【正文】 場合，如名勝古跡、體育館、博物館、展覽中心、處于施工階段的建筑物、醫(yī)院等。集中式系統(tǒng)由智能型控制器和若干非智能探測節(jié)點(diǎn)構(gòu)成，探測節(jié)點(diǎn)僅將火災(zāi)參量傳送給控制器，由控制器智能地判斷火災(zāi)狀態(tài)；分布式系統(tǒng)的控制器和探測節(jié)點(diǎn)均為智能型，也是今后火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)的發(fā)展方向 [10]。智能型火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)是一個(gè)集信號(hào)檢測、傳輸、處理、報(bào)警于一體的系統(tǒng)。該火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)是以 AT89C51 單片機(jī)作為控制中心，接受、處理火災(zāi)探測器輸出的煙霧濃度信號(hào)、溫度信號(hào)，并進(jìn)行聲光報(bào)警?？扇嘉镆詺鈶B(tài)、液態(tài)和固態(tài)三種形態(tài)存在，助燃物通常是空氣中的氧氣。液體和固體是凝聚態(tài)物質(zhì)，難與空氣均勻混合，它們?nèi)紵幕具^程是當(dāng)從外部獲取一定的能量時(shí)，液體或固體先蒸發(fā)成蒸汽或分解出可燃?xì)怏w 如 CO、 H2 等 的分子團(tuán)、灰燼和未燃燒的物質(zhì)顆粒懸浮在空氣中，稱之為氣溶膠。在產(chǎn)生氣溶膠的同時(shí)，產(chǎn)生分子較大 直徑 一 10μ m 的液體或固體微粒，稱為煙霧。著火后，燃燒產(chǎn)生的熱量使液體或固體的表面繼續(xù)放出可燃?xì)怏w，并形成擴(kuò)散燃燒。這些熱量通過可燃物的直接燃燒、熱傳導(dǎo)、熱輻射和熱對(duì)流，使火從起火部位向周圍蔓延，導(dǎo)致了火勢的擴(kuò)大，形成火災(zāi)。 根據(jù)火災(zāi)發(fā)生時(shí)產(chǎn)生現(xiàn)象的不同，可以將火災(zāi)分為慢速陰燃、明火和快速發(fā)展火焰等。明火則是火災(zāi)發(fā)生時(shí)燃燒火焰產(chǎn)生的熱量使液體或固體的表面放出可燃?xì)怏w，并形成擴(kuò)散燃燒，同時(shí)發(fā)出含有紅、紫外線的火焰。通過大量的研究表明陰燃是誘發(fā)火災(zāi)的重要原因 [12]。起火過程中，起初和陰燃兩個(gè)階段所占的時(shí)間比較 長，雖然產(chǎn)生大量的煙霧，但是環(huán)境溫度不太高，若探測器就應(yīng)該從此階段開始進(jìn)行探測，就可以火災(zāi)損失控制在最小限度。起火過程曲線如圖 所示 [13]。圖 為火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖。如果發(fā)生火災(zāi)，系統(tǒng)以聲光的形式報(bào)警。 2 系統(tǒng)故障報(bào)警功能。 3 異常報(bào)警功能。 4 火災(zāi)報(bào)警功能。 系統(tǒng)軟件總體構(gòu)架 為了便于系統(tǒng)維護(hù)和功能擴(kuò)充，采用了模塊化程序設(shè)計(jì)方法，系統(tǒng)各個(gè)模塊的具體功能都是通過子程序調(diào)用實(shí)現(xiàn)的。 圖 程序流程圖 為了降低誤報(bào)率，系統(tǒng)采用了多次采集、多次判斷的方法。主程 序是一個(gè)無限循環(huán)體，其流程是：首先在上電之后系統(tǒng)的各部分包括單片機(jī)各個(gè)端口輸入輸出的設(shè)置、外圍驅(qū)動(dòng)電路和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)電路等完成初始化，其次是對(duì)芯片內(nèi)的程序進(jìn)行初始化，接下來執(zhí)行火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)采集任務(wù)，數(shù)據(jù)通信任務(wù)和查詢判斷任務(wù)。當(dāng)火災(zāi)發(fā)生時(shí)，把火災(zāi)產(chǎn)生的各種非電量參數(shù) 如煙霧，溫度 變成電量參數(shù)傳送給控制器?