【正文】 其中，歐美地區(qū)發(fā)生的火災較多，死亡人數(shù)卻相對較少，這與歐美發(fā)達國家的生活水平以及消防技術和設施有關。相比較而言，亞洲地區(qū)發(fā)生火災次數(shù)較少，但死亡人數(shù)較多，這與亞洲經(jīng)濟發(fā)展程度不高、消防設施不完善等因素有關。據(jù)統(tǒng)計。進入90年代，特別是1993年以來，火災造成的直接財產(chǎn)損失上升到年均十幾億元，年均死亡2000多人。隨著經(jīng)濟和城市建設的快速發(fā)展，城市高層、地下以及大型綜合性建筑日益增多，火災隱患也大大增加，火災發(fā)生的數(shù)量及其造成的損失呈逐年上升趨勢。一旦發(fā)生火災，將對人的生命和財產(chǎn)造成極大的危害[7]。嚴峻的事實證明，隨著社會和經(jīng)濟的發(fā)展，社會財富日益增加，火災給人類、社會和自然造成的危害范圍不斷擴大，它不僅毀壞物質(zhì)財產(chǎn)，造成社會秩序的混亂，還直接危脅生命安全，給人們的心靈造成極大的傷害。殘酷的現(xiàn)實讓人們逐漸認識到監(jiān)控預警和消防工作的重要性，良好的監(jiān)控系統(tǒng)和及時的報警機制可以大大降低人員的傷亡，為社會減少不必要的損失[8]?；馂淖詣訄缶到y(tǒng)(FAS)就是為了滿足這一需求而研制出的，并且其自身的技術水平也在隨著人們需求的不斷地提高，在功能、結構、形式等方面不斷地完善?；馂淖詣訄缶到y(tǒng)能迅速監(jiān)測火情，可發(fā)現(xiàn)人們不易發(fā)覺的火災早期特征，可將火災帶來的生命財產(chǎn)損失降到最低限度。火災發(fā)生的早期，會使得燃燒物質(zhì)分解，析出大量的有毒氣體CO，人們可能在毫無察覺火情的情況下就發(fā)生了CO中毒，從而無力逃生，火災自動報警系統(tǒng)可監(jiān)測到CO濃度的變化，為人們提供CO濃度超標報警信息，通知人們及時疏散[9]。火災自動報警系統(tǒng)可作為城市消防系統(tǒng)的單元，通過城市消防專用網(wǎng)與城市消防報警中心聯(lián)網(wǎng)，及時將報警信息傳遞到消防報警中心，城市消防報警中心會自動查找到火災發(fā)生的位置，并為消防隊員制定消防路線圖，以便消防隊員可以迅速抵達火災地點[10]?；馂淖詣訄缶到y(tǒng)能對火災進行實時監(jiān)測和準確報警，有著防止和減少火災危害、保護人身安全和財產(chǎn)安全的重要意義，有著很大的經(jīng)濟效益和社會效益。第２章 火災報警系統(tǒng)整體方案設計火災是一種失去人為控制的由燃燒造成的災害，產(chǎn)生火災的基本要素是可燃物、助燃物和點火源。可燃物以氣態(tài)、液態(tài)和固態(tài)三種形態(tài)存在，助燃物通常是空氣中的氧氣。根據(jù)可燃氣體與空氣混合方式不同有兩種燃燒方式，如果在燃燒前，可燃氣就與空氣均勻混和，則稱之為預混燃燒；如果可燃氣體和空氣分別進入燃燒區(qū)邊混合邊燃燒，則稱之為擴散燃燒。液體和固體是凝聚態(tài)物質(zhì)，難與空氣均勻混合，它們?nèi)紵幕具^程是當從外部獲取一定的能量時，液體或固體先蒸發(fā)成蒸汽或分解出可燃氣體(如CO、H2等)的分子團、灰燼和未燃燒的物質(zhì)顆粒懸浮在空氣中，稱之為氣溶膠。一般氣溶膠的分子較小()。在產(chǎn)生氣溶膠的同時，產(chǎn)生分子較大()的液體或固體微粒，稱為煙霧?？