趙珠顏 周天宇 呂志浩

摘要：文章概述了中國傳統(tǒng)森林防火技術的情況和系統(tǒng)設計的內(nèi)容，從系統(tǒng)的主要構成、系統(tǒng)的工作原理、系統(tǒng)功能分析、系統(tǒng)的優(yōu)點等六大方面全面對系統(tǒng)進行了闡述，最后對系統(tǒng)現(xiàn)在尚存的問題進行了分析。

關鍵詞：航天模型飛機；森林火情監(jiān)控；森林火情預警；森林防火技術；系統(tǒng)原理 文獻標識碼：A

中圖分類號：TP391 文章編號：1009-2374（2016）15-0021-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2016.15.010

1 單片機智能火災報警器簡介

1.1 智能消防系統(tǒng)

以往的防火系統(tǒng)體系構成相對簡單、比較被動，很難及時地發(fā)現(xiàn)并消除災難。而當今的防火系統(tǒng)體系則是自行檢查、自動報警并自動滅火的智能化的消防系統(tǒng)體系。智能化的消防系統(tǒng)主要是由失火的自動報警系統(tǒng)和聯(lián)動滅火系統(tǒng)兩大系統(tǒng)組合而成的。自動報警系統(tǒng)即感知中樞系統(tǒng)，就像是人的感覺器官和大腦用來檢測發(fā)現(xiàn)是否發(fā)生失火并給予警示；而聯(lián)動滅火系統(tǒng)則為滅火的執(zhí)行系統(tǒng)，就好比是人的四肢用來進行滅火的具體動作。一旦失火，火災報警系統(tǒng)檢測到火警信號并將其立刻發(fā)送給報警控制器。而聯(lián)動滅火系統(tǒng)則根據(jù)報警器發(fā)出的指令驅(qū)動相對應的輸入輸出模塊，啟動消防泵、噴淋泵、開啟或關閉相應的排煙口和送風口、啟動排煙機和送風機、開啟擴音機和相應的火災事故廣播揚聲器、相應的卷簾門下降，從而實現(xiàn)消防聯(lián)動控制。這樣智能消防系統(tǒng)通過自動報警系統(tǒng)和聯(lián)動滅火系統(tǒng)的相互之間的配合實現(xiàn)了對火災的預防及治理，從而很好地保證了人們的生命和財產(chǎn)的安全。

1.2 火災報警控制器的功能

1.2.1 火災報警：只要是接收到好比報警手動開關、煙霧檢測器、消火栓按鈕或者是輸入模塊發(fā)來的火警信息時，均可以發(fā)出報警（聲音加光線）的信號。

1.2.2 故障報警：在系統(tǒng)正常工作過程中控制器會時刻進行巡查，如果系統(tǒng)存在異?，F(xiàn)象則會發(fā)出聲音和光線的報警信號，并同時可以體現(xiàn)相應故障的類別及編號等。

1.2.3 火警優(yōu)先：如果故障報警或已處理火警與火警同時出現(xiàn)時，則會優(yōu)先處理火警信息，在火警警情得到清除后采取處理相應故障報警。

1.2.4 時鐘與火災發(fā)生時間的記憶：系統(tǒng)中有相對應的存儲單元來儲存事故發(fā)生的具體時間，時間的處理是利用相關的軟件編程來實現(xiàn)的。

1.2.5 自檢功能：系統(tǒng)設置了檢查功能，可以時刻對報警控制器進行模擬火警檢查，從而使報警系統(tǒng)的可靠性能得到提高。

1.3 火災報警控制器分類

火災報警控制器種類十分多，一般按控制的范疇大小可分為區(qū)域火災報警控制器、集中火災報警控制器和控制中心火災報警控制器。壁掛式火災報警控制器、臺式火災報警控制器和框式火災報警控制器是按布局類型的不同來分的。而多線制火災報警控制器和總線制火災報警控制器是按系統(tǒng)布線方式來劃分的。

