倪濤

摘要：市場經(jīng)濟體制的不斷完善，帶動了經(jīng)濟的發(fā)展，城市化進程逐步加大，人口壓力增大，電力的大力運用，導致了火災爆發(fā)頻率增加，給人民生命財產(chǎn)安全造成了嚴重的威脅，因此火災的及時發(fā)現(xiàn)是災情控制的前提條件，是保障生命財產(chǎn)安全的關鍵，文章就當前國內(nèi)火災報警情況出發(fā)，結合火災探測的實時性、精確性要求，討論如何研發(fā)出成本低、效率高、精準性強的智能報警系統(tǒng)。

關鍵詞：單片機；火災測控系統(tǒng)；設計

中圖分類號：TP273.5文獻標識碼：A文章編號：1006-8937（2011）22-0012-03

火作為人類生存必須的能源之一，對人類的生產(chǎn)意義重大，但對其本身的控制以及防御火災的產(chǎn)生是生存的必需，資料顯示，從1975年~1987年，我國共發(fā)生了44萬起火災，有6萬多人在火災中喪生，直接造成了32.5億的經(jīng)濟損失，尤其1987年的大興安嶺火災，造成了重大的損失，各級政府逐漸意識到火災控制的重要性，部分火災控制手段產(chǎn)生，但對火災的控制效果并不理想，1989年共發(fā)生火災30起，造成的經(jīng)濟損失仍達到30萬元之多，甚至10天內(nèi)就有3起火災發(fā)生，最嚴重一次造成了700萬元的經(jīng)濟損失，而造成火災的因素多，控制難，尤其以人為造成居多，消防技術的提高成為控制火災的必要途徑，因此必須徹底貫徹預防火災的方針，同時還要提高消防技術，其中火災報警控制作為重要環(huán)節(jié)。

本文著重介紹近年來廣泛應用于建筑中的單片機火災控制儀器的原理以及技術，并完善設計，考慮避免漏報、誤報、遲報、不報等方面的技術改進，隨著近年來單片機技術不斷更新，單片機逐漸在很多自動控制領域中得到了廣泛的運用，本文結合近年來單片機設計的研究現(xiàn)狀，根據(jù)建筑密集人口、火災高發(fā)區(qū)，對建筑中火災監(jiān)測和報警進一步探索，從而設計基于普通單片機中實用可靠的自動報警系統(tǒng)。

自動報警系統(tǒng)是根據(jù)傳感器進行火情信息收集，結合傳感器信息技術，并采用已經(jīng)成熟的智能識別算法實現(xiàn)監(jiān)測，即，報警器接受到火災信號后，立即通過轉換。產(chǎn)生聲、光報警信號，利用Modem與公用的電話網(wǎng)連接，將信號快速的傳遞給消防控制中心，同時還按設計時的預留號碼，連通后將災情信號傳遞給預留號碼部門，一旦接受信號方，即可通過信息數(shù)據(jù)庫查詢到火災發(fā)生的位置、交通情況、水源情況等基本信息，能通過這些綜合信息快速的確定火情，確定最佳的救火方案，并通過信息網(wǎng)絡連接下達命令，為火災的快速撲滅提供有利保障。

1本單片機火災報警系統(tǒng)功能

①聲、光協(xié)同報警功能。

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

③異常情況報警功能。若周圍環(huán)境有異常變動（包括：煙霧濃度過大或溫度異常），系統(tǒng)能及時的發(fā)出異常報警信號，通告人們，盡量避免火災的發(fā)生進一步蔓延造成更大的危害。

④火災報警功能。當出現(xiàn)火災即，煙霧、溫度同時異常改變時，系統(tǒng)立即發(fā)出火災聲、光警報,并且及時將火災發(fā)生的信息通過遠程報警電路傳遞給消防指揮中心和預設其他部門。

2控制儀整機原理

整機工作原理如下:

