基于單片機(jī)的大型商場火災(zāi)報(bào)警器的設(shè)計(jì)思路

（安徽三聯(lián)學(xué)院電子電氣工程學(xué)院 安徽 合肥 230601）

2004年2月15日，吉林市的一家大型商場中百商廈發(fā)生特大火災(zāi)，火災(zāi)發(fā)生以后僅僅兩個(gè)小時(shí)的時(shí)間，便蔓延至整個(gè)商場，由于商場內(nèi)人流密集，當(dāng)發(fā)現(xiàn)火災(zāi)時(shí)引起了很大混亂，許多人因此而喪身火海，據(jù)事故后統(tǒng)計(jì)，此次特大火災(zāi)造成54人死亡，70人受傷，經(jīng)濟(jì)損失高達(dá)400多萬元。而該火災(zāi)的背后也反映了大型商場在火災(zāi)事故中的響應(yīng)不及時(shí)，特別是消防設(shè)備的不完善使得火災(zāi)無法提前得到預(yù)警。而這次火災(zāi)僅僅是眾多大型商場火災(zāi)事故的冰山一角，火災(zāi)帶給人們的不僅僅是身體的損傷與財(cái)產(chǎn)的損失，它也給人們的精神帶來巨大的打擊。為此，有必要針對(duì)上述問題研發(fā)出一種火災(zāi)報(bào)警器，實(shí)現(xiàn)大型商場的智能化火災(zāi)報(bào)警，這對(duì)于保障人員生命財(cái)產(chǎn)安全、減少火災(zāi)經(jīng)濟(jì)損失、提高人們的安全防護(hù)意識(shí)具有十分重要的意義。

1.基于單片機(jī)的大型商場火災(zāi)報(bào)警器概述

在大型商場中，傳統(tǒng)的商場防火體系由于構(gòu)造簡單，對(duì)火災(zāi)的預(yù)警較為被動(dòng)，這使大型商場很難對(duì)火災(zāi)進(jìn)行及時(shí)發(fā)現(xiàn)并消除，這無疑會(huì)給大型商場帶來極大的安全隱患?，F(xiàn)如今，科學(xué)技術(shù)的發(fā)展使防火系統(tǒng)體系產(chǎn)生了很大改變，不僅構(gòu)造開始變得復(fù)雜起來，還能對(duì)大型商場中的火災(zāi)進(jìn)行主動(dòng)預(yù)警，該防火系統(tǒng)體系能夠?qū)馂?zāi)進(jìn)行自動(dòng)檢查與自動(dòng)報(bào)警，并和消防系統(tǒng)體系進(jìn)行連接，實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)化的滅火。智能化消防系統(tǒng)主要由兩部分組成，分別是聯(lián)動(dòng)滅火系統(tǒng)與自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)，所謂自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)便相當(dāng)于人體的感知中樞，它能夠?qū)θ说拇竽X與感官進(jìn)行模擬，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)火災(zāi)的警示功能。聯(lián)動(dòng)滅火系統(tǒng)相當(dāng)于一種滅火執(zhí)行體系，它相當(dāng)于人的四肢一樣來完成滅火動(dòng)作。當(dāng)發(fā)生火災(zāi)時(shí)，自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)會(huì)對(duì)火災(zāi)信號(hào)進(jìn)行收集并將這些信號(hào)發(fā)送到報(bào)警控制器當(dāng)中，報(bào)警控制器在接收到這些火災(zāi)信號(hào)時(shí)會(huì)進(jìn)行自動(dòng)報(bào)警并發(fā)動(dòng)指令到聯(lián)動(dòng)滅火系統(tǒng)中，同時(shí)，聯(lián)動(dòng)滅火系統(tǒng)在接收到發(fā)動(dòng)指令以后按照指令要求對(duì)相應(yīng)的輸入輸出模塊進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，如啟動(dòng)噴淋泵、排煙機(jī)、開啟擴(kuò)音器、啟動(dòng)消防泵等，進(jìn)而達(dá)到消防聯(lián)動(dòng)控制的目的?？梢哉f，自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)與聯(lián)動(dòng)滅火系統(tǒng)間的相互配合，使人員的生命財(cái)產(chǎn)安全得到可靠保證。

2.基于單片機(jī)的大型商場火災(zāi)報(bào)警器的設(shè)計(jì)思路

2.1 整體設(shè)計(jì)思路

基于單片機(jī)的大型商場火災(zāi)報(bào)警器的整體設(shè)計(jì)主要是由四個(gè)電路組成，分別是信號(hào)采集電路、信號(hào)放大電路、安全保護(hù)電路與聲光報(bào)警電路?；趩纹瑱C(jī)的火災(zāi)報(bào)警器中安裝有煙霧傳感器、信號(hào)放大器、聲光報(bào)警器、A/D轉(zhuǎn)換電路、繼電器、調(diào)節(jié)閥、換氣扇、LED狀態(tài)指示燈、蜂鳴器、數(shù)碼管字符顯示及LED狀態(tài)指示燈。基于單片機(jī)的火災(zāi)報(bào)警器會(huì)將煙霧傳感器所收集到的信號(hào)發(fā)送給信號(hào)放大器進(jìn)行信號(hào)放大處理，然后由A/D轉(zhuǎn)換電路轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的數(shù)字信號(hào)，并發(fā)送給STC89C52單片機(jī)，單片機(jī)能夠?qū)?shù)字信號(hào)進(jìn)行處理與分析，當(dāng)發(fā)現(xiàn)轉(zhuǎn)換器中的放大信號(hào)不等于零時(shí)，便會(huì)驅(qū)動(dòng)聲光報(bào)警器中的聲光報(bào)警電路進(jìn)行報(bào)警，相反則會(huì)繼續(xù)運(yùn)行。

