基于智能控制的火災報警系統設計

王 芳

（新疆武警消防總隊克拉瑪依市消防支隊克拉瑪依區消防大隊，新疆 克拉瑪依 834000）

隨著人口增加和經濟發展，火災隱患也大大增加，火災發生的數量及其造成的損失都呈逐年上升趨勢。雖然我國城市中的大、中型建筑及公共場所安裝的火災探測報警系統及消防設施已逐漸普及、完善，但在實際使用過程中暴露出的問題也日益突出。為了防患于未然，火災的智能報警逐漸被重視。其實世界上誕生火災自動報警系統已有100多年歷史了。在隨后的時間里人們不斷地改進對火災的探測技術，特別是電子、計算機技術的發展給火災探測帶來了一場革命。

1 系統整體設計

火災報警系統選用Atmel公司的AT89S52作為主控制器，它是一款低功耗、高性能的8位單片機，具有8K可編程Flash存儲器，與80C51系列產品完全兼容。系統將溫度、煙霧和氣體傳感器測得的電壓信號通過運算放大器放大后然后經模數轉換變為數字信號，以便單片機處理；除了可以聲光報警，還預留了可以控制聯動裝置的端口；還帶有時鐘功能，以保證數據采集時間的存儲；鍵盤、顯示功能，因為考慮到電路設計的通用性，所以添加了這些常用功能。系統整體設計如圖1所示。

圖1 系統整體設計原理圖

2 硬件電路的設計

3.1 傳感器的選擇

溫度傳感器選用了金屬殼帶延長線的HN37型溫度傳感器，測溫范圍：-50℃～200℃，線性度：±0.5%；電壓溫度系數：-2 mV/℃；穩定度：0.05℃/年。 體積小，重量輕，感溫靈敏，非常適合于火災報警，室內大棚，辦公場所使用。

煙霧傳感器選用了NIS-09C煙霧傳感器，它是日本NEMOTO公司專為檢測煙霧而精心設計的新型傳感器。NIS-09C是離子式煙霧傳感器，內部使用了微量的放射性物質镅241，但傳感器本身被金屬制電極所覆蓋，放射能決不會泄露。NIS-09C屬于低功耗廣普型傳感器，適用于各種高靈敏度煙霧探測器、火災報警器。

氣體傳感器選用了NAP-505一氧化碳傳感器，檢測氣體范圍：0～1000 ppm，輸出電流：40±10 nA/ppm，分辨率：1 ppm，應答時間＜30 s。它屬于電化學型傳感器，采用了新的構造，電解液泄露的風險較低到幾乎為零，體積小，大幅度的減低了成本。輸出信號線性好、重復再現性優越、不受濕度影響、電池可驅動。

3.2 放大電路

傳感器的電信號，需要進行放大隔離穩壓，然后經由單片機進行融合處理。放大器LM324內部包含四組形式完全相同的運算放大器，除電源共用外，四組運放相互獨立，并有相位補償電路，耗電低，電源電壓范圍寬，輸入電壓范圍大，并可以低到地電位，而輸出電壓范圍為0～Vcc。電路連接如圖2所示。

圖2 放大器電路圖

3.3 模數轉換電路

本系統選用了TI公司的TLC3578實現A/D功能，如圖3所示。TLC3578是14位8通道串行模數轉換器，完全可以滿足同時接多個傳感器的系統要求，另外，14位的分辨率可以保證系統的精度，由于是串行輸入結構，所以可以節省單片機的1/0資源。器件采用單5V模擬電源供電，3～5V數字供電。/CS、SDI、SDO和SCLK組成一個SPI接口。幀同步信號（FS）指示串行數據幀傳輸的開始。當上電后設備被設置成硬件默認模式，并且不需要軟件配置。

圖3 A/D轉化電路圖

3.4 報警及顯示電路

單片機的P3.2通過限流電阻和三極管驅動蜂鳴器，P1.1接發光二極管，以完成聲光報警。因為需要顯示的數據不是很多，系統選用一塊液晶屏LCD1602，第一行顯示時間，第二行顯示各個傳感器數據和報警等信息。系統中還加入了4*4的矩陣鍵盤，用于翻頁顯示液晶數據信息，鎖定報警時間，解除報警，以及便于對以后擴展的電路進行控制。

3.5 看門狗電路設計

在智能火災報警系統中還設計了看門狗電路?？撮T狗電路設計選用雙列直插封裝式芯片MAX813L。在設計中，單片機的一個引腳P1.6與MAX813L的引腳WDI相連接，程序執行使P1.6引腳不斷輸出脈沖信號。如果因某種原因火災報警系統進入死循環，WDI引腳沒有脈沖輸入時，則在1.6 S后看門狗輸出引腳WDO輸出低電平到MR引腳，使MAX813L產生復位輸出，使火災報警系統有效復位并擺脫死循環。另外，當電源電壓低于限值4.65 V時，MAX813L也產生復位輸出，使火災報警系統處于復位狀態，此時不執行任何指令，直至電源電壓恢復正常。這樣可有效地防止因電源電壓過低，而使火災報警系統產生誤動作。

4 軟件設計

程序開始運行時首先采集光電感煙探測器信號、溫度探測器信號和CO探測器信號，將三種探測器信號送入單片機進行數據處理。判斷使用當前的結果是否可以明顯判斷是否有火災發生。如果能判斷起火，則輸出嚴重報警信號，并將火警發生情況通知區域報警控制器，在區域報警控制器上做相應處理；如果判斷報警信號，并進一步關注溫度和煙霧信號的變化趨勢，如果趨勢繼續升高則嚴重報警并作后續工作，否則取消報警。最后送入液晶顯示。圖4是火災探測器單片機軟件程序流程圖。

圖4 軟件程序設計流程圖

5 結語

本文提出和設計的智能型火災報警系統，是現代智能控制理論在消防自動化系統中的應用，系統基本達到了預期目標。智能化是整個火災報警系統發展的趨勢。隨著智能建筑大廈系統集成程度將越來越高，火災報警系統可以通過分析多個系統反饋的現場信息，獲得全面的現場信息，從而做出更加準確、合理的系統決策。因此，系統中還可以加入通信總線以提高檢測水平，而且聯動裝置要完善消防設施，減少人身和財產安全的損失。

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