圖清單圖序號圖名稱頁碼圖2-1單相短路示意圖4圖2-2正常漏電流6圖2-3非正常漏電流7圖3-1調(diào)查系統(tǒng)示意8圖3-2現(xiàn)場調(diào)查示意圖9圖4-1低壓電氣火災鑒定結(jié)構(gòu)框圖14圖5-1STC89C52單片機引腳圖16圖5-2DS18B20溫度傳感器引腳圖17圖5-3測溫原理圖17圖5-4溫度傳感器接口電路18圖5-5MQ-2半導體氣體煙霧傳感器19圖5-6ADC0832引腳圖20圖5-7煙霧濃度采集電路20圖5-8時鐘電路21圖5-9復位電路21圖5-10顯示電路23圖5-11按鍵電路23圖5-12應(yīng)用電路圖24圖5-13電源電路25圖5-14原理圖26圖6-1主程序流程圖29圖6-2主程序初始化流程圖30圖6-3平均值濾波法程序流程圖31圖6-4報警子程序流程圖32圖6-5鍵盤處理子程序33圖6-6仿真圖34

表清單表序號表名稱頁碼表1-12016-2020全國火災情況統(tǒng)計表2表2-1在室溫條件下不同截面積銅鋁導線的最大載流量4表5-1LCD1602引腳功能表22表5-2無線模塊引腳圖241概述1.1研究目的和意義由低壓電氣原因引發(fā)的火災是一種非常常見的火災類型，自從進入21世紀以來中國的經(jīng)濟水平飛速發(fā)展國民收入升高，各行各業(yè)的用電量在不斷地增加，由低壓電氣原因?qū)е碌幕馂陌l(fā)生概率呈明顯上升趨勢，帶來的危害和損失居高不下，嚴重影響了國民的生命和財產(chǎn)安全。根據(jù)應(yīng)急管理部消防救援局最新數(shù)據(jù)，我國2020年全國共接報火災25.2萬起，死亡1183人，受傷775人，直接財產(chǎn)損失40.09億元，2019年全國共接報火災23.3萬起，亡1335人，傷837人，直接財產(chǎn)損失36.12億元，與2019年的數(shù)據(jù)相比，火災發(fā)生次數(shù)和人員傷亡有所下降，但是經(jīng)濟損失加劇。根據(jù)2020年公布的數(shù)據(jù)統(tǒng)計，全國居民住宅火災10.9萬起，占火災總數(shù)的43.4%，生產(chǎn)企業(yè)共發(fā)生火災9264起，占總數(shù)的3.7%，商業(yè)場所發(fā)生火災6679起，文娛賓館飯店發(fā)生火災6320起，倉儲場所發(fā)生火災4161起，建筑工地發(fā)生火災2682起，合計占總數(shù)的7.9%，雖然占的比例較低，但是往往造成較大經(jīng)濟損失和社會影響。從分月情況上看，由于1-3月受新冠疫情影響大部分人閑置在家所以事故較低，隨著疫情的減少企業(yè)復工火災事故也開始增加。在9-10月以后氣候開始變化，天干物燥加上電量增多，火災事故也在增加。從電氣火災占比看，違規(guī)電氣安裝引發(fā)的火災共8.5萬起，占總數(shù)的33.6%，還有1萬起火災原因尚未查明，預計后續(xù)電氣火災比重還將提高。其中，因電氣引發(fā)的較大火災36起，占總數(shù)的55.4%。從電氣火災的分類看，因短路、過負荷、接觸不良等問題引發(fā)的占總數(shù)的68.9%，因故障、使用不當?shù)仍O(shè)備問題引發(fā)的占總數(shù)的26.2%，其他電氣原因引發(fā)的占4.9%。據(jù)住建部公布的數(shù)據(jù)，我國每年在建建筑面積130多億平米，高層建筑已達62萬多棟，由于大多數(shù)的低壓線路在建筑物內(nèi)部，火災的預防和救助壓力及難度仍將持續(xù)增大。因此，分析低壓電氣火災發(fā)生原因，研究相應(yīng)處理措施，對降低火災事故發(fā)生率有十分重要的意義。表1-12016-2020全國火災情況統(tǒng)計表年份火災數(shù)（萬）死亡人數(shù)受傷人數(shù)經(jīng)濟損失（億）202025.2118377540.09201923.3133583736.12201823.7140779836.75201728.1139088136201631.21582106537.21.2國內(nèi)外現(xiàn)狀目前各國的專家進行了大量的研究來預防和應(yīng)對現(xiàn)在日益突出的電氣火災事故。對于這些問題的研究主要為以下部分：對火災進行分類和定性；對火災的成因和防范；對火災原因的認定；對火災現(xiàn)場勘探方法的研究。通過對以下的研究使得事故原因變的更加準確，為后續(xù)的預防工作打下堅實基礎(chǔ)。1.3本課題研究的內(nèi)容（1）分析各種可能引發(fā)火災的電氣故障；（2）分析和闡述各種鑒定方法；（3）針對現(xiàn)在火災事故尋找火災源頭困難，設(shè)計一個裝置。可以在火災發(fā)生前可以預警，火災發(fā)生后可以無線發(fā)出信號用于確定起火源頭。