动报警电路。阈值电压可以通过调节R5，Rw4来改变输入电压的跳变值，当输入电压达到电路所设计的阈值时，电平状态发生变化，电路设计如图5所示。

图5 单限电压比较器电路图

阈值电压Ut公式为：

■1.5 声光报警电路

发光二极管的限流保护电阻取值范围为200~510Ω；蜂鸣器采用200Hz，加入了单个三极管，以扩大输出负载电流，增强电路的负载能力，输出低电平时，三极管导通，蜂鸣器报警。声光报警电路如图6所示。

图6 声光报警电路图

2 系统软件设计

由于嵌入式系统是专用的计算机系统，具有系统内核小，可裁剪性，强稳定性，较长的生命周期等优点，用于控制、监视或者辅助设备，具有通信功能。同时，ARM汇编语言是面向机器的汇编语言，其针对性强，占用资源少，效率高等优点很适合运用于在此情况中。在此软件设计中，由两个程序流程构成。

当地铁内出现异常，温度升高时，测温式电气火灾探测器热敏电阻会阻值发生变化，一旦超过正常值，通过上述介绍的硬件电路设计及其流程，蜂鸣器和二极管会报警，从而反馈给监控分机，监控分机通过数据总线传递给监控主机，监控主机通过分析情况，采取接收判断后发射信息，一部分存入显示屏中，一部分车站工作人员接收。具体流程如图7、图8所示。

图7 主程序流程图

图8 子程序流程图

3 结束语

基于嵌入式系统的地铁火灾监控监测系统，可以很好地监测地铁内存在的火灾安全隐患，在这个地铁盛行的时代，可以被广泛地应用。同时，它还具有独立性、保密性、安全性、互不影响、在线实时监测、节能降耗等特点，并且采用741集成运放，热敏电阻等，设计成本低，具有一定的价值。