【文章內容簡介】 下，外部時鐘脈沖接到 XTAL1 端，即內部時鐘發(fā)生器的輸入端， XTAL2 則懸空。 煙臺大學畢業(yè)論文（設計） 10 第 2 章系統(tǒng)總體方案設計 本課題 所 研究的自動火災探測裝置主要分為三大部分，第一部分火災初測，在最短的時間內發(fā)現(xiàn)火災，并發(fā)出警報，第二部分是精確測量火災的具體位置，確定火災的真實性，第三部為滅火，在第二部的基礎上進行滅火，達到從發(fā)現(xiàn) 火災到消滅火災的自動化。 下面分別對系統(tǒng)設計要求、火災傳感器的選型、信息傳輸模式及系統(tǒng)實現(xiàn)方案進行闡述 。 系統(tǒng)設計要求 系統(tǒng)功能要求 本系統(tǒng)的研制主要包括以下幾項功能： (1)火情探測功能為了擴大火災探測器的使用范圍，該系統(tǒng)火災探測器的前置火災傳感器設計為可以拆卸形式。針對不同的應用環(huán)境，用戶可以選用感溫傳感器、煙霧傳感器、光電傳感器 ，紫外線傳感器 等多種傳感器； (2)探測器編碼功能為了區(qū)分同一個系統(tǒng)內的不同探測器，利用寫碼器為安裝的每一個探測器寫入一個唯一的探頭碼。另外，為了適應不同的工作環(huán) 境，可以為探測器選擇不同的高頻信道，該信道編碼也通過寫碼器寫入； (4)無線數(shù)據(jù)收發(fā)功能 ， 當有火災報警發(fā)生時，探測 器要啟動無線數(shù)傳模塊將數(shù)據(jù)發(fā)送給有軌小車上的無線收發(fā)裝置，啟動小車 及車上的探測裝置 對火災進行 分析 ； （ 5）當確定火災時能啟動自動滅火裝置進行滅火。 系統(tǒng)技術要求 在了解了本系統(tǒng)的設計目的之后，我們就可以確定系統(tǒng)的技術要求。根據(jù)客戶的要求和系統(tǒng)的特點，總結系統(tǒng)的技術要求如下： (1)小體積探測器的體積要盡可能的小，這樣才能減少占用的空間，而且更便于安裝和更換； (2)低功耗系統(tǒng)采用三節(jié) 5 號干電池供電，電池電量有限，并且無線發(fā)射模塊消耗電能比較大。因此要求探測器的功耗要盡可能的低才能滿足長時間工作的要求； (3)高可靠性為了保證系統(tǒng)能夠正常工作，并且盡可能減少誤報警，要求無線通信可靠。而系統(tǒng)工作環(huán)境可能會有不確定的電磁干擾，因此，系統(tǒng)要有一定的抗干擾性能。按照要求 位置火災探測器 必須在火災發(fā)生 10s 內發(fā)出警 報 信號，所以系統(tǒng)對實時性也有很高的要求； （ 4） 為 裝載火災探測器及滅火裝置的小車 鋪設 軌 道以簡化 操作。 火災傳感器的選型 火災探測的原理是探測物質燃燒的過程中所產生的各種物理和化學現(xiàn)象。 目的是實現(xiàn)早期發(fā)現(xiàn)火情，物質燃燒過程中產生的氣（燃燒氣體）、煙（煙霧粒子）、熱（溫度）、光（火焰）是表征火災信號的物理化學參量，故也稱為火災參量。因此，火災探測器的基本煙臺大學畢業(yè)論文（設計） 11 功能是：對火災參量 —— 氣、煙、熱、光等做出有效響應，并轉化為電信號傳送給火災報警控制器，依據(jù)其探測的物理量不同，火災探測器可分為 ： 感煙探測器 感煙探測器分離子感煙和光電感煙兩種：在多數(shù)使用場合下，感煙探測器可以使早期探測和最少誤報的綜合性能達到最佳。早期感煙探測器屬于離子室類型，擅于探測燃燒產生的微小粒子，但是這種探測器容易因濕度 、大氣壓、溫度和空氣流速的變化而誤報。離子感煙探測器內部裝有電離室，電離室內的放射源產生的粒子將空氣分子電離成正負離子。