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1、 学 士 学 位 论 文烟雾火灾自动报警器设计姓 名：闫玉杰学 号：200905220137指导教师：吕依颖院系(部所)：光电工程学院专 业：电子信息工程完成日期：2012年04月18日 学 士学 位 论 文烟雾火灾自动报警器设计姓 名：闫玉杰学 号：200905220137指导教师：吕依颖院系(部所)：光电工程学院专 业：电子信息工程完成日期：2012年04月18日摘 要 随着经济的发展， 我国改革开放的不断深入和经济建设的迅猛发展,建筑自动消防设施应用规模日渐增大。大型工业企业日益增加各种高层地下和火灾危险性较高的新型厂房不断涌现，火灾自动报警系统在实际使用过程中也出现了诸多问题，火灾隐患
2、急剧增加威胁着我国经济的发展和人民生命财产的安全，而火灾自动报警系统作为厂房设计的重要组成部分在工业生产中肩负着安全防范的重任。建筑中的火灾自动报警系统设计首先必须符GB50116-98火灾自动报警系统设计规范的要求同时也要适应工业建筑的特点，合理选配产品做到安全适用技术先进经济合理。火灾报警器发生误报的现象时有发生，探讨了火灾自动报警系统误报的原因以及预防措施。【关键词】 火灾自动报警系统；GB50116-98；误报AbstractWith the development of economy, the deepening of the reform and opening up and e
3、conomic construction in our country the rapid development of building fire control facilities scale grows automatically。Big industrial companies increasingly various high-level underground and high fire risk of new factories have sprung up, in the process of the automatic fire alarm system in the ac
4、tual use also appeared many problems, fire hazard has increased dramatically threatening Chinas economic development and peoples life and property safety。As factory building design and automatic fire alarm system is an important part of shoulder the responsibility of safety in industrial production。
5、Architectural design of automatic fire alarm system must first be operator GB50116-98 automatic fire alarm system design specification requirements at the same time, it should meet the characteristics of industrial buildings, reasonable selecting applicable advanced technology economic and reasonabl
6、e products to do it safely。Fire alarm occurs the phenomenon of false alarms, automatic fire alarm system was discussed the reason of false alarm and prevention measures.。【Key words】:Automatic fire alarm system ;GB50116-98; False positives目 录第1章 绪论11.1 引言11.1.1 火灾自动报警器的发展历程11.1.2 火灾自动报警器的种类21.2 烟雾火灾报
