【正文】 性、可靠性及抗干擾性的基礎(chǔ)上，能夠不提高成本，縮小體積。 圖 AT89C51 芯片的引腳圖 單片機(jī)是煙霧檢測報警器的核心部件，一方面它要接收來自傳感器的煙霧濃度的模擬信號和故障檢測信號，另一方面要對兩種信號分別進(jìn)行處理，控制后續(xù)電路的相應(yīng)工作；同時，查詢是否有鍵按下的 命令。AT89C51 的引腳圖如圖 所示。 AT89C51， AT89C51 是一種帶 4K 字節(jié)閃爍可編程可擦除只讀存儲（ FPEROM）的低電壓，高性能 C 位微處理器，俗稱單片機(jī)。例如，在00 時， 25 時的輸出電壓為 1168， 50 時的輸出電壓為 1299，則其平均靈敏度為 /℃； 50 時的輸出電壓為 760， 75 時的輸出電壓為 619，則其平均靈敏度為 /℃。在為 5 時，不同靈敏度的幾個特定溫度值時的輸出電壓如表所示（典型值）。 表 LM94022 的 4 種靈敏度 GS1 靈敏度典型值 mV/℃ 0 0 0 1 1 0 1 1 LM94022 的輸出特性如圖所示，這是測量溫度與輸出電壓在 不同靈敏度時的特性。用戶可根據(jù)測溫的范圍及接口電路的工作電壓的條件來合理。 LM94022 的管腳排列如圖所示。差定溫式探測器結(jié)合了定溫和差溫兩種作用原理并將兩種探測器結(jié)構(gòu)組合在一起。線型差溫式探測器是根據(jù)廣 泛的熱效應(yīng)而動作的，點(diǎn)型差溫式探測器是根據(jù)局部的熱效應(yīng)而動作的，主要感溫器件是空氣膜盒、熱敏半導(dǎo)體電阻元件等。差溫式探測器是在規(guī)定時間內(nèi)，火災(zāi)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(zāi)探測器。點(diǎn)型定溫式探測器利用雙金屬片、易熔金屬、熱電偶熱敏半導(dǎo)體電阻等元件，在規(guī)定的溫度值上產(chǎn)生火災(zāi)報警信號。它有線型和點(diǎn)型兩種結(jié)構(gòu)。 溫度探測器定溫式探測器。它是將溫度的變化轉(zhuǎn)換為電信號以達(dá)到報警目的。 溫度探測器：火災(zāi)時物質(zhì)的燃燒產(chǎn)生大量的熱量，使周圍溫度發(fā)生變化。 90 177。 60 177。 30 177。 18 13177。 4 177。 177。 12 177。 2 177。 177。 0 6 177。 NIS09C 離子煙霧探測器探測到的是煙霧濃度模 擬量，通過其靈敏度特性（如表所示）可以看出，煙霧濃度 p 和輸出電壓 v 之間是近似線性的關(guān)系，其特性曲線方程： v +。 NIS09C 是具有低功耗、普適性的傳感器，適用于高靈敏度煙霧探測器、火災(zāi)報警系統(tǒng)。它對白色、灰白和黑色煙霧都有良好的響應(yīng)，但其受環(huán)境濕度影響較大。 （ 3）與上位機(jī)通訊功能 可以實(shí)現(xiàn)與計算機(jī)串口通訊，對報警器采取統(tǒng)一控制， 以及便于采集和處理數(shù)據(jù)，也可以在計算機(jī)上更改報警限值等。其目標(biāo)是在傳統(tǒng)的煙霧檢測的基礎(chǔ)上，盡量提高準(zhǔn)確性，降低成本，縮小體積。當(dāng)然幾種狀態(tài)的報警信號是各不相同的。為了保證其可靠性，在輸出 5V 的電壓的同時，進(jìn)行故障監(jiān)測。 