一種船用總線制紅外火焰探測器的製作方法
2024-04-16 13:02:05 1
1.本發明涉及船用火焰探測技術領域，尤其涉及一種船用總線制紅外火焰探測器。
背景技術：
2.目前，我國船用火焰探測器主要應用類型有單波段紅外火焰探測器、紫外火焰探測器、三波段火焰探測器，絕大部分採用的是國外進口產品，均不是總線制通訊方式，無法與我國國內的火災報警控制器直接連接通訊，必須通過中繼轉換模塊進行通訊轉換，使用、安裝、接線較麻煩。而且國外進口產品價格昂貴，難以承受，供貨渠道難以保障。
3.近幾年，隨著紅外探測技術的發展和火焰識別技術研究的深入，國內也有些廠家推出了幾型火焰探測器，但是其主要應用場所是民用、工業場所，其探測性能、環境適應性等方面存在明顯不足，無法滿足船用火焰探測應用要求。本發明針對船用探測器短路隔離要求和總線制通訊技術要求，提出一種船用總線制紅外火焰探測器，包括：短路隔離電路、總線通訊電路、放大濾波電路、紅外傳感器、單片機、電源轉換電路、led報警指示電路以及火焰識別算法軟體，單片機作為中央處理控制單元。
技術實現要素：
4.本發明所解決的技術問題在於提出一種船用總線制紅外火焰探測器，以解決上述背景技術中的缺點。
5.本發明為解決上述技術問題提出的技術方案是：一種船用總線制紅外火焰探測器，其特徵在於：包括短路隔離電路、總線通訊電路、放大濾波電路、紅外傳感器、單片機、電源轉換電路、led報警指示電路以及火焰識別算法軟體，單片機作為中央處理控制單元。
6.進一步的，所述短路隔離電路採用對稱設計，包括二極體d1、d2，瞬態抑制二級管d4、d5，p溝道場效應管q1、q2，穩壓管zd1、zd2，npn型三極體q3、q4，電阻r2，電阻r7、r10、r12、r15、r13、r14、r19、r21，電容c10、c12、c15、c16；以左半部分電路進行描述如下：所述二極體d1負極與外部總線輸出正端連接，正極與二極體d2正極、電阻r2一端連接；所述瞬態抑制二極體d4一端與外部總線正端連接，另一端與外部總線負端gnd連接；p溝道場效應管q1漏極與二極體d1負極連接，q1源極與電阻r2、r10、電容c10一端、q2源極連接，q1柵極與電阻r10、c10另一端、r13連接；npn三極體q3集電極與電阻r13另一端連接，發射極與gnd連接，基級與gnd之間放置電阻r19和電容c15；穩壓二極體zd1負極與外部總線正線相連接，正極與npn三極體q3基級之間放置電阻r12；所述短路隔離電路是一種保護電路，其輸入端連接外部火災報警控制器的迴路總線輸出端，其輸出端連接外部迴路總線輸入端，當其輸入端或輸出端出現短路時，能將其輸入端與輸出端的總線信號進行隔離，其另一端總線信號不受影響，仍可將外部總線信號引入至探測器內部，為探測器提供電源和總線通訊。
7.進一步的，所述總線通訊電路包括總線電壓識取電路和電流調製電路，所述總線電壓識取電路包括：穩壓二極體d10、電阻r51、r52、r53、三極體q7構成一路輸入至單片機輸入埠pwin，電阻r54、r55、r56和三極體q8構成另一路輸入至單片機輸入埠din；火災報
警控制器將總線電壓調製為特定時序的方波，總線電壓有24v、5v和0v三種；總線電壓識取電路能識取總線上的三種電壓，24v、5v和0v分別對應單片機輸入埠pwin和din的二進位數為00、10和11，經過單片機按預定通訊協議處理，可實現探測器接收火災報警控制器下發的下行通訊信息；電流調製電路由電阻r46、r50、達林頓管q6、電容c41和二級管d8組成，單片機按照預定通訊協議控制輸出埠oec控制達林頓管q6導通或截止，在總線上調製電流，經火災報警控制器採集處理後，可實現探測器向火災報警控制器發送信息的上行通訊。
