基于單片機STC12C5A48S2的智能消防水炮控制器設(shè)計

◆張素玲

作者：張素玲，濰坊科技學院汽車工程學院（262700）。

1 引言

大空間高層類建筑布局復雜，人員相對密集，容易發(fā)生火災。一旦發(fā)生火災，火勢發(fā)展迅速，人員疏散比較困難，從而導致火災撲救非常困難。當發(fā)生火災時，智能消防水炮可以自動尋找火源，并對準火源定位噴水滅火，第一時間對火災進行有效控制，甚至撲滅火災[1]。

本研究以STC12C5A48S2單片機為核心，開發(fā)一款功能完備、設(shè)計簡單、穩(wěn)定性強的智能消防水炮控制器，盡可能減少人身與財產(chǎn)損失，實用性強。

2 系統(tǒng)基本功能

智能消防水炮綜合運用紫外和紅外傳感器技術(shù)，當一級紫外探測裝置發(fā)現(xiàn)火災，將信號傳送給單片機STC12C5A48S2，單片機對信號進行處理分析，從而啟動水平電機順時針360°范圍內(nèi)轉(zhuǎn)動，進行二級紅外水平探測：如果水平紅外探測器探測到火災，那么水平定位，單片機啟動垂直電機進行三級紅外垂直探測；如果垂直紅外探測器探測到火災，那么垂直定位，聯(lián)動控制外圍設(shè)備進行射水滅火[2]。功能框圖如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)功能框圖

3 硬件系統(tǒng)設(shè)計

控制器以宏晶公司的STC12C5A48S2為核心，該芯片抗干擾能力強，具有1280字節(jié)的RAM、48 K的FLASH、12 K的EEPROM、內(nèi)部看門狗、掉電檢測、10路10位AD和四種設(shè)置的I/O口等功能[3]。采用該型號單片機，不僅外部電路設(shè)計簡單，而且性能能夠得到保證。

1）PYD-1220D熱釋電紅外探測器是性能優(yōu)良的熱敏探測器，用于明火探測。圖2中熱釋電紅外探測器（JHS1）的輸出電壓一般為毫伏級，選用LM358對其進行三級運算放大，然后由單片機進行采樣處理[4]。首先，CA4是旁路電容，RA7、RA5和IC1A組成一級放大，RA7與RA5的比值決定了一級交流放大增益，即G=1+RA7/RA5，10倍左右。其次，RA9、RA6和IC1B組成二級反向放大，RA9與RA6決定了二級放大增益，即G=-RA9/RA6，18倍左右。最后，RA11、RA10和IC1C組成三級反向放大，RA11與RA10決定了三級放大增益，即G=-RA11/RA10，10倍左右。通過計算可以得出，電路總放大增益為1800倍左右。

圖2 紅外A/D采樣電路設(shè)計圖

圖3 通訊電路設(shè)計圖

2）智能消防水炮的電機驅(qū)動電路，是一款高性能電機驅(qū)動電路，采用東芝公司的兩相混合式步進電機驅(qū)動芯片TH6560進行設(shè)計，具有低功耗、高集成度等特點，可以支持不同參數(shù)的步進電機。芯片內(nèi)置溫度保護電路及過流保護電路，當芯片過熱或者電機電流過大時，能夠進行有效的保護。通過單片機控制，可以實現(xiàn)整步、1/2細分、1/8細分、1/16細分等運行方式。步進電機運行速度越快，力矩越小。水炮尋找火源的過程不噴射水流，負載較輕，步進電機此時采用整步的運行方式，水炮定位后，開始噴射水流滅火，后期擺動撲滅周圍的余火時，由于負載較重，步進電機此時采取1/8細分的運行方式。

3）圖3中智能消防水炮的通訊電路設(shè)計，采用RS485專用通訊芯片MAX1487來設(shè)計。RS485總線采用抗瞬變二極管Z3，可以鉗位與泄放瞬變電壓，從而確保后面的電路元件免受瞬態(tài)高能量的沖擊而損壞。通訊電路與單片機的控制電路之間，收發(fā)數(shù)據(jù)使能端選用光耦TLP521進行隔離，數(shù)據(jù)收發(fā)端采用光耦6N137進行電氣隔離。

4 程序設(shè)計

1）主循環(huán)程序設(shè)計。系統(tǒng)初始化完畢，紫外探測器就一直查找火源，如果查找到火源，則水炮預警，預警指示燈點亮。水平電機運動，水平紅外探測器開始查找火源，如果未查找到火源，水平限位到，那么水炮進行初始化復位；如果查找到火源，則水平電機停止運動，垂直電機運動，垂直紅外探測器開始查找火源；如果垂直紅外探測器未查找到火源，垂直限位到，水炮進行初始化復位；如果查找到火源，則水炮定位，發(fā)出聲光報警信號，并開啟閥門進行噴水滅火。根據(jù)國標要求，作為噴射型滅火產(chǎn)品，滅火時間暫定為3分鐘，時間未到則繼續(xù)噴水滅火；如果時間到，并且紅外探測器未發(fā)現(xiàn)火源，則關(guān)閉閥門停止噴水滅火。

2）中斷服務程序主要有串口接收中斷和定時器中斷。串口接收中斷主要負責上位機與智能水炮間的RS485通訊。定時器中斷是在程序中設(shè)計了個10 ms的時基，其他定時均在此基礎(chǔ)上進行。使能步進電機驅(qū)動芯片，定時器每中斷一次，都會給步進電機一個脈沖驅(qū)動信號。智能水炮指示燈為每秒閃亮一次，是通過此定時器的中斷計數(shù)來實現(xiàn)的。

5 結(jié)束語

本研究從軟件、硬件兩個方面介紹了智能消防水炮的控制器設(shè)計，以STC12C5A48S2單片機為控制芯片，采用匯編語言編程。該控制器具有運行可靠和成本低等特點，滿足企業(yè)的技術(shù)要求。■

[1]陳勁松.大空間建筑早期火災智能探測報警技術(shù)[J].工程建設(shè)與檔案,2004(3):29-30,36.

[2]劉申友,袁宏永,蘇國峰,等.定點滅火智能消防水炮[J].中國安全科學學報,2001(4):37-41.

[3]胡漢材.單片機原理及其接口技術(shù)[M].北京:清華大學出版社,2005.

[4]馬新,曹希鋒.紅外技術(shù)在早期火災探測中的應用[J].消防技術(shù)與產(chǎn)品信息,2003(10):19-22.