李世紅

（溫州科技職業(yè)學(xué)院，浙江 溫州325006）

火災(zāi)報(bào)警器由原來(lái)的業(yè)余制作發(fā)展到現(xiàn)在的專業(yè)生產(chǎn)的工業(yè)產(chǎn)品，說(shuō)明其重要性越來(lái)越受到重視。很多國(guó)家都為火災(zāi)報(bào)警器制定了相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，如美國(guó)的UL標(biāo)準(zhǔn)以及BSI、VDS、DVN、SSL等標(biāo)準(zhǔn)，而且有些國(guó)家還專門生產(chǎn)火災(zāi)報(bào)警器的專用IC。在眾多的火災(zāi)報(bào)警器中最為常見(jiàn)的有煙感離子火災(zāi)報(bào)警器、紅外線火災(zāi)報(bào)警器及溫度火災(zāi)報(bào)警器等[1]。

溫度報(bào)警器中有兩種溫度傳感方式，一種是溫升式溫度傳感方式，另一種是溫差溫度傳感方式。按UL標(biāo)準(zhǔn)（美國(guó)電器工會(huì)標(biāo)準(zhǔn)），溫升式溫度傳感方式的火災(zāi)報(bào)警器是指當(dāng)環(huán)境溫度以每分鐘0.5℃的速度上升至60℃～85℃時(shí)報(bào)警器應(yīng)該及時(shí)報(bào)警；而溫差式溫度火災(zāi)報(bào)警器指當(dāng)環(huán)境溫度在一分鐘內(nèi)上升到比原來(lái)的環(huán)境溫度相差22℃時(shí)，也就是指當(dāng)出現(xiàn)警情時(shí)溫度突然上升應(yīng)及時(shí)報(bào)警[2]。

一般工廠生產(chǎn)的溫度傳感火災(zāi)報(bào)警器分為溫差式和溫升式兩種，也有的工廠將這兩種方式綜合在一起，利用一個(gè)轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)來(lái)進(jìn)行傳感方式的選擇使用，這種方式雖然綜合了兩種溫度傳感方式，但實(shí)際上只要選中一種方式，而另一種方式根本沒(méi)有起到任何作用，并且給使用者帶來(lái)一些不便。本文介紹了一種火災(zāi)溫度報(bào)警器，可以不用轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)自動(dòng)選擇兩種傳感方式[3]。

1 火災(zāi)溫度報(bào)警器工作原理及A5348介紹

該報(bào)警器的原理圖如圖1所示。A5348是一種離子式火災(zāi)報(bào)警器使用的專用集成芯片，它是一種CMOS電路結(jié)構(gòu)的高內(nèi)阻的芯片。其他離子式火災(zāi)報(bào)警器的芯片只要按照本原理圖的工作原理進(jìn)行安裝就可以正常工作，如A5368、M14467。圖2是A5348各腳的功能圖和內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖。

圖1 報(bào)警器原理圖

圖2 A5348各腳的功能圖和內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖[4]

圖1中，A5348的6腳為電源輸入端，電源使用范圍為6 V～12 V；9腳為電源負(fù)極接地，供電電壓選擇DC 9 V，一般使用普通的疊層電池；D1是為了防止電池裝反時(shí)燒毀芯片而設(shè)置的。本電路待機(jī)電流極小，一般在幾微安以內(nèi)，用一塊普通疊層電池在不報(bào)警的情況下可以待機(jī)使用10個(gè)月到一年左右。A5348內(nèi)設(shè)有低電壓提示功能，當(dāng)電池電壓低到內(nèi)部設(shè)置值時(shí)，每隔40 s音頻電路會(huì)隨著D2的閃爍發(fā)出“嘟”的一聲提示，說(shuō)明電池電量已不足。2腳是一個(gè)輸入（IN）/輸出（OUT）接口，它既有輸出功能又有輸入功能。輸入/輸出口主要是用來(lái)作為并機(jī)使用的端口，據(jù)有關(guān)資料介紹，一臺(tái)報(bào)警器可以并聯(lián)約125臺(tái)同類報(bào)警器，在這些并聯(lián)報(bào)警器中只要有任何一臺(tái)接收到警情（有火災(zāi)發(fā)生），其他報(bào)警器將在2 s內(nèi)同時(shí)發(fā)出報(bào)警聲。主叫機(jī)在報(bào)警時(shí)LED－R D2隨報(bào)警聲閃爍，而被動(dòng)機(jī)只有報(bào)警聲LED燈不閃爍。5腳是工作狀態(tài)顯示，待機(jī)時(shí)每40 s閃爍一下，報(bào)警時(shí)隨著警聲閃爍。

