火災(zāi)報(bào)警器設(shè)計(jì)

毛敏

摘要：以檢測(cè)是否有火災(zāi)為目的，本文采用紅外對(duì)管作為煙霧檢測(cè)傳感器，把煙霧轉(zhuǎn)化為電信號(hào)，根據(jù)紅外光敏二極管接收到的煙霧信號(hào)輸出相應(yīng)的電信號(hào)來驅(qū)動(dòng)大功率報(bào)警器報(bào)警。通過試驗(yàn)，該系統(tǒng)能夠快速做出反應(yīng)，適用于需要監(jiān)測(cè)火災(zāi)的場(chǎng)合。

關(guān)鍵詞：火災(zāi)；傳感器；檢測(cè)；報(bào)警器

中圖分類號(hào)：TP212.14 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1009-3044（2018）28-0258-02

Design of Fire Alarm

MAO Min

（Shan xi Institute of Technology， Xian 710300，China）

Abstract：To detect whether there is a fire， for the purpose of this article uses the infrared to the tube as smoke detection sensor， the smoke is converted into electrical signals， the Arduino Uno microprocessor according to the received infrared light activated triode smoke signal output corresponding electrical signal to drive the high power alarm. Through the test， the system can respond in 2 seconds， which is suitable for monitoring fire.

Key words： Fire； Sensor； Detection；Alarm；Arduino

為了早期發(fā)現(xiàn)通報(bào)火災(zāi)，并及時(shí)采取有效措施，控制和撲滅火災(zāi)。本文主要對(duì)火災(zāi)報(bào)警器做了進(jìn)一步設(shè)計(jì)，在出現(xiàn)煙霧的時(shí)候，及時(shí)發(fā)出告警信號(hào)，警報(bào)器結(jié)構(gòu)單一化，成本較低，可以基于小電流驅(qū)動(dòng)大功率。

1 工作原理

在物質(zhì)燃燒中，經(jīng)常出現(xiàn)一些現(xiàn)象。其一，熱量，導(dǎo)致環(huán)境整體溫度有所上升，利用溫度傳感器做進(jìn)一步測(cè)量。然而，在燃燒速度較慢時(shí)，火災(zāi)初期環(huán)境溫度的升高程度辨別難度較大。其二，可燃性氣體，在有機(jī)物燃燒初期，釋放大量可燃性氣體，即一氧化碳等等，可以通過氣敏進(jìn)行檢測(cè)。其三，煙霧，實(shí)際上就是人們可以利用肉眼觀察到的微小懸浮性顆粒。煙霧的流動(dòng)性非常強(qiáng)，能夠進(jìn)入傳感器內(nèi)部，其是有效檢測(cè)火災(zāi)的主要方式，可以利用反射式光電傳感器做詳細(xì)檢測(cè)。其四，火焰，通過紫外管做全面檢測(cè)，但是，需要借助帶通濾波器，確保只有檢測(cè)紫外線的抖動(dòng)信號(hào)通過，避免太陽照射。反射式煙霧報(bào)警器的原理圖具體如圖1所示。

在不存在煙霧的時(shí)候，因?yàn)榧t外對(duì)管處于垂直狀態(tài)，煙霧室內(nèi)部帶有黑色的吸光材料，因此，紅外LED所發(fā)出的紅外光，難以及時(shí)傳達(dá)到紅外光敏二極管中去。而在煙霧進(jìn)入煙霧室之后，固體粒子會(huì)對(duì)紅外光產(chǎn)生漫反射，導(dǎo)致一些紅外光進(jìn)入光敏二極管中。

2 光電煙霧傳感器

所謂光電煙霧報(bào)警器實(shí)際上就是內(nèi)部含有光學(xué)迷宮，并安裝了紅外對(duì)管，在無煙狀態(tài)下，接收管不會(huì)接收到紅外光，但是在煙霧進(jìn)入光學(xué)迷宮的時(shí)候，以折射或反射形式，都會(huì)接收到紅外光，智能報(bào)警電路對(duì)其閾值狀態(tài)進(jìn)行判斷，一旦超出，就會(huì)及時(shí)報(bào)警。而光電煙霧傳感器主要?jiǎng)澐譃闇p光式和散射光式兩大類，其中，減光式在正常狀態(tài)時(shí)，受光器收到發(fā)光器發(fā)出的光量。在有煙霧狀態(tài)時(shí)，發(fā)光器發(fā)射光受煙霧阻礙，導(dǎo)致受光器難以全面接收光量，光電流大大下降，這時(shí)探測(cè)器就會(huì)及時(shí)發(fā)出警報(bào)。而散射光式在正常狀態(tài)時(shí)，受光器無法接收到發(fā)光器發(fā)射的光，所以，無法產(chǎn)生光電流。在發(fā)生火災(zāi)的時(shí)候，煙霧進(jìn)入檢測(cè)室中，受煙粒子作用，導(dǎo)致發(fā)射光出現(xiàn)漫射，其被受光器接收，導(dǎo)致其阻礙改變，產(chǎn)生光電流，以此將煙霧信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，探測(cè)器接收信號(hào)對(duì)警報(bào)進(jìn)行判斷。

