基于單片機(jī)的火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)設(shè)計(jì)

倪濤

摘要：市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)體制的不斷完善，帶動(dòng)了經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，城市化進(jìn)程逐步加大，人口壓力增大，電力的大力運(yùn)用，導(dǎo)致了火災(zāi)爆發(fā)頻率增加，給人民生命財(cái)產(chǎn)安全造成了嚴(yán)重的威脅，因此火災(zāi)的及時(shí)發(fā)現(xiàn)是災(zāi)情控制的前提條件，是保障生命財(cái)產(chǎn)安全的關(guān)鍵，文章就當(dāng)前國(guó)內(nèi)火災(zāi)報(bào)警情況出發(fā)，結(jié)合火災(zāi)探測(cè)的實(shí)時(shí)性、精確性要求，討論如何研發(fā)出成本低、效率高、精準(zhǔn)性強(qiáng)的智能報(bào)警系統(tǒng)。

關(guān)鍵詞：?jiǎn)纹瑱C(jī)；火災(zāi)測(cè)控系統(tǒng)；設(shè)計(jì)

中圖分類號(hào)：TP273.5文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：1006-8937（2011）22-0012-03

火作為人類生存必須的能源之一，對(duì)人類的生產(chǎn)意義重大，但對(duì)其本身的控制以及防御火災(zāi)的產(chǎn)生是生存的必需，資料顯示，從1975年~1987年，我國(guó)共發(fā)生了44萬(wàn)起火災(zāi)，有6萬(wàn)多人在火災(zāi)中喪生，直接造成了32.5億的經(jīng)濟(jì)損失，尤其1987年的大興安嶺火災(zāi)，造成了重大的損失，各級(jí)政府逐漸意識(shí)到火災(zāi)控制的重要性，部分火災(zāi)控制手段產(chǎn)生，但對(duì)火災(zāi)的控制效果并不理想，1989年共發(fā)生火災(zāi)30起，造成的經(jīng)濟(jì)損失仍達(dá)到30萬(wàn)元之多，甚至10天內(nèi)就有3起火災(zāi)發(fā)生，最嚴(yán)重一次造成了700萬(wàn)元的經(jīng)濟(jì)損失，而造成火災(zāi)的因素多，控制難，尤其以人為造成居多，消防技術(shù)的提高成為控制火災(zāi)的必要途徑，因此必須徹底貫徹預(yù)防火災(zāi)的方針，同時(shí)還要提高消防技術(shù)，其中火災(zāi)報(bào)警控制作為重要環(huán)節(jié)。

本文著重介紹近年來(lái)廣泛應(yīng)用于建筑中的單片機(jī)火災(zāi)控制儀器的原理以及技術(shù)，并完善設(shè)計(jì)，考慮避免漏報(bào)、誤報(bào)、遲報(bào)、不報(bào)等方面的技術(shù)改進(jìn)，隨著近年來(lái)單片機(jī)技術(shù)不斷更新，單片機(jī)逐漸在很多自動(dòng)控制領(lǐng)域中得到了廣泛的運(yùn)用，本文結(jié)合近年來(lái)單片機(jī)設(shè)計(jì)的研究現(xiàn)狀，根據(jù)建筑密集人口、火災(zāi)高發(fā)區(qū)，對(duì)建筑中火災(zāi)監(jiān)測(cè)和報(bào)警進(jìn)一步探索，從而設(shè)計(jì)基于普通單片機(jī)中實(shí)用可靠的自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)。

