【正文】 有利于提高火災(zāi)判別的準(zhǔn)確性。而最近 幾年，我國(guó)因特大惡性火災(zāi)導(dǎo)致的多起群死群傷事件已引起有關(guān)部門的高度重視，高層賓館、大型商場(chǎng)等人員集中地區(qū)的防火問(wèn)題被提上日程。 火災(zāi)的發(fā)生和發(fā)展過(guò)程是一個(gè)復(fù)雜的物理化學(xué)過(guò)程 ，而且與環(huán)境的相關(guān)性很強(qiáng)。 上述一切條件都促使了 火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)的誕生。 2 現(xiàn)有火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)比較 隨著傳感技術(shù)及火災(zāi)特征性研究的發(fā)展 ，復(fù)合探測(cè)技術(shù) 逐漸成熟 ，將來(lái)勢(shì)必能從根本上解決由于特征分析無(wú)法辨識(shí)火災(zāi)與非火災(zāi)參數(shù)而引起的各種 問(wèn)題?；馂?zāi)報(bào)警器的主要心臟部件就是單片機(jī)，通過(guò)它接收來(lái)自火災(zāi)探測(cè)器的報(bào)警信號(hào)，經(jīng)過(guò)確認(rèn)后，發(fā)出聲光報(bào)警，顯示報(bào)警位置，并能發(fā)出控制信號(hào)啟動(dòng)消防設(shè)備，迅速滅火。 (2)火 災(zāi)探測(cè)報(bào)警系統(tǒng)缺乏故障的自診斷、自排除能力。 智能火災(zāi)探測(cè)技術(shù) 為了克服傳統(tǒng)火災(zāi)探測(cè)技術(shù)的弊病，近年來(lái)發(fā)展了智能型火災(zāi)報(bào)警技術(shù)，完全擺脫了傳統(tǒng)的火災(zāi)報(bào)警信號(hào)處理方式，使得火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)的可靠性有較大提高，這種智能分幾個(gè)方面： (1)探測(cè)智能：采用單片機(jī)作為信號(hào)處理芯片，通過(guò)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)的火災(zāi)參數(shù)采集，模 /數(shù)轉(zhuǎn)換，地址編碼，然后傳送給火災(zāi)報(bào)警控制器，由火災(zāi)報(bào)警控制器中的計(jì)算機(jī)進(jìn)行相應(yīng)的運(yùn)算處理，判斷現(xiàn)場(chǎng)是否發(fā)生 火災(zāi)，這種信號(hào)處理方式將計(jì)算機(jī)用于火災(zāi)模式判別，可以根據(jù)火災(zāi)發(fā)生時(shí)，火災(zāi)參數(shù)的發(fā)展變化規(guī)律來(lái)識(shí)別真假火災(zāi)，改變傳統(tǒng)單一的定值判別方式，有利于提高火災(zāi)判別的準(zhǔn)確性。 (3)抗干擾智能：由于系統(tǒng)的運(yùn)行環(huán)境比較復(fù)雜，有時(shí)線路上和環(huán)境空間存在著嚴(yán)重的干擾信號(hào)，這 些在傳統(tǒng)的報(bào)警系統(tǒng)中難以濾除，影響系統(tǒng)的正常運(yùn)行。早在 20 世紀(jì) 80 年代，日本、美國(guó)、英國(guó)、瑞士、德國(guó)、法國(guó)、澳大利亞等國(guó)相繼開(kāi)始投入大量的科研經(jīng)費(fèi)、科技力量進(jìn) 行技術(shù)產(chǎn)品的專門研究和開(kāi)發(fā)。