驗證 Zigbee 偵煙探測器之煙濃度與輸出電壓之間的關係

第四章 無線感測偵煙探測器架構及設計

實驗以偵煙式探測器靈敏度試驗機作為實際場景模擬如圖 9、10 所示，實驗設備 構造詳及操作如附錄A，由於機台主要量測對象是煙霧感測器，圖 9 之機台主要用以觀 察目前煙霧濃度於圖9 機台中的電壓值到達多少，作為記錄環境實際煙濃度之基準。圖 9 是實際煙霧量測機台，機台內部有一光感測器，隨著煙霧粒子慢慢增多時，圖 9 的機 台就能顯示出目前接收到的電壓值變化。藉由圖 9 以及圖 10 之儀器，本研究藉由圖 9 儀器觀察電壓為基準，對應出環境的煙濃度，再檢視本研究設計之偵煙探測器行為是否 符合環境趨勢。

圖9: 標 準 測 試 儀 器(一 )

圖10: 標 準 測 試 儀 器 (二 )

在期中的實驗，本研究修改了原先的電路，並且實作軟體介面透過 RS232，能夠 從電腦螢幕實際接收觀察電壓值，以開發工具 CC2430ZDK 透過 Z-stack 通訊協定傳送 數據，並且直接紀錄。實驗之煙霧來源是由標準特殊材質之紙片燻烤所產生，實驗由三 個人同時協調進行，主要分為：

z 一機台觀察記錄者 z 一實驗板記錄者 z 一添加紙片

以降低記錄的誤差並避免出錯。實驗步驟首先由添加紙片者手動的添加紙片，機 台觀察記錄者觀察實驗機台的電壓值，待紙片燃燒約 30 秒，煙霧均勻的擴散於機台時 進行記錄並報知，實驗板記錄者於紀錄同時第三人繼續進行添加紙片，由於煙霧粒子約 於20 分鐘開始有衰減現象，可能影響實驗之準確性，因此實驗過程反覆直到大約 20 分 鐘結束。

為了驗證現階段實品是否符合現實，且設計在不同搭配的硬體(電路板、探測頭) 下能夠有相仿的反應，因此本實驗針對驗證目標設計了四組的實驗，參考這些數據作為 比對的依據。數據由三塊電路板(以下以編號 1 至 3 表示)以及兩種探測頭(以下以 A、B 表示)組合，進行交叉比對。數據一跟數據二是以電路板 1 使用探測頭 A、B，本研究以 數據一以及數據二來觀察不同探測頭對數據表現差異。而數據三跟四是以電路板 2、3 搭配探測頭A，探測頭部分都跟數據一的探測頭一樣，因此以數據一、三、四作為觀察 三個電路的數據表現差異。圖11 到圖 15 為實驗數據，圖 11 相對數據一，圖 14 相對數 據四。數據圖之x 軸為實驗機台本身感測之煙霧值，y 軸為所製作的偵煙探測模組感測 到之電壓值，藉著觀察x 軸 y 軸對應關係來分析四組重複實驗的表現。

二、數據分析、比較

從實驗的數據來看，煙霧濃度5 %/m 到 15 %/m 的過程中，四組實驗的濃度的變化 大約相差了0.15 伏特，雖然最大電壓是 3 伏特，但是由於實驗時的煙霧濃度非常的低，

所以探測器的電壓變化幅度也相對變小，即使如此，煙霧濃度上升了0.15 伏特依然能有 所區別。藉此本研究驗證了偵煙探測器模組對低煙濃度且細微變化的反應能力。圖 15 的結果本研究可以看出，雖然電路、探測器會不同，但是感測器反應出來的電壓與煙濃

第四章 無線感測偵煙探測器架構及設計

Smoke Concentration (%/m)

0 1.25 2.5 3.75 5 6.25 7.5 8.75 10 11.25 12.5 13.75 15 16.25 17. 5 18.75 20 21. 25 22.5 23.75 25 26.25 27.5 28.75

Smoke Concentration (%/m)

圖11: 儀 器 測 試 之 煙 濃 度 與 偵 煙 探 測 器 輸 出 電 壓 值 之 關 係 (數 據 一，電 路 板 1 使 用 探 測 頭 A)

圖12: 儀 器 測 試 之 煙 濃 度 與 偵 煙 探 測 器 輸 出 電 壓 值 之 關 係 (數 據 二，電 路 板 1 使 用 探 測 頭 B)

0 1.25 2.5 3.75 5 6.25 7.5 8.75 10 11.25 12.5 13.75 15 16.25 17.5 18.75 20 21.25 22.5 23.75 25 26.25 27.5 28.75

Smoke Concentration (%/m)

圖13: 儀 器 測 試 之 煙 濃 度 與 偵 煙 探 測 器 輸 出 電 壓 值 之 關 係 (數 據 三，電 路 板

Smoke Concentration (%/ m)

第四章 無線感測偵煙探測器架構及設計

0 1.25 2.5 3.75 5 6.25 7.5 8.75 10 11.25 12.5 13.75 15 16.25 17.5 18.75 20 21.25 22.5 23.75 25 26.25 27.5 28.75 0.85

0.9 0.95 1 1.05 1.1 1.15 1.2 1.25 1.3 1.35 1.4 1.45 1.5 1.55

Smoke Concentration (%/m)

Voltage (V)

data1 data2 data3 data4

圖15: 圖 示 數 據 一 至 數 據 四 之 一 致 性