2.2 硬件設(shè)計(jì)思路

基于單片機(jī)的大型商場火災(zāi)報(bào)警器的硬件主要由時(shí)鐘電路、放大電路、直流電源及信號(hào)采集構(gòu)成，此外還包括消音電路、控制電路、報(bào)警器自動(dòng)診斷電路、聲音報(bào)警等。在直流穩(wěn)壓電源中由穩(wěn)壓電路與電源變壓器構(gòu)成。而A/D轉(zhuǎn)換電路采用ADC0809型，它是一種逼近式的模擬輸入器，能夠?qū)?位數(shù)字量進(jìn)行輸出，同時(shí)，該電路中具備8個(gè)模擬通道，能夠?qū)δM量進(jìn)行分別輸入，并利用同一個(gè)AD轉(zhuǎn)換器來對(duì)這些模擬量進(jìn)行轉(zhuǎn)換，它設(shè)有多路開關(guān)，開關(guān)能夠?qū)?個(gè)模擬通道進(jìn)行同時(shí)選用并實(shí)現(xiàn)模擬量輸入，在單片機(jī)火災(zāi)報(bào)警器中采用一個(gè)AD轉(zhuǎn)換器就能實(shí)現(xiàn)所有信號(hào)的轉(zhuǎn)換功能。在消音電路與聲光報(bào)警電路中，它通過三極管串聯(lián)電阻來對(duì)蜂鳴器的報(bào)警功能進(jìn)行控制，同時(shí)，在火災(zāi)報(bào)警器中還設(shè)有消音按鍵，當(dāng)報(bào)警器的蜂鳴器發(fā)生鳴叫時(shí)，工作人員只需要按下消音鍵，便會(huì)驅(qū)動(dòng)報(bào)警器進(jìn)行報(bào)警，當(dāng)現(xiàn)場煙霧濃度超出報(bào)警界限時(shí)，報(bào)警器便會(huì)發(fā)出提醒信號(hào)通知工作人員。STC89C52單片機(jī)的狀態(tài)指示燈能夠?qū)敵鰻顟B(tài)進(jìn)行顯示，它是由單片機(jī)中的P2.6、P2.4及P2.5電路控制的，當(dāng)狀態(tài)指示燈的綠燈亮起時(shí)代表火災(zāi)報(bào)警器的工作狀態(tài)正常。當(dāng)火災(zāi)發(fā)生后而煙霧濃度不高時(shí)或是傳感器產(chǎn)生故障時(shí)，狀態(tài)指示燈中的黃燈便會(huì)進(jìn)行閃爍，這代表火情已經(jīng)發(fā)生或傳感器產(chǎn)生故障。當(dāng)火災(zāi)發(fā)生后且火情較大時(shí)，煙霧濃度的迅速升高便會(huì)使火災(zāi)報(bào)警器中的紅燈進(jìn)行閃爍，進(jìn)而提示工作人員需要進(jìn)行人員疏散等安全防范措施?；趩纹瑱C(jī)的火災(zāi)報(bào)警器在檢測(cè)到煙霧濃度高出預(yù)定值時(shí)，繼電器會(huì)進(jìn)行繼續(xù)工作，并驅(qū)動(dòng)換氣風(fēng)扇開啟，單片機(jī)還能夠?qū)ρ訒r(shí)子程序進(jìn)行開啟，在經(jīng)過10分鐘的延時(shí)后會(huì)對(duì)閥門進(jìn)行自動(dòng)調(diào)節(jié)。

