宋亞楠

（青島市市北區(qū)消防救援大隊，山東 青島 266000）

開關(guān)柜屬于電力系統(tǒng)的重要組成部分，該開關(guān)柜經(jīng)過長時間的使用后，難免會出現(xiàn)火災(zāi)隱患問題，從而增加電氣火災(zāi)發(fā)生概率，而漏電火災(zāi)報警系統(tǒng)的設(shè)計和應(yīng)用，可以很好地解決以上問題，通過設(shè)計和應(yīng)用該系統(tǒng)，不僅可以對開關(guān)柜內(nèi)部漏電情況進(jìn)行在線監(jiān)測，還能實時顯示開關(guān)柜的溫度變化和煙霧濃度變化情況，及時發(fā)現(xiàn)和處理漏電問題，將漏電安全事故出現(xiàn)的可能性降到最低。所以，如何科學(xué)地設(shè)計和應(yīng)用漏電火災(zāi)報警系統(tǒng)是技術(shù)人員必須思考和解決的問題。

1 系統(tǒng)應(yīng)用需求分析

為了確保系統(tǒng)功能的強大性和適用性，本文所設(shè)計的漏電火災(zāi)報警系統(tǒng)必須滿足以下應(yīng)用需求：（1）該系統(tǒng)要表現(xiàn)出強大的自動化控制功能和遠(yuǎn)程檢測功能，確保數(shù)據(jù)備份的存儲的安全性和可靠性。（2）該系統(tǒng)必須表現(xiàn)界面簡潔友好、數(shù)據(jù)調(diào)用快捷方便等特點。（3）該系統(tǒng)必須表現(xiàn)出較高的保密性、易維護(hù)易升級性、拓展性和跨平臺性，確保各個操作系統(tǒng)均能夠正常、穩(wěn)定地運行。

2 系統(tǒng)總體設(shè)計

2.1 系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計

漏電火災(zāi)報警系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計示意圖如圖1所示，該系統(tǒng)主要是由以下幾個部分組成：（1）數(shù)據(jù)采集層。數(shù)據(jù)采集層主要用于對重要信息數(shù)據(jù)的全面化采集和整理，可以實現(xiàn)對多種格式視頻、圖像的全面化、完整化采集。該層在實際運用中，主要涉及傳感器、攝像頭等設(shè)備，通過利用互聯(lián)網(wǎng)，可以將所采集好的信息數(shù)據(jù)安全、可靠地傳輸?shù)綌?shù)據(jù)存儲層中，同時，還能對所需信息數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)一化處理，以達(dá)到保護(hù)信息數(shù)據(jù)的目的。（2）數(shù)據(jù)存儲層。數(shù)據(jù)存儲層在實際運行中，除了用到分布式數(shù)據(jù)庫，還用到了分布式文件系統(tǒng)，所以，該層具有數(shù)據(jù)訪問速度快、數(shù)據(jù)拓展性高、安全可靠性強等特點，極大地提高了用戶的使用體驗，便于用戶可以靈活地拓展和管理數(shù)據(jù)存儲節(jié)點。（3）數(shù)據(jù)展示層。為了提高數(shù)據(jù)展示層設(shè)計水平，技術(shù)人員要利用繪制圖表的方式，實現(xiàn)對相關(guān)信息數(shù)據(jù)的全面化采集和整理，便于用戶在第一時間內(nèi)快捷、高效地查找和調(diào)用所需信息，提高信息數(shù)據(jù)的利用率。

圖1 漏電火災(zāi)報警系統(tǒng)架構(gòu)示意圖

2.2 系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫設(shè)計

系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫的設(shè)計和構(gòu)建，方便用戶分類化管理個人基本信息，同時，為系統(tǒng)數(shù)據(jù)備用提供了技術(shù)支持，所以，加強對系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫的設(shè)計顯得尤為重要。對于漏電火災(zāi)報警系統(tǒng)而言，其數(shù)據(jù)庫主要用于對漏電嚴(yán)重程度、煙霧濃度、溫度和用戶名、登錄賬號等相關(guān)信息的安全化存儲和管理?？傊?，系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫在增刪改查數(shù)據(jù)、保證數(shù)據(jù)存儲的安全性和可靠性方面發(fā)揮出重要作用，因此，在設(shè)計漏電火災(zāi)報警系統(tǒng)期間，技術(shù)人員要重視對系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫設(shè)計。現(xiàn)以如表1、表2所示的“用戶信息表、報警檢測信息表”為例，對數(shù)據(jù)庫具體設(shè)計進(jìn)行介紹。

表1 用戶信息表

表2 報警檢測信息表

另外，為了確保所設(shè)計的數(shù)據(jù)庫更好地滿足數(shù)據(jù)的增刪改查操作，現(xiàn)將數(shù)據(jù)庫操作的封裝類主要代碼編寫如下。

