一种垃圾桶火灾监测及预处理设备的制作方法

1.本发明涉及垃圾桶火灾预防技术领域，特别涉及一种垃圾桶火灾监测及预处理设备。


背景技术：

2.校园内露天临时堆放分类垃圾桶放置散乱极易发生火灾，新闻上也是偶有报道，且发生于夏秋交际时节，天气还处于不是非常干燥的时段，而若到达冬季，垃圾桶起火的概率则会大大增加，据不完全统计，2021年以来，仅公交司机扑灭的垃圾桶火情就达近十起，经过调研发现现在垃圾桶的火灾主要有以下几个原因引起：1.发生化学反应、2.焚烧垃圾不慎、3.不良习惯引燃垃圾，即便目前市面有阻燃塑料的材料，但多数垃圾桶皆未采用阻燃性设计，就算是使用金属的垃圾中转站也是无法完全避免火灾危害，为此面对此类危险，现设计一种垃圾桶火灾检测及预处理设备，避免小小火星造成巨大损失。


技术实现要素：

3.(一)要解决的技术问题
4.本发明的目的是提供一种垃圾桶火灾监测及预处理设备，用以解决现有的垃圾桶易发生火灾且无法第一时间监测到进行处理，造成严重经济损失的缺陷。
5.(二)发明内容
6.为了解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：一种垃圾桶火灾监测及预处理设备，包括继电器、火灾检测器、控制器以及执行器，所述继电器、控制器、火灾检测器和执行器之间电连接，所述继电器为四路继电器且采用分时取样预防干扰，所述火灾检测器利用光、热、气监测环境数据，所述控制器通过数据分析判断火灾发生，所述执行器包括预处理装置且配合控制器触发报警，所述执行器预处理装置为水泵。
7.优选的，所述控制器具有14个数字引脚和1个模拟引脚，串口、iic、spi多种通信方式使用，所述控制器采用wifiduino-8266控制器且核心开发板为esp8266开发板，且wifiduino-8266控制器提供wifi支持。
8.优选的，所述火灾检测器包括火焰传感器、温度传感器以及一氧化碳传感器。
9.优选的，所述火焰传感器用于探测火源或波长在760～1100nm范围内的光源。
10.优选的，所述火焰传感器探测角度达60度且设2个m3安装孔固定安装。
11.优选的，所述火焰传感器工作环境温度范围为-25～85℃。
12.优选的，所述温度传感器由信号放大转换模块和铠装k型热电偶探头组成，所述铠装k型热电偶探头采用pt100电阻式高温探头且温度在30-350℃范围内探测。
13.优选的，所述一氧化碳传感器采用mq7一氧化碳传感器应用于检测空气中co浓度，浓度检测范围在20-2000ppm之间，所述一氧化碳传感器通过表面电位计调节使用灵敏度。
14.优选的，所述执行器执行模块预处理装置还包括app报警，即利用wifi联网方式将报警信息推送至手机app。
15.优选的，所述水泵采用高电平触发的12v直流供电，配合继电器控制通断。
16.(三)有益效果
17.本发明提供的一种垃圾桶火灾监测及预处理设备，其优点在于：
18.1、在现有垃圾桶的基础上改造加装该产品设备，本设备基于esp8266芯片控制器，实现传感器数据的近实时读取、判断与执行器的触发，火灾预处理执行器经过利弊权衡选择水泵，在火灾发生的两秒内供水进行灭火，能够迅速有效的遏制火灾的发生，有效保护社会财产安全与用户人身安全。
19.2、垃圾桶基础上加装具有较低的升级成本可以有利于产品的普及，在下一代产品中计划可加入测距传感器，可以知道垃圾桶内垃圾的高度，方便调度管理，使垃圾桶火灾不再发生。
附图说明
20.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
21.图1为本发明的电器接线结构示意图；
22.图2为本发明的逻辑框图。
23.图中的附图标记说明：1、继电器；2、控制器；3、火焰传感器；4、温度传感器；5、一氧化碳传感器；6、水泵。
具体实施方式
24.为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
25.在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
