【正文】 探測器基本原理 感煙探測器 :顧名思義就是對(duì)環(huán)境的煙氣濃度按一定頻率進(jìn)行收集并分析其成分 ,一般火災(zāi)發(fā)生之后空氣中的 CO2,有毒氣體濃度明顯上升 ,當(dāng)濃度達(dá)到一定值時(shí) ,探測器認(rèn)為已經(jīng)發(fā)生火災(zāi)便會(huì)報(bào)警 .當(dāng)然有時(shí)候吸煙引起的濃度上升也會(huì)被當(dāng)作火災(zāi)處理 ,所以有感煙探測器的地方一般禁止吸煙 . （ 1） 感煙火災(zāi)探測器 火災(zāi)發(fā)展過程大致可以分為初期階段、發(fā)展階段和衰減熄滅階段。感煙火災(zāi)探測器的功能在于：在初燃生煙階段，能自動(dòng)發(fā)出火災(zāi)報(bào)警信號(hào)，以期將火撲滅在未成災(zāi)害之 前。根據(jù)結(jié)構(gòu)不同，感煙探測器可分為離子感煙探測器和光電感煙探測器。 離子式感煙探測器是由兩個(gè)內(nèi)含 Am241 放射源的串聯(lián)室、場效應(yīng)管及開關(guān)電路組成的。內(nèi)電離室即補(bǔ)償室，是密封的，煙不易進(jìn)入；外電離室即檢測室，是開孔的，煙能夠順利進(jìn)入。在串聯(lián)兩個(gè)電離室的兩端直接接入 24V 直流電源。當(dāng)火災(zāi)發(fā)生時(shí)，煙霧進(jìn)入檢測電離室， Am241 產(chǎn)生的 α 射線被阻擋，使其電離能力降低，因而電離電流減少，檢測電離室空氣的等效阻抗增加，而補(bǔ)償電離室因無煙進(jìn)入，電離室的阻抗保持不變，因此，引起施加在兩個(gè)電離室兩端分壓比的 變化，在檢測電離室兩端的電壓增加量達(dá)到一定值時(shí)，開關(guān)電路動(dòng)作、發(fā)出報(bào)警信號(hào)。 感光探測器 :光是熱源輻射的結(jié)果 ,所以感光也就是感應(yīng)輻射 ,人體也在不斷的輻射波 ,但是由于本體溫度較低 ,輻射波的波長一般較大 ,而火災(zāi)的熱源發(fā)出的光較強(qiáng)能被探測出來 ,據(jù)某些科學(xué)家分析 ,火災(zāi)發(fā)生的時(shí)候還會(huì)發(fā)出一種獨(dú)特的聲波 ,根據(jù)這種波做出感聲探測器能有效克服其他探測器的普遍失誤的情況 . 光電式感煙探測器由光源、光電元件和電子開關(guān)組成。利用光散射原理對(duì)火災(zāi)初期產(chǎn)生的煙霧進(jìn)行探測，并及時(shí)發(fā)出報(bào)警信號(hào)。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。 a、一般光電式感煙探測器根據(jù)其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)可分為遮光型和散射型兩種。 遮光型光電感煙探測器由一個(gè)光源（燈泡或發(fā)光二極管）和一個(gè)光電元件對(duì)應(yīng)裝在小暗室內(nèi)構(gòu)成。在無煙情況下，光源發(fā)出的光通過透鏡聚成光束，照射到光電元件上，并將其轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，使整個(gè)電路維持在正常狀態(tài)，不發(fā)出報(bào)警。當(dāng)火災(zāi)發(fā)生有煙霧進(jìn)入探測器，使光的傳播特性改變，光強(qiáng)明顯減弱，電路正常狀態(tài)被破壞，則發(fā)出報(bào)警信號(hào)。 散射光電式感煙探測器的發(fā)光二極管和光電元件設(shè)置的位置不是對(duì)應(yīng)的。光電元件設(shè)置在多孔 的小暗室里。無煙霧時(shí)，光不能射到光電元件上，電路維持正常狀態(tài)。而發(fā)生火災(zāi)時(shí)，有煙霧進(jìn)入探測器，光通過煙霧粒子的反射或散射到達(dá)光電元件上，則光信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，經(jīng)放大電路放大后，驅(qū)動(dòng)自動(dòng)報(bào)警裝置發(fā)出報(bào)警信號(hào)。 b、激光式感煙探測器。