基于單片機控制的光電式煙霧感應報警器的設計

饒光洋,薛金水,盧宇帥（廣東工程職業技術學院，廣東廣州，510520）

基于單片機控制的光電式煙霧感應報警器的設計

饒光洋,薛金水,盧宇帥
（廣東工程職業技術學院，廣東廣州，510520）

目前國內多側重于大型場所的大型火災報警系統的研發，而在居民住宅區等小型防火單位，卻需要安裝廉價實用的煙霧自動報警裝置，因此，我們就有必要設計開發出一種結構簡單、價格低廉的數字聯網煙霧報警器，以適應市場的需求。本文通過煙霧感應電路，配合單片機控制電路，設計合理的報警系統，簡單易用，使單片機在煙霧報警系統中得到充分的應用。

報警系統；煙霧感應；感應電路

1 光電式火災探測器基本原理

光電式感煙探測器由光源、光電元件和電子開關組成。利用光散射原理對火災初期產生的煙霧進行探測，并及時發出報警信號。按照光源不同，可分為一般光電式、激光光電式、紫外光光電式和紅外光光電式等4種。由于激光光電式、紫外光光電式和紅外光光電式的成本相對高，都不值得采用，下面就一般光電式感煙探測器根據其結構特點進行分析，一般光電式可分為遮光型和散射型兩種。

1.1 遮光型光電煙感探測方式：由一個光源（燈泡或發光二極管）和一個光電元件對應裝在小暗室內構成。在無煙情況下，光源發出的光通過透鏡聚成光束，照射到光電元件上，并將其轉換成電信號，使整個電路維持在正常狀態，不發出報警。當火災發生有煙霧進入探測器，使光的傳播特性改變，光強明顯減弱，電路正常狀態被破壞，則發出報警信號。

1.2 散射光電式煙感探測方式：發光二極管和光電元件設置的位置不是對應的。光電元件設置在多孔的小暗室里。無煙霧時，光不能射到光電元件上，電路維持正常狀態。而發生火災時，有煙霧進入探測器，光通過煙霧粒子的反射或散射到達光電元件上，則光信號轉換成電信號，經放大電路放大后，由單片機檢查到該信號，驅動自動報警裝置發出報警信號。由于遮光型光電煙感探測方式需要有光學組件結構比較復雜成本也就高了，本設計采用的是這種散射光電式煙感探測方式，以下簡稱煙感。

2 報警系統整體設計方案

在居民住宅區等小型防火單位中一般都是采用如圖1所示的簡單的煙霧感應報警系統。

圖1 煙霧感應報警系統

圖1中的煙感部分為本文設計的部分，可由多個煙感和一個檢測主機夠成報警系統。每一個煙感和主機是采用開關信號的方式檢測報警信號，如果①號煙感發生了火警，那么①號煙感就會輸出開關信號，檢測主機通過IO口的查詢方式就知道了哪個地方出現了火警。

2.1 功能分析

根據上述煙霧感應報警系統的需求，煙感主要實現如下的功能：

2.1.1 報警模式選擇功能

該煙感可以通過硬件跳線方法選擇報警模式，主要有觸發長報模式和自動報警模式兩種觸發長報模式：是當有火警方式時，報警器一直是輸出開關信號給檢測主機，需要人為的干預才可以解除警報。

自動報警模式：是當有火警方式時，報警器輸出開關信號給檢測主機，當煙霧散去時候報警自動器關斷給檢測主機的開關信號，此時也就不報警了。

2.1.2 輸出開關信號方式選擇

報警系統的檢測主機可接收的開關信號有兩種，一種是常開的信號，另一種是常閉的信號。設置煙感報警器為常開的開關信號：在沒有煙霧時，開關是處于斷開的狀態，當檢測到有煙霧時，開關閉合這樣報警主機就檢測到了報警信號。而常閉的信號與常開信號是剛剛相反的。

2.2 確立設計方案

本著以節約成本為目的，本項目采用的是臺灣松翰2501B的一次性燒寫的單片機芯片，該芯片每片的價格約為0.6元，加上其他的外圍元器件和PCB板成本價格可以控制在8～10元，這是一種經濟可行的方案。