26.请参阅图1-2，本发明提供的一种垃圾桶火灾监测及预处理设备，包括继电器1、火灾检测器、控制器2以及执行器，继电器1、控制器2、火灾检测器和执行器之间电连接，火灾检测器利用光、热、气监测环境数据，控制器2通过数据分析判断火灾发生；
27.具体实施例一，火灾检测器监测火灾发生，火焰燃烧是可燃物与氧气或空气进行快速放热和发光的氧化反应过程，以火焰形式除盐，燃烧过程，燃料、氧气和燃烧产物三者之间进行动、热能量和物质的传递，燃烧同时会产生大量二氧化碳，密闭或半密闭空间则会同时产生一氧化碳，是一种对人体危害极大的气体，根据综合考虑火灾检测器结合多种传感器进行环境检测，及火灾检测器包含检测特殊光谱范围的火焰传感器3、大量程的高温温
度传感器4和一氧化碳传感器5；
28.控制器2具有14个数字引脚和1个模拟引脚，串口、iic、spi多种通信方式使用，控制器2采用wifiduino-8266控制器且核心开发板为esp8266开发板，且wifiduino-8266控制器提供wifi支持；
29.具体实施例二，研发设计时控制器2选择要求需要低算力，低延时且具有wifi功能，为此选取wifiduino控制器，wifiduino-8266是使用esp8266作为核心开发板，相对于传统arduino控制器，wifiduino-8266提供wifi支持，配合物联网软件平台blinker可以更轻松地构建物联网项目；
30.具体实施例三，此外选择该控制器2的好处也有配套的手机app可以方便的实现设备间通信与运行监控，开发方面兼容arduino ide对于之前使用过arduino的人来说几乎没有上手成本；
31.火灾检测器包括火焰传感器3、温度传感器4以及一氧化碳传感器5，火焰传感器3用于探测火源或波长在760～1100nm范围内的光源，火焰传感器3探测角度达60度且设2个m3安装孔固定安装，火焰传感器3工作环境温度范围为-25～85℃；
32.具体实施例四，火焰的热辐射具有离散光谱的气体辐射和连续光谱的固体辐射，不同燃烧物的火焰辐射强度、波长分布有所不同，但对应火焰温度的近红外波长域及紫外光域具有很大的辐射强度，为此选择该火焰传感器3，利用火焰产生的红外线对它非常敏感的特点，当火焰亮度变大时，火焰传感器3管脚间的阻抗变小，当火焰亮度变小时，发出的红外线越少，火焰传感器3管脚间的阻抗变大；
33.具体实施例五，火焰传感器3的探测角度达60度，对火焰光谱特别灵敏，2个m3安装孔，可以稳定模块不会旋转，能在-25到85摄氏度下工作，性能稳定可靠，尽管这款传感器是用来感知火焰，但是它并不防火，因此使用时需要与火焰保持距离，以免烧坏传感器；
34.温度传感器4由信号放大转换模块和铠装k型热电偶探头组成，铠装k型热电偶探头采用pt100电阻式高温探头且温度在30-350℃范围内探测；
35.具体实施例六，传统ds18b20传感器仅能测量125℃以内温度，超过需考虑其他传感器，该温度传感器4采用工业用pt100电阻式高温探头，通过高温模块，实现30-350℃范围内温度探测，虽然还达不到火焰的燃烧温度，但在起火之初的检测已经足够，温度传感器4由信号放大转换模块和铠装k型热电偶探头组成，当k型热电偶探头置于高温热源时，探头两端由于热电效应产生一个与温度呈正比的微弱电压，信号放大转换模块采用专用芯片将这个微弱的电压信号进行放大、模数转换与相应补偿，最终通过向主控器发送探头的测量温度；
36.一氧化碳传感器5采用mq7一氧化碳co传感器应用于检测空气中co浓度，浓度检测范围在20-2000ppm之间，一氧化碳传感器5通过表面电位计调节使用灵敏度；
37.具体实施例七，一氧化碳产生的条件比较特殊，但也不能忽视，即在垃圾桶盖处于关闭状态甚至是垃圾密度大情况，就会因为氧气不足而燃烧产生一氧化碳，较高浓度时能使人出现不同程度中毒症状，危害人体的脑、心、肝、肾、肺及其他组织，甚至电击样死亡，该一氧化碳传感器5采用mq7一氧化碳(co)传感器，适用于检测空气中的co浓度，它可以检测20到2000ppm之间的co气体浓度，可以通过电位计调节灵敏度。它的基本原理是当外部的一氧化碳扩散，到达了气体传感器的时候，传感器会将化学能转化为电能，输出端就会产生电
流的输出，如果外界的co的浓度增加，那么气体传感器的输出电流也会随之增加，它们二者是呈正比的关系，电流的变化在经过报警装置时，电流会被放大，实现报警功能；
