室內(nèi)火情智能探測(cè)裝置的設(shè)計(jì)

劉崇基

（云南電網(wǎng)有限責(zé)任公司保山供電局，保山678000）

0 引言

近年以來隨著經(jīng)濟(jì)社會(huì)的發(fā)展，用電量激增，供電局信息機(jī)房?jī)?nèi)設(shè)備不斷增加，同時(shí)機(jī)房?jī)?nèi)的老舊設(shè)備易因故障、絕緣老化、過負(fù)荷運(yùn)行等因素引發(fā)火災(zāi)。當(dāng)火災(zāi)發(fā)生時(shí)，若不能及時(shí)發(fā)現(xiàn)并撲滅，會(huì)造成巨大的經(jīng)濟(jì)損失，給地區(qū)人民的生產(chǎn)生活帶來不便，甚至造成人身傷亡[1]。目前，機(jī)房?jī)?nèi)的火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)存在靈敏系數(shù)低，反應(yīng)慢等問題，只有出現(xiàn)明火點(diǎn)時(shí)才會(huì)發(fā)出報(bào)警信號(hào)，且無(wú)法對(duì)存在的火災(zāi)隱患作出預(yù)警，導(dǎo)致無(wú)法第一時(shí)間檢測(cè)火情，從而及時(shí)滅火以減少損失。

本文提出一種室內(nèi)火情智能探測(cè)裝置的設(shè)計(jì)，針對(duì)裝置運(yùn)用環(huán)境以及功能需求，模擬設(shè)計(jì)出價(jià)格合理，基本功能實(shí)現(xiàn)的智能火情探測(cè)裝置。本裝置發(fā)現(xiàn)火情時(shí)可以及時(shí)報(bào)警并啟動(dòng)風(fēng)扇進(jìn)行降溫和排風(fēng)。

1 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

1.1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)的功能

本設(shè)計(jì)裝置可以運(yùn)用在多場(chǎng)合，比如電廠、影院或者工廠等具有火災(zāi)隱患的地方利用煙霧、溫度探測(cè)器。根據(jù)機(jī)柜內(nèi)部的設(shè)備布置情況，在已安裝探測(cè)器的基礎(chǔ)上，在機(jī)柜內(nèi)部進(jìn)行多點(diǎn)安裝，采集煙霧、溫度等數(shù)據(jù)，上傳實(shí)時(shí)相關(guān)數(shù)據(jù)，進(jìn)行在線監(jiān)測(cè)和統(tǒng)計(jì)分析[2]。根據(jù)探測(cè)器安裝的不同位置，設(shè)置不同的閥值，若發(fā)現(xiàn)異常，則及時(shí)報(bào)警。

1.2 系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)

本次設(shè)計(jì)采用多傳感器進(jìn)行火情檢測(cè)，基于傳感器數(shù)據(jù)之間的邏輯相關(guān)性來實(shí)現(xiàn)火情檢測(cè)系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)如圖1 所示。具體實(shí)現(xiàn)為當(dāng)有其中一個(gè)傳感器檢測(cè)出的數(shù)據(jù)異常時(shí)，將數(shù)據(jù)發(fā)送至數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)，并發(fā)出警告，通知排查。當(dāng)兩個(gè)以上的傳感器檢測(cè)的數(shù)據(jù)超過閥值時(shí)，發(fā)出報(bào)警信號(hào)并啟動(dòng)滅火系統(tǒng)，信號(hào)處理器與數(shù)據(jù)分析與處理系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)相連，提高信息傳輸?shù)目焖傩裕z測(cè)到的數(shù)據(jù)保存以作未來分析對(duì)比[3]。

1.3 各模塊具體設(shè)計(jì)

1.3.1 主控電路

考慮到STC89C52 是一種低功耗、高性能微控制器，并且具有8K 在系統(tǒng)可編程Flash 存儲(chǔ)器等優(yōu)點(diǎn)，符合本設(shè)計(jì)的要求，故選其作為本系統(tǒng)的主體部分。

圖1 系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)圖

單片機(jī)控制電路模塊如圖2 所示，左上角電路為復(fù)位電路，在單片機(jī)REST 腳引入高電平，并且持續(xù)保持2 個(gè)周期時(shí)，信號(hào)傳到單片機(jī)就會(huì)執(zhí)行復(fù)位操作。本設(shè)計(jì)采用按鍵手動(dòng)復(fù)位，按鍵手動(dòng)復(fù)位分為脈沖方式與電平方式兩種[4]。由RST（9）端口與電源VCC 連接從而來達(dá)到復(fù)位電平信號(hào)。