由激光發(fā)射機(jī)（包括脈沖電源和激光發(fā)生器）和激光接收器（包括光電接收器、脈沖放大及報(bào)警）組成。它利用激光方向性強(qiáng)、亮度高及單色性和相干性好的特點(diǎn)。在無煙情況下，脈沖激光束射到光電接收器上，轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，報(bào)警器不發(fā)出報(bào)警。一旦激光束在發(fā)射過程中有煙霧遮擋而減弱到一定程度，使光電接收器信 號(hào)顯著減弱，探測器發(fā)出報(bào)警信號(hào)。在種類繁多的激光光源中，半導(dǎo)體激光器由于具有所需激發(fā)電壓低、效率高、脈沖功率大、器件體積小、耐震、壽命長和價(jià)格低廉等優(yōu)點(diǎn)而受到重視。 c、紫外光和紅外光感煙探測器。它們具有靈敏度高、性能穩(wěn)定、可靠、探測方位準(zhǔn)確等優(yōu)點(diǎn)，因而得到普遍重視，并成為目前火災(zāi)探測器的重要設(shè)備和發(fā)展方向。 光電式感煙探測器發(fā)展很快，種類不斷增多，就其功能而言，它能實(shí)現(xiàn)早期火災(zāi)報(bào)警，除應(yīng)用于大型建筑物內(nèi)部外，還特別適用于電氣火災(zāi)危險(xiǎn)性較大的場所，如計(jì)算機(jī)房、儀器儀表室和電纜溝、隧道等處。 （ 2） 感溫火災(zāi)探 測器 感溫探測器 :對(duì)環(huán)境溫度進(jìn)行實(shí)時(shí)探測 ,一旦發(fā)現(xiàn)溫度較高的能量源 ,便會(huì)對(duì)其進(jìn)行分析 ,如果和火災(zāi)本身溫度變化趨勢相似則被當(dāng)作火災(zāi)處理 . 感溫探測器按結(jié)構(gòu)原理不同有雙金屬片型、膜盒型、熱敏電子元件型等三種。 ，一般制成差溫和定溫兩種形式，定溫式是當(dāng)環(huán)境溫度上升達(dá)到設(shè)定溫度時(shí)，定溫部件立即動(dòng)作，發(fā)出報(bào)警信號(hào)；差溫式是當(dāng)環(huán)境溫度急劇上升，其溫升速率（ ℃ /min）達(dá)到或超過探測器規(guī)定的動(dòng)作溫升速率時(shí)，差溫部件立即動(dòng)作，發(fā)出報(bào)警信號(hào)。 板組成一個(gè)氣室，室內(nèi)空氣只能通過氣塞螺釘?shù)男】着c大氣相通。一般情況下（指環(huán)境溫升速率不大于 1℃ /min），氣室受熱，室內(nèi)膨脹的氣體可以通過氣塞螺釘小孔泄漏到大氣中去。當(dāng)發(fā)生火災(zāi)時(shí)，溫升速率急劇增加，氣室內(nèi)的氣壓增大，波紋板向上鼓起，推動(dòng)彈性接觸片，接通電接點(diǎn)，發(fā)出報(bào)警信號(hào)。 成，兩個(gè)熱敏電阻中一個(gè)可直接感受環(huán)境溫度的變化，而另一個(gè)則封閉在一定熱容量的小球內(nèi)。當(dāng)外界溫度變化緩慢時(shí)，兩個(gè)熱敏電阻的阻值隨溫度變化基本相接近，開關(guān)電路不動(dòng)作?；馂?zāi)發(fā) 生時(shí)，環(huán)境 溫度劇烈上升，兩個(gè)熱敏電阻阻值變化不 一 ，原來的穩(wěn)定狀態(tài)破壞，開關(guān)電路打開，發(fā)出報(bào)警信號(hào)。 （二）、設(shè)計(jì) 系統(tǒng)的 總體架構(gòu) 火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警與消防聯(lián)動(dòng)控制系統(tǒng)是建筑物防火綜合監(jiān)控系統(tǒng)，由火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)和消防聯(lián)動(dòng)控制系統(tǒng)組成。在實(shí)際工程應(yīng)用中，系統(tǒng)的組成是多種多樣的，設(shè)備量的多少、設(shè)備種類都會(huì)有很大的不同。 本論文的火災(zāi)報(bào)警器主要由以下幾項(xiàng)組成 1 煙霧檢測報(bào)警器 2 信號(hào)采集及前置放大電路 3 聲音報(bào)警電路 4 數(shù)碼管顯示電路 5 狀態(tài)指示燈及控制鍵電路 報(bào)警器 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖如 1 所示，系統(tǒng)以單片機(jī)為核心，配合外圍電路共同完成信號(hào)采集、濃度顯示、時(shí)間顯示、狀態(tài)顯示、聲音及閃爍報(bào)警、按鍵輸入等功能。