關(guān)于單片機的自動滅火裝置設(shè)計*

陳 煥，吳 艦

(貴州師范大學(xué)機械與電氣工程學(xué)院，貴州貴陽550025)

在現(xiàn)實生活中火災(zāi)時常威脅著公眾安全和社會發(fā)展，是各種重大災(zāi)害之一。當火災(zāi)發(fā)生后，迅速有效地滅火能夠減少傷害和損失的發(fā)生，但這時消防人員也不可能及時地趕到，而人們也不可能一直守在火源處。該課題的研究就是為了防止火勢的蔓延，及時地滅火將損失降到最低保護大家的生命和財產(chǎn)安全。

1 系統(tǒng)概述

1.1 系統(tǒng)設(shè)計思路

通過調(diào)查，火災(zāi)發(fā)生時都會隨著大量的粉塵、煙霧、氣體和溫度的升高，所以該系統(tǒng)采用溫度傳感器和煙霧傳感器共同作火災(zāi)檢測模塊將采集到的信息傳送到單片機，由單片機根據(jù)接收到的信息識別火情的狀況，發(fā)出相關(guān)指令。當只有溫度達到預(yù)設(shè)非正常值時發(fā)光二極管常亮報警;當只有煙霧達到預(yù)設(shè)非正常值時發(fā)光二極管閃爍報警;當煙霧濃度和溫度都達到預(yù)設(shè)非正常值時步進電機正轉(zhuǎn)控制打開滅火器開關(guān)滅火并聲光報警;當溫度及煙霧濃度回到預(yù)設(shè)正常值時，步進電機反轉(zhuǎn)關(guān)閉滅火器開關(guān)。

圖1 系統(tǒng)設(shè)計思路圖

1.2 滅火裝置設(shè)計

模擬一定范圍內(nèi)火災(zāi)的發(fā)生情況，設(shè)計了如圖2的滅火裝置模型。當檢測到火災(zāi)時中央處理器發(fā)出指令打開滅火器開關(guān)，滅火器通過噴頭上的小孔釋放滅火劑。噴頭是活動的，所以噴頭在滅火劑噴出時的壓力作用下旋轉(zhuǎn)，能夠大面積滅火。

圖2 滅火裝置設(shè)計圖

2 硬件設(shè)計

對于硬件設(shè)計部分，以單片機為核心，外圍電路由電源模塊、報警模塊、顯示模塊、信息采集模塊、驅(qū)動模塊、控制模塊等組成。

2.1 電源模塊

對于電源部分，為了防止電壓的干擾該設(shè)計采取多電源供電，將電機電源、單片電源、傳感器電源分開供電。綠色發(fā)光二極管作電源信號指示燈［5］。

2.2 報警模塊

該設(shè)計報警部分采用紅色發(fā)光二極管作高溫、火溫、高濃度報警。當火災(zāi)發(fā)生時與蜂鳴器共同作聲光報警［2］。

2.3 顯示模塊

在設(shè)計時采用LCD1602作該裝置顯示模塊，顯示溫度值和開機問候語［3］。

2.4 信息采集模塊

該設(shè)計采用煙霧傳感器和溫度傳感器共同檢查現(xiàn)場火災(zāi)情況。

由于當有煙霧或有害氣體產(chǎn)生時引起傳感器變化的是電阻，所以用圖3所示的驅(qū)動電路就可以將非電信號轉(zhuǎn)換成電壓。即根據(jù)火災(zāi)發(fā)生時輸出的電壓經(jīng)過AD轉(zhuǎn)換接入單片機可達到檢測控制的效果。H兩端接到電源的兩端起預(yù)熱的作用。該設(shè)計在使用時采用的是可輸出數(shù)字信號的煙霧傳感器模塊［5］。

本設(shè)計中溫度傳感器采用的是DS18B20［1］，它可直接讀出被測溫度，并僅需要一根口線讀寫，總線本身也可向DS18B20供電，使系統(tǒng)更趨簡單，方便使用。

圖3 煙霧傳感器典型應(yīng)用電路圖

2.5 驅(qū)動模塊

該設(shè)計采用ULN2803驅(qū)動器，驅(qū)動一個二相步進電機。它的8個NPN達林頓晶體管連接陣列非常適合接邏輯接口電平數(shù)字電路和較高的電流/電壓。所有設(shè)備功能由集電極輸出和鉗位二極管瞬態(tài)抑制，可以驅(qū)動8根引腳，電路的設(shè)計簡單、可靠，且容易控制［3］。

2.6 控制模塊

AT89C51是一種帶4K字節(jié)FLASH存儲器的低電壓、高性能CMOS 8位微處理器。其編程簡單，使用方便，價格低廉［2］。

3 系統(tǒng)仿真實現(xiàn)

