基于Arduino的智能火災報警及聯動控制系統的設計

皮紅梅++李明昊++李穩

摘 要介紹了一種基于Arduino的新型集成開發環境，通過感溫和感煙傳感器實時監測溫度和煙霧濃度的變化，發生火災時，火災報警器會發出聲光報警信號，同時消防聯動控制系統動作，并將監測到的火災信號上傳給管理系統。本文介紹了系統硬件部分和軟件部分的設計過程，該系統在高校教學樓已調試成功，并運行穩定。

【關鍵詞】Arduino 火災探測器 聯動控制系統 聲光報警

隨著現代建筑的大型化、高層化及復雜化，它的消防問題顯得越來越重要?；馂淖詣訄缶到y能夠在火災初期將燃燒產生的煙霧、熱量等物理量通過感溫、感煙等火災探測器變成電信號，傳輸到火災報警控制器，聲光報警的同時，自動噴水滅火系統、防排煙系統、室內消火栓系統、通風系統、防火門、防火卷簾門等相關的設備聯動。并將監測到的故障或火災信號上傳給管理系統，管理系統將數據進行實時顯示的同時存入數據庫進行保存，以供查詢與打印。本文介紹的報警系統是為高校大型教學樓消防安全設計的，實驗效果可靠。

1 整體方案設計

整體方案設計框圖如圖1所示。

本系統由火災檢測模塊、聲光報警模塊和聯系控制模塊以及通信模塊組成?；馂臋z測模塊由溫度檢測和煙霧檢測構成，感溫傳感器是通過金屬熱脹冷縮和金屬易熔特性實現的，正常情況下探測器的電路是斷開的，當周圍溫度升高到一定數值時，觸點接通，形成閉合回路產生信號。在火災初期，會產生大量煙霧，感煙傳感器會對可見的和不可見的煙霧粒子響應，它將探測部位煙霧濃度的變化轉變為電信號送給Arduino主板，主板對信號進行處理，如果超過了設定值，火災探測器將探測到的報警信號或手報按鈕被人為按下的報警信號，通過回路總線傳輸到消防控制中心的報警控制主機，以顯示火警發生部位。同時，主機通過預先設定好的聯動控制程序，輸出相應的指令通過聯動模塊進行啟動聲光報警器報警、啟動水泵進行供水滅火、切斷相應照明及動力電源、控制卷簾門降落等一系列動作。聲光報警模塊分為聲音報警和光報警，聲音報警模塊由運放器LM386及音響設備組成，光報警模塊采用高亮度紅色光LED閃爍實現。消防聯動模塊由驅動器、電磁鐵線圈和繼電器控制電路組成，完成消防泵的啟動和卷簾門落下，以達到滅火和隔離火源安全疏散人員的作用。

2 硬件設計

2.1 單片機選擇

Arduino是2005年1月由米蘭交互設計學院的兩位教師David Cuartielles和Massimo Banzi聯合創建的，是一個開源的單片機電子設計平臺。作為一種新型的集成開發環境，具有低成本，跨平臺軟件，簡單的語言和開放源碼，由于Arduino極強的易用和擴展性，成為了眾多電子工程師、手工制作愛好者的新寵。本設計采用的是Arduino UNO控制板，它是Arduino USB接口系列的最新版本，作為rduino平臺的參考標準模板。UNO的處理器核心是ATmega328，同時具有14路數字輸入/輸出口，6路模擬輸入，一個16MHz晶體振蕩器，一個USB口，一個電源插座，一個ICSP header和一個復位按鈕。

2.2 防火卷簾門的控制

在建筑內部，在防火分區的分隔部位及一些疏散通道部分設置有防火卷簾門系統。本系統采用常開式防火門，門平時處于開啟狀態，火災時可通過自動或手動將其關閉。處于開啟狀態是通過電磁鎖的固定銷來實現，火災時由主板發出指令性信號，使電磁鐵線圈通電產生的吸力使電磁鎖動作，防火門靠彈簧力將門關閉。發生火災時，按照規范要求，卷簾門下降到距地1.8m處，延時一段時間后自動下降到底。卷簾門兩邊還設有卷簾門控制升降的按鈕，達到手動控制和自動控制的雙保險作用。電磁鐵線圈控制電路如圖2所示。

3 軟件設計

Arduino開發語言提供全部的C語言特性和C++語言的部分特性。通過鏈接到AVR的libc庫online～，可以使用庫中提供的函數，如延時、數據讀寫、中斷等都被模塊化封裝成一個個子函數供程序開發者調用，靈活運用這些函數庫，可以大大提高應用程序開發效率，如果需要構建或修改軟件，可以隨意執行。此外，Arduino的官方Web站點包含豐富的源代碼，其中的代碼樣例和示例都是免費共享的。將編寫好的程序下載到Arduino開發板，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 結論

本文著重介紹了基于新型集成開發環境Arduino的火災報警及聯動控制系統的設計，該系統具有電路簡單、靈敏度高、響應快、抗干擾能力強等優點，而且價格低廉使用壽命長，以及開放性的互動軟硬件開發平臺，使其在建筑物中的應用具有很好的前景。

參考文獻

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作者簡介

皮紅梅（1970-），女。碩士學位?，F為營口理工學院副教授。研究方向為電氣自動化。

作者單位

營口理工學院電氣工程系 遼寧省營口市 115014