【正文】 探測器 緊急呼救開關(guān) 警示信息 工作燈 報警燈 故障燈 報警蜂鳴器 用戶端自動報警器（ AT89S51） 通訊模塊 通訊模塊 小 區(qū) 監(jiān) 控 管 理 中 心 中 央 控 制 器CPU(W77E58) 主控計算機 聯(lián)動模塊 報 警 報警蜂鳴器 LED 數(shù)碼顯示 鹽城工學院本科生畢業(yè)設(shè)計說明書（ 2020） 3 報警系統(tǒng)的功能及工作過程 報警系統(tǒng)的特點和功能 （ 1）報警功能： 一旦有火警發(fā) 生，立即發(fā)出報警，能準確到具體樓層、具體房間、具體探測器； （ 2）自動記錄功能：即時記錄異樣情況，以中文打??； （ 3）資料檔案功能：能儲存歷史火警資料，為做好防火工作提供依據(jù)； （ 4）狀態(tài)指示功能：對一切消防設(shè)備的工作狀態(tài)進行顯示； （ 5）信息反饋功能：可對任何樓層的火警信息由計算機喇叭或電鈴發(fā)出火警報警聲以引起值班人員的警覺； （ 6）疏散指示功能：一旦發(fā)生火警，能將火災(zāi)樓層按設(shè)定的疏散方案及時顯示于電腦的顯示屏上，協(xié)助指揮員分析火情，指導疏散； （ 7） 滅火準備功能：一旦發(fā)生火警，能自動啟動消防水泵投入運行，為消防栓的滅火提供充足的水源。 系統(tǒng)的基本工作過程 用戶端的防范現(xiàn)場，一旦發(fā)生災(zāi)情，與之相應(yīng)的報警探測器 (各種火災(zāi)傳感器及手動報警按鈕等 )則立即向用戶端自動報警器發(fā)出報警信號。在用戶 端自動報警器的面板上設(shè)有按鈕以及三色警燈 (LED)，三色警燈分別指示火災(zāi)防火報警、正常工作及系統(tǒng)出現(xiàn)故障的狀態(tài)，即報警燈 (紅 )、工作燈 (綠 )和故障燈 (黃 )。 3 用戶端探測器設(shè)計 探測器電路設(shè)計是本課題電路設(shè)計的重點之一，探測器 電路部分，由多種類型傳感器實現(xiàn)多元信號綜合檢測是本系統(tǒng)中探測電路部分的基本設(shè)計思想，多元信號檢測一方面完成火情的實時監(jiān)測任務(wù)，另一方面大大降低了探測器部分的誤報率，提高了整個系統(tǒng)的可靠性和抗干擾性。多傳感器設(shè)計思想解決了傳統(tǒng)單一防火探測器一直存在的誤報率高的問題，增強了火災(zāi)探測的可靠性。由于單元探測技術(shù)所采用的單一參數(shù)火災(zāi)探測器 (包括閾值觸發(fā)式和模擬量式 )對火災(zāi)特征信號響應(yīng)靈敏度 的不均勻性，導致它對實際火災(zāi)的探測能力受到了限制，尤其是用于對家庭住宅火情的準確探知更是重要。 圖 31 復(fù)合型火災(zāi)探測器原理示意圖 實際上，響應(yīng)各種不同類型的火災(zāi)，通常使用不同類型的火災(zāi)傳感器，比較實驗結(jié)果如表 31 中所示。 表 31 各種火災(zāi)探測器比較實驗對照表 傳感器類型 單傳感器元件閾值探測器 多傳感元件探測器 實驗火類型 光電感煙探測 差溫探測 離子感煙探測 離子和差溫復(fù)合探測 木材明火 不合適 最佳 最佳 最佳 木材熱解火 最佳 不合適 合適 合適 綿繩陰燃火 很合適 不合適 最佳 最佳 聚氨酯塑料火 很合適 合適 很合適 很合適 正庚烷火 很合適 很合適 最佳 最佳 無煙液體火 不合適 最佳 不合適 最佳 溫度探測器 離子感煙探測器 預(yù)處理 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò) MCU 單片機 鹽城工學院本科生畢業(yè)設(shè)計說明書（ 2020） 5 溫度探測器 溫度探測器使用數(shù)字溫度傳感器 DS18B20， 5V 直流電壓供電。以上特點使 DS18B20 非常適用于遠距離多點溫度檢測系統(tǒng)。探測器中 DS18B20 采用外接電源供電方式，保證在有效的 DS18B20時鐘周期內(nèi)能提供足夠的電流，圖 32 中通過單片機的一個 I/O 口（ ）對 DS18B20進行控制并取得溫度值。 離子感煙探測器 離子感煙探測器的工作原理 離子感煙式火災(zāi)探測器是采用空氣離化探測火災(zāi)方法構(gòu)成和工作的。