1.4 工作原理

火災報警控制器將火災檢測器送過來的信息加以處理并發(fā)出相應的報警信息。從工作原理上講，不管是哪一類報警控制器都是依照統(tǒng)一的工作模式，即從匯集探測信號階段到輸入模塊階段，再到自動監(jiān)控模塊階段，最后再到輸出模塊總共4個階段。

2 單片機簡介

2.1 單片機的特點

單片機具有性價比較好、電路的集成度較高、占用空間相對小、可靠性能也較高、綜合控制功能強且能量消耗很低等優(yōu)點。

2.2 單片機的應用

2.2.1 在智能儀表中的應用：由于單片機能進行簡單的運算，所以在儀器儀表中引入單片機的使用會使儀器儀表越發(fā)智能化，從而提高測試的自動化程度和精確度，另外也能簡化儀器儀表的硬件結構使其越來越小巧輕便。

2.2.2 在光機電產(chǎn)品中的應用：光機電一體化產(chǎn)品是指集合了機械、電氣、氣動、計算機技術于一體，具有高智能化特點的產(chǎn)物。

2.2.3 在實時過程控制中的應用：在實時控制過程中操縱單片機實時地對數(shù)據(jù)進行處理和控制，能使系統(tǒng)保持在最佳的工作狀況，從而提高產(chǎn)品的質(zhì)量和加工速度。

2.2.4 在人類生活中的應用：目前海內(nèi)外各類家用電器（洗衣機、電飯鍋等）已普通運用了單片機來取代傳統(tǒng)的控制電路，逐步實現(xiàn)了向智能家電的過渡。

2.2.5 在其他方面的應用：單片機不單單是在以上領域得到了應用，它還廣泛應用于其他不同的領域，如辦公自動化領域、汽車及通信、模糊控制、商品營銷領域等。

3 煙霧探測器報警電路的組成

3.1 煙霧探測器傳感器的發(fā)射部分

MC系列的芯片MC14468是離子型煙霧檢測報警的專門芯片，是當前產(chǎn)品中比較常見的傳感器，它是既能檢測又能進行報警的智能化傳感器。當它檢查出有煙霧顆粒時，它會主動驅(qū)動壓電式電子元器件產(chǎn)生報警聲，并且同時帶動發(fā)光二極管以某一頻率進行閃爍發(fā)光，通過聲與光的配合實現(xiàn)報警的最佳效果。

3.2 煙霧探測器傳感器的接收部分

功率放大器想要處于接受的狀態(tài)，單片機就必須令TXEN端置為零，此時設備從PCB天線上接收到調(diào)頻信號，調(diào)頻信號會依次經(jīng)功率較低的放大器放大后，再經(jīng)過混頻器（其作用是抑制或消除干擾）使其變成中頻信號，再經(jīng)過濾波功能和調(diào)制器解調(diào)后，轉(zhuǎn)換為有用的數(shù)據(jù)傳出。此時單片機要切換成發(fā)射模式，回送握手信號，nRF401把得到的數(shù)據(jù)再輸送給單片機，經(jīng)內(nèi)部數(shù)據(jù)運算后送給LED的顯示屏上進行顯示（報警的具體信息情況），同時會驅(qū)動報警器進行報警。

3.3 溫度煙霧信號采集模塊

正確地選擇適當?shù)南嚓P的傳感器是報警器準確性的關鍵因素。綜合考慮各種影響因素，一般用作采集系統(tǒng)的敏感元件會選擇集成溫度傳感器ad59o（輸出同絕對溫度成正比）和氣體傳感器tgs202（能探測CO2、CO、甲烷、煤氣等多種氣體）。

3.4 聲光報警模塊

火災報警按照情況的差別（火災、異常、故障）不能就發(fā)出一種報警信號，而是最好能發(fā)出不同種類的信號。一般是操縱單片機的Po，從而得到不同的聲光報警信號。而聲音信號是由專門的語音芯片供給的。利用給語音芯片的S1和S2端輸入的邏輯電平（00，01，10，11）的差異，即可輕松獲得4個不同的聲音信號。邏輯電平是由單片機的P1、0和P1、1兩個端口進行控制的。除此之外還要用到一個選擇信號，此信號由P1、3供給。在該信號為低電平時，芯片是不會依據(jù)S1和S2端的控制信號的變更而使發(fā)出的報警聲有所差異，要想報警則該信號必須是高電平。

