單片機(jī)于滅火器的應(yīng)用

陳婷婷 李貴強(qiáng) 秦雨晴 龍秀堂 王翔

摘 要：近年來(lái)，火災(zāi)頻繁的發(fā)生，國(guó)家也對(duì)消防工作非常的重視。但現(xiàn)目前市場(chǎng)上存在的滅火器不夠智能化，為了打破傳統(tǒng)滅火器呆板的缺點(diǎn)，現(xiàn)將單片機(jī)與滅火器相結(jié)合，使滅火器變得更加智能化，能夠自動(dòng)檢測(cè)及自動(dòng)滅火。同時(shí)，可安裝藍(lán)牙和WiFi裝置，當(dāng)發(fā)生火災(zāi)時(shí)，在遠(yuǎn)處的終端也可查看并控制火災(zāi)情況。隨著科技的發(fā)展，時(shí)代的進(jìn)步，嵌入式計(jì)算機(jī)系統(tǒng)已經(jīng)應(yīng)用到了各行各業(yè)，也有很多應(yīng)用實(shí)例，如，人們?nèi)粘Ｉ钪械氖謾C(jī)、空調(diào)、洗衣機(jī)都與之密切相關(guān)，而單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)是中低檔嵌入式的主流。

關(guān)鍵詞：滅火器;單片機(jī);智能控制;遠(yuǎn)端控制

1 控制原理及系統(tǒng)

想要檢測(cè)溫度，達(dá)到燃點(diǎn)溫度時(shí)開(kāi)始報(bào)警，并開(kāi)始自動(dòng)滅火。系統(tǒng)需要有溫度傳感器，滅火裝置，報(bào)警器等組成。在整個(gè)工作過(guò)程中，當(dāng)溫度達(dá)到了預(yù)警溫度，開(kāi)始預(yù)警，當(dāng)溫度進(jìn)一步升高，發(fā)生初期火災(zāi)時(shí)，啟動(dòng)滅火裝置，并開(kāi)始報(bào)警。由于此系統(tǒng)用主要由單片機(jī)控制，而單片機(jī)只能讀取數(shù)字信號(hào)，對(duì)溫度變化這種模擬信號(hào)無(wú)法輸入，則需要一個(gè)A/D轉(zhuǎn)換器將溫度傳感器接受了溫度變化引起的電壓電流變化的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)閿?shù)字信號(hào)。當(dāng)然，由于各模塊的有效電壓值不一樣，中間需要變壓器進(jìn)行變壓，才能將電輸送到各模塊進(jìn)行工作。工作流程圖如圖1.1所示。

2 單片機(jī)工作過(guò)程及程序內(nèi)容

單片機(jī)控制系統(tǒng)：AT89S51

單片機(jī)控制系統(tǒng)是整個(gè)裝置的關(guān)鍵，單片機(jī)需要接受溫度變化帶來(lái)的信號(hào)，經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換器和電壓放大器，（當(dāng)中其中需配備電池）將電壓調(diào)整到單片機(jī)的工作電壓范圍內(nèi)，經(jīng)過(guò)單片機(jī)的內(nèi)部程序的運(yùn)算，輸出高低電平，來(lái)觸發(fā)或者不觸發(fā)報(bào)警系統(tǒng)和滅火裝置。將單片機(jī)的輸出接口與電機(jī)總閘連接，還可在火災(zāi)初期切斷電源，以防止火災(zāi)的蔓延。

在此程序中，以蜂鳴器代表報(bào)警系統(tǒng)，以電磁閥開(kāi)關(guān)代表滅火裝置，其具體程序如下：

#include? "led.h"

#include? "delay.h"

#include? "key.h"

#include? "sys.h"

#include? "ds18b20.h"

int? main（void）

{

// vu8? key=0;

delay_init（）;? ? ? ? ? ? //延時(shí)函數(shù)初始化

LED_Init（）;? ? ? //初始化與LED連接的硬件接口

BEEP_Init（）;? ? ? ? ? ? ? ? ? ?//初始化蜂鳴器端口

KEY_Init（）;? ? ? ? ? ? ? ? ? ?//初始化與按鍵連接的硬件接口

DS18B20_Init（）;? ? ? ? ? ? ? //初始化與溫度傳感器

while（1）

{

if（PEin（0）==1）? ? //煙霧傳感器

{PEout（3）=1;? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? //氣閥開(kāi)關(guān)