當火災(zāi)產(chǎn)生的煙霧及燃燒產(chǎn)物，即煙霧氣溶膠進入電離空間（一般稱作電離室）時，表面積較大的煙霧顆粒將吸附其中的帶電粒子 ，產(chǎn)生離子電流變化，經(jīng)電子線路加以檢測，從而獲得與煙濃度有直接關(guān)系的電測信號，用于火災(zāi)確認和報警。 A 電極接 9V 電源正極， B 電極接電源負極（地）， C 電極為收集電極。 5℃時，在空氣清潔的+5V MCU DS18B20 火災(zāi)檢測報警系統(tǒng)的設(shè)計 6 條件下，收集電極的平衡點位為 5~；有煙霧時，收集電極的電位僅為 ~，電壓差值較大，這樣可以保證判斷的準確性。它只需外接一個離子源和用于安裝離子源的離子室及少量的外部元件，即完成煙霧探測、報警的功能。它主要具有以下一些特點： （ a）內(nèi)置高輸入阻抗的場效應(yīng)管比較器； （ b）內(nèi)含壓電式蜂鳴器的驅(qū)動電路，可以直接驅(qū)動蜂鳴器； （ c）探測信號輸入端具有保護二極管； （ d）電池欠壓報警，電池電壓報警點可通過外接電阻設(shè)置； （ e）探測閥值即靈敏度可通過電阻進行設(shè)置； （ f）具有一個 I/O 腳，允許 40 個報警單元相互連接在一起，組成一個多點報警區(qū)域系統(tǒng)。 圖 34 MC14468 封裝圖 由圖可以看出它具有直接同離子室中的各極相連的引腳（引腳 1 1 16）和發(fā)光二極管驅(qū)動輸出引腳（引腳 5）等。 低電壓設(shè)置 信號輸出 靈敏度設(shè)置 檢測輸出 LED 驅(qū)動 B 極 S 極 輸入輸出 反饋輸入 信號輸入 保護上限 保護下限 晶振電容 定時電阻 振蕩 定時器 報警邏輯 內(nèi)部電源 圖 35 MC14468 內(nèi)部結(jié)構(gòu) 內(nèi)含有振蕩器、定時器、鎖存器、報警控制邏輯電路，和高輸入阻抗的比較器、電阻網(wǎng)絡(luò)等。每個 周期內(nèi)，內(nèi)部的電源都提供給整個芯片工作。 當 MC14468 檢測到有煙霧時，振蕩器的振蕩周期變?yōu)?40ms，壓電蜂鳴器振蕩驅(qū)動電路啟動，啟動使能輸出為維持高電平 160ms 后，停止 80ms。在煙霧報警過程中，將禁止電池欠壓報警，同時 LED 發(fā)光二極管指示等閃亮，頻率約為 1Hz。 煙霧探測的靈敏度和電池欠壓告警值可以通過外接電阻來設(shè)置，它們共用一個電阻分壓網(wǎng)絡(luò)，通過 3 腳將一電阻接到 VDD，可設(shè)置電池欠壓告警電壓值，通過 13火災(zāi)檢測報警系統(tǒng)的設(shè)計 8 腳將一電阻接至 VSS可設(shè)置靈敏度級別；靈敏度級別的設(shè)置也可以通過改變離子室的結(jié)構(gòu)或離子源的強度。 MC14468 的 1 腳（檢測輸出端）直接聯(lián)接單片機的 INT0 如圖 36，當檢測到煙霧時，其輸出的高電平通過 INT0 控制單片 機內(nèi)部定時器 T0 工作，定時 50 ms，T0 溢出中斷，進入中斷服務(wù)程序 。每次 T0 記時開始時，要由軟件重新置初值，從而不會由 于 50 ms 期間 MC14468 管腳 1 上的信號消失或變低而導致下次運行出錯。當按下 SB 時， 9V電源經(jīng) RR5分壓后變成 由 UD02 的 A 電極輸入傳感器，模擬有煙霧時的狀態(tài)，使收集電極 C 的輸出電壓降低。 限流電阻 R1 = （ 9V2V） / 20 mA =350 Ω （這里黃色發(fā)光二極管的工作電壓為 2V，工作電流為 20mA）。 鹽城工學院本科生畢業(yè)設(shè)計說明書（ 2020） 9 蜂鳴器驅(qū)動電路經(jīng)外接的 C R R2 形成調(diào)制的變頻輸出，從而推動蜂鳴器發(fā)出報警。 系統(tǒng)微處理器采用美國 ATMEL 公司生產(chǎn)的 AT89S51 單片機， AT89S51 采用CMOS 工藝，是一種低功耗、高性能的，與 INTEL 8051 系列單片機完全兼容的 8位微控制器，而且內(nèi)部集成看門狗定時 器不再像 8051 那樣需要外接看門狗芯片，節(jié)省了硬件資源。 圖 41 用戶端自動報警器組成框圖 電路原理圖見附錄 。 當用戶端系統(tǒng)確認有火災(zāi)發(fā)生時， 和 輸出低電平，使得 PNP 三極管導通。 