【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 目前，常用的感煙式火災(zāi)探測(cè)器是離子感煙式火災(zāi)探測(cè)器和光電感煙式火災(zāi)探測(cè)器。 1) 離子感煙式火災(zāi)探測(cè)器 離子感煙式火災(zāi)探測(cè)器是采用空氣離子化火災(zāi)探測(cè)方法構(gòu)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(chǎn)生正、負(fù)離子，在外加電壓的 作用下形成離子電流，當(dāng)火災(zāi)產(chǎn)生的煙霧及燃燒產(chǎn)物即煙霧氣溶膠進(jìn)入電力空間（一般稱為電離室）時(shí)，表面積較大的煙霧粒子將吸附其中的帶電離子，產(chǎn)長(zhǎng)春工業(yè)大學(xué)學(xué)士論文 6 生離子電流變化，經(jīng)電子線路加以檢測(cè)，從而獲得與煙濃度有直接關(guān)系的電信號(hào)，用于火災(zāi)確認(rèn)和報(bào)警。采用空氣離子化火災(zāi)探測(cè)法實(shí)現(xiàn)的感煙探測(cè)，對(duì)于火災(zāi)初起和引燃階段的煙霧溶膠檢測(cè)非常靈敏有效，可測(cè)煙霧粒徑范圍在 ~10um 左右。這類火災(zāi)探測(cè)器只適用于構(gòu)成點(diǎn)型結(jié)構(gòu)。 根據(jù)這種火災(zāi)探測(cè)器內(nèi)的電離室的結(jié)構(gòu)形式，離子感煙式火災(zāi)探測(cè)器可以分為雙源感煙式 和單源感煙式火災(zāi)探測(cè)器。 2) 光電感煙式火災(zāi)探測(cè)器 根據(jù)煙霧離子對(duì)光的吸收和散射作用，光電感煙式火災(zāi)探測(cè)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(zāi)探測(cè)器 進(jìn)入光電檢測(cè)暗室內(nèi)的煙霧粒子對(duì)光源發(fā)出的光產(chǎn)生吸收和散射作用，使得通過(guò)光路上的光通量減少，從而在受光元件上產(chǎn)生的光電流降低。光電流相對(duì)于初始標(biāo)定值的變化量大小，反映了煙霧的濃度大小，據(jù)此可通過(guò)電子線路對(duì)火災(zāi)信息進(jìn)行閾值放大比較、類比判斷處理或火災(zāi)參數(shù)運(yùn)算，最后通過(guò)傳輸電路產(chǎn)生相應(yīng)的火災(zāi)信號(hào)，構(gòu)成開(kāi)關(guān)量火災(zāi)探測(cè)器、類比式模擬量火災(zāi)探測(cè)器或分布智能式 智能化探測(cè)器。 減光式光電感煙火災(zāi)探測(cè)原理可用于構(gòu)成點(diǎn)型結(jié)構(gòu)的火災(zāi)探測(cè)器，但是，更適用于構(gòu)成線型結(jié)構(gòu)的火災(zāi)探測(cè)器，實(shí)現(xiàn)大面積火災(zāi)探測(cè)。 4) 散射式光電感煙式火災(zāi)探測(cè)器 進(jìn)入遮光暗室的煙霧粒子對(duì)發(fā)光元件（光源）發(fā)出的一定波長(zhǎng)的光產(chǎn)生散射作用（按照光散射定律，煙粒子需輕度著色，且當(dāng)其粒徑大于光的波長(zhǎng)時(shí)將產(chǎn)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(chǎn)生光電流。此光電流的大小與散射光強(qiáng)弱有關(guān)，并且由煙粒子的濃度和粒徑大小及著色與否來(lái)決定。根據(jù)受光元件的光電流大?。o(wú)煙霧粒子時(shí)光電流大小約為 暗電流），既當(dāng)煙粒子濃度達(dá)到一定值時(shí)，散射光的能量就足以產(chǎn)生一定大小的激勵(lì)用光電流，可以用于激勵(lì)遮光暗室外部的信號(hào)處理電路發(fā)出火災(zāi)信號(hào)。顯然，遮光暗室外部的信號(hào)處理電路采用的結(jié)構(gòu)和數(shù)據(jù)處理方式不同，可以構(gòu)成不同類型的火災(zāi)探測(cè)器，如閾值報(bào)警開(kāi)關(guān)量火災(zāi)探測(cè)器、類比判斷模擬量火災(zāi)探測(cè)器和參數(shù)運(yùn)算智能化火災(zāi)探測(cè)器。 (二 ) 感溫式火災(zāi)探測(cè)器 感溫式火災(zāi)探測(cè)器可以根據(jù)其作用原理分為三大類：定溫式火災(zāi)探測(cè)器、差溫式火災(zāi)探測(cè)器、差定溫式火災(zāi)探測(cè)器。 1) 定溫式火災(zāi)探測(cè)器 定溫式火災(zāi)探測(cè)器是在規(guī)定時(shí)間內(nèi)，火災(zāi)引起的溫度上升超過(guò)某個(gè)定 值時(shí)啟動(dòng)報(bào)警的火災(zāi)探測(cè)器。