基于單片機(jī)的智能報(bào)警逃逸閥門(mén)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

基于單片機(jī)的智能報(bào)警逃逸閥門(mén)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

隨著經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展和城市化規(guī)模的擴(kuò)大，高層建筑、地下工程、大型城市等密集場(chǎng)所相繼出現(xiàn)。人員聚集的公共場(chǎng)所易于發(fā)生群死群傷火災(zāi)事故,是我國(guó)當(dāng)前火災(zāi)危害中的一個(gè)突出問(wèn)題。加強(qiáng)公共場(chǎng)所消防通道建設(shè),遏制公共場(chǎng)所的火災(zāi)發(fā)生已刻不容緩。隨著計(jì)算機(jī)微控制器及傳感技術(shù)的發(fā)展,消防通道門(mén)鎖智能化已成為一個(gè)趨勢(shì)。目前國(guó)內(nèi)常見(jiàn)的消防通道門(mén)鎖存在很多弊端,使用不方便,有時(shí)在緊急情況下甚至難以打開(kāi)。例如,一些消防通道門(mén)是向內(nèi)開(kāi)啟的,不符合人們的行為習(xí)慣。常規(guī)逃生門(mén)鎖多是在普通鎖的基礎(chǔ)上增設(shè)一個(gè)玻璃罩,雖然一定程度上起到了防止人員隨意出入的目的,但會(huì)出現(xiàn)緊急打開(kāi)不方便的情況。另外,多數(shù)常規(guī)逃生鎖打開(kāi)方式為扭轉(zhuǎn),操作不直接。傳統(tǒng)火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)多采用開(kāi)關(guān)量式探測(cè)器,一般為閾值探測(cè)算法,造成不夠靈活、難以適應(yīng)復(fù)雜環(huán)境,準(zhǔn)確性也不高,易發(fā)生誤報(bào)和漏報(bào)情況。在報(bào)警電路設(shè)計(jì)方面常為單純的聲光報(bào)警,存在報(bào)警信息指示不詳和缺乏針對(duì)性等問(wèn)題。筆者設(shè)計(jì)了一種基于AT89C52單片機(jī)的智能報(bào)警逃生門(mén)鎖系統(tǒng),在機(jī)械結(jié)構(gòu)上對(duì)常規(guī)逃生門(mén)鎖做了改進(jìn),在控制方面綜合采用了多信息融合技術(shù)和遠(yuǎn)程通信技術(shù),使逃生門(mén)鎖使用起來(lái)更加方便,提高了火災(zāi)探測(cè)的準(zhǔn)確性,實(shí)現(xiàn)了遠(yuǎn)程定向報(bào)警,有助于消防人員及時(shí)采取相關(guān)措施。1復(fù)合承擔(dān)的承擔(dān)者設(shè)計(jì)了環(huán)常規(guī)逃生門(mén)鎖在火災(zāi)發(fā)生的情況下,一般需擊碎鎖的玻璃防護(hù)罩,然后扭轉(zhuǎn)旋鈕打開(kāi)門(mén)鎖,最后推開(kāi)門(mén)逃生。其存在的問(wèn)題,一是打開(kāi)防護(hù)罩可能會(huì)對(duì)逃生者造成一定的傷害,且增加開(kāi)鎖的時(shí)間;二是“轉(zhuǎn)動(dòng)旋鈕再開(kāi)門(mén)”的方式不夠便捷,需時(shí)較長(zhǎng)。表1總結(jié)了報(bào)警逃生門(mén)鎖的要求及其與另外兩種鎖的比較?？梢?jiàn),逃生門(mén)鎖須裝在外開(kāi)式門(mén)上,因?yàn)樵诰o急情況下很多被困人員同時(shí)涌向逃生門(mén),內(nèi)開(kāi)式門(mén)顯然不符合安全要求,易發(fā)生擁堵擠踏。