關于單片機的自動滅火裝置設計

摘要：現實生活中由于火災的時常發生，提出了一種關于單片機的自動滅火裝置。該裝置可自動檢測火災信息，根據不同環境狀況由單片機控制發出不同的報警功能，并在火災發生時自動滅火。該裝置通過A1789C51單片機控制，設計簡單，且容易控制。

關鍵詞：AT89C51單片機;傳感器;報警;自動滅火

在現實生活中火災時常威脅著公眾安全和社會發展，是各種重大災害之一。當火災發生后，迅速有效地滅火能夠減少傷害和損失的發生，但這時消防人員也不可能及時地趕到，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，及時地滅火將損失降到最低保護大家的生命和財產安全。

1 系統概述

1.1 系統設計思路

通過調查，火災發生時都會隨著大量的粉塵、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，發出相關指令。當只有溫度達到預設非正常值時發光二極管常亮報警;當只有煙霧達到預設非正常值時發光二極管閃爍報警;當煙霧濃度和溫度都達到預設非正常值時步進電機正轉控制打開滅火器開關滅火并聲光報警;當溫度及煙霧濃度回到預設正常值時，步進電機反轉關閉滅火器開關。

1.2 滅火裝置設計

模擬一定范圍內火災的發生情況，設計了如圖2的滅火裝置模型。當檢測到火災時中央處理器發出指令打開滅火器開關，滅火器通過噴頭上的小孔釋放滅火劑。噴頭是活動的，所以噴頭在滅火劑噴出時的壓力作用下旋轉，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、傳感器電源分開供電。綠色發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光二極管作高溫、火溫、高濃度報警。當火災發生時與蜂鳴器共同作聲光報警。

2.3 顯示模塊

在設計時采用LCD1602作該裝置顯示模塊，顯示溫度值和開機問候語。

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火災情況。

由于當有煙霧或有害氣體產生時引起傳感器變化的是電阻，所以用圖3所示的驅動電路就可以將非電信號轉換成電壓。即根據火災發生時輸出的電壓經過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，并僅需要一根口線讀寫，總線本身也可向DS18B20供電，使系統更趨簡單，方便使用。

2.5 驅動模塊

該設計采用ULN2803驅動器，驅動一個二相步進電機。它的8個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抑制，可以驅動8根引腳，電路的設計簡單、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。其編程簡單，使用方便，價格低廉。

3 系統仿真實現

由于protues仿真中沒有煙霧傳感器，所以在仿真時采用引腳為P3.5的按鈕開關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機問候語;DS18B20溫度傳感器和P3.5口的按鈕開關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步進電機作滅火器開關控制器，正轉時打開滅火器開關，反轉時關閉滅火器開關;D1、D2作信號指示燈其中D1為紅色發光二極管，D2為綠色發光二級管;P3.3口的按鈕開關作手動控制報警按鈕(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D1常亮，步進電機不做反應;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D1閃爍，步進電機不做反應;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)時電機正轉并聲光報警;當溫度傳感器探測溫度38℃時D1不亮，煙霧傳感器探測煙霧濃度預設值時電機反轉。按下手動按鈕開關時蜂鳴器報警，步進電機正轉。

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，形成無毒的滅火膠體。在火冰遇火時，其吸收的水分蒸發，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，還降低了發生復燃的可能性。而泡沫滅火劑往往會很快就被瓦解了。火冰的這種特質使其擁有了比其他滅火劑更長效的保護性能。火冰滅火過程中不會產生煙霧，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語言編程實現整個系統控制。圖5為系統設計方框圖。

火災發生時傳感器發生反應，單片機通過接收到的信號控制步進電機正轉使滅火器打開滅火，并發出聲光報警。滅完火的情況下，步進電機反轉關閉滅火器，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

目前自動滅火裝置的研究越來越重要，也逐漸引起大家的重視。而該裝置的設計相比于市場上的設備更趨智能化，生產成本也低。裝置通過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生，大大降低誤報的情況。其安裝簡單方便，能夠自動有效地滅火，在關于單片機的滅火裝置設計中具有一定的實用性和參考價值。