【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 單位為 g/mm；減光率是利用光束穿過(guò)煙霧時(shí)光強(qiáng)度產(chǎn)生衰減量的百分?jǐn)?shù)來(lái)表示煙霧的濃度。 溫度 火災(zāi)是一種失去控制的燃燒反應(yīng)，在其孕育、發(fā)生、發(fā)展的不同階段，都伴隨著熱量的產(chǎn)生和溫度的升高。在火災(zāi)的初始階段，一方面有大量的煙霧產(chǎn)生，另一方面由于物質(zhì)在燃燒過(guò)程中釋放出熱量，使得周圍環(huán)境的溫度上升，但 是由于普通可燃物質(zhì)在此階段燃燒速度緩慢，周圍溫度的升高速度是比較緩慢的，在火災(zāi)的發(fā)展階段，由于燃燒很猛烈，放熱的速度很快，室內(nèi)溫度會(huì)繼續(xù)大幅度上升，并且持續(xù)高溫，最高溫度可達(dá)11000C 左右。 火焰 火災(zāi)燃燒的火焰溫度通常為 ，在這個(gè)過(guò)程中通常會(huì)產(chǎn)生大量的炙熱微粒，正是這些炙熱微粒的存在，使火焰發(fā)射出電磁波輻射，包括可見(jiàn)光。火焰輻射包括能量輻射和輻射光譜，在可見(jiàn)光和紅外波段都有體現(xiàn)但是紅外波段尤其強(qiáng)烈，這是 C02共鳴的 C02 原子團(tuán)發(fā)光光譜。火焰中炙熱的發(fā)光微粒的集合就勾畫(huà)出火焰形狀，一 般火災(zāi)中，由于燃燒狀況不穩(wěn)定，火焰邊緣通常表鋸齒形，切在火災(zāi)發(fā)展過(guò)程中區(qū)域增大?；馂?zāi)火焰具有閃爍的物理特性，這不僅表現(xiàn)在輻射強(qiáng)度以 330Hz 的頻率波動(dòng)，而且也反映在火災(zāi)形狀的波動(dòng)上。 火災(zāi)信息的探測(cè)方法 火災(zāi)信息探測(cè)是以物質(zhì)燃燒過(guò)程中產(chǎn)生的各種火災(zāi)現(xiàn)象為依據(jù)，以實(shí)現(xiàn)早期發(fā)現(xiàn)火災(zāi)為前提。分析普通可燃物的火災(zāi)特點(diǎn)，以物質(zhì)燃燒過(guò)程中發(fā)生的能量轉(zhuǎn)換盒物質(zhì)轉(zhuǎn)換為基礎(chǔ)，可形成不同的火災(zāi)探測(cè)方法。 空氣離化探測(cè)法 第 6 頁(yè) 共 49 頁(yè) 空氣離化探測(cè)法是利用放射性同位素釋放出 Q 射線將空氣電離產(chǎn)生正、負(fù)離子，使得帶點(diǎn)腔室內(nèi)空氣具有 一定的導(dǎo)電性，在電場(chǎng)作用下形成離子電流；當(dāng)煙霧氣溶膠進(jìn)入電離室內(nèi)，比表面積較大的煙霧粒子利用其吸附特性吸附其中的帶電離子，產(chǎn)生離子電流變化。這種離子電流變化與煙濃度有直接關(guān)系的電信號(hào)。采用空氣離化探測(cè)法實(shí)現(xiàn)的火災(zāi)煙霧濃度探測(cè)～般稱作離子感煙探測(cè)，它對(duì)火災(zāi)初起和陰燃階段的煙霧氣溶膠檢 N二 IF常靈敏有效，可測(cè)煙霧粒徑范圍在 ～ 10 微米左右。 光電探測(cè)法光電探測(cè)法 是根據(jù)火災(zāi)所產(chǎn)生的煙霧顆粒對(duì)光線的阻擋或散射作用來(lái)實(shí)現(xiàn)感煙式火災(zāi)探測(cè)的方法。根據(jù)煙霧顆粒對(duì)光線的作用原理，光電感煙探測(cè)法分為減光式和散射式 兩類：減光式光電感煙探測(cè)是根據(jù)煙霧顆粒對(duì)光線的阻擋作用所形成的光通量的減少量來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)煙霧濃度的有效探測(cè)，散射式感煙探測(cè)是根據(jù)光散射定律來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)煙霧的探測(cè)。 熱 (溫度 )探測(cè)法熱探測(cè)法 是根據(jù)物質(zhì)燃燒釋放出的熱量所引起的環(huán)境溫度升高或其變化率大小，通過(guò)熱敏元件與電子線路來(lái)探測(cè)火災(zāi)。 