基于單片機的大型商場火災報警器的設計思路

（安徽三聯學院電子電氣工程學院 安徽 合肥 230601）

2004年2月15日，吉林市的一家大型商場中百商廈發生特大火災，火災發生以后僅僅兩個小時的時間，便蔓延至整個商場，由于商場內人流密集，當發現火災時引起了很大混亂，許多人因此而喪身火海，據事故后統計，此次特大火災造成54人死亡，70人受傷，經濟損失高達400多萬元。而該火災的背后也反映了大型商場在火災事故中的響應不及時，特別是消防設備的不完善使得火災無法提前得到預警。而這次火災僅僅是眾多大型商場火災事故的冰山一角，火災帶給人們的不僅僅是身體的損傷與財產的損失，它也給人們的精神帶來巨大的打擊。為此，有必要針對上述問題研發出一種火災報警器，實現大型商場的智能化火災報警，這對于保障人員生命財產安全、減少火災經濟損失、提高人們的安全防護意識具有十分重要的意義。

1.基于單片機的大型商場火災報警器概述

在大型商場中，傳統的商場防火體系由于構造簡單，對火災的預警較為被動，這使大型商場很難對火災進行及時發現并消除，這無疑會給大型商場帶來極大的安全隱患。現如今，科學技術的發展使防火系統體系產生了很大改變，不僅構造開始變得復雜起來，還能對大型商場中的火災進行主動預警，該防火系統體系能夠對火災進行自動檢查與自動報警，并和消防系統體系進行連接，實現了自動化的滅火。智能化消防系統主要由兩部分組成，分別是聯動滅火系統與自動報警系統，所謂自動報警系統便相當于人體的感知中樞，它能夠對人的大腦與感官進行模擬，從而實現對火災的警示功能。聯動滅火系統相當于一種滅火執行體系，它相當于人的四肢一樣來完成滅火動作。當發生火災時，自動報警系統會對火災信號進行收集并將這些信號發送到報警控制器當中，報警控制器在接收到這些火災信號時會進行自動報警并發動指令到聯動滅火系統中，同時，聯動滅火系統在接收到發動指令以后按照指令要求對相應的輸入輸出模塊進行驅動，如啟動噴淋泵、排煙機、開啟擴音器、啟動消防泵等，進而達到消防聯動控制的目的。可以說，自動報警系統與聯動滅火系統間的相互配合，使人員的生命財產安全得到可靠保證。

2.基于單片機的大型商場火災報警器的設計思路

2.1 整體設計思路

基于單片機的大型商場火災報警器的整體設計主要是由四個電路組成，分別是信號采集電路、信號放大電路、安全保護電路與聲光報警電路。基于單片機的火災報警器中安裝有煙霧傳感器、信號放大器、聲光報警器、A/D轉換電路、繼電器、調節閥、換氣扇、LED狀態指示燈、蜂鳴器、數碼管字符顯示及LED狀態指示燈。基于單片機的火災報警器會將煙霧傳感器所收集到的信號發送給信號放大器進行信號放大處理，然后由A/D轉換電路轉換成相應的數字信號，并發送給STC89C52單片機，單片機能夠對數字信號進行處理與分析，當發現轉換器中的放大信號不等于零時，便會驅動聲光報警器中的聲光報警電路進行報警，相反則會繼續運行。

2.2 硬件設計思路

基于單片機的大型商場火災報警器的硬件主要由時鐘電路、放大電路、直流電源及信號采集構成，此外還包括消音電路、控制電路、報警器自動診斷電路、聲音報警等。在直流穩壓電源中由穩壓電路與電源變壓器構成。而A/D轉換電路采用ADC0809型，它是一種逼近式的模擬輸入器，能夠對8位數字量進行輸出，同時，該電路中具備8個模擬通道，能夠對模擬量進行分別輸入，并利用同一個AD轉換器來對這些模擬量進行轉換，它設有多路開關，開關能夠對8個模擬通道進行同時選用并實現模擬量輸入，在單片機火災報警器中采用一個AD轉換器就能實現所有信號的轉換功能。在消音電路與聲光報警電路中，它通過三極管串聯電阻來對蜂鳴器的報警功能進行控制，同時，在火災報警器中還設有消音按鍵，當報警器的蜂鳴器發生鳴叫時，工作人員只需要按下消音鍵，便會驅動報警器進行報警，當現場煙霧濃度超出報警界限時，報警器便會發出提醒信號通知工作人員。STC89C52單片機的狀態指示燈能夠對輸出狀態進行顯示，它是由單片機中的P2.6、P2.4及P2.5電路控制的，當狀態指示燈的綠燈亮起時代表火災報警器的工作狀態正常。當火災發生后而煙霧濃度不高時或是傳感器產生故障時，狀態指示燈中的黃燈便會進行閃爍，這代表火情已經發生或傳感器產生故障。當火災發生后且火情較大時，煙霧濃度的迅速升高便會使火災報警器中的紅燈進行閃爍，進而提示工作人員需要進行人員疏散等安全防范措施。基于單片機的火災報警器在檢測到煙霧濃度高出預定值時，繼電器會進行繼續工作，并驅動換氣風扇開啟，單片機還能夠對延時子程序進行開啟，在經過10分鐘的延時后會對閥門進行自動調節。

