新型火災報警器

從中學化學課本可知，當外界溫度超過物體的著火點時易引發火災，實際生產生活中出現過很多這樣的事例。

2013年7月2日，長沙火車南站旁的物流公司倉庫發生了重大火災，造成了數十億元的損失。盡管這次事故的發生存在諸多原因，但我認為主要可以從兩個方面分析：一是管理人員監管力度不夠，二是火災預報設施不完善。因為常見的火災報警器基本是在火災發生后才報警，最終會因火勢過大、來不及撲救而造成大量財產損失。

基于此，本文提出了一種新型火災報警器，該裝置具備提前預警火災和自動噴水的雙重功能，應用在倉庫、計算機房以及賓館等火災易發區具有非常重要的意義。

一、基本原理

火災報警器的基本原理是，火災發生時會伴隨煙霧、高溫和火光產生，火災報警器中的探測器（本質上是傳感器）對這三種外界條件非常敏感，進而將外界信號轉換為電信號，電信號經過調理電路后，輸出到蜂鳴器電路中，使報警器發出響聲。

市場上常見的火災報警器分為感煙、感溫、光輻射三大類。既然物體燃燒需要一定的著火點，為何不設計一個在物體著火點未到達前就發出報警并自動噴水的報警器，進而減少火災的發生呢？

我在此想法的基礎上提出了一種新型的感溫火災報警器設計。

二、軟硬件的設計

1.硬件設計框圖

本文設計的新型火災報警器裝置由溫度傳感器模塊、AT89C51單片機控制模塊、自動噴水模塊以及報警器模塊組成，如圖1（a）所示。

第一模塊中采用數字型的DS18B20溫度傳感器，引腳P3.7串行輸出16位二進制形式數據Data，然后輸出到單片機控制板并通過LED數碼管顯示。

第二模塊是整個裝置的核心，不僅采集溫度數據，同時控制自動噴水模塊和報警器模塊。由于要達到提前預警目的，且考慮不同物體著火點不一樣，設計閾值Dref應視實際情況而定，即通過軟件修改溫度閾值。

第三模塊和第四模塊分別為自動噴水模塊和報警器模塊，當單片機控制模塊判斷出現火災時，使三極管Q2導通，發光二極管D2發光，蜂鳴器啟動發生報警。同時，三極管Q1導通后，使繼電器Rey閉合，小型水泵M接通電路，從自制水箱中將水抽出。

2.軟件設計流程圖

系統的軟件設計流程圖如圖1（b）所示，主要在單片機控制下進行。首先系統進行自檢，完成初始化的任務，然后讀取引腳P3.7數據Data并通過LED顯示，并與閾值Dref進行比較。當超過標定閾值時，系統報警且自動噴水；當未超過標定閾值時，系統不報警，水泵關閉。

為防止火災誤判或已經解除情況，系統在軟件設計上用了定時器進行定時休眠，然后繼續讀取數據Data并與閾值Dref進行比較，從而使系統正常運行。

三、裝置制作及驗證

需要的材料有控制板單片機一塊，電容兩個，晶振一個，插針（用來拓展接口）及杜邦線若干；溫度傳感器模塊DS18B20一個，LED數碼管四個；報警模塊需要發光二極管和蜂鳴器各一個，限流電阻若干；自動噴水模塊需要自制水箱、電磁繼電器及小型直流水泵各一個，另外需要輔助設備如個人電腦、萬用表、電源（+5V）等。

制作步驟分為三步：

1.模塊化方法制作。即把單片機控制模塊、傳感器模塊、報警器模塊和自動噴水模塊分別單獨制作好。

2.模塊化驗證。比如溫度傳感器模塊，可以單獨通過單片機控制而讓其他模塊暫時斷開。

3.系統調試。運行整個裝置并觀察實驗效果，如果與預期效果不一樣，查找對應模塊并做修改。

本文為了驗證該裝置的有效性，采用英國Labcenterelectronics公司出版的EDA工具軟件Proteus軟件搭建該平臺，如圖2所示。

假設外界溫度為66.5℃（閾值設為50度），此時溫度傳感器把數據處理后LED顯示出66.5℃。由于假設的外界溫度大于設置溫度閾值，因而單片機控制電動機（此處用電機代替水泵）M開始運作，同時蜂鳴器和發光二極管也分別起作用。

當手動調節外界溫度為20℃，即低于閾值時，電動機及報警器模塊均不起作用。從整體來看，該裝置的功能驗證符合預期設計要求。

四、結論

本文給出了新型火災報警器裝置的設計思路及制作步驟，通過半實物仿真驗證了該裝置的功能。未來研究將圍繞縮短火災報警器的滯后時間、優化設計電路和可靠性等方面來思考，進一步完成該裝置的普適性。