【正文】 估計(jì)的損失和嚴(yán)重的影響。根據(jù)網(wǎng)絡(luò)新聞報(bào)道可知，英國每年發(fā)生50000起以上的嚴(yán)重家庭火災(zāi)，其中大部分火災(zāi)造成傷亡和重大的家庭財(cái)產(chǎn)損失，甚至連累左鄰右舍。家庭防火重在防患于未然，因此，我們就有必要研制一種結(jié)構(gòu)簡單、價(jià)格低廉的煙霧自動(dòng)報(bào)警器，以適應(yīng)市場(chǎng)的需求。在國外，現(xiàn)在的火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)已達(dá)到智能型、全總線型和綜合型，系統(tǒng)一旦報(bào)警，馬上在顯示器上出現(xiàn)報(bào)警探測(cè)器的具體地址，一目了然?，F(xiàn)階段，我國火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)的主要問題有以下幾點(diǎn)：適用范圍過小。由于家庭住宅等小單位的防范措施不到位，給家庭生活帶來了許多的不方便和一定的損失。我國使用的火災(zāi)探測(cè)器雖然都進(jìn)行了智能化設(shè)計(jì)，但由于傳感器件探測(cè)的參數(shù)較少、支持系統(tǒng)的軟件開發(fā)不成熟、各種算法的準(zhǔn)確性缺乏足夠驗(yàn)證、火災(zāi)現(xiàn)場(chǎng)參數(shù)數(shù)據(jù)庫不健全等，火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)難以準(zhǔn)確判定粒子(煙氣)的濃度、現(xiàn)場(chǎng)溫度、光波的強(qiáng)度以及可燃?xì)怏w的濃度、電磁輻射等指標(biāo)，造成遲報(bào)、誤報(bào)、漏報(bào)情況較多。我國應(yīng)用的火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)形式基本上以區(qū)域火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)、集中火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)和控制中心火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)為主，安裝形式主要是集散控制方式，自成體系，自我封閉，尚未形成區(qū)域性網(wǎng)絡(luò)化火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)。火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)以多線制和總線制連接方式為主，探測(cè)器和報(bào)警器及控制器之間是采用兩條或多條的銅芯絕緣導(dǎo)線或銅芯電纜穿管相接，存在耗材多、成本高、抗干擾能力差的缺點(diǎn)。火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)誤報(bào)、漏報(bào)問題較多。面對(duì)人類社會(huì)經(jīng)濟(jì)與技術(shù)急速發(fā)展的時(shí)代，伴隨這電子、計(jì)算機(jī)、通訊和現(xiàn)代控制技術(shù)的迅速發(fā)展，現(xiàn)代火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警應(yīng)用技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)正在向著全總線制、軟件編程、網(wǎng)絡(luò)化、智能化、多樣化、小型化、社區(qū)化、藍(lán)牙技術(shù)無線化、高靈敏化、綜合化等方面發(fā)展。通過對(duì)新技術(shù)、新工藝、新材料和新設(shè)備的應(yīng)用研究，對(duì)系統(tǒng)方案、設(shè)備選型的優(yōu)化組合，改進(jìn)火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)的工作性能、減少維護(hù)費(fèi)用和維護(hù)要求，向著高可靠性、高靈敏性、低誤報(bào)率、系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)化、技術(shù)智能化方向發(fā)展，為更好的預(yù)防和遏制建筑火災(zāi)提供了強(qiáng)有力的保障，從而更好的保護(hù)國家和人民的生命、財(cái)產(chǎn)安全。