一種小型WiFi火災(zāi)檢測(cè)報(bào)警儀的設(shè)計(jì)

劉 佳，朱 潔，陳仲夏，李 澍

（正德職業(yè)技術(shù)學(xué)院，江蘇 南京 210000）

1 設(shè)計(jì)目的

文章設(shè)計(jì)的是一款可以收集周邊環(huán)境煙霧濃度與溫度信息，從而在火災(zāi)發(fā)生時(shí)可以遠(yuǎn)程報(bào)警的無(wú)線火災(zāi)監(jiān)測(cè)報(bào)警器。無(wú)線火災(zāi)檢測(cè)報(bào)警設(shè)備可以在某空間無(wú)人時(shí)自行監(jiān)測(cè)有關(guān)火災(zāi)信息[1]，為人民的生命財(cái)產(chǎn)安全提供了一定程度上的保障，簡(jiǎn)潔、低廉的整體構(gòu)架與自行運(yùn)作的特性使其多適用于如居民住宅的小型空間內(nèi)[2]，簡(jiǎn)單、有效地為人們提供了一定的消防保障[3]。

2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

2.1 整體設(shè)計(jì)

本課題收集周邊環(huán)境中煙霧濃度的數(shù)值，并由下位機(jī)在超出額定數(shù)值時(shí)向上位機(jī)發(fā)出報(bào)警信號(hào)，從而啟動(dòng)聲光報(bào)警系統(tǒng)的火災(zāi)煙霧監(jiān)測(cè)報(bào)警系統(tǒng)。系統(tǒng)包括：STC89C52單片機(jī)模塊、煙霧與溫度傳感器模塊、報(bào)警模塊、顯示電路模塊、無(wú)線通信模塊等。

針對(duì)家居環(huán)境與工業(yè)場(chǎng)所對(duì)可燃性易爆煙霧的安全指標(biāo)[4]，本設(shè)計(jì)中煙霧監(jiān)測(cè)報(bào)警器配備了數(shù)值顯示屏，采取延時(shí)工作模式，選用STC89C52單片機(jī)作為核心數(shù)據(jù)處理元件，MQ-2型煙霧傳感器與DS18B20型溫度傳感器分別承擔(dān)測(cè)量環(huán)境內(nèi)煙霧濃度與溫度的數(shù)據(jù)收集的功能，nRF24L01無(wú)線模塊承擔(dān)上下位機(jī)之間的數(shù)據(jù)傳輸任務(wù)，最終將相關(guān)數(shù)據(jù)顯示在液晶屏上，并在數(shù)值達(dá)到預(yù)設(shè)閥值時(shí)自動(dòng)報(bào)警，從而實(shí)現(xiàn)火災(zāi)預(yù)警的智能自動(dòng)化。系統(tǒng)框架如圖1所示。

圖1 整體設(shè)計(jì)框架

2.2 各模塊的功能

（1）單片機(jī)模塊：通過判斷傳感器收集數(shù)據(jù)是否達(dá)到設(shè)定閥值，控制報(bào)警模塊運(yùn)作，并向顯示模塊傳輸數(shù)據(jù)。

（2）傳感器模塊：收集測(cè)驗(yàn)環(huán)境中的煙霧濃度與溫度數(shù)值，并交由單片機(jī)核心處理。

（3）顯示電路模塊：用于顯示測(cè)驗(yàn)環(huán)境與預(yù)先設(shè)定的煙霧濃度、溫度值。

（4）無(wú)線通信模塊：用于上下位電路模塊的數(shù)據(jù)傳輸。

（5）報(bào)警模塊：在測(cè)定值達(dá)到閥值時(shí)啟動(dòng)蜂鳴器。

整個(gè)系統(tǒng)采用單片機(jī)作為設(shè)計(jì)核心，串聯(lián)起各部件模塊，通過傳感器收集周邊環(huán)境煙霧濃度與溫度信息，當(dāng)單片機(jī)判定超過設(shè)定閥值時(shí)，可以通過無(wú)線模塊向下位電路發(fā)送報(bào)警信號(hào)，從而控制報(bào)警模塊報(bào)警并可時(shí)刻顯示測(cè)量信息于顯示屏上。

