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1、网络无线火灾报警系统沈一航 范伟 郑绍华 段周兴 曾昊 田志（贵州师范大学机械与电气工程学院，贵州 贵阳 550059）摘要：针对当前火灾自动报警系统存在的误报漏报频繁、智能化和化程度低、特殊恶劣条件下火灾探测报警抗干扰能力弱等问题，本设计以STC89C52RC为核心，采用烟雾传感器ZYMQ-2作为火灾信号检测器，实现多种火灾情况的监控报警，无线收发模块RF1100-232可自动编码和接收火灾信号。系统采用智能识别算法，主机与各终端设备间通过中继实现200m以上的远距离无线信号传输，主机可数字显示火灾发生的位置、对终端被测点的温度检测、备用电池的电压监控和喇叭发声报警。除此之外，为了增加系统的
2、应用范围，PC的COM口可通过RS232转换实现用计算机监控每火灾报警终端点。系统设计科学合理、功能全、造价低、灵敏度高、实用性强等特点。关键词：STC89C52RC；ZYMQ-2传感器；RF1100-232无线收发模块；火灾报警Network Wireless Fire Alarm SystemShenYiHang FanWei ZhengShaoHua ZengHao DuanZhouXing TianZhiGuiding teacher: ZhengYu ZhengXiaoQian (guizhou normal university machinery and electrical e
3、ngineering institute, guizhou guiyang 550059)Abstract: the system based on single-chip microcomputer STC89C52RC as the core design of network site wireless fire alarm system. Using smoke sensor ZYMQ - 2 as fire signal tester, wireless transceiver module RF1100-232 through more than 200m relief reali
4、ze remote wireless transmitting multi-channel fire encoded signal and receive fire signal. System using intelligent identification algorithm to realize the variety of fire alarm, but digital display monitor the position of fire, and horn an alarm. This system can be applied to many occasions, and th
5、rough the ZYMQ - 2 gas sensors to collect family or a factory methane, liquid hydrogen, smoke, fire information such as, to meet different needs. In addition, in order to increase the system application scope, system also expanded the host to end be point temperature detection, a spare battery volta
6、ge monitoring. This system has the design of scientific, rational, complete functions, low cost, high sensitivity and practicability etc. Keywords: STC89C52RC; ZYMQ - 2 sensors; RF1100-232 wireless transceiver module; Fire alarm1 引言21世纪是信息化的时代，一些在国民经济和社会活中起着至关重要作用的特殊场所，如图文档案信息中心、邮电通讯枢纽、集成电路生产车间、大型电站
