張素玲

摘 要 針對(duì)目前智能消防水炮的功能需要和市場(chǎng)需求，基于STC單片機(jī)技術(shù)，結(jié)合模塊化的設(shè)計(jì)理論，開(kāi)發(fā)智能消防水炮控制器。該控制器以STC12C5A48S2單片機(jī)為核心，設(shè)計(jì)A/D采樣、開(kāi)關(guān)量輸入、步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)、RS485通訊、LED指示與報(bào)警等外圍接口電路，并開(kāi)發(fā)相應(yīng)的消防水炮控制器軟件。該控制器具有功能齊備、成本低等特點(diǎn)，能夠較好地滿足市場(chǎng)需求。

關(guān)鍵詞 STC單片機(jī)；智能消防水炮；RS485

中圖分類(lèi)號(hào)：TU976+.5 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B

文章編號(hào)：1671-489X（2015）16-0039-02

1 引言

大空間高層類(lèi)建筑布局復(fù)雜，人員相對(duì)密集，容易發(fā)生火災(zāi)。一旦發(fā)生火災(zāi)，火勢(shì)發(fā)展迅速，人員疏散比較困難，從而導(dǎo)致火災(zāi)撲救非常困難。當(dāng)發(fā)生火災(zāi)時(shí)，智能消防水炮可以自動(dòng)尋找火源，并對(duì)準(zhǔn)火源定位噴水滅火，第一時(shí)間對(duì)火災(zāi)進(jìn)行有效控制，甚至撲滅火災(zāi)[1]。

本研究以STC12C5A48S2單片機(jī)為核心，開(kāi)發(fā)一款功能完備、設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單、穩(wěn)定性強(qiáng)的智能消防水炮控制器，盡可能減少人身與財(cái)產(chǎn)損失，實(shí)用性強(qiáng)。

2 系統(tǒng)基本功能

智能消防水炮綜合運(yùn)用紫外和紅外傳感器技術(shù)，當(dāng)一級(jí)紫外探測(cè)裝置發(fā)現(xiàn)火災(zāi)，將信號(hào)傳送給單片機(jī)STC12C5A48S2，單片機(jī)對(duì)信號(hào)進(jìn)行處理分析，從而啟動(dòng)水平電機(jī)順時(shí)針360°范圍內(nèi)轉(zhuǎn)動(dòng)，進(jìn)行二級(jí)紅外水平探測(cè)：如果水平紅外探測(cè)器探測(cè)到火災(zāi)，那么水平定位，單片機(jī)啟動(dòng)垂直電機(jī)進(jìn)行三級(jí)紅外垂直探測(cè)；如果垂直紅外探測(cè)器探測(cè)到火災(zāi)，那么垂直定位，聯(lián)動(dòng)控制外圍設(shè)備進(jìn)行射水滅火[2]。功能框圖如圖1所示。

3 硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)

控制器以宏晶公司的STC12C5A48S2為核心，該芯片抗干擾能力強(qiáng)，具有1280字節(jié)的RAM、48 K的FLASH、12 K的EEPROM、內(nèi)部看門(mén)狗、掉電檢測(cè)、10路10位AD和四種設(shè)置的I/O口等功能[3]。采用該型號(hào)單片機(jī)，不僅外部電路設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單，而且性能能夠得到保證。

1）PYD-1220D熱釋電紅外探測(cè)器是性能優(yōu)良的熱敏探測(cè)器，用于明火探測(cè)。圖2中熱釋電紅外探測(cè)器（JHS1）的輸出電壓一般為毫伏級(jí)，選用LM358對(duì)其進(jìn)行三級(jí)運(yùn)算放大，然后由單片機(jī)進(jìn)行采樣處理[4]。首先，CA4是旁路電容，RA7、RA5和IC1A組成一級(jí)放大，RA7與RA5的比值決定了一級(jí)交流放大增益，即G=1+RA7/RA5，10倍左右。其次，RA9、RA6和IC1B組成二級(jí)反向放大，RA9與RA6決定了二級(jí)放大增益，即G=-RA9/RA6，18倍左右。最后，RA11、RA10和IC1C組成三級(jí)反向放大，RA11與RA10決定了三級(jí)放大增益，即G=-RA11/RA10，10倍左右。通過(guò)計(jì)算可以得出，電路總放大增益為1800倍左右。

