王 芳

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

隨著人口增加和經(jīng)濟發(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)探測報警系統(tǒng)及消防設(shè)施已逐漸普及、完善，但在實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)的智能報警逐漸被重視。其實世界上誕生火災(zāi)自動報警系統(tǒng)已有100多年歷史了。在隨后的時間里人們不斷地改進對火災(zāi)的探測技術(shù)，特別是電子、計算機技術(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

火災(zāi)報警系統(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，具有8K可編程Flash存儲器，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通過運算放大器放大后然后經(jīng)模數(shù)轉(zhuǎn)換變?yōu)閿?shù)字信號，以便單片機處理；除了可以聲光報警，還預(yù)留了可以控制聯(lián)動裝置的端口；還帶有時鐘功能，以保證數(shù)據(jù)采集時間的存儲；鍵盤、顯示功能，因為考慮到電路設(shè)計的通用性，所以添加了這些常用功能。系統(tǒng)整體設(shè)計如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)整體設(shè)計原理圖

2 硬件電路的設(shè)計

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)險較低到幾乎為零，體積小，大幅度的減低了成本。輸出信號線性好、重復(fù)再現(xiàn)性優(yōu)越、不受濕度影響、電池可驅(qū)動。

3.2 放大電路

傳感器的電信號，需要進行放大隔離穩(wěn)壓，然后經(jīng)由單片機進行融合處理。放大器LM324內(nèi)部包含四組形式完全相同的運算放大器，除電源共用外，四組運放相互獨立，并有相位補償電路，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，完全可以滿足同時接多個傳感器的系統(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SPI接口。幀同步信號（FS）指示串行數(shù)據(jù)幀傳輸?shù)拈_始。當上電后設(shè)備被設(shè)置成硬件默認模式，并且不需要軟件配置。

圖3 A/D轉(zhuǎn)化電路圖

3.4 報警及顯示電路

單片機的P3.2通過限流電阻和三極管驅(qū)動蜂鳴器，P1.1接發(fā)光二極管，以完成聲光報警。因為需要顯示的數(shù)據(jù)不是很多，系統(tǒng)選用一塊液晶屏LCD1602，第一行顯示時間，第二行顯示各個傳感器數(shù)據(jù)和報警等信息。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，鎖定報警時間，解除報警，以及便于對以后擴展的電路進行控制。

3.5 看門狗電路設(shè)計

在智能火災(zāi)報警系統(tǒng)中還設(shè)計了看門狗電路?？撮T狗電路設(shè)計選用雙列直插封裝式芯片MAX813L。在設(shè)計中，單片機的一個引腳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。如果因某種原因火災(zāi)報警系統(tǒng)進入死循環(huán)，WDI引腳沒有脈沖輸入時，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)報警系統(tǒng)有效復(fù)位并擺脫死循環(huán)。另外，當電源電壓低于限值4.65 V時，MAX813L也產(chǎn)生復(fù)位輸出，使火災(zāi)報警系統(tǒng)處于復(fù)位狀態(tài)，此時不執(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)報警系統(tǒng)產(chǎn)生誤動作。

4 軟件設(shè)計

程序開始運行時首先采集光電感煙探測器信號、溫度探測器信號和CO探測器信號，將三種探測器信號送入單片機進行數(shù)據(jù)處理。判斷使用當前的結(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，則輸出嚴重報警信號，并將火警發(fā)生情況通知區(qū)域報警控制器，在區(qū)域報警控制器上做相應(yīng)處理；如果判斷報警信號，并進一步關(guān)注溫度和煙霧信號的變化趨勢，如果趨勢繼續(xù)升高則嚴重報警并作后續(xù)工作，否則取消報警。最后送入液晶顯示。圖4是火災(zāi)探測器單片機軟件程序流程圖。

圖4 軟件程序設(shè)計流程圖

5 結(jié)語

本文提出和設(shè)計的智能型火災(zāi)報警系統(tǒng)，是現(xiàn)代智能控制理論在消防自動化系統(tǒng)中的應(yīng)用，系統(tǒng)基本達到了預(yù)期目標。智能化是整個火災(zāi)報警系統(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)報警系統(tǒng)可以通過分析多個系統(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)動裝置要完善消防設(shè)施，減少人身和財產(chǎn)安全的損失。

[1]金華彪，夏雨人，張振偉.分布式火災(zāi)自動報警網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)[J].微型電腦應(yīng)用，2003，19（1）.

[2]王殊，竇征.火災(zāi)探測及其信號處理（第 1版）[M].武漢：華中理工大學(xué)出版社，1998.

[3]吳淵.一種智能火災(zāi)報警控制系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)[J].西安：西安交通大學(xué)圖書館，2002.

[4]李華.MSC-51系列單片機實用接口技術(shù)（第1版）[M].北京：北京航空航天大學(xué)出版社，1993.

[5]石東海.單片機數(shù)據(jù)通信技術(shù)從入門到精通（第1版）[M].西安：西安電子科技大學(xué)出版社，2002.

[6]馬忠梅，籍順心，張凱.單片機的C語言應(yīng)用程序設(shè)計（第1版）[M].北京：北京航空航天大學(xué)出版社，1999.