新型火災(zāi)報(bào)警器

從中學(xué)化學(xué)課本可知，當(dāng)外界溫度超過物體的著火點(diǎn)時(shí)易引發(fā)火災(zāi)，實(shí)際生產(chǎn)生活中出現(xiàn)過很多這樣的事例。

2013年7月2日，長沙火車南站旁的物流公司倉庫發(fā)生了重大火災(zāi)，造成了數(shù)十億元的損失。盡管這次事故的發(fā)生存在諸多原因，但我認(rèn)為主要可以從兩個(gè)方面分析：一是管理人員監(jiān)管力度不夠，二是火災(zāi)預(yù)報(bào)設(shè)施不完善。因?yàn)槌Ｒ姷幕馂?zāi)報(bào)警器基本是在火災(zāi)發(fā)生后才報(bào)警，最終會(huì)因火勢過大、來不及撲救而造成大量財(cái)產(chǎn)損失。

基于此，本文提出了一種新型火災(zāi)報(bào)警器，該裝置具備提前預(yù)警火災(zāi)和自動(dòng)噴水的雙重功能，應(yīng)用在倉庫、計(jì)算機(jī)房以及賓館等火災(zāi)易發(fā)區(qū)具有非常重要的意義。

一、基本原理

火災(zāi)報(bào)警器的基本原理是，火災(zāi)發(fā)生時(shí)會(huì)伴隨煙霧、高溫和火光產(chǎn)生，火災(zāi)報(bào)警器中的探測器（本質(zhì)上是傳感器）對(duì)這三種外界條件非常敏感，進(jìn)而將外界信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，電信號(hào)經(jīng)過調(diào)理電路后，輸出到蜂鳴器電路中，使報(bào)警器發(fā)出響聲。

市場上常見的火災(zāi)報(bào)警器分為感煙、感溫、光輻射三大類。既然物體燃燒需要一定的著火點(diǎn)，為何不設(shè)計(jì)一個(gè)在物體著火點(diǎn)未到達(dá)前就發(fā)出報(bào)警并自動(dòng)噴水的報(bào)警器，進(jìn)而減少火災(zāi)的發(fā)生呢？

我在此想法的基礎(chǔ)上提出了一種新型的感溫火災(zāi)報(bào)警器設(shè)計(jì)。

二、軟硬件的設(shè)計(jì)

1.硬件設(shè)計(jì)框圖

本文設(shè)計(jì)的新型火災(zāi)報(bào)警器裝置由溫度傳感器模塊、AT89C51單片機(jī)控制模塊、自動(dòng)噴水模塊以及報(bào)警器模塊組成，如圖1（a）所示。

第一模塊中采用數(shù)字型的DS18B20溫度傳感器，引腳P3.7串行輸出16位二進(jìn)制形式數(shù)據(jù)Data，然后輸出到單片機(jī)控制板并通過LED數(shù)碼管顯示。

第二模塊是整個(gè)裝置的核心，不僅采集溫度數(shù)據(jù)，同時(shí)控制自動(dòng)噴水模塊和報(bào)警器模塊。由于要達(dá)到提前預(yù)警目的，且考慮不同物體著火點(diǎn)不一樣，設(shè)計(jì)閾值Dref應(yīng)視實(shí)際情況而定，即通過軟件修改溫度閾值。

第三模塊和第四模塊分別為自動(dòng)噴水模塊和報(bào)警器模塊，當(dāng)單片機(jī)控制模塊判斷出現(xiàn)火災(zāi)時(shí)，使三極管Q2導(dǎo)通，發(fā)光二極管D2發(fā)光，蜂鳴器啟動(dòng)發(fā)生報(bào)警。同時(shí)，三極管Q1導(dǎo)通后，使繼電器Rey閉合，小型水泵M接通電路，從自制水箱中將水抽出。

2.軟件設(shè)計(jì)流程圖

系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)流程圖如圖1（b）所示，主要在單片機(jī)控制下進(jìn)行。首先系統(tǒng)進(jìn)行自檢，完成初始化的任務(wù)，然后讀取引腳P3.7數(shù)據(jù)Data并通過LED顯示，并與閾值Dref進(jìn)行比較。當(dāng)超過標(biāo)定閾值時(shí)，系統(tǒng)報(bào)警且自動(dòng)噴水；當(dāng)未超過標(biāo)定閾值時(shí)，系統(tǒng)不報(bào)警，水泵關(guān)閉。

為防止火災(zāi)誤判或已經(jīng)解除情況，系統(tǒng)在軟件設(shè)計(jì)上用了定時(shí)器進(jìn)行定時(shí)休眠，然后繼續(xù)讀取數(shù)據(jù)Data并與閾值Dref進(jìn)行比較，從而使系統(tǒng)正常運(yùn)行。

三、裝置制作及驗(yàn)證

需要的材料有控制板單片機(jī)一塊，電容兩個(gè)，晶振一個(gè)，插針（用來拓展接口）及杜邦線若干；溫度傳感器模塊DS18B20一個(gè)，LED數(shù)碼管四個(gè)；報(bào)警模塊需要發(fā)光二極管和蜂鳴器各一個(gè)，限流電阻若干；自動(dòng)噴水模塊需要自制水箱、電磁繼電器及小型直流水泵各一個(gè)，另外需要輔助設(shè)備如個(gè)人電腦、萬用表、電源（+5V）等。

制作步驟分為三步：

1.模塊化方法制作。即把單片機(jī)控制模塊、傳感器模塊、報(bào)警器模塊和自動(dòng)噴水模塊分別單獨(dú)制作好。

2.模塊化驗(yàn)證。比如溫度傳感器模塊，可以單獨(dú)通過單片機(jī)控制而讓其他模塊暫時(shí)斷開。

3.系統(tǒng)調(diào)試。運(yùn)行整個(gè)裝置并觀察實(shí)驗(yàn)效果，如果與預(yù)期效果不一樣，查找對(duì)應(yīng)模塊并做修改。

本文為了驗(yàn)證該裝置的有效性，采用英國Labcenterelectronics公司出版的EDA工具軟件Proteus軟件搭建該平臺(tái)，如圖2所示。

假設(shè)外界溫度為66.5℃（閾值設(shè)為50度），此時(shí)溫度傳感器把數(shù)據(jù)處理后LED顯示出66.5℃。由于假設(shè)的外界溫度大于設(shè)置溫度閾值，因而單片機(jī)控制電動(dòng)機(jī)（此處用電機(jī)代替水泵）M開始運(yùn)作，同時(shí)蜂鳴器和發(fā)光二極管也分別起作用。

當(dāng)手動(dòng)調(diào)節(jié)外界溫度為20℃，即低于閾值時(shí)，電動(dòng)機(jī)及報(bào)警器模塊均不起作用。從整體來看，該裝置的功能驗(yàn)證符合預(yù)期設(shè)計(jì)要求。

四、結(jié)論

本文給出了新型火災(zāi)報(bào)警器裝置的設(shè)計(jì)思路及制作步驟，通過半實(shí)物仿真驗(yàn)證了該裝置的功能。未來研究將圍繞縮短火災(zāi)報(bào)警器的滯后時(shí)間、優(yōu)化設(shè)計(jì)電路和可靠性等方面來思考，進(jìn)一步完成該裝置的普適性。