該報(bào)警系統(tǒng)的最基本組成部分應(yīng)包括：信號(hào)采集及前置放大電路、模數(shù)轉(zhuǎn)換電路、單片機(jī)控制電路、字符顯示電路、聲光報(bào)警電路和安全保護(hù)電路等部分組成。報(bào)警器采用延時(shí)的工作方式，煙霧檢測(cè)報(bào)警器以AT89C51單片機(jī)為控制核心，選用QMN5半導(dǎo)體氣體煙霧傳感器采集煙霧濃度信息，配合外圍電路構(gòu)成煙霧報(bào)警系統(tǒng)。煙霧傳感器放大電路A/D轉(zhuǎn)換單片機(jī)調(diào)節(jié)閥LED狀態(tài)指示燈蜂鳴器數(shù)碼管字符顯示 換氣扇 圖 21可燃煙霧報(bào)警器系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖該系統(tǒng)的工作由煙霧信號(hào)采集及放大電路將采集到的煙霧濃度信息轉(zhuǎn)化為放大的模擬電信號(hào)。單片機(jī)對(duì)該數(shù)字信號(hào)進(jìn)行處理，并對(duì)處理后的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。反之則為正常工作狀態(tài)。系統(tǒng)采用蜂鳴器聲音報(bào)警和LED閃爍狀態(tài)作為警報(bào)信號(hào)。因?yàn)樽兓墓庑盘?hào)可以引起用戶和家庭鄰居的注意，彌補(bǔ)了在嘈雜環(huán)境中聲音報(bào)警的局限，使得報(bào)警裝置更加完善。系統(tǒng)留有繼電器接口，使單片機(jī)能夠控制換氣風(fēng)扇和調(diào)節(jié)閥的工作狀態(tài)，讓系統(tǒng)在報(bào)警的同時(shí)自動(dòng)啟動(dòng)相關(guān)安全裝置。為提高響應(yīng)時(shí)間，保證傳感器準(zhǔn)確地、穩(wěn)定地工作，報(bào)警器需要向煙霧傳感器持續(xù)輸出一個(gè)5V的電壓。當(dāng)傳感器加熱絲或電纜線和傳感器斷線或接觸不良時(shí)，進(jìn)行故障報(bào)警。煙霧傳感器是測(cè)量裝置和控制系統(tǒng)的首要環(huán)節(jié)。煙霧傳感器能夠?qū)怏w的種類及其濃度有關(guān)的信息轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，根據(jù)這些電信號(hào)的強(qiáng)弱就可以獲得與待測(cè)氣體在環(huán)境中存在的情況有關(guān)的信息，從而達(dá)到檢測(cè)、監(jiān)控、報(bào)警的功能。煙霧傳感器作為報(bào)警器中不可缺少的核心器件，它決定了所采集的煙霧濃度信號(hào)的準(zhǔn)確性和可靠性。它能將空氣中的煙霧濃度變量轉(zhuǎn)換成有一定對(duì)應(yīng)關(guān)系的輸出信號(hào)的裝置。當(dāng)煙霧探頭碰到煙霧或某些特定的氣體，煙霧探頭內(nèi)部阻值發(fā)生變化，產(chǎn)生一個(gè)模擬值，從而對(duì)其進(jìn)行控制。在智能建筑中對(duì)火災(zāi)探測(cè)器的應(yīng)用主要以感煙火災(zāi)探測(cè)器選用為主。目前，煙霧傳感器廣泛應(yīng)用在城市安防、小區(qū)、工廠、公司、學(xué)校、家庭、別墅、倉庫、資源、石油、化工、燃?xì)廨斉涞缺姸囝I(lǐng)域。但是，由于各生產(chǎn)的設(shè)備不可通用，獨(dú)立為正，不但不可彼此互相代替，更不可以互相通訊。而這也正是國內(nèi)產(chǎn)品市場(chǎng)的一個(gè)重大缺陷。由于對(duì)不同氣體的檢測(cè)方法不盡相同，目前主要的方法有：利用半導(dǎo)體氣體器件檢測(cè)的電氣法；使用電極和電解液對(duì)氣體進(jìn)行檢測(cè)的電化學(xué)法；利用氣體對(duì)光的折射率或光吸收等特性來檢測(cè)氣體的光學(xué)法。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(cè)某種單一煙霧，而對(duì)共存的其它煙霧不響應(yīng)或低響應(yīng)； (b)對(duì)被測(cè)煙霧具有較高的靈敏度，能有效地檢測(cè)允許范圍內(nèi)的煙霧濃度；(c)對(duì)檢測(cè)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。