扇細怏w與空氣混合，在較強火源作用下產(chǎn)生預混燃燒。著火后，燃燒產(chǎn)生的熱量使液體或固體的表面繼續(xù)放出可燃氣體，并形成擴散燃燒。同時，發(fā)出含有紅、紫外線的火焰，散發(fā)出大量的熱量[11]。這些熱量通過可燃物的直接燃燒、熱傳導、熱輻射和熱對流，使火從起火部位向周圍蔓延，導致了火勢的擴大，形成火災。其中的氣溶膠、煙霧、火焰和熱量都稱為火災參量，通過對這些參量的測定便可確定是否存在火災。根據(jù)火災發(fā)生時產(chǎn)生現(xiàn)象的不同，可以將火災分為慢速陰燃、明火和快速發(fā)展火焰等。陰燃就是在疏松或顆粒介質(zhì)中形成的緩慢進行的熱解和氧化反應，它能長時間自行維持并傳播，當條件發(fā)生變化時，或者自行熄滅，或者轉(zhuǎn)化為明火。明火則是火災發(fā)生時燃燒火焰產(chǎn)生的熱量使液體或固體的表面放出可燃氣體，并形成擴散燃燒，同時發(fā)出含有紅、紫外線的火焰?？焖侔l(fā)展火焰則是火災擴散的速度特別快，這種類型的火災一般為空氣中混有大量可燃氣體。通過大量的研究表明陰燃是誘發(fā)火災的重要原因[12]。總的來說，普通可燃物在燃燒時表現(xiàn)為以下形式：首先是產(chǎn)生燃燒氣體，然后是煙霧，在氧氣充足的條件下才能達到全部燃燒，產(chǎn)生火焰，發(fā)出可見光和不可見光，并散發(fā)出大量的熱，使環(huán)境溫度升高。起火過程中，起初和陰燃兩個階段所占的時間比較長，雖然產(chǎn)生大量的煙霧，但是環(huán)境溫度不太高，若探測器就應該從此階段開始進行探測，就可以火災損失控制在最小限度。火焰燃燒后，迅速蔓延，產(chǎn)生大量的熱使得環(huán)境溫度升高，如果能將這時能夠探測到有效地溫度值，就可以比較及時地控制火災。[13]。 起火過程曲線 系統(tǒng)總體方案設計 系統(tǒng)總體功能概述火災報警系統(tǒng)一般由火災探測器、報警器組成。火災探測器通過對火災發(fā)出的物理、化學現(xiàn)象——氣（燃燒氣體）、煙（煙霧粒子）、熱（溫度）、光（火焰）的探測，將探測到的火情信號轉(zhuǎn)化成火警電信號傳遞給火災報警控制器。報警器將接收到火警信號后經(jīng)分析處理發(fā)出報警信號，警示消防控制中心的值班人員，并在屏幕上顯示出火災的位置。整體電路的框圖如圖2２所示 ：圖2２ 系統(tǒng)原理及組成框圖傳感器放大電路A/D轉(zhuǎn)換單片機狀態(tài)指示燈聲音報警濃度顯示按鍵串口通信 系統(tǒng)硬件總體構架報警系統(tǒng)主要由數(shù)據(jù)采集模塊、單片機控制模塊、聲光報警模塊組成。[14] 系統(tǒng)結構框圖單片機是整個報警系統(tǒng)的核心，系統(tǒng)的工作原理是：先通過傳感器 (包括溫感和煙感)將現(xiàn)場溫度、煙霧等非電信號轉(zhuǎn)化為電信號，調(diào)理電路將傳感器輸出的電信號進行調(diào)理(放大、濾波等)，使之滿足A /D轉(zhuǎn)換的要求 ,最后由A /D轉(zhuǎn)換電路 ,完成將溫度傳感器和煙霧傳感器輸出的模擬信號到數(shù)字信號的轉(zhuǎn)換，單片機判斷現(xiàn)場是否發(fā)生火災。如果發(fā)生火災，系統(tǒng)以聲光的形式報警。本文設計的用于小型防火單位的單片機火災報警系統(tǒng)具有以下特點: (1)能對室內(nèi)煙霧(CO2, CO) 及溫度突變進行報警,具有聲、光雙重報警功能。