8.進一步的，所述放大濾波電路由四個高精運算放大器與電阻、電容構成第一級帶通放大電路、第二級帶通放大電路、第三級帶通放大電路和第四級二階有源低通濾波電路；所述第一級與第二級之間、第二級與第三級之間採用電容耦合，可以阻隔直流分量通過交流分量；所述放大濾波電路能將紅外傳感器產生的毫伏級交流電壓信號放大至1伏級別，輸出至單片機ad採集埠；所述第四級二階有源低通濾波電路的截止頻率設計為30hz。
9.進一步的，所述火焰識別算法軟體對採樣數據進行處理，得到火焰輻射的強度和閃爍頻率；先進行強度條件判斷，判斷火焰輻射的強度是否達到閾值k1，若是，再進行閃爍頻率條件判斷，判斷閃爍頻率是否介於2-30hz之間，若也是，則進行連續性條件判斷，即在一定的連續時間內是否仍滿足上述強度和閃爍頻率的判斷條件，若仍滿足，則判定為火警，進行led報警指示；所述連續性條件判斷有助於防止誤報。
10.進一步的，所述紅外傳感器為具有4.4μm窄帶濾波的高精度熱釋電紅外傳感器，能將接收到的紅外輻射信號轉換為電信號。
11.進一步的，所述的單片機為stm32通用型控制晶片，具有ad採集埠和輸入/輸出埠。
12.進一步的，所述電源轉換電路將總線電壓轉換為探測器內部提供所需電壓；電源轉換電路由電容c19、c20、c21、c42、c43和電源轉換晶片u3組成，輸入端電容c43為大容量電解電容，起穩壓儲電作用。
13.與現有技術相比，本發明具有如下有益效果：可實現短路隔離功能，滿足船用火災探測器功能要求；可實現與火災報警控制器總線通訊，無需通過中繼模塊，安裝、接線更加簡便。紅外傳感器、放大濾波電路和火焰識別算法軟體設計可實現探測性能達到國標和歐標二級靈敏度要求，滿足船用火焰探測器的探測性能要求。使本發明在船舶機艙、工業室內火焰探測領域具有更廣泛的應用。
附圖說明
14.下面結合附圖對本發明作進一步說明。
15.圖1 是本發明實施例的電路原理框圖。
16.圖2 是本發明實施例的短路隔離電路原理圖。
17.圖3 是本發明實施例的總線通訊電路原理圖。
18.圖4 是本發明實施例的放大濾波電路原理圖。
19.圖5 是本發明實施例的電源轉換電路原理圖。
20.圖6 是本發明實施例的火焰識別算法軟體流程圖。
具體實施方式
21.為使本發明實現的技術手段、創作特徵、達成目的與功效易於明白了解，下面結合具體實施方式，進一步闡述本發明。
22.結合附圖1所示，本發明一種船用總線制紅外火焰探測器，包括短路隔離電路、總線通訊電路、放大濾波電路、紅外傳感器、單片機、電源轉換電路、led報警指示電路以及火焰識別算法軟體，單片機作為中央處理控制單元。
23.結合附圖2所示，所述短路隔離電路採用對稱設計，包括二極體d1、d2，瞬態抑制二級管d4、d5，p溝道場效應管q1、q2，穩壓管zd1、zd2，npn型三極體q3、q4，電阻r2，電阻r7、r10、r12、r15、r13、r14、r19、r21，電容c10、c12、c15、c16；以左半部分電路進行描述如下：所述二極體d1負極與外部總線輸出正端連接，正極與二極體d2正極、電阻r2一端連接；所述瞬態抑制二極體d4一端與外部總線正