小型火災(zāi)應(yīng)急復(fù)合系統(tǒng)的制作方法

本實(shí)用新型涉及一種火災(zāi)報(bào)警領(lǐng)域，具體涉及一種小型火災(zāi)應(yīng)急復(fù)合系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

隨著我國經(jīng)濟(jì)的迅速發(fā)展，人民生活水平的日益提高，建筑所面臨方向不斷的發(fā)展。各種高水準(zhǔn)的民用工程修理需要的材料和方法也更加促進(jìn)了多元化，并且隨著用電負(fù)荷和煤氣消耗量的日益擴(kuò)大，對(duì)火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)的設(shè)計(jì)提出了更高更嚴(yán)格的要求?；馂?zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng),作為智能建筑中的一個(gè)重要子系統(tǒng),其重要性是眾所周知的。要在智能建筑中創(chuàng)造一個(gè)安全舒適的環(huán)境,消防安全是其中的一個(gè)重要的方面。因此，為了保證人們的生命和財(cái)產(chǎn)安全，火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)的設(shè)計(jì)變成了民用建筑設(shè)計(jì)中不可缺失的設(shè)計(jì)內(nèi)容之一。但是，目前市面上的火災(zāi)報(bào)警器存在如下一些問題：檢測方式單一，突發(fā)情況下(如斷電)時(shí)無法使用，操作麻煩需上門安裝，沒有應(yīng)急方案等。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本實(shí)用新型的目的在于克服上述現(xiàn)有技術(shù)的不足之處，而提供一種小型火災(zāi)應(yīng)急復(fù)合系統(tǒng)。它是一種簡單預(yù)警、即時(shí)應(yīng)急、方便攜帶且操作簡便的小型火災(zāi)應(yīng)急復(fù)合系統(tǒng)。

為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本實(shí)用新型提供了一種小型火災(zāi)應(yīng)急復(fù)合系統(tǒng)，其特征在于：包括傳感器模塊、通信模塊、CPU模塊、開關(guān)電源模塊、報(bào)警故障輸出模塊，所述傳感器模塊將檢測信息通過通信模塊發(fā)送CPU模塊，CPU模塊進(jìn)行災(zāi)情分析發(fā)出指示信號(hào)經(jīng)通信模塊指示報(bào)警故障輸出模塊；

所述傳感器模塊包括可燃?xì)怏w檢測模塊、火焰感應(yīng)模塊，所述可燃?xì)怏w檢測模塊采用MQ-2氣體傳感器，所述火焰感應(yīng)模塊通過火焰?zhèn)鞲衅鲗⒒鹧姘l(fā)出的紅外光轉(zhuǎn)化為高低變化的電平信號(hào)輸入到CPU模塊中，火焰?zhèn)鞲衅靼ǘ鄠€(gè)紅外線接收器；

所述通信模塊包括nRF24L01無線模塊和SIM900A模塊，所述nRF24L01無線模塊包括內(nèi)置頻率合成器、功率放大器、晶體振蕩器、調(diào)制器，所述SIM900A模塊發(fā)送短信報(bào)警信息；

所述報(bào)警故障輸出模塊包括關(guān)閉天然氣閥門模塊、智能消防車滅火模塊，所述關(guān)閉天然氣閥門模塊在天然氣泄漏時(shí)通過舵機(jī)關(guān)閉天然氣閥門，且報(bào)警用蜂鳴器報(bào)警鳴叫，舵機(jī)通過差值脈沖驅(qū)動(dòng)，所述智能消防車滅火模塊通過智能消防車在循跡模塊的控制下行駛到著火點(diǎn)并開啟水泵進(jìn)行滅火操作；

所述開關(guān)電源模塊采用LM2596開關(guān)電源，所述LM2596開關(guān)電源包括150KHZ振蕩器、1.23v基準(zhǔn)穩(wěn)壓電路、熱關(guān)斷電路、電流限制電路、放大器、比較器和內(nèi)部穩(wěn)壓電路；

所述CPU模塊采用15W413as芯片和STC15W401AS系列單片機(jī)。

進(jìn)一步地，所述火焰?zhèn)鞲衅靼ò藗€(gè)紅外線接收器，所述火焰?zhèn)鞲衅鞯奶綔y波長為700nm～1000nm，所述紅外線接收器的探測角度為60°。

進(jìn)一步地，所述火焰?zhèn)鞲衅魍ㄟ^遠(yuǎn)紅外火焰探頭將外界紅外光的強(qiáng)弱變化轉(zhuǎn)化為電流的變化,通過LM339比較器將紅外光轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號(hào)并通過數(shù)字傳感器接口傳輸?shù)紺PU模塊中。