2低壓線路常見電氣故障火災原因分析通過消防局數(shù)據(jù)表明低壓電氣火災是我國火災中最為常見的一種，主要原因有：低壓線路絕大多數(shù)在建筑物中肉眼無法細致的觀察到，由于屋內(nèi)可燃物較多且燃點較低非常容易引起火災；隨著居民收入增加用電設(shè)備增加，老舊的線路不堪重負；低壓電路故障時自身就可以引起火災；發(fā)生故障時間短、產(chǎn)生的溫度高讓人無法反應(yīng)。低壓電氣起火的主要原因有短路故障、過負荷故障、接地故障和漏電故障，通過對這幾種現(xiàn)象的分析研究可以預防解決火災。2.1短路故障短路：在正常工作的電氣線路中，由于意外使得兩條電壓不同的導線接觸在一起并且形成了有電流通過的回路，這種現(xiàn)象就叫短路。當短路發(fā)生時新形成的回路中的電流較大，因為接觸處往往沒有絕緣層的保護，所以非常容易產(chǎn)生耀眼的電火花和電弧。電火花的瞬間溫度可以到達到3000℃，可以達到橡膠或塑料絕緣層的燃點繼而引燃周邊易燃物，最終導致火災的發(fā)生。在正常工作的回路中由于有負載阻抗的存在使得電流為，當發(fā)生短路時，此時新的回路沒有負載阻抗只有線路的內(nèi)阻則短路電流為。然而阻抗大于內(nèi)阻，即R＞r，由公式可得短路電流大于正常電流，即＜，由于內(nèi)阻遠小于阻抗短路故障電流可達到正常工作電流的幾十倍。因為導線的發(fā)熱量和電流的平方成正比所以短路電流通在這些接觸點時，會產(chǎn)生高溫從而有可能引燃易燃物，最終導致火災發(fā)生。短路的常見原因有；絕緣層長時間處于不良環(huán)境中導致絕緣能力下降;絕緣層老化或受損導致導線裸露;導線受到擠壓后發(fā)生形變；相鄰的兩條線路上有金屬物件或者其他生物接觸充當導體;電線與周圍物體接觸摩擦導致絕緣層損壞;電壓超過導線的耐壓值使導線絕緣被擊穿;長時間過電流使得線路過熱最終絕緣受損。圖2-1單相短路示意圖2.2過負荷故障不同材質(zhì)和截面積的導線通過的電流量是不同的，過負荷就是指電器工作時通過導線的電流量超過了導線的最大承載電流值從而使得導線散熱能力下降。在電流在通過導線時因為導線具有內(nèi)阻會發(fā)熱，發(fā)熱量又和電流有著絕對的關(guān)系，所以導線大電流時就會嚴重的發(fā)熱，長時間的高溫會破壞絕緣層的分子結(jié)構(gòu)最后導致導線絕緣層出現(xiàn)變化失去原有的能力。當線路嚴重過載時超過了導線的散熱就會產(chǎn)生異常的高溫,達到絕緣體燃點后自燃，引發(fā)火災。過負荷產(chǎn)生的原因：運行設(shè)備過多導致負荷超過預設(shè)值;導線截面積小或者材質(zhì)選擇錯誤;某一線路發(fā)生漏電故障導致相鄰線路過負荷;放置導線的位置散熱條件差;諧波電流引起相線或中性線過負載。表2-1在室溫條件下不同截面積銅鋁導線的最大載流量材料截面積11.52.546101625銅17A21A28A35A48A65A91A120A鋁9A14A23A30A40A53A74A90A2.3接觸故障接觸故障指帶電導體與其它金屬接觸后形成新的回路大多數(shù)情況下會造成短路，一般接觸故障發(fā)生的位置比較隱蔽，人眼不能輕易觀察到，同時形成的情況比較復雜不易排除，所以接觸故障引起火災的可能性較大。2.3.1故障電流起火發(fā)生接觸故障時，產(chǎn)生的故障電流除通過正常的回路流回導線外，還可以通過接觸的金屬導體流向大地，不僅有火災的風險還有電擊到人類的風險。由于有接地電阻的存在使得故障電流不像短路電流一樣大，因此斷路器難以分辨故障電流和正常電流不能及時的關(guān)斷電源。通常故障電流以短路電流的形式存在電路中，實驗表明0.2A及以上的的故障電流就可以所產(chǎn)生電弧，溫度可以達到3000℃，這超過了絕大多數(shù)物質(zhì)的燃點，如果附近有可燃物就會被引燃最終造成火災，如果地線或其他導線選擇較小型號的導線時，在通過較大故障電流時，導線的溫度也會升高，就像過負荷電流一樣最會引起火災。2.3.2故障電壓起火發(fā)生接觸故障時金屬導體除了有故障電流以外同時也會有對地故障電壓，接地故障電壓不僅增加了人類被電擊的風險，還會因為與其他的金屬接觸導致電弧的產(chǎn)生，實驗表明15V的電壓就可以在兩個金屬間產(chǎn)生電弧，電弧的溫度超過了大多數(shù)可燃物的燃點非常容易引起火災。2.3.3接線端子連接不實起火一個電氣設(shè)備如果電源端接線端口斷開那么這個設(shè)備就會停止工作，這種故障現(xiàn)象明顯易發(fā)現(xiàn)。當電源接線端連接不實或者地線端不牢固時，電氣設(shè)備依舊可以正常工作但是出現(xiàn)事故的風險也在加大，接線端子不實故障一般發(fā)生在一些不易察覺的地方，當故障發(fā)生時，如果是電源端口脫落就會變成短路故障從而引起火災，如果是接地端子出現(xiàn)脫落掉在電源端子上時，因為有大地導流，故障電流不大，斷路器不能正常切斷電源從而導致接觸處不斷有電流通過，而接觸處由于氧化反應(yīng)導致電阻升高最終產(chǎn)生高溫或電弧，將設(shè)備周圍可燃物點燃從而引起火災。接觸故障的原因：安裝時不負責導致連接點不牢。設(shè)備的工作環(huán)境導致接頭松動或脫落;線路連接處未進行清理有雜物;由于接頭的材質(zhì)不同沒有使用合適的方法處理。