基于智能控制的火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)設(shè)計(jì)

王 芳

（新疆武警消防總隊(duì)克拉瑪依市消防支隊(duì)克拉瑪依區(qū)消防大隊(duì)，新疆 克拉瑪依 834000）

隨著人口增加和經(jīng)濟(jì)發(fā)展，火災(zāi)隱患也大大增加，火災(zāi)發(fā)生的數(shù)量及其造成的損失都呈逐年上升趨勢。雖然我國城市中的大、中型建筑及公共場所安裝的火災(zāi)探測報(bào)警系統(tǒng)及消防設(shè)施已逐漸普及、完善，但在實(shí)際使用過程中暴露出的問題也日益突出。為了防患于未然，火災(zāi)的智能報(bào)警逐漸被重視。其實(shí)世界上誕生火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)已有100多年歷史了。在隨后的時(shí)間里人們不斷地改進(jìn)對火災(zāi)的探測技術(shù)，特別是電子、計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展給火災(zāi)探測帶來了一場革命。

1 系統(tǒng)整體設(shè)計(jì)

火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)選用Atmel公司的AT89S52作為主控制器，它是一款低功耗、高性能的8位單片機(jī)，具有8K可編程Flash存儲(chǔ)器，與80C51系列產(chǎn)品完全兼容。系統(tǒng)將溫度、煙霧和氣體傳感器測得的電壓信號(hào)通過運(yùn)算放大器放大后然后經(jīng)模數(shù)轉(zhuǎn)換變?yōu)閿?shù)字信號(hào)，以便單片機(jī)處理；除了可以聲光報(bào)警，還預(yù)留了可以控制聯(lián)動(dòng)裝置的端口；還帶有時(shí)鐘功能，以保證數(shù)據(jù)采集時(shí)間的存儲(chǔ)；鍵盤、顯示功能，因?yàn)榭紤]到電路設(shè)計(jì)的通用性，所以添加了這些常用功能。系統(tǒng)整體設(shè)計(jì)如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)整體設(shè)計(jì)原理圖

2 硬件電路的設(shè)計(jì)

3.1 傳感器的選擇

溫度傳感器選用了金屬殼帶延長線的HN37型溫度傳感器，測溫范圍：-50℃～200℃，線性度：±0.5%；電壓溫度系數(shù)：-2 mV/℃；穩(wěn)定度：0.05℃/年。 體積小，重量輕，感溫靈敏，非常適合于火災(zāi)報(bào)警，室內(nèi)大棚，辦公場所使用。

煙霧傳感器選用了NIS-09C煙霧傳感器，它是日本NEMOTO公司專為檢測煙霧而精心設(shè)計(jì)的新型傳感器。NIS-09C是離子式煙霧傳感器，內(nèi)部使用了微量的放射性物質(zhì)镅241，但傳感器本身被金屬制電極所覆蓋，放射能決不會(huì)泄露。NIS-09C屬于低功耗廣普型傳感器，適用于各種高靈敏度煙霧探測器、火災(zāi)報(bào)警器。

氣體傳感器選用了NAP-505一氧化碳傳感器，檢測氣體范圍：0～1000 ppm，輸出電流：40±10 nA/ppm，分辨率：1 ppm，應(yīng)答時(shí)間＜30 s。它屬于電化學(xué)型傳感器，采用了新的構(gòu)造，電解液泄露的風(fēng)險(xiǎn)較低到幾乎為零，體積小，大幅度的減低了成本。輸出信號(hào)線性好、重復(fù)再現(xiàn)性優(yōu)越、不受濕度影響、電池可驅(qū)動(dòng)。

3.2 放大電路

傳感器的電信號(hào)，需要進(jìn)行放大隔離穩(wěn)壓，然后經(jīng)由單片機(jī)進(jìn)行融合處理。放大器LM324內(nèi)部包含四組形式完全相同的運(yùn)算放大器，除電源共用外，四組運(yùn)放相互獨(dú)立，并有相位補(bǔ)償電路，耗電低，電源電壓范圍寬，輸入電壓范圍大，并可以低到地電位，而輸出電壓范圍為0～Vcc。電路連接如圖2所示。

