【文章內(nèi)容簡介】 析，當(dāng)煙粒子達(dá)到一定數(shù)量時，給出報警信號。由于采用了吸氣方式和激光偵測技術(shù)，使探測器的靈敏度和可靠性大大提高，實現(xiàn)了火災(zāi)的極早期預(yù)報。在極早期火災(zāi)探測技術(shù)方面分析空氣中氣體成分也是非常有發(fā)展前途的。眾所周知，通常火災(zāi)是一種不充分燃燒，在蘊釀火災(zāi)過程中或者發(fā)生火災(zāi)的過程中，CO 的含量會遠(yuǎn)高于正常情況下的含量，因此通過測量空氣中的 CO 的含量，便可準(zhǔn)確判斷是否發(fā)生了火災(zāi)，并且可以早期發(fā)現(xiàn)火災(zāi)。近年來，CO傳感技術(shù)有了一定的突破大空間火災(zāi)安全監(jiān)控系統(tǒng)是屬于非接觸式火災(zāi)探測技術(shù)，它可以安裝在普通點型火災(zāi)探測器無法發(fā)揮效能的高大空間內(nèi)監(jiān)測火災(zāi)，可以實現(xiàn)早期預(yù)報火災(zāi)，還可以利用攝像機(jī)監(jiān)視現(xiàn)場的方法，克服誤報，提高報警的可靠性和快速性。3. 網(wǎng)絡(luò)型火災(zāi)自動報警技術(shù)目前，國內(nèi)的火災(zāi)報警及聯(lián)動控制主要采用多總線一體化控制模式，即所有的現(xiàn)場設(shè)備均由一臺控制器集中控制，控制器根據(jù)現(xiàn)場設(shè)備檢測到的信息進(jìn)行信息處理，完成狀態(tài)修正、火災(zāi)報警、故障判定及聯(lián)動控制等功能。這種系統(tǒng)采用總線制編碼尋址方式，每一回路可控的編碼地址有限對于一個大型系統(tǒng)，主控制器采用主從式多CPU并行處理模式，分回路控制，通過內(nèi)部多總線進(jìn)行CPU間的數(shù)據(jù)交換，實現(xiàn)對現(xiàn)場設(shè)備的統(tǒng)一集中控制這種技術(shù)一旦主控制器發(fā)生故障，將面臨整個大系統(tǒng)癱瘓的風(fēng)險。此外，這種技術(shù)在分散型，大規(guī)模建筑群中應(yīng)用存在一定的局限性，因此網(wǎng)絡(luò)型火災(zāi)報警控制技術(shù)將成為今后的發(fā)展方向。網(wǎng)絡(luò)型火災(zāi)報警控制技術(shù)采用多個區(qū)域報警控制器組成一個基于某種網(wǎng)絡(luò)通訊方式的局域網(wǎng)絡(luò)，網(wǎng)絡(luò)中的每個區(qū)域控制器與其所控設(shè)備組成一個相對獨立的報警區(qū)域控制器之間通過局域網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，完成交互的顯示和控制功能。這種技術(shù)不僅克服了上述風(fēng)險，還可使整個系統(tǒng)處于多臺控制器的監(jiān)控之中，消除了由于操作人員的疏忽造成的損失。這種技術(shù)可以將一個單位甚至一個城市的消防系統(tǒng)納人到一個大系統(tǒng)中，再結(jié)合城市通信指揮系統(tǒng)、住宅小區(qū)安全防范系統(tǒng)和現(xiàn)代火災(zāi)信息處理技術(shù)。這樣不僅提高了系統(tǒng)的安全性，而且還可以及早發(fā)現(xiàn)火警，作出快速反應(yīng)，迅速組織滅火，將火災(zāi)損失降低到最低限度。第 2 章 系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)分析 系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)系統(tǒng)采用全數(shù)字化網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，提高了整個系統(tǒng)的抗干擾能力。系統(tǒng)為雙層總線結(jié)構(gòu)，一條總線將上位機(jī)(工控機(jī))與下位機(jī)(單片機(jī))連接起來。另一條總線將下位機(jī)與溫度傳感器、煙霧采集測點連接起來,實現(xiàn)數(shù)據(jù)采集。每個單片機(jī)可掛接多個溫度傳感器和離子感煙探頭，溫度總線可支持智能溫度傳感器。整個系統(tǒng)的數(shù)據(jù)通信采用 CRC8 糾錯校驗，并保證系統(tǒng)能在惡劣環(huán)境下可靠地運行。系統(tǒng)原理結(jié)構(gòu)圖如圖 。 