火源检测系统的设计

火源检测预警系统的试验研究

刘博，闫永存

（河南牧业经济学院 河南郑州 450044）

摘 要:本文设计了一种简易的火源检测预警系统，它采用远红外火焰传感器的红外线接发管来检测火焰，该系统能够在火源刚出现的第一时刻发出警报,以防火灾的发生,确保灭火安全。该系统性能可靠，灵敏度高,可广泛应用于办公室、实验室以及其它易引起火灾的场合。另外，本系统还可以拓展至无线传感器网络的智能火灾探测器的应用。 关键词：火焰传感器；火源检测 一、引言

火源检测系统是办公室和实验室等人员密集场所必备的安全措施，及时发现火情对消防灭火有很大的帮助。该系统能够在火源刚出现的第一时刻就能检测出，并且发出警报,以防火灾的发生,确保灭火安全。该系统性能可靠，灵敏度高,可广泛应用于办公室、实验室以及其它易引起火灾的场合。

火焰传感器是机器人专门用来搜寻火源的传感器，当然火焰传感器也可以用来检测光线的亮度，只是本传感器对火焰特别灵敏。火焰传感器利用红外线对对火焰非常敏感的特点，使用特制的红外线接受管来检测火焰，然后把火焰的亮度转化为高低变化的电平信号，输入到中央处理器中，中央处理器根据信号的变化做出相应的程序处理。

远红外火焰传感器可以用来探测火源或其它一些波长在700纳米～1000纳米范围内的热源。在机器人比赛中，远红外火焰探头起着非常重要的作用，它可以用作机器人的眼睛来寻找火源或足球。利用它可以制作灭火机器人、足球机器人等。

该系统工作原理是远红外火焰传感器能够探测到波长在700纳米～1000纳米范围内的红外光，探测角度为60，其中红外光波长在880纳米附近时，其灵敏度达到最大。远红外火焰探头将外界红外光的强弱变化转化为电流的变化，通过A/D转换器反映为0～255范围内数值的变化。外界红外光越强，数值越小；红外光越弱，数值越大。

二、系统软硬件设计

2.1火焰传感器的接法

红外接收三极管的短引线端为负极，长引线端为正极。按照下图将负极插到5V插口中，然后将正极与10K电阻相连，电阻的另一端插到GND插口中，最后从火焰传感器的正极端所在列插入一根跳线，跳线的另一端插在模拟口中。如图2-1所示：

图2-1 火焰传感器接线原理

2.2 硬件设计思路 火焰传感器原理图分析

图2-2火焰传感器原理图

如图2-2所示，P602接火焰传感器，探测火源或其它一些波长在760纳米～1100纳米范围内的热源，探测角度达60度，其中红外光波长在940纳米附近时，其灵敏度达到最大。其中LM358D是电压比较器，电压比较器可以看作是放大倍数接近“无穷大”的运算放大器。其功能：比较两个电压的大小(用输出电压的高或低电平，表示两个输入电压的大小关系)：

当”+”输入端电压高于”－”输入端时，电压比较器输出为高电平； 当”+”输入端电压低于”－”输入端时，电压比较器输出为低电平； 可工作在线性工作区和非线性工作区。 工作在线性工作区时特点是虚短，虚断； 工作在非线性工作区时特点是跳变，虚断；

其中，“虚短”是指在理想情况下，两个输入端的电位相等，就好像两个输入端短接在一起，但事实上并没有短接，称为“虚短”。虚短的必要条件是运放引入深度负反馈。 虚断指在理想情况下，流入集成运算放大器输入端电流为零。这是由于理想运算放大器的输入电阻无限大，就好像运放两个输入端之间开路。但事实上并没有开路，称为“虚断“。

当在火焰传感器探测范围内有火源或者热源时，LM358D的同向输入端分压小，为低电压，小于其反向输入端电压，则输出为低电压，可以看到D600发亮。当火焰传感器没有触发，LM358D的同向输入端分压大，为高电压，大于其方向输入端电压，则输出为高电压，D600不亮。

2.3 程序设计思路

本实验通过验证DAT处是低电平还是高电平就可以判断火焰传感器有没有被触发，来断定有没有火源。其程序设计流程图如2-3所示，我们从图2-2可以看DAT与CCIO4是相连,也就是验证CCIO4 处是低电平还是高电平即可。如果检测到低电平，首先D600会亮，我可以另设置让无线处理器板上的LED灯点亮，表示已经检测到有火源；如果检测到高电平，D600熄灭，同时也关闭无线处理器上的LED 灯。

开始GPIO初始化判断CCIO4，是否为低电平No熄灭LED灯Yes点亮LED灯 图2-3 程序设计流程图

主函数参考代码如下： int main(void) {

/*配置GPIOA的PA7引脚为输入*/

GPIOPinTypeGPIOInput(GPIO_A_BASE,GPIO_PIN_7); /*配置GPIOB的PB1引脚为输出*/

GPIOPinTypeGPIOOutput(GPIO_B_BASE,GPIO_PIN_1); while(1) {

/*读取GPIOA的PA7引脚状态*/

if((GPIOPinRead(GPIO_A_BASE,GPIO_PIN_7)&0x80)==0) {

/*将GPIOB的PB1引脚拉低，点亮LED_G03*/ GPIOPinWrite(GPIO_B_BASE,GPIO_PIN_1,0x00); } else

/*将GPIOB的PB1引脚拉高，熄灭LED_G03*/ GPIOPinWrite(GPIO_B_BASE,GPIO_PIN_1,0x02); }

} 2.4 系统测试

根据程序设计流程编写火焰传感器程序，然后根据将传感器底板与无线处理器连接起来，而后使传感器底板通电，最后将无线处理器模块与仿真器连接，仿真器用USB连接线与电脑连接，并下载程序。测试的时候在火焰传感器旁引入火源，观看LED灯闪烁情况。实验结果是：全速执行程序，在火焰传感器旁引入火源，可以看到LED灯点亮。 参考文献

[1]孙立书.基于机器视觉的无线遥控仓库火灾预警机器人[J].长春大学学报，2014.04.

[2]李正周等.基于无线传感器网络的大型场所火情检测与定位算法[J].数据采集与处，2014.06.

[3]王春雷.基于无线传感器网络的火灾监控系统设计与实现[J].计算机工程与设计，2007.05.

本文来源：https://www.bwwdw.com/article/c2ra.html