但是，由于煙霧的種類繁多，一種類型的煙霧傳感器不可能檢測(cè)所有的氣體，通常只能檢測(cè)某一種或兩種特定性質(zhì)的煙霧。固體電解質(zhì)煙霧傳感器主要用于檢測(cè)無機(jī)煙霧，如OCOHClSO2等。(a)半導(dǎo)體煙霧傳感器（半導(dǎo)體氣敏傳感器）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。按照敏感機(jī)理分類，半導(dǎo)體煙霧傳感器可分為電阻式和非電阻式。 自1962年半導(dǎo)體金屬氧化物煙霧傳感器問世以來，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、體積小、維修方便、價(jià)格便宜等諸多優(yōu)點(diǎn)，得到了廣泛的應(yīng)用。該傳感器己成為世界上產(chǎn)量最大、使用最廣的煙霧傳感器之一。接觸燃燒式氣體傳感器的檢測(cè)元件一般為鉑金屬絲（也可表面涂鉑、鈀等稀有金屬催化層），使用時(shí)對(duì)鉑絲通以電流，保持300℃～400℃的高溫，此時(shí)若與可燃性氣體接觸，可燃性氣體就會(huì)在稀有金屬催化層上燃燒，因此鉑絲的溫度會(huì)上升，鉑絲的電阻值也上升；通過測(cè)量鉑絲的電阻值變化的大小，就知道可燃性氣體的濃度。一般在連續(xù)使用兩個(gè)月后應(yīng)對(duì)該傳感器進(jìn)行維護(hù)。(c)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。即煙霧濃度信號(hào)將電解液分解成陰陽帶電離子，通過電極將信號(hào)傳出。它主要適用于毒性煙霧檢測(cè)。 (d)高分子煙霧傳感器 利用高分子氣敏元件制作的煙霧傳感器近年來得到很大的發(fā)展。高分子氣敏元件由于具有易操作性、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(cè)中具有重要作用。 （e）紅外吸收型傳感器 紅外傳感器通常用兩束紅外光進(jìn)行煙霧測(cè)量，主光束通過測(cè)量元件內(nèi)的目標(biāo)煙霧，參考光束通過比較元件內(nèi)的參考煙霧。未吸收的紅外光由光電探測(cè)器測(cè)量，產(chǎn)生一個(gè)正比于目標(biāo)煙霧濃度的差分信號(hào)。 由于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(cè)量CO和CO冷凍劑煙霧和一些易燃?xì)狻?（f） 離子感煙傳感器離子感煙傳感器對(duì)于火災(zāi)初起和陰燃階段的煙霧氣溶膠檢測(cè)非常有效。由于它能使兩極板間空氣分子電離為正、負(fù)離子，使電極之間原來不導(dǎo)電的空氣具有導(dǎo)電性。當(dāng)火災(zāi)發(fā)生時(shí)，煙霧粒子進(jìn)入電離室后，電力部分（區(qū)域）的正離子和負(fù)離子被吸附到煙霧粒子上，使正、負(fù)離子相互中和的概率增加，從而將煙霧粒子濃度大小以電流變化量大小表示出來，實(shí)現(xiàn)對(duì)火災(zāi)參數(shù)的檢測(cè)。平常光源發(fā)出的光，通過透鏡射到光敏元件上，電路維持正常，如果有煙霧從中阻隔，到達(dá)光敏元件上的光就顯著減弱，于是光敏元件就把光強(qiáng)的變化變成電的變化，利用光散射原理對(duì)火災(zāi)初期產(chǎn)生的煙霧進(jìn)行探測(cè)，并及時(shí)發(fā)出報(bào)警信號(hào)。光電式感煙探測(cè)器發(fā)展很快，種類不斷增多，就其功能而言，它能實(shí)現(xiàn)早期火災(zāi)報(bào)警，除應(yīng)用于大型建筑物內(nèi)部外，還特別適用于電氣火災(zāi)危險(xiǎn)性較大的場(chǎng)所，如計(jì)算機(jī)房、儀器儀表室和電纜溝、隧道等處。經(jīng)過對(duì)比眾多煙霧傳感器的應(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。因此，本設(shè)計(jì)中的煙霧傳感器選用QMN5半導(dǎo)體氣體煙霧傳感器。當(dāng)傳感器所處環(huán)境中存在可燃?xì)怏w時(shí)，傳感器的電導(dǎo)率隨空氣中可燃?xì)怏w濃度的增加而增大。