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        基于嵌入式系統(tǒng)的地鐵火災(zāi)監(jiān)控檢測系統(tǒng)

        2021-09-06 12:14:44湯銳韓磊顧月兒曹景鈺張宇慧
        電子制作 2021年17期
        關(guān)鍵詞:低電平電路圖電路設(shè)計

        湯銳,韓磊,顧月兒,曹景鈺,張宇慧

        (江蘇師范大學(xué)江蘇圣理工學(xué)院——中俄學(xué)院,江蘇徐州,221100)

        0 引言

        隨著城市軌道交通的發(fā)展,地鐵出行成為了越來越多市民的首要選擇,地鐵不僅污染小、噪聲小,而且可以緩解地面的交通壓力,為人們的出行創(chuàng)造方便。然而,由于人流量較大,使得地鐵存在著一定的安全隱患,比如地鐵站機電設(shè)備密集,用電負荷大,容易引起電氣火災(zāi)。在現(xiàn)今很多地鐵都采用綜合監(jiān)控系統(tǒng),監(jiān)控對象主要是行車和行車指揮、防災(zāi)和安全系統(tǒng)、乘客服務(wù)等其他內(nèi)容,采用兩級管理三層控制的分層分布式結(jié)構(gòu)。

        本文主要討論設(shè)計關(guān)于電氣火災(zāi)的監(jiān)測系統(tǒng),通過電氣火災(zāi)檢測系統(tǒng)可以有效地預(yù)防這一危險的出現(xiàn),本文采用的獨立式探測器安全性高,節(jié)能降耗,使用安全,并且結(jié)合嵌入式中監(jiān)控的特點和我國地鐵的結(jié)構(gòu)特點,繪制出了一套電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)。

        1 系統(tǒng)硬件設(shè)計

        ■1.1 系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)設(shè)計

        本系統(tǒng)主要通過測溫式電氣火災(zāi)探測器對溫度進行檢測,電氣火災(zāi)探測器主要由溫度轉(zhuǎn)換電路,差分比例放大電路,單限電壓比較器,聲光報警電路構(gòu)成,流程圖如圖1所示。

        圖1

        其中溫度轉(zhuǎn)換電路選用電橋這一電路,將溫度這一緩慢變化的非電量信號轉(zhuǎn)換為電壓信號輸出;因為電橋測試轉(zhuǎn)換溫度電信號為壓差信號,差分比例放大電路對這個轉(zhuǎn)換的壓差進行放大處理;單限電壓比較器就是將這個壓差值,轉(zhuǎn)換為高低電平狀態(tài)的變化,當(dāng)輸入電壓超過所設(shè)定的閾值電壓之后,輸出電壓的狀態(tài)就會發(fā)生變化,從低電平跳為高電平或從高電平跳為低電平;報警電路通過高低電平的變化,驅(qū)動發(fā)光二極管和蜂鳴器,使之工作。

        之后由探測器與監(jiān)控分機構(gòu)成通信,各個分路的監(jiān)控分機匯報給監(jiān)控主機,數(shù)據(jù)傳輸總線傳遞信息,最后傳遞給車站服務(wù)器,地鐵工作人員采取措施??傮w結(jié)構(gòu)流程如圖2所示。

        圖2

        其中測溫式電氣火災(zāi)探測器通過部署在各個場景的終端設(shè)備,通過測溫式火災(zāi)報警電路設(shè)備,發(fā)送信息;主機是地鐵監(jiān)控的核心設(shè)備,負責(zé)視頻信號的放大與分配,圖像信號的矯正與補償,網(wǎng)絡(luò)控制,圖像的切換與記錄等等,在此文章中負責(zé)傳遞火情信息并分析情況;大屏負責(zé)視頻信號的放大與分配,圖像信號的矯正與補償,網(wǎng)絡(luò)控制,圖像的切換與記錄等等;數(shù)據(jù)傳輸總線是數(shù)據(jù)傳輸?shù)耐ǖ?,為各部分之間的通道連接;服務(wù)器把需要的信息存儲到一個固定的設(shè)備上,可供以后圖像的存儲、回放、服務(wù)、轉(zhuǎn)發(fā)等功能。

