基于Arduino的智能火灾报警及联动控制系统的设计

皮红梅++李明昊++李稳

摘 要介绍了一种基于Arduino的新型集成開发环境，通过感温和感烟传感器实时监测温度和烟雾浓度的变化，发生火灾时，火灾报警器会发出声光报警信号，同时消防联动控制系统动作，并将监测到的火灾信号上传给管理系统。本文介绍了系统硬件部分和软件部分的设计过程，该系统在高校教学楼已调试成功，并运行稳定。

【关键词】Arduino 火灾探测器 联动控制系统 声光报警

随着现代建筑的大型化、高层化及复杂化，它的消防问题显得越来越重要。火灾自动报警系统能够在火灾初期将燃烧产生的烟雾、热量等物理量通过感温、感烟等火灾探测器变成电信号，传输到火灾报警控制器，声光报警的同时，自动喷水灭火系统、防排烟系统、室内消火栓系统、通风系统、防火门、防火卷帘门等相关的设备联动。并将监测到的故障或火灾信号上传给管理系统，管理系统将数据进行实时显示的同时存入数据库进行保存，以供查询与打印。本文介绍的报警系统是为高校大型教学楼消防安全设计的，实验效果可靠。

1 整体方案设计

整体方案设计框图如图1所示。

本系统由火灾检测模块、声光报警模块和联系控制模块以及通信模块组成。火灾检测模块由温度检测和烟雾检测构成，感温传感器是通过金属热胀冷缩和金属易熔特性实现的，正常情况下探测器的电路是断开的，当周围温度升高到一定数值时，触点接通，形成闭合回路产生信号。在火灾初期，会产生大量烟雾，感烟传感器会对可见的和不可见的烟雾粒子响应，它将探测部位烟雾浓度的变化转变为电信号送给Arduino主板，主板对信号进行处理，如果超过了设定值，火灾探测器将探测到的报警信号或手报按钮被人为按下的报警信号，通过回路总线传输到消防控制中心的报警控制主机，以显示火警发生部位。同时，主机通过预先设定好的联动控制程序，输出相应的指令通过联动模块进行启动声光报警器报警、启动水泵进行供水灭火、切断相应照明及动力电源、控制卷帘门降落等一系列动作。声光报警模块分为声音报警和光报警，声音报警模块由运放器LM386及音响设备组成，光报警模块采用高亮度红色光LED闪烁实现。消防联动模块由驱动器、电磁铁线圈和继电器控制电路组成，完成消防泵的启动和卷帘门落下，以达到灭火和隔离火源安全疏散人员的作用。

2 硬件设计

2.1 单片机选择

Arduino是2005年1月由米兰交互设计学院的两位教师David Cuartielles和Massimo Banzi联合创建的，是一个开源的单片机电子设计平台。作为一种新型的集成开发环境，具有低成本，跨平台软件，简单的语言和开放源码，由于Arduino极强的易用和扩展性，成为了众多电子工程师、手工制作爱好者的新宠。本设计采用的是Arduino UNO控制板，它是Arduino USB接口系列的最新版本，作为rduino平台的参考标准模板。UNO的处理器核心是ATmega328，同时具有14路数字输入/输出口，6路模拟输入，一个16MHz晶体振荡器，一个USB口，一个电源插座，一个ICSP header和一个复位按钮。

2.2 防火卷帘门的控制

在建筑内部，在防火分区的分隔部位及一些疏散通道部分设置有防火卷帘门系统。本系统采用常开式防火门，门平时处于开启状态，火灾时可通过自动或手动将其关闭。处于开启状态是通过电磁锁的固定销来实现，火灾时由主板发出指令性信号，使电磁铁线圈通电产生的吸力使电磁锁动作，防火门靠弹簧力将门关闭。发生火灾时，按照规范要求，卷帘门下降到距地1.8m处，延时一段时间后自动下降到底。卷帘门两边还设有卷帘门控制升降的按钮，达到手动控制和自动控制的双保险作用。电磁铁线圈控制电路如图2所示。

3 软件设计

Arduino开发语言提供全部的C语言特性和C++语言的部分特性。通过链接到AVR的libc库online～，可以使用库中提供的函数，如延时、数据读写、中断等都被模块化封装成一个个子函数供程序开发者调用，灵活运用这些函数库，可以大大提高应用程序开发效率，如果需要构建或修改软件，可以随意执行。此外，Arduino的官方Web站点包含丰富的源代码，其中的代码样例和示例都是免费共享的。将编写好的程序下载到Arduino开发板，程序的烧写和修改变得更加容易。主程序流程图如图3所示。

4 结论

本文着重介绍了基于新型集成开发环境Arduino的火灾报警及联动控制系统的设计，该系统具有电路简单、灵敏度高、响应快、抗干扰能力强等优点，而且价格低廉使用寿命长，以及开放性的互动软硬件开发平台，使其在建筑物中的应用具有很好的前景。

参考文献

[1]施智雄.Arduino在大学工科教学中应用探索[J].西安学院学报，2012（12）：50-53.

[2]闫红来.建筑物火灾自动报警系统设计[J].机电一体化，2014（03）：56-59.

[3]朱雪璇，裴建良.基于单片机的报警系统的研究[J].制造业自动化，2010（07）：212-215.

[4]纪欣然.基于Arduino开发环境的智能寻光小车设计[J].现代电子技术，2012（08）：161-163.

作者简介

皮红梅（1970-），女。硕士学位。现为营口理工学院副教授。研究方向为电气自动化。

作者单位

营口理工学院电气工程系 辽宁省营口市 115014