而逃生鎖設(shè)計(jì)成推壓開(kāi)啟方式更符合人們的習(xí)慣,操作更便捷,利于被困人員逃生。為此筆者設(shè)計(jì)了一種獨(dú)特的逃生鎖,其特點(diǎn)是開(kāi)鎖迅速、操作簡(jiǎn)便、安全可靠,適于公共場(chǎng)所消防通道門(mén)的使用。逃生鎖的平面結(jié)構(gòu)如圖1所示。其工作原理是引入如圖所示的連桿機(jī)構(gòu),在火災(zāi)發(fā)生時(shí),單片機(jī)調(diào)用相應(yīng)程序控制電磁鐵11工作,將其內(nèi)部的鐵芯拉回,此時(shí)當(dāng)推壓逃生鎖外露緊急按鈕9時(shí),連桿7繞支點(diǎn)轉(zhuǎn)動(dòng),同時(shí)帶動(dòng)鎖閂2向右運(yùn)動(dòng),鎖閂運(yùn)動(dòng)到右面的鎖殼6里面后,借助剩余推力就能將消防通道門(mén)打開(kāi)。為提高逃生鎖的可靠性,引入了備用拉桿機(jī)構(gòu)5,在控制系統(tǒng)不能正常工作時(shí),可以手動(dòng)操作5打開(kāi)電磁鐵鐵芯,然后推壓9也能將消防通道門(mén)打開(kāi)。而手動(dòng)拉桿機(jī)構(gòu)安裝在玻璃罩內(nèi),可達(dá)到防止人們隨意出入的目的。1.1直線型軸承轉(zhuǎn)軸機(jī)構(gòu)為了簡(jiǎn)化開(kāi)鎖流程,在最短時(shí)間內(nèi)打開(kāi)逃生鎖,設(shè)計(jì)了一種連桿機(jī)構(gòu),如圖2所示。它由兩個(gè)直線型軸承、一根轉(zhuǎn)軸及兩根搖桿(搖桿中設(shè)有滑槽)等組成。直線型軸承固定在鎖殼上,轉(zhuǎn)軸可在直線型軸承中自由轉(zhuǎn)動(dòng),由于搖桿1、搖桿2都是和轉(zhuǎn)軸固定在一起的,當(dāng)用力按壓緊急按鈕時(shí),緊急按鈕的直線運(yùn)動(dòng)會(huì)帶動(dòng)搖桿1轉(zhuǎn)動(dòng),搖桿1帶動(dòng)轉(zhuǎn)軸,進(jìn)而帶動(dòng)搖桿2轉(zhuǎn)動(dòng),而搖桿2的轉(zhuǎn)動(dòng)把鎖閂拉回,逃生鎖打開(kāi)。該機(jī)構(gòu)中兩個(gè)搖桿的空間角度是固定的,計(jì)算得出當(dāng)兩搖桿的空間角度為79.4°時(shí),可以使推壓按鈕的時(shí)間最短,操作最快捷。1.2電磁鐵和鐵芯據(jù)消防規(guī)范要求,逃生門(mén)鎖要具備防止隨意出入的功能。常規(guī)逃生鎖中該功能由玻璃罩實(shí)現(xiàn),這會(huì)帶來(lái)一些如前所述的弊端。筆者通過(guò)引入一個(gè)阻擋閂替代常規(guī)玻璃罩解決了這個(gè)問(wèn)題。阻擋閂的功能由一個(gè)電磁鐵的鐵芯來(lái)實(shí)現(xiàn)。電磁鐵由線圈和鐵芯及其他輔助部件組成。在未通電情況下,鐵芯由于受到彈簧彈力的作用處于伸出狀態(tài),通電后線圈產(chǎn)生電磁場(chǎng)將鐵芯吸回,因而可以通過(guò)電磁鐵鐵芯的這兩種狀態(tài)來(lái)控制逃生鎖的鎖閂。當(dāng)鐵芯處于伸出狀態(tài)時(shí)能對(duì)鎖閂起到阻擋作用,鎖閂不能退回,鎖不能打開(kāi);當(dāng)線圈通電鐵芯被吸回時(shí),鎖閂是自由的,可以通過(guò)連桿機(jī)構(gòu)將其拉回。電磁鐵由單片機(jī)控制,系統(tǒng)所選電磁鐵工作電壓為12V,通過(guò)一個(gè)半導(dǎo)體電路驅(qū)動(dòng),當(dāng)單片機(jī)判斷火災(zāi)發(fā)生時(shí),即可驅(qū)動(dòng)電磁鐵工作。