火災的影響與預防
包括地震、颱風、水災及火災等種種災害，通常都會帶給人們莫大的傷亡和財物的損失，尤其是在人口最密集的大城市中。而隨著時代的進步知識的累積，人類想要預防這些災害的想法可說是常常出現在生活中。
在以上的這些災害中，筆者認為火災的發生率應當是最高的，且主要發生的原因都是來自於人為的因素；而其後果輕者為財物損失，重者則為人員傷亡，所以一方面我們要宣導人們如何預防火災，另一方面我們也要發展出能夠更快檢知火災發生的警報器。本文將針對發生在室內的火災做探討與預防。
為什麼更快檢知火災是件重要的事情呢？因為通常火災發生時，都只有幾分鐘的時間可以進行滅火和逃生的動作，在火災發生初期我們還可以選擇滅火或逃生，但火災發生幾分鐘之後，滅火的黃金時刻已過，就只能選擇逃生，但這個時候整個環境已佈滿濃煙。根據許多火災發生後的觀察，可發現到有許多傷亡者都是先被濃煙嗆昏的，這也是為什麼當火災發生時需要很快的檢知火災的發生，也是設計“高靈敏度火災警報器”的主要目的。
火災警報器的種類
火災警報器可分為下列三種：
- (1)感熱式警報器：藉由火災所產生之熱量感知火災而發出警報之警報器。
- (2)偵煙式警報器：藉由火災所產生之煙感知火災而發出警報之警報器。
- (3)複合式警報器：具有感熱式及偵煙式警報器之感知性能，並可發出二種以上火災信號之警報器。
本作品屬於第一種感熱式的火災警報器，採用的感熱元件為NS的溫度感應器LM74，溫度解析度為0.0625℃，所以在性能的比較時，必須與只有溫度感應器的火災警報器做比較，才是合理且有意義的。以下將介紹本作品是屬於哪一種火災警報器，並說明本作品可以達到高靈敏度的原因。
作品說明
一般的火災警報器若只有溫度感應器，其運作方式大多是設定一個臨界溫度，當感測到的環境溫度超過臨界溫度時則觸發警報器，即火災已經發生。此種警報器的優點是電路精簡、成本低，缺點是反應慢（臨界溫度過高）或易受環境溫度自然變化影響（臨界溫度過低）。
而本作品在環境溫度的處理上，除了使用臨界溫度的方法外還多了兩個功能；第一個是定義環境溫度隨著時間的變化率，此變化率又稱為溫度斜率；當溫度斜率為正值，代表溫度上升並且大於臨界溫度斜率，而環境溫度也大於臨界溫度時，則觸發警報器；由於加入了溫度斜率這個條件，因此能把臨界溫度值降得很低以提升靈敏度。在錯誤動作的防制方面，則需要使用到第二個功能，即是將臨界溫度值和臨界溫度斜率值，隨著環境溫度的變化做自動調整，以避免錯誤動作的產生，也增加靈敏度。
本作品之系統方塊圖如(圖一)所示，以微處理器89C51為中心，對LM74溫度感測器做資料的傳送。由於LM74有內建A/D，可直接用微處理器來做溝通，另有一組七段顯示器可以顯示目前的環境溫度和一些系統訊息，後來再介紹是哪些系統訊息。蜂鳴器（Buzzer）則是當火災發生時會響起。最後是電源供應系統，其經由110V交流電提供5V直流電。
運作方式簡介
以下介紹本作品的運作方式，其中微處理器每隔一秒跟LM74要一個環境溫度，警報器一開始先對環境溫度做八次的取樣，求出臨界溫度值和臨界溫度斜率值，並顯示在七段顯示器上，接著就是一直監控環境溫度的變化。不同的溫度變化警報器會有三種不同的處理方式，說明如下：
- (1)環境溫度上升且超過臨界溫度值和臨界溫度斜率值，警報器觸發蜂鳴器。
- (2)環境溫度上升或下降，且未超過臨界溫度值或臨界溫度斜率值，持續超過20秒，警報器做臨界值校正。
- (3)環境溫度上升或下降，且未超過臨界溫度值或臨界溫度斜率值，未持續超過20秒，警報器不動作。
(圖二)所示為本作品火災警報器之全部電路裝置圖，右方的一條黑線為電源，下方的綠線為連接溫度感測器的接線，上方有8個七段顯示器用來顯示相關資訊。當裝置剛接上電源時，裝置會進行8秒的環境資料擷取，如(圖三)所示，為擷取到第5秒的時候。當8秒過後，環境資料擷取完畢則計算出臨界溫度值和臨界溫度斜率值，(圖四)所示為臨界溫度值等於42℃，臨界溫度斜率值等於1℃。(圖五)所示為一般的時候裝置所感測到的溫度，所顯示的是25.5000℃。而裝置的溫度變動值為感測IC的解析度，即0.0625℃。
另外我們設計了一個模擬火災的實驗。在此實驗當中，如在一個密閉空間，以290W的燈炮置於溫度感測器的下方，兩者間距離34cm，可發現溫度變化量在第3分鐘時會快速上升，如(圖六)所示，斜率值為35/60=0.58℃，溫度範圍從24.5℃～39℃。
雖然以上是針對290W燈泡當作熱源，類似的情況也適用在火災身上，即從溫度低到溫度高時，將有一段時間的溫度變化量很高。只要火災的溫度變化量超過本作品所設定的臨界溫度斜率值（例如1℃），且火災溫度超過臨界溫度值（如42℃），則警報器將響起，且8個七段顯示器將停止變化。
以上的說明顯示當溫度斜率一旦超過設定值，啟動警報器的溫度會低於市面上火災警報器的設定值，且錯誤動作的情況也會相對降低。
結語
本作品比傳統的火災警報器多了“溫度斜率值”和“自動校正”等兩項功能，所以提升了檢測到火災的時間，由於並未與市售的火災警報器做一個靈敏度的比較，無法有具體的比較數據，不過此種概念依然是一種提高靈敏度的方法。
（作者為國立清華大學電子工程研究所碩士班二年級生；指導教授為國立嘉義大學應用物理系系主任羅光耀）
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