他有點(diǎn)型和線型兩種結(jié)構(gòu)形式。 長(zhǎng)春工業(yè)大學(xué)學(xué)士論文 7 2) 差溫式火災(zāi)探測(cè)器 差溫式火災(zāi)探測(cè)器是在規(guī)定時(shí)間內(nèi)，火災(zāi)引起的溫度上升速率超過(guò)某個(gè)規(guī)定值時(shí)啟動(dòng)報(bào)警的火災(zāi)探測(cè)器。他有點(diǎn)型和線型兩種結(jié)構(gòu)。 3) 差定溫式火災(zāi)探測(cè)器 差定溫式火災(zāi)探測(cè)器結(jié)合了定溫式和差溫式兩種感溫作用原理并將兩種探測(cè)器結(jié)構(gòu)結(jié)合在一起。在消防工程中，常見(jiàn)的差定溫式火災(zāi)探測(cè)器是將定溫式、差溫式兩種感溫火災(zāi)探測(cè)器組裝結(jié)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(zāi)監(jiān)測(cè)的可靠性。 差定溫式火災(zāi)探測(cè)器根據(jù)其工作原 理，還可以分為機(jī)械式和電子式兩種。電子式差定溫火災(zāi)探測(cè)器在當(dāng)前火災(zāi)探測(cè)報(bào)警及消防聯(lián)動(dòng)控制系統(tǒng)中用的比較普遍。他的定溫探測(cè)和差溫探測(cè)兩部分都是由半導(dǎo)體電子電路來(lái)實(shí)現(xiàn)的。 (三 ) 感光式火災(zāi)探測(cè)器 感光式火災(zāi)探測(cè)器主要是指火焰光探測(cè)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(zāi)探測(cè)器 當(dāng)有機(jī)化合物燃燒時(shí)，其氫氧根在氧化反應(yīng)中會(huì)輻射出強(qiáng)烈的波長(zhǎng)為 250nm 的紫外光。因而，紫外感光火災(zāi)探測(cè)器就是利用火焰產(chǎn)生的強(qiáng)烈紫外輻射光來(lái)探測(cè)火災(zāi)的。紫外感光火災(zāi)探測(cè)器的敏感元件是紫外光敏管。他是在玻璃外殼內(nèi)裝著兩根高純度的鎢或銀 絲制成的電極。當(dāng)電極接受到紫外光輻射時(shí)立即發(fā)射出電子，并在兩極的電場(chǎng)作用下被加速。由于管內(nèi)充有一定量的氫氣和氦氣，所以當(dāng)這些被加速而具有較大動(dòng)能的電子同氣體分子碰撞時(shí)，將使氣體分子電離，電離后產(chǎn)生的正、負(fù)離子又被加速，他們又會(huì)使更多的氣體分子分離。于是在極短的時(shí)間內(nèi)，造成“雪崩”式的放電過(guò)程，從而式紫外光敏管由截止?fàn)顟B(tài)變成導(dǎo)通狀態(tài)，驅(qū)動(dòng)電路發(fā)出報(bào)警信號(hào)。 2) 紅外感光火災(zāi)探測(cè)器 紅外感光火災(zāi)探測(cè)器是利用紅外光元件的光電導(dǎo)或光伏效應(yīng)來(lái)敏感的探測(cè)低溫產(chǎn)生的紅外輻射，紅外輻射光波波長(zhǎng)一般應(yīng)大于 。由于自然界 中只要物體高于絕對(duì)零度都會(huì)產(chǎn)生紅外輻射 ,所以 ,利用紅外輻射探測(cè)火災(zāi)時(shí) ,一般還要考慮物質(zhì)燃燒時(shí)火焰的間歇性閃爍現(xiàn)象 ,以區(qū)別于背景紅外輻射。物質(zhì)燃燒時(shí)火焰的閃爍頻率大約在 3~30Hz 。 (四 ) 可燃?xì)怏w探測(cè)器 可燃?xì)怏w的探測(cè)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(dǎo)原理、氣敏原理和三端電化學(xué)原理四種。催化型可燃?xì)怏w探測(cè)器是利用難熔金屬鉑絲加熱后的電阻變化來(lái)測(cè)定可燃?xì)怏w濃度。當(dāng)可燃?xì)怏w進(jìn)入探測(cè)器時(shí)，在鉑絲表面引起氧化反應(yīng)（無(wú)焰燃燒），其產(chǎn)生的熱量使鉑絲的溫度升 高，而鉑絲的長(zhǎng)春工業(yè)大學(xué)學(xué)士論文 8 電阻率便發(fā)生變化。 第三章 系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì) 系統(tǒng)硬件總體概述 單片機(jī)是整個(gè)報(bào)警系統(tǒng)的核心，系統(tǒng)的工作原理是：先通過(guò)傳感器（包括溫度、感煙和紅外）將現(xiàn)場(chǎng)溫度、煙霧等非典型信號(hào)轉(zhuǎn)化為電信號(hào)，調(diào)理電路將傳感器輸出的電信號(hào)進(jìn)行調(diào)理（放大、濾波等），使之滿足 A/D 轉(zhuǎn)換的要求，最后由 A/D 轉(zhuǎn)換電路，完成將溫度傳感器和煙霧傳感器輸出的模擬信號(hào)到數(shù)字信號(hào)的轉(zhuǎn)換，單片機(jī)判斷現(xiàn)場(chǎng)是否發(fā)生火災(zāi)。