由圖2中可以看出，A5348內(nèi)是一個(gè)比較器1，比較器1的反相輸入端與電路內(nèi)部由D1和電源組成的基準(zhǔn)電壓相連作為比較器的標(biāo)準(zhǔn)電壓，同相端與電路內(nèi)部由電源、R1、R2、R3及Q1組成的分壓電路連接。Q1每40 s導(dǎo)通一次，當(dāng)電源電壓低于反相輸入端的標(biāo)準(zhǔn)閾值電壓時(shí)，比較器1翻轉(zhuǎn)，翻轉(zhuǎn)信號(hào)送到邏輯處理電路中，由邏輯處理電路每40 s觸發(fā)一次音頻電路，使音頻電路發(fā)出一聲報(bào)警聲。IC內(nèi)部設(shè)置的下限電壓為7.1 V，當(dāng)電源電壓下降到7.1 V時(shí)，電路提示用戶更換電池。3腳是低電壓提示外設(shè)置端，將3腳對(duì)地接一個(gè)電阻可以改變提示電壓的設(shè)置。電源電壓為9 V時(shí)，可使用內(nèi)部設(shè)置值，本電路中該腳不用。10、11腳是報(bào)警音頻輸出，從圖2中可以看出，8、10、11腳內(nèi)部是一個(gè)振蕩器，外圍元件是該振蕩器時(shí)基元件，8腳是反饋端。12腳是A5348時(shí)序振蕩電路的頻率選擇端，改變12腳的電容C3可以改變時(shí)序振蕩頻率。7腳是頻率校準(zhǔn)電路。1、4腳為低靈敏度延時(shí)設(shè)置端，本電路懸空不用。15腳是檢測(cè)信號(hào)輸入端，低電壓有效。14、16腳為保護(hù)電路。13腳是靈敏度選擇，改變其輸入電壓，可使本機(jī)的靈敏度上升或者下降。

圖1中由R6、RT2、RT1、R5及R8組成溫度傳感電路，其中A點(diǎn)電壓通過(guò)R8送到A5348的15腳，與其內(nèi)部的比較器2的反相輸入端連接。本電路A點(diǎn)的電壓設(shè)定在1/2電源電壓上，比電路內(nèi)部設(shè)定的閾值電壓高出約1.5 V，因此，內(nèi)部比較器2輸出低電平。RT1和RT2是負(fù)阻性熱敏電阻，在環(huán)境溫度為25℃的情況下用萬(wàn)用表測(cè)得其阻值均在1.5 MΩ內(nèi)。R9和SW1按鈕開(kāi)關(guān)組成檢測(cè)電路。按下按鈕開(kāi)關(guān)使A點(diǎn)電壓下降，15腳的電壓也隨之下降，報(bào)警器可發(fā)出報(bào)警聲。LM358運(yùn)算放大器組成電壓比較器，比較器的同相輸入端與電路中B點(diǎn)相連；反相輸入端與R10、VR1和R11組成的基準(zhǔn)電壓連接，其電壓的設(shè)置高于反相輸入端約1.2 V。輸出端通過(guò)二極管D3與電阻R7連接送到A5348的13腳，進(jìn)入其內(nèi)部比較器2的同相輸入端。R7的另一端接地，電阻R7在電路中起到靈敏度調(diào)整作用，調(diào)整電阻R7阻值的大小可以改變電路的靈敏度。13腳同時(shí)也可以與電源6腳并接一個(gè)電阻，配合R7的調(diào)整也能更精確地調(diào)整該報(bào)警器的靈敏度。

在使用中，如遇到突發(fā)的火情使環(huán)境溫度陡然升高，由于熱敏電阻RT1的敏感部位暴露在機(jī)殼外面，它將首先感受到環(huán)境溫度的變化，而RT2裝在機(jī)殼內(nèi)，它不能感受到突然上升的溫度。當(dāng)RT1受到環(huán)境溫度的影響使其內(nèi)阻突然下降，RT1阻值的減小導(dǎo)致A點(diǎn)的電壓下降，下降的電壓經(jīng)R8送到A5348的15腳進(jìn)入A5348內(nèi)部比較器2反相輸入端，使比較器2反相輸入端的電壓也突然下降，下降的電壓值低于閾值電壓時(shí)比較器2立即翻轉(zhuǎn)為高電平，高電平信號(hào)送到邏輯處理電路中由邏輯處理電路觸發(fā)音頻振蕩電路使報(bào)警器發(fā)出報(bào)警聲，同時(shí)A5348的5腳輸出矩形波，使LED D2隨報(bào)警聲閃爍。

當(dāng)A點(diǎn)電壓下降時(shí)，B點(diǎn)的電壓也同時(shí)跟著下降，但由于LM358的同相輸入端電壓在待機(jī)狀態(tài)下比反相輸入端的閾值電壓低，因此B點(diǎn)電壓的下降對(duì)LM358沒(méi)有影響，所以LM358在“環(huán)境溫度突然上升”這種警情下仍處于待機(jī)狀態(tài)[5]。

