【正文】 2 4 1 A mI 圖 24 電離電流的形成 如果在極板 P1 和 P2 間加上一個(gè)電壓 E，極板間原來做雜亂無章的正負(fù)離子，此時(shí)在電場的作用下，正負(fù)離子做有規(guī)則的運(yùn)動(dòng)，正離子向負(fù)極運(yùn)動(dòng)，負(fù)離子向正極運(yùn)動(dòng)，從而形成了電離電流 I。 當(dāng)有煙霧時(shí)，外電離室的離子電流減少， 等效電阻增加，由于 RP 的變化使 A 點(diǎn)電位降低。這兩個(gè)等效電阻串 聯(lián)后將 E 分壓提供給后級電路供控制電路使用。 在另一方面，由于內(nèi)電離室是密封的，無煙霧粒子進(jìn)入，離子電流是恒定的。 當(dāng)外電離室有燃燒生成物和煙霧進(jìn)入時(shí)，部分正離子和負(fù)離子被吸附到燃燒生成物和煙霧顆粒 上 (燃燒生成物與煙霧顆粒比離子大 1000 倍左右 )，故其在電場中的移動(dòng)速度就會(huì)比原來的速度慢，而且在移動(dòng)過程中正負(fù)離子中和的機(jī)會(huì)也將增多，也就是離子電流會(huì)相應(yīng)地減小。 B 電極 —— 接地線端。如圖 22 所示。外電離室 (即檢測室 )有孔與外界相通，煙霧可以從該孔進(jìn)入傳感器內(nèi)；內(nèi)電離室 (即補(bǔ)償室 )是密封的，煙霧不會(huì)進(jìn) 入。 在這個(gè)設(shè)計(jì)中采用 NIS09C型離子感煙傳感器。 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(jià)格便宜，且不會(huì)發(fā)生探頭阻緩及中毒現(xiàn)象，維護(hù)成本較低等。 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，它具有靈敏度高，響應(yīng)快、體積小、結(jié)構(gòu)簡單 、 使用方便、價(jià)格便宜等優(yōu)點(diǎn)，因而得到廣泛應(yīng)用。 因此，經(jīng)常對傳感 器進(jìn)行標(biāo)定，是保證其準(zhǔn)確性的必要的途徑。中毒是如果環(huán)境空氣中含有硅烷之類的物質(zhì)時(shí)，則傳感器將 使催化元件產(chǎn)生不可逆轉(zhuǎn)的中 毒， 以致靈敏度很快就喪失。 阻緩是當(dāng)在煙 霧與空氣的混合物中含有硫化氫等含硫物質(zhì)的情況下，則有可能在無焰燃燒的同時(shí)，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)緩慢反應(yīng)滯緩，靈敏度降低。 表 23 各種煙霧傳感器可檢測的煙霧種類 傳感器種類 CO 2CO 2HS 3NH HCN HCl 2COCl 2ClNOX 半導(dǎo)體氣體傳感器 ○ ○ ○ ○ ○ 固體電解質(zhì)傳感器 ○ 接觸燃燒式傳感器 電化學(xué)式傳感器 ○ ○ ○ ○ ○ 高分子電解質(zhì)氣體傳感器 ○ ○ 陜西科技大學(xué)畢業(yè)論文 10 注：○好 ◎不太好 煙霧傳感器的選定 煙霧檢測報(bào)警器主要應(yīng)用在石油、化工、冶金、油庫、液化氣站、噴漆作業(yè)等易發(fā)生可燃煙霧泄漏的場所，根據(jù)報(bào)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。固體電解質(zhì)煙霧傳感器主要用于檢測無機(jī)煙霧，如 O CO H Cl SO2等。 4)常見煙霧傳感器可檢測煙霧種類 由于煙霧的種類繁多，一種類型的煙霧傳感器不可能檢測所有的氣體，通常只能檢測某一種或兩種特定性質(zhì)的煙霧。 