【正文】 .................39 火災(zāi)判斷與報警程序 ...............................................................41 結(jié)論 ............................................................................................... 43 致 謝 ............................................................................................. 45 附錄 1 電路原理圖 ....................................................................... 46 附錄 2 系統(tǒng)程序 ........................................................................... 47 附錄 3 外文翻譯 ........................................................................... 51 山東科技大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 1 緒論 概述 無線火災(zāi)傳感器硬件和軟件平臺的設(shè)計對于整個系統(tǒng)的開發(fā)與應(yīng)用至關(guān)重要，作為整個系統(tǒng)的底層支持，其必 然向微型化、高度集成化、網(wǎng)絡(luò)化、節(jié)能化、智能化的方向發(fā)展，近幾年，隨著計算機成本下降和微處理器體積縮小，開發(fā)和構(gòu)造火災(zāi)智能無線報警系統(tǒng)將有廣闊的應(yīng)用前景。隨著智能樓宇技術(shù)應(yīng)用的迅速發(fā)展，商業(yè)市場對火災(zāi)報警器的需求不斷增長，目前主要使用的是智能型總線制分布式計算機系統(tǒng)的火災(zāi)報警系統(tǒng)，雖然在系統(tǒng)安裝方面比過去大大方便，但仍然不能滿足現(xiàn)代需要，其安裝成本約占設(shè)備成本的 33%～ 70%。 有關(guān)資料統(tǒng)計表明：凡是安裝了火災(zāi)自動報警系統(tǒng)的場所，發(fā)生了火災(zāi)一股地說都能及早報警，不會釀成重大火災(zāi) 國內(nèi)外的研究現(xiàn)狀 根據(jù)現(xiàn)代戰(zhàn)爭的突發(fā)性、立體性和區(qū)域不確定性 ,使攻防界線模糊 ,作戰(zhàn)方向多變 ,戰(zhàn) 火災(zāi)自動報警系統(tǒng)已有百余年的發(fā)展歷史， 19 世紀 40 年代美國誕生的火災(zāi)報警裝置標(biāo)志著火災(zāi)自動報警系統(tǒng)首次進入人們的視野 [1]。此后，隨著世界科技取得了突飛猛進的進步和各種新興技術(shù)的出現(xiàn)和發(fā)展，火災(zāi)監(jiān)測技術(shù)也相應(yīng)迅速發(fā)展，各種類型的火災(zāi)探測器相繼問世，并日臻完善，火災(zāi)自動報警系統(tǒng)也在此山東科技大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 2 基礎(chǔ)上逐漸地蓬勃發(fā)展起來，其發(fā)展過程可以分為以下幾個階段 : 第一階段，從 19 世紀 40 年代至 20 世紀 40 年代，火災(zāi)報警系統(tǒng)處于發(fā)展的初級階段，采用的探測器主要是感溫式的探測器，它通過采集溫度信號，然后判定是否超出設(shè)定的閡值，從而判斷是否有火災(zāi)發(fā)生。但是它易受環(huán)境中其他干擾源的影響，靈敏度低，響應(yīng)速度慢，無法判斷陰燃火災(zāi)，也無 法滿足智能化火災(zāi)報警系統(tǒng)的要求。在這一階段，火災(zāi)報警系統(tǒng)普遍采用多線制布局方式，布線、調(diào)試、系統(tǒng)可靠性是系統(tǒng)發(fā)展的瓶頸。它使得布線工作量顯著減少，安裝調(diào)試更加容易，更能精確報警定位。 