浅谈山洪预警简易雨量报警器的应用论文_浅谈翻勺技法与应用论文

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1、浅谈山洪预警简易雨量报警器的应用论文

随着全国山洪灾害防治非工程措施建设的大力推进,县级群测群防体系不断完善。据统计,截至2013年年底全国共完成2058个山洪灾害防治县级非工程措施建设项目,其中县级群测群防体系建设了17余万套简易雨量站。在山洪灾害防治工作中,简易雨量报警器是基层村民用于监测降雨量、统计临界雨量和发布雨量预警的重要设备,是群测群防的重要手段。

产品现状

简易雨量报警器由室外承雨器和室内报警器两部分组成。室外承雨器采用翻斗式雨量计采集降雨,通过φ200mm的承雨口收集雨水。0.5mm降雨触发翻斗反转一次,通过双翻斗连续采集。室外承雨器采集到的雨量数据通过无线传输发送至室内报警器。室内报警器具有雨量统计功能,通过微处理器分析和判断降雨数据,达到临界雨量时以声、光、语音等多种方式报警,提醒群众警惕可能暴发的山洪并开始组织转移。简易雨量报警器针对山洪成灾特征和流域特点嵌入了雨量统计算法,可根据降雨信息准确统计前期降雨和临界雨量,实现全天候自动化报警。

简易雨量报警器应用面广,使用量大,其实用性、可靠性和经济性十分重要。由于国家尚无统一规范标准,且产品质量良莠不齐,功能不一,不利于各地在项目建设中选择适合的产品。为满足各地山洪灾害监测预警的需求,统一简易雨量报警器技术要求,规范各地简易雨量报警器产品招标采购选型,国家防办委托水利部科技推广中心和水利部防洪抗旱减灾工程技术研究中心在2010年、2011年组织了两次简易雨量报警器的测评。

水利部科技推广中心和水利部防洪抗旱减灾工程技术研究中心组织专家和技术人员研究制定了《简易雨量报警器测评办法》,确定了简易雨量报警器功能和指标,委托水利部水文仪器及岩土工程仪器质量监督检验测试中心对报名厂家的产品进行了抽样检测,召开了专家测评会。通过产品性价比、厂家实力、服务水平、信誉度等方面综合考察,公布了北京国信华源科技有限公司等14个生产厂家的18种型号的简易雨量报警器通过测评。其中7个厂家的9种简易雨量(报警)器产品可用于山洪灾害防治县级非工程措施项目建设。参与评测的产品有13种型号的简易雨量报警器采用翻斗式雨量计,3种型号采用量筒式雨量计,2种型号采用人工观测雨量计。共有16种型号的产品具有自动报警功能,有4种型号的产品须增加现场手工设置报警阈值功能。

早期简易雨量观测设备是依据各地防汛部门的雨量采集和雨量观测经验建设,有简易采集和量杯测量等形式。项目建设过程中简易监测站增加了报警功能。测评结果显示,用于山洪预警的简易雨量报警器主流产品具有以下共性:采用翻斗式雨量采集;传感器分辨率为0.5mm;具备分时段自动报警功能;具备显示、存储和现场手工设置报警阈值功能;具有分级的声、光、语音报警功能。

应用情况

目前,简易雨量报警器在全国2058个山洪灾害防治项目县共投入使用17.2万套,供货量排名前10的厂家市场占有率80%,其中累计供货在5000套以上的生产厂商仅5家。其应用面广,使用量大,设备供货来源高度集中,产品实用性、可靠性、耐久性得到验证。

产品研发水平参差不齐

参与全国山洪灾害防治项目供应简易雨量报警器的企业共30多家,从产品形态和功能看,产品形态基本是室外承雨器和室内报警器组合。80%的产品具有降雨监测记录和报警器功能,具备分级报警和多种报警方式的产品只占30%。根据企业推出新产品的周期看,具有独立产品设计研发能力的企业占30%左右,特别是在降雨统计分析、分级准确报警方面缺乏研究,在提高设备监测通信可靠性、报警准确性上也缺乏研究,甚至有部分企业模仿分析量筒监测降雨,大部分企业对降雨统计和报警机制缺乏认知。

