【正文】 火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)是長(zhǎng)年不間斷運(yùn)行的設(shè)備，要求具有高度可靠的性能。傳統(tǒng)的火災(zāi)探測(cè)報(bào)警系統(tǒng)的火災(zāi)判據(jù)僅僅是根據(jù)某種火災(zāi)參數(shù)是否達(dá) 到某一定值來(lái)確定，這一判別工作是在火災(zāi)探測(cè)器中由硬件電路實(shí)現(xiàn)的，這樣就有可能由于環(huán)境背景的影響，或火災(zāi)探測(cè)器內(nèi)部電路的緩慢漂移，產(chǎn)生誤報(bào)。 (2)監(jiān)控智能：在傳統(tǒng)的百家系統(tǒng)中監(jiān)控功能智能由硬件邏輯電路來(lái)完成。采用智能技術(shù)后，系統(tǒng)的正常維護(hù)工作由計(jì)算機(jī)自身的軟件完成，周期地運(yùn)行自診斷程序，可以發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)的任何微小的故障，大大提高了系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性能?？垢蓴_智能采用各種消除干擾的軟件技術(shù) (如數(shù)字濾波等 )，把干擾信號(hào)限制到最低限度，提高和系統(tǒng)的抗干擾能力。 圖 11 智能化火災(zāi)檢測(cè)系統(tǒng) 火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)的發(fā)展與現(xiàn)狀 一些發(fā)達(dá)國(guó)家對(duì)超早期火災(zāi)探測(cè)報(bào)警技術(shù)的研究與產(chǎn)品開(kāi)發(fā)十分重視。 火災(zāi)探測(cè)報(bào)警系統(tǒng)可靠性的提高體現(xiàn)在用智能技術(shù)處理傳感器提供的火災(zāi)信息上 —— 人們建立了多種火災(zāi)探測(cè)算法、模糊邏輯、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模式，也有從事數(shù)據(jù)記錄器 報(bào)警器 傳感器 模擬量輸入通道 微機(jī) 模擬量輸出通道 模擬顯示 被 測(cè) 參 數(shù) XXXX 職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)論文 11 研究非火災(zāi)探測(cè)的模式。于是，人們開(kāi)始探索新型探測(cè)原理的傳感器件（如氣體氣味傳感器等）和復(fù)合探測(cè)器，取得顯著成效的是對(duì)火災(zāi)過(guò)程的多參數(shù)進(jìn)行監(jiān)測(cè)的復(fù)合傳感器。而與之配套的 硬件則采用復(fù)合多傳感等傳感方式，為判斷火災(zāi)提供更加充分的火災(zāi)信息。 我國(guó)的火災(zāi)報(bào)警器控制系統(tǒng)經(jīng)歷了從無(wú)到有、從簡(jiǎn)單到復(fù)雜的發(fā)展過(guò)程，其智能化程度也越來(lái)越高。雖然我國(guó)應(yīng)用自動(dòng)報(bào)警裝置的時(shí)間并不長(zhǎng)，但是據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，準(zhǔn)確報(bào)警事例已達(dá)數(shù)千次。隨著現(xiàn)代科技的發(fā)展，火災(zāi)探測(cè)與報(bào)警技術(shù)也在不斷提高。 加入 WTO 以來(lái)，面對(duì)高新技術(shù)的發(fā)展機(jī)遇和國(guó)內(nèi)市場(chǎng)國(guó)際化的競(jìng)爭(zhēng)挑戰(zhàn)，我國(guó)消防電子產(chǎn)品逐漸和世界接軌，向高可靠、智能化、網(wǎng)絡(luò)化的早期火災(zāi)探測(cè)報(bào)警技術(shù)發(fā)展。 賓館火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)如圖 21 所示。當(dāng)報(bào)警器監(jiān)測(cè)到火情信息后，產(chǎn)生聲光報(bào)警信號(hào)，同時(shí)打開(kāi)聯(lián)動(dòng)消防裝置。傳感器的作業(yè)環(huán)境是非常關(guān)鍵的一環(huán)，這決定了在具體環(huán)境中傳感器的選型問(wèn)題?；谫e館火災(zāi)的特殊情況，本設(shè)計(jì)選用離子感煙探測(cè)器。傳感器的設(shè)計(jì)是本設(shè)計(jì)的中心任務(wù)，具體情況將在隨后的章節(jié)中進(jìn)行詳述。