(2)系統(tǒng)故障報警功能。當系統(tǒng)出現(xiàn)硬件故障時，能發(fā)出故障報警信號。(3)異常報警功能。當環(huán)境出現(xiàn)異常(如煙霧濃度過大或是溫度較高)時，能發(fā)出異常報警信號，引起人們注意，盡可能避免火災的發(fā)生。(4)火災報警功能。一旦真出現(xiàn)火災(煙霧和溫度同時出現(xiàn)異常)時，能立即發(fā)出語音、光火災警報[15] 。據(jù)類似本系統(tǒng)的報警器現(xiàn)場模擬實驗表明, 本系統(tǒng)安全可靠, 誤報率低。且由于其體積小、操作維護方便、成本低廉等, 具有廣闊的應用前景。 系統(tǒng)軟件總體構架為了便于系統(tǒng)維護和功能擴充，采用了模塊化程序設計方法，系統(tǒng)各個模塊的具體功能都是通過子程序調(diào)用實現(xiàn)的。本系統(tǒng)主要包括數(shù)據(jù)采集子程序、火災判斷與報警子程序等。 程序流程圖 為了降低誤報率，系統(tǒng)采用多次采集、多次判斷的方法。每次數(shù)據(jù)采集后根據(jù)得到的數(shù)據(jù)對現(xiàn)場情況進行判斷，然后綜合多次判斷結果做出最終的火情判斷。主程序是一個無限循環(huán)體，其流程是：首先在上電之后系統(tǒng)的各部分包括單片機各個端口輸入輸出的設置、外圍驅(qū)動電路和數(shù)據(jù)存儲電路等完成初始化，其次是對芯片內(nèi)的程序進行初始化，接下來執(zhí)行火災報警系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)采集任務，數(shù)據(jù)通信任務和查詢判斷任務。 火災報警系統(tǒng)的類型 根據(jù)火災報警系統(tǒng)中所使用的探測器種類的不同，火災報警系統(tǒng)可以分為以下四種：（1）感溫型火災報警系統(tǒng) 由于火災發(fā)生時燃燒物會產(chǎn)生大量的熱量，使得周圍溫度迅速變化。感溫型火災報警系統(tǒng)就是通過判斷周圍溫度變化而產(chǎn)生響應的火災報警系統(tǒng)，再把溫度的變化轉(zhuǎn)換為電信號以達到判斷報警的目的。根據(jù)探測溫度參數(shù)的不同，一般可以將感溫型火災報警系統(tǒng)分為定溫式、溫差式等幾種。(2)感煙型火災報警系統(tǒng)煙霧是早期火災的重要特征之一。在火災發(fā)生的初期，由于溫度比較低，許多物質(zhì)都處于陰燃階段，產(chǎn)生大量的煙霧。感煙型火災報警系統(tǒng)就是對空氣中可見或不可見的煙霧粒子進行探測，然后將煙霧濃度的變化轉(zhuǎn)換為電信號來觸發(fā)報警。感煙型火災報警系統(tǒng)主要有激光感煙式、光電感煙式和離子感煙式等。（3）感光型火災報警系統(tǒng) 物質(zhì)燃燒不但會產(chǎn)生煙霧和熱量，同時也會產(chǎn)生可見或不可見的光輻射。感光型火災報警系統(tǒng)就是通過響應火災中產(chǎn)生的光特性，即擴散火焰的光強度和閃爍頻率，來觸發(fā)報警系統(tǒng)的。根據(jù)感應的敏感波長，可以將感光型火災報警系統(tǒng)分為對波長較短的光輻射敏感的紫外報警系統(tǒng)和對波長較長的光輻射敏感的紅外報警系統(tǒng)。