朱 會(huì) 東

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智能火災(zāi)監(jiān)測(cè)報(bào)警系統(tǒng)設(shè)計(jì)

朱 會(huì) 東

朱會(huì)東(1979—),男,講師,研究方向?yàn)闄C(jī)械電子工程。

(阜新高等?？茖W(xué)校, 遼寧 阜新123000)

摘要：基于AT89C51單片機(jī)控制,設(shè)計(jì)了一種智能火災(zāi)監(jiān)測(cè)報(bào)警系統(tǒng),著重闡述了系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)組成、工作原理及軟件設(shè)計(jì)流程。指出智能火災(zāi)監(jiān)測(cè)報(bào)警系統(tǒng)具有對(duì)煙濃度和溫度的監(jiān)測(cè)功能,能夠自動(dòng)監(jiān)測(cè)火災(zāi)的發(fā)生,并自動(dòng)報(bào)警和聯(lián)動(dòng)滅火,具有成本低、可靠性好、兼容性好等優(yōu)點(diǎn)。

關(guān)鍵詞：智能監(jiān)測(cè); 單片機(jī); 火災(zāi)報(bào)警; 硬件設(shè)計(jì); 軟件設(shè)計(jì)

0引言

隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展,消防安全越來越凸顯出其重要性,火災(zāi)報(bào)警器在消防工作的作用尤為重要。目前我國的火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警控制系統(tǒng)的智能化程度越來越高[1],但國內(nèi)廠家多偏重大型倉庫、商場(chǎng)、高級(jí)寫字樓、賓館等場(chǎng)所應(yīng)用的大型火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)的研發(fā),采用集中區(qū)域報(bào)警控制方式,系統(tǒng)復(fù)雜,成本較高。在居民住宅區(qū)、機(jī)房、辦公室等小型防火單位,需要設(shè)置一種單一或區(qū)域聯(lián)網(wǎng)、廉價(jià)且實(shí)用的火災(zāi)自動(dòng)探測(cè)報(bào)警裝置。因此,研制一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單的語音數(shù)字聯(lián)網(wǎng)火災(zāi)報(bào)警器非常必要。

以往的火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)總線上的數(shù)據(jù)沖突、長距離數(shù)據(jù)傳輸?shù)牟豢煽恳约安灰讛U(kuò)展等問題。隨著近年來一些低價(jià)格、高性能的單片機(jī)被廣泛應(yīng)用于各個(gè)電路系統(tǒng),尤其是電路控制等方面,這些問題都得到了一定的改善。

1系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)

1.1　設(shè)計(jì)要點(diǎn)

火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)包括智能型、全總線型以及綜合型等,這些系統(tǒng)不分區(qū)域報(bào)警系統(tǒng)或集中報(bào)警系統(tǒng),可達(dá)到對(duì)整個(gè)火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)進(jìn)行監(jiān)視的目的。在實(shí)際工程中應(yīng)用較廣的是傳統(tǒng)型區(qū)域報(bào)警系統(tǒng)、集中報(bào)警系統(tǒng)和控制中心報(bào)警系統(tǒng)。安裝在保護(hù)區(qū)的探測(cè)器不斷地向所監(jiān)視的現(xiàn)場(chǎng)發(fā)出巡檢信號(hào),監(jiān)視現(xiàn)場(chǎng)的煙霧濃度、溫度等,并不斷反饋給報(bào)警控制器?？刂破鲗⒔邮盏降男盘?hào)與內(nèi)存的正常整定值比較,從而判斷是否發(fā)生火災(zāi)。當(dāng)發(fā)生火災(zāi)時(shí),探測(cè)器發(fā)出聲光報(bào)警,顯示火災(zāi)區(qū)域或樓層房號(hào)的地址編碼,并打印報(bào)警時(shí)間、地址等;同時(shí)向火災(zāi)現(xiàn)場(chǎng)發(fā)出警鈴報(bào)警,在火災(zāi)發(fā)生樓層的上下相鄰層或火災(zāi)區(qū)域的相鄰區(qū)域同時(shí)發(fā)出報(bào)警信號(hào),以顯示火災(zāi)區(qū)域。各應(yīng)急疏散指示燈亮,指明疏散方向。

1.2　系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)方案

智能火災(zāi)監(jiān)測(cè)報(bào)警系統(tǒng)主要由單片機(jī)控制器系統(tǒng)、火災(zāi)探測(cè)器系統(tǒng)、聲光報(bào)警系統(tǒng)、消防聯(lián)動(dòng)系統(tǒng)、顯示部分和鍵盤系統(tǒng)和直流穩(wěn)壓電源系統(tǒng)等組成。系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)方案如圖1所示。