2）智能消防水炮的電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路，是一款高性能電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路，采用東芝公司的兩相混合式步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片TH6560進(jìn)行設(shè)計(jì)，具有低功耗、高集成度等特點(diǎn)，可以支持不同參數(shù)的步進(jìn)電機(jī)。芯片內(nèi)置溫度保護(hù)電路及過(guò)流保護(hù)電路，當(dāng)芯片過(guò)熱或者電機(jī)電流過(guò)大時(shí)，能夠進(jìn)行有效的保護(hù)。通過(guò)單片機(jī)控制，可以實(shí)現(xiàn)整步、1/2細(xì)分、1/8細(xì)分、1/16細(xì)分等運(yùn)行方式。步進(jìn)電機(jī)運(yùn)行速度越快，力矩越小。水炮尋找火源的過(guò)程不噴射水流，負(fù)載較輕，步進(jìn)電機(jī)此時(shí)采用整步的運(yùn)行方式，水炮定位后，開(kāi)始噴射水流滅火，后期擺動(dòng)撲滅周?chē)挠嗷饡r(shí)，由于負(fù)載較重，步進(jìn)電機(jī)此時(shí)采取1/8細(xì)分的運(yùn)行方式。

3）圖3中智能消防水炮的通訊電路設(shè)計(jì)，采用RS485專用通訊芯片MAX1487來(lái)設(shè)計(jì)。RS485總線采用抗瞬變二極管Z3，可以鉗位與泄放瞬變電壓，從而確保后面的電路元件免受瞬態(tài)高能量的沖擊而損壞。通訊電路與單片機(jī)的控制電路之間，收發(fā)數(shù)據(jù)使能端選用光耦TLP521進(jìn)行隔離，數(shù)據(jù)收發(fā)端采用光耦6N137進(jìn)行電氣隔離。

4 程序設(shè)計(jì)

1）主循環(huán)程序設(shè)計(jì)。系統(tǒng)初始化完畢，紫外探測(cè)器就一直查找火源，如果查找到火源，則水炮預(yù)警，預(yù)警指示燈點(diǎn)亮。水平電機(jī)運(yùn)動(dòng)，水平紅外探測(cè)器開(kāi)始查找火源，如果未查找到火源，水平限位到，那么水炮進(jìn)行初始化復(fù)位；如果查找到火源，則水平電機(jī)停止運(yùn)動(dòng)，垂直電機(jī)運(yùn)動(dòng)，垂直紅外探測(cè)器開(kāi)始查找火源；如果垂直紅外探測(cè)器未查找到火源，垂直限位到，水炮進(jìn)行初始化復(fù)位；如果查找到火源，則水炮定位，發(fā)出聲光報(bào)警信號(hào)，并開(kāi)啟閥門(mén)進(jìn)行噴水滅火。根據(jù)國(guó)標(biāo)要求，作為噴射型滅火產(chǎn)品，滅火時(shí)間暫定為3分鐘，時(shí)間未到則繼續(xù)噴水滅火；如果時(shí)間到，并且紅外探測(cè)器未發(fā)現(xiàn)火源，則關(guān)閉閥門(mén)停止噴水滅火。

2）中斷服務(wù)程序主要有串口接收中斷和定時(shí)器中斷。串口接收中斷主要負(fù)責(zé)上位機(jī)與智能水炮間的RS485通訊。定時(shí)器中斷是在程序中設(shè)計(jì)了個(gè)10 ms的時(shí)基，其他定時(shí)均在此基礎(chǔ)上進(jìn)行。使能步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片，定時(shí)器每中斷一次，都會(huì)給步進(jìn)電機(jī)一個(gè)脈沖驅(qū)動(dòng)信號(hào)。智能水炮指示燈為每秒閃亮一次，是通過(guò)此定時(shí)器的中斷計(jì)數(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)的。

5 結(jié)束語(yǔ)

本研究從軟件、硬件兩個(gè)方面介紹了智能消防水炮的控制器設(shè)計(jì)，以STC12C5A48S2單片機(jī)為控制芯片，采用匯編語(yǔ)言編程。該控制器具有運(yùn)行可靠和成本低等特點(diǎn)，滿足企業(yè)的技術(shù)要求。

參考文獻(xiàn)

[1]陳勁松.大空間建筑早期火災(zāi)智能探測(cè)報(bào)警技術(shù)[J].工程建設(shè)與檔案，2004（3）：29-30，36.

[2]劉申友，袁宏永，蘇國(guó)峰，等.定點(diǎn)滅火智能消防水炮[J].中國(guó)安全科學(xué)學(xué)報(bào)，2001（4）：37-41.

[3]胡漢材.單片機(jī)原理及其接口技術(shù)[M].北京：清華大學(xué)出版社，2005.

[4]馬新，曹希鋒.紅外技術(shù)在早期火災(zāi)探測(cè)中的應(yīng)用[J].消防技術(shù)與產(chǎn)品信息，2003（10）：19-22.