安装及管理不规范

简易雨量报警器在山洪灾害防治实际应用中发挥了重要作用,但在安装建设和日常维护中仍然存在一些问题和不足,有的由于维护不当或建筑拆迁导致设备损毁。在简易雨量报警器安装建设中要注意安装点应避开树木、建筑物遮挡,远离高压电线。室内报警器报警阈值设置需严格按照当地防汛主管部门预案中的报警阈值进行设定。在日常维护中应注意汛前清理室外承雨器筒内异物,检查翻斗是否翻转灵活,更换电池并检查通信状态,测试简易雨量报警器功能是否正常。

发展思路

简易雨量报警器主要用于监测降雨量,并根据引发山洪、泥石流灾害的临界雨量发出自动预警。一个流域或区域某一时段内降雨量达到或超过某一量级或强度时将发生山洪灾害,此时降雨量称为临界雨量。各流域或区域的临界雨量由防汛主管部门根据水文数据记录统计。

现阶段全国山洪灾害防治建设二期规划正在启动,简易雨量报警器将再次大面积推广使用。根据一期应用中实际存在的问题,行业主管部门对简易雨量报警器在材料、通信等方面提出了新需求。业内科研单位和一线生产厂家也基于一期项目经验,经过研究论证对产品性能进行了大幅度改良和提升,如北京国信华源在设备低功耗、通信可靠性、雨量统计算法、有效报警等方面都进行了提升,推出了新材料、联动预警、测报一体等简易雨量报警器的新型应用。

雨量报警机制的改进

山洪预警的简易雨量报警器与水文、气象领域的翻斗式雨量计极其相似,却大有不同。翻斗式雨量计功能单一,是用于雨水监测的一次仪表。简易雨量报警器以雨量统计和雨量报警为核心,是测报一体的智能设备。室外承雨器采集分辨率为0.5mm,室内报警器报警分辨率为1mm。报警器采用无线智能声光语音报警,具备5个时段2个报警级别的报警阈值设置。每间隔5min对雨量进行1h、3h、6h、12h、24h报警阈值判断。在雨量统计算法上明确了日降雨量、场降雨量、雨强等概念,在阈值判断算法中结合了前期降雨等影响阈值偏移的要素。

雨量无线采集技术的推广与应用

由于居民区建筑环境复杂,各地情况不一,采用无线连接的简易雨量报警器深受用户青睐。现有短距离无线传输技术一般采用微功率uhf/vhf频段数字射频通信实现,并采用地址配对、奇偶校验等技术手段增强其可靠性。

另外基于运营商的无线网络传输技术也被大量引入,主要是利用现有无线网络运营商平台进行网络传输,主要有中国移动和中国联通的gsm/gprs网络。这些网络的实际数据上传速度一般在200kbps左右,这样的带宽可基本满足传输实时雨量的要求,且易于实现利用短信与用户手机建立通信,在设备管理和预警信息发布上都得到了完善。

新型工程材料的应用

简易雨量报警器从运用到山洪灾害非工程措施项目建设以来,各个厂家一直持续更新升级。根据山洪预警领域实际情况,在结构、材质、硬件原理及报警机制上都作了大量的改进,产品预警精度和可靠性得到进一步提升。

在材质上采用新型工业级高分子聚合材料。核心部件大量使用abs、pom、pc等热塑性工程材料,具有高密度、高结晶度、超疏水等特点。产品防腐蚀、抗老化特性得到保障。疏水材料的应用,使翻斗式雨量计的湿润损失减少,前期降雨采集精度进一步提高。

在软硬件设计上引入了多项国际先进技术。超低功耗混合信号处理器、串行固态存储器、嵌入式c语言等技术在这一领域大量应用,依照雨量报警器的实际功能需求提高产品的科技含量和可靠性指标。

发展方向

简易雨量报警器是根据我国山洪灾害防治实际情况应用的成果,其技术路线和功能指标需要与时俱进。在当前移动互联网、物联网时代,作为山洪灾害防治监测预警设备应做到以下几点:智能化,具有和其他预警设备数据通信的功能;操作简单,对使用人群没有限制;设备具备自检功能,做到少维护;稳定可靠,预警及时准确。