進(jìn)一步地，所述nRF24L01無線模塊采用跳頻技術(shù)使得接收和發(fā)送兩端通過相同的頻率跳躍模式來接發(fā)訊號(hào)及防止數(shù)據(jù)擷取。

進(jìn)一步地，所述SIM900A模塊采用SMT封裝的雙頻GSM/GPRS模塊和處理器ARM9216EJ-S內(nèi)核。

進(jìn)一步地，所述關(guān)閉天然氣閥門模塊中舵機(jī)的控制信號(hào)周期為20ms，寬度為1ms-2ms的脈沖信號(hào)。

進(jìn)一步地，所述智能消防車包括四個(gè)電機(jī)、兩個(gè)LM298驅(qū)動(dòng)模塊、四個(gè)紅外對(duì)管、一個(gè)舵機(jī)和一個(gè)車載水泵。

本實(shí)用新型具有的優(yōu)點(diǎn)如下：本設(shè)計(jì)具有簡單預(yù)警、即時(shí)應(yīng)急功能、方便攜帶、易于取用、操作簡便、成本低等特點(diǎn)，規(guī)范適用于工業(yè)與民用建筑內(nèi)設(shè)置的火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)，且容易套入智能建筑系統(tǒng)中。本實(shí)用新型采用高度集成的電路設(shè)計(jì)、簡單的操作方法可用戶自己進(jìn)行安裝使用，避免請(qǐng)專業(yè)人士上門安裝的麻煩。而且，可以別對(duì)失火和可燃?xì)怏w泄露不同的情況采用不同的應(yīng)對(duì)方案。同時(shí)，本實(shí)用新型的開關(guān)電源設(shè)計(jì)有效地彌補(bǔ)線性電源產(chǎn)生的多余功耗，增加電池的耐用性，防止斷電產(chǎn)生的系統(tǒng)癱瘓。此外，它利用短信報(bào)警，用戶可在只要在手機(jī)有基站信號(hào)的地方就可以接收?qǐng)?bào)警信息，彌補(bǔ)了利用網(wǎng)絡(luò)報(bào)警的覆蓋少的缺陷。

附圖說明

圖1為本實(shí)用新型的示意圖。

圖2為本實(shí)用新型的原理框圖。

圖3為本實(shí)用新型的開關(guān)電源模塊的電路原理圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖詳細(xì)說明本實(shí)用新型的實(shí)施情況，但它并不構(gòu)成對(duì)本實(shí)用新型的限定，僅做舉例而已。同時(shí)通過說明，本實(shí)用新型的優(yōu)點(diǎn)將變得更加清楚和容易理解。

如圖1、圖2所示，一種小型火災(zāi)應(yīng)急復(fù)合系統(tǒng)，包括傳感器模塊、通信模塊、CPU模塊、開關(guān)電源模塊、報(bào)警故障輸出模塊，傳感器模塊將檢測信息通過通信模塊發(fā)送CPU模塊，CPU模塊進(jìn)行災(zāi)情分析發(fā)出指示信號(hào)經(jīng)通信模塊指示報(bào)警故障輸出模塊。其中，CPU模塊采用15W413as芯片和STC15W401AS系列單片機(jī)，實(shí)際應(yīng)用中一般采用STC15W401AS系列(8位)單片機(jī)。

其中，傳感器模塊包括可燃?xì)怏w檢測模塊、火焰感應(yīng)模塊，所述可燃?xì)怏w檢測模塊采用MQ-2氣體傳感器，火焰感應(yīng)模塊通過火焰?zhèn)鞲衅鲗⒒鹧姘l(fā)出的紅外光轉(zhuǎn)化為高低變化的電平信號(hào)輸入到CPU模塊中；火焰?zhèn)鞲衅靼ò藗€(gè)紅外線接收器，火焰?zhèn)鞲衅鞯奶綔y波長為700nm～1000nm，紅外線接收器的探測角度為60°。火焰?zhèn)鞲衅魍ㄟ^遠(yuǎn)紅外火焰探頭將外界紅外光的強(qiáng)弱變化轉(zhuǎn)化為電流的變化,通過LM339比較器將紅外光轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號(hào)并通過數(shù)字傳感器接口傳輸?shù)紺PU模塊中。其中，MQ-2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)。當(dāng)傳感器所處環(huán)境中存在可燃?xì)怏w時(shí)，傳感器的電導(dǎo)率隨空氣中可燃?xì)怏w濃度的增加而增大。使用簡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)。MQ-2氣體傳感器對(duì)液化氣、丙烷、氫氣的靈敏度高，對(duì)天然氣和其它可燃蒸汽的檢測也很理想。這種傳感器可檢測多種可燃性氣體，是一款適合多種應(yīng)用的低成本傳感器。