38.执行器包括预处理装置且配合控制器触发报警，执行器预处理装置为水泵6，水泵6采用高电平触发的12v直流供电，配合继电器1控制通断，执行器执行模块预处理装置还包括app报警，即利用wifi联网方式将报警信息推送至手机app；
39.具体实施例八，执行器分为两部分，分别是app报警和火灾预处理，其中app报警通过wifi的方式联网将报警信息推送至手机app，为了实现通过wifi与app通信就需要调用blinker的库，以完成网络参数的初始化和通讯函数，相比之下水泵的控制就简单很多，因为水泵采用的是12v直流供电，所以只需要用继电器1控制正极或者负极的通断就可以，同样是采用高电平触发。火灾预处理就是在系统发现有火灾发生而工作人员还未到位的时间内，通过一定手段灭火，灭火器的种类很多，按所充装的灭火剂则又可分为：泡沫、干粉、卤代烷、二氧化碳、清水等；
40.其中：干粉灭火剂是用于灭火的干燥且易于流动的微细粉末，由具有灭火效能的无机盐和少量的添加剂经干燥、粉碎、混合而成微细固体粉末组成。利用压缩的二氧化碳吹出干粉(主要含有碳酸氢钠)来灭火；
41.泡沫灭火器：泡沫从灭火器中喷出，覆盖在燃烧物品上，使燃着的物质与空气隔离，并降低温度，达到灭火的目的；
42.二氧化碳灭火器：内部的二氧化碳灭火剂便由虹吸管经过瓶阀到喷筒喷出，使燃烧区氧的浓度迅速下降，当二氧化碳达到足够浓度时火焰会窒息而熄灭，同时由于液态二氧化碳会迅速气化，在很短的时间内吸收大量的热量，因此对燃烧物起到一定的冷却作用，也有助于灭火；
43.清水灭火器：在灭火时，由水汽化产生的水蒸气将占据燃烧区域的空间、稀释燃烧物周围的氧含量，阻碍新鲜空气进入燃烧区，使燃烧区内的氧浓度大大降低，从而达到窒息灭火的目的；
44.考虑到压力容器的运输、储存、控制要求都比较高，尤其是室外垃圾桶可能会被阳光直射，使用压力容器的灭火器会有较大的危险，而垃圾站旁一般会配有洗手池，取水较为方便，即便是没有洗手池，那垃圾站配备一个小的储水箱的成本也并不高，故选择水泵6作为灭火预处理的执行器；
45.继电器1为四路继电器且采用分时取样预防干扰；
46.具体实施例九，wifiduino控制器的模拟接口只有一个，但是使用的三个传感器全部是模拟量，所以最后使用一个多路继电器模块，进行分时取样，某一时刻下仅接通一个传感器到a0接口，其他传感器的信号线进入悬空状态，也就是说这个时刻，仅读取连通的那个传感器数据，其他传感器是悬空状态，故不存在传感器之间相互干扰的问题；
47.传感器中只有温度传感器4的返回值需要映射成温度单位，其他两个都可以直接读取a0口的模拟量使用，而温度的比较麻烦，需要调用温度传感4的官方库，除此之外，还需要控制三路继电器1的通断来分时读取传感器的返回值，继电器1设置为高电平触发，也就是说，当继电器1的控制单为高电平时com端和no端才会接通，否则为悬空状态，所以在读取相应的传感器数据之前要先设置继电器1的状态；
48.原理：(1)火灾判断：因为需要测量的三个值都是近似线性变化的，所以只需要设
置一个阈值，当任何一个传感器数值超过这个阈值就认为是已经发生火灾，并立刻触发执行模块，(2)实验：确定判断火灾是否发生的阈值大小，因为co的发生不可控并且对人体危害大，故无法在此次项目中测量，故只采用两倍于正常数值的阈值，温度传感器4设定为60摄氏度，已经可以比较好的避开阳光直射垃圾桶带来的影响，火焰传感器3则使用多种火源在5cm-10cm的地方进行采样，取其最小值作为阈值，最终可以快速检测有火灾异常发生并立刻触发执行机构尽可能的将火灾扼杀在摇篮之中。
49.在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
50.以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，其中所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性的劳动的情况下，即可以理解并实施。
51.最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。