7、警器误报情况的发生原因与解决办法21.3 本文的研究目的和主要内容3第2章 烟雾火灾自动报警器的原理和总体设计方案42.1 烟雾火灾自动报警器的工作原理42.2 烟雾火灾自动报警器的总体设计方案42.2.1系统控制器的选择：42.2.2输入通道方案的选择52.2.3 其他设备的选择6第3章 烟雾火灾自动报警器的电路设计83.1 信号采集及前置放大电路83.2 报警器故障自诊断电路83.3 烟雾报警器的硬件总电路图93.4 本章小结9第4章 烟雾火灾自动报警的软件设计104.1 系统主程序设计及流程图104.2 报警子程序设计与流程图114.3 本章小结11第5章 烟雾火灾自动报警器的结果及讨论
8、125.1 烟雾火灾自动报警器在现实生活中问题的讨论125.2 运用AutoCAD进行火灾自动报警器的外壳设计13参考文献14致 谢15烟雾火灾自动报警器的设计第1章 绪论1.1 引言 1.1.1 火灾自动报警器的发展历程在1980的前后，中国的火灾报警系统正处于起步的阶段，经过了30年的发展，现已经成为具有了一定强悍领导力市场的行业。我们国家制造出自己的火灾自动报警器，以此来适应国家的经济日益发展的需要。我国的火灾自动报警控制系统经历了从无到有、从简单到复杂的发展过程，其智能化程度也越来越高。第一阶段 从十九世纪四十年代到二十世界四十年代。在这段时间里，生活中占主导地位的是感温探测器，当时的
9、火灾自动报警系统处于初级阶段。在这一时期的火灾探测技术主要是根据感温探测器采集的温度信号，通过一个阀值来判定是否超过。第二阶段，从二十世纪五十年代到七十年代。在这短时间里，登上舞台的是感烟火灾报警器。它将感温火灾报警器排挤到第二的位置。火灾信号的传输采用多线制，一般来说的话，它要求每个火灾探测器用两条或者更多条导线与火灾报警控制器连接在一起，从而来保证每个火灾报警器能正常运作。烟雾火灾报警器通过烟雾的浓度大小来达到一个临界值，是否可以触发使其报警。第三阶段，二十世纪八十年代至今。由于单片机技术的普遍应用级发展，人们开始将单片机技术应用到火灾报警系统中，并采用了总线制的信号传输方式。微电子器件、
10、数字脉冲电路及计算机应用技术用于火灾监控系统，改变了以往多线制结构系统的直流巡检和硬线对应连接方式，代之以数字脉冲信号巡检和信息压缩传输，采用大量编码、译码电路和微处理机实现火灾探测器与火灾报警控制器的通信协议和系统检测控制，大大减少了系统线制，带来了工程布线的灵活性，人们不需一根根的布线、布点，只要将探测器和安装底座像接灯泡一阳并联在回路总线上。总之，火灾自动报警器正在一步一步的发展，它正朝着符合人们日常生活中需要的方向在努力，这就是一个很好的现象。说白了，火灾自动报警器的设计是对于人们安全的考虑，在任何情况下，人们的生命重于一切。1.1.2 火灾自动报警器的种类在现在的社会上，火灾自动报警
11、器的种类繁多，从市场上我们就可以看到比如有：1、感光型的2、感温型的3、感烟型的4、电缆型的5、复合型的等等，并且在每一类的下面还有一些小类。1.2 烟雾火灾报警器误报情况的发生原因与解决办法 烟雾火灾自动报警器产生误报的原因主要有以下几种：1、烹饪；2、间歇的报警声音产生；3、蒸汽或湿气的影响；4、香烟产生的烟雾；5、当通上电以后，报警器会响不停；6、电源接触不良。1、由于烹饪而产生误报，大部分是由离子报警器发出的，由于这样的传感器对于即使是人的肉眼无法看到的粒子较敏感，而由于烹饪高温产生的烟雾粒子是人眼无法看到的所以会产生误报。这样的话可以选择报警器是拥有离子传感器与光电传感器的火灾报警器
12、来解决了。2、间歇报警声的产生，可能是因为 火灾报警器使用的时间过长而变得非常敏感，也有可能是内部积累了很多的灰尘而没有及时的清理，也可能是报警器本身出了毛病，所以最好的办法就是换一个新的烟雾火灾报警器。3、由于蒸汽或湿气的影响，蒸汽或者湿气会浓缩在传感器和线路板上，假如浓缩太多的水汽的话就会发出报警的声音。所以最好的办法是将报警装置安装在离蒸汽或者湿气较远的方法。较老的报警器会变得对于蒸汽和湿气更加的敏感从而发生响应，所以可能是报警器使用的时间太长了，应该被替换掉的。4、香烟产生的烟雾从而使报警器工作，一般情况下，香烟的烟雾是不足以使烟雾火灾报警器工作过的，但是可能在一个很小的空间中有很多的