當煙霧進入電離室，由于煙霧顆粒的體積較大，會阻擋帶電離子的運動，從宏觀上表現(xiàn)為電離電流減小。探測到這種電離電流的變化，就相當于探測到了火災。如今，要獲得離子探測器生產許可變得越來越難，而且，關于放射性物質運輸?shù)姆ㄒ?guī)也是越來越嚴，這些因素加大了離子探測器的生產成本，使其價格愈加昂貴。同時，廢棄探測器的處理必須由生產商承擔，這就更進一步加大了生產成本。在有些國家，離子探測器被完全禁止，因此在最 近 5年或更長一段時間以來，這些國家的大型生產商根本不再生產新的離子探測器了。光電感煙探測器是通過探測火災初期由于燃燒物陰燃時產生的煙霧來報警的，所以在大多數(shù)場合起到了預警的作用。光電感煙探測器是在 80 年代才發(fā)展起來的一種新型火災探測器，由于它拋棄了放射源，全部由電子元件和光電元件組成。隨著電子技術特別是光電子技術的飛速發(fā)展，光電感煙探測器已經具有了精度高、壽命長、抗風、抗潮和抗各種電磁干擾的優(yōu)點，而且由于成本低，生產、安裝簡單。因而成了國際上各消防電子企業(yè)和各國政府開發(fā)研究和推廣使用的重點。國內各廠家都在爭 相開發(fā)研究。光電感煙探測器內的光電室里安裝有紅外發(fā)射管和紅外接收管。紅外光傳感器固定在黑罩板內，紅外發(fā)光二極管發(fā)射一束紅外光，當無煙霧時，由于黑罩板的阻隔作用，這束紅外光線不能射到光電三極管上，當有煙霧進入探測器時，紅外光線遇到煙霧粒子，產生了光散射現(xiàn)象，散射的紅外光線被光電三極管接收，轉化為電信號，電信號通過處理后輸出報警信號。其工作原理如圖 所示： 圖 物質燃燒產生的任何煙粒子都大于電離室內的帶電離子，只要進入電離室都能輸出報警信號。對于完全透明的不可見煙，因不能散射光線，光 電感煙探測器無法探測；而黑色煙對光線有強烈的吸收、遮擋作用，對它也幾乎探測不到。因此對于陰燃產生大顆粒的白煙臺大學畢業(yè)論文（設計） 12 色煙霧，宜用光電感煙探測器來探測。 感溫探測器 對警戒范圍中火災熱（溫度）參量，即環(huán)境氣流的異常高溫或升溫速度做出響應的探測器。感溫火災探測器的特點是：結構簡單，電路少，與感煙探測器相比可靠性高、誤報率低，且可以做成密封結構，防潮防火防腐蝕性好，可在惡劣環(huán)境（風速大、多灰塵、潮濕等）使用。但是靈敏度低，報警時間遲。感溫式火災探測器的響應過程是環(huán)境氣溫溫度的升高使探測器中的熱敏元器件發(fā)生物理變化 經機械電路處理后轉化為電信號。由于熱敏元器件的種類較多，所以感溫火災探測器的型式也較多。物質在燃燒過程中環(huán)境溫度會升高，感溫探測器中的熱敏元件發(fā)生物理變化，從而將溫度信號轉變?yōu)殡娦盘柖鴪缶?。感溫探測器分為差溫和定溫兩種。定溫探測器對環(huán)境中的溫度值敏感，即當溫度超過一定閥值后，開始報警。定溫探測器一般應用在環(huán)境溫度變化較大的場所。差溫探測器適用于環(huán)境溫度較穩(wěn)定，并且一旦起火，又需做出迅速反應的場所。 火焰探測器不受風雨、陽光、高濕度、氣壓變化、極限環(huán)境濕度等影響，能在室外使用。一般紫外火焰探測器和快速滅火系統(tǒng) 和抑爆系統(tǒng)聯(lián)動，成快速自動報警滅火系統(tǒng)和自動報警抑爆系統(tǒng)。 氣體探測器 氣體傳感器主要包括以下兩種： (1)點型氣體火災探測器：對火災早期階段，由于熱和氣化作用所產生的燃燒氣體做出響應的探測器。燃燒氣體中一般包括的成分有：一氧化碳 (CO)、二氧化碳 (CO2)、氫氣(H2)、碳氫化合物 (CXHY)、水蒸氣 (H2O)等。這些氣體比煙霧粒子產生得早，在感煙火災探測器尚未發(fā)出報警信號前已達到相當大的濃度。