3 煙霧傳感器功能

3.1 報(bào)警模式

煙霧傳感器利用硬件跳線方式，合理選擇報(bào)警模式，即觸發(fā)長(zhǎng)報(bào)模式、自動(dòng)報(bào)警模式。其一，觸發(fā)長(zhǎng)報(bào)模式，在有火警方式的時(shí)候，報(bào)警器將開關(guān)信號(hào)輸出給檢測(cè)主機(jī)，基于人為輔助能力，才能夠?qū)⒕瘓?bào)解除。其二，自動(dòng)報(bào)警模式，是在有火警方式的時(shí)候，報(bào)警器將開關(guān)信號(hào)輸出給檢測(cè)主機(jī)，在煙霧消散時(shí)，自動(dòng)報(bào)警器關(guān)閉為檢測(cè)主機(jī)提供的信號(hào)，這時(shí)報(bào)警信號(hào)就會(huì)中斷。

3.2 輸出開關(guān)信號(hào)方式

報(bào)警器檢測(cè)主機(jī)可以接受兩種開關(guān)信號(hào)，即常開的與常閉的。設(shè)置煙霧傳感器為常開信號(hào)，在沒有煙霧的時(shí)候，開關(guān)斷開，在檢測(cè)到煙霧的時(shí)候，開關(guān)閉合，這樣一來，報(bào)警主機(jī)便可以檢測(cè)到報(bào)警信號(hào)。常閉信號(hào)則相反。

3.3 確定設(shè)計(jì)方案

以節(jié)約成本為基礎(chǔ)，采取一次性燒寫單片機(jī)芯片，價(jià)格控制在0.6元左右，其他外圍元器件與PCB板價(jià)格控制在8-10元，方案經(jīng)濟(jì)且可行。

4 硬件設(shè)計(jì)

4.1 寬電壓電源設(shè)計(jì)

采用可以兼容直流與交流的電源設(shè)計(jì)，輸入電壓范圍控制在7-35V。電源穩(wěn)壓電路如圖2所示，其中，L1和L2屬于交直流輸入端，Q8和Q9構(gòu)成橋式整流，而Q4、Q5、Q10、D1構(gòu)成串聯(lián)穩(wěn)壓電路，電壓則由二極管決定。其中，D1是一個(gè)12V穩(wěn)壓二極管，因此，串聯(lián)穩(wěn)壓電壓是12V，電壓經(jīng)過5V的三端穩(wěn)壓器件穩(wěn)定在5V提高給其他電路工作。穩(wěn)壓電路相對(duì)簡(jiǎn)單，經(jīng)過驗(yàn)證，在交直流輸入電壓情況下，可以穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)。

4.2 紅外信號(hào)發(fā)射電路

采用一對(duì)光電對(duì)射管，發(fā)射電路具體如圖3所示，其中seout端與單片機(jī)的IO管腳相連接，單片機(jī)控制發(fā)射電路，允許發(fā)射管發(fā)出紅外光電信號(hào)，在seout處于低電平的狀態(tài)時(shí)，允許發(fā)射紅外光電信號(hào)，高電平的狀態(tài)時(shí)，則禁止。

4.3 紅外信號(hào)接收電路

紅外接收電路具體如圖4所示，D2為紅外光電信號(hào)接收管，在尚未接受到信號(hào)時(shí)，內(nèi)阻大約為6-8K，在接受到紅外光電信號(hào)的時(shí)候，內(nèi)阻快速縮減，大約在2-3Ω。因?yàn)镈2內(nèi)阻縮減，Q3基極轉(zhuǎn)變?yōu)榈碗娖絈3，C與E導(dǎo)通，Q6獲得基極偏流導(dǎo)通，C極電位明顯降低，也就是單片機(jī)外部中斷位置的管腳成為低電平，根據(jù)電平判斷所接收的電信號(hào)，執(zhí)行處理命令。

5 結(jié)語

總而言之，紅外光對(duì)管煙霧報(bào)警器設(shè)計(jì)，其不僅成本較低，技術(shù)指標(biāo)與國(guó)家相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)相符。而且，目前已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了產(chǎn)品化，并已經(jīng)大量生產(chǎn)應(yīng)用于安防報(bào)警系統(tǒng)中去，效果顯著。在這一設(shè)計(jì)基礎(chǔ)上，還可以進(jìn)一步完善、優(yōu)化為脫離報(bào)警主機(jī)的獨(dú)立煙霧傳感報(bào)警器，這樣一來，可以更加有效的應(yīng)用于各個(gè)行業(yè)，其效果也十分良好。

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【通聯(lián)編輯：光文玲】