【文章內容簡介】 目前，常用的感煙式火災探測器是離子感煙式火災探測器和光電感煙式火災探測器。 1) 離子感煙式火災探測器 離子感煙式火災探測器是采用空氣離子化火災探測方法構成和工作的，他是利用放射形同位素釋放的高能量 a 射線將局部空間的空氣電離產生正、負離子，在外加電壓的 作用下形成離子電流，當火災產生的煙霧及燃燒產物即煙霧氣溶膠進入電力空間（一般稱為電離室）時，表面積較大的煙霧粒子將吸附其中的帶電離子，產長春工業(yè)大學學士論文 6 生離子電流變化，經電子線路加以檢測，從而獲得與煙濃度有直接關系的電信號，用于火災確認和報警。采用空氣離子化火災探測法實現的感煙探測，對于火災初起和引燃階段的煙霧溶膠檢測非常靈敏有效，可測煙霧粒徑范圍在 ~10um 左右。這類火災探測器只適用于構成點型結構。 根據這種火災探測器內的電離室的結構形式，離子感煙式火災探測器可以分為雙源感煙式 和單源感煙式火災探測器。 2) 光電感煙式火災探測器 根據煙霧離子對光的吸收和散射作用，光電感煙式火災探測器可分為減光式和散射光式兩種類型。 3) 減光式光電感煙式火災探測器 進入光電檢測暗室內的煙霧粒子對光源發(fā)出的光產生吸收和散射作用，使得通過光路上的光通量減少，從而在受光元件上產生的光電流降低。光電流相對于初始標定值的變化量大小，反映了煙霧的濃度大小，據此可通過電子線路對火災信息進行閾值放大比較、類比判斷處理或火災參數運算，最后通過傳輸電路產生相應的火災信號，構成開關量火災探測器、類比式模擬量火災探測器或分布智能式 智能化探測器。 減光式光電感煙火災探測原理可用于構成點型結構的火災探測器，但是，更適用于構成線型結構的火災探測器，實現大面積火災探測。 4) 散射式光電感煙式火災探測器 進入遮光暗室的煙霧粒子對發(fā)光元件（光源）發(fā)出的一定波長的光產生散射作用（按照光散射定律，煙粒子需輕度著色，且當其粒徑大于光的波長時將產生散射作用），使得處于一定夾角位置的受光元件（光敏元件）的阻抗發(fā)生變化，產生光電流。此光電流的大小與散射光強弱有關，并且由煙粒子的濃度和粒徑大小及著色與否來決定。根據受光元件的光電流大小（無煙霧粒子時光電流大小約為 暗電流），既當煙粒子濃度達到一定值時，散射光的能量就足以產生一定大小的激勵用光電流，可以用于激勵遮光暗室外部的信號處理電路發(fā)出火災信號。顯然，遮光暗室外部的信號處理電路采用的結構和數據處理方式不同，可以構成不同類型的火災探測器，如閾值報警開關量火災探測器、類比判斷模擬量火災探測器和參數運算智能化火災探測器。 (二 ) 感溫式火災探測器 感溫式火災探測器可以根據其作用原理分為三大類：定溫式火災探測器、差溫式火災探測器、差定溫式火災探測器。 1) 定溫式火災探測器 定溫式火災探測器是在規(guī)定時間內，火災引起的溫度上升超過某個定 值時啟動報警的火災探測器。他有點型和線型兩種結構形式。 長春工業(yè)大學學士論文 7 2) 差溫式火災探測器 差溫式火災探測器是在規(guī)定時間內，火災引起的溫度上升速率超過某個規(guī)定值時啟動報警的火災探測器。他有點型和線型兩種結構。 3) 差定溫式火災探測器 差定溫式火災探測器結合了定溫式和差溫式兩種感溫作用原理并將兩種探測器結構結合在一起。在消防工程中，常見的差定溫式火災探測器是將定溫式、差溫式兩種感溫火災探測器組裝結合在一起，兼有兩者的功能，若其中某一功能失效，則另一種功能仍然起作用。因此，大大提高了火災監(jiān)測的可靠性。 差定溫式火災探測器根據其工作原 理，還可以分為機械式和電子式兩種。電子式差定溫火災探測器在當前火災探測報警及消防聯動控制系統中用的比較普遍。他的定溫探測和差溫探測兩部分都是由半導體電子電路來實現的。 (三 ) 感光式火災探測器 感光式火災探測器主要是指火焰光探測器，目前廣泛使用紫外式和紅外式兩種類型。 1) 紫外感光火災探測器 當有機化合物燃燒時，其氫氧根在氧化反應中會輻射出強烈的波長為 250nm 的紫外光。因而，紫外感光火災探測器就是利用火焰產生的強烈紫外輻射光來探測火災的。紫外感光火災探測器的敏感元件是紫外光敏管。他是在玻璃外殼內裝著兩根高純度的鎢或銀 絲制成的電極。當電極接受到紫外光輻射時立即發(fā)射出電子，并在兩極的電場作用下被加速。