2.4漏電漏電是指導線外層絕緣材料的絕緣能力較差從而被電氣擊穿，繼而使得導線與導線或者是大地之間有電流通過的現(xiàn)象。低壓線路在正常工作時，由于電氣線路自身的特點導致有電容存在并且對整個系統(tǒng)放電，所以整個電氣系統(tǒng)的導電線上都有微弱的漏電流。由于此電流比較小整個線路的絕緣并不會因此受到損害，如圖2-2所示。但當某些意外事件發(fā)生導致導線或者絕緣層被破壞，因此接觸到地面或者其他導體相時，則發(fā)生非正常漏電形成新的回路，如圖2-3所示。此時漏電流通過線路故障點和大地構(gòu)成了漏電回路。漏電產(chǎn)生的原因（1）長時間的使用導致絕緣層達到使用壽命從而失效或者半失效；（2）線路處于不良環(huán)境中導致絕緣能力降低；（3）長時間處于最大載流量或者超過最大載流量導致絕緣層受熱快速老化損毀；（4）接口連接處沒有采用正確的處理方法導致絕緣層受損失效；（5）導線長時間受到磨損。圖2-2正常漏電流圖2-3非正常漏電流2.5小結(jié)本章主要分析了幾種易于引發(fā)火災的電氣故障，敘述了故障產(chǎn)生的具體原因。發(fā)現(xiàn)除了導線自帶的故障以外，問題主要還是出現(xiàn)在安裝和使用兩方面，建議加強這兩方面的檢查和指導。3火災鑒定火災鑒定主要是通過現(xiàn)場初步勘查尋找各種火災證據(jù)，然后調(diào)查走訪詢問火災發(fā)生前的各種異常情況，再通過收集各類證據(jù)進行技術(shù)鑒定尋找起火原因，最終進行綜合分析得出結(jié)論的過程。3.1火災原因認定原則火災原因認定是調(diào)查火災的重要組成部分，現(xiàn)場調(diào)查人員的業(yè)務(wù)能力，分析現(xiàn)場燃燒后殘留物，燃燒時的狀態(tài)和規(guī)律，目擊者的證詞等都會影響最終的判定結(jié)果。火災原因認定是結(jié)合大量學科和經(jīng)驗的產(chǎn)物，如果忽視了某一環(huán)節(jié)就會導致結(jié)果出現(xiàn)偏差影響最后的結(jié)果認定。分析火災的原因，首先需要結(jié)合時間空間關(guān)系分析殘留物和痕跡，然后根據(jù)火焰的燃燒方向找到起火點，最后通過仔細分析起火點找到起火原因。可以引起火災的原因較多有物理原因和化學原因，各種原因引發(fā)的火災所留下的痕跡和殘留物也是不一樣的。所以，火災認定是一項復雜的過程，需要結(jié)合物理學化學和燃燒學的知識，過程是反復勘察分析，有時還需要推翻之前的結(jié)果重新調(diào)查，每一個環(huán)節(jié)都需要仔細和認真，這樣最后的結(jié)果才有信服力。3.2

火災鑒定方法火災事故的調(diào)查認定是由現(xiàn)場勘查、調(diào)查詢問、技術(shù)鑒定3個部分組成，而每個部分又由多個子系統(tǒng)組成，通過它們之間的相互聯(lián)系從而形成一個整體。圖3-1調(diào)查系統(tǒng)示意3.2.1現(xiàn)場勘查現(xiàn)場勘查是指對發(fā)生火災的地方進行實地檢查、發(fā)掘火災殘留物、尋找火災發(fā)展痕跡的過程。勘探人員不僅要將采集到的物證交給技術(shù)鑒定，還要和走訪人員交流證據(jù)。根據(jù)實際需要，火災現(xiàn)場勘查分為環(huán)境勘查（確定重點位置）、初步勘查（確定起火部位）、細項勘查（確定起火點）、專項勘查（確定起火源，起火物）四個步驟進行，期間還要和其他部門溝通交流使得調(diào)查結(jié)果更加準確，具體流程如圖3-2所示。圖3-2現(xiàn)場調(diào)查示意圖3.2.2調(diào)查訪問調(diào)查訪問是了解火災的第一選擇，通過對有關(guān)人員的調(diào)查訪問了解火災的發(fā)展情況，通過證言、照片、監(jiān)控等材料對尋找起火點、起火源、起火原因有著重要的幫助，為現(xiàn)場勘探和后續(xù)的技術(shù)分析提供參考作用。3.2.3技術(shù)鑒定目前分析電氣火災的技術(shù)鑒定方法主要有六種，這六種方法是宏觀分析法、金相分析法、成分分析法、剩磁分析法、綜合分析法、模擬試驗法。通過這六種電氣火災鑒定方法可以對目前絕大多數(shù)的電氣火災進行分析研究并且對以后的火災預防工作起到重要的幫助。通過勘探人員火現(xiàn)場取樣和走訪人員的情況說明制定技術(shù)鑒定方案，這可以使得認定結(jié)果更加的快速和準確，也可以通過技術(shù)鑒定來指導勘探人員快速的發(fā)現(xiàn)新的物證。（1）宏觀分析法：導線在火災發(fā)生時會受到高溫熔化，除非全部消失，不然都可以找到殘留的痕跡，通過觀察分析其外觀仍可以得到當時環(huán)境的特征。例如一次短路故障就是由導線自身短路引發(fā)的，由于短路瞬間的高溫導致導線短路處的導線融化，其熔珠表面光滑。二次短路故障發(fā)生在火焰和高溫條件下，由于處于高溫環(huán)境導致導線被熔化，但是火焰的溫度低于短路瞬間產(chǎn)生的溫度，二次熔斷產(chǎn)生的熔珠表面粗糙有氣泡，因此可以區(qū)別一次、二次短路熔痕。