基于Arduino的简单火焰报警器

2017-12-23作者毛敏王海梅陕西国防工业职业技术学院

电子制作 2017年18期

作者/毛敏、王海梅，陕西国防工业职业技术学院

基于Arduino的简单火焰报警器

作者/毛敏、王海梅，陕西国防工业职业技术学院

以检测是否有火焰为目的，本文采用红外接收二极管作为火焰检测传感器，把火焰光转化为电信号，Arduino Uno微处理器根据红外接收二极管输入的火焰信号输出相应的电信号来驱动大功率报警器报警。通过试验，该系统2秒钟可作出反应，适用于需要监测火焰的场合。

火焰；传感器；检测；报警器；Arduino

引言

生产、生活、战略物资集中存储的地方，会因为这些物资可能有易爆、易燃、有毒、易腐蚀等特点而存在不同程度的危险，特别是当这些物资含有易燃成分时，它们一旦发生火灾，会造成严重危害，威胁到人们的生命安全。为了解决这个问题本文设计了火焰报警器，当有火焰光时发出警报，该报警器结构简单，成本低，可利用小电流驱动大功率报警器。

1.系统设计

火焰光具有近红外波长，可用红外接收二极管来进行测量。当火焰光照射到红外接收管PN结上时，受到一连串具有能量的光子的轰击，PN结吸收光子能量产生电子空穴对，形成光电流并改变红外接收二极管的正极电位，从而驱动报警器工作。

■1.1 硬件设计

1.1.1 红外接收二极管

红外接收二极管是将红外线光信号变成电信号的半导体器件，工作在反向电压下，它的核心部件是一个特殊材料的PN结，红外接收二极管的PN结被设置在透明管壳顶部的正下方，可以直接受到光的照射。

没有光照时，由于红外接收二极管反向偏置，所以反向电流很小，称为暗电流，相当于普通二极管的反向饱和漏电流。当合适波长的光照射在红外接收二极管的PN结（又称耗尽层）上时，原子中的电子吸收光子的能量，能量传给共价键上的束缚电子，使部分电子挣脱共价键，从而产生电子—空穴对，称为光生载流子。

光照增强，产生的电子-空穴对数量也随之增加，在外加的反向电压的作用下，电子漂移到N区，空穴漂移到P区，从而产生反向电流电流（称为光电流），光电流与照度成正比。

1.1.2 Arduino Uno微处理器

Arduino Uno微处理器是一个开放原始代码的软硬件平台，构建于开放原始码simple I/O界面版，并且具有使用类似Java、C语言的Processing/Wiring开发环境，体积小巧，功能强大。

Arduino Uno该系统包括硬件（Arduino电子板）和软件（Arduino IDE）两部分，硬件部分可以用来做电路连接的Arduino电路板；软件部分则是Arduino IDE，是软件开发环境，在IDE中编写程序代码，并将程序上传到Arduino Uno微控制器，Arduino Uno微控制器根据信号的变化做出相应的程序处理。

Arduino Uno由13个Digital I/O 数字输入/输出端口和6个Analog I/O 模拟输入/输出端口，支持5V 直流电压输出和3.3V 直流电压输出。

1.1.3 继电器

继电器是电控制开关，当输入电流达到规定要求时，内部线圈产生电磁感应，吸引内部触点开关从常闭端打向另一端，使其连接的电路闭合导通；当输入电流小于规定要求时，内部线圈电磁感应消失，内部触点开关打向常闭端，使其连接的电路断开。继电器常用于控制电路中，可用小电流去控制大电流工作。

1.1.4 硬件电路

所需元器件：红外接收二极管、Arduino Uno控制板、大功率报警器、继电器、二极管、三极管、2.2K和10K电阻、电路板、导线。

红外接收二极管在电路中反向链接，将红外二极管的负极接到5V端口，正极连接10KΩ的电阻，电阻的另一端连接GND，在二极管与电阻之间接一根导线接到模拟端口A1上，来读取火焰的状态数据。

大功率报警器通过继电器与D7接口相连，并根据D7接口的输出来控制报警器的通断。

当有火焰光时，红外接收二极管感知到火焰光，把火焰光的亮度转换电信号，并输入到Arduino Uno微处理器，数字端口D7输出高电平信号，三极管导通，继电器工作，从而驱动报警器报警。

硬件电路如图1所示。