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可燃气体探测器无线联动切断阀设计童树卫

发表时间：2020/6/30 来源：《电力设备》2020年第5期作者：童树卫肖纪康

[导读] 摘要：针对传统可燃气体探测器来说，驱动切断阀需要外接线缆进行连接，在工程使用中会造成很大的布局限制，也很大程度上影响美观效果，且市场上针对无线化产品需求日益增高。

        （蚌埠依爱消防电子有限责任公司安徽蚌埠 233010）
        摘要：针对传统可燃气体探测器来说，驱动切断阀需要外接线缆进行连接，在工程使用中会造成很大的布局限制，也很大程度上影响美观效果，且市场上针对无线化产品需求日益增高。本文提出了一种可燃气体探测器利用低功耗无线技术控制切断阀设计方案，详细介绍了系统的构成、工作原理、硬件电路以及软件流程。
        关键词：可燃气体探测器；切断阀；无线化；低功耗；
        一、引言
        近年来，随着科学技术和石油化工产业的蓬勃发展，越来越多的可燃性气体被应用于人们的生活、生产工作中，可燃性气体种类繁多，易燃易爆，更有的带毒性和腐蚀性，及时准确地检测出这些危险性气体，对于保障国家的财产和人民的生命安全具有重大意义[1]．由于相关政策和法规陆续出台，刺激了可燃气体检测仪器行业的发展[2-3]。
        传统的可燃气体探测器产品以工业及商业场所为主，对私人住宅内的可燃气体探测器产品均参考工业级商用场所来设计。而与传统消防行业相比，家庭类消防产品应具有以下特点：1. 传统消防，多采用探测器与控制器相连接的方式，在建筑施工的同时，设计和安装各类消防设施。而家庭用户在装修前往往未做相关预留，因此安装、拆卸的便捷化是用户的一大需求；2.传统消防对于燃气泄漏的监控，主要依靠监控室的监控人员，一旦有燃气泄漏发生，其他人员无法在第一时间得知。而对于家庭用户而言，第一时间得到燃气泄漏警告且关闭切断阀则尤为重要。
        二、整体设计方案
        可燃气体探测器工作原理是采用半导体加热式甲烷气体传感器，其敏感体表面电阻会随着所检测气体浓度变化而变化。
        探测器部分电路主要由电源电路、单片机最小系统电路、蜂鸣器驱动电路、无线模组发送电路、传感器检测电路、温度检测电路、指示灯电路、无线模组接收电路和切断阀驱动电路组成。
        单片机实时采集气体传感器的输出电压，并与设定报警门限值比较。当采集值大于设定值时，探测器报警，报警指示灯点亮，触发无线发送将信号发送给接收端，接收端采用电池供电，在收到信号后输出脉冲电压信号控制电磁切断阀动作，切断天然气主管道的阀门。

        图1 探测器整机框图
        三、硬件电路设计
        可燃气体检测电路如图2所示，电路可分为气体采集电路、故障检测电路、RC滤波电路和单片机AD采集电路。其中，所采用传感器为半导体加热式甲烷气体传感器，当可燃气体泄漏时，传感器将气体信号转换成电信号传递给单片机，当气体浓度大于设定阈值时，单片机判定为可燃气体泄漏，启动报警流程。故障检测电路主要为检测传感器损坏、短路故障等，能够确保传感器始终处于正常状态。

        图2 可燃气体检测电路
        温度检测电路采用热敏电阻进行温度采集，可燃气体传感器检测值会根据温度来修正报警门限值，从而达到适应环境的目的。
        切断阀驱动电路，通过专用驱动芯片来直接驱动外部电磁阀，提供电源可变极性输出信号，可实现电磁阀的正反转。
        无线发送电路，采用泰凌微公司的TLSR8359F512ET32芯片，发射电流为1mA，待机功耗为2uA，降低了产品的功耗。
        无线接收芯片采用泰凌微公司的TLSR8359F512ET32芯片，工作频段2.5GHz，供电电压为1.8V-3.6V，接收待机功耗为15uA，始终处于接收状态，并且能够控制切断阀驱动芯片。当接收到报警信号时，接收芯片使能切断阀驱动芯片，切断阀开始动作，关闭切断阀，切断成功后将信息反馈给发送端，发送端接收数据后不再发送处理。
        四、软件设计
        根据硬件设计以及设备功能的要求，进行了软件程序编写和测试。如图3所示为软件控制流程。初始化端口以及定时器的初始化，初始化完成后，进入单片机flash读取可燃气体阈值，此阈值为整机校准后得到的阈值，因此在出厂前必须进行产品校准。
        读取阈值后，进入主循环进行可燃气体、环境温度等信息的检测。当发生可燃气体泄漏时，单片机控制使能无线发送模组进行火警发送功能，将燃气泄漏报警信息发送给无线切断阀接收端，无线切断阀上的模组收到信息后进行判断，连续判断5次，使能驱动切断阀，切断燃气。

        图3 主机软件控制流程图
        无线发射端在初始化端口后，设置射频参数。进入配对模式，每个主机与无线切断阀之间必须进行配对处理才能正常工作，配对过程蓝灯闪烁，闪烁结束，说明配对成功，进入休眠模式。当发生可燃气体泄漏时，主机将报警信息发送给无线模组发送端，无线模组接收到报警信号后，判断报警信息是否真实有效，判断合格后连续发送5次信号给无线接收端，并等待应答，收到应答后进入休眠状态。
        无线接收端在初始化端口后，设置射频参数。先进入配对等待模式，蓝灯闪烁，配对完成后，蓝灯熄灭，进入休眠模式始终处于低功耗接收状态，减少功耗损失。当收到报警信息时，启动判定程序，连续5次接收到报警信息，发送应答信号，并驱动切断阀30s进行燃气切断，完成后进入休眠。
        五、结论
        本文设计的可燃气体探测器无线联动切断阀控制电路，采用无线通信方式实现远程驱动切断阀，能够在10m内有效控制切断阀切断燃气阀门。本文设计的可燃气体探测器无线联动切断阀，在家庭装修中省却布线的烦恼，使家装环境整体布局不受影响。
        参考文献
        [1]聂巍，李晓青．智能火灾报警系统设计[J]．信息通信，2012(2):89-90.
        [2]王凯，王亚刚，邵惠鹤.无线可燃气体检测系统设计与实现[J].控制工程，2011，18(4):535-538．
        [3]焦琪，樊泽明.便携式气体报警器的研究与实现[J].计算机测量与控制，2011，19(5):1139-1141.
        作者简介
        童树卫，男，1985年7月出生，硕士研究生。蚌埠依爱消防电子有限责任公司，E-mail：358426020@qq.com