加强运行管理

山洪灾害非工程措施项目建设是基础,管理是关键,设备的运行正常与否直接影响到整个项目的正常运行以及效用的发挥。

①建立汛前巡查机制。根据每年汛期防汛检查工作要求,制定企业定期对项目监测预警设备设施进行巡检维修的工作机制。做到汛期全程值守,发现隐患,及时上报排除。

②建立汛后检修机制。根据防汛现场检查情况,已建监测预警站点出现过设备丢失、人为损坏、通信欠费、电池过期未更换、监测仪器堵塞、淤积等现象,这些问题都需专业人员现场处理。因此建立统一的管理维护队伍是项目正常运行的基本保障。

③建立设备运行管理规范。按照项目中各种设备、设施的性能指标建立和完善运行标准,作为判断设备、设施运行是否正常的依据。

2、浅谈翻勺技法与应用论文

翻勺,是根据菜肴的不同要求,运用不同的技法,将原料在勺内进行娴熟、准确、及时、恰到好处地翻动,从而使菜肴受热成熟、入味、着色、着芡、造型等达到质量要求的一项技术。

实践中我们往往根据原料形状不同、成品形状不同、着芡方法不同、火候要求不同、动作程度不同等因素,将翻勺技术划分为小翻勺,大翻勺,晃勺,悬翻勺,助翻勺几种。

一、小翻勺

是一种常见的翻勺方法,它主要适用于数量少,加热时间短,散碎易成熟的菜肴。具体方法是:左手握勺柄或锅耳,利用灶口边沿为支点,勺略前倾将原料送至勺前半部,快速向后拉动到一定位置,再轻轻用力向下拉压,使原料在勺中翻转,然后再将原料运送到勺的前半部再拉回翻个,如此反复做到勺不离火,敏捷快速,翻动自如,使烹制出的菜肴达到质量要求。例如用爆法制作的“宫爆鸡丁”这类菜肴是着芡调味同时进行,制作时必须用小翻勺的技法来完成,使菜肴达到入味均匀,紧汁抱芡,明油亮芡,色泽金红的效果。又如“清炒肉丝”原料入勺后用小翻技法不停地翻动原料并随之加入调味品,使肉丝受热入味均匀一致,成品达到成鲜软嫩的质量要求。再如“红烧排骨”,主料在加热成熟过程中用小翻勺的技法有规律地进行翻动,勾芡时也要用小翻勺的技法淋入水淀粉,边翻动主料,使汤汁变稠分布均匀,达到明油亮芡的最佳效果。

二、六翻勺

是将勺内原料一次性做180°翻转,也就是说原料通过大翻勺达到“底朝天”的效果,因动作和翻转幅度较大而称为大翻勺。其方法是左手握勺柄或锅耳,晃动勺中菜肴,然后将勺拉离火口并抬起随即送向右上方,将勺抬高与灶面成60°~70°角,在扬起的同时用手臂轻轻将勺向后勾拉,使原料腾空向后翻转,这时菜肴对大勺会产生一定的惯力,为减轻惯力要顺势将勺与原料一同下落,角度变小接住原料。上述拉,送,扬,翻,接一整套动作的完成要敏捷准确协调一致,一气呵成,不可停滞分解。大翻勺适用于整形原料和造型美观的菜肴,例如“扒”法中的“蟹黄扒冬瓜”将冬瓜条熟处埋后,码于盘中,再轻轻推入已调好的汤汁中用小火扒入味,勾芡后采用大翻勺的技法,使菜肴稳稳地落在勺中,其形状不散不乱与码盘时的造型完全相同。类似于这样的菜肴非大翻勺莫属。又如“红烧晶鱼”,主料烧入味勾芡后同样采用大翻勺的技法,将鱼体表面色泽,刀工,汁芡最完美的部位展示给客人。