首先，傳感器送來的煙霧濃度對應(yīng)的微小的電壓信號經(jīng)過放大，轉(zhuǎn)化成大的電壓信號送入 AT89C51 單片機(jī)；后，在 AT89C51 單片機(jī)內(nèi) A/D 轉(zhuǎn)換、濃度比較，對數(shù)據(jù)進(jìn) 行線性化處理，將數(shù)字化電壓信號轉(zhuǎn)化成為對應(yīng)的十進(jìn)制濃度值；最后，將實(shí)際可燃性氣體濃度送入液晶，并判斷濃度值是否超出報警限，另外由于煙霧傳感器需要在加熱狀態(tài)下工作，溫度越高，反映越快，響應(yīng)時間和恢復(fù)時間就越快。而在眾多半導(dǎo)體氣體傳感器中，本設(shè)計選用MQ2 型煙霧傳感器，這種型號的傳感器不但具備一般半導(dǎo)體煙霧傳感器靈敏度 高、響應(yīng)快、抗干擾能力強(qiáng)、壽命長等優(yōu)點(diǎn)。 經(jīng)過對比上述兩種煙霧傳感器的應(yīng)用特性，發(fā)現(xiàn)半導(dǎo)體煙霧傳感器的優(yōu)點(diǎn)更加突出：靈敏度高、響應(yīng)快、抗干擾性好、使用方便、價格便宜，且不會發(fā)生探頭阻緩及中毒現(xiàn)象，維護(hù)成本較低 等。因此，本設(shè)計采用半導(dǎo)體煙霧傳感器作為報警系統(tǒng)煙霧信息采集部分的核心。半導(dǎo)體煙霧傳感器的性能主要看其靈敏 度、選擇性（抗干擾性）和穩(wěn)定性（使用壽命）。一般連續(xù)使用兩個月后應(yīng)對傳感器進(jìn)行量程校準(zhǔn)，這種經(jīng)常性對傳感器的維護(hù)，無形中加大了工作人員的工作量，同時增加了報警器的維護(hù)成本。當(dāng)懷疑檢測環(huán)境中存在這些物質(zhì)時，經(jīng)常對探頭進(jìn)行標(biāo)定，使必須且有效的辦法。阻緩是當(dāng)在煙霧與空氣的混合物中含有硫化氫等硫物質(zhì)的情況下，則有可能在無焰燃燒的同時，有些固態(tài)物質(zhì)附著在催化元件表面，阻塞載體的微孔，從而引起響應(yīng)緩慢反映滯緩，靈敏度降低。 感器的選定 煙霧檢測器主要應(yīng)用在石油化工、冶金、油庫 、液化氣站、噴漆作業(yè)的易發(fā)生可燃煙霧泄漏的場所，根據(jù)報警器檢測煙霧種類的要求，一般選用接觸燃燒式煙霧傳感器和半導(dǎo)體煙霧傳感器。例如氧化物半導(dǎo)體煙霧傳感器主要檢測各種還原性煙霧，如 CO、 H C2H5OH、 CH3OH 等。由于非碳?xì)浠衔镆兹紵熿F（如 氫）不吸收電磁譜中 IR 部分的能量，所以這種傳感器可以精確地測量碳?xì)浠衔?，并具有最小的交叉靈敏度，而且不受其他煙霧的腐蝕以及高濃度目標(biāo)煙霧的影響。非擴(kuò)散式紅外探測器 NDIR nondispersive IR 是其中的一種，所有的未吸收光全部以最小的擴(kuò)散和損耗被記錄下來。在測量和比較元件中，紅外射線被煙霧有選擇的吸收了。溫度的變化情況使目標(biāo)煙霧熱傳導(dǎo)率的函數(shù)，而對于一種給定的煙霧或汽化物，熱傳導(dǎo)率使它固有的物理特性。 6 熱傳導(dǎo)傳感器 熱傳導(dǎo)傳感器與接觸燃燒式傳感器具有類似的結(jié)構(gòu)形式，但是測量原理不同。它主要適用于毒性煙霧檢測。煙霧濃度信號將電解液 分解成陰陽帶電離子，通過電極將信號傳出。高分子煙霧傳感器具有對特定煙霧分子靈敏度高，選擇性好，且結(jié)構(gòu)簡單，能在常溫下使用，可以彌補(bǔ)其他煙霧傳感器的不足。高分子氣敏材料在遇到特定煙霧時，其電阻、介電常數(shù)、材料表面聲波傳播速度和頻率、材料重量等物理能發(fā)生變化。