（2）金相分析法：在火災現(xiàn)場中，通過金相顯微鏡觀察導線表面可以發(fā)現(xiàn)在不同因素導致的火災中導線表面組織結(jié)構(gòu)不同，可也通過這種方法來尋找火災發(fā)生的原因。（3）成分分析法：當火災發(fā)生時導線受到高溫融化后形成熔珠，在形成的過程中會裹挾一些物質(zhì)最終顯現(xiàn)在熔珠表面，通過分析這些物質(zhì)的含量和來源就可以用來尋找火災的原因。（4）剩磁分析法：由于電流具有磁效應(yīng)會產(chǎn)生穩(wěn)定磁場，如果磁場中有金屬體就會被磁化，當電流變化時磁場也會隨之變化，兩者的變化關(guān)系成正比，磁場增強就會使得金屬體的含磁量增加。正常工作時電流產(chǎn)生磁場強度小，被磁化的金屬體上的含磁量也較小。如果電流突然變大，磁場強度就會升高，金屬導體就會有較大的含磁量。通過檢測剩余磁量的多少就可以判定火災前是否短路或雷擊產(chǎn)生的大電流。（5）綜合分析法：分為局部綜合分析法和整體綜合分析法，局部綜合就是指將依據(jù)現(xiàn)場有的痕跡來分析電氣設(shè)備各部分之間的關(guān)系，從而判斷火災的原因。而電氣火災的整體綜合方法是指分析起火點和所有的設(shè)備之間的關(guān)系通過觀測痕跡得出它們之間的相互關(guān)系。（6）模擬試驗法：根據(jù)當時的狀況，在專用的模擬試驗裝置內(nèi)進行起火原因試驗，通過保持和火災之前相同的電氣條件和結(jié)構(gòu)布置，以試驗的結(jié)果作為確定起火原因的依據(jù)，這種技術(shù)鑒定方法就叫模擬試驗法。通過介紹這六種技術(shù)鑒定方法發(fā)現(xiàn)絕大多數(shù)的電氣火災都可以通過分析找到起火原因。但是，技術(shù)鑒定只是以現(xiàn)有的證據(jù)來分析得到的結(jié)論只能用來參考，必須與實地勘測和調(diào)查訪問結(jié)合起來，這樣才能使結(jié)論更加可信。3.2.4綜合分析認定綜合分析將所有結(jié)論匯總，結(jié)合幾種數(shù)據(jù)進行分析，去除不合理的因素，最終得到詳細的原因。3.3短路火災鑒定方法短路火災是導線之間產(chǎn)生短路故障所引起，此類火災大多數(shù)是由短路電弧引起的。這類火災特點是故障點處往往由電弧作用的痕跡，例如熔珠或者電擊痕跡，一般情況下短路點附近起火，并導致回路異常斷電。現(xiàn)場勘察：①尋找起火點處的短路痕痕跡；②觀察熔斷器斷路器的狀態(tài)；③大多數(shù)情況下只有故障點處絕緣層燒毀其他位置完好。技術(shù)鑒定：可以對熔痕進行宏觀分析鑒定，可以用金相分析法分析末端的金相組織，或者用剩磁法檢查剩磁量。調(diào)查訪問：詢問當事人生火災前是否有符合短路特征的電量變化現(xiàn)象。3.4過負荷火災鑒定方法過負荷火災最基本特點是電流的熱效應(yīng)會在整條線路上，短路產(chǎn)生的高溫之只集中在故障處。因此，過負荷形成的高溫痕跡可以在整條過負荷線路上發(fā)現(xiàn)，不僅要觀察起火點還要觀察其他位置的導線。現(xiàn)場勘察：①絕緣層是否變色起泡；②絕緣層內(nèi)層是否燒焦松弛脫落；③長時間的過負荷可能導致線芯熔化形成斷節(jié)絕緣層碳化。技術(shù)鑒定：可以通過金相分析，外火作用形成的熔痕金相組織為粗大的等軸晶，過負荷金相組織呈密細的胞狀晶,調(diào)查取證：①根據(jù)導線截面的大小和電氣設(shè)備的功率，確認是否有過負載現(xiàn)象;②檢查三相電路是否因為負載差距大導致三相不平衡;③檢查火災場所是否存在大量非線性負載使得中性線受到影響導致過負荷;④檢查線路的散熱條件。3.5接觸故障火災鑒定方法接觸故障火災的形成是往往由于電壓或者電流的存在導致某一位置溫度升高或者有電弧出現(xiàn)，發(fā)生的位置較為隱蔽不易發(fā)現(xiàn)，同時留下高溫痕跡或者電弧痕跡。現(xiàn)場勘察：①電線、電纜的接頭處；②開關(guān)、插座、儀表的接線端子處；③電氣設(shè)備的接頭處；④各種安全元件的接頭處；⑤線路分支線接頭處。技術(shù)鑒定：接觸不良大多數(shù)發(fā)生在接頭處，接頭處受長時間高溫作用，金相組織會有變化與其他位置的金相組織比較將有明顯差異，由此可以用來判斷接觸故障。調(diào)查取證：①起火部位接線及檢查維修情況；②起火部位以前是否發(fā)生過故障情況；③火災前電氣使用情況。3.6漏電故障火災鑒定方法根據(jù)2.4節(jié)的分析，漏電故障火災是由于漏電電流回路中某一位置存在電阻，當電流流過時某一位置發(fā)熱或者有電弧產(chǎn)生，最終引燃可燃物最終變成火災。這種情況，漏電處或者有電阻處都有可能引起火災。（1）技術(shù)鑒定：可以通過兆歐表測量絕緣電阻值，用絕緣值來代表導線是否漏電，如果示數(shù)不為0，則可認為無漏電點。接地處就可以通過測量電阻值來確定，由于瞬間的溫度會使得二者連接在一起形成短接，因此整個漏電回路電阻較小。（2）調(diào)查取證：漏電熔痕通常形成在局部一點，形成漏電痕跡后就很難破壞，通過觀察其外形和痕跡就可以分辨出來。3.7小結(jié)火災的原因認定是一個復雜的過程，大多數(shù)情況下由消防隊負責現(xiàn)場勘探，警方負責走訪調(diào)查，科研機構(gòu)負責技術(shù)鑒定。由于火災的成因是復雜的，由于工作人員的水平不同導致有些痕跡被破壞掉了或者送來鑒定的物證不全面使得結(jié)果不權(quán)威。因此不能單純的將技術(shù)檢測結(jié)果作為最終結(jié)果，需要結(jié)合三種方法來得到最終的結(jié)果。