它對(duì)火災(zāi)產(chǎn)生的多種參數(shù)進(jìn)行多種信息的分析，排除干擾，確定火災(zāi)，從而提高了判斷火災(zāi)的準(zhǔn)確性。 目前已有多家科研院所和廠家致力于研發(fā)適合我國(guó)消防領(lǐng)域特點(diǎn)的火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警監(jiān)控聯(lián)網(wǎng)技術(shù)及相關(guān)產(chǎn)品，在部分城市建立了火災(zāi)報(bào)警監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，在消防監(jiān)控和滅火救援方面發(fā)揮了重要作用。作為一門多專業(yè)、多學(xué)科的綜合性火災(zāi)探測(cè)與報(bào)警技術(shù)，近幾年得到了迅速發(fā)展，已成為人類與火災(zāi)作斗爭(zhēng)的重要手段。但是，鑒于筆者的知識(shí)水平所限，本課題研究的目的僅限于： 能綜合運(yùn)用所學(xué)基礎(chǔ)理論、基本知識(shí)、基本技能；分析、解決本專業(yè)實(shí)際問(wèn)題的能力；全面分析、考慮問(wèn)題的思維方式、工作方法；計(jì)算、繪圖和編寫設(shè)計(jì)文件的能力以及實(shí)際工作能力、社會(huì)活動(dòng)能力。總體來(lái)說(shuō)，本課題對(duì)設(shè)計(jì)者的綜合知識(shí)運(yùn)用是一次艱巨的考量，尤其是硬件方面的知識(shí) —— 傳感器的選取，模塊電路的細(xì)化等方面具備了一定的難度。但我 們還應(yīng)該看到，這個(gè)過(guò)程的完善不可能一蹴而就，必將 6 是一個(gè)長(zhǎng)期的探索研發(fā)過(guò)程 。當(dāng)發(fā)生火災(zāi)時(shí)，首先起火房間會(huì)發(fā)出聲音報(bào)警；同時(shí)， 起火樓層總服務(wù)臺(tái)處也會(huì)發(fā)生聲音報(bào)警并會(huì)在 LED 顯示屏上顯示相應(yīng)的著火房間。 賓館火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)如圖 21所示。傳感器的作業(yè)環(huán)境是非常關(guān)鍵的一環(huán)，這決定了在具體環(huán)境中傳感器的選型問(wèn)題。 傳感器的設(shè)計(jì)是本設(shè)計(jì)的中心任務(wù)，具體情況將在隨后的章節(jié)中進(jìn)行詳述。 傳感器 傳感器 信號(hào)調(diào)理電路 傳感器 火 災(zāi) 監(jiān) 控 模 塊 聯(lián)動(dòng)消防 顯示記錄 聲光報(bào)警 信號(hào)調(diào)理電路 信號(hào)調(diào)理電路 采樣保持比較 采樣保持比較 采樣保持比較 8 第三，接口芯片。本設(shè)計(jì)的報(bào)警裝置采用聲光報(bào)警裝置：首先，起火房間會(huì)發(fā)出聲音報(bào)警；同時(shí)，起火樓層總服務(wù)臺(tái)處也會(huì)產(chǎn)生聲音報(bào)警并會(huì)顯示具體的著火房間。電源設(shè)計(jì)見(jiàn)隨后章節(jié)。 系統(tǒng)總構(gòu)架的設(shè)計(jì) 該 賓館 火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)，能對(duì)監(jiān)測(cè)點(diǎn)進(jìn)行自動(dòng)檢測(cè)，一旦出現(xiàn)火情能立即報(bào)警，并能指示出發(fā)生火災(zāi)的房間。