如果發(fā)生火災(zāi)，系統(tǒng)以聲光的形式報(bào)警。 圖 31 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖 本文設(shè)計(jì)使用 AT89S52單片機(jī)火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)具有以下特點(diǎn) : 1) 能對(duì)室內(nèi)煙霧 ( 2CO , CO) 及溫度突變進(jìn)行報(bào)警 ,具有 聲、光雙重報(bào)警功能。 2) 系統(tǒng)故障報(bào)警功能。當(dāng)系統(tǒng)出現(xiàn)硬件故障時(shí)，能發(fā)出故障報(bào)警信號(hào)。 3) 異常報(bào)警功能。當(dāng)環(huán)境出現(xiàn)異常 (如煙霧濃度過(guò)大或是溫度較高及紅外異常 )時(shí)，能發(fā)生異常報(bào)警信號(hào)，引起人們注意，盡可能避免火災(zāi)的發(fā)生。 4) 火災(zāi)報(bào)警功能。一旦真出現(xiàn)火災(zāi) (煙霧、溫度及紅外出現(xiàn)異常 )時(shí)，能立即發(fā)出語(yǔ)音、光火災(zāi)警報(bào) 。本系統(tǒng)安全可靠 , 誤報(bào)率低。且由于其體積小 、操作維護(hù)方便、成本低廉等 ,具有廣闊的應(yīng)用前景。 A/D 轉(zhuǎn)換 電路 單片機(jī) 聲光報(bào)警 數(shù)據(jù)采集模塊 信號(hào)調(diào)理 電路 煙霧、溫度及紅外傳感器 長(zhǎng)春工業(yè)大學(xué)學(xué)士論文 9 核心芯片 AT89S52 在火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中，單片機(jī)是其中重要的核心部件。它一方面要接收來(lái)自煙、溫度傳感器送來(lái)的溫度、煙霧對(duì)應(yīng)的模擬信號(hào)和故障檢測(cè)信號(hào)，另一方面要對(duì)這兩種信號(hào)分別進(jìn)行處理，以控制后續(xù)電路進(jìn)行相應(yīng)動(dòng)作。與此同時(shí)查詢是否有鍵按下的請(qǐng)求。在單片機(jī)完成這些工作的過(guò)程中，尤其是信號(hào)處理中，比較濃度值后送入顯示的軟件實(shí)現(xiàn)比較復(fù)雜，要求單片機(jī)具備較快的運(yùn)算速度，使檢測(cè)人員能夠較準(zhǔn)確地觀測(cè)到煙霧濃度，并根據(jù)情況進(jìn)行相應(yīng)的處理。并且也要考慮選擇低價(jià)實(shí)用 的機(jī)型，并為研制同一系列的低功耗產(chǎn)品做準(zhǔn)備。根據(jù)多方面的比較，本設(shè)計(jì)選用 ATMEL 公司的 AT89S52 單片機(jī)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(tǒng)可編程 Flash存儲(chǔ)器。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 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 在眾多嵌入式控制應(yīng)用系統(tǒng)中得到廣泛應(yīng)用。 AT89S52的主要性能有： 與 MCS51單片機(jī)產(chǎn)品兼容， 8K字節(jié)在系統(tǒng)可編程 Flash存儲(chǔ)器， 1000 次擦寫(xiě)周期，全靜態(tài)操作： 0Hz33MHz，三級(jí)加密程序存儲(chǔ)器， 32 個(gè)可編程 I/O 口線，三個(gè) 16 個(gè)定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器，六個(gè)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(shí)器，雙數(shù)據(jù)指針，掉電標(biāo)識(shí)符?？臻e模式下， CPU 停止工作，允許 RAM、定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器、串口、中斷繼續(xù)工作。掉電保護(hù)方式下， RAM 內(nèi)容被保存，振蕩器被凍結(jié)，單片機(jī)一切工作停止，直到下一個(gè)中斷或硬件復(fù)位為止。 