皮紅梅++李明昊++李穩(wěn)

摘 要介紹了一種基于Arduino的新型集成開發(fā)環(huán)境，通過感溫和感煙傳感器實時監(jiān)測溫度和煙霧濃度的變化，發(fā)生火災(zāi)時，火災(zāi)報警器會發(fā)出聲光報警信號，同時消防聯(lián)動控制系統(tǒng)動作，并將監(jiān)測到的火災(zāi)信號上傳給管理系統(tǒng)。本文介紹了系統(tǒng)硬件部分和軟件部分的設(shè)計過程，該系統(tǒng)在高校教學(xué)樓已調(diào)試成功，并運行穩(wěn)定。

【關(guān)鍵詞】Arduino 火災(zāi)探測器 聯(lián)動控制系統(tǒng) 聲光報警

隨著現(xiàn)代建筑的大型化、高層化及復(fù)雜化，它的消防問題顯得越來越重要?；馂?zāi)自動報警系統(tǒng)能夠在火災(zāi)初期將燃燒產(chǎn)生的煙霧、熱量等物理量通過感溫、感煙等火災(zāi)探測器變成電信號，傳輸?shù)交馂?zāi)報警控制器，聲光報警的同時，自動噴水滅火系統(tǒng)、防排煙系統(tǒng)、室內(nèi)消火栓系統(tǒng)、通風(fēng)系統(tǒng)、防火門、防火卷簾門等相關(guān)的設(shè)備聯(lián)動。并將監(jiān)測到的故障或火災(zāi)信號上傳給管理系統(tǒng)，管理系統(tǒng)將數(shù)據(jù)進行實時顯示的同時存入數(shù)據(jù)庫進行保存，以供查詢與打印。本文介紹的報警系統(tǒng)是為高校大型教學(xué)樓消防安全設(shè)計的，實驗效果可靠。

1 整體方案設(shè)計

整體方案設(shè)計框圖如圖1所示。

本系統(tǒng)由火災(zāi)檢測模塊、聲光報警模塊和聯(lián)系控制模塊以及通信模塊組成?；馂?zāi)檢測模塊由溫度檢測和煙霧檢測構(gòu)成，感溫傳感器是通過金屬熱脹冷縮和金屬易熔特性實現(xiàn)的，正常情況下探測器的電路是斷開的，當周圍溫度升高到一定數(shù)值時，觸點接通，形成閉合回路產(chǎn)生信號。在火災(zāi)初期，會產(chǎn)生大量煙霧，感煙傳感器會對可見的和不可見的煙霧粒子響應(yīng)，它將探測部位煙霧濃度的變化轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘査徒oArduino主板，主板對信號進行處理，如果超過了設(shè)定值，火災(zāi)探測器將探測到的報警信號或手報按鈕被人為按下的報警信號，通過回路總線傳輸?shù)较揽刂浦行牡膱缶刂浦鳈C，以顯示火警發(fā)生部位。同時，主機通過預(yù)先設(shè)定好的聯(lián)動控制程序，輸出相應(yīng)的指令通過聯(lián)動模塊進行啟動聲光報警器報警、啟動水泵進行供水滅火、切斷相應(yīng)照明及動力電源、控制卷簾門降落等一系列動作。聲光報警模塊分為聲音報警和光報警，聲音報警模塊由運放器LM386及音響設(shè)備組成，光報警模塊采用高亮度紅色光LED閃爍實現(xiàn)。消防聯(lián)動模塊由驅(qū)動器、電磁鐵線圈和繼電器控制電路組成，完成消防泵的啟動和卷簾門落下，以達到滅火和隔離火源安全疏散人員的作用。

2 硬件設(shè)計

2.1 單片機選擇

Arduino是2005年1月由米蘭交互設(shè)計學(xué)院的兩位教師David Cuartielles和Massimo Banzi聯(lián)合創(chuàng)建的，是一個開源的單片機電子設(shè)計平臺。作為一種新型的集成開發(fā)環(huán)境，具有低成本，跨平臺軟件，簡單的語言和開放源碼，由于Arduino極強的易用和擴展性，成為了眾多電子工程師、手工制作愛好者的新寵。本設(shè)計采用的是Arduino UNO控制板，它是Arduino USB接口系列的最新版本，作為rduino平臺的參考標準模板。UNO的處理器核心是ATmega328，同時具有14路數(shù)字輸入/輸出口，6路模擬輸入，一個16MHz晶體振蕩器，一個USB口，一個電源插座，一個ICSP header和一個復(fù)位按鈕。

2.2 防火卷簾門的控制

在建筑內(nèi)部，在防火分區(qū)的分隔部位及一些疏散通道部分設(shè)置有防火卷簾門系統(tǒng)。本系統(tǒng)采用常開式防火門，門平時處于開啟狀態(tài)，火災(zāi)時可通過自動或手動將其關(guān)閉。處于開啟狀態(tài)是通過電磁鎖的固定銷來實現(xiàn)，火災(zāi)時由主板發(fā)出指令性信號，使電磁鐵線圈通電產(chǎn)生的吸力使電磁鎖動作，防火門靠彈簧力將門關(guān)閉。發(fā)生火災(zāi)時，按照規(guī)范要求，卷簾門下降到距地1.8m處，延時一段時間后自動下降到底。卷簾門兩邊還設(shè)有卷簾門控制升降的按鈕，達到手動控制和自動控制的雙保險作用。電磁鐵線圈控制電路如圖2所示。

3 軟件設(shè)計

Arduino開發(fā)語言提供全部的C語言特性和C++語言的部分特性。通過鏈接到AVR的libc庫online～，可以使用庫中提供的函數(shù)，如延時、數(shù)據(jù)讀寫、中斷等都被模塊化封裝成一個個子函數(shù)供程序開發(fā)者調(diào)用，靈活運用這些函數(shù)庫，可以大大提高應(yīng)用程序開發(fā)效率，如果需要構(gòu)建或修改軟件，可以隨意執(zhí)行。此外，Arduino的官方Web站點包含豐富的源代碼，其中的代碼樣例和示例都是免費共享的。將編寫好的程序下載到Arduino開發(fā)板，程序的燒寫和修改變得更加容易。主程序流程圖如圖3所示。

4 結(jié)論

本文著重介紹了基于新型集成開發(fā)環(huán)境Arduino的火災(zāi)報警及聯(lián)動控制系統(tǒng)的設(shè)計，該系統(tǒng)具有電路簡單、靈敏度高、響應(yīng)快、抗干擾能力強等優(yōu)點，而且價格低廉使用壽命長，以及開放性的互動軟硬件開發(fā)平臺，使其在建筑物中的應(yīng)用具有很好的前景。

參考文獻

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作者簡介

皮紅梅（1970-），女。碩士學(xué)位。現(xiàn)為營口理工學(xué)院副教授。研究方向為電氣自動化。

作者單位

營口理工學(xué)院電氣工程系 遼寧省營口市 115014