【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 析，當(dāng)煙粒子達(dá)到一定數(shù)量時(shí)，給出報(bào)警信號(hào)。由于采用了吸氣方式和激光偵測(cè)技術(shù)，使探測(cè)器的靈敏度和可靠性大大提高，實(shí)現(xiàn)了火災(zāi)的極早期預(yù)報(bào)。在極早期火災(zāi)探測(cè)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(yùn)釀火災(zāi)過程中或者發(fā)生火災(zāi)的過程中，CO 的含量會(huì)遠(yuǎn)高于正常情況下的含量，因此通過測(cè)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(cè)技術(shù)，它可以安裝在普通點(diǎn)型火災(zāi)探測(cè)器無法發(fā)揮效能的高大空間內(nèi)監(jiān)測(cè)火災(zāi)，可以實(shí)現(xiàn)早期預(yù)報(bào)火災(zāi)，還可以利用攝像機(jī)監(jiān)視現(xiàn)場(chǎng)的方法，克服誤報(bào)，提高報(bào)警的可靠性和快速性。3. 網(wǎng)絡(luò)型火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警技術(shù)目前，國內(nèi)的火災(zāi)報(bào)警及聯(lián)動(dòng)控制主要采用多總線一體化控制模式，即所有的現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備均由一臺(tái)控制器集中控制，控制器根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備檢測(cè)到的信息進(jìn)行信息處理，完成狀態(tài)修正、火災(zāi)報(bào)警、故障判定及聯(lián)動(dòng)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(duì)于一個(gè)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(shí)現(xiàn)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)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(gè)大系統(tǒng)癱瘓的風(fēng)險(xiǎn)。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(bào)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(bào)警控制技術(shù)采用多個(gè)區(qū)域報(bào)警控制器組成一個(gè)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(gè)區(qū)域控制器與其所控設(shè)備組成一個(gè)相對(duì)獨(dú)立的報(bào)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(xiǎn)，還可使整個(gè)系統(tǒng)處于多臺(tái)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(gè)單位甚至一個(gè)城市的消防系統(tǒng)納人到一個(gè)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(gè)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(cè)點(diǎn)連接起來,實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集。每個(gè)單片機(jī)可掛接多個(gè)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(gè)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)通信采用 CRC8 糾錯(cuò)校驗(yàn)，并保證系統(tǒng)能在惡劣環(huán)境下可靠地運(yùn)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(gè)子站 (下位機(jī) )的供電、通信控制、狀態(tài)顯示和報(bào)警決策。子站測(cè)量監(jiān)測(cè)范圍內(nèi)的溫度和煙霧,并儲(chǔ)存于數(shù)據(jù)存儲(chǔ)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(cè)站點(diǎn)的數(shù)據(jù)異常,則上位機(jī)將命令該站點(diǎn)繼續(xù)檢測(cè)并上報(bào)每一點(diǎn)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(cè)控點(diǎn)之間的距離不同，現(xiàn)場(chǎng)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(chǎng)，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(shí)時(shí)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(gè)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(hào)以及相應(yīng)的溫度數(shù)據(jù)傳送給主機(jī)。該設(shè)計(jì)簡(jiǎn)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(jì)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(shí)現(xiàn)各數(shù)據(jù)的采集。