其中，通信模塊包括nRF24L01無線模塊和SIM900A模塊，nRF24L01無線模塊包括內(nèi)置頻率合成器、功率放大器、晶體振蕩器、調(diào)制器，SIM900A模塊發(fā)送短信報(bào)警信息；nRF24L01無線模塊采用跳頻技術(shù)使得接收和發(fā)送兩端通過相同的頻率跳躍模式來接發(fā)訊號(hào)及防止數(shù)據(jù)擷取。SIM900A模塊采用SMT封裝的雙頻GSM/GPRS模塊和處理器ARM9216EJ-S內(nèi)核。SIM900A模塊是數(shù)據(jù)傳輸?shù)耐ㄐ藕诵模軡M足低成本、緊湊尺寸的開發(fā)要求。

其中，nRF24L01無線模塊的輸出功率和通信頻道可通過程序進(jìn)行配置。nRF24L01功耗低，在以-6dBm的功率發(fā)射時(shí)，工作電流也只有9mA；接收時(shí)，工作電流只有12.3mA，多種低功率工作模式,工作在100mw時(shí)電流為160mA,雖然傳輸數(shù)據(jù)量不如WiFi，但在數(shù)據(jù)傳輸方面實(shí)現(xiàn)相對(duì)WiFi距離更遠(yuǎn)，使節(jié)能設(shè)計(jì)更方便。跳頻技術(shù)(Frequency-Hopping Spread Spectrum；FHSS)是在2.4GHz頻帶以一定的頻寬將其劃分為若干個(gè)無線電頻率信道(Radio Frequency Channel；RFC)，并且以使用接收和發(fā)送兩端一樣的頻率跳躍模式(Frequency Hopping)來接發(fā)訊號(hào)及防止數(shù)據(jù)擷取。其工作原理是，收發(fā)雙方傳輸信號(hào)的載波按照預(yù)定規(guī)律進(jìn)行離散變化，以達(dá)到避開干擾的目的。

nRF24L01無線模塊的工作原理為：發(fā)射數(shù)據(jù)時(shí)，首先將nRF24L01配置為發(fā)射模式：接著把接收節(jié)點(diǎn)地址TX_ADDR和有效數(shù)據(jù)TX_PLD按照時(shí)序由SPI口寫入nRF24L01緩存區(qū)，TX_PLD必須在CSN為低時(shí)連續(xù)寫入，而TX_ADDR在發(fā)射時(shí)寫入一次即可，然后CE置為高電平并保持至少10μs，延遲130μs后發(fā)射數(shù)據(jù)；若自動(dòng)應(yīng)答開啟，那么nRF24L01在發(fā)射數(shù)據(jù)后立即進(jìn)入接收模式，接收應(yīng)答信號(hào)(自動(dòng)應(yīng)答接收地址應(yīng)該與接收節(jié)點(diǎn)地址TX_ADDR一致)。如果收到應(yīng)答，則認(rèn)為此次通信成功，TX_DS置高，同時(shí)TX_PLD從TX FIFO中清除；若未收到應(yīng)答，則自動(dòng)重新發(fā)射該數(shù)據(jù)(自動(dòng)重發(fā)已開啟)，若重發(fā)次數(shù)(ARC)達(dá)到上限，MAX_RT置高，TX FIFO中數(shù)據(jù)保留以便在次重發(fā)；MAX_RT或TX_DS置高時(shí)，使IRQ變低，產(chǎn)生中斷，通知MCU。最后發(fā)射成功時(shí),若CE為低則nRF24L01進(jìn)入空閑模式1；若發(fā)送堆棧中有數(shù)據(jù)且CE為高，則進(jìn)入下一次發(fā)射；若發(fā)送堆棧中無數(shù)據(jù)且CE為高，則進(jìn)入空閑模式2。接收數(shù)據(jù)時(shí),首先將nRF24L01配置為接收模式，接著延遲130μs進(jìn)入接收狀態(tài)等待數(shù)據(jù)的到來。當(dāng)接收方檢測到有效的地址和CRC時(shí)，就將數(shù)據(jù)包存儲(chǔ)在RX FIFO中，同時(shí)中斷標(biāo)志位RX_DR置高，IRQ變低，產(chǎn)生中斷，通知MCU去取數(shù)據(jù)。若此時(shí)自動(dòng)應(yīng)答開啟，接收方則同時(shí)進(jìn)入發(fā)射狀態(tài)回傳應(yīng)答信號(hào)。最后接收成功時(shí)，若CE變低，則nRF24L01進(jìn)入空閑模式1。

