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火災煙霧報警系統(tǒng)的設計
摘要: 隨著我國經濟的高速發(fā)展,,人民生活水平大幅度提高,,現(xiàn)代建筑不斷增多,各種生產、辦公以及居住場所火災大增,,塑料制品和雙層玻璃的大量應用,使火場的外部救援困難重重,?;馂囊坏┌l(fā)生,將對人的生命財產造成極大的危害?,F(xiàn)代建筑具有智能化的時代特征,,火災自動報警系統(tǒng)探測火災隱患,肩負安全防范重任,,在現(xiàn)代智能建筑中起著極其重要的安全保障作用,。因此,設計簡單實用的火災報警控制系統(tǒng)有著防止和減少火災危害,、保護人身安全和財產安全的重要意義,。
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Key words :
  0 引言

  隨著我國經濟的高速發(fā)展,人民生活水平大幅度提高,,現(xiàn)代建筑不斷增多,,各種生產、辦公以及居住場所火災大增,,塑料制品和雙層玻璃的大量應用,,使火場的外部救援困難重重?;馂囊坏┌l(fā)生,,將對人的生命財產造成極大的危害。現(xiàn)代建筑具有智能化的時代特征,,火災自動報警系統(tǒng)探測火災隱患,,肩負安全防范重任,在現(xiàn)代智能建筑中起著極其重要的安全保障作用,。因此,,設計簡單實用的火災報警" title="火災報警">火災報警控制系統(tǒng)有著防止和減少火災危害、保護人身安全和財產安全的重要意義,。

  1 系統(tǒng)的總體構架

  火災煙霧報警系統(tǒng)的基本功能是通過監(jiān)測周圍環(huán)境的紅外信號和煙霧濃度而進行火災報警,,呼吁人們及時采取有效措施消滅火源,,減少損失。

  本系統(tǒng)的總體框圖如圖1所示,,現(xiàn)對該圖進行簡要說明:

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  傳感器模塊主要由紅外探測器和煙霧探測器組成,,主要負責采集周圍環(huán)境信息。信號處理部分將傳感器的輸出信號進行加工處理,,再傳給中央控制單元,,接收并處理火災報警信號,輸出報警信號等,。

  2 系統(tǒng)硬件電路的設計

  2.1 中央處理器

  本系統(tǒng)采用C8051F005作為CPU,,它具有一個32 K字節(jié)FLASH存儲器并與8051兼容的微控制器內核。具有UART串行接口和具有5個捕捉/比較模塊的可編程計數(shù)器/定時器陣列及6個定時器陣列(PCA)模塊,,此外還根據(jù)不同的需要集成了SMBus/I2C,、SPI、USB,、CAN、LIN等,,以及RTC部件,。還有4個通用的16位定時器和4字節(jié)寬的通用數(shù)字FD端口。C8051F005有2304字節(jié)的RAM,,執(zhí)行速度可達25MIPS,。片內具有的VDD監(jiān)視器、溫度傳感器和時鐘振蕩器的MCU是真正能獨立工作的片上系統(tǒng),。

  2.2 傳感器模塊

  根據(jù)設計本系統(tǒng)的實際情況,,為了提高火災監(jiān)控系統(tǒng)的功能和可靠性,保證自動滅火系統(tǒng)的動作的準確性,,傳感器模塊由紅外傳感器和煙霧傳感器組成,。

  本系統(tǒng)采用熱釋電紅外傳感器,它的工作波長為4.35±0.15 um,。熱釋電紅外傳感器由傳感探測元,,干涉濾光片和場效應管匹配器三部分組成。

  圖2是一個雙探測元的熱釋電紅外傳感器的結構示意圖,。該傳感器將兩個極性相反,,特性一致的探測元串接在一起,目的在于消除因環(huán)境溫度和本身變化引起的干擾,。它利用兩個極性相反,、大小相等的干擾信號可在內部相互抵消的原理,使傳感器起到補償作用,,對于輻射至傳感器的紅外輻射,,熱釋電傳感器通過安裝在傳感器前面的菲涅耳透鏡,,將其聚焦后加至兩個探測元L。因此傳感器會輸出探測電壓,。

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  HIS-07是離子感煙探測器電離室" title="電離室">電離室,,室內安裝一個高性能低活度Am-241電離源。單源雙室結構,,體積小,,便于安裝在小型報警器中。在無煙或無燃燒物時,,收集極除受電離電流統(tǒng)計漲落影響外,,保持平衡電位。當煙進入電離室時對電離電流產生影響,,易于進煙的外電離室受影響大于內電離室,,電離電流下降,收集極重新充電直到新的平衡電位,,這種電位變化可傳到C8051F005的檢測端,,經內部邏輯電路處理后,啟動報警電路" title="報警電路">報警電路,。