系統(tǒng)應(yīng)采用高性能的單片機(jī)，要求工作穩(wěn)定、測量精度高、通用性強(qiáng)、功耗低，保證報(bào)警器的精確性及可靠性，而且最好體積小，成本低，有利于減少報(bào)警器的體積，降低報(bào)警器的成本 [5]。 第 三 章、 煙霧檢測 報(bào)警器 整體 設(shè)計(jì) 硬件組成 本論文中的煙霧檢測報(bào)警器以 STC12C5410AD 單片機(jī)為控制核心，采用 MQ2型電阻式半導(dǎo)體傳感器采集煙霧信息。 首先，傳感器送來 的煙霧濃度對(duì)應(yīng)的微小的電壓信號(hào)經(jīng)過放大，轉(zhuǎn)化成較大的電壓信號(hào)送入 STC12C5410AD 單片機(jī)；然后，在 STC12C5410AD 單片機(jī)內(nèi) A/D 轉(zhuǎn)換、濃度比較，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行線性化處理，將數(shù)字化電壓信號(hào)轉(zhuǎn)化成為對(duì)應(yīng)的十進(jìn)制濃度值；最后，將實(shí)際可燃性氣體濃度送入液晶，并判斷濃度值是否超出報(bào)警限，當(dāng)濃度處于正常狀態(tài)綠燈長亮，當(dāng)煙霧濃度超出設(shè)定的限定值時(shí)，發(fā)出聲音報(bào)警并伴隨紅燈閃亮。另外由于煙霧傳感器需要在加熱狀態(tài)下工作，溫度越高，反應(yīng)越快，響應(yīng)時(shí)間和恢復(fù)時(shí)間就越快。為提高響應(yīng)時(shí)間，保證傳感器準(zhǔn)確地、穩(wěn)定地工作，報(bào)警器 需要向煙霧傳感器持續(xù)輸出一個(gè) 5V 的電壓。為了保證其可靠性，在輸出 5V 的電壓的同時(shí)，進(jìn)行故障監(jiān)測。當(dāng)傳感器加熱絲 或電纜線和傳感器斷線或接觸不良時(shí)，進(jìn)行故障報(bào)警，發(fā)出聲光報(bào)警信號(hào)。 當(dāng)然幾種狀態(tài)的報(bào)警信號(hào)是各不相同的。 煙霧檢測報(bào)警器的硬件設(shè)計(jì) 在報(bào)警儀的設(shè)計(jì)中，單片機(jī)是其核心部件。它一方面要接收來自傳感器送來的煙霧濃度對(duì)應(yīng)的模擬信號(hào)和故障檢測信號(hào)，另一方面要對(duì)兩種信號(hào)分別進(jìn)行處理，控制后續(xù)電路進(jìn)行相應(yīng)動(dòng)作；與此同時(shí)查詢是否有鍵按下的請(qǐng)求 [7]。在單片機(jī)完成這些的工作中，尤其是信號(hào)處理中，比較濃度值后 送入顯示的軟件實(shí)現(xiàn)比較復(fù)雜，要求單片機(jī)具備較快的運(yùn)算速度，使檢測人員能夠較準(zhǔn)確地觀測到煙霧濃度，并根據(jù)情況做進(jìn)行相應(yīng)處理。 信號(hào)采集及前置放大電路 傳感器輸出信號(hào)一般比較微弱，需要經(jīng)過前置電路對(duì)其進(jìn)行放大、濾波、電平調(diào)整，滿足單片機(jī)對(duì)輸入信號(hào)的要求。本系統(tǒng)采用的半導(dǎo)體煙霧傳感器屬于電阻型，因此只需串聯(lián)一個(gè)參考電阻，再經(jīng)過一個(gè)放大電路即可發(fā)送給 ADC 采集。由于系統(tǒng)采用的是單極性供電，所以采用同相比例放大電路，可以減少硬件開銷。所以本設(shè)計(jì)中的前置放大電路采用 LM324 作為電路的運(yùn)算放大器。 LM324 是單片高增益四運(yùn)算放大器，可在較寬電壓范圍內(nèi)的單電源或雙電源下工作，其電源電流很小且與電源電壓無關(guān)，四個(gè)運(yùn)放一致性好；其輸入偏流電阻是溫度補(bǔ)償?shù)?，也不需外接頻率補(bǔ)償，可做到輸出電平與數(shù)字電路兼容。 聲音報(bào)警電路 聲音報(bào)警電路圖如圖 3 所示。報(bào)警裝置采用無源壓電式 KM