        ■1.2 溫度轉(zhuǎn)換電路設(shè)計

        溫度轉(zhuǎn)換電路設(shè)計為電橋由R1、R2、R3、Rw1及Rt組成,其中Rt為熱敏電阻,在multisim用可調(diào)變阻器代替,阻值與溫度成線性變化的關(guān)系,為穩(wěn)定Rt工作電流,達到穩(wěn)定溫度系數(shù)的目的,設(shè)置了穩(wěn)壓管。設(shè)置Rw1是為了平衡電橋,multisim電路設(shè)計溫度轉(zhuǎn)換電路圖3所示。

        圖3 溫度轉(zhuǎn)換電路圖

        電橋四個橋臂滿足關(guān)系式:

        ■1.3 差分比例放大電路設(shè)計

        這個電路由741集成運放構(gòu)成,實現(xiàn)對兩路傳感器電壓信號的放大,在multisim仿真時選用了電壓差為4V的兩端輸入進行仿真,通過在輸出兩端接一個萬用表來測量輸入輸出前后壓差的變化情況,可以通過調(diào)節(jié)電路中的三個電阻R3,Rw2,R1來理論調(diào)節(jié)壓差的變化倍數(shù),電路設(shè)計如圖4所示。

        圖4 差分比例放大電路圖

        其中輸入和輸出的關(guān)系式為:

        ■1.4 單限電壓比較器設(shè)計

        該電路也由741集成運放構(gòu)成,將差分比例放大電路兩路傳感器的電壓差轉(zhuǎn)換為高低電平狀態(tài)的變化,驅(qū)動報警電路。閾值電壓可以通過調(diào)節(jié)R5,Rw4來改變輸入電壓的跳變值,當(dāng)輸入電壓達到電路所設(shè)計的閾值時,電平狀態(tài)發(fā)生變化,電路設(shè)計如圖5所示。

        圖5 單限電壓比較器電路圖

        閾值電壓Ut公式為:

        ■1.5 聲光報警電路

        發(fā)光二極管的限流保護電阻取值范圍為200~510Ω;蜂鳴器采用200Hz,加入了單個三極管,以擴大輸出負載電流,增強電路的負載能力,輸出低電平時,三極管導(dǎo)通,蜂鳴器報警。聲光報警電路如圖6所示。

        圖6 聲光報警電路圖

        2 系統(tǒng)軟件設(shè)計

        由于嵌入式系統(tǒng)是專用的計算機系統(tǒng),具有系統(tǒng)內(nèi)核小,可裁剪性,強穩(wěn)定性,較長的生命周期等優(yōu)點,用于控制、監(jiān)視或者輔助設(shè)備,具有通信功能。同時,ARM匯編語言是面向機器的匯編語言,其針對性強,占用資源少,效率高等優(yōu)點很適合運用于在此情況中。在此軟件設(shè)計中,由兩個程序流程構(gòu)成。

        當(dāng)?shù)罔F內(nèi)出現(xiàn)異常,溫度升高時,測溫式電氣火災(zāi)探測器熱敏電阻會阻值發(fā)生變化,一旦超過正常值,通過上述介紹的硬件電路設(shè)計及其流程,蜂鳴器和二極管會報警,從而反饋給監(jiān)控分機,監(jiān)控分機通過數(shù)據(jù)總線傳遞給監(jiān)控主機,監(jiān)控主機通過分析情況,采取接收判斷后發(fā)射信息,一部分存入顯示屏中,一部分車站工作人員接收。具體流程如圖7、圖8所示。

        圖7 主程序流程圖

        圖8 子程序流程圖

        3 結(jié)束語

        基于嵌入式系統(tǒng)的地鐵火災(zāi)監(jiān)控監(jiān)測系統(tǒng),可以很好地監(jiān)測地鐵內(nèi)存在的火災(zāi)安全隱患,在這個地鐵盛行的時代,可以被廣泛地應(yīng)用。同時,它還具有獨立性、保密性、安全性、互不影響、在線實時監(jiān)測、節(jié)能降耗等特點,并且采用741集成運放,熱敏電阻等,設(shè)計成本低,具有一定的價值。

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