摘要：伴随生活水平的提高，建筑施工单位的简易工棚生活区内的用电设备日益增多，如果使用不当易出现安全隐患。传统的永久、固定式正压送风系统建造成本高，不适合这种临时性住宿生活区。本设计以STC15W4K56S4单片机为核心，采用MQ-2烟雾探测器，采用ESP8266设备与路由器连接，实现组网通信功能。整个正压送风管理系统从一般的有线形式变成了可移动式的无线形式，系统变得更加的灵活、便捷，同时该系统的设计还对今后的智能楼宇的消防监测以及疏散指示等系统的设计有很好的借鉴意义。
关键词：STC15W4K56S4；MQ-2；ESP8266；正压送风系统
0引言
当火灾发生时，正压送风系统能够对逃生通道送入足够新鲜的空气，使其气压高于外部气压，着火时产生的烟雾被排到楼梯外，使人员不会因为吸入有害的烟雾而窒息伤亡。建筑施工单位的住宿区，由于是简易工棚生活区，不适合做永久、固定式的正压送风消防安全设施，但是工人的生活水平随着社会发展在逐步提高，生活区内的各式生活用电设备的数量和种类也在逐年不断地增加，因此，安全隐患也随之而日益明显。在建筑施工单位的管理过程中，若缺乏一套强有力的消防安全管理系统与科学的消防控制策略，则会产生大量的问题，进而影响施工的顺利开展。本文结合适合的烟雾报警传感器模块与控制器等电路模块设计的基于WIFI技术的移动正压送风系统，能够对工棚生活区等简易建筑的火警火情进行全天候有效地实施监控，来确保消防安全。1系统方案设计本系统按照设备可分为下位机与上位机两部分，上、下位机借助无线路由器构成局域网，完成整个系统的无线连接成网。下位机由STC15单片机电路、MQ-2烟雾探测模块、继电器控制电路模块、ESP8266WIFI无线传输模块电路组成；上位机以电脑为载体，开发基于LabVIEW的应用软件，进行上、下位机交互即远程监测控制[1]。系统整体结构框图如图1所示。上位机即远程报警及监控端，使用电脑登陆无线路由器，通过TCP/IP协议接收来自单片机系统内WIFI模块向上位机所发送的采集信号；同时，上位机监控软件根据实时监测状况，通过无线路由器发送相应的控制指令，再借助WIFI模块发送至单片机系统，通过继电器模块控制相应电气回路。为了实现远程监控及控制功能，则要采用ESP8266WiFi模块。该无线传输模块是一种嵌入式串口通信方式的WIFI模块产品，在物联网传输系统可作组网之用。
2硬件电路设计
通常，在设备系统运行过程中，代码越复杂、繁琐，常常会因为漏洞的纯在而导致运行出现错误。为防止系统运行中出现崩溃现象，本次设计的硬件电路遵循简约的宗旨，已完成系统功能要求所需最少电路为原则。因此，在选择核心部分时，将报警设备的可靠、稳定作为选择的最重要衡量指标之一。本设计采用STC15W4K56S4单片机作为报警及控制端，因为其为增强型8051CPU，速度快，内置10位高速ADC，性价比非常高的，且能低电压工作，耗较低，适合小型智能化设备的开发[2]。
2.1WIFI硬件设计。ESP8266WiFi模块的供电电源为3.3V单电源，其内置32位处理器，具有强大的处理和存储能力，可以实现串口无线传输等功能，亦具有超低功耗的特点。本项目通过对WIFI模块GPIO引脚控制，将其应用于传感器数据采集终端节点。WIFI模块原理图如图2所示，CHPD引脚接P3.5口，RET引脚接P3.6口，UTXD和URXD接P4.6和P4.7口即串口2。
2.2烟雾传感器硬件设计烟雾传感器能实现火灾防范。的重要依据是其能监测烟雾的浓度值。目前，烟雾传感器类型主要可分为：离子型和光电型两大类烟雾传感器型号。其中，前者的检测原理是根据其内部的电离子因烟雾粒子影响而造成其动态平衡电流发生变化而进行报警；后者的检测原理是火灾产生的烟雾粒子对其内部的红外光造成反射、折射进而产生报警。综合比较上述两者的特点，相较于光电式烟雾报警传感器，离子烟雾报警传感器对于体积相对较小的烟雾产生的颗粒灵敏度更高。此次设计采用了MQ-2离子型烟雾传感器，其探测范围相对较广，稳定性较好、灵敏度较高，且与系统的控制器接口电路相对简易。烟雾传感器模块原理图如图3所示，数据引脚接稳定输出的上拉电阻后接P1.0口。
