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1、2016 年第 15 期 （总第 366 期） NO.15.2016 ( Cumul ati vetyNO.366 ) 单片机智能火灾报警器研究 甄天作 （济 宁市技师 学院，山 东 济宁 272 000） 摘要：火灾是国内外普遍关注的灾难性大问题，它是发生频率比较高的一种灾难，而且在任何时间任何地点都 可能发生，特别是在人员相对比较密集的地方（比如楼宇中）发生火灾时， 往往会使人们在物质和精神上受到 相当大的损失，甚至是人员伤亡，因此楼宇的火灾自动报警及其灭火系统对当今社会的生活就显得相当重要。 关键词：智能设备；火灾报警器；消防报警；单片机；智能消防系统文献标识码： A 中图分类号： TP
2、273 文章编号： 1009-2374（ 2016） 15-0023-02 DOI： 10.13535/ki.11-4406/n.2016.15.011 1 单片机智能火灾报警器简介 可靠性能得到提高。 1.1 智能消防系统 1.3 火灾报警控制器分类 以往的防火系统体系构成相对简单、比较被动，很 火灾报警控制器种类十分多，一般按控制的范畴大 难及时地发现并消除灾难。而当今的防火系统体系则是 小可分为区域火灾报警控制器、集中火灾报警控制器和 自行检查、自动报警并自动灭火的智能化的消防系统体 控制中心火灾报警控制器。壁挂式火灾报警控制器、台 系。智能化的消防系统主要是由失火的自动报警系统和 式火
3、灾报警控制器和框式火灾报警控制器是按布局类型 联动灭火系统两大系统组合而成的。自动报警系统即感 的不同来分的。而多线制火灾报警控制器和总线制火灾 知中枢系统，就像是人的感觉器官和大脑用来检测发现 报警控制器是按系统布线方式来划分的。 是否发生失火并给予警示；而联动灭火系统则为灭火的 1.4 工作原理 执行系统，就好比是人的四肢用来进行灭火的具体动 火灾报警控制器将火灾检测器送过来的信息加以处 作。一旦失火，火灾报警系统检测到火警信号并将其立 理并发出相应的报警信息。从工作原理上讲，不管是哪 刻发送给报警 控制器。而联动灭火系统则根据报警器发 一类报警控制器都是依照统一的工作模式，即从汇集探 出
4、的指令驱动相对应的输入输出模块，启动消防泵、喷 测信号阶段到输入模块阶段，再到自动监控模块阶段， 淋泵、开启或关闭相应的排烟口和送风口、启动排烟机 最后再到输出模块总共 4 个阶段。 和送风机、开启扩音机和相应的火灾事故广播扬声器、 2 单片机简介 相应的卷帘门下降，从而实现消防联动控制。这样智能 2.1 单片机的特点 消防系统通过自动报警系统和联动灭火系统的相互之间 单片机具有性价比较好、电路的集成度较高、占用 的配合实现了对火灾的预防及治理，从而很好地保证了 空间相对小、可靠性能也较高、综合控制功能强且能量 人们的生命和财产的安全。 消耗很低等优点。 1.2 火灾报警控制器的功能 2.2
5、单片机的应用 1.2.1 火灾报警：只要是接收到好比报警手动开 2.2.1 在智能仪表中的应用：由于单片机能进行 关、烟雾检测器、消火栓按钮或者是输入模 块发来的火 简单的运算，所以在仪器仪表中引入单片机的使用会使 警信息时，均可以发出报警（声音加光线）的信号。 仪器仪表越发智能化，从而提高测试的自动化程度和精 1.2.2 故障报警：在系统正常工作过程中控制器 确度，另外也能简化仪器仪表的硬件结构使其越来越小 会时刻进行巡查，如果系统存在异常现象则会发出声音 巧轻便。 和光线的报警信号，并同时可以体现相应故障的类别及 2.2.2 在光机电产品中的应用：光机电一体化产 编号等。 品是指集合了机械
6、、电气、气动、计算机技术于一体， 1.2.3 火警优先：如果故障报警或已处理火警与 具有高智能化特点的产物。 火警同时出现时，则会优先处理火警信息，在火警警情 2.2.3 在实时过程控制中的应用：在实时控制过 得到清除后采取处理相应故障报警。 程中操纵单片机实时地对数据进行处理和控制，能使系 1.2.4 时钟与火灾发生时间的记忆：系统中有相 统保持在最佳的工作状况，从 而提高产品的质量和加工 对应的存储单元来储存事故发生的具体时间，时间的处 速度。 理是利用相关的软件编程来实现的。 2.2.4 在人类生活中的应用：目前海内外各类家 1.2.5 自检功能：系统设置了检查功能，可以时 用电器（洗衣
7、机、电饭锅等）已普通运用了单片机来取 刻对报警控制器进行模拟火警检查，从而使报警系统的 代传统的控制电路，逐步实现了向智能家电的过渡。 - 23 - 2.2.5 在其他方 面的应用：单片机不单单是在以 上领域得到了应用，它还广泛应用于其他不同的领域， 如办公自动化领域、汽车及通信、模糊控制、商品营销 领域等。 3 烟雾探测器报警电路的组成 3.1 烟雾探测器传感器的发射部分 MC 系列的芯片 MC14468 是离子型烟雾检测报警的专 门芯片，是当前产品中比较常见的传感器，它是既能检 测又能进行报警的智能化传感器。当它检查出有烟雾颗 粒时，它会主动驱动压电式电子元器件产生报警声，并 且同时带动发
