【文章內(nèi)容簡介】 要想有效的防止火災(zāi)，一方面要減少引起火災(zāi)的因素；另一方面要在發(fā)生火災(zāi)時，及時報警，并采取有效措施控制火情的發(fā)展，將火災(zāi)消滅在初期階段。為了確保人身安全，最大限度地減少 社會財富的損失。為此，火災(zāi)自動報警系統(tǒng)作為預(yù)防火災(zāi)的一個很重要的措施已經(jīng) 作為建筑設(shè)計 的強制性要求進入到了每一座具有火災(zāi)隱患的建筑內(nèi)。 第二節(jié) 火災(zāi)自動報警系統(tǒng)的發(fā)展歷史 火災(zāi)自動報警系統(tǒng)的誕生已有 100 多年歷史。縱觀 100 多年人類開發(fā)火災(zāi)自動報警系統(tǒng)的過程，我們可以把這一段歷史分為三個階段 ]1[ ： ① 初期階段是用一些簡單的分立元件構(gòu)成的火災(zāi)自動報警系統(tǒng)，從十九世紀四十年代重慶郵電大學移通學院本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 3 一直延續(xù)到本世紀四十年代，這期間感溫探測器占主導(dǎo)地位，火災(zāi)自動報警系統(tǒng)的發(fā)展處于初級階段。 20 世紀初，定溫探測器漸漸得到改進和發(fā)展，同時采用低熔金屬的新 型探測器也被研制出來，隨后人們相繼研制出了雙金屬差溫火災(zāi)探測器、熱熔電阻差溫探測器，膜盒差溫火災(zāi)探測器、半導(dǎo)體差溫火災(zāi)探測器和兼有差溫、定溫兩種功能的差定溫火災(zāi)探測器等。 ② 第二階段是從二十世紀五十年代到七十年代，在這期間大力發(fā)展了感煙探測器，感溫火災(zāi)探測器則處于次要位置。用感煙的方法來探測火災(zāi)使人類在實現(xiàn)火災(zāi)早期報警方面邁出了一大步，此時的系統(tǒng)一般是多線制，其特點是穩(wěn)定性 ，但是其 可靠性差，線路復(fù)雜，調(diào)試難度大。從四十年代末期開始，研究者開始研究離子式感煙探測器，并獲得成功。 由于離子式探測器探測火災(zāi)比感溫探測器快得多。它的出現(xiàn)很快達到了廣泛應(yīng)用。隨著電子工業(yè)的發(fā)展，場效應(yīng)晶體管代替了陰極射線管，探測器的供電電壓也從 220V 降到了 24V，甚至 9V，用 9V 疊層電池可以為離子感煙探測器供電， 它 為進入家用市場創(chuàng)造了 有利的 條件。 ③ 第三階段是從八十年代開始至今?？偩€制火災(zāi)自動報警系統(tǒng)蓬勃興起，它同以前的產(chǎn)品相比有了很大的飛躍，布線工作變的減少，安裝調(diào)試變的容易，降低了安裝和維修費用，其最大優(yōu)點是施工簡單并能精確定位報警部位，因而得到了較廣泛的應(yīng)用。人們?yōu)槊總€探測點設(shè)置了單獨的地址編碼?；馂?zāi)報警控制器通過巡檢方式，分別采集各探測點的數(shù)據(jù)，并發(fā)出火警及故障等具體信息。 隨著技術(shù)的不斷進步，智能系統(tǒng)已突破了傳統(tǒng)的火災(zāi)探測報警范疇，它與建筑物內(nèi)的防盜報警系統(tǒng)，電視監(jiān)控系統(tǒng)，信息交換系統(tǒng)，公共安全系統(tǒng)等組成樓宇自動系統(tǒng)而成智能大廈。誤報的嚴重程度，用誤報率大小來衡量，誤報率越小越好。 