13、朋友一块吸烟，导致烟雾的浓度过大，从而产生报警。假如报警器太旧，太过老化的话报警器也可以产生报警。5、当通上电以后，报警器会响不停，这可能是报警器里面的灰尘沉积的太多或者报警器使用的时间太久了，也可能是报警器出了毛病。所有家用的报警器如果使用时间太长这样也会对烟雾变得敏感。这可能也是一个需要更换报警器的信号，就算是刚买来的报警器也会有毛病，这些是不能避免的，我们要做的就是要用一个能正常使用的火灾报警器。6、电源接触不良，这可能是最没有办法来避免的情况之一，看下报警器是不是太旧了，或者拆下来清理一下灰尘，最笨的办法，更换报警器。 1.3 本文的研究目的和主要内容 本文研究的目的是基于单片机的理论
14、来设计一款烟雾火灾自动报警器，随着经济的发展，我国改革开放的不断深入和经济建设的迅猛发展，建筑自动消防设施应用的规模日渐增大，大型厂房的建立。由于火灾自动报警系统在实际使用中还存在着不少的问题，在商场或者其他地方频频的有火灾的产生。一方面是因为设施不够健全，两一方面可能是火灾报警器并不适应用所在的场合。本文主要针对火灾自动报警的安装以及进行设计，从而做出一个实用的火灾自动报警器，从而给予大众人民群众帮助，以保障人民的生命财产的安全，一款新型的烟雾火灾自动报警器即将诞生。 第2章 烟雾火灾自动报警器的原理和总体设计方案2.1 烟雾火灾自动报警器的工作原理 烟雾火灾自动报警器是能够检测到环境中烟雾
15、的浓度，并具有报警功能的仪器，烟雾自动报警系统的最基本组成部分应该包括：信号采集及前置放大电路、A/D转换器、单片机控制电路、字符显示电路、声光报警电路、安全保护电路等部分组成，如图2-1所示。图2-1 系统结构图一个非常完整的火灾报警系统，应该包含以下几个部分：系统控制模块，火灾探测模块，数据转换模块，报警模块。本设计是以单片机作为用来控制系统的核心，通过传感器用来进行测温的实行，来实现烟雾火灾自动报警器的设计。这可以对室内外的烟雾实时采集和检测，当所检测的烟雾浓度高于所设定的临界值的时候，就会自动报警。 烟雾浓度信号采集电路以数字信号的形式送入单片机，这时的单片机对该数字信号进行滤波处理，
16、对处理后的数据进行分析，此时的数据是否大于预设好的临界值或者烟雾浓度，如果大于则报警器会发出报警声音，如果不大于这个临界值或者烟雾浓度，则就显示为正常状态。 2.2 烟雾火灾自动报警器的总体设计方案2.2.1系统控制器的选择：对于控制器的选择，非常的重要，它不仅要求控制器的功能强大，性价比高，可靠性强还要求精度和响应速度高。基于上述的要求，现总结一下本设计所需要的单片机的功能特点：（1） 控制能力很强它能在工业控制、智能仪表、外设控制、家用电器、机器人、军事装备等方面得到了广泛的应用，整个工业设备和工艺将进行一次以普及应用微机为特征的技术改造。为了满足对象的控制要求，单片机的指令系统均有极丰富
17、的条件，对于专门的控制电路实现很强大的功能。（2） 低功耗，低电压，便于生产便携式产品为了满足很多人使用的便携式的产品，单片机内的工作电压1.8V3.6V，而工作电流仅仅为数百微安，这样在使用单片机进行产品生产时会很便捷，更容易生产出符合大众需要的产品，在火灾自动报警器的生产中，单片机起到了很强大的作用。（3） 体积小，高集成度，高可靠性单片机将各功能部件集成在一块小的晶体芯片上，这样的集成度很高，以至于体积也是最小的。这样的芯片本身是按照工业控制环境的要求进行设计的，这里面的布线很短，比起一般的CPU有很大的优势可言。单片机程序指令，常熟及表格等固化使它在ROM中不易被破坏，许许多多的信号通
