基于单片机的电气火灾系统的研究

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摘 要 随着我国电气化程度的不断提高，电气火灾发生的频率也在逐年增加。本文基于对单片机的研究，对电气火灾探测及单片机软件程序进行了探讨，研究了温度传感器PT1000及剩余电流互感器在电气火灾系统中的应用，引入了两总线通讯方法，并总结了电气火灾控制系统开发过程中的一些问题。研究结果表明，此系统具有功能齐全、成本低、结构简单、故障率低和工程施工简单等优点，能够很好的满足市场需求，对电气火灾的预防起到了一定的作用。

关键词 单片机；电气火灾；控制系统

中图分类号TP39 文献标识码 A 文章编号 1674-6708（2015）135-0168-01

0 引言

近年来，我国电气化程度不断提高，用电量逐年增大，电气设备广泛分布，布线隐蔽且错综复杂，甚至存在不规范的操作，导致电气火灾的发生率随之上升。每年因为电气火灾造成的生命、财产损失非常巨大，预防电气火灾的发生就显得至关重要。

单片机具有控制功能强大，实用方便和可靠性高等特点，可广泛应用于多种领域。采用单片机来进行电气火灾的监控，具有灵敏度高、实时性强、成本低等特点。

1 系统硬件设计

1.1 温度传感器

温度传感器[1]种类繁多，综合考虑控制系统的采样方式、采样范围等因素，一般选用温度传感器PT1000来对温度进行监测。常见的PT1000感温元件有陶瓷元件、玻璃元件和云母元件，该温度传感器抗干扰性强，信号传输距离小于10m，适用于开关柜出线、电缆接头、接线盒、电气设备箱、桥梁隧道电缆以及各种可能存在电气火灾隐患的场所。

PT1000在零摄氏度的时候电阻值为1000欧姆，随着温度的上升电阻值会上升，近似匀速的增长。电阻值变化导致电压变化，利用单片机就可以对这个电压进行采样，根据电阻与温度的对应关系就可以计算出相应的温度。

1.2 电流互感器

电流互感器由闭合的铁心和线圈组成，其一次绕组匝数相对少，串在需要测量的电路上，二次绕组匝数相对多些，串在仪器仪表和保护电路中。电流互感器工作时，必须保证二次绕组闭合。电流互感器是根据电磁感应原理，把一次大电流转换成二次小电流，通过在二次输出端串入电阻的方式，将小电流信号转换成小电压信号，通过运算放大器将小电压信号进一步放大，然后，我们再利用单片机对电压信号进行AD采样[2]。

1.3 STC89C52单片机

STC89C52单片机是一款低功耗、高性能的微控制器，具有8k字节的Flash，512字节的RAM，4KB字节 的EEPROM，复位电路，看门狗定时器，3个16位定时器/计数器，4个外部中断，全双工串行口等功能。STC89C52使用经典的MCS-51内核，但做了很多的改进使得芯片具有传统51单片机[3-4]不具备的功能，为众多嵌入式应用系统提供更灵活、超有效的解决方案。

1.4 通信模块

本系统使用二总线对温度和剩余电流测量信息进行传输，监控设备通过0V、+15V和+24V电压变换来实现通讯协议控制各电平的时间，查询总线上的探测器，一方面对探测器进行供电，另一方面分时通讯[5]，而电气火灾探测器通过电流返回值的变化来实现对监控设备的信号反馈。探测器检测到温度和剩余电流值大于设定的报警值时，会将报警信号通过总线传递给监控设备，监控设备收到报警信号，会进行相应的报警处理及控制，同时记录报警信息。

2 系统功能设计

2.1 系统功能

控制系统的功能主要分为四个方面：

第一，对探测器检测到的温度和剩余电流数据进行收集和显示。

第二，直接通过上位机设置探测器报警的温度值和剩余电流值，而且还能由主控机对该系统的运行时间和设定报警值进行修正。

第三，电源管理功能和密码管理功能。

第四，信息显示和查询功能，支持汉字打印，并采取对应的措施。

2.2 系统组成

该控制系统利用温度探测器和剩余电流探测器分别对现场的温度和剩余电流信息进行收集，然后在利用单片机的检测系统来对接收到现场信息进行整合和处理，接着通过RS232把现场信息传送监控设备，监控设备再进一步的传送给计算机，在计算机上我们便可以根据这些指标做出进一步的分析。

利用监控设备设定温度和剩余电流报警值，通过计算机进行远程控制。如实时采样值超过报警值，则系统联动输出来控制相应的现场设备。

上位机使用Visual Basic软件编写的一个数据库管理系统，可直接设置温度、剩余电流的上下限值和读取下位机的数据，并对下位机内的控制设备进行操作。具体的流程如图1所示。

3 系统程序设计

3.1 监控设备主程序

主程序在该系统中起监控作用，开机先对其初始化，初始化完毕，随后接收探测器传送的现场温度和剩余电流等信息，并通过液晶显示器进行呈现。程序的设计会通过中断对温度和剩余电流的高低限值进行设置。

3.2 STC89C52子程序

STC89C52子程序运行主要分为如下三个阶段：初始化、ROM操作指令、功能模块指令。运行过程样按照上面的步骤，如果执行错误，则设备进行复位。探测器上电初始化，然后实时采集现场温度和剩余电流，采用中断方式与监控设备进行通讯，如果超过报警值，则进行报警，发出光报警信号，将现场信息进行上传。

3.3 个人计算机的上层软件

上位机即计算机软件用Visual Basic来进行编写。Visual Basic是由Microsoft公司开发的工具，这个工具有很大灵活性和可视性。上位机软件主要通过实时监测、智能控制、环境参数设置和直接控制等项目构成，使用者可以根据电脑界面掌握现场的情况。

4 结论

本次设计的电气火灾系统融合了当代先进的科学技术，包括传感器、电流互感器、单片机和计算机等，特别是二总线通讯方式的使用，使整个系统具有施工方便、成本低和性能稳定的特点，此系统的研究在电气火灾预防方面有一定的价值。

参考文献

[1]王洪业.传感器技术[M].湖南科学技术出版社，1995.

[2]苏铁力.传感器及其接口技术[M].中国石化出版社，1998.

[3]钟富昭.8051单片机典型模块设计与应用[M].人民邮电出版社，自然科学版，2007.

[4]胡汉材.单片机原理及其接口技术[M].清华大学出版社，2005.

[5]邱公伟，赵祥元，巫淑萍.实时控制与智能仪表多微机系统的通讯技术[M].清华大学出版社，1996.