不同的煙霧吸收不同波長的 IR，所以傳感器根據(jù)目標(biāo)煙霧而調(diào)整，典型應(yīng)用包括測量 CO 和 CO冷凍劑煙霧和一些易燃?xì)?。未吸收的紅外光由光電探測器測量，產(chǎn)生一個(gè)正比于目標(biāo)煙霧濃度的差分信號(hào)。 g)紅外傳感器 紅外傳感器通常用兩束紅外光進(jìn)行煙霧測量，主光束通過測量元件內(nèi)的目標(biāo)煙基于單片機(jī)的火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) 9 霧，參考光束通過比較元件內(nèi)的參考煙霧。它的測量原理是：將加熱后的鉑電阻線圈置于目標(biāo)煙霧中，由于向目標(biāo)煙霧傳送熱量造成溫度降低，引起 電阻值變化，傳感器即測量電阻 值的變化情況。目前國際上絕大部分毒氣檢測采用該類型傳感器。它的優(yōu)點(diǎn)是：反映速度快、準(zhǔn)確、穩(wěn)定性好、能夠定量檢測，但壽命較短 (大約兩年 )。 e)電化學(xué)傳感器 電化學(xué)傳感器由膜電極和電解液封裝而成。高分子氣敏材料由于具有易操作性、工藝簡單、常溫選擇性好、價(jià)格低廉、易與微結(jié)構(gòu)傳感器和聲表面波器件相結(jié)合，在毒性煙霧和食品鮮度等方面的檢測中具有重要作用。 d)高分子煙霧傳感器 利用高分子氣敏材料制作的煙霧傳感器近年來得到很大的發(fā)展。 c)接觸燃燒式傳感器 當(dāng)易燃煙霧接觸這種被催化物覆蓋的傳感器表面時(shí)會(huì)發(fā)生氧化反應(yīng)而燃燒，故得名接觸燃燒式傳感器。由于這種傳感器電導(dǎo)率高，靈敏度和選擇性好，因而得到了廣 泛的應(yīng)用，幾乎打入了石化、環(huán)保、礦業(yè)等各個(gè)領(lǐng)域，其產(chǎn)量僅次于半導(dǎo)體煙霧傳感器的一類傳感器。按照敏感機(jī)理分類，可分為電阻型和非電阻型。自 1962 年半導(dǎo)體金屬氧化物煙霧傳陜西科技大學(xué)畢業(yè)論文 8 感器問世以來，由于具有靈敏度高、響應(yīng)快、輸出信號(hào)強(qiáng)、耐久性強(qiáng)、結(jié)構(gòu)簡單、價(jià)格便宜等諸多優(yōu)點(diǎn)，得到了廣泛的應(yīng)用。但是，任何一個(gè)完整的煙霧傳感器都必須具備以下條件： a)能選擇性地檢測某種單一煙霧，而對共存的其它煙霧不響應(yīng)或低響應(yīng)； b)對被測煙霧具有較高的靈敏度，能有效地檢測允許范圍內(nèi)的煙霧濃度； c)對檢測信號(hào)響應(yīng)速度快，重復(fù)性好； d)長期工作穩(wěn)定性好； e)使用壽命長； f)制造成本低，使用與維護(hù)方便。 c)利用電化學(xué)性質(zhì)的煙霧傳感器：如電流型煙霧傳感器、電勢型氣 體傳感器等。 煙霧傳感器介紹 1)煙霧傳感器的分類 煙霧傳感器種類繁多，從檢測原理上可以分為三大類： a)利用物理化學(xué)性質(zhì)的煙霧傳感器：如半導(dǎo)體煙霧傳感器、接觸燃 燒煙霧傳感器等。傳感器作為煙霧檢測報(bào)警器的信號(hào)采集部分，是儀表的核心組成部分之一。 時(shí)，應(yīng)加木臺(tái)或類似方法安裝探測器。 7) 探測器宜水平安裝，如必須傾斜安裝時(shí)，傾斜角不應(yīng)大于 45176。 5) 探測 器至墻壁、梁的水平距離不應(yīng)小于 ，并且探測器的周圍 遮擋物。 4) 在寬度小于 3m以內(nèi)的走廊頂棚上設(shè)置探測器時(shí)宜居中布置。 火災(zāi)探測器的設(shè)置 1) 探測區(qū)域內(nèi)每個(gè)房間至少應(yīng)布置一只火災(zāi)探測器。 