基于单片机的智能报警逃逸阀门系统设计

基于单片机的智能报警逃逸阀门系统设计

随着经济的快速发展和城市化规模的扩大，高层建筑、地下工程、大型城市等密集场所相继出现。人员聚集的公共场所易于发生群死群伤火灾事故,是我国当前火灾危害中的一个突出问题。加强公共场所消防通道建设,遏制公共场所的火灾发生已刻不容缓。随着计算机微控制器及传感技术的发展,消防通道门锁智能化已成为一个趋势。目前国内常见的消防通道门锁存在很多弊端,使用不方便,有时在紧急情况下甚至难以打开。例如,一些消防通道门是向内开启的,不符合人们的行为习惯。常规逃生门锁多是在普通锁的基础上增设一个玻璃罩,虽然一定程度上起到了防止人员随意出入的目的,但会出现紧急打开不方便的情况。另外,多数常规逃生锁打开方式为扭转,操作不直接。传统火灾报警系统多采用开关量式探测器,一般为阈值探测算法,造成不够灵活、难以适应复杂环境,准确性也不高,易发生误报和漏报情况。在报警电路设计方面常为单纯的声光报警,存在报警信息指示不详和缺乏针对性等问题。笔者设计了一种基于AT89C52单片机的智能报警逃生门锁系统,在机械结构上对常规逃生门锁做了改进,在控制方面综合采用了多信息融合技术和远程通信技术,使逃生门锁使用起来更加方便,提高了火灾探测的准确性,实现了远程定向报警,有助于消防人员及时采取相关措施。1复合承担的承担者设计了环常规逃生门锁在火灾发生的情况下,一般需击碎锁的玻璃防护罩,然后扭转旋钮打开门锁,最后推开门逃生。其存在的问题,一是打开防护罩可能会对逃生者造成一定的伤害,且增加开锁的时间;二是“转动旋钮再开门”的方式不够便捷,需时较长。表1总结了报警逃生门锁的要求及其与另外两种锁的比较。可见,逃生门锁须装在外开式门上,因为在紧急情况下很多被困人员同时涌向逃生门,内开式门显然不符合安全要求,易发生拥堵挤踏。而逃生锁设计成推压开启方式更符合人们的习惯,操作更便捷,利于被困人员逃生。为此笔者设计了一种独特的逃生锁,其特点是开锁迅速、操作简便、安全可靠,适于公共场所消防通道门的使用。逃生锁的平面结构如图1所示。其工作原理是引入如图所示的连杆机构,在火灾发生时,单片机调用相应程序控制电磁铁11工作,将其内部的铁芯拉回,此时当推压逃生锁外露紧急按钮9时,连杆7绕支点转动,同时带动锁闩2向右运动,锁闩运动到右面的锁壳6里面后,借助剩余推力就能将消防通道门打开。为提高逃生锁的可靠性,引入了备用拉杆机构5,在控制系统不能正常工作时,可以手动操作5打开电磁铁铁芯,然后推压9也能将消防通道门打开。而手动拉杆机构安装在玻璃罩内,可达到防止人们随意出入的目的。1.1直线型轴承转轴机构为了简化开锁流程,在最短时间内打开逃生锁,设计了一种连杆机构,如图2所示。它由两个直线型轴承、一根转轴及两根摇杆(摇杆中设有滑槽)等组成。直线型轴承固定在锁壳上,转轴可在直线型轴承中自由转动,由于摇杆1、摇杆2都是和转轴固定在一起的,当用力按压紧急按钮时,紧急按钮的直线运动会带动摇杆1转动,摇杆1带动转轴,进而带动摇杆2转动,而摇杆2的转动把锁闩拉回,逃生锁打开。该机构中两个摇杆的空间角度是固定的,计算得出当两摇杆的空间角度为79.4°时,可以使推压按钮的时间最短,操作最快捷。1.2电磁铁和铁芯据消防规范要求,逃生门锁要具备防止随意出入的功能。常规逃生锁中该功能由玻璃罩实现,这会带来一些如前所述的弊端。笔者通过引入一个阻挡闩替代常规玻璃罩解决了这个问题。阻挡闩的功能由一个电磁铁的铁芯来实现。电磁铁由线圈和铁芯及其他辅助部件组成。在未通电情况下,铁芯由于受到弹簧弹力的作用处于伸出状态,通电后线圈产生电磁场将铁芯吸回,因而可以通过电磁铁铁芯的这两种状态来控制逃生锁的锁闩。当铁芯处于伸出状态时能对锁闩起到阻挡作用,锁闩不能退回,锁不能打开;当线圈通电铁芯被吸回时,锁闩是自由的,可以通过连杆机构将其拉回。电磁铁由单片机控制,系统所选电磁铁工作电压为12V,通过一个半导体电路驱动,当单片机判断火灾发生时,即可驱动电磁铁工作。