根據(jù)要求，本設(shè)計(jì)選用的單片機(jī)為 AT89C51。 第三，接口芯片。有關(guān) 8243 的資料將會(huì)在隨后的章節(jié)中談到。本設(shè)計(jì)的報(bào)警裝置采用聲光報(bào)警裝置：首先 ，起火房間會(huì)發(fā)出聲音報(bào)警；同時(shí)，起火樓層總服務(wù)臺(tái)處也會(huì)產(chǎn)生聲音報(bào)警并會(huì)顯示具體的著信號(hào)調(diào) 理電路 電路 傳感器 信號(hào)調(diào) 理電路 傳感器 火 災(zāi) 監(jiān) 控 模 塊 聯(lián)動(dòng)消防 顯示記錄 聲光報(bào)警 信號(hào)調(diào)理電路 信號(hào)調(diào)理電路 采樣保持比較 采樣保持比較 采樣保持比較 XXXX 職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)論文 13 火房間。 第五，電源的設(shè)計(jì)。電源設(shè)計(jì)見(jiàn)隨后章節(jié)。當(dāng)單片機(jī)探測(cè)到火情后，會(huì)自動(dòng)打開(kāi)聯(lián)動(dòng)消防裝置。 系統(tǒng)總構(gòu)架的設(shè)計(jì) 該賓館火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)，能對(duì)監(jiān)測(cè)點(diǎn)進(jìn)行自動(dòng)檢測(cè)，一旦出現(xiàn)火情能立即報(bào)警，并能指示出發(fā)生火災(zāi)的房間。若要換其他的傳感器，該系統(tǒng)還可以用于防盜報(bào)警、煤氣泄漏報(bào)警等。為防止誤報(bào)警，當(dāng)檢測(cè)到某房間有火情時(shí)，該系統(tǒng)應(yīng)該延時(shí) 3 秒鐘后再檢測(cè)一次， 若確有火情方可報(bào)警，并用數(shù)字指示出發(fā)生火災(zāi)地點(diǎn)。系統(tǒng)終端部分選用音響報(bào)警電路及數(shù)碼顯示電路。由于 8243 每片有四個(gè)口，每個(gè)口有四個(gè)點(diǎn)，故每片 8243 可監(jiān)測(cè) 16個(gè)房間，圖 22 用了兩片 8243，根據(jù)需要，還可增加 8243 的數(shù)量 XXXX 職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)論文 14 圖 22 火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)圖 ~ ~ 報(bào)警電路 8243 CS PROG P2 74LS48 8243 CS PROG P2 BS212 4 4 7 16 16 AT89C51 XXXX 職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)論文 15 第三章 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) 賓館火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)硬件的設(shè)計(jì)在 中已經(jīng)作了初步的探討，本章將繼續(xù)講述該系統(tǒng)硬件的設(shè)計(jì)并予以深化。圖中 1， 2， 3組成數(shù)據(jù)采集模塊， 4， 5組成聲光報(bào)警模塊， 5， 6組成聯(lián)動(dòng)消防裝置。聲光報(bào)警模塊由單片機(jī)和報(bào)警電路組成，由單片機(jī)控制實(shí)現(xiàn)不同的聲光報(bào)警（異常報(bào) 警、故障報(bào)警、火災(zāi)報(bào)警）功能。 圖 31 火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)硬件框圖 煙霧信號(hào)采集模塊 圖 31中 1， 2， 3 組成煙霧數(shù)據(jù)采集模塊，將現(xiàn)場(chǎng)煙霧濃度這一非電信號(hào)轉(zhuǎn)化為電信號(hào)，并以數(shù)字量的形式送給單片機(jī)。 離子感煙傳感器由兩個(gè)電離室組成，外電離室有空與外界相通，煙霧可進(jìn)入電離室，而內(nèi)電離室是密封的，煙霧不能進(jìn)入。 離子感煙傳感器的工作原理如圖 32 所示 。初始條件下，在 B點(diǎn)的電位 Vb是相對(duì)穩(wěn)定的，煙霧進(jìn)入 AB 之間的檢測(cè)室時(shí)，電離狀態(tài)發(fā)生變化，導(dǎo)致 AB 之間的電阻阻值變化，而 BC 間組成的參照室因不感覺(jué)煙的存在，基本保持阻值初始狀態(tài)不變，根據(jù)歐姆定律，在 B 點(diǎn)上分壓值發(fā)生相應(yīng)的變化，這一變化經(jīng)過(guò)電路放大，做為火警信號(hào)輸出，從而實(shí) 現(xiàn)煙信號(hào)到電信號(hào)的轉(zhuǎn)變。 