火焰光探測(cè)法火焰探測(cè)法 是根據(jù)物質(zhì)燃燒所產(chǎn)生的火焰光輻射的大小，其中主要是紅外輻射和紫外輻射的大小，通過(guò)光敏元件與電子線路來(lái)探測(cè)火災(zāi)現(xiàn)象。這類探測(cè)方法一般采用被動(dòng)式光輻射原理，用于火災(zāi)發(fā)展過(guò)程中的火焰發(fā)展和明火燃燒階段。 可燃?xì)怏w探測(cè)法 對(duì)于物質(zhì)燃燒初期產(chǎn)生的煙氣體或易燃易爆場(chǎng)所泄露的可燃?xì)怏w，可以利用熱催化式元件、氣敏半導(dǎo)體元件或三端電化學(xué)元件的特性變化來(lái)探測(cè)易燃可燃?xì)怏w濃度或成分。 2 系統(tǒng)主要模塊的選擇方案論證與比較 單片機(jī)的選擇 本設(shè)計(jì)是基于單片機(jī)的設(shè)計(jì)，即需要單片機(jī)作為整個(gè)系統(tǒng)的主控單元，但是單片機(jī)有很多類型，不同類型的單片機(jī)有各自的優(yōu)缺點(diǎn)，下面我們就來(lái)比較一下下面兩個(gè)方案，兩個(gè)類型的單片機(jī)，試看相對(duì)于本設(shè)計(jì)而言，哪款單片機(jī)更合適一些。 方案一： 使用 AT89S52 單片機(jī)。 AT89S52 是一個(gè)低功耗，高 性能 CMOS 8 位單片機(jī)，片內(nèi)含 8k Bytes ISP(Insystem programmable)的可反復(fù)擦寫(xiě) 1000 次的 Flash 只讀程序存儲(chǔ)器，器件采用 ATMEL 公司的高密度、非易失性存儲(chǔ)技術(shù)制造，兼容標(biāo)準(zhǔn) MCS51 指令系統(tǒng)及 80C51 引腳結(jié)構(gòu)，芯片內(nèi)集成了通用 8 位中央處理器和 ISP Flash存儲(chǔ)單元。使用 Atmel公司高密度非易失性存儲(chǔ)器技術(shù)制造，與工業(yè) 80C51 產(chǎn)品指令和引腳完全兼容。片上 第 7 頁(yè) 共 49 頁(yè) Flash 允許程序存儲(chǔ)器在系統(tǒng)可編程，亦適于常規(guī)編程器。在單芯片上，擁有靈巧的 8 位CPU 和在系統(tǒng)可 編程 Flash，使得 AT89S52 為眾多嵌入式控制應(yīng)用系統(tǒng)提供高靈活、超有效的解決方案。 方案二： 使用 STC12C5A60S2 單片機(jī)。 STC12C5A60S2/AD/PWM 系列單片機(jī)是 STC 生產(chǎn)的單時(shí)鐘 /機(jī)器周期 (1T)的單片機(jī)，是高速、低功耗、超強(qiáng)抗干擾的新一代 8051 單片機(jī)，指令代碼完全兼容傳統(tǒng) 8051,但速度快 812 倍。內(nèi)部集成 MAX810 專用復(fù)位電路 ,2 路PWM,8 路高速 10 位 A/D 轉(zhuǎn)換 (250K/S，即 25 萬(wàn)次 /秒 )，針對(duì)電機(jī)控制，強(qiáng)干擾場(chǎng)合。 方案比較： AT89S52 單片機(jī)是比較傳統(tǒng)型的單 片機(jī)，應(yīng)用比較廣泛，但是隨著電子產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，這款芯片的性能逐漸的顯示出它的不足之處。與 STC12C5A60S2 單片機(jī)相比， AT89S52單片機(jī)沒(méi)有內(nèi)置 A/D 轉(zhuǎn)換電路，而本系統(tǒng)中需要將煙霧傳感器的模擬量轉(zhuǎn)化成數(shù)字量，若使用 AT89S52 單片機(jī)則要外接一個(gè) A/D 轉(zhuǎn)換電路，這樣就增加了設(shè)計(jì)成本；并且，相比于 STC12C5A60S2 單片機(jī)來(lái)說(shuō)， AT89S52 單片機(jī)的功耗要大，制作成本也多，價(jià)錢較貴，芯片里集成的模塊少，串口下載也沒(méi)有 STC12C5A60S2 單片機(jī)方便，所以本設(shè)計(jì)選擇了 STC12C5A60S2 單片機(jī)作 為智能火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)的主控單元。 