接觸燃燒式傳感器的檢測元件一般為鉑金屬絲（也可以表面涂鉑、鈀等稀有金屬催化層），使用時將鉑絲通電，保持 300℃ 400℃的高溫，此時若與煙霧接觸，煙霧就會在稀有金屬催化層上燃燒，因此鉑絲的溫度會上升，鉑絲的電阻值也上升；通過測量鉑絲的電阻值變化大小，就知道煙霧的濃度。但這種傳感器制造成本高，檢測煙霧范圍有限，在檢測環(huán)境污染領(lǐng)域中有優(yōu)勢。 （ 2）固體電解質(zhì)煙霧傳感器 固體電解質(zhì)煙霧傳感器使用固體電解質(zhì)氣敏材料作為氣敏元件，其原理是利用氣敏材料在通過煙霧時產(chǎn)生電阻，測量其形成電動勢從而測量氣體濃度。該傳感器已成為世界上產(chǎn)量最大、使用最廣的煙霧傳感器之一。 （ 1）半導(dǎo)體煙霧傳感器 半導(dǎo)體煙霧傳感器包括用氧化物半導(dǎo)體陶瓷材料作為敏感體制作的煙霧傳感器，以及用單晶半導(dǎo)體器件制作的煙霧 傳感器。 一個煙霧傳感器可以使單功能的，也可以是多功能的；可以是單一的實(shí)體，也可以使由多個不同功 能傳感器組成的陣列。 （ 2）利用物理性質(zhì)的煙霧傳感器：如熱導(dǎo)煙霧傳感器、光干涉?zhèn)鞲衅?、紅外傳感器等。由此可見，傳感器的選型時非常重要的。 煙霧傳感器屬于氣敏傳感器，使氣 電變換器，它將可燃性氣體在空氣中的含量轉(zhuǎn)化成電壓或者電流信號，通過 A/D 轉(zhuǎn)換電路將模擬量轉(zhuǎn)換成數(shù)字量后送到單片機(jī)，進(jìn)而由單片機(jī)完成數(shù)據(jù)處理、濃度處理及報警控制等工作。模數(shù)轉(zhuǎn)換電路將從煙霧檢測電路中送出的模擬信號轉(zhuǎn)化為單片機(jī)可識別的數(shù)字信號后送入單片機(jī)，單片機(jī)對該數(shù)字信號進(jìn)行濾波處理，并對處理后的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，是否大于或等于某個預(yù)設(shè)值（即報警限），若大于則單片機(jī)控制射頻模塊向上位機(jī)發(fā)送報警信號，反之則為正常狀態(tài)。儀器的最基本組成部分應(yīng)包括：煙霧信號采集電路，模數(shù)轉(zhuǎn)換電路，單片機(jī)控制電路。因此根據(jù)以上情況以及本系統(tǒng)的要求，采用感煙探測器和感溫探測器相結(jié)合的多傳感器探測方法 [22]，可以發(fā)揮各自的優(yōu)勢、彌補(bǔ)不足之處，在火災(zāi)發(fā)生的早期就能夠更加準(zhǔn)確的報警。然而煙霧探測器在受到外界非火災(zāi)的干擾信號會產(chǎn)生誤報警，且對于某些黑煙的探測并不敏感。 煙霧濃度是火災(zāi)的特性參數(shù)之一，在較大范圍的監(jiān)視場所，煙霧探測一直被廣泛使用的火災(zāi)探測方法。 5 紅、紫外火焰探測器 火災(zāi)中能夠輻射出紅外線的不僅僅是火焰，一些高溫物體的表面都能發(fā)出與火焰紅外線頻帶相吻合的紅外線，因此這些并非火災(zāi)的紅外源就容易使單波段紅外火焰探測器產(chǎn)生誤報警 [20]。而火焰圖像探測器則對高溫物體或太陽光照射可能發(fā)生誤報警 。 4 圖像探測器 圖像火災(zāi)探測器分為煙霧圖像探測器、火焰圖像探測器、激光圖像感煙探測器等，它們都非常 適合于商場大空間建筑。氣體探測器適用于散發(fā)可燃?xì)怏w和可燃蒸汽的場所。 感煙探測器適用于火災(zāi)前期及早期，產(chǎn)生大量的煙和少量的熱，但它不能區(qū)分火災(zāi)信號與非火災(zāi)信號，如廚房煙、水蒸氣等，所以誤報率較高。 