為防止誤報(bào)警， 當(dāng)檢測(cè)到某房間有火情時(shí)，該系統(tǒng)應(yīng)該延時(shí) 3 秒鐘后再檢測(cè)一次，若確有火情方可報(bào)警，并用數(shù)字指示出 發(fā)生火災(zāi) 地點(diǎn)。由于 8243 每片有四個(gè)口，每個(gè)口有四個(gè)點(diǎn)，故每片 8243 可監(jiān)測(cè) 16 個(gè)房間，圖 22 用了兩片8243，根據(jù)需要， 還可增加 8243 的數(shù)量。其中，1為傳感器，將現(xiàn)場(chǎng)煙霧濃度這一非電信號(hào)轉(zhuǎn)化為 電信號(hào)； 2為信號(hào)調(diào)理電路，將傳感器輸出的電信號(hào)進(jìn)行調(diào)理（放大、濾波等），使之滿足比較轉(zhuǎn)換電路的要求； 3 為比較轉(zhuǎn)換電路，完成將煙霧傳感器輸出的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)。 1 煙 霧 傳 感 器 3 比 較 轉(zhuǎn) 換 2 信 號(hào) 處 理 4 聲 光 報(bào) 警 系 統(tǒng) 5 單片機(jī)系統(tǒng) AT89S51 6 聯(lián) 動(dòng) 消 防 裝 置 11 離子感煙傳感器工作原理 離子感煙傳感器是應(yīng)用放射性同位素組成的火災(zāi)報(bào)警專用傳感器，其傳感靈敏度高，可靠性好，目前已經(jīng)得到廣泛應(yīng)用。初始條件下，在 B 點(diǎn)的電位Vb 是相對(duì)穩(wěn)定的，煙霧進(jìn)入 AB 之間的檢測(cè)室時(shí)，電離狀態(tài)發(fā)生變化，導(dǎo)致 AB之間的電阻阻值變化，而 BC 間組成的參照室因不感覺(jué)煙的存在，基本保持阻值初始狀態(tài)不變，根據(jù)歐姆定律，在 B 點(diǎn)上分壓值發(fā)生相應(yīng)的變化，這一變化經(jīng)過(guò)電路放大，做為火警信號(hào)輸出，從而實(shí)現(xiàn)煙信號(hào)到電信號(hào)的轉(zhuǎn)變。施加的電壓 E 愈高，則電離電流愈大。這樣在同一個(gè)電離室內(nèi)分為兩個(gè)性質(zhì)不同區(qū)域。另一個(gè)作為補(bǔ)償電離室(也叫內(nèi)電離室 )，做成煙粒子很難進(jìn)入，而空氣又能緩慢進(jìn)入的結(jié)構(gòu)型式 .電離室采用這種串聯(lián)的方式，主要是為了減少環(huán)境溫度、濕度、氣壓等自然條件的變化對(duì)電離電流的影響，提高離子感煙探測(cè)器的環(huán)境使用能力和穩(wěn)定性。內(nèi)電離室與外電離室是串連的，如圖 36 所示。 圖 36 離子感煙傳感器等效電路圖 UD— 02 型離子感 煙傳感器 UD— 02 型離子感煙傳感器具有靈敏度高、可靠性好，性能符合標(biāo)準(zhǔn)等特點(diǎn)。極間電 容為 4PF，AM241 放射源為 ～ ；器件重量為 12g,主要結(jié)構(gòu)材料為不銹鋼和塑料。 17 +鎖 存+V D D鎖 存振 蕩 器定 時(shí) 器1 11 04V D DV D D8 0 K31 31 0 4 5 K1 1 2 5 K1 51 4V D D1 6V D D69A 2A 11 2785 V D D 注： A1 電池低電壓比較器 A2 信號(hào)電壓比較器 圖 39 DQ295 內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖 DQ295 集成塊內(nèi)部設(shè)有檢測(cè)信號(hào)閥值設(shè)置（超過(guò)閥值即輸出報(bào)警聲）以及電池（或電源）低壓設(shè)置（電壓低于某值時(shí)發(fā)出報(bào)警聲）。與 A1 一樣，也可以通過(guò)第 13 腳的外接電阻網(wǎng)絡(luò)來(lái)改變閥值電平高低。