自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)是根據(jù)傳感器進(jìn)行火情信息收集，結(jié)合傳感器信息技術(shù)，并采用已經(jīng)成熟的智能識(shí)別算法實(shí)現(xiàn)監(jiān)測(cè)，即，報(bào)警器接受到火災(zāi)信號(hào)后，立即通過(guò)轉(zhuǎn)換。產(chǎn)生聲、光報(bào)警信號(hào)，利用Modem與公用的電話網(wǎng)連接，將信號(hào)快速的傳遞給消防控制中心，同時(shí)還按設(shè)計(jì)時(shí)的預(yù)留號(hào)碼，連通后將災(zāi)情信號(hào)傳遞給預(yù)留號(hào)碼部門(mén)，一旦接受信號(hào)方，即可通過(guò)信息數(shù)據(jù)庫(kù)查詢到火災(zāi)發(fā)生的位置、交通情況、水源情況等基本信息，能通過(guò)這些綜合信息快速的確定火情，確定最佳的救火方案，并通過(guò)信息網(wǎng)絡(luò)連接下達(dá)命令，為火災(zāi)的快速撲滅提供有利保障。

1本單片機(jī)火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)功能

①聲、光協(xié)同報(bào)警功能。

②系統(tǒng)故障報(bào)警，若系統(tǒng)發(fā)生硬件故障,系統(tǒng)快速發(fā)出故障報(bào)警信號(hào)。

③異常情況報(bào)警功能。若周?chē)h(huán)境有異常變動(dòng)（包括：煙霧濃度過(guò)大或溫度異常），系統(tǒng)能及時(shí)的發(fā)出異常報(bào)警信號(hào)，通告人們，盡量避免火災(zāi)的發(fā)生進(jìn)一步蔓延造成更大的危害。

④火災(zāi)報(bào)警功能。當(dāng)出現(xiàn)火災(zāi)即，煙霧、溫度同時(shí)異常改變時(shí)，系統(tǒng)立即發(fā)出火災(zāi)聲、光警報(bào),并且及時(shí)將火災(zāi)發(fā)生的信息通過(guò)遠(yuǎn)程報(bào)警電路傳遞給消防指揮中心和預(yù)設(shè)其他部門(mén)。

2控制儀整機(jī)原理

整機(jī)工作原理如下:

本設(shè)計(jì)的整體工作原理可以分為以下幾個(gè)步驟：程序的自我檢查和故障的排查，當(dāng)探測(cè)器連接控制器之間出現(xiàn)斷線，所對(duì)引得房間號(hào)得信號(hào)指示燈發(fā)亮，同時(shí)伴隨單調(diào)音響鳴警，探測(cè)器將接受的火災(zāi)信號(hào)通過(guò)轉(zhuǎn)換后，以高低電平的形式傳輸，并利用在建筑物內(nèi)部的線控或者長(zhǎng)電平轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換，把信號(hào)變成0V或者5V，并經(jīng)由接入口進(jìn)行單片機(jī)，后由系統(tǒng)的軟件部分對(duì)該信號(hào)進(jìn)行識(shí)別，確定屬于火災(zāi)信號(hào)還是干擾信號(hào)，當(dāng)探測(cè)確定為干擾信號(hào)便不傳輸火災(zāi)信息，進(jìn)行屏蔽，一旦識(shí)別確定為火災(zāi)信號(hào)，顯示器則顯示房間號(hào)，同時(shí)火警燈閃爍、變調(diào)鳴音，傳輸信號(hào)一旦被值班室收到，立刻高度警覺(jué)，若屬于首次火警，倒計(jì)時(shí)裝置停止顯示，當(dāng)班人員應(yīng)立即反應(yīng)情況，由火災(zāi)控制中心迅速發(fā)出消防信號(hào)?？偟膩?lái)講，系統(tǒng)層次清晰，但必須具備一定的可靠性，因此在設(shè)計(jì)上需要周全的考慮，基于單片機(jī)的火災(zāi)報(bào)警控制系統(tǒng)原理圖如圖1所示。

3系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì)

