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        基于單片機(jī)的配電火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)設(shè)計(jì)

        2022-12-27 06:07:34孫雪景
        日用電器 2022年11期
        關(guān)鍵詞:單片機(jī)系統(tǒng)

        孫雪景

        (吉林建筑大學(xué) 市政與環(huán)境工程學(xué)院 長春 130118)

        引言

        火災(zāi)一直是影響人類安定生活的隱藏殺手,為了處理火災(zāi)突發(fā)與頻發(fā)的情況,尤其是針對現(xiàn)有建筑配電系統(tǒng)火災(zāi)早期預(yù)警問題,值得更加關(guān)注和重視。本系統(tǒng)針對該問題設(shè)計(jì)了一種更加合理的消防報(bào)警系統(tǒng),在數(shù)據(jù)傳輸上采用無線通信模塊進(jìn)行技術(shù)上的改進(jìn),從而做到早發(fā)現(xiàn)、早預(yù)防、早處理,從而在源頭進(jìn)行防控和檢測火災(zāi),使得人民財(cái)產(chǎn)損失降到最低[1]。

        1 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)方案

        本文將單片機(jī)與傳感器、無線傳輸模塊以及串口調(diào)試技術(shù)相結(jié)合設(shè)計(jì)消防報(bào)警和聯(lián)動系統(tǒng),使用了煙霧傳感器和溫度傳感器兩種傳感器,將室內(nèi)的溫度和日常生活環(huán)境的測量結(jié)果與設(shè)定的限值進(jìn)行對比,從而確定日常生活中的環(huán)境有無著火。本設(shè)計(jì)采用STC89C52單片機(jī)與NRF24L01無線通信模塊為核心,實(shí)現(xiàn)了對煙霧、溫度的檢測。系統(tǒng)由主控電路、電源電壓電路、溫度傳感器等組成,系統(tǒng)功能的主體由兩部分組成,第一部分是依靠傳感器去采集信息,第二部分是當(dāng)溫度值和煙霧值超出設(shè)定的上限時(shí),蜂鳴器和LED等會發(fā)出警報(bào)。具體的系統(tǒng)機(jī)制是通過Proteus軟件先設(shè)定煙霧及溫度的上限值,然后依靠keil軟件編寫溫度和煙霧的相關(guān)程序和串口助手軟件設(shè)定某些基本數(shù)據(jù)。仿真時(shí),如果串口助手我們設(shè)置的數(shù)據(jù)超過煙霧或溫度的上限濃度,LED燈及蜂鳴器就會進(jìn)行報(bào)警。該系統(tǒng)具有較強(qiáng)的抗干擾能力,程序設(shè)置簡單,價(jià)格低廉,對火災(zāi)的早期預(yù)警有一定的防范價(jià)值。系統(tǒng)的發(fā)送側(cè)和接收側(cè)結(jié)構(gòu)框圖如圖1和圖2所示。

        圖1 發(fā)送側(cè)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖

        圖2 接收側(cè)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖

        2 系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì)

        2.1 硬件選型

        根據(jù)智能消防控制系統(tǒng)硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)需要,本文對電源電壓模塊、無線傳輸模塊、液晶顯示器、火災(zāi)探測器、煙霧傳感器等主要模塊和設(shè)備進(jìn)行選型并進(jìn)行詳細(xì)地分析說明。表1為消防報(bào)警和聯(lián)動系統(tǒng)設(shè)備類型及選型。

        表1 設(shè)備類型及選型

        2.2 無線傳輸模塊

        本文利用NRF24L01的無線收發(fā)模塊[2],將探測到的數(shù)據(jù)傳輸?shù)浇邮斩?,?shí)現(xiàn)對火情的實(shí)時(shí)監(jiān)測和聲光報(bào)警。NRF24L01是一種單片無線收發(fā)芯片,適用于(2.4~2.5)GHz國際標(biāo)準(zhǔn)的 ISM波段。無線收發(fā)信機(jī)由頻率發(fā)生器、增強(qiáng)型 SchockBurstTM模式控制器、功率放大器、晶體振蕩器、調(diào)制器、解調(diào)器等組成,輸出功率,頻道選擇,以及協(xié)議設(shè)定都可以用 SPI界面來設(shè)定。其功耗非常?。汗ぷ饔?6 dBm時(shí),其功耗為9 mA,而在接收方式下為12.3 mA。在電源下降和備用狀態(tài)下,功耗更小。

        2.3 火災(zāi)探測器

        本論文選擇了JTF-YW-ZM2251TB智能復(fù)合感溫感煙火災(zāi)檢測器。它兼具光電式煙霧檢測和溫度檢測,具有較強(qiáng)的抗干擾能力、高靈敏度、全方位可視指示燈、可以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程顯示、磁體試驗(yàn)等優(yōu)點(diǎn)。復(fù)合式火警探測器工作原理不管什么火源參數(shù),只要有一個(gè)火源參數(shù)達(dá)到了一定的檢出值,它就會立即發(fā)出警報(bào),圖3為無線傳輸模塊原理圖。復(fù)合式火災(zāi)檢測器利用微型加工的芯片,對全部檢測器進(jìn)行測量。復(fù)合式火災(zāi)探測器能夠準(zhǔn)確、有效地探測各類火災(zāi),極大地降低了虛警率,減少了火災(zāi)的發(fā)生。該系統(tǒng)智能化程度高,可靠性高,功能多樣。