由于管內充有一定量的氫氣和氦氣，所以當這些被加速而具有較大動能的電子同氣體分子碰撞時，將使氣體分子電離，電離后產生的正、負離子又被加速，他們又會使更多的氣體分子分離。于是在極短的時間內，造成“雪崩”式的放電過程，從而式紫外光敏管由截止狀態(tài)變成導通狀態(tài)，驅動電路發(fā)出報警信號。 2) 紅外感光火災探測器 紅外感光火災探測器是利用紅外光元件的光電導或光伏效應來敏感的探測低溫產生的紅外輻射，紅外輻射光波波長一般應大于 。由于自然界 中只要物體高于絕對零度都會產生紅外輻射 ,所以 ,利用紅外輻射探測火災時 ,一般還要考慮物質燃燒時火焰的間歇性閃爍現象 ,以區(qū)別于背景紅外輻射。物質燃燒時火焰的閃爍頻率大約在 3~30Hz 。 (四 ) 可燃氣體探測器 可燃氣體的探測原理，按照使用的氣敏元件或傳感器的不同主要分為熱催化原理、熱導原理、氣敏原理和三端電化學原理四種。催化型可燃氣體探測器是利用難熔金屬鉑絲加熱后的電阻變化來測定可燃氣體濃度。當可燃氣體進入探測器時，在鉑絲表面引起氧化反應（無焰燃燒），其產生的熱量使鉑絲的溫度升 高，而鉑絲的長春工業(yè)大學學士論文 8 電阻率便發(fā)生變化。 第三章 系統的硬件設計 系統硬件總體概述 單片機是整個報警系統的核心，系統的工作原理是：先通過傳感器（包括溫度、感煙和紅外）將現場溫度、煙霧等非典型信號轉化為電信號，調理電路將傳感器輸出的電信號進行調理（放大、濾波等），使之滿足 A/D 轉換的要求，最后由 A/D 轉換電路，完成將溫度傳感器和煙霧傳感器輸出的模擬信號到數字信號的轉換，單片機判斷現場是否發(fā)生火災。如果發(fā)生火災，系統以聲光的形式報警。 圖 31 系統結構框圖 本文設計使用 AT89S52單片機火災報警系統具有以下特點 : 1) 能對室內煙霧 ( 2CO , CO) 及溫度突變進行報警 ,具有 聲、光雙重報警功能。 2) 系統故障報警功能。當系統出現硬件故障時，能發(fā)出故障報警信號。 3) 異常報警功能。當環(huán)境出現異常 (如煙霧濃度過大或是溫度較高及紅外異常 )時，能發(fā)生異常報警信號，引起人們注意，盡可能避免火災的發(fā)生。 4) 火災報警功能。一旦真出現火災 (煙霧、溫度及紅外出現異常 )時，能立即發(fā)出語音、光火災警報 。本系統安全可靠 , 誤報率低。且由于其體積小 、操作維護方便、成本低廉等 ,具有廣闊的應用前景。 A/D 轉換 電路 單片機 聲光報警 數據采集模塊 信號調理 電路 煙霧、溫度及紅外傳感器 長春工業(yè)大學學士論文 9 核心芯片 AT89S52 在火災報警系統的設計中，單片機是其中重要的核心部件。它一方面要接收來自煙、溫度傳感器送來的溫度、煙霧對應的模擬信號和故障檢測信號，另一方面要對這兩種信號分別進行處理，以控制后續(xù)電路進行相應動作。與此同時查詢是否有鍵按下的請求。在單片機完成這些工作的過程中，尤其是信號處理中，比較濃度值后送入顯示的軟件實現比較復雜，要求單片機具備較快的運算速度，使檢測人員能夠較準確地觀測到煙霧濃度，并根據情況進行相應的處理。并且也要考慮選擇低價實用 的機型，并為研制同一系列的低功耗產品做準備。根據多方面的比較，本設計選用 ATMEL 公司的 AT89S52 單片機作為控制器。 AT89S52是一種低功耗、高性能 COMS 8位微控制器，具有 8K在系統可編程 Flash存儲器。使用 Atmel 公司高密度非易失性存儲器技術制造，與工業(yè) 80C51 產品指令和引腳完全兼容。片上 Flash 允許程序存儲器在系統可編程，亦適于常規(guī)編程器。在單芯片上，擁有靈巧的 8位 CPU 和在系統可編程 Flash，使得 AT89S52 在眾多嵌入式控制應用系統中得到廣泛應用。 AT89S52的主要性能有： 與 MCS51單片機產品兼容， 8K字節(jié)在系統可編程 Flash存儲器， 1000 次擦寫周期，全靜態(tài)操作： 0Hz33MHz，三級加密程序存儲器， 32 個可編程 I/O 口線，三個 16 個定時器 /計數器，六個中斷源，全雙工 UART 串行通道，低功耗空閑和掉電模式，掉電后中斷可喚醒，看門狗定時器，雙數據指針，掉電標識符?？臻e模式下， CPU 停止工作，允許 RAM、定時器 /計數器、串口、中斷繼續(xù)工作。