3 系統(tǒng)硬件設(shè)計

3.1 漏電檢測電路設(shè)計

該電路在實際設(shè)計中，要選用型號為CT510129的傳感器，然后，對傳感器所輸出的信號進(jìn)行處理，確保該信號轉(zhuǎn)換為直流電壓信號，根據(jù)直流電壓信號大小，判斷出漏電事故的嚴(yán)重程度。或者，采用AD轉(zhuǎn)換法，與軟件所設(shè)置的閾值進(jìn)行對比和分析，從而判斷是否出現(xiàn)漏電現(xiàn)象。

3.2 煙霧檢測

煙霧檢測電路在實際設(shè)計中，主要用到了煙霧探測器，通過將該探測器與滑動變阻器進(jìn)行有效的連接，從而形成的AD轉(zhuǎn)換通道，然后，通過采用電壓采樣的方式，對電壓裝進(jìn)行模擬，從而形成12位數(shù)字量。在此基礎(chǔ)上，做好對最高電壓閾值和最低電壓閾值的科學(xué)設(shè)置，當(dāng)電壓值處于兩者之間時，可以正常穩(wěn)定地轉(zhuǎn)換，當(dāng)電壓超過閾值時，會出現(xiàn)中斷請求現(xiàn)象。

3.3 溫度檢測電路設(shè)計

為了保證溫度檢測電路設(shè)計水平，需要從以下兩個方面入手，對所采集的信號進(jìn)行全面化處理。（1）信號獲取電路。該電路使用了多個元件，如電阻1k、電容47uf等。（2）電壓放大電路。通過采用抗差動放大器，可以對差模信號進(jìn)行放大處理，從而實現(xiàn)對共模信號的抑制。此外，還要優(yōu)先選用四運放集成電路，確定出合適的電路連接方式。

4 系統(tǒng)軟件設(shè)計

為了進(jìn)一步地提高漏電火災(zāi)報警系統(tǒng)的穩(wěn)定性和實用性，技術(shù)人員要嚴(yán)格按照如圖2所示的系統(tǒng)功能模塊設(shè)計示意圖，完成對以下功能模塊的設(shè)計。這些功能模塊在實際設(shè)計中，所選用的開發(fā)工具eclipse，幵發(fā)語言以JAVA為主，整個web展示主要運用了以下3種技術(shù)，分別是JSP技術(shù)、Spring技術(shù)和Hibernate技術(shù)。

圖2 漏電火災(zāi)報警系統(tǒng) 功能模塊示意圖

4.1 用戶登錄模塊設(shè)計

為了保證用戶登錄模塊設(shè)計水平，技術(shù)人員要確保所設(shè)計的系統(tǒng)能夠嚴(yán)格認(rèn)證用戶登錄行為，用戶在正式登錄系統(tǒng)前，要事先輸入和提交所注冊好的用戶名和密碼，系統(tǒng)會自動加密處理這些信息，并將加密好的信息安全、可靠地傳輸?shù)焦芾矸?wù)器中，由服務(wù)器對認(rèn)證用戶所提交的用戶名和密碼信息，等這些信息認(rèn)證通過后，系統(tǒng)會自動將相關(guān)權(quán)限信息反饋到客戶端，由客戶端結(jié)合所收到的權(quán)限信息，將相關(guān)頁面加載和呈現(xiàn)在用戶面前。反之，如果用戶所提交的用戶名和密碼認(rèn)證失敗后，用戶無法登錄和訪問系統(tǒng)。

4.2 SD卡存儲模塊

SD卡具有體積小、容量大等特點，技術(shù)人員要重點做好對SD卡程序的編寫，從而實現(xiàn)對SD卡文件數(shù)據(jù)的安全化、自動化管理，此外，還要結(jié)合SD卡自身的容量大小，選用合適的開源文件系統(tǒng)，如FAT文件系統(tǒng)，對SD卡信息進(jìn)行統(tǒng)一化管理，在此基礎(chǔ)上，還要做好對SD卡初始化處理以及SPI接口的科學(xué)化設(shè)計。另外，為了保證SD卡存儲模塊設(shè)計水平，還要做好對報警信息的高效化讀寫。在讀寫某些文件時，如果不能對移動指針進(jìn)行控制，需要做好對文件開頭部分的讀寫，但這種做法會覆蓋大量的報警信息。為了解決這一問題，要事先做好對指針的設(shè)置，并對每個起始指針進(jìn)行累加處理，累加數(shù)字為35，并與0x0d為開頭，確保這些內(nèi)容顯示的完整性和清晰性。

4.3 液晶顯示模塊

為方便人機交互，要用到液晶實時顯示一些有用的信息，112×64液晶采用SPI接口，并帶中文字庫，中文編碼采用GB2312編碼，與PC機兼容?？梢员ＷC在液晶上顯示的內(nèi)容和SD卡存儲的一樣。廠方提供很全面的51單片機驅(qū)動函數(shù)庫，在使用的時候，我們只需將現(xiàn)有的函數(shù)移植到自己所使用的單片機上即可。液晶顯示需要設(shè)置數(shù)據(jù)顯示的地址、顯示模式（16點陣還是12點陣），具體顯示的時候還需要刷屏。頁面顯示：實時顯示溫度值、時間、系統(tǒng)工作狀況等。這些數(shù)字量都是實時變化的，因此，我們必須每隔一段時間后就得更新一下數(shù)據(jù)。然而像漢字溫度、星期及其“-”這些根本沒有必要修改，因此，在寫這個桌面時就必須分開寫，而且在每次寫之前都要設(shè)定寫的地址。當(dāng)有事故產(chǎn)生時，頁面就得切換到報警頁面，切換時就得清屏，然后具體顯示是什么報警。但是，在顯示報警頁面的時候，時間也還要繼續(xù)變化，解決這個問題就要設(shè)置一個標(biāo)志變量，就是讓它保證只刷屏一次，具體顯示時間的時候設(shè)置好顯示位置，在這個位置把這個時間值寫入就可以了。

