基于碳化硅紫外光电管的火灾探测器及其火灾探测方法
【专利摘要】本发明涉及光学探测【技术领域】，提供了一种基于碳化硅紫外光电管的火灾探测器，包括电源模块、碳化硅紫外光电管、CPU和警示模块、串口通讯模块，所述电源模块分别与所述碳化硅紫外光电管、CPU和警示模块连接提供电能，所述碳化硅紫外光电管与所述CPU电连接，所述碳化硅紫外光电管输出电平至所述CPU，所述警示模块与所述CPU电连接，所述CPU判断在固定时间周期内所述碳化硅紫外光电管的输出电平变化与预设范围相符时，即判断为火警，所述CPU驱动所述警示模块报警，并通过串口通讯模块向上位机发送火警信号。本发明还公开了其火灾探测方法。本发明使用的紫外光电管的光谱范围宽，探测火警准确率高，防误报能力强。通过CPU采样、运算进行温度补偿，使紫外光电管的探测灵敏度在宽温环境下保持一致。
【专利说明】基于碳化硅紫外光电管的火灾探测器及其火灾探测方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及光学探测【技术领域】，具体地，涉及一种基于碳化硅紫外光电管的火灾探测器及其火灾探测方法。
【背景技术】
[0002]在目前车辆常用的火灾预警系统中，动力舱主要是应用热传导原理来探测火警，例如使用线式火焰传感器，其感火面积小，灵敏度也不高。随着科学技术的进步与发展，光学的应用领域日益宽广，人们通过红外光对热辐射感知的灵敏度进行对火灾的预警，然而，由于车辆动力舱环境的复杂，红外光敏元器件容易受到发动机等产生的热辐射影响发生误报。此外，温度对于光敏元器件的灵敏度有较大的影响，温度越低，灵敏度越高，对于应用于-40°C?+105°C的宽温场合，现有的红外光学探测器无法做到探测灵敏度的一致性。
【发明内容】
[0003]针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种基于碳化硅紫外光电管的火灾探测器及其火灾探测方法，用于对车辆火灾的精确预测及时报警。
[0004]根据本发明的一个方面，提供一种基于碳化娃紫外光电管的火灾探测器，其特征是，包括电源模块、碳化硅紫外光电管、CPU和警示模块，所述电源模块分别与所述碳化硅紫外光电管、CPU和警示模块连接提供电能，所述碳化硅紫外光电管与所述CPU电连接，所述碳化硅紫外光电管输出电平至所述CPU，所述警示模块与所述CPU电连接，所述CPU判断在固定时间周期内所述碳化硅紫外光电管的输出电平变化与预设范围相符时，即判断为火警，所述CPU驱动所述警示模块报警。
[0005]优选地，所述紫外光电管火灾探测器还包括温度补偿电路，所述温度补偿电路连接至所述CPU的A/D转换端口，所述温度补偿电路用于测量环境温度，通过所述CPU修正所述碳化硅紫外光电管的输出电平。
[0006]优选地，所述温度补偿电路包括热敏电阻和分压电阻，所述热敏电阻为表面安装负温度系数片型100ΚΩ热敏电阻，所述CPU的A/D转换端口检测所述分压电阻端的电压，对碳化硅紫外光电管的基准值进行修正。
[0007]优选地，所述紫外光电管火灾探测器还包括串口通信电路和上位机，所述CPU通过所述串口通信电路与所述上位机通信连接，所述上位机对所述CPU的数据分析并控制CPU。
[0008]优选地，所述碳化硅紫外光电管连接至所述CPU的A/D转换端口，所述碳化硅紫外光电管内置放大电路，所述碳化娃紫外光电管的输出电压为O至5V,所述碳化娃紫外光电管的光谱响应范围230?285nm，碳化硅紫外光电管的应用温度范围为-40°C至+105°C。
[0009]优选地，所述电源模块包括电源和电源滤波转换电路。
[0010]优选地，所述警示模块连接至所述CPU的I/O端口，所述警示模块通过红色的LED灯闪烁警示火警。[0011]根据本发明的另一个方面，提供一种火灾控测方法，包括如下步骤:
[0012]第一步:所述碳化硅紫外光电管接收环境中的紫外光照射；
[0013]第二步:所述碳化硅紫外光电管向所述CPU发送电平信号；
[0014]第三步:所述CPU对所述碳化硅紫外光电管发送来的电平信号进行定时采样；
[0015]第四步:所述CPU对所述电平信号与预设值对比，当所述电平信号与所述预设值相符时，即判断为火警，进入第五步；当所述电平信号与所述预设值不相符时，即判断为正常,进入第六步；
[0016]第五步:所述警示模块提示火灾，返回第三步；
[0017]第六步:所述警示模块提示正常，返回第三步。
[0018]优选地，所述警示模块通过红色LED灯闪烁进行火灾报警；所述警示模块通过绿色LED灯闪烁进行正常提示。
[0019]与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果:
[0020](I)紫外光电管的光谱范围宽，探测火警准确率高，防误报能力强；