7、、粮仓等。其内部各种电气设备高度集中且长期运行工作，将会存在较多的火险隐患，一旦发生火灾，必然会给国家造成极大的经济损失，给社会带来重大影响。因此如何及时、准确无误地预测火灾险情成为社会关注的一个焦点。本文针对火灾的特点，设计了一种其灵敏度好、准确度高、成本低、操作简单方便，可同时实现对多路火灾信号进行检测，并进行无线检测报警的装置，提醒终端及时采取有效的措施防范。2 系统硬件设计不同场所火灾情况有多种多样，但几乎所有的火灾都会伴随有大量的烟尘产生和环境温度的升高。本文抓住火灾发生的共性，选取ZYMQ-2气体传感器放在不同的检测地方检测出发生火灾的现场环境参数，用RF1100-232接收模块接
8、收多个探测器无线串行传输的火灾信号，实现火灾报警。系统由多个无线终端探测点和中心火灾报警控制系统组成，如图1所示。图1 系统机构框图 图4 ZYMQ-2气体传感器2.1 报警系统报警系统由单片机、气体传感器、电源模块、收发模块四部分组成。单片机是整个报警系统的核心，其工作原理是先通过ZYMQ-2传感器(包括温感和烟感)将现场温度、气体等非电信号转化为模拟信号或数字信号。ZYMQ-2传感器采集到火灾信号后，由单片机对该路信号进行编码，再将信息串行传送给发送模块发射火灾信号，接收模块通过之前的协议进行通讯提醒主机报警。各路终端检测点对信号的编码不一样，由天线发射出去的编码信号就代表不同检测点。接收
9、模块接收报警信号后送到主机显示检测点，并驱动蜂鸣器发声报警。发射电路原理框图、接收电路原理框图分别如图2、3所示。2.2 器件的选择及单元电路工作原理2.2.1 传感器工作原理ZYMQ-2气体传感器是由微型AL2O3陶瓷管、SnO2敏感层、测量电极加热器构成的敏感元件，固定在不锈钢制成的腔体内，加热器为气敏元件提供了条件。如图4所示。该传感器有4支管脚，其中2支用于信号的取出，其余的两支为电源脚，提供加热电流。ZYMQ-2气体传感器可应用于家居和工厂的各种气体泄漏检测，适宜于液化氢，甲烷，丁烷，丙烷，氢气，烟雾等的探测；其特点如下：具有信号输出指示；双路信号输出（模拟量输出及TTL电平输出）；
10、TTL输出有效信号为低电平（当输出低电平时信号灯亮，可直接接单片机）；模拟量输出05V电压，浓度越高电压越高；对液化气，天然气，城市煤气有较好的灵敏度；具有长期的使用寿命和可靠的稳定性；快速的响应恢复特性。ZYMQ-2气体传感器有两个信号输出端口，即AOUT和DOUT。AOUT端口是模拟电压输出端，可检测环境参数的浓度变化，DOUT端口是TTL电平输出端，根据环境参数的变化输出高低电平，调节可调电阻进行灵敏度的调节。本系统中用DOUT端口接单片机的P3.3口，正常时DOUT端口输出高电平，当环境参数满足传感器检测范围内时，DOUT端口立即变为低电平信号，使P3.3口置0。2.2.2 RF110
11、0-232无线收发传输模块RF1100-232无线收发模块是TI公司的CC1101低功耗无线通信芯片，最大发射功率可达10mW。模块工作于433MHz频段，该频段为免费ISM频段免许可证使用（420MHz440MHz）。基于FSK的调制方式，该芯片采用高效前向纠错和信道交织编码技术，提高了数据抗随机干扰和突发干扰的能力，在信道误码率为10-2时，可得到实际误码率10-510-6。另外单个模块传输距离远，1200bps传输距离最大可达200m，支持透明数据传输，拥有256个可编程信道。RF1100-232模块使用宽电源输入设计，直流电源供电，其工作电压范围+2.7V+5.5V。RF1100-23
12、2无线收发模块提供TTL电平接口，直接连接串口设备。如需连接PC的RS232口（需要调试底层软件，或通过PC远程控制终端设备），可连接TTL转RS232的电平转换板。 RF1100-232是半双工工作的，收发一体模块，即每个模块既可以收，也可以发。如果要发送数据，只需要把该字节数据通过串口写入模块，模块收到该字节数据就通过无线发出； 如果收到无线数据，则模块自动把该字节数据从串口送出 ；一次连续发的数据或字符串长度不要大于30，也就是说如果数据长度大于30， 则需要分开发送。该模块的4脚（Rxd）接单片机的P3.1（Txd）口,5脚(Txd)接单片机的P3.0（Rxd）口，3脚和6脚接电源，剩