第三節(jié) 根據(jù)應(yīng)用類型分類 一、多線型火災(zāi)報警系統(tǒng) 多線型火災(zāi)報警系統(tǒng)的探測器除了需要提供兩根電源線外，還需要一根報警信號線，探測器的信號線連接在報警顯示盤上，報警時點亮相應(yīng)的指 示燈。此類系統(tǒng)的功能一般以報警為主，輔以簡單的聯(lián)動功能，其報警器對外圍探測器無故障檢測功能，只會對電源線重慶郵電大學移通學院本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 4 的斷線做出故障反應(yīng) ]2[ 。 二、總線型火災(zāi)報警系統(tǒng) 這種火災(zāi)報警系統(tǒng)中己經(jīng)嵌入了微處理器，探測器和模塊均采用地址編碼形式，通過總線與控制器實現(xiàn)信號傳送，靈敏度在制造時已由硬件決定，不可以再調(diào)，此類系統(tǒng)能夠進行現(xiàn)場編程，并通過各種模塊對各個聯(lián)動設(shè)備實行比較復(fù)雜的控制，具有部分故障診斷功能，但對故障類型不能區(qū)分。 三、智能復(fù)合型 火災(zāi)報警系統(tǒng) 由于采用了設(shè)有單片機的模擬量探測器，大大的提高了智能化程度，并且可以通過軟件對靈敏度根據(jù)使用場合、時間進行設(shè)定和調(diào)整，提高了系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性。還可以自動處理電磁干擾對線路分布參數(shù)的影響。這一功能可增強系統(tǒng)的穩(wěn)定性及可靠性，減少了誤報。 復(fù)合型智能火災(zāi)報警系統(tǒng)是未來火災(zāi)報警系統(tǒng)的主要發(fā)展方向。發(fā)生火災(zāi)的情形種類繁多，產(chǎn)生的原因也紛繁復(fù)雜，僅僅對某一特定的火災(zāi)參考量進行探測，難免會發(fā)生漏報或誤報的現(xiàn)象。復(fù)合型探測技術(shù)正是降低誤報漏報現(xiàn)象的有效途徑。 第四節(jié) 火災(zāi)預(yù)警系統(tǒng)的國內(nèi)外現(xiàn)狀 發(fā)達國家普遍具有相對完善的火災(zāi)預(yù)防、報警、撲救以及善后處理等體系。國家每年都會從財政中撥付許多用于培訓(xùn)相關(guān)人員，更新維護預(yù)警設(shè)備。西方發(fā)達國家都把各個用戶的終端傳感器和信號采集設(shè)備連接起來，通過實時數(shù)據(jù)采集，從而對自動火災(zāi)報警系統(tǒng)進行實時操作和監(jiān)控，將故障進行遠程傳輸。目前，很多發(fā)達國家已經(jīng)擁有將火災(zāi)報警系統(tǒng)應(yīng)用于整個城市消防預(yù)警當中的成功經(jīng)驗。多年來，這些國家已經(jīng)把火災(zāi)自動報警系統(tǒng)與公共監(jiān)控系統(tǒng)連接在一起，通過公共監(jiān)控系統(tǒng)可以及時、準確發(fā)現(xiàn)火災(zāi)隱患和地點，判斷火災(zāi)的類型，調(diào)集消防力量及時控制火情。當前，國 外火災(zāi)自動報警應(yīng)用技術(shù)漸漸向著網(wǎng)絡(luò)化、智能化、多樣化、和小型化發(fā)展。 我國火災(zāi)報警系統(tǒng)起步較西方發(fā)達國家晚， 90 年代以后火災(zāi)報警產(chǎn)品才真正開始發(fā)展，隨著政府的改革開放，國外企業(yè)開始大量進入中國市場，帶來了先進技術(shù)，同時也促進了重慶郵電大學移通學院本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 5 市場的成熟。