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)原理圖 系統(tǒng)的工作原理本系統(tǒng)的上位機(jī)采用了工業(yè)控制 PC 機(jī),安裝于總控室,它負(fù)責(zé)各個子站 (下位機(jī) )的供電、通信控制、狀態(tài)顯示和報警決策。子站測量監(jiān)測范圍內(nèi)的溫度和煙霧,并儲存于數(shù)據(jù)存儲器 RAM 中,等待上位機(jī)的發(fā)送指令。上位機(jī)通過通信模塊發(fā)送巡檢命令,從下位機(jī)獲取溫度數(shù)據(jù)和煙霧數(shù)據(jù),并同參考閾值比較,做出正常還是異常的判斷,如果監(jiān)測站點的數(shù)據(jù)異常,則上位機(jī)將命令該站點繼續(xù)檢測并上報每一點的溫度值和煙霧濃度狀態(tài),通過分析做出最終判斷( 火災(zāi)或傳感器有故障)。 串行通信模塊由于各溫度測控點之間的距離不同，現(xiàn)場的要求也不同，系統(tǒng)采用主從式多機(jī)通信網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行系統(tǒng)溫度監(jiān)控。通信接口采用標(biāo)準(zhǔn)的 RS485 通信接口。主機(jī)可以遠(yuǎn)距離控制現(xiàn)場，操作者通過主機(jī)控制面板，調(diào)節(jié)各從機(jī)的設(shè)定溫度閾值。子站實時采集與其相連的一系列溫度傳感器的數(shù)據(jù)，經(jīng)過各個子站的處理后，通過遠(yuǎn)程通信接口電路，把代表電纜位置信息的傳感器編號以及相應(yīng)的溫度數(shù)據(jù)傳送給主機(jī)。該設(shè)計簡化了系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，便于管理和維護(hù)。 子站的硬件設(shè)計子站的核心是 Intel 公司的 8 位單片機(jī) 89C51[21]，系統(tǒng)采用 AT89C52單片機(jī)通過串行通信來實現(xiàn)各數(shù)據(jù)的采集。Intel 89C51 具有 4KB EEPROM作為程序存儲器，128B RAM 作為數(shù)據(jù)存儲器 ［2］ 。復(fù)位電路采用上電自動復(fù)位、按鈕手動復(fù)位和定時器（看門狗）自動復(fù)位多重復(fù)位設(shè)計，以保證子站工作的可靠性。時鐘電路由外接石英晶體振蕩器和電容構(gòu)成的三點式振蕩電路及內(nèi)部反向放大器構(gòu)成，時鐘頻率為 MHz．　　Intel 89C51 的 16 位內(nèi)部定時/計數(shù)器以中斷方式工作，控制子站定時掃描與之相連的傳感器，內(nèi)部并行口線則用于子站與溫度傳感器之間的單總線數(shù)據(jù)傳輸?？紤]到一臺子站要連接多個溫度傳感器，且距離較遠(yuǎn)，因此增加了驅(qū)動接口電路，由光電耦合連接傳感器，從而提高子站的抗干擾能力和可靠性。 溫度數(shù)據(jù)的采集傳統(tǒng)的溫度檢測系統(tǒng)使用熱敏電阻作為溫度敏感元件，熱敏電阻主要優(yōu)點是成本低，但需后續(xù)信號處理電路，而且可靠性相對較差，準(zhǔn)確度和精度都較低。本設(shè)計溫度傳感器采用美國 DALLAS 公司生產(chǎn)的數(shù)字式溫度傳感器 DS18B20[28]，它支持 DALLAS 觸摸（Touch）接口，遵循單線協(xié)議，可以與處理器進(jìn)行雙向通信，是一種使用起來非常方便的溫度傳感器。使用DS18B20 的測溫系統(tǒng)，電路簡單，應(yīng)用方便靈活，在常溫測量中有較大的優(yōu)勢，與總線結(jié)合應(yīng)用前景更加廣闊，在工業(yè)過程、空調(diào)系統(tǒng)、智能樓宇等領(lǐng)域的測量會有廣泛的應(yīng)用。 溫度傳感器特性 DS18B20 硬件結(jié)構(gòu)及特點溫度傳感器采用美國 DALLAS 公司生產(chǎn)的新型溫度檢測器件DS18B20，為單片結(jié)構(gòu)，體積小，外部僅有三腳：1GND （地） 、2DQ （數(shù)據(jù)線） 、3VDD （電源） 。其結(jié)構(gòu)如圖 所示。