第四階段，從 20 世紀 80 年代中后期開始，隨著計算機技術(shù)、控制技術(shù)、集成電路技術(shù)、傳感器技術(shù)及智能技術(shù)的快速發(fā)展，火災(zāi)自動報警系統(tǒng)步入智能化時代，智能化火災(zāi)報警系統(tǒng)迅速發(fā)展起來，各種智能型的火災(zāi)自動報警系統(tǒng)相繼出現(xiàn)。 近年來，采用無線通信方式的火災(zāi)自動報警系統(tǒng)在國外悄然興起。無線火災(zāi)自動報警系統(tǒng)起初僅用于特殊場合，如博物館、名勝古跡等不宜布線的場合，而且其價格也比較高 [4]。 在我國，采用的無線通信方 式的火災(zāi)自動報警系統(tǒng)日益受到重視?；馂?zāi)自動報警系統(tǒng)的智能性主要體現(xiàn)在火災(zāi)判決和統(tǒng)籌管理方面，一般分為分散式、集中式和分布式，分散式系統(tǒng)由非智能型控制器若干智能型探測節(jié)點組成，由探測節(jié)點完成火災(zāi)狀態(tài)的判斷 。 課題研究的背景和意義 在各種災(zāi)害中，火災(zāi)是最經(jīng)常、最普遍地威脅公眾安全和社會發(fā)展的主要災(zāi)害之一。據(jù)聯(lián)合國“世界火災(zāi)統(tǒng)計中心 (WFSC)2021 統(tǒng)計資料”，全球每年大約發(fā)生火災(zāi) 600 萬至 700 萬次，全球每年死于火災(zāi)的人數(shù)約為 65000 至75000 人。相比較而言，亞洲地區(qū)發(fā)生火災(zāi)次數(shù)較少，但死亡人數(shù)較多，這與亞 洲經(jīng)濟發(fā)展程度不高、消防設(shè)施不完善等因素有關(guān)。進入 90 年代，特別是 1993 年以來，火災(zāi)造成的直接財產(chǎn)損失上升到年均十幾億元，年均死亡 2021 多人。一旦發(fā)生火災(zāi)，將對人的生命和財產(chǎn)造成極大的危害 [7]。殘酷的現(xiàn)實讓人們逐漸認識到監(jiān)控預(yù)警和消防工作的重要性，良好的監(jiān)控系統(tǒng)和及時的報警機制可以大大降低人員的傷亡，為社會減少不必要的損失 [8]。 火災(zāi)自動報警系統(tǒng)能迅速監(jiān)測火情，可發(fā)現(xiàn)人們不易發(fā)覺的火災(zāi)早期特征，可將火災(zāi)帶來的生命財產(chǎn)損失降到最低限度?；馂?zāi)自動報警系統(tǒng)可作為城市消防系統(tǒng)的單元，通過城市消防專用網(wǎng)與城市消防報警中心聯(lián)網(wǎng)，及時將報警信息傳遞到消防報警中心，城市消防報警中心會自動查找到火災(zāi)發(fā)生的位置，并為消防隊員制定消防路線圖，以便消防隊員可以迅速抵達火災(zāi)地點 [10]。 山東科技大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 5 第２章 火災(zāi)報警系統(tǒng)整體方案設(shè)計 火災(zāi)產(chǎn)生原理及過程 火災(zāi)是一種失去人為控制的由燃燒造成的災(zāi)害，產(chǎn)生火災(zāi)的基本要素是可燃物、助燃物和點火源。根據(jù)可燃氣體與空氣混合方式不同有兩種燃燒方式，如果在燃燒前，可燃氣就與空氣均勻混和，則稱之為預(yù)混燃燒；如果可燃氣體和空氣分別進入燃燒區(qū)邊混合邊燃燒，則稱之為擴散燃燒。一般氣溶膠的分子較小 (直徑 m)?？扇細怏w與空氣混合，在較強火源作用下產(chǎn)生預(yù)混燃燒。同時，發(fā)出含有紅、紫外線的火焰，散發(fā)出大量的熱量 [11]。其中的氣溶膠、煙霧、火焰和熱量都稱為火災(zāi)參量，通過對這些參量的測定便可確定是否存在火災(zāi)。陰燃就是在疏松或顆粒介質(zhì)中形成的緩慢進行的熱解和氧化反應(yīng)，它能長時間自行維持并傳播，當(dāng)條件發(fā)生變化時，或者自行熄滅，或者轉(zhuǎn)化為明火。快速發(fā)展火焰則是火災(zāi)擴散的速度特別快，這種類型的火災(zāi)一般為山東科技大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 6 空氣中 混有大量可燃氣體。 總的來說，普通可燃物在燃燒時表現(xiàn)為以下形式：首先是產(chǎn)生燃燒氣體，然后是煙霧，在氧氣充足的條件下才能達到全部燃燒，產(chǎn)生火焰，發(fā)出可見光和不可見光，并散發(fā)出大量的熱，使環(huán)境溫度升高?；鹧嫒紵螅杆俾?