臺(tái)灣位在地震活躍區(qū)環(huán)太平洋火山帶中，菲律賓海板塊和歐亞板塊交界上。菲律賓海板塊以每年平均 82mm 朝西北碰撞歐亞板塊，因此地震頻繁，每當(dāng)?shù)卣饋砼R時(shí)常常會(huì)在新聞媒體看見門窗變形造成逃生不易，許多人家中都有電器產(chǎn)品，很多人為了貪圖方便使用延長(zhǎng)線，常?？吹揭粋€(gè)延長(zhǎng)線上插滿了許多的電器產(chǎn)品，使延長(zhǎng)線超過負(fù)荷或是電線破損造成電線短路引發(fā)火災(zāi)，使得生命與財(cái)產(chǎn)受到威脅。
目前市面上的逃生系統(tǒng)，都只有在災(zāi)害發(fā)生時(shí)會(huì)亮起導(dǎo)引裝置，並無實(shí)際上可降低災(zāi)害的傷亡 率，而本組希望利用盛群微控制器與電子相關(guān)領(lǐng)域的知識(shí)，以及所參考的相關(guān)書籍與文獻(xiàn)設(shè)計(jì)出一套當(dāng)?shù)卣鸹蚧馂?zāi)發(fā)生時(shí)，語音會(huì)發(fā)出提醒，且傳送警告訊息至使用者手機(jī)，提醒使用者，讓使用者有較 寬裕的時(shí)間逃生，在地震發(fā)生時(shí)，為了避免門窗變 形導(dǎo)致逃生的時(shí)間延誤或是因?yàn)闈鉄熢斐芍舷⑴c嗆暈，門窗會(huì)自動(dòng)打開，並將家中電器的電源切斷，以免發(fā)生電線走火，造成更嚴(yán)重的災(zāi)害。若是發(fā)生火災(zāi)，會(huì)啟動(dòng)灑水功能，一方面降低溫度，一方面減緩火勢(shì)的蔓延，進(jìn)一步降低因?yàn)?zāi)害所造成的傷亡，並且開啟排煙系統(tǒng)加速排煙。本作品的功能性、創(chuàng)新性與實(shí)用性如下所示：
功能性
*可偵測(cè)家中是否有人--發(fā)生火災(zāi)或地震時(shí)，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)偵測(cè)家中是 否有人，以判斷是否要將門自動(dòng)開啟，若有 人時(shí)會(huì)自動(dòng)開門，反之則否。
*可自動(dòng)開門/窗功能
--發(fā)生火災(zāi)或地震時(shí)，門窗會(huì)自動(dòng)打開，避免 門窗因地震或火災(zāi)，變形或過熱無法開啟。
--開啟窗戶後，火災(zāi)發(fā)生時(shí)產(chǎn)生的濃煙可以排 出去，不會(huì)因?yàn)闆]有打開窗戶而造成濃煙聚 集在屋裡。
--窗戶開啟後，有利於消防人員或相關(guān)人員的 救災(zāi)行動(dòng)。
*可與警衛(wèi)室連線--發(fā)生火災(zāi)或地震時(shí)，警衛(wèi)室的 LED 燈會(huì)點(diǎn) 亮，使警衛(wèi)能在第一時(shí)間做出適當(dāng)?shù)奶幚怼?/span>
*可自動(dòng)斷電--發(fā)生火災(zāi)或地震時(shí)，將自動(dòng)斷電以降低電線 走火的機(jī)率。
*可自動(dòng)灑水--發(fā)生火災(zāi)時(shí)，會(huì)自動(dòng)灑水，以降低溫度並減 緩火勢(shì)蔓延。
*可自動(dòng)排煙--發(fā)生火災(zāi)時(shí)，會(huì)自動(dòng)排煙，避免被煙嗆傷與 阻擋視線。
*可顯示屋內(nèi)人數(shù)--當(dāng)救災(zāi)人員到場(chǎng)時(shí)，可以確認(rèn)當(dāng)時(shí)家中是否 有人。
*可自動(dòng)撥打119--發(fā)生火災(zāi)時(shí)，會(huì)自動(dòng)撥打 119 給消防中心，可加速救災(zāi)行動(dòng)。
*可傳送災(zāi)害地點(diǎn)給消防中心--發(fā)生火災(zāi)時(shí)，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)將發(fā)生火災(zāi)的地點(diǎn) 傳給消防中心，以利其可快速到達(dá)災(zāi)害地點(diǎn)，快速滅火與搶救受害者。