圖1　火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)原理圖

外接的火災(zāi)探測(cè)器(如感煙探測(cè)器和感溫探測(cè)器)將檢測(cè)到的煙霧信號(hào)傳送給單片機(jī),經(jīng)單片機(jī)處理后發(fā)出相關(guān)的聲光報(bào)警(黃燈亮)信號(hào)。工作人員查看是否誤報(bào),若誤報(bào),則用復(fù)位方式取消報(bào)警,若發(fā)生火災(zāi), 則按下確認(rèn)火災(zāi)按鈕,控制器自動(dòng)發(fā)出火災(zāi)信號(hào), 控制卷簾門、滅火器、撥打報(bào)警電話,并發(fā)出相應(yīng)的火災(zāi)聲光報(bào)警(紅燈亮)信號(hào)。當(dāng)有煙且溫度超過相應(yīng)的數(shù)值時(shí),直接發(fā)出火災(zāi)報(bào)警,在火災(zāi)前期即可檢測(cè),同時(shí)加入了溫度監(jiān)測(cè),使火災(zāi)報(bào)警更加智能。通過該系統(tǒng)能及早發(fā)現(xiàn)火情,盡可能減少火災(zāi)帶來的損失。

2系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

2.1　控制器的電路設(shè)計(jì)

主控制器采用AT89C51單片機(jī)作為微處理器[2]。單片機(jī)對(duì)復(fù)位電路的基本要求是在單片機(jī)上電時(shí)能可靠復(fù)位,在下電時(shí)能防止E2PROM中的數(shù)據(jù)被修改。另外,單片機(jī)系統(tǒng)在工作時(shí),由于干擾等各種因素的影響,有可能出現(xiàn)死機(jī),導(dǎo)致單片機(jī)系統(tǒng)無法正常工作。為此,除了充分利用單片機(jī)本身的看門狗定時(shí)器(有些單片機(jī)無看門狗定時(shí)器)外,還需外加看門狗電路。有些單片機(jī)系統(tǒng)還要求在掉電瞬間能將重要數(shù)據(jù)保存下來,因而此類單片機(jī)系統(tǒng)需要配置電源監(jiān)控電路,一旦發(fā)生掉電能及時(shí)告知單片機(jī)。MAX813L剛好能滿足這些要求,它是一款體積小、功耗低、性價(jià)比高的帶看門狗和電源監(jiān)控功能的復(fù)位芯片,提供高電平復(fù)位信號(hào)。主控制器結(jié)構(gòu)如圖2所示。

2.2　檢測(cè)電路

檢測(cè)電路是火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)的傳感部分,能對(duì)火災(zāi)參數(shù)(如煙霧、溫度、火焰輻射、氣體濃度等)響應(yīng),并自動(dòng)產(chǎn)生火災(zāi)報(bào)警信號(hào),或向控制和指示設(shè)備發(fā)出現(xiàn)場(chǎng)火災(zāi)狀態(tài)信號(hào)?；馂?zāi)探測(cè)器是系統(tǒng)中的關(guān)鍵元件,其穩(wěn)定性、可靠性和靈敏度等技術(shù)指標(biāo)受到諸多因素的影響。因此,火災(zāi)探測(cè)器的選擇和布置應(yīng)嚴(yán)格按照規(guī)范進(jìn)行。

煙霧探測(cè)器監(jiān)測(cè)火災(zāi)時(shí)能及時(shí)地發(fā)現(xiàn)火災(zāi)前期的煙霧,但容易產(chǎn)生誤報(bào)。溫度探測(cè)器可以檢測(cè)火災(zāi)發(fā)生時(shí)的溫度,但不能及時(shí)發(fā)現(xiàn)火情。

圖2　單片機(jī)與看門狗組成的控制電路圖

離子感煙探測(cè)器對(duì)探測(cè)器內(nèi)電離電流的燃燒產(chǎn)物較為敏感。光電式感煙探測(cè)器對(duì)影響紅外、可見和紫外電磁波頻譜區(qū)輻射的吸收或散射的燃燒產(chǎn)物較為敏感,利用光散射原理對(duì)火災(zāi)初期產(chǎn)生的煙霧進(jìn)行探測(cè),并及時(shí)發(fā)出報(bào)警信號(hào)。紅外光束線性火災(zāi)探測(cè)器響應(yīng)某一連續(xù)線路附近的火災(zāi)產(chǎn)生的物理和(或)化學(xué)現(xiàn)象。紅外光束線性感煙火災(zāi)探測(cè)器應(yīng)用煙粒子吸收或散射紅外線光束強(qiáng)度發(fā)生變化的原理工作,具有保護(hù)面積大、安裝位置較高、在相對(duì)濕度較高和強(qiáng)電場(chǎng)環(huán)境中反應(yīng)速度快等優(yōu)點(diǎn),適用于較大空間的場(chǎng)所,尤其適用于難以使用點(diǎn)型探測(cè)器甚至根本不可能使用點(diǎn)型探測(cè)器的場(chǎng)所。

