廚房火災(zāi)監(jiān)測(cè)防護(hù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

　　根據(jù)智能家居智能化、模塊化、安全化的發(fā)展要求，提出了一種智能家居廚房火災(zāi)監(jiān)測(cè)防護(hù)系統(tǒng)，包括設(shè)計(jì)方案背景、系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)、系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)、系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)。實(shí)施安裝非常的方便，并且做到了從硬件設(shè)備到終端設(shè)備一體化，體現(xiàn)了現(xiàn)代智能家居設(shè)計(jì)的理念和思想。達(dá)到了可以實(shí)時(shí)監(jiān)控家中的火災(zāi)發(fā)生的目的。

　　引言

　　隨著城市的居民住宅頻頻崛起，人們不但要求住宅的舒適和寬敞，而且更加注重自己住宅的安全系數(shù)。家庭不再是一個(gè)孤立的場(chǎng)所，而是一個(gè)能與外界社會(huì)進(jìn)行信息交流的單元。因此，建立一個(gè)具有快速有效的家居安防火系統(tǒng)具有十分重要的意義。

　　隨著我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)和人民生活水平的不斷提高，家庭生活中所廣泛使用的煤氣、液化氣以及各種家用電器設(shè)備等，都給小區(qū)居民的生命安全和財(cái)產(chǎn)安全帶來(lái)了很多危險(xiǎn)因素。因此本設(shè)計(jì)利用智能家居網(wǎng)關(guān)通過(guò)各種傳感器來(lái)監(jiān)測(cè)火災(zāi)特征如煙霧、熱量火焰等，判斷廚房是否發(fā)生火災(zāi)或者煤氣泄漏，并做出相應(yīng)的防護(hù)措施，以到達(dá)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)廚房狀態(tài)并即時(shí)消除安全隱患安全的作用，在最易發(fā)生安全事故的廚房搭起一道安全防線[1]。

　　1 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)

　　系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)框架圖如圖1所示。系統(tǒng)包括傳感器節(jié)點(diǎn)(煙霧傳感器、CO傳感器、CH4傳感器以及火焰?zhèn)鞲衅?、6LowPAN、家庭網(wǎng)關(guān)、以及控制部分(排氣扇、水電氣三表，門磁，窗磁)。

圖1 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)框架圖

　　各傳感器節(jié)點(diǎn)把接收到的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)通過(guò)6LowPAN網(wǎng)絡(luò)傳輸給網(wǎng)關(guān)，再由網(wǎng)關(guān)把所接收到的數(shù)據(jù)解析后再裝發(fā)給手持終端，并控制家里的語(yǔ)音報(bào)警器、排氣扇;水、電、氣閘，門磁和窗磁。

　　2.系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

　　2.1 傳感器節(jié)點(diǎn)

　?、臗O傳感器模塊

　　這里選擇的是MQ-7氣體傳感器模塊。 MQ-7氣體傳感器所使用的氣敏材料是在清潔空氣中電導(dǎo)率較低的二氧化錫(SnO2)。采用高低溫循環(huán)檢測(cè)方式低溫(1.5V加熱)檢測(cè)一氧化碳，傳感器的電導(dǎo)率隨空氣中一氧化碳?xì)怏w濃度增加而增大，高溫(5.0V加熱)清洗低溫時(shí)吸附的雜散氣體。使用簡(jiǎn)單的電路即可將電導(dǎo)率的變化，轉(zhuǎn)換為與該氣體濃度相對(duì)應(yīng)的輸出信號(hào)[2]。原理圖如圖2所示。

圖2 MQ-7氣體傳感器模塊原理圖

　?、茻熿F、CH4傳感器模塊

　　這里選擇的是常用的傳感器模塊。具有信號(hào)輸出指示;雙路信號(hào)輸出(模擬量輸出及TTL電平輸出);TTL輸出有效信號(hào)為低電平。(當(dāng)輸出低電平時(shí)信號(hào)燈亮，可直接單片機(jī));模擬量輸出0-5V電壓，濃度越高電壓越高;對(duì)液化氣，天然氣，城市煤氣有較好的靈敏度;具有長(zhǎng)期的使用壽命和可靠的穩(wěn)定性;快速的響應(yīng)恢復(fù)特性[3]。原理圖如圖3所示。

圖3 煙霧、CH4傳感器模塊原理圖

　?、腔鹧?zhèn)鞲衅髂K

　　火焰?zhèn)鞲衅骺梢詸z測(cè)火焰或者波長(zhǎng)在760納米～1100納米范圍內(nèi)的光源，打火機(jī)測(cè)試火焰距離為80cm;對(duì)火焰越大，測(cè)試距離越遠(yuǎn);探測(cè)角度60度左右，對(duì)火焰光譜特別靈敏;靈敏度可調(diào)(圖中藍(lán)色數(shù)字電位器調(diào)節(jié));比較器輸出，信號(hào)干凈，波形好，驅(qū)動(dòng)能力強(qiáng)，超過(guò)15mA;配可調(diào)精密電位器調(diào)節(jié)靈敏度;工作電壓3.3V-5V;輸出形式：數(shù)字開關(guān)量輸出(0和1);設(shè)有固定螺栓孔，方便安裝;使用寬電壓LM393比較器[3]。原理圖如圖4所示。