4火源鑒定器的設(shè)計思路電氣火災是一種十分嚴重的火災發(fā)生形式，且一旦發(fā)生過程迅速，造成的范圍較大，易引發(fā)其他的連鎖反應(yīng)造成起火源認定不清，責任劃分錯誤。因此設(shè)計了這款火源鑒定器，為尋找起火點，分析火災原因提供幫助。本次設(shè)計的火源鑒定器具有事前預防和事后提供起火點的作用。4.1火源鑒定器設(shè)計思路當火災發(fā)生時會產(chǎn)生大量的煙霧同時對外釋放熱能導致溫度上升。本次設(shè)計的火源鑒定器就是基于這些特點設(shè)計。本設(shè)備通過鑒定環(huán)境中的溫度或者煙霧濃度來判斷是否發(fā)生火災，本設(shè)備具體有溫度傳感器、煙霧傳感器、單片機、聲光報警裝置、顯示器、無線信號傳輸裝置。本設(shè)計中主要有溫度檢測電路和煙霧檢測電路。傳感器采集到的信號通過轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換后發(fā)送到單片機中。單片機按照設(shè)置程序?qū)?shù)據(jù)進處理，同時數(shù)據(jù)也與設(shè)定值進行比較，看是否大于預設(shè)值，如果達到預設(shè)值則報警電路被激活發(fā)出報警提醒同時啟動遠程無線報警為后期尋找起火源提供幫助，調(diào)整預設(shè)值也很方便，可以通過按鈕來調(diào)節(jié)。以上是根據(jù)系統(tǒng)應(yīng)具有功能的總體設(shè)計概念。4.2系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)框架系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖如圖4-1所示，本次設(shè)計以單片機為核心，配合其他的元件共同完成信號采集、顯示、報警、按鍵輸入等功能。系統(tǒng)采用高性能的51系單片機，它具有工作穩(wěn)定、通用性強、功耗低、精確性好及可靠的優(yōu)點，而且體積小，，成本低。設(shè)計的信號采集電路有一個溫度傳感器和一個煙霧傳感器來采集數(shù)據(jù)，當有一個數(shù)據(jù)滿足條件時就會報警提醒。圖4-1低壓電氣火災鑒定結(jié)構(gòu)框圖

5硬件方案的設(shè)計5.1單片機的選擇單片機是整個系統(tǒng)最關(guān)鍵的一部分，通過預設(shè)好的程序?qū)?shù)據(jù)進行處理并且將數(shù)據(jù)傳給其他的裝置。對于單片機來說運算速度最高的要求，對于用戶來說運算速度也是優(yōu)先考慮的性能指標。較快的運算速度可以更快的實現(xiàn)用戶的需求，例如實時的觀測到現(xiàn)場溫度和煙霧濃度。當計算速度和接口功能要求都得到了滿足時，再選擇精確性、可靠性及抗干擾性都符合要求的單片機就可以進行下一步操作了。由于單片機具有體型小功能多的特點越來越多的行業(yè)開始使用它了，在眾多類型的單片機之中，現(xiàn)在的單片機由于長時間的發(fā)展使得它的技術(shù)、性能和價格較其他裝置有很大的優(yōu)勢。其中51系列單片機較其他系列的單片機優(yōu)點多，例如性價比高，可以連接多個裝置，程序存儲空間大，基于以上的優(yōu)點本設(shè)計采用STC89C52單片機。STC89C52是一種集眾多功能于一體的微控制器，具有高性能低功耗的優(yōu)點，使用先進的技術(shù)制造使得它不會丟失數(shù)據(jù)，在兼容性方面，可以完全兼容上代產(chǎn)品。片上Flash適于常規(guī)編程器內(nèi)存可以達到8K，可以在線編程。基于以上的這些優(yōu)點，STC89C52可以有效、靈活的控制系統(tǒng)。STC89C52具體功能介紹：RAM容量256字節(jié)，I/O口有32個全部為雙工串行口，F(xiàn)lash常規(guī)編程器有8k字節(jié)，數(shù)據(jù)指針2個，2級中斷結(jié)構(gòu)，三個定時器/計數(shù)器，有片內(nèi)時鐘電路，支持2種節(jié)電模式。在空閑模式條件下，CPU停止工作，其他部件繼續(xù)工作。在掉電保護方式下，振蕩器停止工作，RAM中的數(shù)據(jù)被保存直到下次復位信號到來。具體引腳如圖5-1所示。