3 硬件設計

3.1 寬電壓電源設計

本設計中采用的是一種可以兼容直流和交流的電源設計，輸入的電壓范圍是交直流7～35V。如圖2是電源穩壓電路。L1、L2為交直流的輸入端，Q8、Q9組成橋式整流，Q4、Q5、Q10、D1組成的是串聯穩壓電路，穩壓出來的電壓大小由穩壓二極管D1的決定，在本設計中D1是一個12V的穩壓二極管，所以串聯穩壓的電壓為12V，該電壓再經過5V的三端穩壓器件穩定在5V提高給其他電路工作。整個穩壓電路的比較簡單，經實際的驗證在交直流7～35V的輸入電壓情況下都可以很穩定的工作。

3.2 紅外信號發射電路

本項目設計是光電式感煙檢測，采用的是一對光電對射管其實物如圖3，白色的是發射管，黑色的是接收管。發射電路如圖4所示seout端接單片機的IO管腳，由單片機控制發射電路是否允許發射管TX1發出紅外光電信號，當seout為低電平時發射紅外光電信號，高電平時禁止發射紅外光電信號。

圖3 光電對管

圖4 發射電路

3.3 紅外信號接收電路

圖5 紅外接收電路

圖2 電源穩壓電路

圖5 是紅外接收電路，D2是紅外光電信號的接收管，在沒有接收到光電信號的時候其內阻約為6～8K，當接收到發射管的紅外光電信號時，內阻就急劇減小為2～3歐姆。由于D2內阻減小Q3的基極變成低電平Q3 C、E導通，Q6獲得基極偏流導通，C極電位被拉低即是接在單片機的外部中斷的管腳被拉成了電平，單片機根據該電平判斷已經接收到了紅外光電信號，執行相關的處理程序。

4 測試

圖6 PCB效果圖

圖7 測試波形

圖6 是用PCB畫板軟件畫好的PCB效果圖，圖7為燒錄好程序后進行的波形的測試情況。

主要技術參數：

工作電壓：DC/AC 7V～35V

待機電流：12mA (繼電器常閉)；500uA（繼電器常開）報警電流：10mA (繼電器常閉)；18mA (繼電器常開)報警指示：紅色LED常亮傳感器：紅外光電傳感器

工作溫度：—10°C~ +50°C

環境濕度：最大95%RH（無凝結現象）抗RF干擾：10MHz—1GHz 20V / m報警輸出：常開/常閉可選，接點容量 DC28V100mA

5 結束語

該光電式煙霧感應報警器的設計方案成本低廉，各項技術指標符合國家安防規范。在深圳的某安防公司已經產品化，并已經大量的生產應用在安防報警系統上，使用效果良好。在此設計方案的基礎上還可以修改成脫離報警主機的獨立煙感報警器，這樣可以更為便捷的應用在各個領域，例如工礦企業的施工現場等。

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The development of photoelectric smoke sensor alarm system based on Sonix MCU control

Rao Guangyang，Xue Jinshui，Lu Yushuai
（Guangdong Polytechnic College，Guangzhou，510520）

At present the domestic focus on large areas of large fire alarm system research and development, and in the residential area of small fire units,but need to install the cheap and practical automatic smoke alarm device,therefore,it is necessary for us to design a kind of simple structure,low price digital networking smoke alarm,to meet the needs of the market.This article through the smoke sensing circuit,with the SCM control circuit,the alarm system is reasonable in design,easy to use,the single chip microcomputer in the smoke alarm system to obtain the full application.

alarm system;smoke induction;induction circuit

TN609

B

饒光洋（1981-），男，廣東南雄人，廣東工程職業技術學院實訓中心實訓教師，實驗師、電子工程師、高級技師，主要研究方向：單片機的應用技術、自動化控制技術。曾多次代表廣東工程技術技術學院指導學生參加省級、國家級的電子大賽，獲得省級二等獎和三等獎。

薛金水（1974-），男，廣東興寧人，廣東工程職業技術學院應用電子技術教研室主任，講師、電子工程師、高級技師，主要研究方向：電子技術教學科研。

盧宇帥（1985-），男，山西神池人，廣東工程職業技術學院實訓中心實訓教師，助教，主要研究方向：自動化控制技術。