XI Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2019

Системы пожарной сигнализации являются неотъемлемой частью систем безопасности как производственных объектов, так и жилых помещений. Назначение системы пожарной сигнализации сводится к оперативному формированию сигнала о наличии возгорания. В любой системе присутствуют датчики (извещатели), которые формируют сигнал о пожаре, и устройства, обрабатывающие этот сигнал. Извещатели реагируют на возникновение возгорания за счет постоянного контроля изменения параметров, сопутствующих пожару: наличие задымления, повышение температуры, интенсивность инфракрасного излучения. Контрольные устройства принимают сигнал от извещателей и формируют световой или звуковой сигнал об опасности. Также могут быть автоматически задействованы средства пожаротушения. Эти устройства строятся на микропроцессорных контроллерах.

Рассмотрим систему пожарной сигнализации на базе контроллера Arduino. Система включает в себя датчик наличия пламени и датчик угарного газа.

Датчик наличия пламени (рисунок 1) имеет в своем составе фотодиод, который соединяется с входом компаратора, реализованного на микросхеме. Для возможности регулирования порога срабатывания чувствительного сенсора используется подстроечный резистор. С его помощью можно настроить чувствительность датчика, чтобы он реагировал на пламя с минимальной яркостью – это позволит обеспечить выявление очагов возгорания на начальной стадии и избежать распространения огня на большие площади.

Рисунок 1 – Внешний вид датчика наличия пламени

Когда на фотодиод попадает свет, величина напряжения, которое снимается с выхода, будет пропорциональна освещенности и обратно пропорциональна удаленности огня от сенсора. При удалении 0,2 м величина напряжения составляет около 4,8 В, а при расположении источника пламени на удалении 1 м напряжение будет равно 1 В. Величина питающего напряжения, с которым работает датчик, оставляет 5 В. Датчик способен фиксировать появление пламени, которое излучает свет с длинной волны 760…1100 нм. Величина угла, в котором датчик может определить наличие пламени, составляет около 60º.

Схема подключения датчика наличия пламени к Arduino представлена на рисунке 2.

Рисунок 2 – Схема подключения датчика наличия пламени к Arduino

Основным источником выделения угарного газа СО в доме могут выступать при неправильной эксплуатации дровяные печи, газовые конфорки, газовые котлы и прочая отопительная техника, работающая на углеродном топливе. Угарный газ чрезвычайно ядовит, но при этом не обладает ни цветом, ни запахом. Попав в помещение с угарным газом, понять, что человек подвергается воздействию яда, можно только по косвенным признакам. Сначала возникает головная боль, головокружение, одышка, сердцебиение. Угарный газ соединяется с гемоглобином крови, отчего последний перестает переносить кислород тканям организма, первым страдает головной мозг и нервная система. Также при определенных концентрациях угарный газ образует взрывоопасную смесь. Поэтому датчик угарного газа – важный и необходимый компонент при построении системы «Умный дом».

В проекте выбран датчик угарного газа MQ-7 (рисунок 3).

Рисунок 3 – Датчик угарного газа MQ-7

Датчик MQ7 состоит из керамической трубки Al₂O₃ (оксида алюминия) и нанесенного на нее тонкого слоя SnO₂ (диоксид олова). Внутри трубки проходит элемент, нагревающий чувствительный слой до температуры, при которой он начинает реагировать на газ. Принцип работы этих двух сенсоров основан на изменении сопротивления слоя диоксида олова SnO₂ при контакте с молекулами газа [1]. Сам датчик состоят из пластмассового корпуса и сетки, изготовлено из нержавеющий стали, в нижней части расположены шесть выводов, четыре из которых используются для снятия показаний, а другие два, для нагрева.

Схема подключения датчика угарного газа MQ-7 к Arduino представлена на рисунке 4.

Рисунок 4 – Схема подключения датчика угарного газа MQ-7 к Arduino

Характеристики датчика угарного газа MQ7:

Напряжение питания 5 В.

Потребляемый ток 160 мА.

Диапазон чувствительности 10 – 10000 ppm.

Сокращение ppm расшифровывается как «parts per million» или «частей на миллион», т.е. 1 ppm = 0,0001%. На территории РФ концентрацию СО принято измерять в %.

Напряжение нагревателя 1,5 – 5В.

Время накала нагревателя 60 – 90 с.

Сопротивление нагревателя 31 Ом.

Мощность нагревателя 350 мВт.

Сопротивление датчика 2 – 20 кОм.

Стандартные рабочие условия:

температура -10… +50°C;

влажность ≤ 95%;

концентрация кислорода ≤21% (стандартные условия).

Габариты модуля 22×22×17 мм.

Вес модуля 5 г.

В проекте использован контроллер Arduino Uno. Основные характеристики контроллера представлены в таблице 1.

Таблица 1 – Характеристики Arduino Uno

Микроконтроллер	ATmega328
Рабочее напряжение	5 В
Входное напряжение (рекомендуемое)	7-12 В
Входное напряжение (предельное)	6-20 В
Цифровые Входы/Выходы	14 (6 из них могут использоваться как выходы ШИМ)
Аналоговые входы	6
Постоянный ток через вход/выход	40 мА
Постоянный ток для вывода 3.3 В	50 мА
Флеш-память	32 Кб (ATmega328) из которых 0,5 Кб используются для загрузчика
ОЗУ	2 Кб (ATmega328)
EEPROM	1 Кб (ATmega328)
Тактовая частота	16 МГц

Платформа программируется посредством программного обеспечения Arduino. Микроконтроллер ATmega328 поставляется с записанным загрузчиком, облегчающим запись новых программ без использования внешних программаторов. Связь осуществляется оригинальным протоколом STK500.

Список литературы:

1. Страковский Д. А., Симаков Е. Е. Анализатор воздуха на платформе Arduino // Юный ученый. – 2017. – №3. – С. 49-56. (URL: http://yun.moluch.ru/).

2. Официальный сайт Arduino (http://arduino.ru).

Код для цитирования: Скопировать