室内火情智能探测装置的设计

刘崇基

（云南电网有限责任公司保山供电局，保山678000）

0 引言

近年以来随着经济社会的发展，用电量激增，供电局信息机房内设备不断增加，同时机房内的老旧设备易因故障、绝缘老化、过负荷运行等因素引发火灾。当火灾发生时，若不能及时发现并扑灭，会造成巨大的经济损失，给地区人民的生产生活带来不便，甚至造成人身伤亡[1]。目前，机房内的火灾自动报警系统存在灵敏系数低，反应慢等问题，只有出现明火点时才会发出报警信号，且无法对存在的火灾隐患作出预警，导致无法第一时间检测火情，从而及时灭火以减少损失。

本文提出一种室内火情智能探测装置的设计，针对装置运用环境以及功能需求，模拟设计出价格合理，基本功能实现的智能火情探测装置。本装置发现火情时可以及时报警并启动风扇进行降温和排风。

1 系统硬件设计

1.1 系统设计的功能

本设计装置可以运用在多场合，比如电厂、影院或者工厂等具有火灾隐患的地方利用烟雾、温度探测器。根据机柜内部的设备布置情况，在已安装探测器的基础上，在机柜内部进行多点安装，采集烟雾、温度等数据，上传实时相关数据，进行在线监测和统计分析[2]。根据探测器安装的不同位置，设置不同的阀值，若发现异常，则及时报警。

1.2 系统硬件结构

本次设计采用多传感器进行火情检测，基于传感器数据之间的逻辑相关性来实现火情检测系统硬件结构如图1 所示。具体实现为当有其中一个传感器检测出的数据异常时，将数据发送至数据处理系统，并发出警告，通知排查。当两个以上的传感器检测的数据超过阀值时，发出报警信号并启动灭火系统，信号处理器与数据分析与处理系统网络相连，提高信息传输的快速性，并将检测到的数据保存以作未来分析对比[3]。

1.3 各模块具体设计

1.3.1 主控电路

考虑到STC89C52 是一种低功耗、高性能微控制器，并且具有8K 在系统可编程Flash 存储器等优点，符合本设计的要求，故选其作为本系统的主体部分。

图1 系统硬件结构图

单片机控制电路模块如图2 所示，左上角电路为复位电路，在单片机REST 脚引入高电平，并且持续保持2 个周期时，信号传到单片机就会执行复位操作。本设计采用按键手动复位，按键手动复位分为脉冲方式与电平方式两种[4]。由RST（9）端口与电源VCC 连接从而来达到复位电平信号。

图2 左下角部分为晶振电路，在STC89C52 单片机内部有一振荡电路，在单片机的 XTAL1（18）和 XTAL2（19）引脚外接石英晶体，这部分电路的作用是在单片机内产生时钟脉冲信号。

P0 口通过上拉电阻连接到液晶显示模块，LCDEN 口和RS 口也是连接到液晶显示模块控制显示屏的亮度；P1口、P3.2 到P3.6 口用于连接ADC0809 模块，配合烟雾探测传感器运行。DQ 口连接的是温度传感器，用于读取温度。K1、K2 和K3 口连接的是按键电路。

图2 单片机主控电路图

1.3.2 烟雾探测电路

烟雾探测模块是由AD 转换电路和烟雾传感器两部分组成如图3 所示。具体工作原理是传感器如果检测到烟雾，就把电压信号传输到ADC0809 转换模块，其再将模拟信号转换成数字信号传递给单片机，从而单片机再对信号进行处理。

烟雾传感器采用的是MQ-2 型号，对所测试的气体有比较高的灵敏度和信噪比[5]。

1.3.3 温度检测电路

此模块采用的是DS18B20 型号的温度传感器，具有耐磨耐碰，体积小，使用方便，适用于各种狭小空间设备数字测温和控制领域。其测温范围-55～+125℃。传感器1 脚接地，2 脚是数据传输脚，3 脚接电源。R16 是上拉电阻，起到稳定信号的作用，温度检测电路图如图4 所示。

图3 烟雾探测电路图

图4 温度检测电路图

1.3.4 液晶显示电路

液晶显示模块的作用是显示烟雾浓度与温度的设置值和现场实际值。如图5 所示，模块的3 号脚是灰度调节脚，采集的是电压信号，利用两个电阻分压[6]。R5 和R6 两电阻的阻值决定着液晶显示的明暗程度，R5 阻值的选取通常是250 欧姆到1.5k 欧姆之间，根据液晶厂家的不同而有所不同。

1.3.5 声光报警模块

声光报警模块与单片机的P2.5 口连接，采用的元件是9012PNP 型三极管。当单片机的I/O 口输出低电平，三极管导通，电流方向是从电源经过蜂鸣器到三极管接地，利用三极管的开关作用使蜂鸣器接通工作，FR1 为限流电阻[7]。电路图如图6 所示。

图5 液晶显示电路图

图6 声光报警电路图

1.3.6 继电器驱动模块

图7 继电器驱动电路图

继电器驱动模块电路图如图7 所示，其原理与蜂鸣器一致，也是利用PNP 三极管的开关作用。当继电器控制的引脚FS 接收到单片机传来的低电平，继电器就会吸和，图7 右边电路就会导通[8]。接线端子J5 作用等同于一个开关，用来控制风扇M1。当现场发生火灾，风扇用来排烟。

2 基于单片机系统软件设计

系统流程图如图8 所示。

图8 主程序流程图

3 结论

本文所设计的以单片机为核心的室内火情智能探测装置总体上可以达到所需要求，可以运用于大部分存在火情隐患的场所，一旦发生火情，装置采集到信息，传递到报警模块，迅速做出报警，及时有效地通知我们，从而保障我们的人身安全及财产安全。该设计具有价格不高，自动化程度较高的优点，可以广泛运用到生活当中。