本設計的整體工作原理可以分為以下幾個步驟：程序的自我檢查和故障的排查，當探測器連接控制器之間出現(xiàn)斷線，所對引得房間號得信號指示燈發(fā)亮，同時伴隨單調(diào)音響鳴警，探測器將接受的火災信號通過轉換后，以高低電平的形式傳輸，并利用在建筑物內(nèi)部的線控或者長電平轉換器的轉換，把信號變成0V或者5V，并經(jīng)由接入口進行單片機，后由系統(tǒng)的軟件部分對該信號進行識別，確定屬于火災信號還是干擾信號，當探測確定為干擾信號便不傳輸火災信息，進行屏蔽，一旦識別確定為火災信號，顯示器則顯示房間號，同時火警燈閃爍、變調(diào)鳴音，傳輸信號一旦被值班室收到，立刻高度警覺，若屬于首次火警，倒計時裝置停止顯示，當班人員應立即反應情況，由火災控制中心迅速發(fā)出消防信號。總的來講，系統(tǒng)層次清晰，但必須具備一定的可靠性，因此在設計上需要周全的考慮，基于單片機的火災報警控制系統(tǒng)原理圖如圖1所示。

3系統(tǒng)硬件電路設計

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部分,包括：單片機、數(shù)據(jù)采集模塊、聲光報警模塊、遠程報警模塊。其中，單片機屬于整個報警系統(tǒng)設計中的核心設計部分，數(shù)據(jù)的采集模塊中又包括（溫度傳感器、煙霧傳感器、信號調(diào)整電路以及A/D轉換電路），通過這幾個環(huán)節(jié)能將傳感器感受并輸出的信號轉換，通過放大、濾波等方式進行，轉換后的信號能夠滿足A/D轉換器的需求，最終由A/D轉換電路，實現(xiàn)由溫度傳感器和煙霧傳感器輸出的模擬信息轉換成數(shù)字信號。具有聲、光雙重報警的功能，這兩模塊可進行語音報警和燈光報警，并由單片機控制聲光報警的具有細節(jié)，如異常報警、故障報警、火災報警等。而原蟲報警模塊則是主要受控于MT8880收發(fā)碼電路組成，也由單片機進行的控制。

3.2器件選擇及單片機接口

①接口電路。接口電路主要承接三種報警聲、光信息的顯示，三種形式的聲、光報警顯示線路是大致相同的。而火災報警在聲、光報警的同時，還必須進行滅火器的控制。因此在此只進行火災報警器的接口電路說明，圖2為基本的火災報警接口線路圖，火災信號被觸發(fā)器接受后，結合指示信號，并通過第一接口使得控制發(fā)光二極管，發(fā)光二極管開始閃射出燈光，發(fā)出火災報警信號，被第二接口接收并傳遞給聲響報警觸發(fā)器，經(jīng)過接口將基極設置為高電平，并使其連通，通過專用的報警集成電路模塊接通對應的電源并發(fā)出警鳴。當?shù)碗娖叫盘柍霈F(xiàn)時，集成電路模塊控制發(fā)出消防車報警音，此為火災報警音，當火災信號轉換后除以光、聲兩種形式發(fā)出信號，還要對滅活裝置進行控制，即通過對繼電器的控制開實現(xiàn)，控制電路在集成電路中涉及，為屏蔽干擾信號，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。通過機械式的差定溫探測器來實現(xiàn)溫度異常感受，這一探測器結構較為簡單，靈敏度較高，較適用于溫度變化不大的場所，通過膨脹系數(shù)的改變來實現(xiàn)金屬片得不同組合，一旦溫度發(fā)生改變，兩金屬片彎曲，使得觸點連接，溫度傳感器與對應的調(diào)理電路如圖3所示。其二，感煙傳感器。通過離子式的煙霧傳感器作為煙感探測器，分為補償電離室、信號放大電路、檢查電離室、開關轉換器、故障自動檢查系統(tǒng)以及火災模擬檢查電路這幾個部分。當正常情況下，無煙補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入檢查室，由此降低了電離電荷運動的速度，導致電流量降低，同時加大了監(jiān)測室的阻抗，但補償室內(nèi)阻抗維持不變，由此電離室出現(xiàn)分壓改變，信號傳回輸入端即產(chǎn)生電壓，當逐漸增加到一定程度時，開關進行轉換，發(fā)出電路動作，報警信號發(fā)出，同時報警燈亮。