煙霧傳感器的選擇 煙霧傳感器作為煙霧檢測(cè)報(bào)警器的信號(hào)采集部分，是智能火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)的核心組成部分之一。由此可見(jiàn)，傳感器的選擇是非常重要的，直接關(guān)系到智能火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)能否工作。煙霧傳感器一種室內(nèi)安裝的探測(cè)器，用于檢測(cè)現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境是否有煙霧以及煙霧的濃度。現(xiàn)在市面上使用的煙霧傳感器主要分為離子式煙霧傳感器和氣敏式煙霧傳感器。那么，現(xiàn)在就來(lái)對(duì)比一下這兩種煙霧傳感器優(yōu)劣勢(shì)，選擇一個(gè)適合本設(shè)計(jì)的煙霧傳感器。 方案一： 選擇使用 NIS09C 離子式煙霧傳感器。 NIS09C 離子式煙霧傳 感器屬于低功耗、靈敏度高的煙霧傳感器，離子感煙探測(cè)器探頭電路是利用兩片放射性物質(zhì)媚 241 構(gòu)成的兩個(gè)電離室 (檢測(cè)電離室和補(bǔ)償電離室 )及場(chǎng)效應(yīng)晶體管 (EFT)等電子元件組成。其工作原理為： P1 和 P2 是一相對(duì)的電極，在電極之間放有 a 放射源，由于它持續(xù)不斷地放射出 a射線， a 粒子以高速運(yùn)動(dòng)，撞擊空氣分子，從而使極扳問(wèn)空氣分子電離為正離子和負(fù)離子 (電子 )，這樣電極之間原來(lái)不導(dǎo)電的空氣具自一定的導(dǎo)電性，使探頭電路導(dǎo)通，從而實(shí)現(xiàn)探測(cè)器感應(yīng)煙霧的功能。 方案二： 選擇使用 MQ2 氣敏式煙霧傳感器。 MQ2 煙氣敏式霧式煙霧傳感 器可用于家庭和工廠的氣體泄漏監(jiān)測(cè)裝置， 適宜于液化氣、丁烷、丙烷、甲烷、酒精、氫氣、煙霧的探測(cè)，是一種探測(cè)范圍廣泛，靈敏度高，相應(yīng)速度快使用壽命長(zhǎng)，穩(wěn)定性高的煙霧傳感 第 8 頁(yè) 共 49 頁(yè) 器。 方案比較： 火災(zāi)煙霧是由氣、液、固體微粒群組成的混合物，具有體積、質(zhì)量、溫度、電荷等物理特性。 NIS09C 離子式煙霧傳感器是通過(guò)相當(dāng)于煙敏電阻的電離室引起的電壓變化來(lái)感知煙霧粒子的微電流變化裝置。當(dāng)煙霧粒子進(jìn)入電離室，改變了電離室空氣的電離狀態(tài)，從而宏觀表現(xiàn)為電離室的等效電阻增加引起電離室兩端的電壓增大，由此來(lái)確定空氣中的煙霧狀況。 MQ2 氣敏式煙霧傳感器可探測(cè)煙霧濃度與空氣中某些可燃?xì)怏w的成分，探測(cè)空氣中可燃?xì)怏w的含量，能有效地探測(cè)煤氣、液化石油氣、然氣、一氧化碳等多種可燃性氣體的微量泄漏。 然而，盡管 NIS09C 離子式煙霧傳感器的性能與靈敏度都較強(qiáng)于 MQ2 氣敏式煙霧傳感器，但是在價(jià)格方面， NIS09C 煙霧傳感器要比 MQ2 煙霧傳感器高，體積也較大，相比于 MQ2 氣敏式煙霧傳感器來(lái)說(shuō)， MQ2 氣敏式煙霧傳感器已經(jīng)滿足低功耗、靈敏度高的探測(cè)需求，所以 MQ2 氣敏式煙霧傳感器更適用于本設(shè)計(jì)的智能火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)。本設(shè)計(jì)最終選擇使用 MQ2 氣敏式煙霧傳感器。 系統(tǒng)顯示屏的選擇 顯示屏作為本系統(tǒng)不可或缺的器件，能夠直觀的表現(xiàn)智能火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)的工作情況。因此顯示屏的選擇也是設(shè)計(jì)本系統(tǒng)至關(guān)重要的環(huán)節(jié)，下面是兩個(gè)可選方案的比較與論證。 方案一：選擇使用 LCD1602 液晶顯示屏。 LCD16021602 液晶顯示屏是一款體積小、厚度薄、重量輕、可背光、無(wú)閃爍、無(wú)輻射、耗能少，并能夠直接與 CSMOS 電路匹配的顯示屏。 方案二：選擇使用 OLED有機(jī)發(fā)光二極管顯示屏。 