在正常情况下,电磁铁不工作,铁芯处于被弹出状态,能阻挡锁闩的运动,逃生锁处于锁止状态。1.3失效安全检测考虑到逃生锁的阻挡闩(即电磁铁的铁芯)由单片机控制,为了防止电路损坏逃生门锁无法打开的极端情况,设计了备用措施(如图1所示),即:用备用拉杆5,与阻挡闩通过一定的机械机构相连接,当电路遭到破坏时,可以通过手动操作备用拉杆来打开阻挡闩,进而开门逃生。2管理系统的设计2.1远程语音报警模块图3所示为控制系统结构示意图,它主要由信息采集模块、AT89C52单片机、声光报警模块及远程语音报警模块等组成。其中信息采集模块采用温度传感器、烟雾传感器、CO传感器来探测温度、烟雾和CO气体信息,由AT89C52单片机采用智能算法进行数据分析和处理,并在判断有火灾的基础上驱动逃生门锁中电磁铁打开阻挡闩,同时调用相应程序实现声光报警和远程语音报警。2.2基于单总线接口方式和离子式烟气系统的温度传感器系统的主控制器采用美国ATMEL公司的8位AT89C52单片机作为主控制器。AT89C52单片机采用ATMEL高密度非易失存储器技术制造,与工业标准的MCS-51指令系统和8052产品引脚兼容。系统传感器模块采用美国DALLAS公司生产的DS18B20温度传感器芯片,它采用单总线接口方式,在与微处理器连接时仅需要一条接口线即可实现双向通信。每个芯片都有一个单独的64位产品序列号,可用一个微处理器控制分布在较大范围内的许多DS18B20芯片。可直接输出数字温度信号,不需经模数转化,抗干扰能力强。系统的烟雾探测部分采用MC145018P离子式烟雾传感器,这是一款用于离子型烟雾报警器的烟雾探测芯片,由CMOS工艺制造,低功耗,灵敏度高,工作可靠,可以广泛用于消防报警系统。多数液体和固体在燃烧初期都会产生CO和CO2等,通过检测CO、CO2等燃烧产物,可以实现早期预警。此系统采用TGS2442电化学传感器对CO进行探测,TGS2442对空气湿度的依赖性较低,对CO气体灵敏度高。2.3语音信号发送电路系统采用美国ISD公司的ISD4004芯片完成语音录放功能。ISD4004芯片采用了直接模拟存储技术,信号无需经过复杂的数字处理过程,可以最大限度地减少失真,保证了比较好的音质。ISD4004内含2840kB大容量的闪速存储器,能实现长达16min的录音或放音。在此设计中,利用该芯片录制不同的语音信号,通过软件调用实现系统的语音提示、语音疏导及语音报警功能。采用MT8880芯片作为双音多频(DTMF)信号发送电路的核心器件。MT8880带有呼叫处理滤波器,集收发功能于一体,能完成数据编码和解码,达到数据传输目的。图4是远程语音报警电路原理图。当传感器检测到火灾发生后,单片机调用程序实现模拟摘机,并将预存的电话号码发送到MT8880芯片中,经MT8880编码后输出相应的DTMF信号,经放大处理后耦合到电话线上,拨通预设号码,然后单片机调用信号音检测程序,当检测到对方提机信号音时,调用语音播放程序反复播放报警语音信息,随后调用程序实现模拟挂机。重复上述过程轮流拨打预设电话号码,即可实现远程语音报警。2.4系统主控程序设计系统软件的功能是完成火灾信号的分析和处理,并根据数据处理结果发出远程语音报警和声光报警指令。软件在结构上分为主控程序、信息采集程序、信息融合智能算法程序、远程通信程序和声光报警程序,各个子程序的调度由主控程序来完成。系统主控程序设计流程如图5所示。系统上电后由主控程序读取启动参数,完成各个程序模块的初始化,顺序启动三种传感器信息采集程序,主控程序巡回监视各信息采集模块程序的状态,并调用信息融合智能算法程序进行分析,判断是否有火灾发生。如果单片机做出有火灾的判断,则调用相应的程序,启动控制系统打开逃生门锁并即刻发出声光报警信号,同时实现远程语音报警。3简化了安全锁,缩短了操作时间结合机械电子技术,介绍了一种基于AT89C52单片机的智能报警逃生门锁系统。机构设计上将玻璃罩改为阻挡闩,在火灾发生时逃生门可自动开启。通过引入手动连杆机构,只需推压锁上紧急按钮即