三、晃勺

左手握勺柄或锅耳,通过手腕的力量将大勺按顺时针或逆时针进行有规律的旋转,通过大勺的晃动带动菜肴在勺内的转动,它适用于扒菜、锅塌菜和整个原料制作的菜肴。菜肴通过晃勺可达到:①调整勺内的原料受热,汁芡,口味,着色的位置使之均匀一致,避免原料煳底。②由于晃勺的作用,使淋入的明油分布更加均匀,减少原料与勺的摩擦,增强润滑度。③由于晃勺产生的惯力使原料与大勺产生一定的间隙(用肉眼难以观察到)为大翻勺顺利进行奠定了基础。④由于勺与主料产生摩擦使部分菜肴的皮面亮度增强。例如“五香扒鸡”将蒸熟入味的整鸡皮面朝下入勺内煨制,勾芡时边晃勺边沿原料边缘淋入水粉汁使汤汁浓稠,芡汁分布到各个部位,然后淋明油晃勺调整位置,把握时机大翻勺,使色泽金红明亮的皮面朝下拖入盘中,其形其色甚是美观。

四、悬翻勺

悬翻勺的方法是左手握勺柄或锅耳,在恰当时机将大勺端离火源,手腕托住大勺略前倾将原料送至勺的前半部。向后勾拉时前端翘起与手勺协调配合快速将原料翻动一次。由于勺内原料翻动及整套动作均在悬空中进行,所以称悬翻勺。这种方法适用于一些特殊菜肴和盛菜时使用,以保证菜肴火候,装盘和卫生质量的要求。例“拔丝橘子”,橘子挂糊炸熟后投入熬好的糖浆中,快速将大勺端离火源,采用悬翻的技法不断翻动原料,使橘子瓣个个挂满糖浆,达到质量要求,类似这样的菜肴若选用其他翻勺方法势必要造成主料挂不均糖浆或糖浆变红发苦,失去拔丝菜的特色。还有用“爆”“炒”“熘”等方法烹制数量较少的菜肴,盛菜时多数采用悬翻的方法,具体方法是在菜肴翻起尚未落下的时候,用手勺接住一部分下落的菜肴放盘中,另一部分落回大勺内如此反复地一勺一勺地将菜肴全部盛出。

五、助翻勺

左手握勺柄和锅耳,右手持手勺在炒勺上方里侧,在拉动大勺翻动菜肴的同时,用手勺由后向前推动原料使之翻动,这种方法应用在数量较多,用其它方法难以翻动的菜肴中,以及配合小翻、悬翻技法的有效实施。例如“制作十盘香辣鸡”,由于数量多,很难将鸡块翻动,这时往往要采用助翻的方法来完成,使菜肴达到受热,入味均匀,成熟一致,汁匀芡亮的效果。又如制作“拔丝山药”挂糖浆时虽然是用悬翻的技法来完成,但操作时必须用助翻的方法配合使原料翻动,在推动原料翻起的一刹那将手勺插入尚未落下的菜肴底部,当菜肴落在手勺处时将山药块分开落入勺内。如此反复连贯的动作,才能使糖浆挂得更匀更好。

上述介绍的翻勺方法是我们烹制菜肴时常用的几种方法,除此以外,还有前翻勺、转勺、左翻勺和右翻勺等等,具体操作时应用哪种翻勺方法更合适,要因菜、因人、因环境等要素来决定。但这里要强调一点,那就是有些菜肴在烹制时用一种翻勺方法很难达到最佳效果,必须要用几种方法密切配合,如大翻勺必须与晃勺有机地结合,小翻勺、悬翻勺要与助翻勺巧妙地搭配等等,只有灵活使用不同的翻勺方法,才能使烹制出的菜肴达到质量标准。

3、单片机技术下燃气报警器总体设计研究论文

摘 要: 燃气报警器用来检测燃气的泄露浓度值, 超过一定浓度就会产生报警。本文详细介绍了基于at89c52单片机的存储系统以及燃气报警器如何具体分配单片机的程序存储和数据存储。通过工程设计的过程理解单片机的存储原理, 使理论与实践有机结合, 为同类型的单片机应用系统开发提供方法和实践经验。

关键词:燃气报警; 单片机; 存储器分配;

0、引言

随着计算机技术的发展, 人们对计算机的要求越来越高。在计算机的大家族中, 单片微型计算机发展十分迅速, 渗透到电子设计领域的各个方面, 进入智能控制领域, 因此开创了控制新局面。

