智能消防緊急預備燈系統的設計應用

徐志業 陳賀 周凱莉 胡浩浩 關雅芳

摘要：智能化時代，越來越多的智能設備應用到建筑智能化系統中。面對越來越高層化、多功能化的建筑，其存在的消防安全隱患也更加繁雜。設計以STM32F103C8T6單片機為控制核心與熱釋電紅外傳感器、MQ-2煙霧傳感器、火焰傳感器和光敏電阻傳感器等傳感器相結合對外界環境進行實時采集信息來判斷是否發生火災。在未發生險情時亦可達到節能照明的效果。

關鍵詞：應急照明;STM32;熱釋電紅外感應;MQ-2

中圖分類號：TP183? ? ? 文獻標識碼：A

文章編號：1009-3044（2021）11-0235-02

1 引言

當前，科技和經濟正迅猛發展，隨著人民生活質量的提高，當代建筑的結構也是變得多功能一體化、層數高規模大。現代的建筑在發生一些災害時，如何能在有災害時讓人們逃生以及消防疏散變得更迅速、安全和準確，是現有建筑和在建建筑在防減災方面必須重點考量的問題。在設計建筑消防應急照明時，如何設置合理有效的疏散照明，指導建筑內部人員有效避開危險區域并快速從建筑中撤離，成為大型建筑疏散照明研究中非常重要的一部分。

2 項目主要研究內容

智能消防緊急預備燈系統設計是新樓房的建設引入智能化的概念。本設計以STM32F單片機為控制核心與各傳感器相結合實時監測外界環境。系統在未出現險情時是良好的照明設備，智能照明控制系統借助不同環境的光照度進行精確設置實現節能。只有當必須時才把燈點亮或點到要求的亮度，人出現在樓道中即可打開照明。應急模式開啟時，指引燈流動指示逃生方向指引人們到達安全地點，防止遇險人員迷失逃生方向，可以讓人們在最短的時間內判斷出正確的逃生方向。

3 項目的研究與分析

3.1 總體設計方案規劃圖

根據其研究的目的，系統大體構架如圖1所示。

系統采用STM32F103C8T6單片機核心控制，總設計方案分為如下6個模塊：熱釋電紅外感應對人檢測、光敏電阻傳感器對光照強度的檢測、煙霧和火焰傳感器對氣體和火焰的檢測、日常照明和流動指示燈指引以及報警模塊。系統電路原理圖如圖2所示。

3.2 各模塊的設計

3.2.1 熱釋電紅外感應器

熱釋電紅外傳感器HC-SR501，用不相互接觸的方式去測出人身體向外射出的紅外線的能量變化，然后再把紅外線能量的變化轉化為電信號，再輸出。在傳感器的感應范圍內，人體進入之后，輸出為高電平，當人離開其感應的范圍的時候，系統會自動延時關掉高電平，再輸出低電平。它的不可重復觸發方式是感應到人體發射的紅外能量輸出高電平后，存在其延時的時間，之后輸出會自動從高電平轉為低電平;可重復的觸發方式就是感應到人體發射的紅外能量輸出高電平后，在延時的時間段之內內，如果有人體在傳感器的感應范圍內繼續活動，會持續輸出高電平，人離開后，才會延時將高電平轉低電平。圖3為熱釋電紅外感應的電路圖。

3.2.2 煙霧傳感器MQ-2

MQ-2傳感器進行火災煙霧檢測的方法是將輸出電壓與門限電壓兩者相比較得出的。圖4是MQ-2的電路原理圖，阻值R與被檢測的氣體濃度C的計算公式：[logR=mlogC+n] （m，n均為常數）。傳感器的體電阻計算公式：RS=（VC/VRL-1）×RL（3-2），式中VC為回路電壓，加在MQ-2傳感器1腳、3腳之間，VRL是傳感器4腳、6腳輸出的電壓，RL是負載電阻。MQ-2傳感器的輸出電壓：根據MQ-2的工作原理，若氣體濃度上升，必導致RS下降，進而導致傳感器4腳、6腳輸出的電壓增大，所以氣體濃度增大，輸出電壓也會增大。

3.2.3 光照強度檢測

靈敏型光敏電阻傳感器電路圖如圖5所示。電路中，光敏電阻產生分壓，在其兩端的電壓可以用作輸入的信號輸入其核心控制單片機進行其數模轉換，將其轉換成為數字信號，然后再讓單片機處理，控制和判斷。當環境中的光線強度不夠其系統設定的閾值的時候，D0端輸出的就是高電平;外界環境的光線亮度很高，超過預先設定的閾值時，DO端輸出的就是低電平;DO輸出端可以直接相連在單片機，由其單片機來檢測輸出端輸出的高低電平;DO輸出端也可以直接與驅動繼電器組合成光控開關。

3.2.4 火焰傳感器

可以檢測火焰或者波長在760納米～1100納米范圍內的光源，數字開關量輸出，信號波形好;搭配可調的精密電位器來調節其靈敏度大小，小板輸出接口可以與單片機IO口直接相連，電路原理圖如圖6：

4結果

在照明模式時，系統時時檢測外部光照強度，當光照強度低于設定值時，熱釋電紅外探測器檢測到有人出現時自動打開照明燈，當人通過后關閉照明燈。當有人按下消防按鈕或者煙霧感應器檢測到險情時應急模式開啟，蜂鳴器報警，照明燈會按照安全通道出口方向流動顯示，指引人們逃出險情的作用，達到了預期的設計效果。

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【通聯編輯：唐一東】