差溫探測(cè)器當(dāng)火災(zāi)發(fā)生時(shí)室內(nèi)溫度升高速率達(dá)到預(yù)定值時(shí)響應(yīng),如膜盒差溫探測(cè)器、電子差溫探測(cè)器、空氣管線型差溫探測(cè)器。差定溫組合式探測(cè)器將差溫式、定溫式兩種感溫探測(cè)元件組合在一起,同時(shí)兼有兩種功能,分為機(jī)械式差定溫探測(cè)器、電子式差定溫探測(cè)器。感溫探測(cè)器的靈敏度分為三級(jí),定溫、差定溫探測(cè)器靈敏度級(jí)別標(biāo)志如下:一級(jí)靈敏度(62 ℃),綠色;二級(jí)靈敏度(70 ℃),黃色;三級(jí)靈敏度(78 ℃),紅色[3]。

綜上所述,本文選擇比較簡(jiǎn)單和實(shí)用的易熔金屬型定溫探測(cè)器。

3系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

在智能火災(zāi)檢測(cè)報(bào)警系統(tǒng)中,硬件設(shè)備的功能是由軟件來定義的,如系統(tǒng)要控制聲光報(bào)警及聯(lián)動(dòng)滅火,通過單片機(jī)內(nèi)部程序來完成控制功能,通過軟件定義按鈕功能,編程完成LCD液晶顯示等。

系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)主要完成系統(tǒng)的初始化功能(包括對(duì)AT89C51、MAX813L的初始化設(shè)置),并采集溫度和煙霧濃度數(shù)據(jù),調(diào)用存儲(chǔ)子程序完成對(duì)數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)、顯示,必要時(shí)調(diào)用自動(dòng)撥號(hào)子程序及發(fā)出報(bào)警信號(hào)等。系統(tǒng)的軟件程序主要由火災(zāi)監(jiān)測(cè)控制程序、自動(dòng)報(bào)警控制程序、自動(dòng)/手動(dòng)滅火控制程序、顯示程序等組成。程序流程圖如圖3所示。

4結(jié)語

智能火災(zāi)監(jiān)測(cè)與報(bào)警系統(tǒng)具有對(duì)煙濃度和溫度的監(jiān)測(cè)功能,感煙火災(zāi)探測(cè)器能及時(shí)發(fā)現(xiàn)火災(zāi),手動(dòng)報(bào)警可以確認(rèn)是否發(fā)生火災(zāi),當(dāng)探測(cè)器故障時(shí)手動(dòng)報(bào)警,感溫火災(zāi)探測(cè)器使系統(tǒng)在火災(zāi)發(fā)生時(shí)自動(dòng)報(bào)警和滅火。當(dāng)火警信號(hào)產(chǎn)生時(shí),控制器控制蜂鳴報(bào)警, LED自動(dòng)發(fā)出聲光報(bào)警, 同時(shí)自動(dòng)開啟全自動(dòng)防火卷閘門、自動(dòng)撥打火災(zāi)報(bào)警電話和自動(dòng)噴淋噴水滅火。該系統(tǒng)主要用于監(jiān)測(cè)區(qū)域內(nèi)的物品燃燒時(shí)會(huì)產(chǎn)生煙霧顆粒的場(chǎng)合。

圖3　程序流程圖

參考文獻(xiàn)

[1]宋彥雄,蔡岱賢.基于單片機(jī)的樓宇火災(zāi)智能報(bào)警系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].機(jī)電工程技術(shù),2011(1):45-48.

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[4]高曉明,萬旻開.卷煙廠火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].現(xiàn)代建筑電氣,2015,6(12):51-53.

Design of Intelligent Fire Alarm SystemZHUHuidong

(Fuxin Higher Vocational School, Fuxin 123000, China)

Abstract：This paper introduced a kind of intelligent fire detection alarm system based on AT89C51 single-chip microcomputer,and emphatically expounded the structure composition,working principle and software design process.It is pointed out that the intelligent fire detection alarm system has the monitoring functions of smoke concentration and temperature,and can automatically monitor the occurrence of fire,which realizes the fire alarm and linkage fire extinguishing.It has the advantages of lower cost,better reliability,good compatibility,and so on.

Key words:intelligent monitoring; single chip microcomputer; fire alarm; hardware design; software design

收稿日期：2015-04-16

中圖分類號(hào)：TU 892

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：B

文章編號(hào)：1674-8417(2016)01-0014-03