8、光二极管以某一频率进行闪烁发光，通过 声与光的配合实现报警的最佳效果。 3.2 烟雾探测器 传感器的接收部分 功率放大器想要处于接受 的状态，单片机就必须 令 TXEN 端置为零，此时设备从 PCB 天线上接收到调频信 号，调频信号会依次经功率较低的放大器放大后，再经 过混频器（其作用是抑制或消除干扰）使其变成中频信 号，再经过滤波功能和调制器解调后，转换为有用的数 据传出。此时单片机要切换成发射模式，回送握手信 号， nRF401 把得到的数据再输送给单片机，经内部数据 运算后送给 LED 的显示屏上进行显示（报警的具体信息 情况），同时会驱动报警器进行报警。 3.3 温度烟雾信号采集模块
9、正确地选择适当的相关 的传感器是报警器准确性的 关键因素。综合考虑各种影响因素，一般用作采集系统 的敏感元件会选择集成温度传感器 ad59o（输出同绝对 温度成正比）和气体传感器 tgs202（能探测 CO2、 CO、甲 烷、煤气等多种气体）。 3.4 声光报警模块 火灾报警按照情况的差别（火灾、异常、故障）不 能就发出一种报警信号，而是最好能发出不同种类的信 号。一般是操纵单片机的 Po，从而得到不同的声光报警 信号。而声音信号是由专门的语音芯片供给的。利用 给语音芯片的 S1 和 S2 端输入的逻辑电平（ 00， 01， 10， 11）的差异，即可 轻松获得 4 个不同的声音信号。逻辑 电
10、平是由单片机的 P1、 0 和 P1、 1 两个端口进行控制的。 除此 之外还要用 到一个选择信 号，此信号 由 P1 、 3 供 给。在该信号为低电平时，芯片是不会依据 S1 和 S2 端的 控制信号的变更而使发出的报警声有所差异，要想报警 则该信号必须是高电平。 由单片机 P1 口的 P1、 4 到 P1、 7 分别驱动 4 个不同的 发光二极管，用来光报警。 P1.4 P1.7 所控制的灯的颜 色可以依次为绿色（系统正常）、黄色（系统障碍）、 红色（系统异常）和红色（发生失火）。 3.5 单片机与 MODEM 的通信模 块 智能火灾报警器的智能体现在当报警器监测到发生 火灾信号后，它应该
11、能及时地将此信息通知给相关的工 作人员，一般是自动拨通事先预留的电话号码，从而能 及时地上报消防指挥中心，在尽可能短的时间内把火 灭掉。所以，火灾报警器需要单片机与 MODEM 的通讯部 分，一般是由单片机、 RS232 电平转换电路和 GM16C550 串行端口扩展芯片所构成的。 - 24 - 4 单片机的抗干扰特性 有电就会有磁，同样有磁也会有电，磁和电之间相互 制约、相互影响。单片机是靠电信号驱动的电子器件，并 且所用的电信号还都属于弱电，故 极易受到来自系统内部 和外部各种电信号的干扰。有些滋扰因素常会致使单片机 系统的工作反常，轻微的可能影响产品质量和产量，严重 的就会引发事故，带来
12、相当大的经济损失。 4.1 干扰形成的三要素 形成干扰的三要素为：干扰源（如雷电、继电器、 电机、高频时钟）、传播路径、敏感器件（如数字 IC、 弱信号放大器等）。 4.2 干扰的分类 通常有如下种类：放电性干扰、高频率振荡干扰、 浪涌干扰、共模干扰、串模干扰、连续的正弦波干扰、 脉冲电压干扰和脉冲序列干扰等。 4.3 干扰的耦合方式 干扰源产生的干扰信号一定得通过 合适的耦合通路 才会对测控系统产生相应的滋扰效果的。干扰源到被干 扰对象之间的连通方式又被称作干扰的耦合方式，主要 有如下方式：直接耦合方式（例如干扰信号通过电源线 直接侵入系统）、公共阻抗耦合（常常发生在两个电路 电流有交集阻抗
13、的情况）、电容耦合（又称电场耦合或 静电耦合）、电磁感应耦合（又称磁场耦合）、漏电耦 合（纯电阻性）。 4.4 常用硬件抗干扰技术 4.4.1 抑制干扰源。抑制干扰最直接有效的办法就 是消除电信号（或将相互干扰的电信号彼此之间隔离开 来），即尽可能地减小干扰源的出现和变化。一般采用 抑 制干扰源的做法往往会起到意想不到的效果。具体的方法 有：在干扰源两头并联电容，或在干扰源回路中串联电感 及增添续流二极管等，都可以获得比较理想的效果。 4.4.2 切断干扰传播路径。电磁信号的传播路径 主要有两种：一种是利用导体来传递；另一种是以辐射 的形式来传递。所以，干扰的传播路径也就会有两种即 传导干扰（
14、导 体传播到敏感器件的干扰）和辐射干扰 （由空间辐射传播到敏感元器件的干扰）。一般针对传 导干扰我们通过在导线上外加隔离光耦的方式或加滤波 器来处理，而对辐射干扰我们一般常利用地线将干扰源 隔离， 即在敏感器件上加屏蔽设备或适当增长敏感器件 与干扰源之间的距离来处理。 参考文献 1 张 公忠， 等智 能建筑 技术 与应用 （第一 版） M 北京：中国建筑工业出版社， 2001 2 高层 民用建筑设计 防火规范（ GB 50045-95） S北 京：中国计划出版社， 1995 3 火灾 自动报警系统 设计规范（ GB 50116-13） S北 京：中国计划出版社， 1999 4 冯庆祥，毕平智能化小区和智能住宅低温建筑技术 J低温建筑技术， 2002，（ 1） 5 殷 际英 楼宇设 备自动 化技 术 M北京 ：化学 工业 出版社， 2004 6 黎 连 业 智 能 大 厦教 程 M 北 京： 科 学 技 术出 版 社， 2000 （责任编辑：黄银芳）