PEout（4）=1; //蜂鳴器

}

if（PEin（1）==0）? ? //火光傳感器

{PEout（3）=1;? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? //氣閥開(kāi)關(guān)

PEout（4）=1; //? 蜂鳴器

}

wendu（）;? ? ? ? //溫度傳感器

}

}

以上為主函數(shù)

子函數(shù)1

void? LED_Init（void）

{

GPIO_InitTypeDef? ? GPIO_InitStructure;

RCC_APB2PeriphClockCmd（RCC_APB2Periph_GPIOB|RCC_APB2Periph_GPIOE， ENABLE）;? ?//使能PB，PE端口時(shí)鐘

GPIO_InitStructure.GPIO_Pin? =? GPIO_Pin_5|GPIO_Pin_3|GPIO_Pin_4;? ?//LED0-->PB.5? 端口配置

GPIO_InitStructure.GPIO_Mode? =? GPIO_Mode_Out_PP;? ? ?//推挽輸出

GPIO_InitStructure.GPIO_Speed? =? GPIO_Speed_50MHz;? ?//IO口速度為50MHz

GPIO_Init（GPIOE， &GPIO_InitStructure）;? ?//根據(jù)設(shè)定參數(shù)初始化GPIOE.5

}

子函數(shù)2

void? LED_Init（void）

{

GPIO_InitTypeDef? ? GPIO_InitStructure;

RCC_APB2PeriphClockCmd（RCC_APB2Periph_GPIOB|RCC_APB2Periph_GPIOE， ENABLE）;? ?//使能PB，PE端口時(shí)鐘

GPIO_InitStructure.GPIO_Pin? =? GPIO_Pin_5|GPIO_Pin_3|GPIO_Pin_4;? ?//LED0-->PB.5? 端口配置

GPIO_InitStructure.GPIO_Mode? =? GPIO_Mode_Out_PP;? ? ?//推挽輸出

GPIO_InitStructure.GPIO_Speed? =? GPIO_Speed_50MHz;? ?//IO口速度為50MHz

GPIO_Init（GPIOE， &GPIO_InitStructure）;? ?//根據(jù)設(shè)定參數(shù)初始化GPIOE.5

}

子函數(shù)3

void? Init_DS18B20（void）

{

unsigned? char? x=0;

DQ=1;? ?//DQ先置高

delay（8）;? ?//稍延時(shí)

DQ=0;? ?//發(fā)送復(fù)位脈沖

delay（80）;? ?//延時(shí)（>480us）

DQ=1;? ?//拉高數(shù)據(jù)線

delay（5）;? ?//等待（15～60us）

x=DQ;? ?//用X的值來(lái)判斷初始化有沒(méi)有成功，18B20存在的話X=0，否則X=1

delay（20）;

}

子函數(shù)4

void? ReadTemperature（void）

{

Init_DS18B20（）;? ?//初始化

WriteOneChar（0xcc）;? ?//跳過(guò)讀序列號(hào)的操作

WriteOneChar（0x44）;? ?//啟動(dòng)溫度轉(zhuǎn)換

delay（125）;? ?//轉(zhuǎn)換需要一點(diǎn)時(shí)間，延時(shí)

Init_DS18B20（）;? ?//初始化

WriteOneChar（0xcc）;? ?//跳過(guò)讀序列號(hào)的操作

WriteOneChar（0xbe）;? ?//讀溫度寄存器（頭兩個(gè)值分別為溫度的低位和高位）

tempL=ReadOneChar（）;? ?//讀出溫度的低位LSB

tempH=ReadOneChar（）;? ?//讀出溫度的高位MSB

if（tempH>0x7f）? ? ? ? ? ? ?//最高位為1時(shí)溫度是負(fù)

{

tempL=～tempL; //補(bǔ)碼轉(zhuǎn)換，取反加一

tempH=～tempH+1;

fg=0;? ? ? ? ? ? ?//讀取溫度為負(fù)時(shí)fg=0

}

sdata? =? tempL/16+tempH*16;? ? ? ? ? ? ?//整數(shù)部分

xiaoshu1? =? （tempL&0x0f）*10/16;? ?//小數(shù)第一位

xiaoshu2? =? （tempL&0x0f）*100/16%10; //小數(shù)第二位

xiaoshu=xiaoshu1*10+xiaoshu2;? ?//小數(shù)兩位

}

子函數(shù)5

void? delay_init（）

{

#if? SYSTEM_SUPPORT_OS? ? ?//如果需要支持OS.

