關(guān)于單片機的自動(dòng)滅火裝置設計

摘要：現實(shí)生活中由于火災的時(shí)常發(fā)生，提出了一種關(guān)于單片機的自動(dòng)滅火裝置。該裝置可自動(dòng)檢測火災信息，根據不同環(huán)境狀況由單片機控制發(fā)出不同的報警功能，并在火災發(fā)生時(shí)自動(dòng)滅火。該裝置通過(guò)A1789C51單片機控制，設計簡(jiǎn)單，且容易控制。

關(guān)鍵詞：AT89C51單片機;傳感器;報警;自動(dòng)滅火

在現實(shí)生活中火災時(shí)常威脅著(zhù)公眾安全和社會(huì )發(fā)展，是各種重大災害之一。當火災發(fā)生后，迅速有效地滅火能夠減少傷害和損失的發(fā)生，但這時(shí)消防人員也不可能及時(shí)地趕到，而人們也不可能一直守在火源處。該課題的研究就是為了防止火勢的蔓延，及時(shí)地滅火將損失降到最低保護大家的生命和財產(chǎn)安全。

1 系統概述

1.1 系統設計思路

通過(guò)調查，火災發(fā)生時(shí)都會(huì )隨著(zhù)大量的粉塵、煙霧、氣體和溫度的升高，所以該系統采用溫度傳感器和煙霧傳感器共同作火災檢測模塊將采集到的信息傳送到單片機，由單片機根據接收到的信息識別火情的狀況，發(fā)出相關(guān)指令。當只有溫度達到預設非正常值時(shí)發(fā)光二極管常亮報警;當只有煙霧達到預設非正常值時(shí)發(fā)光二極管閃爍報警;當煙霧濃度和溫度都達到預設非正常值時(shí)步進(jìn)電機正轉控制打開(kāi)滅火器開(kāi)關(guān)滅火并聲光報警;當溫度及煙霧濃度回到預設正常值時(shí)，步進(jìn)電機反轉關(guān)閉滅火器開(kāi)關(guān)。

1.2 滅火裝置設計

模擬一定范圍內火災的發(fā)生情況，設計了如圖2的滅火裝置模型。當檢測到火災時(shí)中央處理器發(fā)出指令打開(kāi)滅火器開(kāi)關(guān)，滅火器通過(guò)噴頭上的小孔釋放滅火劑。噴頭是活動(dòng)的，所以噴頭在滅火劑噴出時(shí)的壓力作用下旋轉，能夠大面積滅火。

2 硬件設計

對于硬件設計部分，以單片機為核心，外圍電路由電源模塊、報警模塊、顯示模塊、信息采集模塊、驅動(dòng)模塊、控制模塊等組成。

2.1 電源模塊

對于電源部分，為了防止電壓的干擾該設計采取多電源供電，將電機電源、單片電源、傳感器電源分開(kāi)供電。綠色發(fā)光二極管作電源信號指示燈。

2.2 報警模塊

該設計報警部分采用紅色發(fā)光二極管作高溫、火溫、高濃度報警。當火災發(fā)生時(shí)與蜂鳴器共同作聲光報警。

2.3 顯示模塊

在設計時(shí)采用LCD1602作該裝置顯示模塊，顯示溫度值和開(kāi)機問(wèn)候語(yǔ)。

2.4 信息采集模塊

該設計采用煙霧傳感器和溫度傳感器共同檢查現場(chǎng)火災情況。

由于當有煙霧或有害氣體產(chǎn)生時(shí)引起傳感器變化的是電阻，所以用圖3所示的驅動(dòng)電路就可以將非電信號轉換成電壓。即根據火災發(fā)生時(shí)輸出的電壓經(jīng)過(guò)AD轉換接入單片機可達到檢測控制的效果。H兩端接到電源的兩端起預熱的作用。該設計在使用時(shí)采用的是可輸出數字信號的煙霧傳感器模塊。

本設計中溫度傳感器采用的是DS18B20，它可直接讀出被測溫度，并僅需要一根口線(xiàn)讀寫(xiě)，總線(xiàn)本身也可向DS18B20供電，使系統更趨簡(jiǎn)單，方便使用。

2.5 驅動(dòng)模塊

該設計采用ULN2803驅動(dòng)器，驅動(dòng)一個(gè)二相步進(jìn)電機。它的8個(gè)NPN達林頓晶體管連接陣列非常適合接邏輯接口電平數字電路和較高的電流/電壓。所有設備功能由集電極輸出和鉗位二極管瞬態(tài)抑制，可以驅動(dòng)8根引腳，電路的設計簡(jiǎn)單、可靠，且容易控制。

