原创【TI博客大赛】【原创】《360度室内火焰检测系统》前篇

 2012-9-7 09:05  1966 9 14 分类: 模拟文集: 室内火焰检测系统

摘要

本博文是本人在EDNChina博客大赛的背景下，原创设计并制作的一个360度室内火焰检测系统，由于博文内容较长受上传限制问题，本博文分三次上传包括前篇，中篇，后篇。本设计能够高准确的判断室内火焰的方向与火焰到测量点的距离，并能将检测到的数据通过RS232协议传输。

本模块主要有AVR控制核心、火焰检测单元、电机驱动单元和串口通信单元组成，以AVR ATmega16作为控制核心，通过驱动电机，带动火焰检测单元转动，指向火焰方向，并测量火焰到测量点的距离，通过串口通信，达到所需的要求。本文详细的介绍了室内火焰检测系统的硬件电路设计，系统软件设计的合理分析、步进电机的控制算法及RS232协议传输算法。

关键词：火焰检测，AVR，步进电机

第一章 方案选择

本室内火焰检测系统采用模块化设计，分为火焰检测模块、转速控制模块。

1.1火焰检测模块方案

火焰检测模块是室内火焰检测系统的关键模块之一，火焰检测的好坏，直接关系到最终性能的优劣。

火焰发射出的光是一种电磁波，其波长在0．2～10μm或更宽的范围内。人眼能感觉到的电磁波波长为0．38～0．78μm，范围非常窄。火焰传感器就是利用此原理，检测0．38μm以下的紫外线和0．78μm以上的红外线。

实用化的火焰传感器分类如下：

　　(1)紫外线检出定辐射式传感器(fixed radiation flame transducer by ultravolet cheek out type) 受光元件是利用UV(ultravolet，紫外线)透镜GM(汉语拼音Guang Min，光敏)光电效应放电管，对波长0．185～0．245μm火焰辐射光进行感受。放电管加上200～300V的电压，对光电效应(photoelectric effect)产生的脉冲电压进行计数，启动开关电路。

　　由于太阳光的波长是0．28μm以上，所以该传感器可用在石化工业露天监测场合。这种传感器的感受波长与荧光灯、水银灯、白炽灯等照明光波波长也不相同，故误动作很少。

　　紫外线波长短，容易衰减，尘埃附着会使检测器灵敏度下降，在室外使用时必须勤于维护，经常清扫和检查。

　　(2)二氧化碳共鸣辐射检出型传感器(CO₂ resonated cheeked out radiation flame transducer) 二氧化碳加热，在4．4μm特征峰值时产生共鸣。按该辐射原理检出的火焰传感器即称二氧化碳共鸣辐射检出型传感器。可燃物的燃烧热使燃烧生成的二氧化碳气体受热，即产生其特有的共鸣辐射光谱。利用有高敏感度光导元件PbSe(硒化铅)作，感受元件，采用滤光片(3．5～5．5μm)可检出共鸣辐射光谱。

　　波长4．4μm的二氧化碳特征辐射光谱存在于有火焰的情况下。因此，自然光、人工光源几乎不干扰此信号。该种检测器可以用于室内、室外任何防燃、防爆场合。

　　(3)红外线检出型定辐射式传感器(fixed radiation flame transducer by infrared rays cheek out type) 火焰辐射的0．78μm以上红外线，由硅光电二极管和光敏晶体管等检测。它是采用0．78μm以下的红外滤光片滤去干扰波长以防止误动作而检出定辐射波长的传感器。

　　这种检测器由于跟太阳光的波长分布相近，所以不适用于室外场合监测。

　　(4)二波长检出型闪烁式传感器(dual wavelength checked out flashing type transducer) 火焰温度大约为1100～1600K(827～1327℃)。太阳光和照明光温度比火焰温度高(白炽灯大约为2800K)，因而火焰光是红外区长波长段，自然光和照明光是光谱中红外区短波长段。根据检出这两种波长的差并判断其属于哪一段的原理制成的传感器就是二波长检出型传感器。

(5)单波长检出型闪烁传感器(single wavelength cheeked out flashing type transducer) 主要用于空气输送管道内。与空气同时被输送的可燃性物质，因高速移动中产生静电造成过热等原因会发生短时间内闪烁火花。单波长检出型闪烁传感器是见火即检测、要求响应速度很快的一种传感器。检出火灾危险的同时也要求迅速采取消防措施，以防止重大火灾事故的发生。

远红外火焰传感器对于波长760纳米至1100纳米之间红外最为敏感。用于火焰检测，温度检测，远红外检测，该模块特点：

①尺寸小，36mm X 16mm

②可以使用3-5.5v直流电源供电

③AO，模拟量输出，实时输出热电阻上的电压信号

④DO，当温度到达某个阀值时，输出高低电平信号（阀值可通过电位器调节）。

⑤红外接收头灵敏度高，探测角度60度左右。

⑥有电源指示灯

⑦比较器输出有指示灯

⑧价格便宜

综述所述，我们采用远红外火焰传感器。

1.2转速控制模块方案

本室内火焰检测系统的转速控制模块是35BYJ412B减速步进电机，其工作在5V~12V电压，步进角度：5.625 x 1/44，减速比：1/64，价格便宜，可以满足要求。