13、余两脚未用。当P3.4口=0时，单片机通过串口与该模块通讯。终端收发模块自动进行编码和发送数据，主机收发模块进行信号的接收和译码。 2.3 显示、报警电路显示电路和报警电路如图5、6所示。为了节约单片机系统资源，剩下的I/O口用于驱动显示电路。由于动态扫描的方式占用CPU资源，有延时作用，且扫描显示的数据较暗同时影响串行传输的波特率，为此本系统采用静态扫描的方式驱动4位数码管。P2.0P2.3作为4为数码管的位选端，P0.0P0.6扫描4位数码管的七段。正常情况下P2.0P2.3，P2.4口为高电平，三极管Q1Q5处于截止状态，当收到火灾信号后，P2.0P2.3，P3.4立即变为低电平，三极管
14、Q1Q5导通，进行数码管的位选，同时P0.0P0.6开始扫描数码管显示编号提醒火灾发生的位置，蜂鸣器得电发声报警。SB为报警确认(解警)按键接终端监测点的P3.4口。图5 显示电路 图6 报警电路图 2.4 供电系统 电源适配器输出5V/1A，为系统提供稳定的电压。如图7所示。此外，为了保证系统能稳定、可靠的火灾报警，另给系统加上了直流备用电源。正常工作状态下电源适配器的电压为5V，而直流电源端的电压为4.8V，使得直流电源端二极管处于截止状态，整个系统由电源适配器供电。当火灾情况发生时，若交流线路被烧断或线路停电，则直流电源端的电压大于电源适配器端的电压，二极管导通，直流电源为整个系统供电。
15、图7 供电系统框图 图8 电池电压检测电路2.5电池电压检测电路电池电压检测电路的作用是随时检测备用直流电源电压跌落，以保证系统能正常工作。电路图8所示。该电路由稳压管D1，晶体管Q1及电阻R1组成。当电池电压在正常情况下，稳压管D1处于击穿状态，晶体管Q1导通，输出低电平。当电电到终止电压时，稳压管D1处于截止状态，晶体管Q1由导通变为截止，输出高电平。此时单片机P3.2检测到高电平后，由终端向主机发送电池电压跌落报警信号，并指出是哪路线路电源问题，提醒工作人员更换电池。3 系统软件设计采用C语言编程实现整个系统控制。主程序的流程图如图9和图10所示。采用模块化设计方法，并在Keil uVi
16、sion3环境下调试。系统上电后完成初始化，使STC89C52RC复位。终端设备器的气体传感器和电池电压检测电路采集信号，若P3.2或P3.3为高电平，则终端自动通过RF1100-232无线收发模块编码和发送将该信号。主机如果不能对终端进行访问，则通过中继表查询能与主机通讯的终端设备器，访问该终端被测点。主机的RF1100-232无线收发模块收到某一路有火情、者备用电池电量不足、手动报警信号后，驱动显示电路工作和驱动蜂鸣器报警。7图9 终端主程序流程图图10 主机监控主程序流程图 4 结束语采用ZYMQ-2气体传感器可应用于家居和工厂的气体泄漏检测装置。适宜于液化氢，甲烷，丁烷，丙烷，氢气，烟
17、雾等的探测。代替了多种传感器的检测，节约了整个系统的成本。该传感器不用外加A/D转换器，模拟量输出及TTL电平输出，可直接连接单片机。使系统设计不复杂，提高了火灾报警的准确性。多路火灾同时检测，各个被测点之间能相互访问，通过中继实现200m以上的远距离串行数据传输，节省了传输导线和装置，火灾发生的时候容易损坏传输线路，现场的检测信号往往不能传输到监测室，所以无线有利于提高整个报警系统的可靠性。系统还能在监测室里的接收装置接收信号后，数码显示出是哪一路发生了火灾或者是哪一个被测点的备用电源电压降低。实现了一点同时对多点的检测，提高了报警的效率。参考文献1何道清，传感器与传感器技术M北京：科学出版
18、社，20042张红润，传感器应用300例M北京：航空航天大学出版社，2008.3崔占琴，马虎山一种无线报警器的设计与实现J.现代电子技术，2006.4黄继昌，适用报警电路M北京：人民邮电出版社,2008.5赵德安，单片机原理与应用M北京：机械工业出版社，2009.6全新实用电路集粹丛书编辑委员会，灯光控制应用电路集粹M，机械工业出版社，20057马家辰，等.MCS-51单片机原理及接口技术M.哈尔滨：哈尔滨工业出版社，1997.8吕能元，等. MCS-51单片微型计算机原理接口技术运用实例M.北京:科学出版社，1993.9杨振江，等.智能仪器与数据采集系统中的新器件及运用M.西安：西安电子科技大学出版社，2001.10PHILIPS：80C51-Based 8-bit Microcontrollers, 1988.11MOTOROLA公司：Microcotroller and Peripherial Date,1990.12Microchip公司：PIC16/17Microcotroller Date Book,1995.13Intel公司：8-Bit Embedded Controller Handboo,1989