圖5-1STC89C52單片機引腳圖5.2溫度采集電路溫度傳感器是溫度電路中重要的一部分，傳感器將溫度轉(zhuǎn)換成電信號通過導線將數(shù)據(jù)傳送給單片機，單片機通過設(shè)置的程序就可以處理這些信號最終得到精確的溫度值，所以一個合理的傳感器可以決定一個溫度采集電路的精度。方案1：PT100溫度傳感器。PT100傳感器內(nèi)部含有鉑金屬制成的電阻，它有一個明顯的特點就是電阻會隨著溫度而改變。并且變化符合一定的函數(shù)關(guān)系式，函數(shù)關(guān)系式為。根據(jù)這個關(guān)系式通過計算就可知道環(huán)境的溫度。PT100傳感器優(yōu)點是抗振動、穩(wěn)定性好、準確度高、耐高壓。缺點是使用復雜維護價格高。方案2：DS18B20溫度傳感器。DS18B20溫度傳感器是一種半導體溫度傳感器，通過內(nèi)置的裝置可以將溫度轉(zhuǎn)換為電信號，它有一個特點可以采用總線的模式連接多個傳感器，使得測量結(jié)果更加準確。它的優(yōu)點是測量精度高、性價比好。通過分析兩個方案可以發(fā)現(xiàn)，DS18B20傳感器優(yōu)勢明顯一是可以直接輸出數(shù)字信號不需要轉(zhuǎn)換就可以供單片機使用，二是相較于PT100使用簡單價格低廉，因此選擇方案2的DS18B20傳感器。圖5-2DS18B20溫度傳感器引腳圖DS18B20傳感器工作原理：傳感器內(nèi)部存在一個低溫度系數(shù)晶振和一個高溫度系數(shù)晶振。低溫度系數(shù)晶振不受環(huán)境的影響可以產(chǎn)生一個固定的頻率脈沖，高溫度系數(shù)晶振頻率會因為環(huán)境的變化而變化。低溫度系數(shù)晶振將脈沖信號發(fā)送給減法計數(shù)器1，高溫度系數(shù)晶振將脈沖信號發(fā)送給減法計數(shù)器2。計數(shù)器1和溫度寄存器事先預置基準值，然后計數(shù)器1得到信號后開始減法計數(shù)直到減為0，此時溫度寄存器加1，然后計數(shù)器1開始循環(huán)的做減數(shù)計算。當計數(shù)器2計數(shù)到0時那么溫度寄存器就會停止，此時溫度寄存器中的數(shù)值即為所測溫度。圖5-3測溫原理圖（2）DS18B20可以用電源直接供電方式，工作電壓為3-5.5V。此時DS18B20的1號引腳連到接地端，2號引腳作為信號端連接到單片機，3號引腳連接供電電源，其接口電路如圖5-4所示。圖5-4溫度傳感器接口電路5.3煙霧濃度采集電路5.3.1煙霧傳感器煙霧傳感器是本次設(shè)計中用來采集煙霧信號的，它能夠?qū)熿F濃度信息轉(zhuǎn)換為電信號傳送到單片機，通過檢測電信號的強弱能夠知道煙霧的濃度或者其他的信息，從而為檢測、監(jiān)控、報警打下基礎(chǔ)。方案一：接觸燃燒式煙霧傳感器工作原理是當煙霧進入傳感器時會與內(nèi)部特殊涂層發(fā)生化學反應(yīng)放出熱量，檢測熱量的元為鉑金屬絲，當鉑金屬受熱時阻值會上升，通過測量電阻值變化，就知道濃度。缺點是探頭容易損耗，后期的維護成本高。方案二：半導體煙霧傳感器半導體煙霧傳感器是由氧化物半導體陶瓷材料或者單晶半導體器件制作。工作原理是可燃氣體在半導體表面會發(fā)生反應(yīng)從而使得半導體的阻值發(fā)生變化。半導體煙霧傳感器具有耐用、靈敏度高、體積小巧、性價比高、維修簡單的優(yōu)點。缺點是選擇性較差。方案三：離子感煙傳感器離子感煙傳感器內(nèi)部有兩極板，可以將原本不導電的空氣電離成正負離子。正常時兩極板之間的電流、電壓都是穩(wěn)定的，如果有煙霧進入兩極板間，那么正負離子就會吸附到煙霧粒子上，最終使得兩極板之間的電流發(fā)生改變，通過檢測電流的變化就可以知道煙霧的濃度。方案四：光電式感煙傳感器光電式感煙傳感器主要由光源、光敏元件和電子開關(guān)組成。正常工作時，光源發(fā)出的光可以直接照射到光敏元件上，受到光照后就會使得電子開關(guān)打開，從而使得整個電路導通。當煙霧進入時，由于煙霧顆粒不透光就會導致照射到光敏元件上的光減少，從而使得部分電子開關(guān)關(guān)閉使得整體電路的電流變小。。通過對比發(fā)現(xiàn)半導體煙霧傳感器比較適合本次設(shè)計，優(yōu)點比其他傳感器多價格還便宜，因此選擇此類傳感器。本次設(shè)計選擇的半導體煙霧傳感器為MQ-2型煙霧傳感器。它主要由二氧化錫半導體氣敏材料制成，屬于表面離子式N型半導體。通過吸附空氣中的煙霧從而使其電阻值增加，由這種特性就可以知道煙霧濃度，煙霧濃度越高，輸出電阻越低，則輸出的模擬信號就越大。圖5-5MQ-2半導體氣體煙霧傳感器5.3.2A/D轉(zhuǎn)換器ADC0832是一種有著8個串行接口的模數(shù)轉(zhuǎn)化器，通過三線接口與單片機連接，功耗低性價比高，適合在小型儀器上使用。ADC0832分辨等級可以達到256級，完全滿足絕大多數(shù)的模數(shù)轉(zhuǎn)換需求。ADC0832芯片可以輸出雙數(shù)據(jù)并且進行數(shù)據(jù)校驗減少數(shù)據(jù)誤差，轉(zhuǎn)換速度快且穩(wěn)定性高。