Vernetze Brandmelder

Unser Projekt stellt eine Kombination aus Hard- und Software dar, welche die Feuerwehr im Falle eines Brandmelderalarms bei der Einsatzplanung und während des Einsatzes unterstützt. 

Um möglichst nutzerzentriert arbeiten zu können entschieden wir uns für eine Zusammenarbeit mit der freiwilligen Feuerwehr Schwäbisch Gmünd. 

Hardware 

Um die Brandsituation im Gebäude besser abschätzen zu können, gestalteten wir einen intelligenten vernetzten Brandmelder. Ausgestattet mit diversen Sensoren trägt er zu einer verbesserten Branderkennung in Gebäuden bei.

Dabei werden nicht nur sichtbare Gefahren (offene Flammen, Rauch) sondern auch unsichtbare Gefahren (hoher Temperaturanstieg, Kohlenstoffmonooxid, Gas) mit hoher Genauigkeit erfasst. Um ein Optimum der Sensorerkennnung zu gewährleisten, planten wir einen Luftdurchzug durch den kompletten Brandmelder.

Zudem verfügt jeder Melder über visuelles und auditives Feedback im Fall einer Auslösung. Dadurch werden Personen im Gebäude auch bei einer unsichtbaren Gefahr, CO- oder Gaskonzentration, frühzeitig gewarnt.

Wichtigste Funktion des Brandmelders ist die Übertragung der Messwerte an die Alarmierungszentrale der Feuerwehr in Echtzeit. Aktuellen Daten vom Einsatzort bringen einige Vorteile mit sich. Der Brand und dessen Ausbreitung kann ab der Alarmierung überwacht werden, bereits vor Eintreffen der ersten Einheiten am Einsatzort. Das Auffinden und der Weg zum Brandherd sind von vorne herein bekannt, hier kann wertvolle Zeit eingespart werden. Dies trägt zu einer besseren Absicherung des zu schützenden Gebäudes bei.
 

Bei der Produktgestaltung setzten wir auf eine runde Form, um an der Assoziation mit einem Brandmelder festzuhalten. Produktästhetik, zurückhaltende Eleganz und Funktionalität waren die Werte, die mit unserem Melder in Verbindung gebracht werden sollten. Als Material wählten wir Kunststoff im Kern, während nach außen Aluminium in Erscheinung tritt. Die endgültige Form erinnert stark an eine Turbine. Unser Brandmelder nimmt den Rauch / Gas auf und analysiert diese Stoffe. Durch die gewählte Formsprache herrscht im Inneren des Melders ein stetiger Luftstrom, dadurch kann die aktuelle Brandsituation zuverlässig abgebildet werden.
 

Der Aufbau des Brandmelders kann in zwei Kernelemente eingeteilt werden. Die Aluminium-Hülle umschließt und sichert die Sensorik und wurde aus einem Aluminiumblock CNC-gedreht. Das Gehäuse für die Elektronik setzt sich aus acht 3D-gedruckten Teilelementen zusammen. Die Bauteile wurden in unterschiedlichen Ebenen angebracht, um die einzelnen Bauteile optimale zu platzieren und um somit ein ideales Analyse-Ergebnis des Brandes zu erhalten.

Der selbst entwickelte Drehmechanismus verbindet die Aluminium-Hülle mit dem Innenleben. Drei Aluminiumzapfen an der Hülle werden in das Kunststoffgehäuse eingeführt und durch eine Drehbewegung im Uhrzeigersinn gesichert. Aus sicherheitstechnischen und haptischen Gründen wurden in die Zapfen und in das Gehäuse Magneten eingelassen, dadurch sind die zwei Kernelemente fest miteinander verbunden und rasten zudem angenehm ein.

 

Die Kommunikation zwischen dem Brandmelder (Arduino Nano) und der Brandmeldeanlage (Raspberry Pi 2) wird über eine Serielle-Verbindung realisiert. Das Arduino (Brandmelder) liest die Sensorwerte in Echtzeit aus und sendet dem Raspberry Pi (Brandmeldeanlage) im Falle einer Überschreitung der definierten Schwellenwerte einen Alarm, hier unterscheiden wir zwischen „sichtbaren“ und „nicht-sichtbaren“ Gefahren. Unser Software-Prototyp kommuniziert mit dem Raspberry Pi mittels Ethernet-Verbindung.