該傳感器具備一般半導(dǎo)體煙霧傳感器靈敏度高、電導(dǎo)率變化大、響應(yīng)和恢復(fù)時(shí)間短、抗干擾能力強(qiáng)、輸出信號(hào)大、壽命長和工作穩(wěn)定等優(yōu)點(diǎn)，在市面上應(yīng)用十分廣泛。(b)SnO2氣敏元件對(duì)氣體檢測(cè)是可逆的，而且吸附、脫離時(shí)間短，可連續(xù)長時(shí)間使用。QMN5氣敏元件的結(jié)構(gòu)和外形如圖23所示，由微型AL2O3陶瓷管、SnO2 敏感層,測(cè)量電極和加熱器構(gòu)成的敏感元件固定在塑料或不銹鋼制成的腔體內(nèi)，加熱器為氣敏元件提供了必要的工作條件。 QMN5半導(dǎo)體氣體煙霧傳感器適用于天然氣、煤氣、氫氣、烷類氣體、汽油、煤油、乙炔、氨氣、煙霧等的檢測(cè)，對(duì)可燃性氣體的（CHC4HH2等）的檢測(cè)很理想。是一款便攜式氣體檢測(cè)器，非常適合多種應(yīng)用的低成本傳感器。表21 QMN5的技術(shù)指標(biāo)加熱電壓（Vh） AC或DC 5177。通常煙霧傳感器輸出的電信號(hào)是模擬信號(hào)（已有許多新型傳感器采用數(shù)字量輸出）。所以QMN5半導(dǎo)體氣體煙霧傳感器要想把采集到的煙霧濃度模擬信號(hào)傳送給單片機(jī)控制器就必須經(jīng)過放大器進(jìn)行放大處理，之后才能將模擬信號(hào)經(jīng)過A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)化為可以識(shí)別的電信號(hào)給單片機(jī)。因此，QMN5氣體傳感器需開機(jī)預(yù)熱幾分鐘，才可投入使用，以免造成誤報(bào)。在單片機(jī)實(shí)現(xiàn)的控制功能中，需要單片機(jī)有較快的運(yùn)算速度，使檢測(cè)人員和用戶在報(bào)警器系統(tǒng)正常工作時(shí)能夠及時(shí)地觀測(cè)到實(shí)時(shí)的煙霧濃度等級(jí)，并進(jìn)行相應(yīng)處理。單片機(jī)作為最典型的嵌入式系統(tǒng)，所以它是低端控制系統(tǒng)最佳器件。由于MCS系列單片機(jī)集成了幾乎完善的中央處理單元，處理功能強(qiáng)，中央處理單元中集成了方便靈活的專用寄存器，這給我們利用單片機(jī)提供了極大的便利。其中，51系列單片機(jī)的優(yōu)點(diǎn)是價(jià)錢便宜,I/O口多,程序空間大。（1）AT89C51功能特性概述目前市面上使用的比較普遍的51系列單片機(jī)是AT89C51。其主要性能參數(shù)如下：(a) 與MCS51產(chǎn)品指令系統(tǒng)完全兼容(b) 4k字節(jié)可重擦寫Flash閃速存儲(chǔ)器(c) 1000次擦寫周期(d) 全靜態(tài)操作：0Hz－24MHz(e) 三級(jí)加密程序存儲(chǔ)器(f) 1288字節(jié)內(nèi)部RAM(g) 32個(gè)可編程I／O口線(h) 2個(gè)16位定時(shí)／計(jì)數(shù)器(i) 6個(gè)中斷源(j)可編程串行UART通道(k)低功耗空閑和掉電模式 圖24 AT89C51的引腳排列圖 AT89C51單片機(jī)提供以下標(biāo)準(zhǔn)功能：4k 字節(jié)Flash 閃速存儲(chǔ)器，128字節(jié)內(nèi)部RAM，32 個(gè)I／O 口線，兩個(gè)16位定時(shí)／計(jì)數(shù)器，一個(gè)5向量兩級(jí)中斷結(jié)構(gòu)，一個(gè)全雙工串行通信口，片內(nèi)振蕩器及時(shí)鐘電路?？臻e方式停止CPU的工作，但允許RAM，定時(shí)／計(jì)數(shù)器，串行通信口及中斷系統(tǒng)繼續(xù)工作。T0 T1 時(shí)鐘源 系 統(tǒng) 總 線 CPU震蕩與定時(shí)電路外部中斷信號(hào)內(nèi)部中斷信號(hào)128BSFR 128BRAM4KBROM兩個(gè)16位定時(shí)0計(jì)數(shù)器總線控制 并行端口串行端口控制信號(hào)P0 P1 P2 P3TXD RXD 圖25 AT89C51單片機(jī)的基本組成圖（2）AT89C51的內(nèi)存空間內(nèi)部程序存儲(chǔ)器（FLASH）4K 字節(jié)。內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（RAM）256 字節(jié)。