；馂?zāi)探 測器根據(jù)火災(zāi)發(fā)生時(shí)所表現(xiàn)出來的物理現(xiàn)象可以分為：氣敏型、感溫型、感煙型、感光型、感聲型五大類。單一的感溫探測器靈敏度低、探測速度慢、探測范圍小，尤其對(duì)陰燃情況不響應(yīng)，因此不適用于火災(zāi)早期的探測，而在設(shè)計(jì)時(shí)往往安裝在不宜安裝感煙探測器的區(qū)域 [17]。感煙探測器具有非常好的早期報(bào)警功能，即使在不太好的環(huán)境條件場所也會(huì)有比較好的探測效果，它一般適用于極高的房屋或空心花板或地下室中。 3 氣體探測器 氣體探測器的主要作用是在發(fā)生可燃?xì)怏w泄漏危險(xiǎn)時(shí)，提醒有關(guān)人員采取相關(guān)措施以保護(hù)現(xiàn)場工作人員、生產(chǎn)設(shè)備的安全運(yùn)轉(zhuǎn)以及周圍環(huán)境。但由于氣體探測器探測對(duì)像 CO 易與還原氣體發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，因此在有還原氣體的場所可能會(huì)發(fā)生誤報(bào)警。但煙霧圖像火災(zāi)探測器對(duì)不規(guī)則物體或相似圖像可能發(fā)生誤報(bào)警 。激光圖像感煙火災(zāi)探測器則由于其良好的探測性能，發(fā)生誤報(bào)警的概率小，非常適合商場建筑的火災(zāi)探測 [19]。紫外火焰探測器靈敏度高 ms 級(jí) ，反應(yīng)快，適合在火災(zāi)時(shí)有強(qiáng)烈的火焰輻射而無陰燃 階段且需對(duì)火焰做出快速反應(yīng)的場合，但當(dāng)環(huán)境中有紫外輻射、高溫物體或有太陽光直射時(shí)可能或產(chǎn)生誤報(bào)警，因此，紫外火焰探測器不宜用于火焰出現(xiàn)前有濃煙擴(kuò)散或有陽光直射的地方。火災(zāi)中會(huì)產(chǎn)生大量的熱，溫度也是火災(zāi)的另一特性參數(shù)，和環(huán)境溫度相比火災(zāi)的溫升是很明顯的，所以溫度也被用來進(jìn)行火災(zāi)探測[21]。溫度探測器可以很好地補(bǔ)充煙霧探測器造成的漏報(bào)， 但由于只有在燃燒的后兩個(gè)階段才會(huì)發(fā)生明顯的變化，報(bào)警的響應(yīng)時(shí)間慢。 6）煙霧探測器 煙霧檢測器是能夠檢測環(huán)境中的煙霧濃度的傳感器。 煙霧信號(hào)采集電路一般由煙霧傳感器和模擬放大電路組成，將煙霧信號(hào)轉(zhuǎn)化為模擬的電信號(hào)。為方便檢測與監(jiān)控，室儀器測試人員及用戶能夠直觀地觀察到環(huán)境中的可燃煙霧濃度值，可將濃度值送到顯示屏中。傳感器作為煙霧檢 測器的信號(hào)采集部分，是儀表的核心組成部分之一。 煙霧傳感器種類繁多，從檢測原理上可分為三大類： （ 1）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。 （ 3）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。但是，任何一個(gè)完整的煙霧傳感器都必須具備以下條件： （ 1）能選擇性地檢測某種單一煙霧，而對(duì)共存的其它煙霧不響應(yīng)或低響應(yīng)； （ 2）對(duì)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； （ 3）對(duì)檢測信號(hào)響應(yīng)速度快，重復(fù)性好； （ 4）長期工作穩(wěn)定性好； （ 5）使用壽命長； （ 6）制造成本低； 下面對(duì)工業(yè)上常用的集中煙霧傳感器做簡單介紹。自 1962 年半導(dǎo)體金屬氧化物傳感器問世以來，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、價(jià)格便宜等諸多優(yōu)點(diǎn)，得到了廣泛的應(yīng)用。按照敏感機(jī)理分類，可分為電阻型和非電阻型。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。 3 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。 4 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。