2 感煙探測器 感煙探測器可以分為離子感煙探測器和光電感煙探測器 [18]。 l 感溫探測器 感溫探測器一般分為定溫式和差溫式。其特點(diǎn)是模擬量傳輸，跟隨各種非電量參數(shù)的變化而變化 [16]。 系統(tǒng)主要器件的選擇 火災(zāi)探測器的選擇 1）探測器簡介 火災(zāi)探測器是火災(zāi)報警系統(tǒng)的重要組成部分，直接關(guān)系到整個系統(tǒng)的正常運(yùn)行。每次數(shù)據(jù)采集后根據(jù)得到的數(shù)據(jù)對現(xiàn)場情況進(jìn)行判斷，然后綜合多次判斷結(jié)果做出最終的火情判斷。本系統(tǒng)主要包括數(shù)據(jù)采集子程序、火災(zāi)判斷與報警子程序等，系統(tǒng)程序流程圖如圖 所示。一旦真出現(xiàn)火災(zāi) 煙霧和溫度同時出現(xiàn)異常 時，能立即發(fā)出聲光火災(zāi)警報 [15]。當(dāng)環(huán)境出現(xiàn)異常 如煙霧濃度過大或是溫度較高 時，能發(fā)出異常報警信號 ，引起人們注意，盡可能避免火災(zāi)的發(fā)生。當(dāng)系統(tǒng)出現(xiàn)硬件故障時，能發(fā)出故障報警信號。 本火災(zāi)自動報警系統(tǒng)具有以下功能： 1 聲、光雙重報警功能。 圖 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖 單片機(jī)是整個報警系統(tǒng)的核心，系統(tǒng)的工作原理是：先通過傳感器 包括溫感和煙感 將現(xiàn)場溫度、煙霧等非電信號轉(zhuǎn)化為電信號，調(diào)理電路將傳感器輸出的電信號進(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到數(shù)字信號的轉(zhuǎn)換，單片機(jī)判斷現(xiàn)場是否發(fā)生火災(zāi)。 圖 起火過程曲線 系統(tǒng)總體方案設(shè)計 系統(tǒng)硬件總體構(gòu)架 報警系統(tǒng)主要由數(shù)據(jù)采集模塊、單片機(jī)控制模塊、聲光報警模塊組成?；鹧嫒紵?，迅速蔓延，產(chǎn)生大量的熱使得環(huán)境溫度升高，如果能將這時能夠探測到有效地溫度值，就可以比較及時地控制火災(zāi)。 總的來說，普通可燃物在燃燒時表現(xiàn)為以下形式：首先是產(chǎn)生燃燒氣體，然后是煙霧，在氧氣充足的條件下才能達(dá)到全部燃燒，產(chǎn)生火焰，發(fā)出可見光和不可見光，并散發(fā)出大量的熱，使環(huán)境溫度升高。快速發(fā)展火焰則是火災(zāi)擴(kuò)散的速度特別快，這種類型的火災(zāi)一般為空氣中混有大量可燃?xì)怏w。陰燃就是在疏松或顆粒介質(zhì)中形成的緩慢進(jìn)行的熱解和氧化反應(yīng)，它能長時間自行維持并傳播，當(dāng)條件發(fā) 生變化時，或者自行熄滅，或者轉(zhuǎn)化為明火。其中的氣溶膠、煙霧、火焰和熱量都稱為火災(zāi)參量，通過對這些參量的測定便可確定是否存在火災(zāi)。同時，發(fā)出含有紅、紫外線的火焰，散發(fā)出大量的熱量 [11]。可燃?xì)怏w與空氣混合，在較強(qiáng)火源作用下 產(chǎn)生預(yù)混燃燒。一般氣溶膠的分子較小 直徑 m 。根據(jù)可燃?xì)怏w與空氣混合 方式不同有兩種燃燒方式，如果在燃燒前，可燃?xì)饩团c空氣均勻混和，則稱之為預(yù)混燃燒；如果可燃?xì)怏w和空氣分別進(jìn)入燃燒區(qū)邊混合邊燃燒，則稱之為擴(kuò)散燃燒。 