，產(chǎn)生大量的熱使得環(huán)境溫度升高，如果能將這時能夠探測到有效地溫度值，就可以比較及時地控制 火災(zāi)。 圖 起火過程曲線 山東科技大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 7 系統(tǒng)總體方案設(shè)計 系統(tǒng)總體功能概述 火災(zāi)報警系統(tǒng)一般由火災(zāi)探測器、報警器組成。報警器將接收到火警信號后經(jīng)分析處理發(fā)出報警信號，警示消防控制中心的值班人員，并在屏幕上顯示出火災(zāi)的位置。圖 為火災(zāi)報警系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖 : 圖 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖 單片機是整個報警系統(tǒng)的核心，系統(tǒng)的工作原理是：先通過傳感器 (包括溫感和煙感 )將現(xiàn)場溫度、煙霧等非電信號轉(zhuǎn)化為電信號，調(diào)理電路將傳感器輸出的電信號進行調(diào)理 (放大、濾波等 )，使之滿足 A /D 轉(zhuǎn)換的要求 ,最后由 A /D 轉(zhuǎn)換電路 ,完成將溫度傳感器和煙霧傳感器輸出的模擬信號到數(shù)字信號的轉(zhuǎn)換，單片機判斷 現(xiàn)場是否發(fā)生火災(zāi)。 本文設(shè)計的用于小型防火單位的單片機火災(zāi)報警系統(tǒng)具有以下特點 : (1)能對室內(nèi)煙霧 (CO2, CO) 及溫度突變進行報警 ,具有聲、光雙重報警功能。當(dāng)系統(tǒng)出現(xiàn)硬件故障時，能發(fā)出故障報警信號。當(dāng)環(huán)境出現(xiàn)異常 (如煙霧濃度過大或是溫度較高 )時，能發(fā)出異常報警信號，引起人們注意，盡可能避免火災(zāi)的發(fā)生。一旦真出現(xiàn)火災(zāi) (煙霧和溫度同時出現(xiàn)異常 )時，能立即山東科技大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 9 發(fā)出語音、光火災(zāi)警報 [15] 。且由于其體積小、操作維護方便、成本低廉等 , 具有廣闊的應(yīng)用前景。本系統(tǒng)主要包括數(shù)據(jù)采集子程序、火災(zāi)判斷與報警子程序等，系統(tǒng)程序流程圖如圖 所示。每次數(shù)據(jù)采集后根據(jù)得到的數(shù)據(jù)對現(xiàn)場情況進行判斷，然后綜合多次判斷結(jié)果做出最終的火情判斷。 火災(zāi)報警系統(tǒng)的類型 根據(jù)火災(zāi)報警系統(tǒng)中所使用的探測器種類的不同，火災(zāi)報警系統(tǒng)可以分為以下四種： （ 1）感溫型火災(zāi)報警系統(tǒng) 由于火災(zāi)發(fā)生時燃燒物會產(chǎn)生大量的熱量，使得周圍溫度迅速變化。根據(jù)探測溫度參數(shù)的不同，一般可以將感溫型火災(zāi)報警系統(tǒng)分為定溫式、溫差式等幾種。在火災(zāi)發(fā)生的初期，由于溫度比較低，許多物質(zhì)都處于陰燃階段，產(chǎn)生大量的煙霧。感煙型火災(zāi)報警系統(tǒng)主要有激光感煙式、光電感煙式和離子感煙式等。感光型火災(zāi) 報警系統(tǒng)就是通過響應(yīng)火災(zāi)中產(chǎn)生的光特性，即擴散火焰的光強度和閃爍頻率，來觸發(fā)報警系統(tǒng)的。 （ 4）復(fù)合型火災(zāi)報警系統(tǒng) 如果報警系統(tǒng)同時對溫度、煙霧和光輻射中的兩種或兩種以上參數(shù)做出響應(yīng)，那么它就是復(fù)合型火災(zāi)報警系統(tǒng)。 火災(zāi)探測器的原理 火災(zāi)發(fā)生時，必然會伴隨著產(chǎn)生煙霧、高溫和火光，探測器對這些都很敏感。 火災(zāi)探測器主要分感煙、感溫、光輻射三大類： （ 1）感煙探測器。在正常的情況下，內(nèi)外電離室的電流、電壓都是穩(wěn)定的。還有一種叫光電感應(yīng)探測器，它有一個發(fā)光元件和一個光敏元件，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，到達光敏元件上的光就顯著減弱，于是光敏元件就把光強的變化變成電的變化，通過放大電路向人們報警。