通過調(diào)節(jié)DI數(shù)據(jù)輸入端可以實現(xiàn)通道功能的選擇。其主要特點如下:（1）8位分辨率;（2）5V電源供電;（3）輸入信號的電壓范圍大;（4）輸入和輸出電平與TTL和CMOS兼容;（5）轉(zhuǎn)換時間短;（6）有兩個模擬信號輸入端；（7）能耗低。ADC0832具體引腳如圖5-6所示，1號引腳CS(片選使能信號)、2號引腳CHO（模擬量輸出通道1）、3號引腳CH1（模擬量輸出通道2）、4號引腳GND（接地端）、5號引腳D1（數(shù)據(jù)信號輸入）、6號引腳D0（數(shù)據(jù)信號輸出）、7號引腳CLK（芯片時鐘輸入）、8號引腳VCC（電源輸入端）。圖5-6ADC0832引腳圖本設(shè)計采用MQ-2型煙霧氣體傳感器，將采集到的模擬量信號傳送到ADC0832芯片中，經(jīng)過模數(shù)轉(zhuǎn)換變?yōu)閿?shù)字量再傳送到單片機中。具體電路如圖4-7所示。圖5-7煙霧濃度采集電路5.4時鐘電路單片機運行需要時鐘電路，如果沒有時鐘電路產(chǎn)生時鐘驅(qū)動，那單片機就不能執(zhí)行程序。單片機內(nèi)部是由時序電路組成的，需要時鐘驅(qū)動使單片機正常工作，然而時鐘電路就是一個振蕩器，給單片機提供一個節(jié)拍，不同的振蕩器可以提供不同頻率的街拍，單片機必須在這個節(jié)拍的控制下才能正確的執(zhí)行各種操作。本次設(shè)計選擇12MHZ的晶振，由于晶振工作時會產(chǎn)生額外的電感，因此需要在兩端加上電容并且接地來消除干擾。具體電路如圖5-8所示。圖5-8時鐘電路5.5復位電路當系統(tǒng)不能正常運行，我們需要系統(tǒng)復位從而讓單片機再次進入工作狀態(tài)，而STC89C52單片機引腳9是RST復位引腳，復位引腳是高電平有效。所以，出現(xiàn)問題時給高電平信號就可以使系統(tǒng)復位從而再次工作。單片機一般有手動復位和自動復位兩種復位方法，本論文使用手動復位的方法，通過按鍵的方式來控制復位信號，當按鈕按下后電路導通復位端變成高電平。具體電路如圖5-9所示。圖5-9復位電路5.6顯示電路本設(shè)計使用LCD1602型液晶屏，它是一種專門用來顯示的點陣型液晶模塊。具有功耗低、體積小、顯示內(nèi)容比數(shù)碼管豐富的特點。LCD1602由兩排點陣字符位共計32個組成，每個點陣字符位都可以顯示一個字符，每個字符模塊都有間距可以起到隔離的作用。具體引腳功能如表5-1。表5-1LCD1602引腳功能表引腳號引腳名稱功能1GND電源地端2VCC5V電源正極3VL液晶顯示器對比度調(diào)整端4RS寄存器選擇5RW讀寫信號線。6EN使能端7D08位雙向數(shù)據(jù)端8D18位雙向數(shù)據(jù)端9D28位雙向數(shù)據(jù)端10D38位雙向數(shù)據(jù)端11D48位雙向數(shù)據(jù)端12D58位雙向數(shù)據(jù)端13D68位雙向數(shù)據(jù)端14D78位雙向數(shù)據(jù)端15BL+背光正極16BL-背光負極由引腳表可知，4-14號引腳為數(shù)據(jù)端口需要和單片機連接。本設(shè)計D0-D7與P1的8個端口連接，RS、RW、EN端口與P2的端口連接。具體電路如圖5-10所示。圖5-10顯示電路5.7按鍵電路本設(shè)計采用四個按鍵，功能分別為緊急報警、提高報警預設(shè)值、降低報警預設(shè)值和進入設(shè)置模式，同時公共端接地形成回路。圖5-11按鍵電路5.8無線傳輸模塊本設(shè)計使用HC05藍牙模塊作為無線傳輸裝置，本模塊支持UART接口，并支持SPP藍牙串口協(xié)議，優(yōu)點是成本低、功耗低、靈敏性高。圖5-12應(yīng)用電路圖表5-2無線模塊引腳圖管腳號名稱類型功能描述1UART-TXCMOS輸出串口數(shù)據(jù)輸出2UART-RXCMOS輸入串口數(shù)據(jù)輸入3NC雙向NC（請懸空）4NC雙向NC（請懸空）5P00雙向可編程輸入/輸出口6P01雙向可編程輸入/輸出口7P40雙向可編程輸入/輸出口8P35雙向可編程輸入/輸出口9P45雙向可編程輸入/輸出口10NC雙向NC（請懸空）11RESETBCMOS輸入復位/重啟鍵(低電平復位123.3V電源輸入+3.3V電源13GND地地14P27雙向可編程輸入/輸出口15P10雙向可編程輸入/輸出口16P14雙向可編程輸入/輸出口17P36雙向可編程輸入/輸出口18NC雙向NC（請懸空）19NC雙向NC（請懸空）20NC雙向NC（請懸空）21GND地地22GND地地23NC雙向NC（請懸空）24P12輸出狀態(tài)指示LED口25P05輸出主機中斷指示口26P06雙向可編程輸入/輸出口27P07雙向可編程輸入/輸出口28P23雙向可編程輸入/輸出口29P24雙向可編程輸入/輸出口30P26雙向可編程輸入/輸出口31NC雙向NC（請懸空）32NC雙向NC（請懸空）33P04雙向可編程輸入/輸出口34P11雙向可編程輸入/輸出口5.9電源本系統(tǒng)采用DC電源接口作為電源接口，連接器更小，節(jié)省空間，使用壽命高，是一種專門為數(shù)碼設(shè)備使用的電源接口。