2 火災(zāi)報警系統(tǒng)整體方案設(shè)計 火災(zāi)產(chǎn)生原理及過程 火災(zāi)是一種失去人為控制的由燃燒造成的災(zāi)害，產(chǎn)生火災(zāi)的基本要素是可燃物、助燃物和點(diǎn)火源。隨著經(jīng)濟(jì)和城市建設(shè)的快速發(fā)展，城市高層、地 下建筑以及大型綜合性建筑日益增多，火災(zāi)隱患也大大增加，火災(zāi)的數(shù)量及其造成的損失呈逐年上升趨勢，市場上迫切需要一種容量大、可靠性高、使用簡單的智能型火災(zāi)報警控制系統(tǒng)。 本文內(nèi)容的結(jié)構(gòu)安排 基于社會和經(jīng)濟(jì)方面的需求，本課題旨在開發(fā)一個能夠?qū)ΡO(jiān)測點(diǎn)實(shí)時監(jiān)控、報警的智能火災(zāi)報警系統(tǒng)。火災(zāi)自動報警系統(tǒng)的智能性主要體現(xiàn)在火災(zāi)判決和統(tǒng)籌管理方面，一般分為分散式、集中式和 分布式，分散式系統(tǒng)由非智能型控制器若干智能型探測節(jié)點(diǎn)組成，由探測節(jié)點(diǎn)完成火災(zāi)狀態(tài)的判斷 。 在我國，采用的無線通信方式的火災(zāi)自動報警系統(tǒng)日益受到重視。無線火災(zāi)自動報警系統(tǒng)起初僅用 于特殊場合，如博物館、名勝古跡等不宜布線的場合，而且其價格也比較高 [8]。 近年來，采用無線通信方式的火災(zāi)自動報警系統(tǒng)在國外悄然興起。 第四階段，從 20 世紀(jì) 80 年代中后期開始，隨著計算機(jī)技術(shù)、控制 技術(shù)、集成電路技術(shù)、傳感器技術(shù)及智能技術(shù)的快速發(fā)展，火災(zāi)自動報警系統(tǒng)步入智能化時代，智能化火災(zāi)報警系統(tǒng)迅速發(fā)展起來，各種智能型的火災(zāi)自動報警系統(tǒng)相繼出現(xiàn)。它使得布線工作量顯著減少，安裝調(diào)試更加容易，更能精確報警定位。在這一階段，火災(zāi)報警系統(tǒng)普遍采用多線制布局方式，布線、調(diào)試、系統(tǒng)可靠性是系統(tǒng)發(fā)展的瓶頸?；馂?zāi)自動報警系統(tǒng)能對火災(zāi)進(jìn)行實(shí)時監(jiān)測和準(zhǔn)確報警，有著防止和減少火災(zāi)危害、保護(hù)人身安全和財產(chǎn)安全的重要意義，有著很大的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益?；馂?zāi)發(fā)生的早期，會使得燃燒物質(zhì)分解，析出大量的有毒氣體 CO，人們可能在毫無察覺火情的情況下就發(fā)生了 CO中毒，從而無力逃生，火災(zāi)自動報警系統(tǒng)可監(jiān)測到 CO 濃度的變化，為人們提供CO 濃度超標(biāo)報警信息，通知人們及時疏散 [3]。火災(zāi)自動報警系統(tǒng) FAS 就是為了滿足這一需求而研制出的，并且其自身的技術(shù)水平也在隨著人們需求的不斷地提高 ，在功能、結(jié)構(gòu)、形式等方面不斷地完善。 嚴(yán)峻的事實(shí)證明，隨著社會和經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，社會財富日益增加，火災(zāi)給人類、社會和自然造成的危害