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，在毒性煙霧和食品新鮮度等方面檢測中具有重要作用。 5 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。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）。目前國際上大部分毒氣檢測采用該類型傳感器。他的測量原理是：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。 7 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)。 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)狻? 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。固體電解質(zhì)煙霧傳感器主要用于檢測無機(jī)煙霧，如 CO、 CO H C1 SO2 等。 使用接觸燃燒式傳感器，器探頭的阻緩及中毒，是不可避免的問題。雖然講組換的傳感器再放回新鮮空氣環(huán)境中有得到某種程度恢復(fù)的可能，但是如果長期暴露在這樣的環(huán)境中，其靈敏度會(huì)不斷下降，導(dǎo)致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。 因此，經(jīng)常對(duì)傳感器進(jìn)行標(biāo)定，是保證其準(zhǔn)確性的必要的途徑。 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。 經(jīng)過對(duì)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)成本比較低等。而在眾多半導(dǎo)體氣體傳感器中，本設(shè)計(jì)選用 MQ2 型煙霧傳感器。因此，本設(shè)計(jì)采用半導(dǎo)體煙霧傳感器作為報(bào)警器煙霧信息采集部分的核心。 本論文中的煙霧檢測報(bào)警器以 AT89C51 單片機(jī)為控制核心，采用 MQ2 型電阻式半導(dǎo)體傳感器采集煙霧信息。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和接觸不良時(shí)，進(jìn)行故障報(bào)警，發(fā)出聲光報(bào)警信號(hào)。 .煙霧檢測器的結(jié)構(gòu) 為適應(yīng)家庭和工業(yè)等 場所對(duì)可燃性易爆煙霧安全性要求，設(shè)計(jì)的可燃性煙霧報(bào)警儀應(yīng)不僅能在較寬的溫度范圍工作，而且應(yīng)具有顯示可燃煙霧濃度、故障自檢、演示報(bào)警功能及可接計(jì)算機(jī)進(jìn)行現(xiàn)場遠(yuǎn)測和實(shí)時(shí)控制等功能。 .煙霧檢測器的功能 （ 1）自診斷故障功能 （ 2）看門狗自檢單片機(jī)狀態(tài)功能 調(diào)用單片機(jī)中的看門狗程序，定時(shí)檢查單片機(jī)工作狀態(tài)，一旦發(fā)現(xiàn)單片機(jī)出現(xiàn)死循環(huán)狀態(tài)，立即復(fù)位，保證報(bào)警器工作正常。 感煙探測器采用的是日本 NEMOTO 公司生產(chǎn) NIS09C 離子型感煙探測器，內(nèi)部有微量的放射性物質(zhì)媚 Am 241，探測器被金屬電極覆蓋，放射能不會(huì)泄露。符合美國 UL217 標(biāo)準(zhǔn)，歐洲 EN547 標(biāo)準(zhǔn)及 GB471593 國家標(biāo)準(zhǔn)。其特性參數(shù)和溫濕度特性參數(shù)分。 表 NIS09C 煙霧探測器的主要特征參數(shù)表 靈敏度特性 UL217 標(biāo)準(zhǔn) 電源電壓特性 25℃ 60%RH 煙 霧 濃 度 輸出電壓 V 誤差 V 電 源 電 壓 輸出電壓 V 0 177。 1 177。 9 177。 177。 3 177。 15 177。 177。 表 NIS09C 煙霧傳感器的溫濕度特性參數(shù)表 溫度特性 濕度： 60%RH 濕度特性 溫度： 25℃ 溫度 ℃ 輸出 V 濕度 %RH 輸出 V 0 177。 25 177。 50 177。 . 