在正常情況下,電磁鐵不工作,鐵芯處于被彈出狀態(tài),能阻擋鎖閂的運(yùn)動(dòng),逃生鎖處于鎖止?fàn)顟B(tài)。1.3失效安全檢測(cè)考慮到逃生鎖的阻擋閂(即電磁鐵的鐵芯)由單片機(jī)控制,為了防止電路損壞逃生門(mén)鎖無(wú)法打開(kāi)的極端情況,設(shè)計(jì)了備用措施(如圖1所示),即:用備用拉桿5,與阻擋閂通過(guò)一定的機(jī)械機(jī)構(gòu)相連接,當(dāng)電路遭到破壞時(shí),可以通過(guò)手動(dòng)操作備用拉桿來(lái)打開(kāi)阻擋閂,進(jìn)而開(kāi)門(mén)逃生。2管理系統(tǒng)的設(shè)計(jì)2.1遠(yuǎn)程語(yǔ)音報(bào)警模塊圖3所示為控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖,它主要由信息采集模塊、AT89C52單片機(jī)、聲光報(bào)警模塊及遠(yuǎn)程語(yǔ)音報(bào)警模塊等組成。其中信息采集模塊采用溫度傳感器、煙霧傳感器、CO傳感器來(lái)探測(cè)溫度、煙霧和CO氣體信息,由AT89C52單片機(jī)采用智能算法進(jìn)行數(shù)據(jù)分析和處理,并在判斷有火災(zāi)的基礎(chǔ)上驅(qū)動(dòng)逃生門(mén)鎖中電磁鐵打開(kāi)阻擋閂,同時(shí)調(diào)用相應(yīng)程序?qū)崿F(xiàn)聲光報(bào)警和遠(yuǎn)程語(yǔ)音報(bào)警。2.2基于單總線接口方式和離子式煙氣系統(tǒng)的溫度傳感器系統(tǒng)的主控制器采用美國(guó)ATMEL公司的8位AT89C52單片機(jī)作為主控制器。AT89C52單片機(jī)采用ATMEL高密度非易失存儲(chǔ)器技術(shù)制造,與工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的MCS-51指令系統(tǒng)和8052產(chǎn)品引腳兼容。系統(tǒng)傳感器模塊采用美國(guó)DALLAS公司生產(chǎn)的DS18B20溫度傳感器芯片,它采用單總線接口方式,在與微處理器連接時(shí)僅需要一條接口線即可實(shí)現(xiàn)雙向通信。每個(gè)芯片都有一個(gè)單獨(dú)的64位產(chǎn)品序列號(hào),可用一個(gè)微處理器控制分布在較大范圍內(nèi)的許多DS18B20芯片?？芍苯虞敵鰯?shù)字溫度信號(hào),不需經(jīng)模數(shù)轉(zhuǎn)化,抗干擾能力強(qiáng)。系統(tǒng)的煙霧探測(cè)部分采用MC145018P離子式煙霧傳感器,這是一款用于離子型煙霧報(bào)警器的煙霧探測(cè)芯片,由CMOS工藝制造,低功耗,靈敏度高,工作可靠,可以廣泛用于消防報(bào)警系統(tǒng)。多數(shù)液體和固體在燃燒初期都會(huì)產(chǎn)生CO和CO2等,通過(guò)檢測(cè)CO、CO2等燃燒產(chǎn)物,可以實(shí)現(xiàn)早期預(yù)警。此系統(tǒng)采用TGS2442電化學(xué)傳感器對(duì)CO進(jìn)行探測(cè),TGS2442對(duì)空氣濕度的依賴性較低,對(duì)CO氣體靈敏度高。2.3語(yǔ)音信號(hào)發(fā)送電路系統(tǒng)采用美國(guó)ISD公司的ISD4004芯片完成語(yǔ)音錄放功能。ISD4004芯片采用了直接模擬存儲(chǔ)技術(shù),信號(hào)無(wú)需經(jīng)過(guò)復(fù)雜的數(shù)字處理過(guò)程,可以最大限度地減少失真,保證了比較好的音質(zhì)。