2.3继电器驱动模块。通常，工作电压低的单片机控制系统其工作电流较小，因而，无法直接对大功率的用电设备进行驱动，所以，常常用继电器作为单片机与用电设备的接口连接电路。通过控制单片机的输出口的高、低控制电平，即可控制继电器的连通，从而控制与其连接的电气设备与回路。继电器驱动模块原理图如图4所示，单片机P2.6口控制继电器通断。
3软件设计
本次设计为了配合相关硬件电路的工作，还与之配套地设计了上、下位机的相关软件程序。下位机的软件程序部分包含单片机系统程序、MQ-2烟雾监测器采集程序、WIFI模块的通信以及继电器驱动程序。同时为了使本次设计有更好的人机对话和交互体验，还自主设计了基于LabVIEW技术的火灾自动报警监测控制上位机软件系统[3]。
3.1ESP8266连接路由器。ESP8266通过路由器连接上位机的实现，连接上位机时ESP8266使用到的指令：（1）将8266设置为STA模式：AT+CWMODE=1（2）设置完之后重启：AT+RST（3）8266连接路由器发出的WiFi：AT+CWJAP=“WiFi名”,“WiFi密码”（4）启动多连接：AT+CIPMUX=1（5）建立server：AT+CIPSERVER=1（6）通过协议、IP和端口连接服务器：AT+CIPSTART=0,“TCP”,“192.168.1.1”,5000（7）发送数据的长度：AT+CIPSEND=0,8（8）发送数据：12345678借助网络调试助手，服务器可以通过监听窗口看到接收到的“12345678”字符串。至此，ESP8266WiFi模块连接到了由路由器构建的局域网中[4]。
3.2下位机主流程图。下位机主流程图如图5所示。首先开始系统初始化，完成相关端口配置，同时将ESP8266WiFi模块设置为服务器模式。系统终端采集的烟雾数据经STC15单片机处理后，相关数据由串口2利用WIFI模块通过无线路由传输给上位机正压送风监控系统。上位机系统进行数据实时显示、记录，同时根据阈值设定情况发送相应控制命令，STC15单片机接收并处理相关控制命令，如此循环往复[5]。下位机主流程图如图5所示。
3.3上位机拓扑图。配合本系统工作的远程火灾自动监测与控制在系统后台内置IP地址设置，以连接相应的路由器，并与各采集终端联网构成采集系统网络。主要工作界面包括阈值设置、当前采集数据显示、烟雾报警显示、数据存储、调控等几个方面。将当前系统时间和烟雾浓度进行显示，并定时发送采集到的烟雾浓度数据。如果烟雾浓度过高则发出报警信号，即可控制风机与风门，进行正压送风。并将烟雾浓度数据记录在文本中[6]。上位机拓扑结构图如图6所示。
4结果与分析
该系统以单片机为控制核心，一方面通过烟雾传感器采集烟雾浓度参数，另一方面通过WIFI模块传输数据和接收控制命令。监测与报警的工作流程是：烟雾传感器采集浓度数据，由单片机处理后，相关参数经过WIFI模块和无线路由器接入工作站，上位机客户端应用软件将下位机所采集到的烟雾浓度数值实时地进行波形显示并进行文本记录，当前烟雾浓度超过所预先设定的报警阈值时，上位机进行报警指示，应用软件发送控制指令控制相应电气回路工作，控制流程为，控制指令经过无线路由器、WIFI模块至下位机，下位机控制继电器驱动正压送风控制电气回路动作，开启相应的电气设备。系统的工作运行图如图7所示。当前系统采集的烟雾数值为236，高于系统设置的阈值230，上限报警灯亮起，同时同步发送了控制命令，接通继电器模块，开启了正压送风系统，反之，则系统不动作。同时，系统将相关的采集数据以文本形式记录，以备日后查阅和调取。记录格式如图8所示。
5结束语
本项目设计的基于WIFI的移动正压送风系统监测系统，其成本低廉，仅需ESP8266WiFi模块配合单片机外接烟雾传感器，就可以很好地实现变复杂的工程布线为简易的无线通信配置，硬件控制电路简化，非常适合非固定式场所如简易工棚等的移动消防所需，同时配合上位机监控软件可以实时、高效和准确的监测。该系统可对火灾做出有效控制，将火灾损害降低，并能很好地克服了目前的固定式楼宇正压送风系统的存在的应用局限性问题，对今后的智能楼宇的消防监测以及疏散指示等系统的设计有很好的借鉴意义。
作者:谈敏 万滨源 单位:江阴职业技术学院电子信息工程系