Intel 89C51 具有 4KB EEPROM作為程序存儲(chǔ)器，128B RAM 作為數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器 ［2］ 。復(fù)位電路采用上電自動(dòng)復(fù)位、按鈕手動(dòng)復(fù)位和定時(shí)器（看門狗）自動(dòng)復(fù)位多重復(fù)位設(shè)計(jì)，以保證子站工作的可靠性。時(shí)鐘電路由外接石英晶體振蕩器和電容構(gòu)成的三點(diǎn)式振蕩電路及內(nèi)部反向放大器構(gòu)成，時(shí)鐘頻率為 MHz．　　Intel 89C51 的 16 位內(nèi)部定時(shí)/計(jì)數(shù)器以中斷方式工作，控制子站定時(shí)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(tái)子站要連接多個(gè)溫度傳感器，且距離較遠(yuǎn)，因此增加了驅(qū)動(dòng)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(cè)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(diǎn)是成本低，但需后續(xù)信號(hào)處理電路，而且可靠性相對(duì)較差，準(zhǔn)確度和精度都較低。本設(shè)計(jì)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(cè)溫系統(tǒng)，電路簡(jiǎn)單，應(yīng)用方便靈活，在常溫測(cè)量中有較大的優(yōu)勢(shì)，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(cè)量會(huì)有廣泛的應(yīng)用。 溫度傳感器特性 DS18B20 硬件結(jié)構(gòu)及特點(diǎn)溫度傳感器采用美國 DALLAS 公司生產(chǎn)的新型溫度檢測(cè)器件DS18B20，為單片結(jié)構(gòu)，體積小，外部?jī)H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(gè)部分組成：1)64 位 ROM；2）溫度傳感器；3）非易失性報(bào)警高位、低位觸發(fā)器；4）設(shè)置顯示器，DS18B20 由單信號(hào)線在高電平時(shí)存儲(chǔ)內(nèi)部電源，低電平時(shí)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(gè)時(shí)，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(cè)量的可靠性。多點(diǎn)溫度監(jiān)測(cè)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(qiáng)易于微處理器連接；溫度測(cè)量范圍為－55186。C～＋125186。C；通過編程可以實(shí)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(gè) DS18B20 出廠時(shí)具有唯一的 64 位序列號(hào)，因此一條總線上可同時(shí)掛接多個(gè) 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(shí)，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(diǎn)溫度測(cè)量系統(tǒng)。圖 　多點(diǎn)溫度采集原理圖 DS18B20 的溫度測(cè)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(hào) f0，高溫系數(shù)振蕩器則將被測(cè)溫度轉(zhuǎn)換成頻率信號(hào) f。當(dāng)計(jì)數(shù)門打開時(shí)， DS18B20 對(duì) f0記數(shù)，記數(shù)門開，通過時(shí)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(hào)送給計(jì)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(hào)作為計(jì)數(shù)器 2 的脈沖輸入。計(jì)數(shù)器 1 和溫度寄存器被預(yù)置在55186。C 所對(duì)應(yīng)的一個(gè)基數(shù)值。計(jì)數(shù)器 1 對(duì)低溫度系數(shù)晶振產(chǎn)生的脈沖信號(hào)進(jìn)行減法計(jì)數(shù)，當(dāng)計(jì)數(shù)器 1 的預(yù)置值減到 0 時(shí)，溫度寄存器的值將加 1，計(jì)數(shù)器 1 的預(yù)置值重新裝入，并再次對(duì)低溫度系數(shù)晶振產(chǎn)生的脈沖信號(hào)進(jìn)行記數(shù)，如此循環(huán)直到計(jì)數(shù)器 2 記數(shù)減到 0 時(shí)，停止溫度寄存器值的累加，此時(shí)溫度寄存器中的數(shù)值即為所測(cè)溫度。圖 中的斜率累加器用于補(bǔ)償和修正測(cè)溫過程中的非線性，其輸出用于修正器 1 的預(yù)置值。測(cè)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(cè)量電路原理圖由于總線上可能同時(shí)有多個(gè)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(hào)，總線上的每一個(gè)溫度傳感器將這個(gè)64 位序列號(hào)與自已固有的 64 位序列號(hào)相比對(duì)，只有序列號(hào)匹配上的那一個(gè)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(gè)溫度傳感器在事先都要用讀 ROM 命令（33H ）讀取出 64 位序列號(hào)，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(hào)，讀取每一個(gè)傳感器的溫度值。