2.6 控制模塊

AT89C51是一種帶4K字節FLASH存儲器的低電壓、高性能CMOS 8位微處理器。其編程簡(jiǎn)單，使用方便，價(jià)格低廉。

3 系統仿真實(shí)現

由于protues仿真中沒(méi)有煙霧傳感器，所以在仿真時(shí)采用引腳為P3.5的按鈕開(kāi)關(guān)模擬霧傳感器的檢測功能。系統仿真采用51單片機作控制芯片，LCD液晶顯示屏作顯示模塊顯示溫度值及開(kāi)機問(wèn)候語(yǔ);DS18B20溫度傳感器和P3.5口的按鈕開(kāi)關(guān)模擬的煙霧傳感器作信息采集模塊;LS1 蜂鳴器作報警模塊;STEPPER步進(jìn)電機作滅火器開(kāi)關(guān)控制器，正轉時(shí)打開(kāi)滅火器開(kāi)關(guān)，反轉時(shí)關(guān)閉滅火器開(kāi)關(guān);D1、D2作信號指示燈其中D1為紅色發(fā)光二極管，D2為綠色發(fā)光二級管;P3.3口的按鈕開(kāi)關(guān)作手動(dòng)控制報警按鈕(如圖4)。

D2為電源指示燈，系統通電常亮，當溫度傳感器探測溫度≥38℃，煙霧傳感器探測煙霧濃度未達到預設值(P3.5口為高電平)時(shí)D1常亮，步進(jìn)電機不做反應;當溫度傳感器探測溫度38℃，煙霧傳感器探測煙霧濃度達到預設值(P3.5口為低電平)時(shí)D1閃爍，步進(jìn)電機不做反應;當溫度≥50 ℃，煙霧傳感器探測濃度達到預設值(P3.5口為低電平)時(shí)電機正轉并聲光報警;當溫度傳感器探測溫度38℃時(shí)D1不亮，煙霧傳感器探測煙霧濃度預設值時(shí)電機反轉。按下手動(dòng)按鈕開(kāi)關(guān)時(shí)蜂鳴器報警，步進(jìn)電機正轉。

4 滅火劑選擇

由于大多數滅火劑對人體還是存在一定的危害，所以我們選擇了火冰滅火器這種對人體危害較小的滅火器。當火冰滅火器與水低濃度混合后能吸收自身重量數倍的水，形成無(wú)毒的滅火膠體。在火冰遇火時(shí)，其吸收的水分蒸發(fā)，膠體瓦解，這種膠體形成屏障蒸汽的粘性層，增強了水的滅火效果，不僅帶走了火災的熱量和氧氣，還降低了發(fā)生復燃的可能性。而泡沫滅火劑往往會(huì )很快就被瓦解了?；鸨倪@種特質(zhì)使其擁有了比其他滅火劑更長(cháng)效的保護性能?；鸨鶞缁疬^(guò)程中不會(huì )產(chǎn)生煙霧，從而有效避免火災中窒息而亡的惡性后果。

5 軟件設計

系統對于軟件設計部分采用C語(yǔ)言編程實(shí)現整個(gè)系統控制。圖5為系統設計方框圖。

火災發(fā)生時(shí)傳感器發(fā)生反應，單片機通過(guò)接收到的信號控制步進(jìn)電機正轉使滅火器打開(kāi)滅火，并發(fā)出聲光報警。滅完火的情況下，步進(jìn)電機反轉關(guān)閉滅火器，聲光報警消失。煙霧傳感器中0表示未達到預設濃度值，1表示達到預設濃度。溫度傳感器中0表示未達到預設溫度值，1表示達到預設溫度。如表1所示。

6 結束語(yǔ)

目前自動(dòng)滅火裝置的研究越來(lái)越重要，也逐漸引起大家的重視。而該裝置的設計相比于市場(chǎng)上的設備更趨智能化，生產(chǎn)成本也低。裝置通過(guò)溫度傳感器和煙霧傳感器的共同探測能夠準確地判斷火災發(fā)生，大大降低誤報的情況。其安裝簡(jiǎn)單方便，能夠自動(dòng)有效地滅火，在關(guān)于單片機的滅火裝置設計中具有一定的實(shí)用性和參考價(jià)值。