【《基于Arduino的模拟灭火系统设计》2800字（论文）】

基于Arduino的模拟灭火系统设计摘要近年来的火灾频发使得灭火器成为了家庭或者是大型场所最快，最便捷的灭火工具，在很多场合都是火灾现场最先投入的一批设备。但是由于很多人不是很熟练的去操作，每年各地消防支队都会组织很多的消防演练，来教大家如何在火情最开始的时候使用灭火器去灭火。本项目是基于Arduino设计板，通过红外遥控技术。利用红外遥控灯光的明灭个数和颜色变化，模拟真实起火时的火源。在正确使用配套的手持式模拟灭火器后，达到将“火焰”扑灭的效果。从而在一些需要实地模拟灭火的地方可进行实地灭火，达到了实地演练的目的。本模拟器材适用于手持干粉模拟灭火器的训练。可以在商场，停车场，学校等一些人流大，聚集性强，有一定封闭性的地方进行实地模拟训练。关键词：模拟灭火器，Arduino，红外遥控，消防安全1绪论近年来随着人民生活节奏的加快，由于一时的疏忽使得家庭及生活中火灾的发生次数越来越多。而灭火器作为家庭或者是大型场所最快，最便捷的灭火工具，在很多场合都是火灾现场最先投入的一批设备。但是由于大多数人缺乏有关灭火器使用方法的专业培训，在遭遇火灾之后很难去使用灭火器进行灭火操作。为了让人们可以学习了解灭火器的使用操作，避免在火灾出现时手忙脚乱，每年各地消防支队都会组织很多的消防演练，来教大家如何在火情最开始的时候使用灭火器去灭火。这种消防演练在灭火设备以及模拟火情上会投入很多的资金。本研究主要基于红外模块的易操作性，限距性，性价比高等特点，利用Arduino开发板制作一套模拟灭火装置。在一定程度上减少资金的投入和资源浪费，真实还原消防灭火现场，同时可以多次循环利用，减少了资金投入也减少了资源浪费。2模拟灭火器使用及设计2.1ArduinoArduino是一款方便便捷，适合于新手使用的一块开源性的电子原型平台，适用于绝大多数学生及初学者。在Arduino开发板的选择中，本次设计选择了ArduinoUNO,其包含了一个ATmeg328p的微控制器以及5v的工作电压和6个模拟输入引脚。ArduinoUNO适用于Windows,Mac,OSX和Linux系统，并且其ArduinoIDE的开源让我们有了更多的发挥空间。2.2模拟灭火器的设计此次设计模拟消防灭火器使用ArduinoUNO作为整个产品最重要的部件。总体设计思路为通过其内置的红外模块，在给开发板写入控制程序，当摁下手中的模拟灭火器开关时，可打开红外模块，同时打开灭火器上的风扇开关，吹动口部的白色布条，用来模拟灭火器喷出的干粉。火源使用底部利用风扇吹动红色布条进行模拟，同时在风扇安装红外信号接收器进行可调控制。模拟消防灭火时先启动火源底部的风扇吹动模拟火源顶部的红色布条，同时启动红黄两种颜色的灯光来模拟火光。当风扇接收到灭火器发出的红外信号后，将风扇和灯光分为多个组合，芯片启动随着时间，风扇以及灯光每隔一段时间就暂停一组用来模拟火源被扑灭的整个过程。若在最后一组风扇停止前关闭手中模拟灭火器的红外开关，则模拟火源底部则亮起红灯，则实验失败。2.3原理图模拟火源模拟火源开启灯光，风扇模拟火源打开模拟打开模拟灭火器红外红外按键一分钟内熄灭NO箱底红灯亮起NO箱底红灯亮起YES试验失败YES试验失败风扇风扇停止，模拟火焰熄灭试验试验成功图2.1硬件原理图从图中可以看出整个模拟灭火器的工作流程，从模拟火源开始工作，如果在一分钟内可以连续使模拟灭火器工作，则可以达到将模拟火源“扑灭”的效果；如果中途使红外模块停止工作，则模拟火源底部将亮起红灯，则实验失败。3红外模块3.1红外步进电机模块在红外步进电机模块，需要使用红外接收器，红外遥控器，舵机，ULN2003驱动模块，继电器，直流电机，风扇，导线等一系列硬件设施。