讀出的溫度暫時(shí)存入單片機(jī)的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)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?yàn)閱?dòng)溫度轉(zhuǎn)換子程序，程序中所用代號(hào)參照?qǐng)D 多點(diǎn)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(jì)中存在的幾個(gè)問題 DSl8B20具有測(cè)溫系統(tǒng)簡(jiǎn)單、測(cè)溫精度高、連接方便、占用接口線少等優(yōu)點(diǎn)，但在實(shí)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(duì)DSl8B20進(jìn)行讀寫編程時(shí)，必須嚴(yán)格的保證讀寫時(shí)序，否則將無法讀取測(cè)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(gè)DSl8B20，在實(shí)際應(yīng)用中并非如此。當(dāng)l—Wire上所掛DSl8B20超過8個(gè)時(shí)，就需要考慮微處理器的總線驅(qū)動(dòng)問題，這一點(diǎn)在進(jìn)行多點(diǎn)測(cè)溫系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)要加以注意。試驗(yàn)中，當(dāng)采用普通信號(hào)電纜傳輸長(zhǎng)度超過50米時(shí)，讀取的測(cè)溫?cái)?shù)據(jù)將發(fā)生錯(cuò)誤。當(dāng)將總線電纜改為雙絞線帶屏蔽電纜時(shí)，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(hào)波形產(chǎn)生畸變?cè)斐傻摹Ｒ虼?，在用DSl8B20進(jìn)行長(zhǎng)距離測(cè)溫系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)要充分考慮總線分布電容和阻抗匹配問題。實(shí)際應(yīng)用中，測(cè)溫電纜線建議采用屏蔽4芯雙絞線，其中一對(duì)線接地線與信號(hào)線，另一組接VCC和地線，屏蔽層在源端單點(diǎn)接地。 ROM 操作指令及其含義Read ROM 33h這個(gè)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(hào)和 8 位 CRC 碼。只有在總線上存在單只 DS18B20 的時(shí)候才能使用這個(gè)命令。如果總線上存在不止一個(gè)從機(jī)，當(dāng)所有從機(jī)試圖同時(shí)傳遞信號(hào)時(shí)就會(huì)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(diǎn)總線上定位一只特定的 DS18B20，只有和 64 位 ROM 序列號(hào)完全匹配的 DS18B20 才能響應(yīng)隨后的存儲(chǔ)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(gè)或多個(gè)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(chǔ)器操作命令，在單點(diǎn)總線情況下，可以節(jié)省時(shí)間。如果總線上不止一個(gè)從機(jī)，在 Skip ROM 命令后跟著一條讀命令，由于多個(gè)從機(jī)同時(shí)傳送信號(hào)，總線上就會(huì)發(fā)生數(shù)據(jù)沖突。 Search ROM 0F0H當(dāng)一個(gè)系統(tǒng)初次啟動(dòng)時(shí)，總線控制器可能并不知道單總線上有多少個(gè)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(shí)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(cè)溫后遇到符合報(bào)警條件的情況，DS18B20 才會(huì)響應(yīng)這條命令，報(bào)警條件定義為溫度高于 TH 或低于 TL。只要 DS18B20 不掉電，報(bào)警狀態(tài)將一直保持直到再一次測(cè)得的溫度值達(dá)不到報(bào)警條件。 存儲(chǔ)器操作指令代碼及其含義Write Scratchpad 4EH這個(gè)命令向 DS18B20 的暫存器 TH 和 TL 中寫入數(shù)據(jù)，可以在任何時(shí)刻發(fā)出復(fù)位命令來中止寫入。Read Scratchpad 0BEH這個(gè)命令讀取暫存器的內(nèi)容。讀取將從第一個(gè)字節(jié)開始，一直進(jìn)行下去，直到第九個(gè)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(shí)間發(fā)出復(fù)位命令來終止。Copy Scratchpad 48H這個(gè)命令把暫存器的內(nèi)容拷貝到 DS18B20 的 E2PROM 的存儲(chǔ)器里，即把溫度報(bào)警觸發(fā)字節(jié)存入非易失性存儲(chǔ)器里，如果總線控制器里在這條命令之后隨著發(fā)出讀時(shí)間隙，而 DS18B20 又忙于把暫存器拷貝到 E2PROM 存儲(chǔ)器，DS18B20 就會(huì)輸出一個(gè) 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(dòng)強(qiáng)上拉并最少保持10ms。Convert T 44H這條命令啟動(dòng)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(shí)間隙，而 DS18B20 又忙于做時(shí)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(dòng)強(qiáng)上拉，并保持 500ms 以上的時(shí)間。Recall E