[0021](2)通过CPU采样、运算进行温度补偿，使紫外光电管的探测灵敏度在宽温环境下
保持一致；
[0022](3)充分运用CPU的运算处理能力，进行故障自检等工作，智能化程度显著得到提闻;
[0023](4) CPU通过串口通讯模块，能及时地将工作状态等数据信息传输给上位机，上位机对CPU进行监控。
【专利附图】
【附图说明】
[0024]通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显:
[0025]图1为本发明的功能模块示意图；
[0026]图2为本发明的电源滤波电路原理图；
[0027]图3为本发明的电源转换电路原理图；
[0028]图4为本发明碳化硅紫外光电管的电路原理图；
[0029]图5为本发明的温度补偿电路原理图；
[0030]图6为本发明的串口通讯电路原理图；
[0031]图7为本发明的指示灯电路原理图；
[0032]图8为本发明的火灾探测方法的流程框图。
[0033]图中:1为电源，2为滤波转换电路，3为碳化硅紫外光电管，4为温度补偿电路，5为CPU，6为串口通讯电路，7为警示模块，8为上位机，S01-S06为流程图步骤。
【具体实施方式】
[0034]下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进。这些都属于本发明的保护范围。[0035]参见图1，基于碳化硅紫外光电管的火灾探测器包括电源I及滤波转换电路2组成的电源模块、碳化硅紫外光电管3、温度补偿电路4、CPU5、串口通讯电路6、警示模块7和上位机8。电源模块分别与碳化硅紫外光电管3、CPU5串口通讯电路6、警示模块7和上位机8连接提供电能，碳化硅紫外光电管3与CPU5的A/D转换端口电连接，温度补偿电路4与CPU5的A/D转换端口电连接，温度补偿电路4用于测量环境温度，通过CPU5修正碳化硅紫外光电管3的输出电平。温度补偿电路4包括热敏电阻和分压电阻，热敏电阻为表面安装负温度系数片型100ΚΩ热敏电阻，CPU的A/D转换端口检测分压电阻端的电压，对碳化硅紫外光电管的基准值进行修正。碳化硅紫外光电管3受到紫外线照射后输出电平输出至CPU5，警示模块7与CPU5的I/O端口电连接，当CPU判断在固定时间周期内碳化硅紫外光电管3的输出电平变化与预设范围相符时，即判断为火警，CPU5驱动警示模块7报警。当CPU判断在固定时间周期内碳化硅紫外光电管3的输出电平变化与预设范围不相符时，SP正常，CPU5驱动警示模块7进行安全提示。CPU5还可通过串口通信电路6与上位机8通信连接，上位机8对CPU5的数据分析并控制CPU5。
[0036]下面详细介绍各个功能模块。
[0037]参见图2、3，分别电源滤波、转换电路原理图，为了适应车辆波动大、干扰多的电源环境，电源滤波转换电路由电源模块4NIC-DC5及其外围电路组成。电源滤波滤除电源中的瞬变尖峰电压、输出平稳的5V电压输送到紫外光传感电路，同时提供CPU及其外围器件工作所需电源。
[0038]参见图4，碳化硅紫外光电管由碳化硅紫外光电管和限流电阻组成，与CPU的A/D转换端口连接，紫外光电管为HDSiC-UVC，光谱响应范围230?285nm。因为该光电管内置放大电路，能够避免因环境潮湿或电磁辐射引起的信号干扰，对紫外光信号能以稳定的O?5V电压输出，经过限流电阻直接与CPU的A/D转换端口连接。CPU对于该A/D端口电平值进行定时采样，当在固定时间周期内采样到输出电平变化即可判断为受到紫外光照射，若电平值满足该光电管紫外探测物理特性，即可判断为火警。
[0039]参见图5，温度补偿电路原理图由热敏电阻和分压电阻组成，与CPU的A/D转换端口连接，其中热敏电阻为表面安装负温度系数片型100ΚΩ热敏电阻。CPU的A/D转换端口检测分压电阻端的电压，在-40°C?+105°C范围内近似于线性变化，通过检测该电压值即可对紫外光电管判断受到光照的基准值进行修正，从而保证了探测灵敏度在宽温条件下的
一致性。
[0040]CPU接口 电路由 Freescale 单片机MC9S12DP512、外部看门狗芯片 X5043S81、12MHz晶振、BDM程序下载、调试接口和芯片外围电阻、电容等组成，CPU的A/D转换端口和脉冲计数端口接收来自上述防污检测电路，紫外光传感电路产生的电压和脉冲信号，并进行记录。外部看门狗芯片X5043S8I可在程序跑飞的情况下令CPU复位重启。MC9S12DP512为16位混合信号CPU，具有强大的信号处理、运算功能和多种、多路总线接口。CPU通过A/D转换端口检测防污检测电压值PLT和高压检测端电压值UVCHK是否过高或过低来判断其是否发生故障；通过串口把上述信息发送给上位机。