圖2 放大器電路圖

3.3 模數(shù)轉(zhuǎn)換電路

本系統(tǒng)選用了TI公司的TLC3578實(shí)現(xiàn)A/D功能，如圖3所示。TLC3578是14位8通道串行模數(shù)轉(zhuǎn)換器，完全可以滿足同時(shí)接多個(gè)傳感器的系統(tǒng)要求，另外，14位的分辨率可以保證系統(tǒng)的精度，由于是串行輸入結(jié)構(gòu)，所以可以節(jié)省單片機(jī)的1/0資源。器件采用單5V模擬電源供電，3～5V數(shù)字供電。/CS、SDI、SDO和SCLK組成一個(gè)SPI接口。幀同步信號(hào)（FS）指示串行數(shù)據(jù)幀傳輸?shù)拈_始。當(dāng)上電后設(shè)備被設(shè)置成硬件默認(rèn)模式，并且不需要軟件配置。

圖3 A/D轉(zhuǎn)化電路圖

3.4 報(bào)警及顯示電路

單片機(jī)的P3.2通過限流電阻和三極管驅(qū)動(dòng)蜂鳴器，P1.1接發(fā)光二極管，以完成聲光報(bào)警。因?yàn)樾枰@示的數(shù)據(jù)不是很多，系統(tǒng)選用一塊液晶屏LCD1602，第一行顯示時(shí)間，第二行顯示各個(gè)傳感器數(shù)據(jù)和報(bào)警等信息。系統(tǒng)中還加入了4*4的矩陣鍵盤，用于翻頁顯示液晶數(shù)據(jù)信息，鎖定報(bào)警時(shí)間，解除報(bào)警，以及便于對以后擴(kuò)展的電路進(jìn)行控制。

3.5 看門狗電路設(shè)計(jì)

在智能火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)中還設(shè)計(jì)了看門狗電路。看門狗電路設(shè)計(jì)選用雙列直插封裝式芯片MAX813L。在設(shè)計(jì)中，單片機(jī)的一個(gè)引腳P1.6與MAX813L的引腳WDI相連接，程序執(zhí)行使P1.6引腳不斷輸出脈沖信號(hào)。如果因某種原因火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)進(jìn)入死循環(huán)，WDI引腳沒有脈沖輸入時(shí)，則在1.6 S后看門狗輸出引腳WDO輸出低電平到MR引腳，使MAX813L產(chǎn)生復(fù)位輸出，使火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)有效復(fù)位并擺脫死循環(huán)。另外，當(dāng)電源電壓低于限值4.65 V時(shí)，MAX813L也產(chǎn)生復(fù)位輸出，使火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)處于復(fù)位狀態(tài)，此時(shí)不執(zhí)行任何指令，直至電源電壓恢復(fù)正常。這樣可有效地防止因電源電壓過低，而使火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)產(chǎn)生誤動(dòng)作。

4 軟件設(shè)計(jì)

程序開始運(yùn)行時(shí)首先采集光電感煙探測器信號(hào)、溫度探測器信號(hào)和CO探測器信號(hào)，將三種探測器信號(hào)送入單片機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。判斷使用當(dāng)前的結(jié)果是否可以明顯判斷是否有火災(zāi)發(fā)生。如果能判斷起火，則輸出嚴(yán)重報(bào)警信號(hào)，并將火警發(fā)生情況通知區(qū)域報(bào)警控制器，在區(qū)域報(bào)警控制器上做相應(yīng)處理；如果判斷報(bào)警信號(hào)，并進(jìn)一步關(guān)注溫度和煙霧信號(hào)的變化趨勢，如果趨勢繼續(xù)升高則嚴(yán)重報(bào)警并作后續(xù)工作，否則取消報(bào)警。最后送入液晶顯示。圖4是火災(zāi)探測器單片機(jī)軟件程序流程圖。

圖4 軟件程序設(shè)計(jì)流程圖

5 結(jié)語

本文提出和設(shè)計(jì)的智能型火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)，是現(xiàn)代智能控制理論在消防自動(dòng)化系統(tǒng)中的應(yīng)用，系統(tǒng)基本達(dá)到了預(yù)期目標(biāo)。智能化是整個(gè)火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)發(fā)展的趨勢。隨著智能建筑大廈系統(tǒng)集成程度將越來越高，火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)可以通過分析多個(gè)系統(tǒng)反饋的現(xiàn)場信息，獲得全面的現(xiàn)場信息，從而做出更加準(zhǔn)確、合理的系統(tǒng)決策。因此，系統(tǒng)中還可以加入通信總線以提高檢測水平，而且聯(lián)動(dòng)裝置要完善消防設(shè)施，減少人身和財(cái)產(chǎn)安全的損失。

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