18、道均在一个芯片内，所以可见它的可靠性很高，用这样的来进行产品的设计能给我们省不少的力的同时也能使产品更完整。（4） 性价比很高单片机的性价比很高的，在控制器的选择上，单片机既能使我们能很好的利用到产品的设计中，还能更好的为我们节省资金，对于使用单片机来说就是很好的选择。（5） ISP以及IAP的使用在线编程技术及在应用中编程技术是通过计算机的并口或者串口对单片机进行程序下载编程的。单片机引出的编程线与I/O线共用，不增加单片机的额外引脚。ISP为开发、调试提供了方便，并使单片机系统远程调试、升级成为现实。IAP可实现单片机在应用中的再编程，为仪器仪表的智能化提供了重要的技术手段。2.2.2输入
19、通道方案的选择根据我的设计方案，这时我们需要将外界所测的烟雾等模拟量输入转化成数字量。本设计采用的是A/D转换器，这可以将多路的模拟量进行转化，因而省略了多路的开关。我们所知道的的A/D转换器的种类有很多，就单单只是位数来说的话有8位，10位，12位，16位等。位数越高的话，其分辨率就越高，当然相应的它的价格也会越贵。为了根据此设计的需要，从而确定转换器的位数为8位。2.2.3 其他设备的选择1.用LED来做显示器发光二极管（英语：Light-Emitting Diode,简称LED）是一种能发光的半导体电子元件。LED晶片的一端附着在一个支架上，一端是正极，一端是连接电源的负极，使晶片被封装
20、起来。发光二极管的核心部分是由P型半导体和n型半导体组成的晶片，在P型半导体和n型半导体之间有一个过渡层，称为PN结。在某些半导体材料的PN结中，注入的少数载流子与多数载流子复合时会把多余的能量以光的形式释放出来，从而把电能直接转换为光能。PN结加反向电压，少数载流子难以注入，故不发光。这种利用注入式电致发光原理制作的二极管叫发光二极管，通称LED。当它处于正向工作状态时(即两端加上正向电压)，电流从LED阳极流向阴极时，半导体晶体就发出从紫外到红外不同颜色的光线，光的强弱与电流有关。而我们知道的光的波长决定光的颜色，这是由形成P-N结的材料决定的。它具有以下特点：（1） 耗电量低LED耗电相
21、当的低，很低的功耗，它的效率很高，LED效率可达90%以上，几乎不发热。所以耗电小。（2） 体积小LED基本上就是一块很小的晶片被封装在一个环氧树脂里面，因此它非常小，并且还非常轻。（3） 低热量、高亮度LED使用的是冷发光技术，它的发热量比普通的照片明灯具低很多很多。（4） 环保用过LED的材料是无毒的，并且它也可以回收利用。在它的光谱中没有紫外线和红外线，它没有辐射，没有热量，眩光小，冷光源，是可以进行触摸的，是属于典型的绿色照明光源。（5） 使用寿命长它的灯丝不存在发光易燃、热沉积等缺点，在很合适的电流跟电压下，使用寿命可达6W-10W小时，这比起传统的光源长十倍以上。（6） 很坚固它被
22、封装在一个环氧树脂里面，比起荧光灯和灯泡都坚固。灯泡内也没有松动的部分，从而使LED不容易破坏。2. 对于报警电路的设计所谓的报警电路是由一个三极管、一个74ALS08芯片和一个蜂鸣器组成。当烟雾所测的值在设定的范围内时，单片机是不会做出反应的。但是当超过这一临界值时，单片机会发出动作命令，从而使三极管导通而发出蜂鸣声进行报警，这就可以提醒其他人赶紧做出相应的补救措施来。第3章 烟雾火灾自动报警器的电路设计 3.1 信号采集及前置放大电路传感器的输出信号正常的来说会很弱，所以需要经过前置电路对其进行放大、电平调整、滤波，以此来满足单片机对于输入信号的要求。3.2 报警器故障自诊断电路（1）判断
23、传感器电源连接情况在一个传感器的一端串联上一个电阻R16。当传感器正常连接时，电阻和传感器分压，此时电阻两端有微弱的电压，单片机可以通过ADC0809的IN2口检测到：如果传感器电源连接不正常，则会产生断路，检测到电阻两端电压为0。其电路图如图3-2所示。图3-2 报警器故障自诊断电路（2）判断传感器信号端连接的情况还有一种情况是判断传感器信号端是否连接正确。这样就不需要再在上面进行外加电路了，在传感器进行预热到23分钟后，通过与ADC0809的IN1输入端口连接，传感信号所测得的输出电压，假若说这时候所测得的电压是5V，这说明传感器的信号端连接不正常，这时系统会发出警报。1.1 烟雾报警器的