[0041]参见图6，串口通讯电路由串口通讯芯片MAX232EPE及其外围电路组成，其中串口通讯芯片MAX232EPE与所述CPU的两路串口数据收发端连接，将CPU端的数据收发信号转换为串口信号，同时提供串口通讯电路电源和数据信号的隔离，保护内部电路。[0042]参见图7，警示模块由Φ 5双色发光管L-59EGW-CA和限流电阻组成，与CPU的I/O端口连接，当光学探测器工作正常时CPU的I/O 口控制绿灯每5s闪烁一次；当探测到火警时则CPU的I/O 口控制红灯亮以示警。
[0043]参见图8，紫外光电管火灾探测器的火灾控测方法的具体步骤如下:
[0044]第一步:碳化硅紫外光电管接收环境中的紫外光照射(图中步骤S01)。
[0045]第二步:碳化硅紫外光电管向CPU发送电平信号(图中步骤S02)。
[0046]第三步:CPU对碳化硅紫外光电管发送来的电平信号进行定时采样(图中步骤
503)。
[0047]第四步:CPU对电平信号与预设值对比，当电平信号与预设值相符时，即判断为火警，进入第五步；当电平信号与预设值不相符时，即判断为正常，进入第六步(图中步骤
504)。
[0048]第五步:警示模块提示火灾，返回第三步(图中步骤S05)。警示模块通过红色LED灯闪烁进行火灾报警。
[0049]第六步:警示模块提示正常，返回第三步(图中步骤S06)。警示模块通过绿色LED灯闪烁进行正常提示。
[0050]以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变形或修改，这并不影响本发明的实质内容。
【权利要求】
1.一种基于碳化娃紫外光电管的火灾探测器，其特征在于，包括电源模块、碳化娃紫外光电管、CPU和警示模块，所述电源模块分别与所述碳化硅紫外光电管、CPU和警示模块连接提供电能，所述碳化硅紫外光电管与所述CPU电连接，所述碳化硅紫外光电管输出电平至所述CPU，所述警示模块与所述CPU电连接，所述CPU判断在固定时间周期内所述碳化硅紫外光电管的输出电平变化与预设范围相符时，即判断为火警，所述CPU驱动所述警示模块报警。
2.根据权利要求1所述的基于碳化硅紫外光电管的火灾探测器，其特征在于，所述紫外光电管火灾探测器还包括温度补偿电路，所述温度补偿电路连接至所述CPU的A/D转换端口，所述温度补偿电路用于测量环境温度，通过所述CPU修正所述碳化硅紫外光电管的输出电平。
3.根据权利要求2所述的基于碳化硅紫外光电管的火灾探测器，其特征在于，所述温度补偿电路包括热敏电阻和分压电阻，所述热敏电阻为表面安装负温度系数片型100ΚΩ热敏电阻，所述CPU的A/D转换端口检测所述分压电阻端的电压，对碳化硅紫外光电管的基准值进行修正。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的基于碳化硅紫外光电管的火灾探测器，其特征在于，所述紫外光电管火灾探测器还包括串口通信电路和上位机，所述CPU通过所述串口通信电路与所述上位机通信连接，所述上位机对所述CPU的数据分析并控制CPU。
5.根据权利要求1至3中任一项所述的基于碳化硅紫外光电管的火灾探测器，其特征在于，所述碳化硅紫外光电管连接至所述CPU的A/D转换端口，所述碳化硅紫外光电管内置放大电路，所述碳化硅紫外光电管的输出电压为O至5V，所述碳化硅紫外光电管的光谱响应范围230?285nm，碳化硅紫外光电管的应用温度范围为-40°C至+105°C。
6.根据权利要求1至3中任一项所述的基于碳化硅紫外光电管的火灾探测器，其特征在于，所述电源模块包括电源和电源滤波转换电路。
7.根据权利要求1至3中任一项所述的基于碳化硅紫外光电管的火灾探测器，其特征在于，所述警示模块连接至所述CPU的I/O端口，所述警示模块通过红色的LED灯闪烁警示火警。
8.—种如权利要求1至7中任一项所述的基于碳化硅紫外光电管的火灾探测器的火灾控测方法，其特征在于，包括如下步骤: 第一步:所述碳化硅紫外光电管接收环境中的紫外光照射； 第二步:所述碳化硅紫外光电管向所述CPU发送电平信号； 第三步:所述CPU对所述碳化硅紫外光电管发送来的电平信号进行定时采样； 第四步:所述CPU对所述电平信号与预设值对比，当所述电平信号与所述预设值相符时，即判断为火警，进入第五步；当所述电平信号与所述预设值不相符时，即判断为正常，进入第六步； 第五步:所述警示模块提示火灾，返回第三步； 第六步:所述警示模块提示正常，返回第三步。
9.根据权利要求8所述的火灾探测方法，其特征在于，所述警示模块通过红色LED灯闪烁进行火灾报警；所述警示模块通过绿色LED灯闪烁进行正常提示。
【文档编号】G08B17/12GK103593941SQ201310433270
【公开日】2014年2月19日 申请日期:2013年9月22日 优先权日:2013年9月22日
【发明者】谭诚, 李波, 杨毅 申请人:上海电控研究所