限流電阻 R11=(5V2V)/20mA=150Ω （這里紅色發(fā)光二極管的工作電壓為 2V，工作電流為 20mA）。 用戶端自動報警器CPU AT89S51 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)智能處理 溫度探測器 離子感煙火災(zāi)探測器 輸入 /輸出控制電路 通訊模塊 緊急呼叫按鈕 報警蜂鳴器 LED 指示燈 火災(zāi)檢測報警系統(tǒng)的設(shè)計 10 圖 42（ a）發(fā)光報警電路 （ b）聲音報警電路 用戶端自動報警器軟件編制 用戶端軟件部分采用模塊化設(shè) 計，分為主控模塊，探測模塊，報警模塊，通訊模塊。完整程序見附錄 1。 圖 43 主程序流程圖 程序初始化后，即對溫度、煙霧及緊急按鈕進行監(jiān)控。 啟動報警機制后，紅色的 LED 閃爍、蜂鳴器鳴叫，并且同時通過串口發(fā)送災(zāi)情數(shù)據(jù)由 nRF401 發(fā)射到控制監(jiān)控中心。 //啟動報警 } void timer0_ISR() interrupt 1 //定時器 0 溢出中斷，檢測到煙霧 { TH0 = 0x3C。 warning()。 { TH0 = 0x3C。 } void read_ temperature() //讀取溫度 { } 報警模塊程序設(shè)計 sbit LED_RED =P2^0。 // 定義 ，蜂鳴器 void warning() { LED_RED =0。 // 發(fā)送數(shù)據(jù)給控制中心 } 火災(zāi)檢測報警系統(tǒng)的設(shè)計 12 控制模塊程序設(shè)計 void main() { timer0_init()。 // 串口初始化 while(1) // 反復(fù)檢測 { read_temperature()。 //超限報警 } 5 管理監(jiān)控中心中央控制器設(shè)計 小區(qū)管理監(jiān)控中心中央控制器是系統(tǒng)中至關(guān)重要的一部分，它是主控計算機與用戶端自動報 警器之間的橋梁、紐帶，負責主控計算機與自動報警器之間的指令、數(shù)據(jù)的存儲和傳輸，可以連接多個用戶端自動報警器。 中央控制器實現(xiàn)的主要功能是：當用戶端探測器監(jiān)測到警情時，通過住宅內(nèi)的自動報警器傳輸至住宅小區(qū)管理監(jiān)控中心的中央 控制器，并向相關(guān)部門 (管理中心或戶主 )發(fā)出報警信號。 中央控制器硬件總體設(shè)計 系統(tǒng)中的中央控制器作為主控計算機和自動報警器之間的橋梁，是數(shù)據(jù)的中間存儲站，組成框圖如圖 51 所示，它包括上位機連接模塊、通訊模塊、 LED 數(shù)碼顯示模塊、高響度喇叭和水泵聯(lián)動模塊。經(jīng)過這種改進以后，在相同的時鐘頻率下，它的指令執(zhí)行速度比標準 8051 要快許多。整體來看，W77E58 的速度比標準的 8051 快 倍。由于采用全靜態(tài) CMOS 設(shè)計， W77E58 能夠在低時鐘頻率下運行。 圖 51 中央控制器組成框圖 該芯片具有如下特點： （ 1） 8 位 CMOS 微控制器； （ 2）每 4 個時鐘周期為一個機器周期的高速結(jié)構(gòu)，最大外部時鐘頻率為40MHZ； （ 3）與標準 80C52 管腳兼容； （ 4）指令與 MCS51 兼容； （ 5） 4 個 8 位 I/O 口； （ 6）一個附加的 4 位 I/O 口和等待狀態(tài)控制信號 (僅限 44 腳 PLCC/QFP 封裝 ) ； （ 7） 3 個 16 位定時 /計數(shù)器； （ 8） 12 個中斷源， 2 級中斷能力； （ 9）片上振蕩器及時鐘電路； （ 10）二個增強型全雙工串行口； （ 11） 32KB， Flash EPROM； （ 12） 256 字節(jié)片內(nèi)暫存 RAM； （ 13）片內(nèi) 1KB 外部數(shù)據(jù)存儲器（用 MOVX 指令訪問）； （ 14）可編程看門狗定時器； （ 15）軟件復(fù)位； （ 16） 2 個 16 位數(shù)據(jù)指針； 中央控制器 CPU W77E58 PC 機 水泵聯(lián)動 高響度喇叭 LED 數(shù)碼顯示 電平轉(zhuǎn)化模塊