當(dāng)空氣中有煙霧粉塵時(shí)，煙霧顆粒進(jìn)入傳感器的外電離室，使離子電流大幅下降，相當(dāng)于等效電阻增大，所示 O 端電平下降。 單片機(jī)控制中心 本設(shè)計(jì)是基于單片機(jī)的聲光火災(zāi)報(bào)警器，單片機(jī)是其中的核心部件，它就像大腦一樣，是設(shè)計(jì)中的樞紐。因此 AT89S51 是一種功能強(qiáng)、靈活性高且價(jià)格合理的單片機(jī)、可方便應(yīng)用在與本次設(shè)計(jì)相關(guān)的控制領(lǐng)域。定時(shí)元件通常采用石英晶體和電容組成的并 聯(lián)諧振電路。對(duì)外部振蕩器信號(hào)無(wú)特殊要求。 PD 是掉電方式位，當(dāng) PD=1 時(shí)，激活掉電工作方式， ILD空閑方式位，當(dāng) ILD=1 時(shí)，激活空閑工作方式。中斷系統(tǒng)的功能主要為了解決快速的 CPU與慢速的外設(shè)間的矛盾。 5個(gè)中斷源分為 2個(gè)中斷優(yōu)先級(jí)，可實(shí)現(xiàn)兩級(jí)中斷嵌套， IE控制 CPU是否響應(yīng)中斷請(qǐng)求。 MCS51的中斷系統(tǒng)由 4個(gè)與中 斷有關(guān)的特殊功能寄存器 (TCON、 SCON的相關(guān)位作中斷源的標(biāo)志位 )、中斷允許控制寄存器 IE、中斷優(yōu)先級(jí)管理 (IP寄存器 )和中斷順序查詢邏輯電路等組成。串行口發(fā)送 /接收共用一個(gè)中斷源。 EA=1,開(kāi) CPU中斷；開(kāi)某個(gè)中斷源中斷時(shí)，還需將對(duì)應(yīng)中斷源的中斷允許位 (EX0、 ET0、 EX ET ES)置位。對(duì)于同級(jí)中斷源，由內(nèi)部硬件查詢邏輯來(lái)確定響應(yīng)次序。中斷源的入口地址分別為： 22 外部中斷 0中斷： 0003H 最高級(jí) TO定時(shí)器 0中斷： 000BH 外部中斷 1中斷： 0013H T1定時(shí)器 1中斷： 001BH 串行口輸入 /輸出中斷： 0023H 最低級(jí) (2)中斷控制部分的功能 8051單片機(jī)中斷控制部分由 4個(gè)專用寄存器組成，他們的功能分述如下： ① 中斷請(qǐng)求標(biāo)志寄存器 。 ③ 中 斷優(yōu)先級(jí)設(shè)定 MCS51單片機(jī)的中斷分為 2個(gè)優(yōu)先級(jí)，每個(gè)中斷源的優(yōu)先級(jí)都可以通過(guò)中斷優(yōu)先級(jí)寄存器 IP中的相應(yīng)位來(lái)設(shè)定 。 CPU在執(zhí)行 RETI或讀寫 IE或 IP之后，不會(huì)馬上相應(yīng)中斷請(qǐng)求，至少要在執(zhí)行其它一條指令之后才會(huì) 響應(yīng) 。 8051單片機(jī)的中斷響應(yīng)與中斷返回由 CPU硬件自動(dòng)完成，而中斷處理由軟件完成。聲音信號(hào)由專門的語(yǔ)音芯片 PB2130UP002A 提供，由單片機(jī)的 控制。 24 圖中 312 中，驅(qū)動(dòng)器的輸入端接 AT89S51 的 ，當(dāng) 輸出高電平“ 1”時(shí)， 7406 的輸出為低電平，使壓電蜂鳴器引線獲得將近 5V 的直流電壓，而產(chǎn)生蜂鳴音 響；當(dāng) 端輸出低電平“ 0”時(shí)， 7406 輸出端升高到約 +5V，壓電蜂鳴器的兩引線間的直流電壓降至接近于 0V，發(fā)音停止。 LED 顯示器中發(fā)光二極管有兩種接法，分別是共陰極接法和共陽(yáng)極接法。因此，提供給 LED 顯示器的字型代碼正好一個(gè)字節(jié)。 