（4）復合型火災報警系統(tǒng) 如果報警系統(tǒng)同時對溫度、煙霧和光輻射中的兩種或兩種以上參數(shù)做出響應，那么它就是復合型火災報警系統(tǒng)。目前復合型火災報警系統(tǒng)有感溫感煙型、感煙感光型、感溫感光型等多種形式。 火災探測器的原理火災發(fā)生時，必然會伴隨著產(chǎn)生煙霧、高溫和火光，探測器對這些都很敏感。當有煙霧、高溫、火光產(chǎn)生的時候，它就改變平時的正常狀態(tài)，引起電流、電壓或機械部分發(fā)生變化或位移，再通過放大、傳輸?shù)冗^程發(fā)出警報聲，有的還能同時發(fā)出燈光信號并顯示發(fā)生火災的部位、地點?；馂奶綔y器主要分感煙、感溫、光輻射三大類：（1）感煙探測器。一種是離子感煙探測器，它在內(nèi)外電離室里面有放射源镅241，電離產(chǎn)生的正負離子，在電場的作用下各向正負電極移動。在正常的情況下，內(nèi)外電離室的電流、電壓都是穩(wěn)定的。一旦有煙霧竄逃外電離室，干擾了帶電粒子的正常運動，電流、電壓就有所改變，破壞了內(nèi)外電離室之間的平衡，于是就發(fā)出了信號。還有一種叫光電感應探測器，它有一個發(fā)光元件和一個光敏元件，平常光源發(fā)出的光，通過透鏡射到光敏元件上，電路維持正常，如果有煙霧從中阻隔，到達光敏元件上的光就顯著減弱，于是光敏元件就把光強的變化變成電的變化，通過放大電路向人們報警。還有一種叫管道抽吸式感煙探測器，他的工作原理與光電感應探測器中另一種散射型相似，通過煙霧的反射或散射產(chǎn)生光敏電流，主要用在船舶上。近年來還出現(xiàn)了激光感煙探測器，它也是利用光電感應原理，不同的是光源改用激光束。這種探測器采用半導體器件，體積小、價格低、耐震動、壽命長，很有發(fā)展前途。（2）感溫探測器。一種是運用金屬熱脹冷縮的特性。正常的情況下，探測器的電路斷開，當溫度升到一定值時，由于金屬膨脹、延伸，導體接通，于是發(fā)出了信號。一種是利用某些金屬易熔的特性，在探測器里固定一塊低熔點合金，當溫度升到它的熔點（70～90℃）時，金屬熔化，借助彈簧的作用力，使觸頭相碰，電路接通，發(fā)出信號。這兩種探測器都屬定溫型，即當外界溫度超過某一限值時就會報警；還有一類是差溫型，升溫的速度超過特定值時，便會感應報警。如將兩者結合起來，便成為差定溫組合式。（3）光輻射探測器。一種是紅外光輻射探測器。物質(zhì)在燃燒時，由化學反應產(chǎn)生閃爍的紅外光輻射使硫化鉛紅外光敏元件感應，轉(zhuǎn)變成電信號，經(jīng)放大后，就能向人們報警。另一種是紫外光輻射探測器，則利用有機化合物燃燒時，火光中的紫外光，使紫外光敏管的電極激發(fā)出離子，通過繼電器等，就能打開開關電路報警?；馂膱缶魇侵匾陌踩O備，一切重要的場所，如大型物資倉庫、隧道、大型船舶、高層建筑都應該安裝。它還可以與自動滅火設備一起組成自動報警、自動滅火的“自動消防隊”。第3章 火災報警系統(tǒng)硬件設計 系統(tǒng)核心芯片選擇 傳感器介紹 AD590溫度傳感器要準確地進行火災報警， 選擇合適的溫度和煙霧傳感器是準確報警的前提。綜合考慮各因素，本文選擇集成溫度傳感器AD590 和氣體傳感器TGS202 用作采集系統(tǒng)的敏感元件。AD590是美國Analog Devices公司生產(chǎn)的一種電流型二端溫度傳感器。電路如圖31所示。由于AD590 是電流型溫度傳感器，他的輸出同絕對溫度成正比，即1μA/k，而數(shù)模轉(zhuǎn)換芯片ADC0809 的