因此，利用氣敏元器發(fā)件實現(xiàn)對燃燒氣體的探測在理論上是可行的，而且早期報警的效果比感煙探測器好。 (2)可燃氣體探測器：對煤氣、液化石油氣、甲烷、乙烷、丙烷、丁烷、汽油和氨等可燃氣體進行漏監(jiān)測的探測器。用于預防潛在的爆炸或毒氣危害的工業(yè)場所（如：煉油廠、化學實驗室或車間、溶劑倉庫、過濾車間、氣壓機站、汽車庫、輸油輸氣管道等）以及民用建筑（煤氣管道、液化氣罐等）起到防爆、防火監(jiān)測環(huán)境污染作用。常用的型式有：催化型（如鉑絲催化型、鉑銠催化型）、氣敏半導體型、固體電介質型、光電型等。 紫外火焰檢測器 常規(guī)的紫外火焰檢測器，直接檢測火焰中 180260nm 的紫外光譜，檢測的目標也十分明確。它由紫外光敏探頭和 放大器組成，不足之處是 :靈敏度差 ,檢測距離小于 15m,不能抗雷電的干擾 ,存在一定的誤報率 ,因此只能用在距離較短的封閉環(huán)境 ,如加熱爐、工業(yè)鍋爐等地方。 ZJM6火 焰檢測器通過與性能優(yōu)越的紫外光敏管相配合，采用集成化模塊化設計，將電壓轉換電路、檢測電路、放大電路、信號處理電路和數(shù)字濾波技術相融合，改善了傳統(tǒng)光敏管紫外探測技術中存在的不足，具有靈敏度高，響應速度快，探測距離遠，可靠性高，誤報率低，運用范圍廣等特點。適用于燃燒監(jiān)控、火災自報警、放電檢測、紫外線檢測、紫外線光電控制裝置、安防監(jiān)控、森林防 火、軍事防范等 方面。該產品已在工業(yè)加熱煙臺大學畢業(yè)論文（設計） 13 爐及戶外火災消防中推廣使用 ,效果良好 ,具有廣泛的應用前景。 在何場所選擇何種火災探測器，取決于所保護對象的功能是什么，可燃物燃燒時的特點是什么，現(xiàn)場有何特殊情況。為了提高系統(tǒng)的環(huán)境適應能力，本系統(tǒng)中各個部分采用模塊化結構，各部分之間相對保持獨立，通過預留的通訊接口進行連接。根據(jù)環(huán)境的變化和用戶的不同需要可以為用戶更換不同類型的火災傳感器。 綜上所述，在火災初期 即位置火災探測器的選型中我們首選點型氣體火災探測器。而在進一步的測量中即在小車上的探測器的選型我們選擇光電感煙探測器，感溫探測 器，氣體探測器 和紫外線火災探測器 。 信息傳輸模式的研究 無線火災報警系統(tǒng)的信息傳輸模式基本類型有雙發(fā)型和單發(fā)型兩種 圖 雙發(fā)型 圖 單發(fā)型 根據(jù)本課題研究的實際情況，我們采用單發(fā)型即可，即 位置火災探測器發(fā)現(xiàn)火災后把信號傳向車載火災探測器。 第 3 章 硬件設計 探測器的總體結構 探測器結構框圖如圖 ?；馂男盘柼綔y部分分別由光電煙霧傳感器， CO 氣體傳感器 ， 溫度傳感器 和紫外線傳感器 構成。 溫度傳感器采用 DALLAS 的 DS18B20； CO 氣體傳煙臺大學畢業(yè)論文（設計） 14 感器采用 TGS 813型旁熱式 Sn02氣敏元件 ，煙霧傳感器采用 Optek公司的 OP231和 OP801SL作為光電發(fā)射管和接收管，使用 5V 的直流電壓供電。 紫外線傳感器采用 ZJM6 火焰檢測器 。 煙霧傳感器 氣體傳感器 A/D 轉換器 溫度傳感器 單片機 時鐘電路 步進電機及滅火裝置 看門狗 無線收發(fā)裝置 紫外線探測器 氣體傳感器 A/D 轉換器 看門狗 單片機 時鐘電路 無線收發(fā)裝置 煙臺大學畢業(yè)論文（設計） 15 圖 選取這 四 個傳感器作為探測部分，是因為這 四 個信號是火災發(fā)生時環(huán)境變化主要參數(shù)。