3.1系統(tǒng)的硬件電路組成

系統(tǒng)的硬件電路主要分為以下四個(gè)部分,包括：?jiǎn)纹瑱C(jī)、數(shù)據(jù)采集模塊、聲光報(bào)警模塊、遠(yuǎn)程報(bào)警模塊。其中，單片機(jī)屬于整個(gè)報(bào)警系統(tǒng)設(shè)計(jì)中的核心設(shè)計(jì)部分，數(shù)據(jù)的采集模塊中又包括（溫度傳感器、煙霧傳感器、信號(hào)調(diào)整電路以及A/D轉(zhuǎn)換電路），通過(guò)這幾個(gè)環(huán)節(jié)能將傳感器感受并輸出的信號(hào)轉(zhuǎn)換，通過(guò)放大、濾波等方式進(jìn)行，轉(zhuǎn)換后的信號(hào)能夠滿足A/D轉(zhuǎn)換器的需求，最終由A/D轉(zhuǎn)換電路，實(shí)現(xiàn)由溫度傳感器和煙霧傳感器輸出的模擬信息轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)。具有聲、光雙重報(bào)警的功能，這兩模塊可進(jìn)行語(yǔ)音報(bào)警和燈光報(bào)警，并由單片機(jī)控制聲光報(bào)警的具有細(xì)節(jié)，如異常報(bào)警、故障報(bào)警、火災(zāi)報(bào)警等。而原蟲(chóng)報(bào)警模塊則是主要受控于MT8880收發(fā)碼電路組成，也由單片機(jī)進(jìn)行的控制。

3.2器件選擇及單片機(jī)接口

①接口電路。接口電路主要承接三種報(bào)警聲、光信息的顯示，三種形式的聲、光報(bào)警顯示線路是大致相同的。而火災(zāi)報(bào)警在聲、光報(bào)警的同時(shí)，還必須進(jìn)行滅火器的控制。因此在此只進(jìn)行火災(zāi)報(bào)警器的接口電路說(shuō)明，圖2為基本的火災(zāi)報(bào)警接口線路圖，火災(zāi)信號(hào)被觸發(fā)器接受后，結(jié)合指示信號(hào)，并通過(guò)第一接口使得控制發(fā)光二極管，發(fā)光二極管開(kāi)始閃射出燈光，發(fā)出火災(zāi)報(bào)警信號(hào)，被第二接口接收并傳遞給聲響報(bào)警觸發(fā)器，經(jīng)過(guò)接口將基極設(shè)置為高電平，并使其連通，通過(guò)專用的報(bào)警集成電路模塊接通對(duì)應(yīng)的電源并發(fā)出警鳴。當(dāng)?shù)碗娖叫盘?hào)出現(xiàn)時(shí)，集成電路模塊控制發(fā)出消防車(chē)報(bào)警音，此為火災(zāi)報(bào)警音，當(dāng)火災(zāi)信號(hào)轉(zhuǎn)換后除以光、聲兩種形式發(fā)出信號(hào)，還要對(duì)滅活裝置進(jìn)行控制，即通過(guò)對(duì)繼電器的控制開(kāi)實(shí)現(xiàn)，控制電路在集成電路中涉及，為屏蔽干擾信號(hào)，可以在繼電器和接口電路中安裝光電三極管。

②傳感器。其一，感溫傳感器。通過(guò)機(jī)械式的差定溫探測(cè)器來(lái)實(shí)現(xiàn)溫度異常感受，這一探測(cè)器結(jié)構(gòu)較為簡(jiǎn)單，靈敏度較高，較適用于溫度變化不大的場(chǎng)所，通過(guò)膨脹系數(shù)的改變來(lái)實(shí)現(xiàn)金屬片得不同組合，一旦溫度發(fā)生改變，兩金屬片彎曲，使得觸點(diǎn)連接，溫度傳感器與對(duì)應(yīng)的調(diào)理電路如圖3所示。其二，感煙傳感器。通過(guò)離子式的煙霧傳感器作為煙感探測(cè)器，分為補(bǔ)償電離室、信號(hào)放大電路、檢查電離室、開(kāi)關(guān)轉(zhuǎn)換器、故障自動(dòng)檢查系統(tǒng)以及火災(zāi)模擬檢查電路這幾個(gè)部分。當(dāng)正常情況下，無(wú)煙補(bǔ)償室與檢查室電位基本持平；一旦出現(xiàn)煙霧，煙霧變隨著感受器進(jìn)入檢查室，由此降低了電離電荷運(yùn)動(dòng)的速度，導(dǎo)致電流量降低，同時(shí)加大了監(jiān)測(cè)室的阻抗，但補(bǔ)償室內(nèi)阻抗維持不變，由此電離室出現(xiàn)分壓改變，信號(hào)傳回輸入端即產(chǎn)生電壓，當(dāng)逐漸增加到一定程度時(shí)，開(kāi)關(guān)進(jìn)行轉(zhuǎn)換，發(fā)出電路動(dòng)作，報(bào)警信號(hào)發(fā)出，同時(shí)報(bào)警燈亮。