掉電保護方式下， RAM 內容被保存，振蕩器被凍結，單片機一切工作停止，直到下一個中斷或硬件復位為止。 長春工業(yè)大學學士論文 10 12345678RST91011121314151617XTAL218XTAL119GND202122232425262728PSEN29ALE/PROG30EA/VPP313233343536373839VCC40 圖 32 AT89S52 引 腳圖 集成溫度傳感器 AD590 AD590 是利用 PN 結構正向電流與溫度的關系制成的電流輸出型兩端溫度傳感器 。 （熱敏器件） 它的主要特性如下 ： 1) 流過器件的電流等于器件所處環(huán)境的熱力學溫度（開爾文）度數，即： mA/K式中：流過器件（ AD590）的電流，單位為 mA； T熱力學溫度，單位為 K。 2) AD590 的測溫范圍為 55 ~ 150??℃ ℃ 。 AD590 的電源電壓范圍為 4V～ 30V。電源電壓可在 4 ~6VV范圍變化，電流 變化 1mA，相當于 溫度變化 1K。 AD590可以承受 44V 正向電壓和 20V 反向電壓，因而器件反接也不會被損壞。 3) 輸出電阻為 710MV。精度高。 AD590 共有 I、 J、 K、 L、 M 五檔，其中 M檔精度最高，在 55 ~ 150??℃ ℃ 范圍內，非線性誤差為 177?！?。 AD590 溫度感測器是一種已經 IC化的溫度感測器 , 它會將溫度轉換為電流 ,在 8051的各種課本中?？吹剿?, 相當常用到。 其規(guī)格如下： 1) 溫度每增加 1℃, 它會增加 1μA 輸出電流 。 2) 可量測范圍 55 ~ 150??℃ ℃ 。 3) 供應電壓范圍 4 ~30VV? 。 長春工業(yè)大學學士論文 11 AD590 的輸出電流值說明如下： 其輸出電流是以絕對溫度零度 (273℃) 為基準 ,每增加 1℃, 它會增加 1μA 輸出電流 ,因此在室溫 25℃ 時 ,其輸出電流 Io=(273+25)=298μA 。測量 Vo 時 ,不可分出任何電流 ,否則量測值會不準。 Vo的值為 Io 乘上 10K,以室溫 25℃ 而言 ,輸出值為(10K298μA) 。 電路分析： 由于 AD590 是電流型溫度傳感器，它的輸出同絕對溫度成正比，及 1uA∕ K，而數模轉換芯片 ADC0809 的輸入要求是電壓量，所以在 AD590 的負極接出一個 10 千歐 的電阻 R1 和一個 100 歐 的可調電阻 W，將電流量變?yōu)殡妷毫克腿?ADC0809。通過調節(jié)可調電阻便可在輸出端 VT獲得與絕對溫度成正比的電壓量，即 10mV∕ K, 溫度0℃ 時輸出為 0，溫度 25℃ 時輸出為 。這樣便于 A/D 轉換器采集數據。 AD590 典型應用電路如下圖 33: AD590++5V10kΩ100ΩW+VT 圖 33 AD590 應用電路 氣體傳感器 TGS202 火災中氣體煙霧主要是二氧化碳和一氧化碳， TGS202 氣體傳感器能探測二氧化碳、一氧化碳、甲 烷、煤氣等多種氣體，它的靈敏度很高，穩(wěn)定性好，適合于火災長春工業(yè)大學學士論文 12 中氣體的探測。如下圖 34 所示，當 TGS202 探測到二氧化碳或一氧化碳時，傳感器的內阻變小， VA 迅速上升。選擇適當的電阻阻值，使得當氣體濃度達到一定程度（如一氧化碳濃度達到 %）時， VA端獲得適當的電壓。（設為 3V） TGS202Vcc1GND2VCC 圖 34 TGS202 檢測電路 熱釋電紅外傳感器 熱釋電紅外傳感器（ PIR）是 80 年代發(fā)展起來的一種新型高靈敏度探測元件。是一種能檢測人體發(fā)射的紅外而輸出電信號的傳感器，其自動化節(jié)能裝置能檢測人體輻射的紅外線能 量的變化，并將其轉換成電壓信號輸出。將這個電壓信號加以放大，便可驅動各種控制電路，如電源開關控制、防火報警、自動覽測等。 自然界中存在的各種物體如人體、木材、火焰、冰等都會發(fā)出不同波長的紅外線，利用紅外傳感器可對其進行檢測。根據工作原理，紅外傳感器分為熱型和量子型兩類，熱型紅外傳感器也稱熱釋電紅外傳感器或被動紅外傳感器。與量子型相比，其頻響速度較慢，靈敏度較低，但響應的紅外線波長范圍較寬，價格便宜，并可在常溫下工作。它是目前在防盜報警、火災監(jiān)測、自動門等非接觸溫度測量等領