智能消防紧急预备灯系统的设计应用

徐志业 陈贺 周凯莉 胡浩浩 关雅芳

摘要：智能化时代，越来越多的智能设备应用到建筑智能化系统中。面对越来越高层化、多功能化的建筑，其存在的消防安全隐患也更加繁杂。设计以STM32F103C8T6单片机为控制核心与热释电红外传感器、MQ-2烟雾传感器、火焰传感器和光敏电阻传感器等传感器相结合对外界环境进行实时采集信息来判断是否发生火灾。在未发生险情时亦可达到节能照明的效果。

关键词：应急照明;STM32;热释电红外感应;MQ-2

中图分类号：TP183      文献标识码：A

文章编号：1009-3044（2021）11-0235-02

1 引言

当前，科技和经济正迅猛发展，随着人民生活质量的提高，当代建筑的结构也是变得多功能一体化、层数高规模大。现代的建筑在发生一些灾害时，如何能在有灾害时让人们逃生以及消防疏散变得更迅速、安全和准确，是现有建筑和在建建筑在防减灾方面必须重点考量的问题。在设计建筑消防应急照明时，如何设置合理有效的疏散照明，指导建筑内部人员有效避开危险区域并快速从建筑中撤离，成为大型建筑疏散照明研究中非常重要的一部分。

2 项目主要研究内容

智能消防紧急预备灯系统设计是新楼房的建设引入智能化的概念。本设计以STM32F单片机为控制核心与各传感器相结合实时监测外界环境。系统在未出现险情时是良好的照明设备，智能照明控制系统借助不同环境的光照度进行精确设置实现节能。只有当必须时才把灯点亮或点到要求的亮度，人出现在楼道中即可打开照明。应急模式开启时，指引灯流动指示逃生方向指引人们到达安全地点，防止遇险人员迷失逃生方向，可以让人们在最短的时间内判断出正确的逃生方向。

3 项目的研究与分析

3.1 总体设计方案规划图

根据其研究的目的，系统大体构架如图1所示。

系统采用STM32F103C8T6单片机核心控制，总设计方案分为如下6个模块：热释电红外感应对人检测、光敏电阻传感器对光照强度的检测、烟雾和火焰传感器对气体和火焰的检测、日常照明和流动指示灯指引以及报警模块。系统电路原理图如图2所示。

3.2 各模块的设计

3.2.1 热释电红外感应器

热释电红外传感器HC-SR501，用不相互接触的方式去测出人身体向外射出的红外线的能量变化，然后再把红外线能量的变化转化为电信号，再输出。在传感器的感应范围内，人体进入之后，输出为高电平，当人离开其感应的范围的时候，系统会自动延时关掉高电平，再输出低电平。它的不可重复触发方式是感应到人体发射的红外能量输出高电平后，存在其延时的时间，之后输出会自动从高电平转为低电平;可重复的触发方式就是感应到人体发射的红外能量输出高电平后，在延时的时间段之内内，如果有人体在传感器的感应范围内继续活动，会持续输出高电平，人离开后，才会延时将高电平转低电平。图3为热释电红外感应的电路图。

3.2.2 煙雾传感器MQ-2

MQ-2传感器进行火灾烟雾检测的方法是将输出电压与门限电压两者相比较得出的。图4是MQ-2的电路原理图，阻值R与被检测的气体浓度C的计算公式：[logR=mlogC+n] （m，n均为常数）。传感器的体电阻计算公式：RS=（VC/VRL-1）×RL（3-2），式中VC为回路电压，加在MQ-2传感器1脚、3脚之间，VRL是传感器4脚、6脚输出的电压，RL是负载电阻。MQ-2传感器的输出电压：根据MQ-2的工作原理，若气体浓度上升，必导致RS下降，进而导致传感器4脚、6脚输出的电压增大，所以气体浓度增大，输出电压也会增大。

3.2.3 光照强度检测

灵敏型光敏电阻传感器电路图如图5所示。电路中，光敏电阻产生分压，在其两端的电压可以用作输入的信号输入其核心控制单片机进行其数模转换，将其转换成为数字信号，然后再让单片机处理，控制和判断。当环境中的光线强度不够其系统设定的阈值的时候，D0端输出的就是高电平;外界环境的光线亮度很高，超过预先设定的阈值时，DO端输出的就是低电平;DO输出端可以直接相连在单片机，由其单片机来检测输出端输出的高低电平;DO输出端也可以直接与驱动继电器组合成光控开关。

3.2.4 火焰传感器

可以检测火焰或者波长在760纳米～1100纳米范围内的光源，数字开关量输出，信号波形好;搭配可调的精密电位器来调节其灵敏度大小，小板输出接口可以与单片机IO口直接相连，电路原理图如图6：

4结果

在照明模式时，系统时时检测外部光照强度，当光照强度低于设定值时，热释电红外探测器检测到有人出现时自动打开照明灯，当人通过后关闭照明灯。当有人按下消防按钮或者烟雾感应器检测到险情时应急模式开启，蜂鸣器报警，照明灯会按照安全通道出口方向流动显示，指引人们逃出险情的作用，达到了预期的设计效果。

参考文献：

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