另外一種是隱蔽火情。這種火情比較隱蔽，著火點(diǎn)由小變大，因此在這種情況下環(huán)境溫度是逐漸升高。所以，以上報(bào)警方式不適合在這種情況下使用。由于緩慢升高的溫度會(huì)使機(jī)殼內(nèi)的RT2和機(jī)殼外的RT1同時(shí)感受到溫度的變化，RT2和RT1的阻值也是同時(shí)降低的，因此A點(diǎn)的電壓基本不變。但是B點(diǎn)電壓且隨著RT2及RT1阻值的減小而逐漸升高，環(huán)境溫度越高，則B點(diǎn)的電壓就越高。由于B點(diǎn)直接接在比較器LM358的同相輸入端，當(dāng)環(huán)境溫度上升到一定值時(shí)，B點(diǎn)電壓超過(guò)LM358的反相輸入的閾值電壓時(shí)比較器翻轉(zhuǎn)，輸出端輸出高電平。比較器輸出的高電平經(jīng)二極管D3送到A5348的13腳，即A5348內(nèi)部比較器2的同相輸入端，使比較器2的同相輸入端電壓上升，改變了預(yù)設(shè)的閾值電壓，上升電壓值超過(guò)反相輸入端的電壓時(shí)，比較器2翻轉(zhuǎn)，電路報(bào)警。

當(dāng)電路出現(xiàn)報(bào)警時(shí)，在供電電壓為9 V的情況下，2 s內(nèi)A5348的2腳輸出一個(gè)8.5 V的電壓。將這個(gè)電壓送到同一個(gè)類形的其他報(bào)警器，或者與A5348型號(hào)相同的其他類形的報(bào)警器（如離子煙感火災(zāi)報(bào)警器）的I/O接口上，這些并聯(lián)在一起的報(bào)警器會(huì)同時(shí)發(fā)出報(bào)警聲。發(fā)聲器件選用帶反饋的三端輸入蜂鳴器。RT1、RT2選用一種小形玻璃管封裝的熱敏電阻，型號(hào)為RSTA1388K，其大小與1/2W的穩(wěn)壓管差不多。如購(gòu)買不到此種熱敏電阻，也可用其他型號(hào)的熱敏電阻代替，但常溫阻值必須選在300 kΩ～500 kΩ內(nèi)，兩只電阻的阻值盡量一致，偏差不要大于5 kΩ[6]。

2 電路的安裝與調(diào)試

將PCB板做好后，把元器件貼板裝到PCB板上。RT2應(yīng)與其他元件一樣貼板安裝；RT1的元件腳不要剪斷高高地焊在PCB板上，要將RT1的敏感部露在機(jī)殼外面。PCB板焊接完后需要對(duì)電路進(jìn)行調(diào)試，調(diào)試時(shí)應(yīng)在25℃的環(huán)境溫度下進(jìn)行，將RT1、RT2用兩個(gè)阻值盡量接近的1.5 MΩ的電阻代替。用一段導(dǎo)線將IC的12腳對(duì)地短路，讓主機(jī)的時(shí)序振蕩電路停止工作，用萬(wàn)用表觀察IC的16腳或者14腳與13腳的電壓，調(diào)整13腳上的電阻R7，使萬(wàn)用表反映的電壓數(shù)為1.2 V左右，這個(gè)電壓值越小靈敏度就越高。調(diào)試完后斷開(kāi)12腳的短路線。這項(xiàng)指示調(diào)好后將替代電阻從PCB板上卸下來(lái)，將RT1和RT2裝到PCB板上，放在一個(gè)大小適當(dāng)?shù)暮兄?，用電吹風(fēng)向盒子中吹熱風(fēng)，使盒子中的溫度在60℃～80℃內(nèi)，慢慢調(diào)整VR1直至報(bào)警器剛出現(xiàn)報(bào)警。同時(shí)，檢測(cè)按鈕開(kāi)關(guān)的按鈕必須露在機(jī)殼外，以便于檢測(cè)；按下按鈕時(shí)應(yīng)該發(fā)出報(bào)警聲，表示報(bào)警器工作正常[7]。

[1]毛星.家用煙霧報(bào)警器[J].消防科學(xué)與技術(shù)，2012（9）：940.

[2]張琳，孫耀杰，張坤.TN9紅外溫度傳感器在火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)中的應(yīng)用[J].傳感器與微系統(tǒng)，2012（10）：146-148.

[3]羅樂(lè).紅外傳感器數(shù)據(jù)采集防盜報(bào)警器系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].制造業(yè)自動(dòng)化，2012（18）：138-140.

[4]張霄霞，候洪麗，王福明，等.火災(zāi)煙霧報(bào)警系統(tǒng)的設(shè)計(jì)[J].山西電子技術(shù)，2011（2）：5-7.

[5]林月芳.糧庫(kù)溫濕度測(cè)量與防火防盜檢測(cè)系統(tǒng)[D].北京：中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)，2003.

[6]張敏，宋國(guó)輝.煙霧檢測(cè)的火災(zāi)自動(dòng)探測(cè)報(bào)警系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].單片機(jī)與嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用，2011（3）：58-61.

[7]陳文平.有關(guān)吸氣式煙霧探測(cè)火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)設(shè)計(jì)的探討[J].福建建設(shè)科技，2009（4）：64-65.