3)根據(jù)房間高度選擇探測器 在不同高度的房間設(shè)置火災(zāi)探測器時(shí)可參照 表 21的規(guī)定 ： 表 21 點(diǎn)型感煙、感溫火災(zāi)探測器的實(shí)用高度 房間高 度 (m) 感煙探測器 感 溫 探 測 器 一 級 二 級 三 級 12h? 20 不適合 不適合 不適合 不適合 8h? 12 適 合 不適合 不適合 不適合 6h? 8 適 合 適 合 不適合 不適合 4h? 6 適 合 適 合 適 合 不適合 h? 4 適 合 適 合 適 合 適 合 陜西科技大學(xué)畢業(yè)論文 6 總之，探測器選擇應(yīng)根據(jù)實(shí)際環(huán)境情況選擇合適的探測器，以達(dá)到及時(shí)、準(zhǔn)確報(bào)警的目的。 b)可能產(chǎn)生陰燃或者發(fā)生火災(zāi)不及早報(bào)警將造成 重大損失的場所，不宜選用感溫探測器；溫度在 0℃ 以下的場所，不宜選用定溫探測器 ； 正常情況下溫度變化大的場所，不宜選用差溫探測器。 d)火災(zāi)形成特點(diǎn)不可預(yù)料，可進(jìn)行模擬試驗(yàn)，根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果選擇探測器。 b)火災(zāi)發(fā)展迅速，產(chǎn)生大量的熱、煙和火焰輻射，可選用感煙探測器、感溫探測器、火焰探測器或其組合。 6)復(fù)合式火災(zāi)探測器 ： 復(fù)合式火災(zāi)探測器是對兩種或兩種以上火災(zāi)參數(shù)響應(yīng)的探測器，它有感煙感溫式、感煙感光式，感溫感光式等幾種型式 。當(dāng)可燃?xì)怏w進(jìn)入探測器時(shí)，在鉑絲表面引起氧化反應(yīng) (無焰燃燒 )，其產(chǎn)生的熱量使鉑絲的溫度升高，而鉑絲的電阻率便發(fā)生變化?？扇?xì)怏w探測器有催化型和半導(dǎo)體型兩種類型。 4）感焰式 圖像 火災(zāi)探測技術(shù)：感焰型火災(zāi)探測器主要檢測明火出現(xiàn)的情況，其核心是采集后圖像的數(shù)字圖像處理部分，利用攝像頭對現(xiàn)場進(jìn)行監(jiān)視，對攝取的視頻信號(hào)由圖像采集卡捕捉為數(shù)字圖像并輸入計(jì)算機(jī)，根據(jù)火災(zāi)的圖像特征進(jìn)行處理分析，達(dá)到探測火災(zāi)是否發(fā)生的目的。紅外光探測器基本上包括一個(gè)過濾裝置和透鏡系統(tǒng)，用來篩除不需要的波長，而將收進(jìn)來的光能聚集在對紅外光敏感的光電管或光敏電阻上。據(jù)火焰的光特性，目前使用的火焰探測器有兩種 ： 一種是對波長較短的光輻射敏感的紫外探測器，另一種是對波長較長的光輻射敏感的紅外探測器。 感光式火災(zāi)探測器又稱火焰探測器，它是用于響應(yīng)火災(zāi)的光特性。感煙式火災(zāi)探測器適宜安裝在發(fā)生火災(zāi)后產(chǎn)生煙霧較大或容易產(chǎn)生陰燃的場所 ， 它不宜安裝在平時(shí)煙霧較大或通風(fēng)速度較快的場所 。它是將探測部位煙霧濃度的變化轉(zhuǎn)換為電信號(hào)實(shí)現(xiàn)報(bào)警目的一種器件。在火災(zāi)初期，由于溫度較低，物質(zhì)多處于陰燃階段，所以產(chǎn)生大量煙霧。感溫式火災(zāi)探測器適宜安裝于起火后產(chǎn)生煙霧較小的場所 ， 平時(shí)溫度較高的場所不宜安裝感溫式火災(zāi)探測器 。根據(jù)監(jiān)測溫度參數(shù)的不同，一般陜西科技大學(xué)畢業(yè)論文 4 用于工業(yè)和民用建筑中的感溫式火災(zāi)探測器有定溫式、差溫式、差定溫式等幾種。感溫式火災(zāi)探測器是對警戒范圍中某一點(diǎn)或某一線路周圍溫度變化時(shí)響應(yīng)的火災(zāi)探測器。