我國火災(zāi)報警系統(tǒng)的相關(guān)企業(yè)也得到了快速發(fā)展，部分企業(yè)通過技術(shù)合作、合資生產(chǎn)，取得了較好的成績，部分技術(shù)已接近或趕上了國際先進水平。隨著經(jīng)濟的高速發(fā)展，社會上對火災(zāi)自動報警系統(tǒng)的需求不斷加大，對其要求也越來越高，同時計算機技術(shù)和控制檢測技術(shù)的高速發(fā)展也促進了火災(zāi)自動報警控制系 統(tǒng)的發(fā)展，特別是近年來興起的各類新方法、新技術(shù)又使火災(zāi)自動預(yù)警技術(shù)上了一個新臺階 ]9[ 。 二十多年前，中國的消防報警產(chǎn)品剛剛起步無論產(chǎn)品技術(shù)含量、產(chǎn)品系列完整性、適用性，還是社會影響程度都是相當?shù)偷?。國外的產(chǎn)品和品牌一統(tǒng)天下，占領(lǐng)中國的大部分市場。由于中國的建設(shè)正在飛速發(fā)展，市場大的驚人，難道這由中國發(fā)展帶來的成果只能由外國企業(yè)來瓜分？可幸的是中國企業(yè)抓住了機遇，頂住了挑戰(zhàn)，先是一批國家的科研院所，后是一批國營企業(yè)、民營企業(yè)，業(yè)內(nèi) 也吸引和凝聚一大批國內(nèi)的技術(shù)和管理精英，花了十多年時間，通過幾次產(chǎn)品更新?lián)Q代，就使自己的產(chǎn)品緊緊跟上了國際水平，并且奪回了大部分國內(nèi)市場，使得現(xiàn)在大多國外產(chǎn)品只有招架之功，這是典型的自力更生，走自己的路。當然目前而言，我們基本占據(jù)的是國內(nèi)市場，對外還剛啟動。中國企業(yè)正虎視眈眈，準備進軍海外市場。 當前，國外火災(zāi)自動報警應(yīng)用技術(shù)漸漸向著網(wǎng)絡(luò)化、智能化、多樣化、和小型化發(fā)展。西方發(fā)達國家都把各個用戶的終端傳感器和信號采集設(shè)備連接起來，通過實時數(shù)據(jù)采集，從而對自動火災(zāi)報警系統(tǒng)進行實時操作和監(jiān)控，將故障進行遠程傳輸 ，而我國火災(zāi)報警系統(tǒng)起步較西方發(fā)達國家晚， 90 年代以后火災(zāi)報警產(chǎn)品才真正開始發(fā)展，隨著政府的改革開放，國外企業(yè)開始大量進入中國市場，帶來了先進技術(shù)，同時也促進了市場的成熟。隨著經(jīng)濟的高速發(fā)展，社會上對火災(zāi)自動報警系統(tǒng)的需求不斷加大，對其要求也越來越高，同時計算機技術(shù)和控制檢測技術(shù)的高速發(fā)展也促進了火災(zāi)自動報警控制系統(tǒng)的發(fā)展，特別是近年來興起的各類新方法、新技術(shù)又使火災(zāi)自動預(yù)警技術(shù)上了一個新臺階?；馂?zāi)自動報警系統(tǒng)的智能化水平越來越受到人們的關(guān)注。我們國家的火災(zāi)報警器經(jīng)歷了一個復(fù)雜的發(fā)展過程，簡單至復(fù)雜。隨著信 息化發(fā)展程度的加深，火災(zāi)預(yù)警系統(tǒng)的智能化也普遍受到重視，并開發(fā)了相應(yīng)的各種各樣的產(chǎn)品。 