*具語音警報(bào)功能--發(fā)生火災(zāi)或地震時(shí)，語音裝置會(huì)發(fā)出語音，以供使用者做出相對(duì)應(yīng)的處理。
*具手機(jī)提醒功能--發(fā)生火災(zāi)或地震時(shí)，系統(tǒng)會(huì)透過藍(lán)牙傳送訊 息至使用者手機(jī)，以提醒使用者。
創(chuàng)新性
本作品的創(chuàng)新性在於，當(dāng)有地震或火災(zāi)時(shí)，系統(tǒng)將會(huì)在發(fā)生的第一時(shí)間透過手機(jī)通知使用者，並連線至警衛(wèi)室，再將門與窗戶自動(dòng)開啟，如此一來，可以避免門窗因地震或火災(zāi)而導(dǎo)致門窗變形或過熱熱無發(fā)開啟。當(dāng)發(fā)生火災(zāi)時(shí)，本系統(tǒng)將透過灑水系統(tǒng)自動(dòng)灑水，以降低溫度並減緩火勢(shì)，進(jìn)一步降低因?yàn)?zāi)害所造成的傷亡，並且開啟排煙系統(tǒng)，然後傳送災(zāi)害地點(diǎn)給消防中心。
實(shí)用性
因本作品具備了上述的創(chuàng)新性與功能性，所以其實(shí)用性是顯而易見的。由於地震與火災(zāi)是每個(gè)人都會(huì)經(jīng)歷到的，相信只要家中使用本系統(tǒng)的話，一定可讓使用者用的安安心心，遠(yuǎn)離危險(xiǎn)，活的長(zhǎng)長(zhǎng)久久。
控制電路及工作原理
具智慧安全的災(zāi)害管控裝置的完整電路圖
圖1所示為本作品具創(chuàng)新性與實(shí)用性的「具智慧安全的災(zāi)害管控裝置」之完整電路圖，製作方法是以盛群HT66FU70A單晶片為主要控制核心，來控制該作品的其他周邊產(chǎn)品，例如煙霧感測(cè)模組、地震感測(cè)模組、藍(lán)牙模組、灑水模組、微動(dòng)開關(guān)、LED、紅外線發(fā)射/接收器、步進(jìn)馬達(dá)與語音模組等。元件互相的溝通方法就藉由盛群微控制器來當(dāng)作溝通橋樑，讓整體系統(tǒng)更加完善，以下是本作品中HT66FU70A微控制器與週邊相關(guān)元件的控制電路與工作原理。
| 圖1 : 具智慧安全的災(zāi)害管控裝置的完整電路 |
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煙霧感測(cè)模組
關(guān)於煙霧感測(cè)模組的控制電路，其中DOUT接至HT66FU70A微控制器的PC.5接腳，若所測(cè)煙霧的濃度值超過設(shè)定的閥值時(shí)，則DOUT會(huì)輸出低電位，反之，所測(cè)氣體的濃度值低於設(shè)定的閥值時(shí)，則DOUT 輸出高電位。
當(dāng)DOUT輸出低電位，即PG.3=0時(shí)，微控制器會(huì)立即透過語音裝置發(fā)出相對(duì)應(yīng)的語音以及控制電磁閥進(jìn)行灑水的動(dòng)作，以避免煙霧過大造成某種程度上的損失與傷害。
電磁閥
圖2為電磁閥之控制電路圖，其中(a)圖中的電磁閥用於控制門的開與關(guān)，單晶片透過PG.1接腳控制電磁閥的開與關(guān)。當(dāng)電磁閥通電時(shí)，門會(huì)打開，反之若電磁閥處於不導(dǎo)通狀態(tài)時(shí)，則門不會(huì)打開。當(dāng)微控制器接收到發(fā)生地震或是火災(zāi)的訊號(hào)時(shí)，它會(huì)過接腳 PG.1送出一低電位的信號(hào)，即PG.1=0，令繼電器導(dǎo)通→電磁閥通電→門打開，讓屋內(nèi)的人可以很迅速地脫離災(zāi)害現(xiàn)場(chǎng)，以降低傷害與避免死亡。