圖4 火焰?zhèn)鞲衅髂K原理圖

　　(4) 語(yǔ)音報(bào)警器

　　由于語(yǔ)音報(bào)警系統(tǒng)的有效性，所有那些生命安全取決于是否有預(yù)設(shè)疏散方案的建筑物內(nèi)部都應(yīng)安裝語(yǔ)音報(bào)警系統(tǒng)。該系統(tǒng)能覆蓋大多數(shù)占用范圍，包括那些傳統(tǒng)報(bào)警器(如警鈴或電子發(fā)聲器) 的場(chǎng)所都可采用。語(yǔ)音報(bào)警器的作用是當(dāng)遇到異常情況時(shí)進(jìn)行語(yǔ)音報(bào)警[4]。選擇TH040型智能語(yǔ)音芯片作為智能語(yǔ)音報(bào)警器的智能語(yǔ)音芯片。TH040型智能語(yǔ)音芯片是具有40秒語(yǔ)音燒錄功能的高質(zhì)量智能語(yǔ)音芯片，支持PWM這種高質(zhì)量、高速率的語(yǔ)音輸出方式，而且有8個(gè)輸入/輸出腳位可供選擇。需要錄入的語(yǔ)音信號(hào)可以存入永久的存儲(chǔ)單元，并且提供零功率信息存儲(chǔ)，這個(gè)主要是借助于直接模擬存儲(chǔ)技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)的[5]。語(yǔ)音報(bào)警器工作原理圖如圖5示。

圖5 語(yǔ)音報(bào)警器工作原理圖

　　2.2 傳感器的安裝

　　傳感器節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)主要考慮的是傳感器節(jié)點(diǎn)的安放的設(shè)計(jì)。甲烷傳感器、煙霧傳感器安放在天花板上方，它們密度比空氣小，泄露的時(shí)候會(huì)往上走，氣體傳感器安裝在天花板上容易采集，而且精確度高。對(duì)于火焰?zhèn)鞲衅鳎鸹鹪粗饕獊?lái)自廚房的煤氣，所以火焰?zhèn)鞲袝?huì)安裝在廚房靠煤氣墻壁上方合適的位置。對(duì)于火焰?zhèn)鞲衅髯鋈鐖D6的包裝設(shè)計(jì)，即將火焰?zhèn)鞲衅鞣旁谝粋€(gè)黑色塑料卷成的錐形罩子內(nèi)，這樣火焰?zhèn)鞲衅骶涂梢灾粰z測(cè)到如圖6所示的圓錐體空間內(nèi)的火焰情況。若將如圖6處理的火焰?zhèn)鞲衅靼惭b在墻壁兩側(cè)，如圖7所示，這樣就可以將整個(gè)廚房劃分成若干個(gè)椎體區(qū)域。根據(jù)單個(gè)傳感器判斷是否有火焰，并結(jié)合相鄰的傳感器的檢測(cè)情況，便可以判斷出火焰的穩(wěn)定性及蔓延情況，從排除廚房正常用火的情況，防止誤判。而且還可以協(xié)助滅火水槍進(jìn)行定點(diǎn)滅火，減少消防水對(duì)廚房的沖擊破壞。

圖6 單個(gè)火焰?zhèn)鞲衅鳈z測(cè)示意圖

圖7 廚房傳感器的安裝示意圖

　　3.系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

　　整個(gè)系統(tǒng)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)家居里的煤氣濃度、空氣質(zhì)量以及火災(zāi)情況。

　　當(dāng)有煤氣泄露的可能性的時(shí)，通過(guò)安裝的傳感器可以檢測(cè)到室內(nèi)煤氣濃度是否達(dá)到危險(xiǎn)范圍，若達(dá)到危險(xiǎn)濃度時(shí)，會(huì)判斷出煤氣已泄露存在危險(xiǎn)，及時(shí)向網(wǎng)關(guān)發(fā)送命令控制煤氣總閘并開啟排氣扇直到室內(nèi)濃度達(dá)到安全值，關(guān)閉排氣扇，如此循環(huán)下去。

　　當(dāng)室內(nèi)空氣質(zhì)量很差且持續(xù)的時(shí)，說(shuō)明室內(nèi)空氣質(zhì)量不適合居住，及時(shí)發(fā)送命令給網(wǎng)關(guān)關(guān)閉總閘并開啟排氣扇，直到室內(nèi)空氣的質(zhì)量恢復(fù)正常后關(guān)閉排氣扇，如此循環(huán)下去。

　　當(dāng)有火災(zāi)發(fā)生可能性的時(shí)，及時(shí)通過(guò)網(wǎng)關(guān)向物業(yè)或者主人發(fā)送短信提示，并語(yǔ)音報(bào)警。通過(guò)網(wǎng)關(guān)關(guān)閉煤氣總閘，并開啟噴水閘，如果或脫離危險(xiǎn)范圍就會(huì)執(zhí)行關(guān)閉噴水閘并開啟排氣閘的命令。如此循環(huán)下去。系統(tǒng)軟件流程圖如圖8所示。

圖8 系統(tǒng)軟件流程圖

　　4.總結(jié)

　　家居安全應(yīng)該受到足夠的重視，因?yàn)檫@關(guān)系到財(cái)產(chǎn)和人身安全。為此設(shè)計(jì)了廚房火災(zāi)檢測(cè)防護(hù)系統(tǒng)，該系統(tǒng)可以實(shí)時(shí)監(jiān)控家里的煤氣濃度、空氣質(zhì)量以及火災(zāi)的情況，有異常情況發(fā)生時(shí)，系統(tǒng)會(huì)及時(shí)采取相應(yīng)的措施去避免和緩解事故的發(fā)生。有很好的創(chuàng)新性和實(shí)用性，適合大力推廣。