2.3 系統(tǒng)調(diào)試

系統(tǒng)調(diào)試的具體步驟如下：

（1）因?yàn)殡娐氛w全部采用手工焊接，所以可能存在人工焊接所帶來的虛焊、毛刺等問題，需通過初步目測(cè)排查修繕。

（2）使用萬(wàn)用表檢測(cè)連線或接點(diǎn)的連接是否通暢，排除電源線與地線之間的短路現(xiàn)象。

（3）連接電源后復(fù)查各部件電源端是否正常運(yùn)作。

（4）聯(lián)機(jī)檢查各功能完整性。

將收、發(fā)兩塊電路板分別接入電源，按下啟動(dòng)按鈕。從液晶屏與指示燈的間斷閃爍得知各功能在正常運(yùn)作。后通過檢測(cè)源的靠近觀察液晶屏上數(shù)值是否正常變化，發(fā)現(xiàn)了軟件程序延時(shí)現(xiàn)象的出現(xiàn)。在優(yōu)化了相應(yīng)軟件部分后再次實(shí)驗(yàn)，在給定標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)的情況下多次測(cè)量周邊環(huán)境中的煙霧濃度數(shù)據(jù)，誤差均在2.55%爆炸下限（Lower Explosive Limit，LEL）之內(nèi)，在規(guī)定的誤差范圍（±5%）LEL之內(nèi)，說明系統(tǒng)電路已具備能夠完成預(yù)期目標(biāo)的能力。系統(tǒng)調(diào)試過程，如圖2—4所示。將兩塊電路分別連接電源后，指示燈亮起，說明電路均已正常運(yùn)行。

通過使用打火機(jī)靠近煙霧傳感器釋放C4H10氣體，液晶屏正常顯示相應(yīng)濃度數(shù)值，并在超出設(shè)定濃度的情況下觸發(fā)報(bào)警。報(bào)警紅燈亮起，蜂鳴器運(yùn)作。

圖2 火災(zāi)監(jiān)測(cè)報(bào)警器開機(jī)示例

圖3 火災(zāi)監(jiān)測(cè)報(bào)警器煙感示例

圖4 火災(zāi)監(jiān)測(cè)報(bào)警器溫感示例

直接用手握住溫度傳感器原件，體溫的傳輸使得顯示屏中測(cè)定溫度值正常上升，并在達(dá)到溫度閥值時(shí)也順利通過燈管與蜂鳴器報(bào)警[5-6]。

3 結(jié)語(yǔ)

文章設(shè)計(jì)一種小型無(wú)線火災(zāi)煙霧監(jiān)測(cè)報(bào)警器，以單片機(jī)為控制核心，采用了時(shí)下流行的無(wú)線傳輸技術(shù)，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)室內(nèi)環(huán)境的實(shí)時(shí)檢測(cè)。系統(tǒng)分為發(fā)送端和接收端兩大部分，發(fā)送端負(fù)責(zé)收集環(huán)境參數(shù)，并實(shí)時(shí)將數(shù)據(jù)進(jìn)行處理；接收端負(fù)責(zé)將發(fā)送端發(fā)來的數(shù)據(jù)進(jìn)行接收、轉(zhuǎn)換并顯示、預(yù)警。本系統(tǒng)體積小、成本低，具有一定的市場(chǎng)應(yīng)用價(jià)值。

該設(shè)計(jì)使得具備低成本與簡(jiǎn)單構(gòu)造兩點(diǎn)優(yōu)勢(shì)的無(wú)線火災(zāi)煙霧監(jiān)測(cè)傳感器得以實(shí)現(xiàn)。通過在空間較小場(chǎng)所的裝配，可以為空間內(nèi)的災(zāi)害預(yù)防提供初步簡(jiǎn)單有效的保障，簡(jiǎn)單的架構(gòu)也使得其功能性的增添成為可能，本設(shè)計(jì)也有可能被完善成多監(jiān)測(cè)渠道的多功能災(zāi)害預(yù)防智能設(shè)備。