u32? reload;

#endif

SysTick_CLKSourceConfig（SysTick_CLKSource_HCLK_Div8）; //選擇外部時(shí)鐘? ? HCLK/8

fac_us=SystemCoreClock/8000000; //為系統(tǒng)時(shí)鐘的1/8

#if? SYSTEM_SUPPORT_OS? ? ?//如果需要支持OS.

reload=SystemCoreClock/8000000; //每秒鐘的計(jì)數(shù)次數(shù)? 單位為K

reload*=1000000/delay_ostickspersec; //根據(jù)delay_ostickspersec設(shè)定溢出時(shí)間

//reload為24位寄存器，最大值：16777216，在72M下，約合1.86s左右

fac_ms=1000/delay_ostickspersec; //代表OS可以延時(shí)的最少單位

SysTick->CTRL|=SysTick_CTRL_TICKINT_Msk;? ? ? ?//開(kāi)啟SYSTICK中斷

SysTick->LOAD=reload;? ?//每1/delay_ostickspersec秒中斷一次

SysTick->CTRL|=SysTick_CTRL_ENABLE_Msk;? ? ? ?//開(kāi)啟SYSTICK

#else

fac_ms=（u16）fac_us*1000; //非OS下，代表每個(gè)ms需要的systick時(shí)鐘數(shù)

#endif

}

子函數(shù)6

#define? PAout（n）? ? ? BIT_ADDR（GPIOA_ODR_Addr，n）? ? //輸出

#define? PAin（n）? ? ? ? BIT_ADDR（GPIOA_IDR_Addr，n）? ? //輸入

#define? PBout（n）? ? ? BIT_ADDR（GPIOB_ODR_Addr，n）? ? //輸出

#define? PBin（n）? ? ? ? BIT_ADDR（GPIOB_IDR_Addr，n）? ? //輸入

#define? PCout（n）? ? ? BIT_ADDR（GPIOC_ODR_Addr，n）? ? //輸出

#define? PCin（n）? ? ? ? BIT_ADDR（GPIOC_IDR_Addr，n）? ? //輸入

#define? PDout（n）? ? ? BIT_ADDR（GPIOD_ODR_Addr，n）? ? //輸出

#define? PDin（n）? ? ? ? BIT_ADDR（GPIOD_IDR_Addr，n）? ? //輸入

這里只是一個(gè)簡(jiǎn)單的程序，能簡(jiǎn)單的完成控制，可將此程序插入單片機(jī)中完成基本的檢測(cè)和滅火步驟，若后續(xù)系統(tǒng)組成有變，將程序稍作改動(dòng)便可實(shí)現(xiàn)功能。需注意的是，在此程序中，并未考慮氧氣濃度，如何滅火，滅火介質(zhì)等因素的影響，若需精確的控制，還應(yīng)將各個(gè)因素考慮完全。

3 結(jié)束語(yǔ)

在很多控制系統(tǒng)中都運(yùn)用了單片機(jī)，將單片機(jī)運(yùn)用于自動(dòng)檢測(cè)并自動(dòng)啟動(dòng)滅火裝置不僅僅可以減輕人們的勞動(dòng)強(qiáng)度，也可以極大的減少火災(zāi)的發(fā)生幾率，保護(hù)一些重要設(shè)備的壽命，遠(yuǎn)端的控制更是提供了整個(gè)系統(tǒng)的安全性。當(dāng)然，現(xiàn)在也有很多自動(dòng)檢測(cè)并滅火裝置，雖然都用了控制，但在基礎(chǔ)系統(tǒng)及結(jié)構(gòu)上還是有著很多的差別。此種自動(dòng)檢測(cè)并滅火的裝置也有其缺點(diǎn)，如不能完成地、系統(tǒng)地、滅火，當(dāng)火災(zāi)形勢(shì)嚴(yán)重時(shí)，此系統(tǒng)基本就報(bào)廢了，因?yàn)槠涔ぷ髑疤崾菃纹瑱C(jī)及各線路完好無(wú)損，當(dāng)有的重要元件或線路因?yàn)槟承┎豢煽匾蛩卦獾礁g或高溫等破壞時(shí)，可能會(huì)導(dǎo)致整個(gè)系統(tǒng)無(wú)法正常工作。

參考文獻(xiàn)：

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[3]劉鑫.基于單片機(jī)的火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)的設(shè)計(jì)[D].東北石油大學(xué)，2018.