关于单片机的自动灭火装置设计

1 系统概述

1.1 系统设计思路

通过调查，火灾发生时都会随着大量的粉尘、烟雾、气体和温度的升高，所以该系统采用温度传感器和烟雾传感器共同作火灾检测模块将采集到的信息传送到单片机，由单片机根据接收到的信息识别火情的状况，发出相关指令。当只有温度达到预设非正常值时发光二极管常亮报警;当只有烟雾达到预设非正常值时发光二极管闪烁报警;当烟雾浓度和温度都达到预设非正常值时步进电机正转控制打开灭火器开关灭火并声光报警;当温度及烟雾浓度回到预设正常值时，步进电机反转关闭灭火器开关。

1.2 灭火装置设计

模拟一定范围内火灾的发生情况，设计了如图2的灭火装置模型。当检测到火灾时中央处理器发出指令打开灭火器开关，灭火器通过喷头上的小孔释放灭火剂。喷头是活动的，所以喷头在灭火剂喷出时的压力作用下旋转，能够大面积灭火。

2 硬件设计

对于硬件设计部分，以单片机为核心，外围电路由电源模块、报警模块、显示模块、信息采集模块、驱动模块、控制模块等组成。

2.1 电源模块

对于电源部分，为了防止电压的干扰该设计采取多电源供电，将电机电源、单片电源、传感器电源分开供电。绿色发光二极管作电源信号指示灯。

2.2 报警模块

该设计报警部分采用红色发光二极管作高温、火温、高浓度报警。当火灾发生时与蜂鸣器共同作声光报警。

2.3 显示模块

在设计时采用LCD1602作该装置显示模块，显示温度值和开机问候语。

2.4 信息采集模块

该设计采用烟雾传感器和温度传感器共同检查现场火灾情况。

由于当有烟雾或有害气体产生时引起传感器变化的是电阻，所以用图3所示的驱动电路就可以将非电信号转换成电压。即根据火灾发生时输出的电压经过AD转换接入单片机可达到检测控制的效果。H两端接到电源的两端起预热的作用。该设计在使用时采用的是可输出数字信号的烟雾传感器模块。

本设计中温度传感器采用的是DS18B20，它可直接读出被测温度，并仅需要一根口线读写，总线本身也可向DS18B20供电，使系统更趋简单，方便使用。

2.5 驱动模块

该设计采用ULN2803驱动器，驱动一个二相步进电机。它的8个NPN达林顿晶体管连接阵列非常适合接逻辑接口电平数字电路和较高的电流/电压。所有设备功能由集电极输出和钳位二极管瞬态抑制，可以驱动8根引脚，电路的设计简单、可靠，且容易控制。

2.6 控制模块

AT89C51是一种带4K字节FLASH存储器的低电压、高性能CMOS 8位微处理器。其编程简单，使用方便，价格低廉。

3 系统仿真实现

由于protues仿真中没有烟雾传感器，所以在仿真时采用引脚为P3.5的按钮开关模拟雾传感器的检测功能。系统仿真采用51单片机作控制芯片，LCD液晶显示屏作显示模块显示温度值及开机问候语;DS18B20温度传感器和P3.5口的按钮开关模拟的烟雾传感器作信息采集模块;LS1 蜂鸣器作报警模块;STEPPER步进电机作灭火器开关控制器，正转时打开灭火器开关，反转时关闭灭火器开关;D1、D2作信号指示灯其中D1为红色发光二极管，D2为绿色发光二级管;P3.3口的按钮开关作手动控制报警按钮(如图4)。

D2为电源指示灯，系统通电常亮，当温度传感器探测温度≥38℃，烟雾传感器探测烟雾浓度未达到预设值(P3.5口为高电平)时D1常亮，步进电机不做反应;当温度传感器探测温度<38℃，烟雾传感器探测烟雾浓度达到预设值(P3.5口为低电平)时D1闪烁，步进电机不做反应;当温度≥50 ℃，烟雾传感器探测浓度达到预设值(P3.5口为低电平)时电机正转并声光报警;当温度传感器探测温度<38℃时D1不亮，烟雾传感器探测烟雾浓度<预设值时电机反转。按下手动按钮开关时蜂鸣器报警，步进电机正转。

4 灭火剂选择

由于大多数灭火剂对人体还是存在一定的危害，所以我们选择了火冰灭火器这种对人体危害较小的灭火器。当火冰灭火器与水低浓度混合后能吸收自身重量数倍的水，形成无毒的灭火胶体。在火冰遇火时，其吸收的水分蒸发，胶体瓦解，这种胶体形成屏障蒸汽的粘性层，增强了水的灭火效果，不仅带走了火灾的热量和氧气，还降低了发生复燃的可能性。而泡沫灭火剂往往会很快就被瓦解了。火冰的这种特质使其拥有了比其他灭火剂更长效的保护性能。火冰灭火过程中不会产生烟雾，从而有效避免火灾中窒息而亡的恶性后果。

5 软件设计

系统对于软件设计部分采用C语言编程实现整个系统控制。图5为系统设计方框图。

火灾发生时传感器发生反应，单片机通过接收到的信号控制步进电机正转使灭火器打开灭火，并发出声光报警。灭完火的情况下，步进电机反转关闭灭火器，声光报警消失。烟雾传感器中0表示未达到预设浓度值，1表示达到预设浓度。温度传感器中0表示未达到预设温度值，1表示达到预设温度。如表1所示。

6 结束语

目前自动灭火装置的研究越来越重要，也逐渐引起大家的重视。而该装置的设计相比于市场上的设备更趋智能化，生产成本也低。装置通过温度传感器和烟雾传感器的共同探测能够准确地判断火灾发生，大大降低误报的情况。其安装简单方便，能够自动有效地灭火，在关于单片机的灭火装置设计中具有一定的实用性和参考价值。