圖 　DS18B20 的結(jié)構(gòu)框圖圖 描述了 DS18B20 的主要元件，它主要由四個部分組成：1)64 位 ROM；2）溫度傳感器；3）非易失性報警高位、低位觸發(fā)器；4）設(shè)置顯示器，DS18B20 由單信號線在高電平時存儲內(nèi)部電源，低電平時關(guān)掉電源供給，直到其恢復(fù)高電平狀態(tài)。也可由外部電源供給 3V5V 電壓。雖然 DS18B20 支持寄生電源工作方式，但是當(dāng)總線上所掛接的 DS18B20數(shù)量超過 8 個時，不宜采用寄生電源的供電方式，而采用電源直接供電的方式，以保證溫度測量的可靠性。多點溫度監(jiān)測系統(tǒng)的硬件電路原理如圖 所示，采用外部電源供電方式。該器件的主要特性如下：體積小、功耗低、抗干擾能力強易于微處理器連接；溫度測量范圍為－55186。C～＋125186。C；通過編程可以實現(xiàn) 9～12 位的溫度讀數(shù) [29]，即具有可調(diào)溫度分辨率；每個 DS18B20 出廠時具有唯一的 64 位序列號，因此一條總線上可同時掛接多個 DS18B20；內(nèi)含寄生電源，也可以外接＋5V 電源；同微處理器雙向通訊時，不須外加 A/D 轉(zhuǎn)換電路。因而特別適合于構(gòu)成多路多點溫度測量系統(tǒng)。圖 　多點溫度采集原理圖 DS18B20 的溫度測量原理DS18B20 內(nèi)部的低溫系數(shù)振蕩器能產(chǎn)生穩(wěn)定的頻率信號 f0，高溫系數(shù)振蕩器則將被測溫度轉(zhuǎn)換成頻率信號 f。當(dāng)計數(shù)門打開時， DS18B20 對 f0記數(shù)，記數(shù)門開，通過時間由高溫度系數(shù)振蕩器決定。低溫度系數(shù)晶振的振蕩頻率受溫度影響很小，用于生產(chǎn)固定頻率的脈沖信號送給計數(shù)器 1，而高溫度系數(shù)晶振的震蕩頻率隨溫度變化明顯，它產(chǎn)生的信號作為計數(shù)器 2 的脈沖輸入。計數(shù)器 1 和溫度寄存器被預(yù)置在55186。C 所對應(yīng)的一個基數(shù)值。計數(shù)器 1 對低溫度系數(shù)晶振產(chǎn)生的脈沖信號進(jìn)行減法計數(shù)，當(dāng)計數(shù)器 1 的預(yù)置值減到 0 時，溫度寄存器的值將加 1，計數(shù)器 1 的預(yù)置值重新裝入，并再次對低溫度系數(shù)晶振產(chǎn)生的脈沖信號進(jìn)行記數(shù)，如此循環(huán)直到計數(shù)器 2 記數(shù)減到 0 時，停止溫度寄存器值的累加，此時溫度寄存器中的數(shù)值即為所測溫度。圖 中的斜率累加器用于補償和修正測溫過程中的非線性，其輸出用于修正器 1 的預(yù)置值。測量結(jié)果暫存于溫度寄存器中，利用單片機(jī)可以方便地讀出來。圖 DS18B20 內(nèi)部溫度測量電路原理圖由于總線上可能同時有多個溫度傳感器，所以在發(fā)送讀取命令前必須先向總線上發(fā)送 DS18B20 的 64 位序列號，總線上的每一個溫度傳感器將這個64 位序列號與自已固有的 64 位序列號相比對，只有序列號匹配上的那一個溫度傳感器在隨后的讀取命令中被讀取出溫度數(shù)據(jù)。因此，掛接在總線上的每一個溫度傳感器在事先都要用讀 ROM 命令（33H ）讀取出 64 位序列號，預(yù)先寫入?yún)R編程序中，供程序循環(huán)發(fā)送這些序列號，讀取每一個傳感器的溫度值。讀出的溫度暫時存入單片機(jī)的數(shù)據(jù)存儲器中，等待通過 RS422 口發(fā)送至上位機(jī)。系統(tǒng)的軟件流程如圖 。圖 統(tǒng)軟件流程以下程序為啟動溫度轉(zhuǎn)換子程序，程序中所用代號參照圖 多點溫度采集原理圖。MOV　　 A， 44HMOV　　 R5，8SDATA：RRC　　 AJC　　 　SEND1CLR 　CLR　 　　NOPSJMP SEND0SEND1：CLR 　　　　　　　CLR　　　　　　　NOP　　　　SETB　　 SEND0：MOV　　 R6 ，＃ 50　　　　DJNZ　　 R6，$　　　　SETB　　 　　　　MOV　　 R6，＃20　　　　DJNZ　　 R6，$　　　　DJNZ　　 R5，SDATA　　　　RET DS18B20 設(shè)計中存在的幾個問題 DSl8B20具有測溫系統(tǒng)簡單、測溫精度高、連接方便、占用接口線少等優(yōu)點，但在實際應(yīng)用中也應(yīng)注意以下幾方面的問題：，由于DSl8B20與微處理器間采用串行數(shù)據(jù)傳送，因此，在對DSl8B20進(jìn)行讀寫編程時，必須嚴(yán)格的保證讀寫時序，否則將無法讀取測溫結(jié)果?！