一种基于单片机控制的智能灭火装置的制作方法

本实用新型涉消防技术领域，特别涉及一种基于单片机控制的智能灭火装置。

背景技术：

随着经济的发展，高层建筑越来越多，高层建筑的消防安全越来越受到人们的重视，原因在于高层建筑一旦着火，火势蔓延快，人员疏散困难，扑救难度大。但是目前人们使用的灭火器材多数属于被动型灭火器材，智能化程度不高，在人走楼空的时候发生火灾，会造成比较大的经济损失，同时也会危及上下楼层其他人员的生命财产安全。

技术实现要素：

针对上述存在的问题，本实用新型的目的是：设计一款智能化的灭火装置，安装于厨房、充电插座等易发生火灾的位置，如果发生火情后，能实现及时报警并自动灭火，可以尽量减少人们的财产损失，保护人们的生命安全，有效的解决上述问题。

本实用新型的技术方案为：一种基于单片机控制的智能灭火装置，包括烟雾报警器、电压比较器模块、单片机控制单元、光电耦合器、电磁阀、阻燃剂通道、喷射口、电源模块；所述烟雾报警器与电压比较器模块连接，烟雾报警器探测室内环境并发出模拟信号给电压比较器模块，电压比较器模块把接收的模拟信号转换为脉冲信号；电压比较器模块与单片机控制单元连接，单片机控制单元与光电耦合器连接，光电耦合器与电磁阀连接；所述单片机控制单元接收来自电压比较器的脉冲信号，根据脉冲信号的特征和连续出现次数来判断是否有火灾发生，当有火情出现时，单片机控制单元发出信号给光电耦合器，光电耦合器再发出信号来控制电磁阀的开启；所述电磁阀设置在阻燃剂通道上，阻燃剂通道的末端设置有喷射口。

进一步的，所述烟雾报警器包括nis-07离子式烟雾传感器、mc145018芯片、压电喇叭。

进一步的，所述电压比较器模块选择lm393双电压比较器集成电路为核心芯片。

进一步的，所述单片机控制单元选择stc12c5a60s2单片机为主控芯片。

进一步的，所述光电耦合器的型号为tlp521-4。

进一步的，通过所述阻燃剂通道的阻燃剂可以是水或非水阻燃剂；当选择水作为阻燃剂时，阻燃剂通道与建筑内的自来水管道相连；当选择非水阻燃剂时，阻燃剂通道与非水阻燃剂容器相连。

进一步的，所述喷射口根据阻燃剂的类型进行配置，可以是旋转喷头或大口径喷头。

有益效果：本实用新型通过各个功能模块的组装配合集成的智能灭火装置，以单片机为控制核心，由烟雾报警器模块实现室内环境监测，电压比较器实现信号转换，单片机控制单元对电压比较器发送的信号进行分析与判断，当确认有火灾发生时，室内环境到达临界值，烟雾报警器报警，单片机发输出信号给光电耦合器，光电耦合器起到高低压信号隔离作用，光电耦合器的输出信号可以打开电磁阀，阻燃剂通道被打开，喷射口喷射水或者非水等阻燃剂，把火灾消灭于初发阶段，本智能灭火装置集火灾报警与灭火功能于一体，实现了灭火装置的智能化。

附图说明

图1为本实用新型的系统结构框图。

图2为stc12c5a60s2单片机最小应用系统。

图3为烟雾报警器模块。

图4为电压比较器模块。

图5为光电耦合器及电磁阀模块。

图6为本实用新型的主程序流程图。

图7为着火情况下，p3.7端口的输入信号。

图8为没有着火情况下，p3.7端口的输入信号。

具体实施方式

本实用新型不受下列实施例的限制，可根据本实用新型的技术方案与实际情况来确定具体的实施方式，而不脱离本实用新型保护的范围。

如图1所示，一种基于单片机控制的智能灭火装置，包括单片机控制模块，电源模块，烟雾报警器模块，电压比较器模块，光电耦合器模块，电磁阀模块，阻燃剂模块和喷射口模块。当室内环境超限时烟雾报警器报警并发信号至电压比较器，电压比较器与单片机的输入端口连接，单片机的输出端口与光电耦合器连接，光电耦合器与电磁阀连接，电磁阀安装在阻燃剂通道上，控制阻燃剂管道的导通与截止。

智能灭火装置选择深圳宏晶科技有限公司的stc12c5a60s2单片机为主控芯片。该单片机采用了增强型8051cpu内核，兼容普通8051单片机指令集，片内集成了60kb的程序flash，1kb的数据flash，1280字节的ram。片内提供2个16位定时器/计数器模块、44根i/o口线。各种接口扩展齐全，片内提供2个全双工异步串行口（uart）和高速同步通信端口（spi），并具有在系统可编程（isp）功能和在系统调试（isd）功能，图2所示为stc12c5a60s2单片机的最小应用系统。

烟雾报警器模块是根据深圳市普恩科技有限公司提供的相关资料和电子配件，由nis-07离子式烟雾传感器、mc145018芯片及其他相关电子元器件组成，其性能优于气敏电阻类的火灾报警器，烟雾报警器模块电路如图3所示，通过对mc145018芯片的第2引脚取出模拟信号，再经过电压比较器模块进行信号转换整形后，送入单片机的p3.7引脚。