26 圖 315 8243 與 89C51 連接圖 該芯片共有 4 個(gè) 4 位的并行 I/O 端口，即 P P P6 和 P7 口，這四個(gè)端口均可獨(dú)立地設(shè)置或?yàn)檩斎肟诨驗(yàn)檩敵隹?。在第一種情況下，由 、 指定端口的地址，由 、 規(guī)定端口的工作方式，各位具體的定義見(jiàn)表 34 所示 。 27 圖 316 8243 芯片操作時(shí)序圖 由圖 316 可見(jiàn)，在進(jìn)行輸入 /輸出時(shí)，先通過(guò) P2 口傳送選擇端口及端口操作方式的控制命令，該命令由 PROG 的下跳沿鎖存至 8243 內(nèi)部的指令寄存器和地址譯碼器；而后進(jìn)行數(shù)據(jù)的傳送，由 PROG 的上跳沿將數(shù)據(jù)通過(guò)指定的端口輸入 /輸出。對(duì)于要求較高的系統(tǒng)，通常電源選擇比較可靠的專業(yè)廠家設(shè)計(jì)的穩(wěn)壓電源系統(tǒng)。通常，把穩(wěn)壓電源成為主電，電池成為備電。 (3)如果主電路發(fā)生故障，及時(shí)切換到備電且不能影響 CPU 正常工作。 圖 317 電源電路板設(shè)計(jì)圖 消防聯(lián)動(dòng)裝置 消防聯(lián)動(dòng)裝置的設(shè)計(jì)在火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)中占據(jù)了重要的位置。 備電 +24V 主電 +24V DC +24V 主電采樣 +24V 備電采樣 +5V 主電采樣 輸出 +24V 輸出 +5V 地線 29 圖 318 消防聯(lián)動(dòng)裝置 由于本設(shè)計(jì)中，消防聯(lián)動(dòng)裝置的設(shè)計(jì)僅僅是設(shè)計(jì)的一部分，使用在特定環(huán)境時(shí)，其各項(xiàng)參數(shù)都不是恒定的值，但是工作原理大同小異，所以 具體的電阻值及元件型號(hào) 不用選定。 圖 41 火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)的主程序流程 初始化 調(diào)核對(duì)程序 調(diào)讀數(shù)子程序 指向第一片 8243P4 口 有警否？ 口地址 加 1 調(diào)讀數(shù)子程序 有警否？ 調(diào)核對(duì)子程序 口地址加 1 調(diào)讀數(shù)子程序 有警否？ 調(diào)讀數(shù)子程序 口地址加 1 調(diào) 用 核對(duì)程序 有警否？ 指向第二片 8243 調(diào)用核對(duì)程序 讀完否？ N N N N N Y Y Y Y Y 31 讀數(shù)子程序 讀數(shù)子程序主要用來(lái)讀入 8243 輸入口的信息，并檢查是否有報(bào)警信號(hào)，程序流程如圖 42 所示。 入口 控制字 送 8243 讀入數(shù)據(jù) 子程序返回 結(jié)束讀過(guò)程 32 圖 431 核對(duì)子程序流程圖 查找報(bào)警點(diǎn)子程序 查找報(bào)警點(diǎn)子程序要完成三項(xiàng)任務(wù)：第一項(xiàng)任務(wù) 是判斷當(dāng)前讀的是 8243 四個(gè)口中的哪一個(gè)；第二項(xiàng)任務(wù)是判斷這個(gè)口所在的片；第三項(xiàng)任務(wù)是判斷這個(gè)口有哪幾個(gè)點(diǎn)不為零。 入口 保存第一次讀數(shù) 延時(shí) 3s 重讀相同口 有警否？ 返回 調(diào)用查找報(bào)警點(diǎn)子程序 N Y 33 圖 44 查找報(bào)警點(diǎn)子程序流程