③硬件詳細接線。常用的單片微機系統(tǒng)由8031和2732構成的應用系統(tǒng)，是設計中最小的應用系統(tǒng)，其中8031接第一個接口電路，接口電路中的兩分支接口分別與煙感、溫感信號相連接，同時微機也是通過這兩接口采集煙感、溫度變化信號；另一分支接口還必須為故障定位，通過指示燈信號來確定故障發(fā)生的位置、情況通過溫感或者煙感進行指示；此外還需設一個檢查信號接口，與微機相連，不斷接收由微機發(fā)出的矩形波，形成檢查、探測周期動作；另設一個電源報警控制線，以及故障、異常、火災報警控制線。

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

⑤遠程報警電路與接口。為使得防災功效加大，設計時，還在模塊中設置了專業(yè)的收發(fā)碼電路。該電路設置為雙頻收發(fā)電路（MT8880），此模塊用于預置各種電話號碼，MT8880C作為一個帶有呼叫處理濾波器的單片雙音多頻（DTMF）信號收發(fā)器，由可變增益的內(nèi)置放大設備的高性能的接收器和具有脈沖計數(shù)功能的發(fā)射器組成，采用89C51單片機控制MT8880，達到對數(shù)據(jù)進行的計算機智能控制和傳輸，實現(xiàn)遠程報警，單片機和收發(fā)電路接口電路如圖4所示。

4軟件程序設計

①系統(tǒng)設計采用單片機實現(xiàn)布測點的檢測，一旦出現(xiàn)火情，單片機傳輸報警信號，該信號能在顯示器獲得火災的地點等信息，因此軟件部分必須包括監(jiān)測程序、報警顯示程序等。

②監(jiān)控程序的設計，根據(jù)設計要求，監(jiān)控程序應設置為系統(tǒng)完全啟動后啟動的鍵掃程序。通過鍵值得輸入控制處理動作，若對系統(tǒng)設置成為現(xiàn)有時間運行的時鐘時，對鍵入值有無進行檢查，若檢查結果為1鍵，系統(tǒng)立刻顯示火警的發(fā)出時間，按2鍵立即顯示現(xiàn)實時間，因此監(jiān)控程序編寫時必須將鍵盤掃描子程序（111）寫入，其子程序（121），這些都在計算機語言中又明確的規(guī)定。

③檢測程序，報警信號的顯示程序，此系統(tǒng)電路是當火情發(fā)生時要求外部斷開，并在外部斷開服務程序上對P1的值進行讀值，判斷是否為零，當不為零值時，需要設計延遲復讀，當確定為零時發(fā)出報警信號，并記錄時間，同時發(fā)出調(diào)動子程序的動作，顯示火情，并按下2鍵進行處理。

5結語

消防是1門相對獨立性較強的專業(yè)，在于研究火災的預防以及控制，遏制火災的蔓延趨勢，學科交叉點多，現(xiàn)代的消防技術已經(jīng)結合了計算機、電子顯示、傳感技術等自動電子化地技術，因此研究自動化的消防報警控制系統(tǒng)成為當下研究的熱點。

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

本設計火災自動報警控制器，在實時監(jiān)測的同時，能保障系統(tǒng)的穩(wěn)定和進行外圍器件的故障確定，同時能及時的辨別故障類型，智能的發(fā)出動作，并采用斷開或短路的方式，是在2代基礎上進行的革新，具備了一定的新功能，但2代自動報警器探測器設置為“開關量”原理電路，因此對環(huán)境的適應性相對較弱，對高溫和潮濕環(huán)境容易產(chǎn)生誤讀，3代是屬于模擬量原理電路，探測器沒有設置報警閾值，直接由控制器接受感受信號，進行比對分析，自動屏蔽環(huán)境干擾，如能通過煙霧的濃度和變化量以及趨勢來區(qū)分是否是火災產(chǎn)生。

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