如果在極板 P1 和 P2間加上一個(gè)電壓 E，極板間原來(lái)做雜亂無(wú)章運(yùn)動(dòng)的正負(fù)離子，此時(shí)在電場(chǎng)的作用下，正負(fù)離子做有規(guī)則的運(yùn)動(dòng)。施加的電壓 E 愈高，則電離電流愈大。 電離室又可分為雙極性和單極性兩種 .整個(gè)電離室全部 α 射線所照射，電離室內(nèi)的空氣都被電離，我們把這種電離室稱為雙極性電離室。這樣在同一個(gè)電離室內(nèi)分為兩個(gè)性質(zhì)不同區(qū)域。我們把這個(gè)非電離區(qū)稱為主探測(cè)區(qū) 圖 33 電離電流和電壓的關(guān)系 圖 34 單極性電離室工作原理 一般離子感煙探測(cè)器 的電離室均設(shè)計(jì)成單極性的，因?yàn)楫?dāng)發(fā)生火災(zāi)時(shí)煙霧進(jìn)入電離室后，單極性電離室要比雙極性電離室的電離電流變化大，也就是說(shuō)可以電離電流 飽和電流 外加電壓 E I XXXX 職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)論文 18 得到較大的電壓變化量，從而可以提高離子感煙探測(cè)器的靈敏度 .在實(shí)際的離子感煙探測(cè)器設(shè)計(jì)中，是將兩個(gè)單極性電離室串聯(lián)起來(lái)，一個(gè)作為檢測(cè)電離室 (也叫外電離室 )，結(jié)構(gòu)上做成煙霧容易進(jìn)入的型式 。 如圖 35 所示： 圖 35 檢測(cè)電離室和補(bǔ)償電離室示意圖 當(dāng)外電離室進(jìn)入燃燒生成物或者煙霧時(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，（燃燒生成物或者煙霧要比離子大 1000 倍左右），所以它們?cè)陔妶?chǎng)中的速度就比原來(lái)要慢的多，并且在移動(dòng)中還有部分正負(fù)離子中和，這樣到達(dá)正負(fù)極板的離子數(shù)量想對(duì)減少，即離子電流變小。而內(nèi)電離室是封閉的，無(wú)煙塵離子進(jìn)入，離子電流是恒定的。無(wú)煙霧時(shí)， A點(diǎn)電位約為 1/2E。有煙霧和無(wú)煙霧時(shí)其電位差可達(dá) 1V 以上。它有兩個(gè)電子室及一個(gè)放射源（ AM241） ,對(duì)外有三個(gè)引出腳： A電極（接電源正端 +9V）、 B電極（接地）、 C 電極（收集電極即輸出端），外形如圖 37 所示。 5℃近海平面清潔空氣條件下，收集電極（即 C電極）的平衡電位為～ ；有煙霧時(shí)，收集電極的電位變化可達(dá) ～ 。 用電加熱器加熱到 440～ 480℃時(shí)，對(duì)不同材料所產(chǎn)生的煙霧，其傳感器收集電極電位變化 時(shí)的靈敏度見(jiàn)表 31所示： 表 31 UD— 02 型離子感煙 傳感器對(duì)煙霧靈敏度（收集電極電位變化△ V＝） 燃燒材料 煙霧含量（ mg/3m ） 陰暗度 (%) 硅橡膠 26 乙烯基材料 29 紙煙 115 3 過(guò)濾紙 40 棉花 56 離子感煙傳感器專用集成電路 DQ295 由于離子感煙傳感器的廣泛應(yīng)用，與之配套的專用集成電路得到了迅速發(fā)展， DQ295 是與 UD— 02 型離子感煙傳感器相配套的專用集成電路。 XXXX 職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)論文 21 圖 38 DQ295 管腳圖 DQ295 各引腳功能如下： 第 15 腳接離子感煙傳感器的收集電極； 12 腳為內(nèi)部振蕩器的外接電容腳；7腳接定時(shí)電阻； 1 15腳為輸入保護(hù)用； 5 腳為發(fā)光管 LED； 1 與 4 腳為檢測(cè)腳； 3與 15腳為電壓與靈敏度設(shè)置腳； 10 與 11腳為報(bào)警輸出腳。 由圖 39 可以看出， A1 是檢測(cè)電池電壓的比較器，電池的分壓與內(nèi)部穩(wěn)壓管相比較，若電池電壓較高，比較器 A1端輸出高電平；若電池電壓不足（內(nèi)部設(shè)置的閥值電壓為 ～ ），則 A1 輸出低電平，并給出電池電壓不足的報(bào)警聲（每 24 各時(shí)鐘脈沖檢測(cè)一次）。 