在工业控制领域, 人们对计算机提出了控制要求。首先, 能够面向控制对象, 便于进行控制变量的输入/输出, 其次, 体积尽量小, 能够嵌入控制系统内部, 能适应工业现场较为恶劣的工作环境, 并且具有丰富的用于控制的指令系统和i/o接口等。单片机系统能很好地满足这些控制要求, 成为工业测控系统中最为理想的控制系统[1]。

燃气报警器的气体探测器准确性高, 遇到燃气泄漏到一定浓度时, 可以显示燃气泄漏量, 自动切断燃气阀, 发出声光报警, 启动排风扇, 这样可以有效防止因燃气过量泄露造成人员和财产的伤害。当燃气泄漏时, 能够完成以上功能, 燃气报警器通常会有以下功能模块:led显示模块、声光报警模块、排气扇模块、键盘模块、通信模块等。

1、 燃气报警器的功能

燃气报警器根据传感器探头采集数据, 主要有两方面功能。

(1) 燃气泄露警情的处理。安装在楼宇公寓各防区的燃气泄漏感应器 (探头) , 在有燃气泄漏发生时产生输出脉冲, 该脉冲经过波形整形为矩形波之后经过燃气控制器判断处理, 显示泄漏燃气量, 同时伴有声光报警, 报警器自动关闭燃气阀, 启动排风扇, 同时发送信息给用户或中央监控室。

(2) 燃气表耗用量的读取。安装在楼宇公寓中的燃气表除了用于常规的显示功能之外, 每个表都配备了脉冲输出功能。随着用户对燃气的消费, 按照单位计量比例输出相应的脉冲信号。脉冲信号经过波形整形处理为矩形波后作为计数脉冲, 燃气报警器通过实时采样计数脉冲获得表的消耗量。

2、 燃气报警器总体设计

根据应用系统所要实现的功能, 规划出由硬件和软件实现的功能部分。根据燃气报警器的主要功能, 规划对整体功能的设计。燃气报警器的功能框图如图1所示。

图1 燃气报警器的功能框图fig.1 functional block diagram of gas alarm

燃气报警器主要由单片机扩展了两组信号输入:燃气泄漏脉冲采集、燃气消耗量采集;通信接口电路:可以及时发送信息给用户或中控室;键盘:用户可以设置基本功能;lcd显示器:显示泄漏量和消耗量;e2prom 24c16:掉电保护信息和基本信息的存储等。

(1) 由于燃气表消耗量和燃气泄漏量输出都是脉冲量, 所以燃气控制器直接对燃气表消耗量和燃气 (探头) 泄漏量脉冲输出信号进行采集, 从而避免了在燃气控制器主板上使用a/d转换接口。利用单片机89c52的p1口作为燃气表脉冲和报警脉冲信号的共同输入通道, 燃气表脉冲和燃气泄漏脉冲信号分别通过斯密特触发器波形整形和74ls244缓冲器进入cpu。这里分别用p3.4 (定时器t0的外部输入) 和p3.5 (定时器t1的外部输入) 口线作为分时有效使能端。

(2) 采用虚拟串行总线技术。lcd液晶显示器和8k e2prom 24c16用单片机i/o口线扩展了串行接口器件, 采用了虚拟串行总线技术。用24c16存放有关初始化信息、燃气表的消耗量和燃气泄漏量以及重要的初始化信息。lcd液晶显示模块, 内置显示ram和驱动控制器, 通过串行方法与单片机at89c52相连。

(3) 通过单片机的p0口线串行扩展了简易键盘, 实现人机交互。p0口作为普通的i/o使用时, 输出是漏极开路电路, 故需要外接上拉电阻5~10 kω左右才能正常工作。

(4) 通过无线转换完成电平转换与无线通信网络连接。

3、 单片机的存储分配

51系列单片机的存储器在物理结构上分为程序存储器空间和数据存储器空间, 共有4个存储空间:片内程序存储器和片外程序存储器空间, 片内数据存储器和片外数据存储器空间[2]。4个存储空间与其物理地址的对应关系如图2所示。