        圖3 無線傳輸模塊原理圖

        2.4 煙霧傳感器模塊

        此次設(shè)計(jì)涉及兩種新型的煙霧感應(yīng)器,一種是用一種氧化物半導(dǎo)體陶瓷材料制造的煙霧感應(yīng)器,另一種是用一種單晶半導(dǎo)體器件制造的煙霧感應(yīng)器。按其敏感性,可分為兩類:電阻型和非電阻型。半導(dǎo)體氣體傳感器可分為 N類和 P類。N型阻值隨煙氣濃度的增大而減?。籔型阻值隨煙氣濃度的增大而增大。MQ-2型二氧化錫氣體敏感元件是一類具有表面離子的 N類半導(dǎo)體元件。二氧化錫在(200~300)℃時(shí),能吸收空氣中的氧,從而產(chǎn)生負(fù)離子,從而使半導(dǎo)體器件的電子密度下降,并使其電阻增大。當(dāng)它與煙塵接觸時(shí),如果因此煙塵的調(diào)整而使粒子間的位壘發(fā)生變化,就會引起其表面電導(dǎo)率的變化。用這種方法可以獲得有無煙的數(shù)據(jù)。

        2.5 聲光報(bào)警模塊

        蜂鳴器在正常狀況下的工作電流較高,想要驅(qū)動單片機(jī)的 I/O端口,就需要使用放大電路,通常采用三極管對其進(jìn)行放大。用P2.0管腳來控制聲告警,P2.0的電平狀態(tài)處于低電平狀態(tài)時(shí),三極管會被接通,蜂鳴器會發(fā)出聲響警報(bào);否則,三極管斷開,蜂鳴器就不會響了。聲音報(bào)警電路如圖4所示。三種不同顏色的LED燈報(bào)警電路圖如圖5所示,通過單片機(jī)的P2.1控制綠燈,P3.4控制紅燈,P3.5控制藍(lán)燈。當(dāng)設(shè)計(jì)的消防報(bào)警和聯(lián)動系統(tǒng)感應(yīng)到火情突然發(fā)生時(shí),三個(gè)LED燈的端口在單片機(jī)的控制下會在自上到下的順序輸出低電平時(shí),對應(yīng)的三個(gè)燈也會按照自上到下的順序交替閃爍發(fā)出光芒報(bào)警,直到解除報(bào)警。

        圖4 報(bào)警器報(bào)警電路圖

        圖5 燈光報(bào)警電路圖

        3 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

        該系統(tǒng)包括主程序,溫度數(shù)據(jù)采集子程序,煙霧數(shù)據(jù)采集子程序,火焰信號采集子程序,火災(zāi)判斷和警報(bào)子程序。主程序先對 LCD進(jìn)行初始化,然后配置無線發(fā)送模塊,確認(rèn)無線信號傳輸,如果正常,可以進(jìn)行無線傳輸,延遲一段時(shí)間后,更新數(shù)據(jù),液晶顯示。圖6中顯示了主要程序的流程。

        圖6 主程序流程圖

        4 系統(tǒng)實(shí)際仿真與制作

        本系統(tǒng)具有抗干擾性強(qiáng)、成本低、體積小、編程容易的特點(diǎn),因此對于實(shí)際電路能夠較容易實(shí)現(xiàn)。系統(tǒng)仿真需要將設(shè)計(jì)所需的各種元器件放置并連線以后,選中并雙擊單片機(jī),點(diǎn)擊Program File后的小文件夾,找到.hex為后綴的程序文件,并點(diǎn)擊確定,設(shè)定串口調(diào)試軟件的相關(guān)參數(shù),原理圖中的Compim元器件的物理端口選擇com1,串口調(diào)試軟件選擇com2,波特率為4 800,液晶顯示器的煙霧極限值與溫度極限值分別設(shè)定為100和50,煙霧和溫度設(shè)定的極限值液晶顯示圖如圖7所示。程序仿真完成以后要進(jìn)行原理圖PCB板的繪制,首先點(diǎn)擊菜單欄的PCB布局,進(jìn)入PCB板界面以后點(diǎn)擊左下角的布局選擇器,選擇Board Edge繪制封閉區(qū)域,此外,選擇Board Edge進(jìn)行布局的時(shí)候要右擊選擇放置,再利用正方形選擇封閉區(qū)域,選完封閉區(qū)域之后,選擇菜單欄的自動定位器,自動將原理圖用到的元器件以PCB形式布局,為了便于觀看,點(diǎn)擊自動定位器旁的自動路由器,封閉區(qū)域內(nèi)的PCB元器件自動連線,PCB板顯示圖如圖8所示。

        圖7 液晶數(shù)據(jù)顯示圖

        圖8 PCB板顯示圖

        5 結(jié)論與展望

        本文主要針對建筑中的低壓電氣火災(zāi)報(bào)警進(jìn)行設(shè)計(jì),基于ZigBee無線技術(shù)采用CC2530芯片以STC89C52單片機(jī)為核心,分別利用MQ-2煙霧傳感器與DHT11溫濕度傳感器進(jìn)行周圍環(huán)境的信息采集,通過ZigBee無線技術(shù)進(jìn)行信息傳輸,通過將采集到的信息與閾值進(jìn)行對比,兩次檢測數(shù)值均大于閾值的情況下,通過聲光報(bào)警模塊進(jìn)行報(bào)警,蜂鳴器報(bào)警的同時(shí)亮起紅色LED燈,本文所提方案為低壓配電火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)提供理論借鑒。

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