③硬件詳細(xì)接線。常用的單片微機(jī)系統(tǒng)由8031和2732構(gòu)成的應(yīng)用系統(tǒng)，是設(shè)計(jì)中最小的應(yīng)用系統(tǒng)，其中8031接第一個(gè)接口電路，接口電路中的兩分支接口分別與煙感、溫感信號(hào)相連接，同時(shí)微機(jī)也是通過(guò)這兩接口采集煙感、溫度變化信號(hào)；另一分支接口還必須為故障定位，通過(guò)指示燈信號(hào)來(lái)確定故障發(fā)生的位置、情況通過(guò)溫感或者煙感進(jìn)行指示；此外還需設(shè)一個(gè)檢查信號(hào)接口，與微機(jī)相連，不斷接收由微機(jī)發(fā)出的矩形波，形成檢查、探測(cè)周期動(dòng)作；另設(shè)一個(gè)電源報(bào)警控制線，以及故障、異常、火災(zāi)報(bào)警控制線。

④A/D轉(zhuǎn)換電路和單片機(jī)接口。采用8位8通道模數(shù)轉(zhuǎn)換的專業(yè)芯片，安置于A/D轉(zhuǎn)換電路，溫度改變和煙霧產(chǎn)生引起的信號(hào)傳遞在通過(guò)信號(hào)調(diào)理電路將其與ADC0809的IN0和IN1進(jìn)行鏈接，這樣就形成了完整的模擬信號(hào)數(shù)字信號(hào)之間的轉(zhuǎn)換，并輸入單片機(jī)。

⑤遠(yuǎn)程報(bào)警電路與接口。為使得防災(zāi)功效加大，設(shè)計(jì)時(shí)，還在模塊中設(shè)置了專業(yè)的收發(fā)碼電路。該電路設(shè)置為雙頻收發(fā)電路（MT8880），此模塊用于預(yù)置各種電話號(hào)碼，MT8880C作為一個(gè)帶有呼叫處理濾波器的單片雙音多頻（DTMF）信號(hào)收發(fā)器，由可變?cè)鲆娴膬?nèi)置放大設(shè)備的高性能的接收器和具有脈沖計(jì)數(shù)功能的發(fā)射器組成，采用89C51單片機(jī)控制MT8880，達(dá)到對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行的計(jì)算機(jī)智能控制和傳輸，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程報(bào)警，單片機(jī)和收發(fā)電路接口電路如圖4所示。

4軟件程序設(shè)計(jì)

①系統(tǒng)設(shè)計(jì)采用單片機(jī)實(shí)現(xiàn)布測(cè)點(diǎn)的檢測(cè)，一旦出現(xiàn)火情，單片機(jī)傳輸報(bào)警信號(hào)，該信號(hào)能在顯示器獲得火災(zāi)的地點(diǎn)等信息，因此軟件部分必須包括監(jiān)測(cè)程序、報(bào)警顯示程序等。