由于protues仿真中沒有煙霧傳感器，所以在仿真時采用引腳為P3.5的按鈕開關(guān)模擬霧傳感器的檢測功能。系統(tǒng)仿真采用51單片機作控制芯片，LCD液晶顯示屏作顯示模塊顯示溫度值及開機問候語;DS18B20溫度傳感器和P3.5口的按鈕開關(guān)模擬的煙霧傳感器作信息采集模塊;LS1蜂鳴器作報警模塊;STEPPER步進電機作滅火器開關(guān)控制器，正轉(zhuǎn)時打開滅火器開關(guān)，反轉(zhuǎn)時關(guān)閉滅火器開關(guān);D1、D2作信號指示燈其中D1為紅色發(fā)光二極管，D2為綠色發(fā)光二級管;P3.3口的按鈕開關(guān)作手動控制報警按鈕(如圖4)。

圖4 硬件設(shè)計圖

D2為電源指示燈，系統(tǒng)通電常亮，當溫度傳感器探測溫度≥38℃，煙霧傳感器探測煙霧濃度未達到預(yù)設(shè)值(P3.5口為高電平)時D1常亮，步進電機不做反應(yīng);當溫度傳感器探測溫度＜38℃，煙霧傳感器探測煙霧濃度達到預(yù)設(shè)值(P3.5口為低電平)時D1閃爍，步進電機不做反應(yīng);當溫度≥50℃，煙霧傳感器探測濃度達到預(yù)設(shè)值(P3.5口為低電平)時電機正轉(zhuǎn)并聲光報警;當溫度傳感器探測溫度＜38℃時D1不亮，煙霧傳感器探測煙霧濃度＜預(yù)設(shè)值時電機反轉(zhuǎn)。按下手動按鈕開關(guān)時蜂鳴器報警，步進電機正轉(zhuǎn)。

4 滅火劑選擇

由于大多數(shù)滅火劑對人體還是存在一定的危害，所以我們選擇了火冰滅火器這種對人體危害較小的滅火器。當火冰滅火器與水低濃度混合后能吸收自身重量數(shù)倍的水，形成無毒的滅火膠體。在火冰遇火時，其吸收的水分蒸發(fā)，膠體瓦解，這種膠體形成屏障蒸汽的粘性層，增強了水的滅火效果，不僅帶走了火災(zāi)的熱量和氧氣，還降低了發(fā)生復(fù)燃的可能性。而泡沫滅火劑往往會很快就被瓦解了?；鸨倪@種特質(zhì)使其擁有了比其他滅火劑更長效的保護性能。火冰滅火過程中不會產(chǎn)生煙霧，從而有效避免火災(zāi)中窒息而亡的惡性后果。

5 軟件設(shè)計

系統(tǒng)對于軟件設(shè)計部分采用C語言編程實現(xiàn)整個系統(tǒng)控制。圖5為系統(tǒng)設(shè)計方框圖。

火災(zāi)發(fā)生時傳感器發(fā)生反應(yīng)，單片機通過接收到的信號控制步進電機正轉(zhuǎn)使滅火器打開滅火，并發(fā)出聲光報警。滅完火的情況下，步進電機反轉(zhuǎn)關(guān)閉滅火器，聲光報警消失。煙霧傳感器中0表示未達到預(yù)設(shè)濃度值，1表示達到預(yù)設(shè)濃 度。溫度傳感器中0表示未達到預(yù)設(shè)溫度值，1表示達到預(yù)設(shè)溫度。如表1所示。

圖5 系統(tǒng)設(shè)計方框圖

表1 滅火裝置狀態(tài)表

6 結(jié)束語

目前自動滅火裝置的研究越來越重要，也逐漸引起大家的重視。而該裝置的設(shè)計相比于市場上的設(shè)備更趨智能化，生產(chǎn)成本也低。裝置通過溫度傳感器和煙霧傳感器的共同探測能夠準確地判斷火災(zāi)發(fā)生，大大降低誤報的情況。其安裝簡單方便，能夠自動有效地滅火，在關(guān)于單片機的滅火裝置設(shè)計中具有一定的實用性和參考價值。

［1］王俊峰，孟令啟.現(xiàn)代傳感器應(yīng)用技術(shù)［M］.北京:機械工業(yè)出版社，2007.

［2］陳海宴.51單片機原理及應(yīng)用［M］.北京:北京航空航天大學(xué)出版社，2010.

［3］鐘富昭.8051單片機典型模塊設(shè)計與應(yīng)用［M］.北京:人民郵電出版社，2007.

［4］李平.單片機入門與開發(fā)［M］.北京:機械工業(yè)出版社，2008.

［5］李增國.傳感器與檢測技術(shù)［M］.北京:北京航空航天大學(xué)出版社，2009.