近年來還出現(xiàn)了激光感煙探測器，它也是利用光電感應(yīng)原理，不同的是光源改用激光束。 （ 2）感溫探測器。正常的情況下，山東科技大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 12 探測器的電路斷開，當(dāng)溫度升到一定值時，由于金屬膨脹、延伸，導(dǎo)體接通，于是發(fā)出了信號。這兩種探測器都屬定溫型，即當(dāng)外界溫度超過某一限值時就會報警；還有一類是差溫型，升溫的速度超過特定值時，便會感應(yīng)報警。 （ 3）光輻射探測器。物質(zhì) 在燃燒時，由化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生閃爍的紅外光輻射使硫化鉛紅外光敏元件感應(yīng)，轉(zhuǎn)變成電信號，經(jīng)放大后，就能向人們報警。 火災(zāi)報警器是重要的安全設(shè)備，一切重要的場所，如大型物資倉庫、隧道、大型船舶、高層建筑都應(yīng)該安裝。 山東科技大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 13 第 3 章 火災(zāi)報警系統(tǒng)硬件設(shè)計 系統(tǒng)核心芯片選擇 傳感器介紹 AD590 溫度傳感器 要準(zhǔn)確地進行火災(zāi)報警 ， 選擇合適的溫度和煙霧傳感器是準(zhǔn)確報警的前提。 AD590是美國 Analog Devices公司生產(chǎn)的一種電流型二端溫度傳感器。由于 AD590 是電流型溫度傳感器 ， 他的輸出同絕對溫度成正比 ， 即 1μA/k ， 而數(shù)模轉(zhuǎn)換芯片 ADC0809 的輸入要求是電壓量 [2]，所以在 AD590 的負極接出一個 1kΩ 的電阻 R 和一個 100Ω 的可調(diào)電阻 W ，將電流量 變?yōu)殡妷毫克腿?ADC0809。 圖 31 AD590應(yīng)用電路圖 山東科技大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 14 AD590 有以下特點： AD590 的測溫范圍 55℃～ +150℃。電源電壓可在 4V6V 范圍變化，電流 TI 變化 1 A? ，相當(dāng)于溫度變化 1K。 輸出電阻為 710MΩ； 精度高。 ℃。 TGS202 氣體傳感器能探測 CO2, CO, 甲烷、煤氣等多種氣體 ,他靈敏度高 ,穩(wěn)定性好 ,適合于火災(zāi)中氣體的探測。選擇適當(dāng)?shù)碾娮枳柚?,使得當(dāng)氣體濃度達到一定程度 (如 CO 濃度達到%)時 ,VA 端獲得適當(dāng)?shù)碾妷?。模擬和數(shù)字電源端最好分別走線，盡可能在靠近供電端處相連，而去耦電容應(yīng)盡量靠 近芯片。 錄音（ /REC） ： 低電平有效。 邊沿觸發(fā)放音（ /PLAYE） ： 此端出現(xiàn)下降沿時，芯片開始放音。 錄音指示（ /RECLED） ： 處于錄音狀態(tài)時，此端為低，可驅(qū)動 LED。當(dāng)以差分形式連接話筒時 ， 可減小噪聲 ，提高共模抑制比。 模擬輸出（ ANA OUT） ： 前置放大器輸出 .前置電壓增益取決于 AGC 端的電平。對話筒輸入來說， ANA OUT 端應(yīng)通過外接電容連至本端。單端使用時必須在輸出端和喇叭間接耦合電容 ,而雙端輸出既不用電容又能將功率提高 4 倍 。節(jié)電模式下 ,它們保持為低電平。輸入時鐘的占空比無關(guān)緊要，因為內(nèi)部首先進行了分頻。 語音段的尋址 語音芯片與單片機的連接，常通過串行口來實現(xiàn)，串行口也可以通過輔助電路分時多用。發(fā)送結(jié)束，中斷由軟件清零。 （ 1）電源引腳 VCC 和 VSS VCC（ 40 腳）：接 +5V 電源正端； VSS（ 20 腳）：接 +5V 電源正端。在單片機內(nèi)部，它是一個反相放大器的輸入端，這個放大器構(gòu)成采用外部時鐘時， 對于 HMOS 單片機，該引腳接地；對于 CHOMS 單片機，該引腳作為外部振蕩信號的輸入端。在單片機內(nèi)部，接至片內(nèi)振蕩器的反相放大器的輸出端。對于 CHMOS 芯片，該引腳懸空不接。 （ A） RST/VPD（ 9 腳）： RST 即為 RESET， VPD 為備用電源，所以該引腳為單 片機的上電復(fù)位或掉電保護端。 當(dāng) VCC 發(fā)生故障，降低到低電平規(guī)定值或掉電時，該引腳可接