②監(jiān)控程序的設(shè)計(jì)，根據(jù)設(shè)計(jì)要求，監(jiān)控程序應(yīng)設(shè)置為系統(tǒng)完全啟動(dòng)后啟動(dòng)的鍵掃程序。通過(guò)鍵值得輸入控制處理動(dòng)作，若對(duì)系統(tǒng)設(shè)置成為現(xiàn)有時(shí)間運(yùn)行的時(shí)鐘時(shí)，對(duì)鍵入值有無(wú)進(jìn)行檢查，若檢查結(jié)果為1鍵，系統(tǒng)立刻顯示火警的發(fā)出時(shí)間，按2鍵立即顯示現(xiàn)實(shí)時(shí)間，因此監(jiān)控程序編寫(xiě)時(shí)必須將鍵盤(pán)掃描子程序（111）寫(xiě)入，其子程序（121），這些都在計(jì)算機(jī)語(yǔ)言中又明確的規(guī)定。

③檢測(cè)程序，報(bào)警信號(hào)的顯示程序，此系統(tǒng)電路是當(dāng)火情發(fā)生時(shí)要求外部斷開(kāi)，并在外部斷開(kāi)服務(wù)程序上對(duì)P1的值進(jìn)行讀值，判斷是否為零，當(dāng)不為零值時(shí)，需要設(shè)計(jì)延遲復(fù)讀，當(dāng)確定為零時(shí)發(fā)出報(bào)警信號(hào)，并記錄時(shí)間，同時(shí)發(fā)出調(diào)動(dòng)子程序的動(dòng)作，顯示火情，并按下2鍵進(jìn)行處理。

5結(jié)語(yǔ)

消防是1門(mén)相對(duì)獨(dú)立性較強(qiáng)的專業(yè)，在于研究火災(zāi)的預(yù)防以及控制，遏制火災(zāi)的蔓延趨勢(shì)，學(xué)科交叉點(diǎn)多，現(xiàn)代的消防技術(shù)已經(jīng)結(jié)合了計(jì)算機(jī)、電子顯示、傳感技術(shù)等自動(dòng)電子化地技術(shù)，因此研究自動(dòng)化的消防報(bào)警控制系統(tǒng)成為當(dāng)下研究的熱點(diǎn)。

縱觀國(guó)內(nèi)外火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警控制器，發(fā)展至今已經(jīng)經(jīng)歷了幾十年，資料顯示，國(guó)外新興產(chǎn)品已經(jīng)進(jìn)行了幾代更替，但目前國(guó)內(nèi)生產(chǎn)自動(dòng)報(bào)警器的產(chǎn)家渺渺無(wú)幾，大多停留在國(guó)外已經(jīng)淘汰的技術(shù)，與國(guó)外的差距相對(duì)明顯，甚至市場(chǎng)上仍然在銷售1代產(chǎn)品，而自主研發(fā)的2代產(chǎn)品雖然能進(jìn)行系統(tǒng)的自檢和外圍器故障檢驗(yàn)，但區(qū)分故障仍是難點(diǎn)。

本設(shè)計(jì)火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警控制器，在實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)的同時(shí)，能保障系統(tǒng)的穩(wěn)定和進(jìn)行外圍器件的故障確定，同時(shí)能及時(shí)的辨別故障類型，智能的發(fā)出動(dòng)作，并采用斷開(kāi)或短路的方式，是在2代基礎(chǔ)上進(jìn)行的革新，具備了一定的新功能，但2代自動(dòng)報(bào)警器探測(cè)器設(shè)置為“開(kāi)關(guān)量”原理電路，因此對(duì)環(huán)境的適應(yīng)性相對(duì)較弱，對(duì)高溫和潮濕環(huán)境容易產(chǎn)生誤讀，3代是屬于模擬量原理電路，探測(cè)器沒(méi)有設(shè)置報(bào)警閾值，直接由控制器接受感受信號(hào)，進(jìn)行比對(duì)分析，自動(dòng)屏蔽環(huán)境干擾，如能通過(guò)煙霧的濃度和變化量以及趨勢(shì)來(lái)區(qū)分是否是火災(zāi)產(chǎn)生。

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