1. 研究目的与意义
基于硬件描述语言的早期火灾监测报警系统设计是工程实践性课题，主要的目的是培养学生将所学习的电路知识、集成电路设计和集成电路CAD的技能运用到实际的电路设计中，结合半导体加工厂的制造工艺，完成具有一定专用功能的专用集成电路设计。
火灾严重的威胁着人类的生命财产安全，如果能够在火灾发生早期就 发出报警，则能够最大程度地降低火灾的危害。目前图像型火灾识别技术大致可以分为两类，基于火灾烟雾的方法和基于火灾火焰的方法，它们是以分析火焰和烟雾 的颜色和运动信息为基础的。烟雾是火灾的前兆和伴随产物，而且相对于火灾发生源及火焰，烟雾图像可以更加容易地进入摄像机的视场范围。因此可以在火灾发生 的最初阶段做出迅速反应，有利于实现火灾的早期预报和控制。
2. 课题关键问题和重难点
关键问题：
1、研究几种常用的火灾检测方法，分析它们的优缺点，计算出它们的误差范围和主要影响因素，学会每种检测方法的操作。
2、研究对提高火灾检测精度的方法，对检测法做出分析并设计出电路图，并对检测范围进行分析和计算。
3. 国内外研究现状（文献综述）
早期火灾报警，主要根据火灾的特点来探测不同的对象。火灾早期阶段，没有明火和大量的烟，空气中主要是可燃物的气溶胶粒子，这就需要空气采样式火灾探测器，一般情况是空气采样管沿建筑物敷设，一定间隔有采样口，将采样空气进行分析。
火灾自动报警系统是由触发器件、火灾报警装置、火灾警报装置以及具有其它辅助功能的装置组成。 (一)触发器件 在火灾自动报警系统中，自动或手动产生火灾报警信号的器件称为触发件，主要包括火灾探测器和手动火灾报警按钮。火灾探测器是能对火灾参数(如烟、温度、火焰辐射、气体浓度等)响应，并自动产生火灾报警信号的器件。按响应火灾参数的不同，火灾探测器分成感温火灾探测器、感烟火灾探测器、感光火灾探测器、可燃气体探测器和复合火灾探测器五种基本类型。不同类型的火灾探测器适用于不同类型的火灾和不同的场所。手动火灾报警按钮是手动方式产生火灾报警信号、启动火灾自动报警系统的器件，也是火灾自动报警系统中不可缺少的组成部分之一。 (二)火灾报警装置 在火灾自动报警系统中，用以接收、显示和传递火灾报警信号，并能发出控制信号和具有其它辅助功能的控制指示设备称为火灾报警装置。火灾报警控制器就是其中最基本的一种。火灾报警控制器担负着为火灾探测器提供稳定的工作电源；监视探测器及系统自身的工作状态；接收、转换、处理火灾探测器输出的报警信号；进行声光报警；指示报警的具体部位及时间；同时执行相应辅助控制等诸多任务。是火灾报警系统中的核心组成部分。 在火灾报警装置中，还有一些如中断器、区域显示器、火灾显示 盘等功能能不完整的报警装置，它们可视为火灾报警控制器的演变或补充。在特定条件下应用，与火灾报警控制器同属火灾报警装置。 火灾报警控制器的基本功能主要有：主电、备电自动转换，备用电源充电功能，电源故障监测功能，电源工作状态指标功能，为探测器回路供电功能，控测器或系统故障声光报警，火灾声、光报警、火灾报警记忆功能，时钟单元功能，火灾报警优先报故障功能，声报警音响消音及再次声响报警功能。 (三)火灾警报装置 在火灾自动报警系统中，用以发出区别于环境声、光的火灾警报信号的装置称为火灾警报装置。它以声、光音响方式向报警区域发出火灾警报信号，以警示人们采取安全疏散、灭火救灾措施。 (四)消防控制设备 在火灾自动报警系统中，当接收到火灾报警后，能自动或手动启动相关消防设备并显示其状态的设备，称为消防控制设备。主要包括火灾报警控制器，自动灭火系统的控制装置，室内消火栓系统的控制装置，防烟排烟系统及空调通风系统的控制装置，常开防火门，防火卷帘的控制装置，电梯回降控制装置，以及火灾应急广播、火灾警报装置、消防通信设备、火灾应急照明与疏散指示标志的控制装置等控制装置中的部分或全部。消防控制设备一般设置在消防控制中心，以便于实行集中统一控制。也有的消防控制设备设置在被控消防设备所在现场，但其动作信号则必须返回消防控制室，实行集中与分散相结合的控制方式。 (五)电源 火灾自动报警系统属于消防用电设备，其主电源应当采用消防电源，备用电采用蓄电池。系统电源除为火灾报警控制器供电外，还为与系统相关的消防控制设备等供电。
东北大学硕士邹晓慧在《基于FPGA的火灾烟雾检测系统的设计与实现》采用基于现场可编程门阵列(Field Programmable Gate Array，FPGA)的系统，充分利用硬件上的特性可以满足高速图像处理的需要。加上使用SOPC(System On a Programmable Chip)技术可使设计灵活、软硬件可在线编程及更新。 文中设计了一个基于FPGA的火灾烟雾检测系统，以Altera公司的DE2开发板为硬件平台，配合以CMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor，互补氧化金属半导体)图像传感器对环境进行实时监控，VGA(Video Graphic Array，显示绘图阵列)显示器对监控环境进行显示，当监控环境内有火灾烟雾发生时，本系统将通过耳机发出声音报警同时也在DE2的板子上以绿色LED灯联合报警。 烟雾检测系统的实现采用模块化的方法，在系统总体需求分析基础上，设计和实现了各个模块，包括图像采集模块，SDRAM数据缓存(Synchronous Dynamic RAM，同步动态随机存取存储器)模块，图像显示模块和烟雾检测模块，其中烟雾检测模块是系统的核心，关系到系统的性能。烟雾检测的实现是采用软硬件协同设计方式的，首先运用帧间差分、腐蚀和膨胀算法，用Verilog语言编程实现疑似烟雾区域的提取，硬件算法实现疑似烟雾区域的提取保证了对视频数据处理的实时性;然后对提取出的疑似烟雾区域进行烟雾扩散特征和烟雾区域整体稳定移动特征的检测;最后利用SOPC Builder搭建smokedetect模块，将CMOS摄像头采集到的数据读取到SRAM中，以搭建的smokedetect模块为硬件模块，在NiosⅡ IDE环境下采用C语言对基于二维离散小波变换的烟雾背景模糊特征进行编程并调试。经过一段时间的调试和运行，系统满足了实时的烟雾检测。
4. 研究方案
设计方案：
1、完成火灾检测系统的系统功能、电路模块的系统级和划分。
2、采用Verilog HDL语言描述电路系统，完成系统电路的设计和模拟。
5. 工作计划
第1周：查找文献和翻译文献
第2周：撰写开题报告
第3周：电路系统的总体设计和规划
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