用 光電 感煙 傳感器 來代替離子感煙傳感器，是由于離子感煙傳感器具有放射性元素，對人體是有害的，但是光電 感煙 傳感器 往往會受到 各種灰塵，水氣，油污等粒子的干擾。伴隨著煙霧的 產生會釋放出 CO 氣體，而 CO 氣體比空氣輕，擴散性強，因此 CO 傳感器能在一定程度上克服上述干擾； 伴隨著起火的過程，周圍環(huán)境溫度會逐漸升高， 而紫外線探測器更加靈敏， 這 樣利用 四 個傳感器進行同時探測可減少誤報和漏報的可能性。信號處理部分有模數(shù)轉換和智能處理兩部分組成。探測部分各自輸出信號經 A/D 轉換后送入微處理器進行智能化處理。最后由微處理器向后繼的執(zhí)行器（電動機，滅火裝置）給出信號，實現(xiàn)自動滅火，提高系統(tǒng)的可靠性。 探測器的電路設計 溫度傳感器 DS18B20 DS18B20 簡介及性能 DS18B20 是美國 DALLAS 半導體公司繼 DS18B20 之后最新推出的一種數(shù)字化單總線器件，屬于新一代適配微處理器的改進型智能溫度傳感器。與傳統(tǒng)的熱敏電阻相比，它能夠直接讀出被測溫度，并且可根據(jù)實際要求通過簡單的編程實現(xiàn) 9～ 12 位的數(shù)字值讀數(shù)方式?？梢苑謩e在 和 750ms 內完成 9 位和 12 位的數(shù)字量，并且從 DS18B20 讀出的信息或寫入 DS18B20 的信息僅需要一根口線 (單線接口 )讀寫，溫度變換功率來源于數(shù)據(jù)總線，總線本身也可以向所掛接的 DS18B20 供電，而無需額外電源。因而使用 DS18B20 可使系統(tǒng)結構更趨簡單，可靠性更高。同時其“一線總線”獨特而且經濟的特點，使用戶可輕松地組建傳感器網(wǎng)絡，為測量系統(tǒng)的構建引入了全新的概念。 DS18B20“一線總線”數(shù)字化溫度傳感器支持“一線總線”接口，測量溫度范圍為 55℃～ +125℃，在 10～ +85℃范圍內，精度為 ℃?，F(xiàn)場溫度直接以“一線總線”的數(shù)字方式傳輸，用符號擴展的 16位數(shù)字量方式串行輸出，大大提高了系統(tǒng)的抗干擾性。因此，數(shù)字化單總線器件 DS18B20 適合于惡劣環(huán)境的現(xiàn)場溫度測量，如：環(huán) 境控制、設備或過程控制、測溫類消費電子產品等。它在測溫精度、轉換時間、傳輸距離、分辨率等方面較 DS1820 都有了很大的改進，給用戶帶來了更方便和更令人滿意的效果?？蓮V泛用于工業(yè)、民用、軍事等領域的溫度測量及控制儀器、測控系統(tǒng)和大型設備中。 (1)采用 DALLAS 公司獨特的單線接口方式： DS18B20 與微處理器連接時僅需要一條口線即可實現(xiàn)微處理器與 DS18B20 的雙向通訊。 (2)在使用中不需要任何外圍元件。 (3)可用數(shù)據(jù)線供電，供電電壓范圍： +～ + V 。 (4)測溫范圍： 55～ +125℃。固有測溫分辨率為 ℃。當在 10℃～ +85℃范圍內，可確保測量誤差不超過 ℃，在 55～ +125℃范圍內，測量誤差也不超過 2℃。 (5)通過編程可實現(xiàn) 9～ 12 位的數(shù)字讀數(shù)方式。 (6)用戶可自設定非易失性的報警上下限值。 煙臺大學畢業(yè)論文（設計） 16 (7)支持多點組網(wǎng)功能，多個 DS18B20 可以并聯(lián)在唯一的三線上，實現(xiàn)多點測溫。 (8)負壓特性，即具有電源反接保護電路。當電源電壓的極性反接時，能保護 DS18B20不會因發(fā)熱而燒毀。但此時芯片無法