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0 引言 隨著城鎮(zhèn)管道和罐裝燃?xì)獾耐茝V普及，由于使用不當(dāng)和設(shè)備老化導(dǎo)致的燃?xì)庑孤┍ɑ蛑卸臼鹿蕰r有發(fā)生，因此安裝燃?xì)鈭?bào)警器已越來越受到重視。然而，目前燃?xì)鈭?bào)警器的發(fā)展很不平衡，由PC機(jī)值守的大型集群監(jiān)控系統(tǒng)雖技術(shù)先進(jìn)但價格昂貴，須設(shè)專用機(jī)房和專人管理，使用范圍局限于條件較好，物業(yè)管理水準(zhǔn)較高的住宅區(qū)或單位。而一般的燃?xì)鈭?bào)警器卻大都存在一些缺陷，有的功能單一，可靠性差，傳感器損壞不易發(fā)現(xiàn)，不能更換，有的產(chǎn)品利用燃?xì)夤艿缹Ｓ秒姶砰y控制氣源，其安裝需拆動原管路，須報(bào)請燃?xì)夤九蓪Ｈ颂幚恚致闊虼艘搽y為廣大用戶所用。據(jù)此現(xiàn)狀，我們研制了一種基于單片機(jī)技術(shù)的燃?xì)庑孤﹫?bào)警與應(yīng)急處理器。該系統(tǒng)不僅能及時準(zhǔn)確地檢測出燃?xì)獾男孤M(jìn)行聲光報(bào)警，還能實(shí)現(xiàn)自動應(yīng)急處理(排風(fēng)和關(guān)閉閥門切斷氣源);傳感器損壞能自查報(bào)警，用戶可及時發(fā)現(xiàn)并能自行更換;閥門開閉裝置設(shè)計(jì)獨(dú)特，安裝無需拆動原管路，使用十分方便，因此特別適合于無條件建立或加入集群監(jiān)控系統(tǒng)的廣大燃?xì)庥脩羰褂谩?br /> 1 硬件結(jié)構(gòu)與工作原理 1.1 系統(tǒng)框圖 系統(tǒng)主要由單片機(jī)電路、檢測電路、報(bào)警電路和應(yīng)急處理電路組成，其結(jié)構(gòu)如圖1所示。 當(dāng)有燃?xì)庑孤⿻r，檢測電路產(chǎn)生“氣——電”信號送單片機(jī)，單片機(jī)控制蜂鳴器發(fā)出預(yù)報(bào)警信號，經(jīng)延時、判斷，確認(rèn)為事故泄漏后，發(fā)出紅光報(bào)警，同時啟動應(yīng)急處理程序，關(guān)閉閥門，切斷氣源，并開啟排風(fēng)扇排除室內(nèi)被污染的空氣;若檢測到氣敏元件損壞，系統(tǒng)關(guān)閉閥門并點(diǎn)亮黃色報(bào)警燈，提示用戶更換氣敏傳感器。 1.2 單片機(jī)電路 單片機(jī)電路是系統(tǒng)控制的核心。單片機(jī)選用Atmel公司的AT89C51，其引腳分配如圖2所示。基本外設(shè)有晶振電路(18、19腳)和上電復(fù)位電路(9腳)，氣敏元件損壞信號和燃?xì)庑孤┬盘柗謩e從P3.2(INT0)、P3.3(INT1)輸入，作為AT89C51的兩個中斷觸發(fā)信號，下降沿觸發(fā)方式。P1.0、P1.1分別接開關(guān)SD1和SD2，用于手動控制排氣扇和燃?xì)忾y門，報(bào)警與應(yīng)急處理驅(qū)動信號分別從P2.0～P2.4輸出。 1.3 檢測電路 檢測電路包括燃?xì)庑孤z測和氣敏元件損壞檢測兩部分，原理電路如圖3所示。氣敏傳感器選用QM型，這是由金屬氧化物半導(dǎo)體材料制成的“氣——電”轉(zhuǎn)換器件。