端連接，另一端與外部總線負端gnd連接；p溝道場效應管q1漏極與二極體d1負極連接，q1源極與電阻r2、r10、電容c10一端、q2源極連接，q1柵極與電阻r10、c10另一端、r13連接；npn三極體q3集電極與電阻r13另一端連接，發射極與gnd連接，基級與gnd之間放置電阻r19和電容c15；穩壓二極體zd1負極與外部總線正線相連接，正極與npn三極體q3基級之間放置電阻r12；所述短路隔離電路是一種保護電路，其輸入端連接外部火災報警控制器的迴路總線輸出端，其輸出端連接外部迴路總線輸入端，當其輸入端或輸出端出現短路時，能將其輸入端與輸出端的總線信號進行隔離，其另一端總線信號不受影響，仍可將外部總線信號引入至探測器內部，為探測器提供電源和總線通訊。
24.結合附圖3所示，所述總線通訊電路包括總線電壓識取電路和電流調製電路，所述總線電壓識取電路包括：穩壓二極體d10、電阻r51、r52、r53、三極體q7構成一路輸入至單片機輸入埠pwin，電阻r54、r55、r56和三極體q8構成另一路輸入至單片機輸入埠din；火災報警控制器將總線電壓調製為特定時序的方波，總線電壓有24v、5v和0v三種；總線電壓識取電路能識取總線上的三種電壓，24v、5v和0v分別對應單片機輸入埠pwin和din的二進位數為00、10和11，經過單片機按預定通訊協議處理，可實現探測器接收火災報警控制器下發的下行通訊信息；電流調製電路由電阻r46、r50、達林頓管q6、電容c41和二級管d8組成，單片機按照預定通訊協議控制輸出埠oec控制達林頓管q6導通或截止，在總線上調製電流，經火災報警控制器採集處理後，可實現探測器向火災報警控制器發送信息的上行通訊。
25.結合附圖4所示，所述放大濾波電路由四個高精運算放大器與電阻、電容構成第一級帶通放大電路、第二級帶通放大電路、第三級帶通放大電路和第四級二階有源低通濾波電路；所述第一級與第二級之間、第二級與第三級之間採用電容耦合，可以阻隔直流分量通過交流分量；所述放大濾波電路能將紅外傳感器產生的毫伏級交流電壓信號放大至1伏級別，輸出至單片機ad採集埠；所述第四級二階有源低通濾波電路的截止頻率設計為30hz。
26.結合附圖5所示，所述電源轉換電路將總線電壓轉換為探測器內部提供所需電壓；電源轉換電路由電容c19、c20、c21、c42、c43和電源轉換晶片u3組成，輸入端電容c43為大容量電解電容，起穩壓儲電作用。
27.結合附圖6所示，所述火焰識別算法軟體對採樣數據進行處理，得到火焰輻射的強度和閃爍頻率；先進行強度條件判斷，判斷火焰輻射的強度是否達到閾值k1，若是，再進行閃爍頻率條件判斷，判斷閃爍頻率是否介於2-30hz之間，若也是，則進行連續性條件判斷，
即在一定的連續時間內是否仍滿足上述強度和閃爍頻率的判斷條件，若仍滿足，則判定為火警，進行led報警指示；所述連續性條件判斷有助於防止誤報。
28.進一步的，所述紅外傳感器為具有4.4μm窄帶濾波的高精度熱釋電紅外傳感器，能將接收到的紅外輻射信號轉換為電信號；所述的單片機為stm32通用型控制晶片，具有ad採集埠和輸入/輸出埠。
29.此外，應當理解，雖然本說明書按照實施方式加以描述，但並非每個實施方式僅包含一個獨立的技術方案，說明書的這種敘述方式僅僅是為清楚起見，本領域技術人員應當將說明書作為一個整體，各實施例中的技術方案也可以經適當組合，形成本領域技術人員可以理解的其他實施方式。