長(zhǎng)春工業(yè)大學(xué)學(xué)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(jié)構(gòu)正向電流與溫度的關(guān)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(guò)器件的電流等于器件所處環(huán)境的熱力學(xué)溫度（開(kāi)爾文）度數(shù)，即： mA/K式中：流過(guò)器件（ AD590）的電流，單位為 mA； T熱力學(xué)溫度，單位為 K。 2) AD590 的測(cè)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(dāng)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(huì)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(nèi)，非線性誤差為 177。℃ 。 AD590 溫度感測(cè)器是一種已經(jīng) IC化的溫度感測(cè)器 , 它會(huì)將溫度轉(zhuǎn)換為電流 ,在 8051的各種課本中?？吹剿?, 相當(dāng)常用到。 其規(guī)格如下： 1) 溫度每增加 1℃, 它會(huì)增加 1μA 輸出電流 。 2) 可量測(cè)范圍 55 ~ 150??℃ ℃ 。 3) 供應(yīng)電壓范圍 4 ~30VV? 。 長(zhǎng)春工業(yè)大學(xué)學(xué)士論文 11 AD590 的輸出電流值說(shuō)明如下： 其輸出電流是以絕對(duì)溫度零度 (273℃) 為基準(zhǔn) ,每增加 1℃, 它會(huì)增加 1μA 輸出電流 ,因此在室溫 25℃ 時(shí) ,其輸出電流 Io=(273+25)=298μA 。測(cè)量 Vo 時(shí) ,不可分出任何電流 ,否則量測(cè)值會(huì)不準(zhǔn)。 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(duì)溫度成正比，及 1uA∕ K，而數(shù)模轉(zhuǎn)換芯片 ADC0809 的輸入要求是電壓量，所以在 AD590 的負(fù)極接出一個(gè) 10 千歐 的電阻 R1 和一個(gè) 100 歐 的可調(diào)電阻 W，將電流量變?yōu)殡妷毫克腿?ADC0809。通過(guò)調(diào)節(jié)可調(diào)電阻便可在輸出端 VT獲得與絕對(duì)溫度成正比的電壓量，即 10mV∕ K, 溫度0℃ 時(shí)輸出為 0，溫度 25℃ 時(shí)輸出為 。這樣便于 A/D 轉(zhuǎn)換器采集數(shù)據(jù)。 AD590 典型應(yīng)用電路如下圖 33: AD590++5V10kΩ100ΩW+VT 圖 33 AD590 應(yīng)用電路 氣體傳感器 TGS202 火災(zāi)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(cè)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(zāi)長(zhǎng)春工業(yè)大學(xué)學(xué)士論文 12 中氣體的探測(cè)。如下圖 34 所示，當(dāng) TGS202 探測(cè)到二氧化碳或一氧化碳時(shí)，傳感器的內(nèi)阻變小， VA 迅速上升。選擇適當(dāng)?shù)碾娮枳柚担沟卯?dāng)氣體濃度達(dá)到一定程度（如一氧化碳濃度達(dá)到 %）時(shí)， VA端獲得適當(dāng)?shù)碾妷骸＃ㄔO(shè)為 3V） TGS202Vcc1GND2VCC 圖 34 TGS202 檢測(cè)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(lái)的一種新型高靈敏度探測(cè)元件。是一種能檢測(cè)人體發(fā)射的紅外而輸出電信號(hào)的傳感器，其自動(dòng)化節(jié)能裝置能檢測(cè)人體輻射的紅外線能 量的變化，并將其轉(zhuǎn)換成電壓信號(hào)輸出。將這個(gè)電壓信號(hào)加以放大，便可驅(qū)動(dòng)各種控制電路，如電源開(kāi)關(guān)控制、防火報(bào)警、自動(dòng)覽測(cè)等。 自然界中存在的各種物體如人體、木材、火焰、冰等都會(huì)發(fā)出不同波長(zhǎng)的紅外線，利用紅外傳感器可對(duì)其進(jìn)行檢測(cè)。根據(jù)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(dòng)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(yīng)的紅外線波長(zhǎng)范圍較寬，價(jià)格便宜，并可在常溫下工作。它是目前在防盜報(bào)警、火災(zāi)監(jiān)測(cè)、自動(dòng)門等非接觸溫度測(cè)量等領(lǐng)