OLED，即有機(jī)發(fā)光二極管（ Organic LightEmitting Diode）， 又稱為有機(jī)電激光顯示（ Organic Electroluminesence Display, OELD）。是基于有機(jī)材料的一種電流型半導(dǎo)體發(fā)光器件，它是主動(dòng)發(fā)光器件。因?yàn)榫邆漭p薄、省電等特性，這種顯示設(shè)備如今在 MP3 播放器上得到了廣泛應(yīng)用。 方案比較： OLED 有機(jī)發(fā)光二極管顯示屏與目前 LCD1602 液晶顯示屏相比， OLED 有機(jī)發(fā)光二極管顯示屏 是自主發(fā)光 ， LCD1602 液晶顯示是背光顯示； OLED 顯示屏視角好，就是無(wú)論 從哪個(gè)角度看， 屏幕畫(huà)面 都不會(huì)失真 ，而 LCD1602 液晶顯示屏?xí)?有嚴(yán)重的視角問(wèn)題 ； OLED 厚 度可以小于 1 毫米，僅為 LCD 屏幕的 1/3，并且重量也更輕 ；并且 OLED發(fā)光效率更高，能耗比 LCD 要低 ?？偵纤?，本設(shè)計(jì)選擇使用 OLED 有機(jī)發(fā)光二極管顯示屏作為系統(tǒng)顯示屏。 第 9 頁(yè) 共 49 頁(yè) 3 硬件設(shè)計(jì) 單片機(jī)最小系統(tǒng) 單片機(jī)的特點(diǎn) 本次設(shè)計(jì)采用 STC12C5A60S2 單片機(jī)作為智能火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)的控制芯片，這是使整個(gè)系統(tǒng)工作的基礎(chǔ)器件。 STC12C5A60S2/AD/PWM 系列單片機(jī)是 STC 生產(chǎn)的單時(shí)鐘 /機(jī)器周期 (1T)的單片機(jī)，是高速、低功耗、超強(qiáng)抗干擾的新一代 8051 單片機(jī)，指 令代碼完全兼容傳統(tǒng) 8051,但速度快 812 倍。），并且無(wú)需專用編程器，無(wú)需專用仿真器可通過(guò)串口（ ）直接下載用戶程序，數(shù)秒即可完成一片。 單片機(jī)最小系統(tǒng)設(shè)計(jì) 本設(shè)計(jì)采用了 STC12C5A60S2 單片機(jī)作為核心處理器，圖 是一個(gè)典型的單片機(jī)最小系統(tǒng)電路，由電源電路、晶振電路和復(fù)位電路組成。 C 1 22 2PC 1 32 2p12345678J1C O N 812J4R / T X D12345678J6C O N 8C91 0u F / 1 6 VR61kR98 .2 kS2P 1. 01P 1. 12P 1. 23P 1. 34P 1. 45P 1. 56P 1. 67P 1. 78R S T9P 3. 010P 3. 111P 3. 212P 3. 313P 3. 414P 3. 515P 3. 616P 3. 717X T A L 218X T A L 119GND20P 2. 021P 2. 122P 2. 223P 2. 324P 2. 425P 2. 526P 2. 627P 2. 728P S E N29A L E / P R O G30E A / V P P31P 0. 732P 0. 633P 0. 534P 0. 435P 0. 336P 0. 237P 0. 138P 0. 039V C C40AT89S51I C 2S T C 1 2 C 5A 6 0 S 2P 2. 0P 2. 1P 2. 2P 2. 3+ 5V+ 5VR X DT X D1 2 3 4 5 6 7 8 9R P 14 .7 KP 00P 01P 02P 03P 04P 05P 07P 35P 36P 37Y21 1. 0 59 2 M H ZP 33P 34+ 5V 圖 單片機(jī)最小系統(tǒng) 電源電路：為 STC12C5A60S2 單片機(jī)供電的是一個(gè) 5V 的電源，圖 中的 VCC和 GND 構(gòu)成了整個(gè)單片機(jī)的供電網(wǎng)絡(luò)。 晶振電路：晶振電路為單片機(jī) 80C51 工 作提供時(shí)鐘信號(hào)，芯片中有一個(gè)用于構(gòu)成內(nèi)部振蕩器的高增益反相放大器，引