电压比较器模块选择lm393双电压比较器集成电路为其核心芯片，电路如图4所示，智能灭火装置只用到双电压比较器中的一组，由lm393中的1、2、3引脚组成，其中3脚为同相输入端，2脚为反相输入端，1脚为输出端，另外还需要连接电源引脚8（电源引脚8接+5v，由单片机电源提供，同时为lm393的2脚提供一个可调整的参考电压）和接地引脚4。电压比较器lm393的第3脚引入烟雾报警器芯片mc145018中2引脚输出的信号，与lm393的2引脚提供的参考电压进行比较，目的是将芯片mc145018中2引脚输出的信号进行波形整形，将输入端不规则的波形转换为脉冲信号并输入到单片机的p3.7端口，使单片机可以获取到烟雾报警器发出的数据，单片机对读入的数据进行分析，判断是否有火灾发生。

光电耦合器及电磁阀模块，智能灭火装置利用光电耦合器的隔离作用，实现在单片机控制下打开或关闭电磁阀，光电耦合器选择的是tlp521-4，内有4个独立的光电耦合单元，可使前端的输入信号与后面的负载完全隔离，从而增强电路的安全性。电路如图5所示，单片机的p2.1端口作为输出控制信号，与光电耦合器的8脚连接，光电耦合器的7脚与单片机系统共用+5v电源。光电耦合器的9脚与三极管bd139共地，光电耦合器的10脚作为光电耦合器的输出控制信号，来控制后面电磁阀开启与关闭。

阻燃剂的选择，考虑到安装方便，一般选择自来水作为阻燃剂，直接连接室内的自来水管道，但是根据引起火灾燃烧物的不同，有些物质不宜用水进行灭火，那么可以选择使用非水阻燃剂例如干冰进行灭火，但是需要进行结构改装，可参考家庭用煤气罐的结构对目前常用的干冰灭火器罐体进行改装，然后再与电磁阀进行连接。

电磁阀型号的选择，智能灭火装置选择的电磁阀，其供电电压是12v直流电压，可以根据阻燃剂的性质、管道压强等因素选择更高供电电压的电磁阀，来保证电磁阀的密闭性以及正常开启和关闭功能。

喷头的选择，智能灭火装置在灭火过程中，要考虑覆盖面积，如果以水作为阻燃剂的话，可以参考园林绿化中所使用的各类型喷头，如旋转喷头、螺旋喷头等，选择合适的类型进行安装。如果以干冰等其他物质作为阻燃剂的话，选择大口径喷头以避免管道堵塞。

系统主程序流程图如图6所示，智能灭火装置系统开启以后，烟雾报警器处于工作状态，烟雾报警器输出的信号经电压比较器模块整形处理后分为两种类型，一种是在着火情况下发出的信号，称为异常脉冲信号，其波形如图7所示；一种是没有着火时发出的低电压非脉冲信号，其波形如图8所示。无论是何种信号，经过电压比较器整形处理后都交于单片机的输入端口（p3.7口）进行判断识别，单片机对异常脉冲进行累加计数，这里设置当异常脉冲连续出现次数超过8次时，就认为有火灾发生，才能开启电磁阀灭火，异常脉冲出现次数低于8次，认为是干扰信号，不开启电磁阀。由于单片机程序设计具备灵活性，所以程序流程图和单片机的控制程序都可以进一步的进行优化，在提高智能灭火装置灵敏性的同时兼顾该装置的可靠性。

为使这款灭火装置更加智能化，未来改进时可以利用wifi模块，设置wifi模块为sta模式，连接在有网络的路由器或者热点，进而连接中国移动物联网开发平台onenet，以实现对智能灭火装置的远程检测、控制等功能。本智能灭火装置适合小空间、小区域进行灭火，对于需要进行大空间、大区域灭火的情况，可以通过增加烟雾传感器和喷射口数量的方式进行解决，这就需要对这款智能灭火装置的软硬件系统进行升级改造。

当烟雾报警器探测到因为着火造成室内环境处于临界值的时候，首先启动压电喇叭进行报警，同时烟雾报警器输出模拟信号到电压比较器模块进行信号转换和整形，整形后的信号送入单片机进行识别判断，确认有火灾发生时，单片机发控制信号给光电耦合器，光电耦合器发输出信号启动电磁阀并打开阻燃剂通道，对着着火点喷射阻燃剂，直到火被彻底熄灭，然后系统关闭电磁阀，灭火工作结束。

为了保证烟雾报警器出现故障时，智能灭火装置仍能在火灾发生时正常灭火，可以考虑利用普通住宅楼中的门禁系统，火灾发生后，通过楼下的物业管理人员输入一串十进制密码，作为灭火信号传送到楼上房间，再在房间内的对讲系统里面单独取一根信号线，通过这根信号线把灭火信号送至单片机控制单元的输入端口，单片机接收以后，经分析判断，直接开启电磁阀打开阻燃剂通道进行灭火。

本实用新型可实现智能灭火的功能，既不是传统意义上的火灾报警器，遇到火灾发生时仅仅有报警的功能，也不是消防设施当中简单的灭火器，遇到火灾时需要人为进行干预灭火。烟雾报警器模块有两个作用，一个作用是起到烟雾报警器的作用，当室内环境超限时实现烟雾报警，另一个作用是起到烟雾传感器的作用，当火灾发生时，烟雾报警器报警并发信号至电压比较器，经电压比较器进行信号转换后形成脉冲信号送到单片机的输入端口，单片机根据输入端口的脉冲数进行分析判断，确认有火灾发生时，通过单片机的输出端口发信号给光电耦合器，光电耦合器发输出信号打开电磁阀，从而使阻燃剂通过电池阀到达喷射口，实现智能灭火功能。可以根据实际需要对上述基于单片机控制的智能灭火装置进行进一步的优化或/和改进。

以上为本实用新型的实施例，具有较强的适应性和较佳的实施效果，可根据实际需要增加或减少非必要的技术特征，来满足不同的需求，但均不脱离本实用新型的构思所保护的范围。