A2 是檢測(cè)信號(hào)閥值比較器，無(wú)煙霧信號(hào)時(shí)，傳感器的輸出平衡電壓為 左右，大于 內(nèi)部設(shè)置的閥值電壓（約為 ），比較器 A2輸出低電平；當(dāng)有煙霧信號(hào)時(shí)，傳感器輸出電壓下降 1V左右，則其電壓小于內(nèi)部設(shè)置的閥值電壓，A2翻轉(zhuǎn)為輸出高電平，并發(fā)出調(diào)制報(bào)警聲。 XXXX 職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)論文 23 離子感煙火災(zāi)報(bào)警器應(yīng)用電路 (1)電路原理： 離子感煙火災(zāi)報(bào)警器的應(yīng)用電路見(jiàn)圖 310所示。 注：打 *的元件可根據(jù)壓電晶體的不同型號(hào)而改變 圖 310 離子感煙火災(zāi)報(bào)警器 離子感煙傳感器由內(nèi)外兩個(gè)電離室組成，當(dāng)空氣中無(wú)煙霧時(shí)，輸出端 O輸出電平約等于 1/2 電源電壓即 ，這時(shí)集成塊 A 不工作，壓電陶瓷喇叭 B無(wú)聲。此電平下降的信號(hào)加到集成塊的第 15 腳，使集成塊觸發(fā)工作，第 11 腳就輸出調(diào)制的報(bào)警信號(hào)，推動(dòng)壓電陶瓷報(bào)警喇叭發(fā)出響亮的報(bào)警聲。 (2)元器件選擇與制作 R1～ R6均用 RTX— 1/8W 型炭膜電阻器； C1～ C3可用 CT1 型磁介電容器； XXXX 職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)論文 24 LED 為普通紅色二極管； B為三端壓電陶瓷揚(yáng)聲器； 為保證電路可靠正常工作，電源最好采用 9V穩(wěn)壓電源供給； S為小型按鈕開(kāi)關(guān)。 AT89C51 是一種低功耗 /低電壓、高性能的 8位單片機(jī)、片內(nèi)帶有 4K 字節(jié)的 FLASH 可編程，可擦除只讀存儲(chǔ)器（ EPROM）， 它采用了 COMS 工藝和 ATMEL 公司的高密度非易失性存儲(chǔ)器技術(shù)。片內(nèi)的 FLASH 存儲(chǔ)器允許在系統(tǒng)內(nèi)可改編程序或用常規(guī)的非易失性存儲(chǔ)器編程器來(lái)編程。 時(shí)鐘電路和工作方式 (1)時(shí)鐘電路 AT89C51 內(nèi)部有一個(gè)由反向放大器所構(gòu)成的振蕩電路， XTAL1 和 XTAL2 分別為振蕩電路的輸入端和輸出端，時(shí)鐘可以由內(nèi)部方式產(chǎn)生或外部方式產(chǎn)生。在 XTAL1 和 XTAL2 引腳上外接定時(shí)元件，內(nèi)部振蕩電路就產(chǎn)生自激振蕩。晶體可以在 到 12MHZ 之間選擇。電容的大小可起頻率微調(diào)作用，外部方式的時(shí)鐘電路如圖所示， XTAL1 接地 XTAL2 接外部振蕩器。只要保證脈沖寬度，一般采用頻率低于 12MHZ 的方波信號(hào)。這兩種方式是由專用寄存器 PCON（電源調(diào)制寄存器）中的 和 IDL（ ）位來(lái)控制。若 PD和 IDL 同時(shí)為 1，則先激活掉電方式。中斷系統(tǒng)是指能夠?qū)崿F(xiàn)中斷功能的相關(guān)硬件電路和軟件程序。有了中斷系統(tǒng)能使 計(jì)算機(jī)的功能更強(qiáng)、效率更高、使用更加方便靈活。 8051單片機(jī)的中斷系統(tǒng)包括 5個(gè)中斷源、中斷請(qǐng)求標(biāo)志位（分別在特殊功能寄存器 TCON和SCON中）、中斷允許控制寄存器 IE、中斷優(yōu)先級(jí)寄存器 IP及內(nèi)部硬件查詢電路等部分。由 IP設(shè)置個(gè)中斷源的優(yōu)先級(jí)，同一優(yōu)先級(jí)內(nèi)的各中斷源同時(shí)提出中斷請(qǐng)求時(shí)，由內(nèi)部查詢電路確定其響應(yīng)次序。中斷源分為 2個(gè)中斷優(yōu)先級(jí)，即高優(yōu)先級(jí)和低優(yōu)先級(jí)，每個(gè)中斷源的優(yōu)先級(jí)都可由軟件來(lái)設(shè)定。 ①中斷源： MCS51單片機(jī)有五個(gè)中斷源。內(nèi)部中斷源有 T0、 T1溢出中斷。 ②中 斷請(qǐng)求標(biāo)志位：有五個(gè)中斷請(qǐng)求標(biāo)志位。 ③中斷允許：兩級(jí)串聯(lián)式中斷允許。中斷允許控制位存放在特殊功能寄存器 IE中。對(duì)于每個(gè)中斷源均可通過(guò)中斷優(yōu)先級(jí)控制寄存器中相應(yīng)位控制，當(dāng)某中斷源的優(yōu)先控制位置“ 1”時(shí)，該中斷源設(shè)置為高級(jí)，否則為低級(jí)。 ⑤中斷源的入口地址：不同中斷源均有不同的中斷矢量，當(dāng)某中斷源的中斷請(qǐng)求被 CPU響應(yīng)之后， CPU將通過(guò)硬件自