至於(b)圖中的電磁閥則用於控制灑水器的開與關(guān)，單晶片透過PD.1接腳控制電磁閥的開與關(guān)，當(dāng)電磁閥通電時(shí)，灑水器會(huì)開始灑水，反之則否。當(dāng)微控制器接收到來自煙霧感測(cè)模組的訊號(hào)時(shí)，它會(huì)透過接腳PD.1送出一個(gè)低電位的信號(hào)，即PD.1=0，令繼電器導(dǎo)通→電磁閥通電→灑水器開始灑水，以降低溫度與減緩火勢(shì)的蔓延。
地震感測(cè)模組
地震感測(cè)模組的控制電路圖，主要是用於偵測(cè)是否有地震發(fā)生，其中S接腳接至單晶片的PC.4接腳，當(dāng)模組上的感測(cè)器偵測(cè)到搖晃時(shí)，若搖晃程度過大時(shí)，則S接腳輸出高電位，反之則輸出低電。當(dāng)HT66FU70A所連接的地震感測(cè)器偵測(cè)到過度的搖晃時(shí)，會(huì)立即透過語音裝置發(fā)出相對(duì)應(yīng)的語音以及驅(qū)動(dòng)電磁閥將門打開。
紅外線發(fā)射/接收器
紅外線感測(cè)模組的控制電路，一共有二組主要是用來偵測(cè)是否有有人進(jìn)出門之用，其中第一組的紅外線的接收端 (裝在門外) 接至HT66FU70A的PG.2 接腳，第二組的紅外線的接收端(裝在門內(nèi)) 則接至微控制器的PG.3接腳。若有人從門外進(jìn)入門內(nèi)，則PG.2與PG.3會(huì)依序分別為高電位，反之若有人從門內(nèi)走出門外，則PF.4與PF.3會(huì)依序分別為高電位，以此為依據(jù)就可判斷人是進(jìn)門或出門，進(jìn)而計(jì)算出家裡是否有人或無人了。
步進(jìn)馬達(dá)
圖3為步進(jìn)馬達(dá)的控制電路圖，主要是用來控制窗戶的開/關(guān)之用，其中ULN2803A為一具有8個(gè)通道的高電壓，大電流特性的達(dá)靈頓電晶體陣列。因一個(gè)四相步進(jìn)馬達(dá)需四個(gè)達(dá)靈頓電晶體方能驅(qū)動(dòng)，所以ULN2803A可同時(shí)驅(qū)動(dòng)二個(gè)步進(jìn)馬達(dá)。於本系統(tǒng)中只要經(jīng)由PC.0~PC.3接腳送出步進(jìn)馬達(dá)之單相正/反轉(zhuǎn)激磁信號(hào)，即可令步進(jìn)馬達(dá)轉(zhuǎn)動(dòng)，進(jìn)而帶動(dòng)窗戶開與關(guān)。
藍(lán)牙模組
本系統(tǒng)藍(lán)牙模組(FBT06) 的控制電路，由於二者之間的通訊是採(cǎi)用UART的方式，所以只需將模組上的TxD、RxD 與微控制器的PA.3(RxD) 與PA.1(TxD) 連接就可以進(jìn)行串列資料的傳輸，串列資料的傳輸?shù)膫鬏斔俣葹?600 bps。HT66FU70A可透過藍(lán)牙模組將相關(guān)資料傳給手機(jī)上以及讀取手機(jī)傳過來的資料。
語音與音頻放大器模組
圖4為本系統(tǒng)語音與音頻放大器模組的控制電路圖，主要是用來令喇叭發(fā)出相關(guān)的中文語音之用。圖中語音模組(MP380) 的控制方法有很多種，有普通直放模式與UART模式，在此是採(cǎi)用普通直放模式。其中語音模組上的P5與P6分別接至HT66FU70A微控制器的PC.7與PC.6接腳。想要令語音模組撥出已錄製好的相對(duì)應(yīng)的語音檔案，HT66FU70A必須透過PC.7與PC.6分別送出一個(gè)下降緣的觸發(fā)信號(hào)。輸出的語音經(jīng)TDA7266音頻功率放大模組可將聲音放大。注意，直放模式只能操作根目錄內(nèi)的文件，也就是說使用此一模式前，必須確保根目錄內(nèi)有可識(shí)別的 MP3 格式的音樂。
七段顯示器
圖5為本系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)七段顯示器的控制電路，主要是用來顯示室內(nèi)人數(shù)之用，HT66FU70A微控制器只要經(jīng)由PE.0~PE.3接腳送出0~9的二進(jìn)制碼，就可以令七段顯示器顯示相對(duì)應(yīng)的數(shù)值。圖中74LS47為一個(gè) BCD 到七段解碼器/驅(qū)動(dòng)器的元件，用來驅(qū)動(dòng)共陽型的七段顯示器之用。