圖2 左下角部分為晶振電路，在STC89C52 單片機(jī)內(nèi)部有一振蕩電路，在單片機(jī)的 XTAL1（18）和 XTAL2（19）引腳外接石英晶體，這部分電路的作用是在單片機(jī)內(nèi)產(chǎn)生時(shí)鐘脈沖信號(hào)。

P0 口通過上拉電阻連接到液晶顯示模塊，LCDEN 口和RS 口也是連接到液晶顯示模塊控制顯示屏的亮度；P1口、P3.2 到P3.6 口用于連接ADC0809 模塊，配合煙霧探測(cè)傳感器運(yùn)行。DQ 口連接的是溫度傳感器，用于讀取溫度。K1、K2 和K3 口連接的是按鍵電路。

圖2 單片機(jī)主控電路圖

1.3.2 煙霧探測(cè)電路

煙霧探測(cè)模塊是由AD 轉(zhuǎn)換電路和煙霧傳感器兩部分組成如圖3 所示。具體工作原理是傳感器如果檢測(cè)到煙霧，就把電壓信號(hào)傳輸?shù)紸DC0809 轉(zhuǎn)換模塊，其再將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)傳遞給單片機(jī)，從而單片機(jī)再對(duì)信號(hào)進(jìn)行處理。

煙霧傳感器采用的是MQ-2 型號(hào)，對(duì)所測(cè)試的氣體有比較高的靈敏度和信噪比[5]。

1.3.3 溫度檢測(cè)電路

此模塊采用的是DS18B20 型號(hào)的溫度傳感器，具有耐磨耐碰，體積小，使用方便，適用于各種狹小空間設(shè)備數(shù)字測(cè)溫和控制領(lǐng)域。其測(cè)溫范圍-55～+125℃。傳感器1 腳接地，2 腳是數(shù)據(jù)傳輸腳，3 腳接電源。R16 是上拉電阻，起到穩(wěn)定信號(hào)的作用，溫度檢測(cè)電路圖如圖4 所示。

圖3 煙霧探測(cè)電路圖

圖4 溫度檢測(cè)電路圖

1.3.4 液晶顯示電路

液晶顯示模塊的作用是顯示煙霧濃度與溫度的設(shè)置值和現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際值。如圖5 所示，模塊的3 號(hào)腳是灰度調(diào)節(jié)腳，采集的是電壓信號(hào)，利用兩個(gè)電阻分壓[6]。R5 和R6 兩電阻的阻值決定著液晶顯示的明暗程度，R5 阻值的選取通常是250 歐姆到1.5k 歐姆之間，根據(jù)液晶廠家的不同而有所不同。

1.3.5 聲光報(bào)警模塊

聲光報(bào)警模塊與單片機(jī)的P2.5 口連接，采用的元件是9012PNP 型三極管。當(dāng)單片機(jī)的I/O 口輸出低電平，三極管導(dǎo)通，電流方向是從電源經(jīng)過蜂鳴器到三極管接地，利用三極管的開關(guān)作用使蜂鳴器接通工作，F(xiàn)R1 為限流電阻[7]。電路圖如圖6 所示。

圖5 液晶顯示電路圖

圖6 聲光報(bào)警電路圖

1.3.6 繼電器驅(qū)動(dòng)模塊

圖7 繼電器驅(qū)動(dòng)電路圖

繼電器驅(qū)動(dòng)模塊電路圖如圖7 所示，其原理與蜂鳴器一致，也是利用PNP 三極管的開關(guān)作用。當(dāng)繼電器控制的引腳FS 接收到單片機(jī)傳來的低電平，繼電器就會(huì)吸和，圖7 右邊電路就會(huì)導(dǎo)通[8]。接線端子J5 作用等同于一個(gè)開關(guān)，用來控制風(fēng)扇M1。當(dāng)現(xiàn)場(chǎng)發(fā)生火災(zāi)，風(fēng)扇用來排煙。

2 基于單片機(jī)系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

系統(tǒng)流程圖如圖8 所示。

圖8 主程序流程圖

3 結(jié)論

本文所設(shè)計(jì)的以單片機(jī)為核心的室內(nèi)火情智能探測(cè)裝置總體上可以達(dá)到所需要求，可以運(yùn)用于大部分存在火情隱患的場(chǎng)所，一旦發(fā)生火情，裝置采集到信息，傳遞到報(bào)警模塊，迅速做出報(bào)警，及時(shí)有效地通知我們，從而保障我們的人身安全及財(cái)產(chǎn)安全。該設(shè)計(jì)具有價(jià)格不高，自動(dòng)化程度較高的優(yōu)點(diǎn)，可以廣泛運(yùn)用到生活當(dāng)中。