重慶郵電大學移通學院本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 6 第二章 煙霧檢測報警器的方案設(shè)計 第一節(jié) 煙霧檢查報警器的設(shè)計思路 煙霧檢測報警器是能夠檢查環(huán)境中的煙霧濃度，并具有報警功能的儀器，儀器的最基本組成部分應(yīng)包括：煙霧信號采集電路、模數(shù)轉(zhuǎn)換電路、單片機控制電路 ]3[ 。 煙霧信號采集電路一般由煙霧傳感器，將煙霧信號轉(zhuǎn)換為模擬的電信號。模數(shù)轉(zhuǎn)換電路 ADC0809將從煙霧檢測電路 送出的模擬信號轉(zhuǎn)換成單片機可識別的數(shù)字信號后送入單片機。單片機對該數(shù)字信號進行濾波處理，并對處理后的數(shù)據(jù)進行分析，是否大于或等于某個預(yù)設(shè)值（也就是報警限），如果大于則啟動報警電路發(fā)出報警聲音，反之則為正常狀態(tài)。 第二節(jié) 煙霧傳感器的選型 一、煙霧傳感器的介紹 煙霧傳感器屬于氣敏傳感器 ，是氣 電變換器，它將可燃性氣體在空氣中的含量 (即濃度 )轉(zhuǎn)化成電壓或者電流信號，通過 A/D 轉(zhuǎn)換電路將模擬量轉(zhuǎn)換成數(shù)字量后送到單片機，進而由單片機完成數(shù)據(jù)處理、濃度處理及報警控制等工作。傳感器作為煙霧檢測報警器的信號采 集部分，是儀表的核心組成部分之一。由此可見，傳感器的選型時非常重要的 ]6[ 。 （一）煙霧傳感器的分類 煙霧傳感器種類繁多，從檢測原理上可以分為三大類： ① 利用 物理化學性質(zhì)的煙霧傳感器：如半導(dǎo)體煙霧傳感器、接觸燃燒煙霧傳感器等。 ② 利用物理性 質(zhì)的煙霧傳感器：如熱導(dǎo)煙霧傳感器、光干涉煙霧傳感器、紅外線傳感器等。 ③ 利用化學性質(zhì)的煙霧傳感器啊 ：如電流型煙霧傳感器、電勢型氣體傳感器等。 （二）煙霧傳感器應(yīng)滿足的基本條件 一個煙霧傳感器可以是單功能的，也可以是多功能的 ?？梢允箚我坏膶嶓w，也可以是由重慶郵電大學移通學院本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 7 多個不同功能傳感器組成的陣列。但是任何一個完整的煙霧傳感器都必須具備以下條件： ① 能選擇性地檢測某種單一煙霧，面對共存的其它煙霧不響應(yīng)或低響應(yīng)； ② 對被測煙霧具有較高的靈敏度，能有效地檢測允許范圍內(nèi)的煙霧濃度； ③ 對檢測信號響應(yīng)速度快，重復(fù)性好； ④ 長期工作穩(wěn)定性好； ⑤ 使用壽命長； ⑥ 制造成本低，使用與維護方便。 （三）常見煙霧傳感器簡介 半導(dǎo)體煙霧傳感器包括用氧化物半導(dǎo)體陶瓷材料作為敏感體制作的煙霧傳感器，以及用單晶半導(dǎo)體器件制作的煙霧傳感器。自 1962 年半導(dǎo)體金屬氧化物煙霧傳感器問世以來，由于具有靈敏度高、響應(yīng)快、輸出信號強、耐久性強、結(jié)構(gòu)簡單。價格便宜等諸多優(yōu)點，得到了廣泛的應(yīng)用。該傳感器已成為世界上產(chǎn)量最大、使用最廣的煙霧傳感器之一。按照敏感機理分類，可分為電阻型和非電阻型 ]11[ 。 固體電解質(zhì)煙霧傳感器使用固體電解質(zhì)氣敏材料作為氣敏元件，其原理是利用氣敏材料在通過煙霧時產(chǎn)生電阻，測量其形成電動勢從而測量氣體濃度。由于這種傳感器電導(dǎo)率高，靈敏度和選擇性好，因而得到了廣泛地應(yīng)用，幾乎打入了石化、環(huán)保。