将ULN2003驱动的1号引脚接到ArduinoGND、2号接到5V的工作电压上、3号接到Arduino的引脚7上。红外接收器的VOUT端接到Arduino的引脚11、GND段接入GND、VCC端接VCC端。继电器的VCC端接开发板5V的工作电压上、GND端接入GND端、IN端接入ULN2003的引脚3上、COM端接入外电源负极、NO端接直流电机。在计算机上安装ArduinoUNO，可以看见文件，编辑，项目，工具，帮助五个选项，在下方有验证，上传，新建，打开，保存。在工具中打开：开发板：“ArduinoUNO“选择ArduinoUNO。此时开发板类型就选择完成。点击导入程序，上传成功后可以发现串口上的RX灯光开始闪烁，说明ArduinoUNO已经与PC机连接成功。点击项目打开加载库，搜索“IRremote”,下载IRremote库之后红外模块才能正常运行。接着将定义红外接收模块的输出口接在Arduino的11号引脚上。进行红外编程协议。步进电机的波特率为9600，将红外遥控初始化之后，调整风扇角度在0°~30°之间进行转动。之后判断红外接收信息以及解析红外编码并返回对性的字符串，保存后打开串口监视器，便可以看见步进电机运行情况。3.2红外遥控灯光模块通过使用两个Arduino开发板分别编写灯光的红外接收和发射模块。（1）红外发射将按键设置在pin4上，在引入引用IRRemote函式库后，定义IRsend来发射红外线讯号，读取按键状态后判断按键是否被摁下，摁下按键以后显示高电平输出。（2）红外接收先取用一个LED灯，将其引脚引到Arduino开发板的引脚4上，如果要加灯光，则将其接其它引脚就可以。其波特率依旧是9600，初始化红外接收器以后将引脚4设置为发光LED。在接收到正确的红外发射信号后，LED灯被点亮。4硬件选择ArduinoUNO板是一个自带usb接口的小型微处理板。所使用的编程语言建立在c/c++上，其包含一个ATmeg328p的微控制器以及5v的工作电压和6个模拟输入引脚。ArduinoUNO适用于Windows,Mac,OSX和Linux系统，其工作电压为5V，推荐输入电压为7-12V，极限输出电压为6-20V，因此本次设计选择串联两块7V/1A的电池板。ULN2003的每一对达林顿都串联一个2.7K的基极电阻,在5V的工作电压下它能与TTL和CMOS电路直接相连，可以直接处理原先需要标准逻辑缓冲器来处理的数据。ULN2003工作电压高，工作电流大，灌电流可达500mA，并且能够在关态时承受50V的电压，输出还可以在高负载电流并行运行。ULN2003采用DIP—16或SOP—16塑料封装。红外遥控接收模块使用PT2262/2272一对带地址、数据编码功能的红外遥控发射/接收芯片。其中发射芯片PT2262-IR将载波振荡器、编码器和发射单元集成于一身，使发射电路变得非常简洁。引脚1-6：地址输入端。引脚7、8、10-13：数据输入端。引脚14：发射端。引脚15、16：外接电阻，决定震荡的时钟频率。引脚17：数据输出端。引脚9、18：电源+，-输出端。图4.1引脚图使用PT2262-IR发射芯片输入：“1”“，”0“，”开路“三种状态，数据输入有”1“，”0“两种状态。由各地址，数据的不同接脚决定，编码结果输出，通过红外发射管发射。使用小型电动机，带动小风扇形成风，来模拟灭火器所喷出的各种灭火材料。使用LED灯珠来模拟火焰，在模拟火堆底部，同样使用中小型电动机，使其带动小风扇工作，吹动模拟火堆顶部的用黄红色布条做成的模拟火焰，从而达到模拟火焰燃烧的效果。5结论本文设计的模拟消防灭火器利用红外传感器检测信号接收的有无，达到使模拟火源被“扑灭”的效果，并通过使用LED灯光和风扇吹动布条达到模拟火焰的效果，在一定程度上真实还原了整个灭火的过程，具有一定的教育意义。6参考文献[