斷電系統(tǒng)
圖6為斷電系統(tǒng)的控制電路圖，主要是用於切斷電源之用，HT66FU70A單晶片透過PD.0接腳控制繼電器的導(dǎo)通與否，當(dāng)繼電器導(dǎo)通時(shí)，電燈因電源被切斷而熄滅，反之則否。當(dāng)微控制器接收到來自地震感測(cè)器或煙霧感測(cè)器的信號(hào)時(shí)，它會(huì)透過接腳 PD.0 送出一個(gè)低電位的信號(hào)，即 PD.0=0，令繼電器導(dǎo)通→電燈熄滅以示電源被切斷，以避免電線走火而發(fā)生火災(zāi)。
微動(dòng)開關(guān)
微動(dòng)開關(guān)的控制電路主要是用於判斷窗戶是否已全開，當(dāng)窗戶在開啟碰到裝在窗邊的微動(dòng)開關(guān)時(shí)，即全開時(shí)，PG.0接腳的電壓準(zhǔn)位會(huì)因接地之故而為低電位，即PG.0=0，當(dāng)HT66FU70A偵測(cè)到PG.0=0時(shí)，會(huì)立即停止步進(jìn)馬達(dá)的轉(zhuǎn)動(dòng)，以免馬達(dá)繼續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)而受損。
警示燈
圖7為警示燈的控制電路圖，主要是用於控制警衛(wèi)室的警示燈之用，當(dāng)發(fā)生地震或火災(zāi)時(shí)，HT66FU70A微控制器會(huì)經(jīng)由PB.6與PB.7接腳分別送出一個(gè)低電位的信號(hào)，令相對(duì)應(yīng)的警示燈點(diǎn)亮，以提醒警衛(wèi)有狀況發(fā)生了，可供其能在第一時(shí)間做出相對(duì)應(yīng)的處理。
風(fēng)扇
圖8為風(fēng)扇的控制電路圖，主要是排煙之用，當(dāng)發(fā)生火災(zāi)時(shí)，微控制器會(huì)經(jīng)由PG.4 接腳送出一個(gè)低電位的信號(hào)，即PG.4=0，令電晶體導(dǎo)通→風(fēng)扇開啟代表啟動(dòng)排煙系統(tǒng)，避免被煙嗆傷與阻擋視線。
作品結(jié)構(gòu)
圖9為本作品『具智慧安全的災(zāi)害管控裝置』的系統(tǒng)方塊圖，以 HT66FU70A 為主要的系統(tǒng)核心，來控制周邊諸如，紅外線感測(cè)器，門與窗戶的開啟，煙霧感測(cè)模組、藍(lán)牙模組、灑水模組、微動(dòng)開關(guān)、步進(jìn)馬達(dá)與語音模組等元件，以完成整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)作，本作品之系統(tǒng)功能描述如下所示：
當(dāng)發(fā)生火災(zāi)或地震時(shí)，智慧逃生系統(tǒng)的功能就會(huì)馬上啟動(dòng)，其功能包含發(fā)出警報(bào)聲與傳送警告訊息至使用者機(jī)，來提醒使用者發(fā)生火災(zāi)或地震，並連線至警衛(wèi)室，使警衛(wèi)能在第一時(shí)間做妥善的處理，為了避免門窗變形並節(jié)省逃生的時(shí)間，所有的門窗會(huì)自動(dòng)打開，另外打開窗戶的時(shí)候，火災(zāi)發(fā)生時(shí)產(chǎn)生的濃煙也可以排出去，不會(huì)因?yàn)闆]有打開窗戶而造成濃煙聚集在屋裡，從窗戶救災(zāi)的時(shí)候也便利許多，此外本系統(tǒng)在災(zāi)害發(fā)生時(shí)，會(huì)將家中電器的電源切斷，以免發(fā)生電線走火，造成更嚴(yán)重的災(zāi)害。在發(fā)生火災(zāi)時(shí)，會(huì)自動(dòng)灑水，以降低溫度並減緩火勢(shì)，並且開啟風(fēng)扇可以加速排煙。