因?yàn)榇穗A段盡管產(chǎn)生了大量的煙霧，充滿建筑內(nèi)的空間，但環(huán)境溫度并不高，尚未蔓延發(fā)展到嚴(yán)重的程度。 對于普通可燃燒物質(zhì)的表現(xiàn)形式，首先是產(chǎn)生燃燒氣體，然后是煙霧，在氧氣供應(yīng)充分的條件下，才能達(dá)到全部燃燒，產(chǎn)生火焰，并散發(fā)出大量的熱，使環(huán)境溫度升高，起火過程曲線如圖 21所示 ： 圖 21 起火過程曲線 如圖所示，起火過程中，總是前兩個(gè)階段所占有的時(shí)間比較長，這是燃燒的開始階段。因此，尋找適當(dāng)?shù)男盘?hào)處理算法和探測方式一直是火災(zāi)自動(dòng)探測研究的首要任務(wù)。它只在控制機(jī)中有 智能功能而在探測器中沒有智能功能，而真正的智能系統(tǒng)應(yīng)該是可以根據(jù)現(xiàn)場環(huán)境自動(dòng)調(diào)整運(yùn)行參數(shù)，具有自我學(xué)習(xí)和自適應(yīng)能力等一系列高級功能的系統(tǒng)。火災(zāi)探測器是把火災(zāi)發(fā)生時(shí)燃燒所產(chǎn)生的熱量、煙霧、火焰等特性進(jìn)行 “ 感覺 ”， 并轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?hào)，傳給“大腦” —— 火災(zāi)報(bào)警控制器，由它來處理判斷，一旦信號(hào)值大于原來設(shè)定的 閾 值，就立即報(bào)警，消防控制室立刻啟動(dòng)其它消防設(shè)施撲救火災(zāi)。由此提出了本題目：基于單片機(jī)的火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)。在目前中國許多冠名以高新技術(shù)的行業(yè)中，中國企業(yè)大多做的是下游的制造和服務(wù)，分取極少一部分的利潤， 像 消防報(bào)警產(chǎn)品那樣又擁有自我知識(shí)產(chǎn)權(quán)，又擁有大量市場的行業(yè)其實(shí)是很少的。 消防報(bào)警產(chǎn)品是一個(gè)系列產(chǎn)品， 由觸發(fā)器件、火災(zāi)警報(bào)裝置以及具有其它輔助功能的裝置組成 ， 是物理傳感技術(shù)、自動(dòng)控制、計(jì)算機(jī)技術(shù)、數(shù)據(jù)傳輸和管理、智能樓宇等技術(shù)的綜合集成，屬于高新技術(shù)。德、日、美等國家就采用計(jì)算機(jī)與用戶終端的傳感器或者用戶終端信號(hào)采集器相連 ，對火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警設(shè)備實(shí)時(shí)監(jiān)控以及故障遠(yuǎn)程傳輸。中國企業(yè)正虎視眈眈，準(zhǔn)備進(jìn)軍海外市場。由于中國的建設(shè)正在飛速發(fā)展，市場大的驚人，可幸的是中國企業(yè)抓住了機(jī)遇，頂住了挑戰(zhàn)，先是一批國家的科研院所，后是一批國營企業(yè)、民營企業(yè)，業(yè)內(nèi)也吸引和凝聚一大批國內(nèi)的技術(shù)和管理精英，花了十多年時(shí)間，通過幾次產(chǎn)品更新?lián)Q代，就使自己的產(chǎn)品 緊緊跟上了國際水平，并且奪回了大部分國內(nèi)市場，使得現(xiàn)在大多國外產(chǎn)品只有招架之功 。 二十多年前，中國的消防報(bào)警產(chǎn)品剛剛起步，無論產(chǎn)品技術(shù)含量、產(chǎn)品系列完整性、使用性，還是社會(huì)影響程度都是相當(dāng)?shù)偷?。