Auf dem Raspberry Pi laufen unter anderem folgende Dienste 

• MySQL: Hier werden die aktuellen Sensorwerte der Brandmelder hinterlegt. 
• Apache: Für die Ajax-Anfragen unseres Software-Prototyps, um die Sensorwerte auszulösen.
• Serial-Library für C++: Diese Library dient zur Kommunikation zwischen dem Arduino und dem Raspberry Pi. Das Raspberry Pi steht für eine Brandmeldeanlage, welche in nahezu jedem öffentlichen Gebäude zu finden ist und liefert unserer Software in der Alarmierungszentrale in „realtime“ die Sensorwerte. 

Mit Hilfe des Magnet-Verbindungs-Systems ist es möglich, unseren Brandmelder schnell und mit Leichtigkeit an der Decke anzubringen. Die gesamte Kommunikation zwischen dem Arduino und des Raspberry Pi geschieht über diese Magnetverbindungen.

 

Software

Mit Hilfe unserer Einsatzsoftware liegen der Feuerwehr direkt nach der Alarmierung alle relevanten Daten zum Einsatz in digitaler Form vor. Dadurch entfällt die zeitaufwändige manuelle Beschaffung von Informationen. 

Sowohl Anfahrtsweg zum Einsatzort, als auch genaue Umgebungs- und Gebäudepläne, erleichtern die Planung des bevorstehenden Einsatzes. Zusätzlich können Details zur Brandsituation in Echtzeit abgerufen werden, was dabei hilft, die mögliche Brandentwicklung bereits im Vorfeld besser abzuschätzen und gezielt dagegen vorzugehen. Auch den aktuellen Status der Einsatzfahrzeuge behält man stets im Blick, bei Bedarf sogar mit aktueller Position auf der Karte.

Die Anwendung ist übersichtlich und klar strukturiert aufgebaut. Auf der linken Seite befinden sich dynamische Informationspanels, die Auskunft über die aktuelle Lage bieten. Den rechten Bildschirmrand nimmt die Anzeige für den Fahrzeugstatus ein. Hier kann auf eine Blick erkannt werden, welche Fahrzeuge noch in der Zentrale stehen, auf dem Weg zum Einsatz, oder bereits angekommen sind.

Den größten Teil der Software nehmen die Kartenansichten ein, sie sind ständig hinter den Panels sichtbar. Um vor und während des Einsatzes immer die passenden Information verfügbar zu haben, entschieden wir uns für die Aufteilung des Kartenmaterials in drei Ansichten.

Anfahrtskarte
Diese erste Ansicht hilft bei der Wegfindung zum Einsatzort. Ein wichtiges Feature ist das individuelle Routing, welches für jedes Fahrzeug dessen Anforderungen an die Strecke (maximales Gewicht, Höhe, etc.) berücksichtigt. Optional können zudem Informationen zur Beschaffenheit der Strecke (Steigung, Verkehr, Höhe, Breite und Art des Belages) eingeblendet werden. Auch die Position der einzelnen Fahrzeuge lässt sich mittels GPS-Ortung anzeigen.

Übersichtskarte
Hier werden alle relevanten Informationen zur näheren Umgebung des Einsatzortes bereitgestellt. Hydranten, Gasleitungen, Befahrbare Straßen / Zufahrten und Sammelplätze lassen sich ein- und ausblenden, somit hat man immer Zugriff auf das, was in der aktuellen Situation von Bedeutung ist. Da auch der Brandherd im Gebäude gekennzeichnet ist, können Fahrzeuge optimal positioniert werden.

Gebäudekarte
Möchte man genaue Informationen über das Gebäude erhalten, so stehen hier die Pläne der einzelnen Stockwerke zur Verfügung. Mithilfe eines Panels kann zwischen den Stockwerken gewechselt werden, um die Auswirkungen des Brandes abzuschätzen.

Die Darstellung von Gefahrenstoffen, Treppenhäusern und die farbcodierte Rauch- und Flammenentwicklung ermöglichen die Erkundung des Gebäudes bereits von der Zentrale aus.
 

Brandmelderansicht
Klickt man auf einen Brandmelder, so wird die Karte auf eine detaillierte Ansicht der Sensorwerte gezoomt. Durch Diagramme, Farbcodierung und die Pfeildarstellung des aktuellen Trends kann die mögliche Brandentwicklung abgeschätzt werden. Möchte man die Brandsituation ab dem Auslösen des Melders nachvollziehen, so kann die zeitliche Entwicklung mit dem Wiedergabepanel abgespielt werden.