當(dāng)有燃?xì)庑孤⿻r，其表面會發(fā)生化學(xué)吸附，使本身電阻(圖中AA’間的電阻)下降，且燃?xì)鉂舛仍礁撸娮柘陆翟蕉郲1]，利用該特性并通過VT1等元件組成的開關(guān)電路即可獲得“氣——電”信號，完成燃?xì)庑孤┑臋z測，調(diào)節(jié)RP 1可設(shè)置不同燃?xì)獾膱?bào)警限，C2為延時電容，用于減小傳感器初始穩(wěn)態(tài)的影響。 氣敏傳感器在使用中，其熱絲可能燒斷，但難以發(fā)現(xiàn)，致使用戶在毫不知情的情況下繼續(xù)使用已失效的燃?xì)鈭?bào)警器。為能及時發(fā)現(xiàn)傳感器的損壞，本系統(tǒng)特別設(shè)計(jì)了氣敏元件自檢電路(由R3～R7、VT2、VT3等組成)[2]，元件正常時，R3上有電壓信號，如熱絲燒斷，該信號為0，VT3集電極輸出低電平至單片機(jī)，點(diǎn)亮黃燈報(bào)警，能使用戶及時發(fā)現(xiàn)。同時，氣敏傳感器不直接焊入電路，而是通過七腳電子管座與電路連接，若損壞可方便地從管座中撥出換新，從而解決了更換難的問題。 1.4 聲光報(bào)警電路 聲光報(bào)警分別由蜂鳴器和紅、黃發(fā)光二極管完成。燃?xì)鉂舛却笥陬A(yù)報(bào)警限時蜂鳴器由單片機(jī)輸出低電平，經(jīng)三極管驅(qū)動報(bào)警，發(fā)光二極管則由單片機(jī)直接驅(qū)動，當(dāng)確認(rèn)為事故泄漏時，紅色LED點(diǎn)亮，當(dāng)氣敏元件損壞時，黃色LED工作。 1.5 應(yīng)急處理電路與閥門開閉裝置 應(yīng)急處理包括驅(qū)動閥門開閉裝置關(guān)閉閥門切斷氣源和打開排氣扇排風(fēng)。 閥門開閉裝置由小型交流電動機(jī)(與減速器成一體)、托盤、支架、撥塊等組成。電動機(jī)通過托盤及支架取與燃?xì)夤艿来怪蔽话惭b于表前閥上，并使機(jī)、閥兩軸相對，電動機(jī)軸端上固定的撥塊套在閥門軸上，如電動機(jī)轉(zhuǎn)動則閥門軸也隨撥塊轉(zhuǎn)動，故可模仿人手控制閥門開閉。閥門從開位到閉位或從閉位到開位，閥門軸和電動機(jī)軸必須旋轉(zhuǎn)1/4圈90度，采用軟件編程或通過電路均可實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)軸的這一定位。為提高適應(yīng)性，本裝置選用后者，其方法是：利用單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的暫穩(wěn)態(tài)輸出去控制電動機(jī)的通電時間，電路如圖4所示。當(dāng)單片機(jī)P2.4發(fā)出一負(fù)脈沖，單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器74LS121的3、4腳就會受到一負(fù)脈沖觸發(fā)，6腳便輸出一正單脈沖，其脈寬tw=0.7R13C7，而電動機(jī)轉(zhuǎn)動1/4圈所需的時間為T=1/(4n)=15/n秒。n為電動機(jī)減速后的轉(zhuǎn)速(單位：圈/分)，調(diào)節(jié)R13使tw=T，則可確保閥門開或閉準(zhǔn)確到位。 