2.3 軟件設計思路

基于單片機的大型商場火災報警器中，STC89C52單片機中的STC89C52主控芯片是其核心部分，該主控芯片能夠對IO端口進行控制，并能夠實現邏輯判斷，同時它還能夠實現語音報警，在系統程序中，它屬于一種無限循環體，在對系統通電后，由于其各個部分都設置有輸入與輸出端口，這就使系統中的電路能夠進行數據存儲，并驅動外圍電路。系統中的數碼管能夠對環境中的溫度信息進行顯示，并能夠借助于報警系統中的采集程序來對外部環境的溫度與報警信息進行判斷，在系統始初化完成以后，其語音芯片不再對報警操作進行繼續執行。系統初始化主要實現以下功能，分別是煙霧數據采集功能、IO輸入輸出功能、寄存器初始化功能。對于單片機火災報警器來說，數據采集是其核心功能，它對于火災報警的意義十分重要，利用數據采集能夠降低火警的誤報，對數據采集功能的程序設計可以采用循環判斷與頻繁采集的方式進行，煙霧傳感器每次對溫度信息數據進行采集以后，會將這些采集到的數據發送至單片機當中，并利用判斷程序來對這些數據進行判斷，進而實現對現場是否產生火情進行準確判斷。其具體流程主要是，對系統進行初始化操作，然后對數據與信號進行采集，這時單片機會將這些采集到的數據存儲至寄存器當中，并利用INT1中斷程序來完成相應操作，此時系統會延遲十秒再進行操作，待轉換器操作完成后，系統還會延遲五十秒再進行操作，然后對大型商場中的各種煙霧與溫度信號進行采集，并將這些采集到的信號存儲到寄存器當中。為了使火災報警器實現語音報警操作，可以利用模塊化設計方式來進行程序編寫，并通過服務程序來對數據信息采集進行控制，當火情使空氣溫度過高時，其濃度可能會超過設定值，這時系統在數據采集時會延時十秒，如果收集到了煙霧信號便會將采集信號存儲至寄存器當中，這時系統便能夠對子程序進行執行。

3.基于單片機的大型商場火災報警器的設計實現與測試

基于單片機的大型商場火災報警器的程序設計采用Keil軟件，并通過Proteus軟件對該火災報警器進行了仿真測試，電路板的設計與制作由Protel完成，在確保電路板焊接無誤后開展仿真測試。測試結果表明，基于STC89C52單片機的大型商場火災報警器具備非常高的靈敏度，當仿真環境中出現干擾源時，不會對火災報警器產生明顯的干擾。它能夠對大型商場周邊環境的溫度煙霧值與溫度值進行實時顯示，對溫度值與煙霧值的設定可以利用按鍵進行設定。當仿真環境中的溫度超出預定溫度值時，系統會通過蜂鳴器進行自動報警，并驅動風扇開啟自動排煙功能。

4.結語

該系統基于單片機對火災報警器進行了科學的設計，并通過軟件、硬件與抗干擾這三個方面的設計來確保火災報警器達到預期使用功能。基于STC89C52單片機的火災報警器能夠進行自我檢查，并利用數碼管對相關數據進行顯示。仿真結果表明，本文所提出的STC89C52單片機火災報警器不僅設計成本低，而且具備自我檢查、聲光報警、自動滅火等諸多功能，應用價值極高，具有十分廣闊的發展空間。