圖5-13電源電路5.10總體電路圖圖5-14原理圖5.11小結(jié)本章主要介紹了硬件構(gòu)成，該系統(tǒng)主要有溫度和煙霧兩個信息采集電路，單片機的最小系統(tǒng)是由復位電路和時鐘電路組成，它們是系統(tǒng)的最基本組成。按鍵電路則可以調(diào)整報警范圍，在不同的環(huán)境中可以靈活地調(diào)整報警值。報警電路和無線傳輸電路則是用來提醒。6火源鑒定器的軟件設(shè)計6.1單片機調(diào)試及開發(fā)工具本設(shè)計的軟件編程使用的是KeilC51，此軟件簡單易學且數(shù)據(jù)庫豐富，能夠?qū)^大部分的51系列單片機進行設(shè)計。隨著單片機開發(fā)技術(shù)的發(fā)展，已有多種機器語言可以進行軟件編寫開發(fā)，本設(shè)計其中以C語言編程。C語言具有以下特點：（1）語言簡潔、緊湊，使用方便、靈活；（2）運算符豐富；（3）數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)豐富；（4）可以進行結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計；（5）可以直接對計算機硬件進行操作；（6）生成的目標代碼清晰明朗；（7）可移植性好。6.2火源鑒定器軟件流程本設(shè)計中，主要通過軟件設(shè)計來處理信號、數(shù)字濾波、液晶顯示、按鍵功能設(shè)置以及聲光警報。6.2.1主程序設(shè)計及流程圖首先系統(tǒng)初始化，然后對按鍵進行掃描，其次進行數(shù)據(jù)處理后，經(jīng)過比較后判斷是否報警。同時將數(shù)據(jù)送入顯示器中顯示溫度值。主程序流程圖如圖6-1所示圖6-1主程序流程圖6.2.2主程序初始化流程圖程序開始執(zhí)行初始化子程序，這部分功能包括檢查各種接口輸入輸出狀態(tài)和寄存器數(shù)據(jù)的清除。首先設(shè)定定時初值50ms，作為取值間隔。然后設(shè)置定時器0，選擇方式1。當使用方式1是定時器的工作寄存器TH1、TL1參與操作。接下檢查中斷允許位置，設(shè)置報警限初值。主程序初始化流程圖如圖6-2所示。圖6-2主程序初始化流程圖6.2.3數(shù)字濾波子程序設(shè)計及流程圖在進行數(shù)據(jù)采樣時，有可能會受到干擾。當干擾存在時就會影響數(shù)據(jù)的準確性，如果我們只以一次結(jié)果為準那么很容易發(fā)生誤報。為此，我們可采取平均濾波法，先對多個采樣數(shù)據(jù)進行比較，然后計算數(shù)據(jù)的平均值。這種方法可以去除瞬間干擾的影響，也可以提高數(shù)據(jù)的準確性減少錯誤的可能。本次數(shù)字濾波的設(shè)計中計數(shù)值取10次。即采10次采樣的數(shù)據(jù)，計算平均值并且將其送入寄存器中供單片機使用。平均濾波法的程序流程圖如圖6-3所示。圖6-3平均值濾波法程序流程圖6.2.4報警子程序設(shè)計及流程圖當溫度或者煙霧濃度超過報警設(shè)定值時，報警電路啟動發(fā)出聲響提醒人們采取措施。為了防止瞬間的干擾引起報警，本設(shè)計在程序上采用了延時的功能。圖6-4報警子程序流程圖6.2.5控制按鍵設(shè)計子程序及流程圖按鍵處理子程序流程圖如圖6-5所示，為了防止誤報在程序中采用了延時去抖的功能，圖5-5鍵盤處理子程序

6.3仿真圖圖5-6仿真圖

7總結(jié)本文主要介紹了低壓電氣火災的原因和鑒定的方法，通過各種分析提出綜合意見并且提出了自己的建議。從我國目前發(fā)展水平來看，低壓電氣火災是不可能避免的，因為有些故障現(xiàn)象不容易發(fā)現(xiàn)，給了人們僥幸心理認為自己是安全的從而放松警惕導致事故發(fā)生，為了預防事故發(fā)生必須要有一個嚴格的檢查和管理措施，從根本上解決原因來減少火災的發(fā)生。參考文獻[1]2020年全國火災形勢保持平穩(wěn)[J].中國消防,2021(01):12-14.[2]賈傳圣，張飛.低壓電氣火災的預防與預測[J].科技傳播，2013，5:46-47.[3]李軍.低壓配電系統(tǒng)電氣故障分析與研究[D].沈陽工業(yè)大學，2013.[4]張學楷.低壓線路常見電氣火災原因分析認定及預防措施研究[D].重慶大學，2005.[5]XuLD，HeW，LiS.InternetofThingsinIndustries:ASurvey[J].IEEETransactionsonIndustrialInformatics，2014,10(4):2233-2243.[6]JiH.MiaoL.DongJ.IndoorEnvironmentRemoteMon