ISD4004內(nèi)含2840kB大容量的閃速存儲(chǔ)器,能實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)達(dá)16min的錄音或放音。在此設(shè)計(jì)中,利用該芯片錄制不同的語(yǔ)音信號(hào),通過(guò)軟件調(diào)用實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的語(yǔ)音提示、語(yǔ)音疏導(dǎo)及語(yǔ)音報(bào)警功能。采用MT8880芯片作為雙音多頻(DTMF)信號(hào)發(fā)送電路的核心器件。MT8880帶有呼叫處理濾波器,集收發(fā)功能于一體,能完成數(shù)據(jù)編碼和解碼,達(dá)到數(shù)據(jù)傳輸目的。圖4是遠(yuǎn)程語(yǔ)音報(bào)警電路原理圖。當(dāng)傳感器檢測(cè)到火災(zāi)發(fā)生后,單片機(jī)調(diào)用程序?qū)崿F(xiàn)模擬摘機(jī),并將預(yù)存的電話號(hào)碼發(fā)送到MT8880芯片中,經(jīng)MT8880編碼后輸出相應(yīng)的DTMF信號(hào),經(jīng)放大處理后耦合到電話線上,撥通預(yù)設(shè)號(hào)碼,然后單片機(jī)調(diào)用信號(hào)音檢測(cè)程序,當(dāng)檢測(cè)到對(duì)方提機(jī)信號(hào)音時(shí),調(diào)用語(yǔ)音播放程序反復(fù)播放報(bào)警語(yǔ)音信息,隨后調(diào)用程序?qū)崿F(xiàn)模擬掛機(jī)。重復(fù)上述過(guò)程輪流撥打預(yù)設(shè)電話號(hào)碼,即可實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程語(yǔ)音報(bào)警。2.4系統(tǒng)主控程序設(shè)計(jì)系統(tǒng)軟件的功能是完成火災(zāi)信號(hào)的分析和處理,并根據(jù)數(shù)據(jù)處理結(jié)果發(fā)出遠(yuǎn)程語(yǔ)音報(bào)警和聲光報(bào)警指令。軟件在結(jié)構(gòu)上分為主控程序、信息采集程序、信息融合智能算法程序、遠(yuǎn)程通信程序和聲光報(bào)警程序,各個(gè)子程序的調(diào)度由主控程序來(lái)完成。系統(tǒng)主控程序設(shè)計(jì)流程如圖5所示。系統(tǒng)上電后由主控程序讀取啟動(dòng)參數(shù),完成各個(gè)程序模塊的初始化,順序啟動(dòng)三種傳感器信息采集程序,主控程序巡回監(jiān)視各信息采集模塊程序的狀態(tài),并調(diào)用信息融合智能算法程序進(jìn)行分析,判斷是否有火災(zāi)發(fā)生。如果單片機(jī)做出有火災(zāi)的判斷,則調(diào)用相應(yīng)的程序,啟動(dòng)控制系統(tǒng)打開(kāi)逃生門(mén)鎖并即刻發(fā)出聲光報(bào)警信號(hào),同時(shí)實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程語(yǔ)音報(bào)警。3簡(jiǎn)化了安全鎖,縮短了操作時(shí)間結(jié)合機(jī)械電子技術(shù),介紹了一種基于AT89C52單片機(jī)的智能報(bào)警逃生門(mén)鎖系統(tǒng)。機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)上將玻璃罩改為阻擋閂,在火災(zāi)發(fā)生時(shí)逃生門(mén)可自動(dòng)開(kāi)啟。通過(guò)引入手動(dòng)連桿機(jī)構(gòu),只需推壓鎖上緊急按鈕即