  當傳感器監(jiān)測到環(huán)境中的紅外線后便輸出熱電信號,,由于該信號非常微弱且夾雜有干擾信號,因此設計了特殊的信號處理電路(采用運算放大器,,配合周邊電路形成具有低通濾波功能的放大電路)分離出熱電信號,,并將其放大,然后對兩級放大后分離出的電信號進行分析判斷,。數(shù)據(jù)采集模塊的電路圖如圖3所示,。

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  2.3 通信模塊設計

  在現(xiàn)代測試系統(tǒng)中,通訊方式較多,。本系統(tǒng)主要應用的場合是賓館和居民小區(qū)的建筑,,如果在現(xiàn)有的建筑中采用有線通訊,則需要在樓層間打孔,、架線,,給原有環(huán)境帶來一定的負面影響,甚至給生活帶來不便,,難以維護,。因此系統(tǒng)的通訊方式采用無線通訊。無線通訊具有微功率發(fā)射,、高抗干擾能力和低誤碼率,、傳輸距離遠、透明的數(shù)據(jù)傳輸,、多信道,、多速率,、高可靠性,體積小,、重量輕等特點,。不僅解決了以上問題,而且提高了系統(tǒng)整體性能,。

  圖4是通信模塊的總框圖,,數(shù)傳模塊采用HAC-RS232,它屬于單端通信,,即采用不平衡傳輸方式,。這個模塊的硬件設計分別包括單片機與RS232接口電路設計和計算機與RS232接口電路設計。

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  2.4 單片機報警電路設計

  當系統(tǒng)判斷達到火災程度后,,單片機從P2.1引腳輸出高電平信號給報警電路,,揚聲器發(fā)出聲音進行報警。報警電路是通過芯片進行音頻放大,,為使外圍元件最少,,芯片內電壓增益內置為20 dB。但在1腳和5腳之間增加一只外接電阻和電容,,便可將電壓增益調為任意值,,直至200 dB。輸入端以地位參考,,同時輸出端被自動偏置到電源電壓的一半再輸出給揚聲器,。我們這里就選擇了20倍的電壓增益,,芯片1腳和5腳懸空則可以,。圖5是單片機報警電路圖。

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  2.5 系統(tǒng)硬件性能分析

  系統(tǒng)總的電路圖如圖6所示,。

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  系統(tǒng)仿真結果表明,,當系統(tǒng)正常時,只顯示室內對應溫度,、時間,,當火災發(fā)生時系統(tǒng)發(fā)出報警信號,通知人員去現(xiàn)場查看,。實驗結論及分析表明系統(tǒng)采用模塊化設計可以使系統(tǒng)工作穩(wěn)定可靠,,抗干擾能力強,維護方便,;系統(tǒng)采用單片機技術具有較快的響應速度,,能及時對火災進行報警、滅火,,達到了設計要求,。

  3 系統(tǒng)軟件設計

  流程圖如圖7所示,。系統(tǒng)初始化主要是對定時器工作方式、寄存器,、中斷允許寄存器等的設置,。系統(tǒng)進行監(jiān)控,主要是通過傳感器采集信息,,首先進行紅外檢測,,紅外信號強度超過設定值置異常標志位,再進行煙霧檢測,,當煙霧檢測到有煙霧時,,現(xiàn)有定時器定時100ms,在此期間,,如果一直有煙霧,,且濃度加大,則通知火災報警器控制電路進行處理,。

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  程序主要采用C語言編輯,,不僅使程序模塊化,便于調試,,而且可以根據(jù)系統(tǒng)需求,,更加方便地添加新的擴展功能模塊。

  4 結束語

  本系統(tǒng)采用兩種不同的傳感器:單元熱釋電紅外傳感器和離子煙感探測器,,同時對火災情況進行判斷,,傳感器探頭通過橫向和縱向掃描將光信號轉換成電信號,通過各自放大電路傳送給系統(tǒng)的控制器:C8051F005單片機,,單片機通過綜合判斷最后判斷火災情況進行報警,。系統(tǒng)增加了通信模塊,采用HAC-UM系列微功率無線傳輸模塊實現(xiàn)了單片機控制器與計算機之間的通信,,從而實現(xiàn)無線通信的功能,,給維修或者檢測帶來很大方便。

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