其中，報(bào)警故障輸出模塊包括關(guān)閉天然氣閥門模塊、智能消防車滅火模塊，關(guān)閉天然氣閥門模塊在天然氣泄漏時(shí)通過舵機(jī)關(guān)閉天然氣閥門，且報(bào)警用蜂鳴器報(bào)警鳴叫，舵機(jī)通過差值脈沖驅(qū)動(dòng)，智能消防車滅火模塊通過智能消防車在循跡模塊的控制下行駛到著火點(diǎn)并開啟水泵進(jìn)行滅火操作。其中，智能消防車包括四個(gè)電機(jī)、兩個(gè)LM298驅(qū)動(dòng)模塊、四個(gè)紅外對(duì)管、一個(gè)舵機(jī)和一個(gè)車載水泵。關(guān)閉天然氣閥門模塊中舵機(jī)的控制信號(hào)周期為20ms，寬度為1ms-2ms的脈沖信號(hào)。當(dāng)舵機(jī)收到該信號(hào)后，會(huì)馬上激發(fā)出一個(gè)與之相同的，寬度為1.5毫秒的負(fù)向標(biāo)準(zhǔn)的中位脈沖，之后二個(gè)脈沖在一個(gè)加法器中進(jìn)行相加得到了所謂的差值脈沖。輸入信號(hào)脈沖如果寬于負(fù)向的標(biāo)準(zhǔn)脈沖，得到的就是正的差值脈沖。如果輸入脈沖比標(biāo)準(zhǔn)脈沖窄，相加后得到的肯定是負(fù)的脈沖。此差值脈沖放大后就是驅(qū)動(dòng)舵機(jī)正反轉(zhuǎn)動(dòng)的動(dòng)力信號(hào)。舵機(jī)電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)，通過齒輪組減速后，同時(shí)驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)盤和標(biāo)準(zhǔn)脈沖寬度調(diào)節(jié)電位器轉(zhuǎn)動(dòng)。直到標(biāo)準(zhǔn)脈沖與輸入脈沖寬度完全相同時(shí)，差值脈沖消失時(shí)才會(huì)停止轉(zhuǎn)動(dòng)。循跡模塊在循跡過程中可濾除其他房間的指示帶，駛向目標(biāo)房間。

其中，開關(guān)電源模塊采用LM2596開關(guān)電源，LM2596開關(guān)電源包括150KHZ振蕩器、1.23v基準(zhǔn)穩(wěn)壓電路、熱關(guān)斷電路、電流限制電路、放大器、比較器和內(nèi)部穩(wěn)壓電路，圖3示出了開關(guān)電源模塊的電路原理圖。

本實(shí)用新型的小型火災(zāi)應(yīng)急復(fù)合系統(tǒng)能夠在出現(xiàn)天然氣泄露時(shí)發(fā)出報(bào)警信號(hào)，并關(guān)閉天然氣閥門，給戶主發(fā)短信警告；在出現(xiàn)火災(zāi)時(shí)啟動(dòng)智能消防車對(duì)火勢進(jìn)行壓制并給戶主發(fā)送短信。本系統(tǒng)為了降低誤報(bào)率，采用了多次采集、多次判斷的方法。每次數(shù)據(jù)采集后根據(jù)得到的數(shù)據(jù)對(duì)現(xiàn)場情況進(jìn)行判斷：第一次表示正常、第二次表示異常、第三次表示火災(zāi)；然后綜合多次判斷結(jié)果做出最終的火情判斷。本實(shí)用新型的小型火災(zāi)應(yīng)急復(fù)合系統(tǒng)，通過可燃?xì)怏w檢測模塊、火焰感應(yīng)模塊來感應(yīng)災(zāi)情的發(fā)生，然后通過通信模塊發(fā)送CPU模塊，再根據(jù)災(zāi)情啟動(dòng)相應(yīng)的關(guān)閉天然氣閥門模塊、智能消防車滅火模塊，且SIM900A模塊發(fā)送短信報(bào)警信息。同時(shí)，在設(shè)置的時(shí)候不同的傳感器模塊有獨(dú)特的ID，可以識(shí)別災(zāi)情種類和位置，CPU模塊根據(jù)傳感器模塊發(fā)出的災(zāi)情種類來分析應(yīng)急方案，啟動(dòng)相應(yīng)的報(bào)警故障輸出模塊。