| 圖9 : 具智慧安全的災(zāi)害管控裝置之系統(tǒng)方塊圖 |
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| 圖10 : 具智慧安全的災(zāi)害管控裝置控制流程圖 |
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測(cè)試方法
本作品『具智慧安全的災(zāi)害管控裝置』的相關(guān)元件有煙霧感測(cè)模組、地震感測(cè)模組、藍(lán)牙模組、灑水模組、微動(dòng)開關(guān)、步進(jìn)馬達(dá)與語音模組等，這些相關(guān)元件的測(cè)試方法如下。
*煙霧感測(cè)模組測(cè)試--當(dāng)模組上的感測(cè)器檢測(cè)到煙霧時(shí)，相對(duì)應(yīng)的 LED 會(huì)點(diǎn)亮，表示正常。
*地震感測(cè)模組測(cè)試--當(dāng)模組上的感測(cè)器檢測(cè)到震動(dòng)時(shí)，相對(duì)應(yīng)的 LED 點(diǎn)亮?xí)r，表示正常。
*風(fēng)扇測(cè)試--煙霧模組偵測(cè)到濃煙時(shí)，若風(fēng)扇會(huì)啟動(dòng)表表示相關(guān)電路OK，反之則否需檢測(cè)之。
*開門裝置測(cè)試--室內(nèi)有人且發(fā)生地震或火災(zāi)時(shí)，若會(huì)自動(dòng)彈開，表示相關(guān)電路正常，反之則檢測(cè)相 關(guān)電路與程式。
*語音模組測(cè)試--發(fā)生地震或火災(zāi)時(shí)，若語音會(huì)發(fā)出對(duì)應(yīng)的 語音提示使用者，表示正常。
*警衛(wèi)室LED 測(cè)試--發(fā)生地震或火災(zāi)時(shí)，若對(duì)應(yīng)的 LED 點(diǎn)亮 時(shí)，表示相關(guān)電路是沒問題的。
*紅外線發(fā)射/接收器測(cè)試—1.利用手代替人的進(jìn)出，以測(cè)試紅外線發(fā)射/接收器能否感應(yīng)正常；2.若感應(yīng)正常，則七段顯示器會(huì)顯示人數(shù)是否正常加減，反之表示相關(guān)電路有問題。
*七段顯示器測(cè)試--若紅外線感應(yīng)正常，則七段顯示器會(huì)顯示 相對(duì)應(yīng)的數(shù)值，反之則表示相關(guān)電路與軟 體有問題，需檢測(cè)之，直到OK為止。
*模擬電燈測(cè)試—1.將電燈開關(guān)打開/關(guān)閉，然後檢測(cè)電燈是否正常動(dòng)作；2.當(dāng)窗戶全開碰到微動(dòng)開關(guān)時(shí)，電燈會(huì)自動(dòng)關(guān)閉。
*微動(dòng)開關(guān)測(cè)試—1.當(dāng)窗戶全開碰到微動(dòng)開關(guān)時(shí)，若電燈會(huì)自動(dòng)關(guān)閉，表示微動(dòng)開關(guān)控制電路OK。
*步進(jìn)馬達(dá)測(cè)試--發(fā)生地震或火災(zāi)時(shí)，若步進(jìn)馬達(dá)可帶動(dòng)窗戶開啟，表示步進(jìn)馬達(dá)控制電路OK。
*自動(dòng)灑水裝置測(cè)試--當(dāng)發(fā)生火災(zāi)時(shí)，若自動(dòng)灑水裝置可開始灑水，表示自動(dòng)灑水裝置是沒問題的。
*藍(lán)牙模組測(cè)試方法—1.將藍(lán)牙連線看是否有正常連線到；2.發(fā)生地震或火災(zāi)時(shí)，若手機(jī)接收到藍(lán)牙發(fā)出的對(duì)應(yīng)提示訊息，表示正常。
(作者劉銘中1、魏世丞2、魏子翔3、宋翊平4、黃楷翔5為臺(tái)北城市科技大學(xué)資訊工程系1教授及2-5學(xué)生)
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