礦業(yè)等各個領(lǐng)域，其產(chǎn)量僅次于半導(dǎo)體煙霧傳感器的一類傳感器。但這種傳感器制造成本高，檢測煙霧范圍有限，在檢測環(huán)境污染領(lǐng)域中有優(yōu)勢。 傳感器 當易燃煙霧接觸這種被催化物覆蓋的傳感器表面時會發(fā)生氧化反應(yīng)而燃燒，故得名接觸燃燒式傳感器。接觸燃燒式煙霧傳感器的檢測元件一般為鉑金屬絲（也可表面涂鉑、鈀等稀有金屬催化層），使用時將鉑絲通電，保持 300～ 400℃ 的高溫，此時若與煙霧接觸，煙霧就會在稀有金屬催化層上燃燒，因此鉑絲的溫度會上升，鉑絲的電阻值也上升，通過測量鉑絲的電阻值變化的大小，就知道煙霧的濃度。 利用高分子氣敏材料制作的煙霧傳感器近年來得到很大的發(fā)展。高分子氣敏材料在遇重慶郵電大學移通學院本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 8 到特定煙霧時，其電阻、介電常數(shù)、材料表面聲波傳 播速度和頻率、材料重量等物理性能發(fā)生變化。高分子氣敏材料由于具有易操作、工藝簡單、常溫選擇性好、價格低廉、易與微結(jié)構(gòu)傳感器和聲表面波器件相結(jié)合，在毒性煙霧和食品鮮度等方面的監(jiān)測中具有重要作用。高分子煙霧傳感器具有對特定煙霧分子靈敏度高，選擇性好，且結(jié)構(gòu)簡單，能在常溫下使用，可以彌補其它煙霧傳感器的不知。 電化學傳感器由膜電極和電解液封裝而成。煙霧濃度信號將電解液分解成陰陽帶電離子，通過電極將信號傳出。它的優(yōu)點是：反映速度快、準確、穩(wěn)定性好、能夠定量檢測，但壽命較短（大約兩年）。它主要適用于 毒性煙霧檢測。目前國際上絕大部分毒氣檢測采用該類型傳感器。 熱傳導(dǎo)傳感器與接觸燃燒式傳感器具有類似的結(jié)構(gòu)形式，但是測量原理不同。它的測量原理是：將加熱后的鉑電阻線置于目標煙霧中，由于向目標煙霧傳送熱量造成溫度降低，引起電阻值變化，傳感器即測量電阻值的變化情況。溫度的變化情況是目標煙霧熱傳導(dǎo)率的函數(shù)，而對于一種給定的煙霧或汽化物，熱傳導(dǎo)率是它固有的物理特性。 紅外傳感器通常用兩束紅外光進行煙霧測量，主光束通過測量元件內(nèi)的目標煙霧，參考光束通過比較元件內(nèi)的參考煙霧。在測量和比較 元件中，紅外射線被煙霧有選擇地吸收了。未吸收的紅外探測器 NDIR（ nondispersive IR）是其中的一種，所有的未吸收光全部以最小的擴散和損耗被記錄下來。不同的煙霧吸收不同波長的 IR，所以傳感器根據(jù)目標煙霧而調(diào)整，典型應(yīng)用包括測量 CO 和 CO冷凍劑煙霧和一些易燃氣。由于非碳氫化合物易燃煙霧（如氫）不吸收電磁譜中 IR 部分的能量，所以這種傳感器可以精確地測量碳氫化合物，并具有最小的交叉靈敏度，而且不受其它煙霧的腐蝕以及高濃度目標煙霧的影響。 （四）常見煙霧傳感器可檢測煙霧種類 由于煙霧的種類繁多，一 種類型的煙霧傳感器不可能檢測所有的氣體，通常只能檢測某一種或兩種特定性質(zhì)的煙霧。例如氧化物半導(dǎo)體煙霧傳感器主要檢測各種還原性煙霧，如 CO、 H C2H5OH、 CH3OH 等。固體電解質(zhì)煙霧傳感器主要用于檢測無機煙霧，如 OH Cl SO2等。 重慶郵電大學移通學院本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 9 二、煙霧傳感器的選定 煙霧檢測報警器主要應(yīng)用在石油、化工、冶金、油庫、液化氣站、噴漆作業(yè)等易發(fā)生可燃煙霧