新型火灾报警器
从中学化学课本可知，当外界温度超过物体的着火点时易引发火灾，实际生产生活中出现过很多这样的事例。 2013年7月2日，长沙火车南站旁的物流公司仓库发生了重大火灾，造成了数十亿元的损失。尽管这次事故的发生存在诸多原因，但我认为主要可以从两个方面分析：一是管理人员监管力度不够，二是火灾预报设施不完善。因为常见的火灾报警器基本是在火灾发生后才报警，最终会因火势过大、来不及扑救而造成大量财产损失。 基于此，本文提出了一种新型火灾报警器，该装置具备提前预警火灾和自动喷水的双重功能，应用在仓库、计算机房以及宾馆等火灾易发区具有非常重要的意义。 一、基本原理 火灾报警器的基本原理是，火灾发生时会伴随烟雾、高温和火光产生，火灾报警器中的探测器（本质上是传感器）对这三种外界条件非常敏感，进而将外界信号转换为电信号，电信号经过调理电路后，输出到蜂鸣器电路中，使报警器发出响声。 市场上常见的火灾报警器分为感烟、感温、光辐射三大类。既然物体燃烧需要一定的着火点，为何不设计一个在物体着火点未到达前就发出报警并自动喷水的'报警器，进而减少火灾的发生呢？ 我在此想法的基础上提出了一种新型的感温火灾报警器设计。 二、软硬件的设计 1.硬件设计框图 本文设计的新型火灾报警器装置由温度传感器模块、AT89C51单片机控制模块、自动喷水模块以及报警器模块组成，如图1（a）所示。 第一模块中采用数字型的DS18B20温度传感器，引脚P3.7串行输出16位二进制形式数据Data，然后输出到单片机控制板并通过LED数码管显示。 第二模块是整个装置的核心，不仅采集温度数据，同时控制自动喷水模块和报警器模块。由于要达到提前预警目的，且考虑不同物体着火点不一样，设计阈值Dref应视实际情况而定，即通过软件修改温度阈值。 第三模块和第四模块分别为自动喷水模块和报警器模块，当单片机控制模块判断出现火灾时，使三极管Q2导通，发光二极管D2发光，蜂鸣器启动发生报警。同时，三极管Q1导通后，使继电器Rey闭合，小型水泵M接通电路，从自制水箱中将水抽出。 2.软件设计流程图 系统的软件设计流程图如图1（b）所示，主要在单片机控制下进行。首先系统进行自检，完成初始化的任务，然后读取引脚P3.7数据Data并通过LED显示，并与阈值Dref进行比较。当超过标定阈值时，系统报警且自动喷水；当未超过标定阈值时，系统不报警，水泵关闭。 为防止火灾误判或已经解除情况，系统在软件设计上用了定时器进行定时休眠，然后继续读取数据Data并与阈值Dref进行比较，从而使系统正常运行。 三、装置制作及验证 需要的材料有控制板单片机一块，电容两个，晶振一个，插针（用来拓展接口）及杜邦线若干；温度传感器模块DS18B20一个，LED数码管四个；报警模块需要发光二极管和蜂鸣器各一个，限流电阻若干；自动喷水模块需要自制水箱、电磁继电器及小型直流水泵各一个，另外需要辅助设备如个人电脑、万用表、电源（+5V）等。 制作步骤分为三步： 1.模块化方法制作。即把单片机控制模块、传感器模块、报警器模块和自动喷水模块分别单独制作好。 2.模块化验证。比如温度传感器模块，可以单独通过单片机控制而让其他模块暂时断开。 3.系统调试。运行整个装置并观察实验效果，如果与预期效果不一样，查找对应模块并做修改。 本文为了验证该装置的有效性，采用英国Labcenterelectronics公司出版的EDA工具软件Proteus软件搭建该平台，如图2所示。 假设外界温度为66.5℃（阈值设为50度），此时温度传感器把数据处理后LED显示出66.5℃。由于假设的外界温度大于设置温度阈值，因而单片机控制电动机（此处用电机代替水泵）M开始运作，同时蜂鸣器和发光二极管也分别起作用。 当手动调节外界温度为20℃，即低于阈值时，电动机及报警器模块均不起作用。从整体来看，该装置的功能验证符合预期设计要求。 四、结论 本文给出了新型火灾报警器装置的设计思路及制作步骤，通过半实物仿真验证了该装置的功能。未来研究将围绕缩短火灾报警器的滞后时间、优化设计电路和可靠性等方面来思考，进一步完成该装置的普适性。
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