基于Arduino的智能火災(zāi)報(bào)警及聯(lián)動(dòng)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

皮紅梅++李明昊++李穩(wěn)

摘 要介紹了一種基于Arduino的新型集成開發(fā)環(huán)境，通過(guò)感溫和感煙傳感器實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)溫度和煙霧濃度的變化，發(fā)生火災(zāi)時(shí)，火災(zāi)報(bào)警器會(huì)發(fā)出聲光報(bào)警信號(hào)，同時(shí)消防聯(lián)動(dòng)控制系統(tǒng)動(dòng)作，并將監(jiān)測(cè)到的火災(zāi)信號(hào)上傳給管理系統(tǒng)。本文介紹了系統(tǒng)硬件部分和軟件部分的設(shè)計(jì)過(guò)程，該系統(tǒng)在高校教學(xué)樓已調(diào)試成功，并運(yùn)行穩(wěn)定。

【關(guān)鍵詞】Arduino 火災(zāi)探測(cè)器 聯(lián)動(dòng)控制系統(tǒng) 聲光報(bào)警

隨著現(xiàn)代建筑的大型化、高層化及復(fù)雜化，它的消防問(wèn)題顯得越來(lái)越重要?；馂?zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)能夠在火災(zāi)初期將燃燒產(chǎn)生的煙霧、熱量等物理量通過(guò)感溫、感煙等火災(zāi)探測(cè)器變成電信號(hào)，傳輸?shù)交馂?zāi)報(bào)警控制器，聲光報(bào)警的同時(shí)，自動(dòng)噴水滅火系統(tǒng)、防排煙系統(tǒng)、室內(nèi)消火栓系統(tǒng)、通風(fēng)系統(tǒng)、防火門、防火卷簾門等相關(guān)的設(shè)備聯(lián)動(dòng)。并將監(jiān)測(cè)到的故障或火災(zāi)信號(hào)上傳給管理系統(tǒng)，管理系統(tǒng)將數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)顯示的同時(shí)存入數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行保存，以供查詢與打印。本文介紹的報(bào)警系統(tǒng)是為高校大型教學(xué)樓消防安全設(shè)計(jì)的，實(shí)驗(yàn)效果可靠。

1 整體方案設(shè)計(jì)

整體方案設(shè)計(jì)框圖如圖1所示。

本系統(tǒng)由火災(zāi)檢測(cè)模塊、聲光報(bào)警模塊和聯(lián)系控制模塊以及通信模塊組成?；馂?zāi)檢測(cè)模塊由溫度檢測(cè)和煙霧檢測(cè)構(gòu)成，感溫傳感器是通過(guò)金屬熱脹冷縮和金屬易熔特性實(shí)現(xiàn)的，正常情況下探測(cè)器的電路是斷開的，當(dāng)周圍溫度升高到一定數(shù)值時(shí)，觸點(diǎn)接通，形成閉合回路產(chǎn)生信號(hào)。在火災(zāi)初期，會(huì)產(chǎn)生大量煙霧，感煙傳感器會(huì)對(duì)可見的和不可見的煙霧粒子響應(yīng)，它將探測(cè)部位煙霧濃度的變化轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?hào)送給Arduino主板，主板對(duì)信號(hào)進(jìn)行處理，如果超過(guò)了設(shè)定值，火災(zāi)探測(cè)器將探測(cè)到的報(bào)警信號(hào)或手報(bào)按鈕被人為按下的報(bào)警信號(hào)，通過(guò)回路總線傳輸?shù)较揽刂浦行牡膱?bào)警控制主機(jī)，以顯示火警發(fā)生部位。同時(shí)，主機(jī)通過(guò)預(yù)先設(shè)定好的聯(lián)動(dòng)控制程序，輸出相應(yīng)的指令通過(guò)聯(lián)動(dòng)模塊進(jìn)行啟動(dòng)聲光報(bào)警器報(bào)警、啟動(dòng)水泵進(jìn)行供水滅火、切斷相應(yīng)照明及動(dòng)力電源、控制卷簾門降落等一系列動(dòng)作。聲光報(bào)警模塊分為聲音報(bào)警和光報(bào)警，聲音報(bào)警模塊由運(yùn)放器LM386及音響設(shè)備組成，光報(bào)警模塊采用高亮度紅色光LED閃爍實(shí)現(xiàn)。消防聯(lián)動(dòng)模塊由驅(qū)動(dòng)器、電磁鐵線圈和繼電器控制電路組成，完成消防泵的啟動(dòng)和卷簾門落下，以達(dá)到滅火和隔離火源安全疏散人員的作用。

2 硬件設(shè)計(jì)