图2 msc-51单片机的存储器分配fig.2 memory allocation for msc-51 single-chip computer

at89c52 (简称89c52) 是美国atmel公司生产的低电压、高性能cmos 8位单片机, 片内含8k bytes的可反复擦写的flash只读程序存储器和256bytes的随机存取数据存储器 (ram) 。

(1) 数据存储器 (ram) 。数据存储器片内为256个字节, 片外最多可外扩64k字节。

(2) 程序存储器 (flash) 。程序存储器用来存储程序。89c52片内有8k字节的flash存储器, 如果片内的程序存储器的容量不够, 片外最多可外扩程序存储器64k字节。

(3) 特殊功能寄存器 (sfr) 。特殊功能寄存器共有21个, 用于cpu对片内各种功能部件进行管理、控制和监视。这些特殊功能寄存器映射在片内ram区80h-ffh的地址区间内。

程序是给微处理器处理问题的一系列命令, 是由机器码组成的代码串, 设计人员编写的程序就存放在程序存储器中, 俗称只读程序存储器 (rom) 。相应的数据放到数据存储器中[3]。

4、 燃气报警器数据空间的分配

4.1、 燃气报警器数据存储空间的分配

根据89c52单片机的数据存储空间, 数据区域如果不扩展片外ram, 则片内ram能够利用的空间只有:

高128字节的80h~ffh的间接存储空间

低128字节中20h~2fh的位存储区, 30h~7fh字节存储区

根据可以利用的片内ram, 燃气报警器的存储空间分配如下:

4.1.1、 高128字节间接存储地址分配

高128b数据区和特殊功能寄存器区的地址空间是重叠的, 高128b的直接寻址寄存器被用作特殊功能寄存器区, 只有间接寻址的寄存器能够用来存储数据。在燃气报警器中, 80h—ffh间接存储的数据分配见表1。

表1 80h~0ffh间接存储地址的分配tab.1 allocation of indirect storage addresses from 80h to 0ffh

汇编语言定义如下

4.1.2、 20h~2fh位寄存器地址分配

在片内寄存器低128b根据不同的寻址方式又分为00h~fh为工作寄存器区, 20h~2fh为位寻址区, 燃气报警器进行位操作的数据存到20h~2fh位寄存器区, 分配见表2。

表2 20h~2fh位寄存器分配tab.2 allocation of 20h~2fh bit registers

汇编语言定义如下:

4.1.3、 30h~7fh通用寄存器地址分配

通用寄存器在燃气报警器中定义见表3。

4.2、 燃气报警器程序存储器的分配

整个程序存储器分为片内和片外两部分, 寻址范围分别为64kb, 燃气报警器只用到了片内程序存储器。程序存储器中除了存储运行程序之外还将常用表格固化到程序存储器中[4]。

4.3、 燃气报警器存储空间的扩展

电可擦除可编程的只读存储器e2prom 24c16 (electrically erasable programmable read-only m em ory) 具有如下特点:在线改写数据和自动擦除功能;断电时, 数据不会丢失;输入输出口与ttl兼容;片内编程电压发生器, 可以产生擦除和写入操作时所需的电压;片内控制和定时发生器可控制擦除和写入操作;具有整体编程允许和截止功能, 以增强数据的保护能力;具有二线串行接口, 可以在i2c上做从器件使用[5]。

5、 结束语

燃气报警器数据采集监控系统采用at89c52设计, 通过项目更好理解燃气报警器存储分配的原理和开发过程。基于单片机设计的燃气报警器, 在面向控制方面, 具有功能完善、稳定可靠、体积小、价格低廉等优点, 被楼宇和住宅等地方采用, 已达到良好的效果。

参考文献:

[1]赵建领, 薛园园. 51单片机开发与应用技术详解[m].北京:电子工业出版社, 2009.

[2]吴险峰.51单片机项目教程 (c语言版) [m].北京:人民邮电出版社, 2016.

[3]王元一, 石永生, 赵金龙.单片机接口技术与应用 (c51编程) [m].北京:清华大学出版社, 2014.

[4]唐继贤.51单片机应用系统开发实例精解 (c语言) [m].上海:上海科学技术出版社, 2012.

[5]李朝青.单片机原理及串行外设接口技术[m].北京:北京航空航天大学出版社, 2008.

4、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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