4.4 漏電火災(zāi)報警系統(tǒng)和火災(zāi)自動報警系統(tǒng)的關(guān)聯(lián)設(shè)計

為了保證該系統(tǒng)功能的強大性，需要將該系統(tǒng)與火災(zāi)自動報警系統(tǒng)進(jìn)行有效的關(guān)聯(lián)，確保它們結(jié)合為統(tǒng)一的整體，這樣一來，不僅可以實現(xiàn)對相關(guān)數(shù)據(jù)的高效化傳遞和共享，提供數(shù)據(jù)的利用率，還能及時發(fā)現(xiàn)和處理火災(zāi)事故潛在性風(fēng)險，將火災(zāi)事故出現(xiàn)的概率降到最低，從而更好地保證人們的人身安全和財產(chǎn)安全。

5 系統(tǒng)應(yīng)用測試

5.1 系統(tǒng)在建筑中的應(yīng)用分析

通過將該系統(tǒng)應(yīng)用到建筑中，不僅可以利用液晶，將當(dāng)前漏電控制狀態(tài)形象、直觀地呈現(xiàn)在工作人員面前，從而實現(xiàn)對漏電事故的精確化判斷，還能及時、有效地發(fā)現(xiàn)和處理建筑可能出現(xiàn)的火災(zāi)隱患，保證居民的人身安全和財產(chǎn)安全，為構(gòu)建和諧社會，保證居民生命安全提供了重要的平臺支持。

5.2 系統(tǒng)應(yīng)用測試

本次系統(tǒng)測試中，用到的測試設(shè)備如下：（1）漏電報警系統(tǒng)板。（2）剩余電流傳感器、煙霧傳感器、溫度傳感器。（3）112×64LCD顯示屏。（4）充電電池。（5）燈泡1只，導(dǎo)線若干。

為了更好地驗證該系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性，現(xiàn)對該系統(tǒng)功能實現(xiàn)效果進(jìn)行全面化驗證，驗證系統(tǒng)功能是否滿足相關(guān)設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)和要求，本文重點驗證了以下3大模塊。（1）漏電檢測模塊。一旦出現(xiàn)漏電現(xiàn)象，系統(tǒng)會調(diào)用漏電模塊，將所輸出的高電平直接轉(zhuǎn)化為低電平，此時，LED顯示燈將會自動亮起紅色指示燈，此時，利用電壓表，對開關(guān)柜當(dāng)前漏電情況進(jìn)行監(jiān)測，發(fā)現(xiàn)其電壓處于高電平狀態(tài)，電壓值達(dá)到了3.80V。一旦出現(xiàn)漏電現(xiàn)象，該模塊所輸出的電壓處于低電平狀態(tài)，電壓值達(dá)到了0.01V，這表明該模塊成功觸發(fā)中斷，生成相應(yīng)的報警信號。（2）煙霧檢測模塊。當(dāng)煙霧濃度沒有超過所設(shè)定的標(biāo)準(zhǔn)值后，系統(tǒng)所輸出的電壓處于低電平狀態(tài)。此時，如果改變煙霧濃度，其輸出電壓也會出現(xiàn)相應(yīng)的變化。當(dāng)電壓值超過所設(shè)定的標(biāo)準(zhǔn)值后，出現(xiàn)相應(yīng)的報警信號，從而實現(xiàn)對電壓值的定期采集和整理，完全符合設(shè)計相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和要求。（3）溫度檢測模塊。該模塊在實際使用中，主要用到了定時檢測的方式，當(dāng)溫度超過所設(shè)置的標(biāo)準(zhǔn)值后，會出現(xiàn)相應(yīng)的報警信號。

6 結(jié)語

綜上所述，本文所設(shè)計的漏電火災(zāi)報警系統(tǒng)能夠精確地檢測剩余電流、溫度、煙霧濃度等參數(shù)的變化情況，一旦這些參數(shù)超過所設(shè)置好的閾值時，會自動產(chǎn)生聲光報警現(xiàn)象，并利用接口向控制主機發(fā)送漏電事故出現(xiàn)的時間。同時，利用液晶，將當(dāng)前漏電控制狀態(tài)形象、直觀地呈現(xiàn)在工作人員面前，從而實現(xiàn)對漏電事故的精確化判斷。由此可見，本文所設(shè)計的漏電火災(zāi)報警系統(tǒng)具有較高的應(yīng)用價值和應(yīng)用前景，值得被進(jìn)一步推廣和應(yīng)用。