閥門開閉裝置是為本系統(tǒng)開發(fā)的專用件，除具有結(jié)構(gòu)簡單，造價低(遠(yuǎn)低于燃?xì)夤艿缹Ｓ秒姶砰y)，開閉動作平穩(wěn)，易控，準(zhǔn)確等特點(diǎn)外，由于在撥塊和支架等部件上采用了一些特殊的設(shè)計(jì)，使其具有很強(qiáng)的適應(yīng)性：不論閥軸長短，管道粗細(xì)均能適應(yīng);不論灶前閥、表前閥、耳型旋鈕閥、手柄式閥都能安裝;不論閥門或管道橫擺、豎放概能固定，尤為重要的是開閉閥門的控制就在原管道和閥門上進(jìn)行，無需改動或重新安裝管道和閥門，而且固定、使用、維修、更換都很方便，這就克服了使用專用電磁閥時的缺點(diǎn)，因而容易被廣大新老燃?xì)庥脩羲邮堋?br /> 排風(fēng)扇也是由三極管與繼電器構(gòu)成的電路驅(qū)動，其原理與圖4類似，不同的是，后者三極管由單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的輸出信號驅(qū)動，前者則直接由單片機(jī)輸出信號驅(qū)動。 2 程序設(shè)計(jì)[3] 程序主要由主程序、外部中斷0和外部中斷1服務(wù)程序組成。主程序?qū)ο到y(tǒng)狀態(tài)初始化時將兩個外部中斷都設(shè)置為下降沿觸發(fā)方式，開外部中斷后再進(jìn)入對手動按鍵的檢測，SD1閉合時開排氣扇，斷開時關(guān)排氣扇;與之類似，SD2用來控制閥門的開閉。主程序設(shè)計(jì)成一死循環(huán)結(jié)構(gòu)，處于隨時可以響應(yīng)中斷的狀態(tài)，如圖5所示。 當(dāng)傳感器損壞時，外部中斷0有中斷請求信號，其服務(wù)程序完成黃光報(bào)警和關(guān)閥門功能，如圖6所示。 當(dāng)傳感器檢測到燃?xì)庑孤⿻r，外部中斷1有中斷請求信號，其服務(wù)程序發(fā)出聲報(bào)警控制信號，調(diào)用延時程序后，再檢測P3.3的電平，如變?yōu)楦唠娖剑f明剛有的信號是某些干擾或短時可控泄漏(如燃?xì)庠铧c(diǎn)火時可能產(chǎn)生的瞬時泄漏)引起的，則關(guān)聲報(bào)警后返回;如仍為低電平，則判為事故泄漏，須進(jìn)行應(yīng)急處理，即刻發(fā)出紅光報(bào)警、關(guān)閉閥門切斷氣源和打開排氣扇排污。此時若房主不在，系統(tǒng)則進(jìn)入省電等待狀態(tài)，即：再次檢測P3.3，若為高電平，說明泄漏燃?xì)庖雅疟M，系統(tǒng)關(guān)閉聲報(bào)警和排氣扇，但表前閥仍關(guān)閉，報(bào)警紅燈仍點(diǎn)亮，等待房主回后及時檢查處理，程序流程如圖7所示。 3 結(jié)束語 本系統(tǒng)采用單片機(jī)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了控制功能的多樣化和智能化，簡化了電路，降低了成本，提高了穩(wěn)定性;傳感器損壞報(bào)警及方便更換的特點(diǎn)，提高了系統(tǒng)的可靠性，延長了整機(jī)的使用壽命;閥門開閉裝置的人性化設(shè)計(jì)，使系統(tǒng)更具有通用性和靈活性;另外，如果利用保留的單片機(jī)串口，增設(shè)通訊模塊和相關(guān)程序，此系統(tǒng)還可作為集群監(jiān)控系統(tǒng)中的下位機(jī)和現(xiàn)場執(zhí)行機(jī)。在應(yīng)用中，系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定、可靠、靈敏。與同類報(bào)警系統(tǒng)相比，本系統(tǒng)性價比更高，使用更為方便，因此具有廣闊的應(yīng)用前景。 |