由單片機P1口的P1、4到P1、7分別驅(qū)動4個不同的發(fā)光二極管，用來光報警。P1.4～P1.7所控制的燈的顏色可以依次為綠色（系統(tǒng)正常）、黃色（系統(tǒng)障礙）、紅色（系統(tǒng)異常）和紅色（發(fā)生失火）。

3.5 單片機與MODEM的通信模塊

智能火災報警器的智能體現(xiàn)在當報警器監(jiān)測到發(fā)生火災信號后，它應該能及時地將此信息通知給相關的工作人員，一般是自動撥通事先預留的電話號碼，從而能及時地上報消防指揮中心，在盡可能短的時間內(nèi)把火滅掉。所以，火災報警器需要單片機與MODEM的通訊部分，一般是由單片機、RS232電平轉(zhuǎn)換電路和GM16C550串行端口擴展芯片所構成的。

4 單片機的抗干擾特性

有電就會有磁，同樣有磁也會有電，磁和電之間相互制約、相互影響。單片機是靠電信號驅(qū)動的電子器件，并且所用的電信號還都屬于弱電，故極易受到來自系統(tǒng)內(nèi)部和外部各種電信號的干擾。有些滋擾因素常會致使單片機系統(tǒng)的工作反常，輕微的可能影響產(chǎn)品質(zhì)量和產(chǎn)量，嚴重的就會引發(fā)事故，帶來相當大的經(jīng)濟損失。

4.1 干擾形成的三要素

形成干擾的三要素為：干擾源（如雷電、繼電器、電機、高頻時鐘）、傳播路徑、敏感器件（如數(shù)字IC、弱信號放大器等）。

4.2 干擾的分類

通常有如下種類：放電性干擾、高頻率振蕩干擾、浪涌干擾、共模干擾、串模干擾、連續(xù)的正弦波干擾、脈沖電壓干擾和脈沖序列干擾等。

4.3 干擾的耦合方式

干擾源產(chǎn)生的干擾信號一定得通過合適的耦合通路才會對測控系統(tǒng)產(chǎn)生相應的滋擾效果的。干擾源到被干擾對象之間的連通方式又被稱作干擾的耦合方式，主要有如下方式：直接耦合方式（例如干擾信號通過電源線直接侵入系統(tǒng)）、公共阻抗耦合（常常發(fā)生在兩個電路電流有交集阻抗的情況）、電容耦合（又稱電場耦合或靜電耦合）、電磁感應耦合（又稱磁場耦合）、漏電耦合（純電阻性）。

4.4 常用硬件抗干擾技術

4.4.1 抑制干擾源。抑制干擾最直接有效的辦法就是消除電信號（或?qū)⑾嗷ジ蓴_的電信號彼此之間隔離開來），即盡可能地減小干擾源的出現(xiàn)和變化。一般采用抑制干擾源的做法往往會起到意想不到的效果。具體的方法有：在干擾源兩頭并聯(lián)電容，或在干擾源回路中串聯(lián)電感及增添續(xù)流二極管等，都可以獲得比較理想的效果。

4.4.2 切斷干擾傳播路徑。電磁信號的傳播路徑主要有兩種：一種是利用導體來傳遞；另一種是以輻射的形式來傳遞。所以，干擾的傳播路徑也就會有兩種即傳導干擾（導體傳播到敏感器件的干擾）和輻射干擾（由空間輻射傳播到敏感元器件的干擾）。一般針對傳導干擾我們通過在導線上外加隔離光耦的方式或加濾波器來處理，而對輻射干擾我們一般常利用地線將干擾源隔離，即在敏感器件上加屏蔽設備或適當增長敏感器件與干擾源之間的距離來處理。

參考文獻

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（責任編輯：黃銀芳）