2.3 軟件設(shè)計(jì)思路

基于單片機(jī)的大型商場火災(zāi)報(bào)警器中，STC89C52單片機(jī)中的STC89C52主控芯片是其核心部分，該主控芯片能夠?qū)O端口進(jìn)行控制，并能夠?qū)崿F(xiàn)邏輯判斷，同時(shí)它還能夠?qū)崿F(xiàn)語音報(bào)警，在系統(tǒng)程序中，它屬于一種無限循環(huán)體，在對(duì)系統(tǒng)通電后，由于其各個(gè)部分都設(shè)置有輸入與輸出端口，這就使系統(tǒng)中的電路能夠進(jìn)行數(shù)據(jù)存儲(chǔ)，并驅(qū)動(dòng)外圍電路。系統(tǒng)中的數(shù)碼管能夠?qū)Νh(huán)境中的溫度信息進(jìn)行顯示，并能夠借助于報(bào)警系統(tǒng)中的采集程序來對(duì)外部環(huán)境的溫度與報(bào)警信息進(jìn)行判斷，在系統(tǒng)始初化完成以后，其語音芯片不再對(duì)報(bào)警操作進(jìn)行繼續(xù)執(zhí)行。系統(tǒng)初始化主要實(shí)現(xiàn)以下功能，分別是煙霧數(shù)據(jù)采集功能、IO輸入輸出功能、寄存器初始化功能。對(duì)于單片機(jī)火災(zāi)報(bào)警器來說，數(shù)據(jù)采集是其核心功能，它對(duì)于火災(zāi)報(bào)警的意義十分重要，利用數(shù)據(jù)采集能夠降低火警的誤報(bào)，對(duì)數(shù)據(jù)采集功能的程序設(shè)計(jì)可以采用循環(huán)判斷與頻繁采集的方式進(jìn)行，煙霧傳感器每次對(duì)溫度信息數(shù)據(jù)進(jìn)行采集以后，會(huì)將這些采集到的數(shù)據(jù)發(fā)送至單片機(jī)當(dāng)中，并利用判斷程序來對(duì)這些數(shù)據(jù)進(jìn)行判斷，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對(duì)現(xiàn)場是否產(chǎn)生火情進(jìn)行準(zhǔn)確判斷。其具體流程主要是，對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行初始化操作，然后對(duì)數(shù)據(jù)與信號(hào)進(jìn)行采集，這時(shí)單片機(jī)會(huì)將這些采集到的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)至寄存器當(dāng)中，并利用INT1中斷程序來完成相應(yīng)操作，此時(shí)系統(tǒng)會(huì)延遲十秒再進(jìn)行操作，待轉(zhuǎn)換器操作完成后，系統(tǒng)還會(huì)延遲五十秒再進(jìn)行操作，然后對(duì)大型商場中的各種煙霧與溫度信號(hào)進(jìn)行采集，并將這些采集到的信號(hào)存儲(chǔ)到寄存器當(dāng)中。為了使火災(zāi)報(bào)警器實(shí)現(xiàn)語音報(bào)警操作，可以利用模塊化設(shè)計(jì)方式來進(jìn)行程序編寫，并通過服務(wù)程序來對(duì)數(shù)據(jù)信息采集進(jìn)行控制，當(dāng)火情使空氣溫度過高時(shí)，其濃度可能會(huì)超過設(shè)定值，這時(shí)系統(tǒng)在數(shù)據(jù)采集時(shí)會(huì)延時(shí)十秒，如果收集到了煙霧信號(hào)便會(huì)將采集信號(hào)存儲(chǔ)至寄存器當(dāng)中，這時(shí)系統(tǒng)便能夠?qū)ψ映绦蜻M(jìn)行執(zhí)行。

3.基于單片機(jī)的大型商場火災(zāi)報(bào)警器的設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)與測(cè)試

基于單片機(jī)的大型商場火災(zāi)報(bào)警器的程序設(shè)計(jì)采用Keil軟件，并通過Proteus軟件對(duì)該火災(zāi)報(bào)警器進(jìn)行了仿真測(cè)試，電路板的設(shè)計(jì)與制作由Protel完成，在確保電路板焊接無誤后開展仿真測(cè)試。測(cè)試結(jié)果表明，基于STC89C52單片機(jī)的大型商場火災(zāi)報(bào)警器具備非常高的靈敏度，當(dāng)仿真環(huán)境中出現(xiàn)干擾源時(shí)，不會(huì)對(duì)火災(zāi)報(bào)警器產(chǎn)生明顯的干擾。它能夠?qū)Υ笮蜕虉鲋苓叚h(huán)境的溫度煙霧值與溫度值進(jìn)行實(shí)時(shí)顯示，對(duì)溫度值與煙霧值的設(shè)定可以利用按鍵進(jìn)行設(shè)定。當(dāng)仿真環(huán)境中的溫度超出預(yù)定溫度值時(shí)，系統(tǒng)會(huì)通過蜂鳴器進(jìn)行自動(dòng)報(bào)警，并驅(qū)動(dòng)風(fēng)扇開啟自動(dòng)排煙功能。

4.結(jié)語

該系統(tǒng)基于單片機(jī)對(duì)火災(zāi)報(bào)警器進(jìn)行了科學(xué)的設(shè)計(jì)，并通過軟件、硬件與抗干擾這三個(gè)方面的設(shè)計(jì)來確?；馂?zāi)報(bào)警器達(dá)到預(yù)期使用功能?；赟TC89C52單片機(jī)的火災(zāi)報(bào)警器能夠進(jìn)行自我檢查，并利用數(shù)碼管對(duì)相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行顯示。仿真結(jié)果表明，本文所提出的STC89C52單片機(jī)火災(zāi)報(bào)警器不僅設(shè)計(jì)成本低，而且具備自我檢查、聲光報(bào)警、自動(dòng)滅火等諸多功能，應(yīng)用價(jià)值極高，具有十分廣闊的發(fā)展空間。