溫度探測器的功能 溫度探測器是利用熱敏方式來檢測環(huán)境溫度進(jìn)行報(bào)警的探測器，用 于檢測被測物體和環(huán)境的溫度，當(dāng)超出或低于標(biāo)準(zhǔn)值時(shí)發(fā)出報(bào)警。溫度探測器是對(duì)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。根據(jù)監(jiān)測溫度參數(shù)的不同，一般用于工業(yè)和民用建筑中的溫度探測器有定溫式、差溫式、差定溫式等幾種。定溫式探測器是在規(guī)定時(shí)間內(nèi)，火災(zāi)引起的溫度上升超過某個(gè)定值時(shí)啟動(dòng)報(bào)警的火災(zāi)探測器。其中線型是當(dāng)局部環(huán)境溫度上升達(dá)到 規(guī)定值時(shí)， 可熔絕緣物熔化使兩導(dǎo)線短路，從而產(chǎn)生火災(zāi)報(bào)警信號(hào)。差溫式探測器。它也有線型和點(diǎn)型兩種結(jié)構(gòu)。 差定溫式探測器。差定 溫式探測器一般多是膜盒式或熱敏半導(dǎo)體電阻式等點(diǎn)型組合式探測器μ A； 3 末級(jí)為推挽輸出，輸出電壓與感測的溫度成反比，確保芯片即使在較高的溫度范圍內(nèi)仍可保持極高的靈敏度； 4 可提供 4 個(gè)不同增益讓用戶自行選擇，其中包括 ℃ 、 mV /℃ 、 /℃及 /℃； 5 溫度范圍寬，可以監(jiān)控由 50℃至 150℃范圍內(nèi)的溫度； 6 設(shè)計(jì)靈活、功率極低，采用極小巧的 SC70 封裝，大小與美國國冢半導(dǎo)體的標(biāo)準(zhǔn)型號(hào) LM20溫度傳感完全相同。 LM94022 管腳排列 當(dāng)給 LM94022 的靈敏度選擇輸入端 GS0、 GS1 施加不同電平時(shí)，有 4 種不同的靈敏度供用戶選擇，如表 所示 由于輸出電壓隨溫度升高而下降，其靈敏度為負(fù)值 。選擇要求高電平大于 ；低電平小于 。由于輸出電壓隨溫度升高而下降，其靈敏度為負(fù)值。輸出特性表為 5， t 為25 時(shí)的輸出電壓值 GS 00 mV GS 01 mV GS 10 mV GS 11 mV 50 1299 1955 2616 3277 25 1168 1767 2366 2965 0 1034 1565 2100 2633 25 898 1365 1831 2298 50 760 1159 1558 1958 續(xù)表為 5， t 為 25 時(shí)的輸出電壓值 GS 00 mV GS 01 mV GS 10 mV GS 11 mV 75 619 949 1290 1609 100 476 737 997 1257 125 332 521 711 901 150 183 301 420 593 按表的數(shù)據(jù)計(jì)算出的靈敏度值與表給出的典型靈敏度有一些差值。表 2 中 00 時(shí)，靈敏度為 /℃。 AT89C5140 個(gè)引腳， 32 個(gè)外部雙向輸入 /輸出（ I/O）端口，同時(shí)內(nèi)含 2 個(gè)外中斷口， 2 個(gè) 16 位可編程定時(shí)計(jì)數(shù)器 ,2 個(gè)全雙工串行通信口。芯片可以按照常規(guī)方法進(jìn)行編程，也可以在線編程，其將通用的微處理器和 Flash 存儲(chǔ)器結(jié)合在一起，特別是可反復(fù)擦寫的Flash 存儲(chǔ)器可有效地降低開發(fā)成本。在單片機(jī)實(shí)現(xiàn)的功能中，將模數(shù)轉(zhuǎn)換后的信號(hào)做數(shù)字濾波，再進(jìn)行線性化處理，然后送 LCD 顯示，這一過程的軟件實(shí)現(xiàn)，需要單片機(jī)有較 快的運(yùn)算速度，使儀表監(jiān)測人員能夠觀測到實(shí)時(shí)的煙霧濃度，并進(jìn)行相應(yīng)處理。如今市面上比較普遍的單片機(jī)有 51 系列與 STC 系列。用途更廣泛。 AT89C51 簡介： AT89C51 是一種帶 4K 字節(jié)閃爍可編程可擦除只讀存儲(chǔ)器（ FPEROM― Falsh Programmable and Erasable Read Only Memory）的低電壓，高性能 CMOS8 位微處理器，俗稱單片機(jī)。由于將多功能8 位 CPU 和閃爍存儲(chǔ)器組合在單個(gè)芯片中， ATMEL 的 AT89S51 是一種高效