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。