2.1 單片機(jī)選擇

Arduino是2005年1月由米蘭交互設(shè)計(jì)學(xué)院的兩位教師David Cuartielles和Massimo Banzi聯(lián)合創(chuàng)建的，是一個(gè)開源的單片機(jī)電子設(shè)計(jì)平臺(tái)。作為一種新型的集成開發(fā)環(huán)境，具有低成本，跨平臺(tái)軟件，簡(jiǎn)單的語(yǔ)言和開放源碼，由于Arduino極強(qiáng)的易用和擴(kuò)展性，成為了眾多電子工程師、手工制作愛好者的新寵。本設(shè)計(jì)采用的是Arduino UNO控制板，它是Arduino USB接口系列的最新版本，作為rduino平臺(tái)的參考標(biāo)準(zhǔn)模板。UNO的處理器核心是ATmega328，同時(shí)具有14路數(shù)字輸入/輸出口，6路模擬輸入，一個(gè)16MHz晶體振蕩器，一個(gè)USB口，一個(gè)電源插座，一個(gè)ICSP header和一個(gè)復(fù)位按鈕。

2.2 防火卷簾門的控制

在建筑內(nèi)部，在防火分區(qū)的分隔部位及一些疏散通道部分設(shè)置有防火卷簾門系統(tǒng)。本系統(tǒng)采用常開式防火門，門平時(shí)處于開啟狀態(tài)，火災(zāi)時(shí)可通過(guò)自動(dòng)或手動(dòng)將其關(guān)閉。處于開啟狀態(tài)是通過(guò)電磁鎖的固定銷來(lái)實(shí)現(xiàn)，火災(zāi)時(shí)由主板發(fā)出指令性信號(hào)，使電磁鐵線圈通電產(chǎn)生的吸力使電磁鎖動(dòng)作，防火門靠彈簧力將門關(guān)閉。發(fā)生火災(zāi)時(shí)，按照規(guī)范要求，卷簾門下降到距地1.8m處，延時(shí)一段時(shí)間后自動(dòng)下降到底。卷簾門兩邊還設(shè)有卷簾門控制升降的按鈕，達(dá)到手動(dòng)控制和自動(dòng)控制的雙保險(xiǎn)作用。電磁鐵線圈控制電路如圖2所示。

3 軟件設(shè)計(jì)

Arduino開發(fā)語(yǔ)言提供全部的C語(yǔ)言特性和C++語(yǔ)言的部分特性。通過(guò)鏈接到AVR的libc庫(kù)online～，可以使用庫(kù)中提供的函數(shù)，如延時(shí)、數(shù)據(jù)讀寫、中斷等都被模塊化封裝成一個(gè)個(gè)子函數(shù)供程序開發(fā)者調(diào)用，靈活運(yùn)用這些函數(shù)庫(kù)，可以大大提高應(yīng)用程序開發(fā)效率，如果需要構(gòu)建或修改軟件，可以隨意執(zhí)行。此外，Arduino的官方Web站點(diǎn)包含豐富的源代碼，其中的代碼樣例和示例都是免費(fèi)共享的。將編寫好的程序下載到Arduino開發(fā)板，程序的燒寫和修改變得更加容易。主程序流程圖如圖3所示。

4 結(jié)論

本文著重介紹了基于新型集成開發(fā)環(huán)境Arduino的火災(zāi)報(bào)警及聯(lián)動(dòng)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，該系統(tǒng)具有電路簡(jiǎn)單、靈敏度高、響應(yīng)快、抗干擾能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，而且價(jià)格低廉使用壽命長(zhǎng)，以及開放性的互動(dòng)軟硬件開發(fā)平臺(tái)，使其在建筑物中的應(yīng)用具有很好的前景。

參考文獻(xiàn)

[1]施智雄.Arduino在大學(xué)工科教學(xué)中應(yīng)用探索[J].西安學(xué)院學(xué)報(bào)，2012（12）：50-53.

[2]閆紅來(lái).建筑物火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].機(jī)電一體化，2014（03）：56-59.

[3]朱雪璇，裴建良.基于單片機(jī)的報(bào)警系統(tǒng)的研究[J].制造業(yè)自動(dòng)化，2010（07）：212-215.

[4]紀(jì)欣然.基于Arduino開發(fā)環(huán)境的智能尋光小車設(shè)計(jì)[J].現(xiàn)代電子技術(shù)，2012（08）：161-163.

作者簡(jiǎn)介

皮紅梅（1970-），女。碩士學(xué)位?，F(xiàn)為營(yíng)口理工學(xué)院副教授。研究方向?yàn)殡姎庾詣?dòng)化。

作者單位

營(yíng)口理工學(xué)院電氣工程系 遼寧省營(yíng)口市 115014