猈ire上所掛DSl8B20數(shù)量問題，容易使人誤認(rèn)為可以掛任意多個DSl8B20，在實際應(yīng)用中并非如此。當(dāng)l—Wire上所掛DSl8B20超過8個時，就需要考慮微處理器的總線驅(qū)動問題，這一點在進(jìn)行多點測溫系統(tǒng)設(shè)計時要加以注意。試驗中，當(dāng)采用普通信號電纜傳輸長度超過50米時，讀取的測溫數(shù)據(jù)將發(fā)生錯誤。當(dāng)將總線電纜改為雙絞線帶屏蔽電纜時，正常通信距離可達(dá)150米。這主要是由于總線分布電容使信號波形產(chǎn)生畸變造成的。因此，在用DSl8B20進(jìn)行長距離測溫系統(tǒng)設(shè)計時要充分考慮總線分布電容和阻抗匹配問題。實際應(yīng)用中，測溫電纜線建議采用屏蔽4芯雙絞線，其中一對線接地線與信號線，另一組接VCC和地線，屏蔽層在源端單點接地。 ROM 操作指令及其含義Read ROM 33h這個命令允許總線控制器讀到 DS18B20 的 5 位系列編碼，唯一的序列號和 8 位 CRC 碼。只有在總線上存在單只 DS18B20 的時候才能使用這個命令。如果總線上存在不止一個從機(jī)，當(dāng)所有從機(jī)試圖同時傳遞信號時就會發(fā)生數(shù)據(jù)沖突（漏極開路連在一起形成相“與”的效果）Catch ROM 55H匹配 ROM 命令，后跟 64 位 ROM 序列，讓總線控制器在多點總線上定位一只特定的 DS18B20，只有和 64 位 ROM 序列號完全匹配的 DS18B20 才能響應(yīng)隨后的存儲器操作。所有的 64 位 ROM 序列不匹配的從機(jī)都將等待復(fù)位脈沖。這條命令在總線上有單個或多個器件都可以使用。 Skip ROM CCH跳轉(zhuǎn)命令，這條命令允許總線控制器不用提供 64 位 ROM 編碼就使用存儲器操作命令，在單點總線情況下，可以節(jié)省時間。如果總線上不止一個從機(jī)，在 Skip ROM 命令后跟著一條讀命令，由于多個從機(jī)同時傳送信號，總線上就會發(fā)生數(shù)據(jù)沖突。 Search ROM 0F0H當(dāng)一個系統(tǒng)初次啟動時，總線控制器可能并不知道單總線上有多少個器件或他們的 64 位 ROM 編碼。搜索 ROM 命令允許總線控制器用排除法識別總線上的所有從機(jī)的 64 位編碼。 Alarm Search ECH這條命令的流程和 Search ROM 相同，然而只有在最近一次測溫后遇到符合報警條件的情況，DS18B20 才會響應(yīng)這條命令，報警條件定義為溫度高于 TH 或低于 TL。只要 DS18B20 不掉電，報警狀態(tài)將一直保持直到再一次測得的溫度值達(dá)不到報警條件。 存儲器操作指令代碼及其含義Write Scratchpad 4EH這個命令向 DS18B20 的暫存器 TH 和 TL 中寫入數(shù)據(jù)，可以在任何時刻發(fā)出復(fù)位命令來中止寫入。Read Scratchpad 0BEH這個命令讀取暫存器的內(nèi)容。讀取將從第一個字節(jié)開始，一直進(jìn)行下去，直到第九個字節(jié)（CRC）讀完。如果不想讀完所有字節(jié)，控制器可以在任何時間發(fā)出復(fù)位命令來終止。Copy Scratchpad 48H這個命令把暫存器的內(nèi)容拷貝到 DS18B20 的 E2PROM 的存儲器里，即把溫度報警觸發(fā)字節(jié)存入非易失性存儲器里，如果總線控制器里在這條命令之后隨著發(fā)出讀時間隙，而 DS18B20 又忙于把暫存器拷貝到 E2PROM 存儲器，DS18B20 就會輸出一個 0，如果拷貝結(jié)束的話，DS18B20 則輸出 1。如果使用寄生電源，總線控制器必須在這條命令發(fā)出后立即啟動強上拉并最少保持10ms。Convert T 44H這條命令啟動一次溫度轉(zhuǎn)換而無需其他數(shù)據(jù)。溫度轉(zhuǎn)換命令被執(zhí)行，而DS18B20 保持等待狀態(tài)。如果總線控制器在這條命令之后跟著發(fā)出時間隙，而 DS18B20 又忙于做時間轉(zhuǎn)換的話，DS18B20 將在總線輸出 0，若溫度轉(zhuǎn)換完成，則輸出 1。如果使用寄生電源，總線控制器必須在發(fā)出這條命令之后立即啟動強上拉，并保持 500ms 以上的時間。Recall E