對探測器的使用環(huán)境參數(shù)變化較大的場所，靈敏度設(shè)定相對低一些，對環(huán)境較穩(wěn)定或一些重要的場所，靈敏度設(shè)定相對高一些，這一功能可提高 系統(tǒng) 的穩(wěn)定性及可靠性，減少誤報(bào)。 第三階段：智能型火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)。 第二階段：總線型火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)。 第一階段：多線型火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)。而在居民住宅區(qū)、機(jī)房、辦公室等小型防火單位 , 需要設(shè)置一種單一或區(qū)域聯(lián)網(wǎng)、廉價(jià)實(shí)用的火災(zāi)自動(dòng)探測報(bào)警裝置 , 因此 , 研制一種結(jié)構(gòu)簡單、價(jià)格低廉的語音數(shù)字聯(lián)網(wǎng)火災(zāi)報(bào)警器是非常必要的。 火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)就是為了滿足這一需求的 而研制出來的，它能準(zhǔn)確地判斷火警、預(yù)報(bào)火警，從而保障生命和財(cái)產(chǎn)安全。 對于火災(zāi)，在我國古代，人們就總結(jié)出 “ 防為上，救次之，戒為下 ” 的經(jīng)驗(yàn)?；馂?zāi)早已成為我國常發(fā)性和破壞性以及影響力最強(qiáng)的災(zāi)害之一 ，對人們的生命財(cái)產(chǎn)造成極大的危害。具有一定的實(shí)用價(jià)值。 在系統(tǒng)單片機(jī)控制電路的設(shè)計(jì)上，充分利用了其高速數(shù)據(jù)處理能力和豐富的片內(nèi)外設(shè)，實(shí)現(xiàn)了儀器的小型化和智能化。 信號(hào) 經(jīng) A/D 轉(zhuǎn)換傳 送給單片機(jī)， 然后 對火災(zāi)情況進(jìn)行判斷，根據(jù)判定情況來 決定報(bào)警與否，同時(shí)對相關(guān)信息進(jìn)行顯示。 NIS09C是對 CO、 CO煤氣等多種煙霧氣體有良好敏感特性的半導(dǎo)體敏感器件。 論文設(shè)計(jì)的煙霧報(bào)警器由煙霧信號(hào)采集電路與單片機(jī)控制電路兩大部分構(gòu)成。 I 基于單片機(jī)的火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) 摘 要 煙霧檢測報(bào)警器可避免火災(zāi)和爆炸事故以及煤氣中毒的發(fā)生，它是防火、防爆和安全生產(chǎn)所必備的儀器，可保障生產(chǎn)與生活的安全，具有廣闊的市場空間與發(fā)展前景。 本論 文內(nèi)容主要對火災(zāi)報(bào)警控制器的理論做了研究， 對系統(tǒng)的整體設(shè)計(jì)和各個(gè)組成部分進(jìn)行了詳細(xì)的分析和設(shè)計(jì)， 并全面闡述了一個(gè)能實(shí)際應(yīng)用的火災(zāi)報(bào)警控制器硬件部分和軟件部分的方法和過程。 根據(jù)設(shè)計(jì)要求、使用環(huán)境、成本等因素，選用 NIS09C 型半導(dǎo)體電阻式煙霧 傳感器 和 DS18B20 溫度傳感器 。它的靈敏度適中，具有響應(yīng)與恢復(fù)特性好，長期工作穩(wěn)定性、受環(huán)境影響較小等優(yōu)點(diǎn)。當(dāng)煙霧的濃度達(dá)到設(shè)定的濃度時(shí)，發(fā)出聲光報(bào)警 ， 或者 在溫度大于一定值時(shí)報(bào)警 。