24、硬件总电路图我们把上述各个部分电路结合在一起后就是所设计的烟雾报警器的总电路了，分工的不同但最后会实现声光报警、字符的显示和灭火功能。图3-3烟雾报警器模块电路图1.2 本章小结本章主要介绍了烟雾火灾自动报警器的硬件设计，通过放大电路、转换电路，以及报警器故障自诊断电路来进行设计，通过单片机的控制使这个设计能够得以实现。很通俗说，此次设计的烟雾火灾自动报警器就是通过一个接收器，加上一个放大电路，然后接报警器的设计，这样设计简单实用可靠。第2章 烟雾火灾自动报警的软件设计2.1 系统主程序设计及流程图如下图4-1所示，主程序流程图。第一我们要给传感器进行预热，当进行充电时，传感器不能立即正常的采
25、集烟雾信息，这需要一段时间的预热才可以。当程序预热结束后，系统进入监控状态。主程序设计先对传感器预热，这样预热的同时，对传感器可以进行故障检测，运用软件的方式检测传感器加热丝或者电缆线在这样的情况下有没有断线或者说有没有接触不良。图4-1 主流程图在整个报警系统工作中，单片机对于烟雾信号进行了接受，将信号放大、A/D转换处理后，由单片机来对结果分析处理，以此来判断是否启动报警装置。这样的设计能给用户很大的帮助，烟雾火灾自动报警器的作用就是给人民群众提供帮助的，一旦有火灾的发生，尽量的减少损失。2.2 报警子程序设计与流程图当放大的信号不为零了，就是所说的烟雾浓度达到系统的报警的临界值。这时报警
26、器会发出报警声。为了防止误报，在程序设计上，对烟雾浓度进行重复检测和延时报警，从而来区别到底是不是管道中烟雾的泄露还是因为极短时间打开阀门所产生的可燃少量的散失所造成的，这都是为了防止误报。下图4-2所示。图4-2 报警子程序设计的流程图2.3 本章小结章是对于烟雾火灾自动报警器的软件的设计，通过系统的主程序与电路图来完成此次设计，本次设计用到的元件清单有：蜂鸣器，二极管，按键开关，扬声器，继电器，发光二极管，电容，电阻，74LS47，74LS04，共阳数码管。第3章 烟雾火灾自动报警器的结果及讨论3.1 烟雾火灾自动报警器在现实生活中问题的讨论此次只是一个设计，由于其他的原因，无法进行做出实
27、体来，所以我希望在以后时间里做出此次设计的实体，来进行调试以便于使用。在现在的日常生活中一般的火灾报警器存在以下的问题：（1） 设备的不兼容当前，一些工程在建设上为了节约成本，在设备的选择上会采取哪里便宜选哪里的策略。在报警主机，探测器，手动按钮的选择上，也是进行肆意的搭配。但是，由于当前在类似的产品中，并没有出台比较权威的技术标准。而各个厂家为了维护自己的利益，也在技术构造上，采用不同的参数，因而这就造成了不同产品不兼容的现象。据近期相关部门的一次调查显示，有大约百分二十的火灾报警器因为类似的问题而无法进行正常的工作。（2） 系统架构被改动在一些的工程中，对于火灾报警装置的基本配置上，还是比
28、较符合标准的。但是在施工中，为了节约成本，在调试时有意的减少控制模块，或者有意降低信号线路的绝缘强度。尽管这样的行为在施工开销上实现了很大的结余。但是，对于火灾报警装置的灵敏度等性能，被降低的结果也是不可避免的。（3） 相关部门的监察力度不足此外，在一些火灾防护设备的监理过程中，也存在着侥幸的心理，甚至在一些繁忙时期，在人手不够的时候采用非专业人士进行相应的监督，这无疑也给我们日后的安全带来很大的考验。另外，还有一些施工单位为了减轻工作量，用不同的工种来完成报警系统的搭建，最终使报警系统的性能大大下降。尽管这些都称不上是工作的失误，但是却对我们的生命安全构成极大的威胁。（4） 火灾报警装置，责
29、任心远比设备性能更重要。也许有的朋友会问，面对这样的安全隐患，我们如何去排查呢?在这里，我可以告诉大家的是，由于当前的火灾报警装置更多的采用暗线走线，而且相关设备的位置也比较小巧隐蔽。因此，除非相应的部门携带专业的设备前来检查，否则，如果不采用明火等场景模拟的方式进行试验的话，以我们现有的知识恐怕很难发现其中的猫腻。因此，这也就更多的依靠施工与监管过程中的责任心了。其实，作为一项关系到我们生命安危的保护装置，它在施工过程中，并没有太复杂的难度。但是，施工者的责任心则关系到整个报警系统的工作性能，甚至是用户的安危。所以，面对火灾报警器暴露出来的这些隐患，与其去过多的追寻设备的性能，以及防患的办法
30、，不如让我们的施工者更多一些忧患意识，让相关的监管部门更多一分责任意识。这样的付出显然要比关注其他方面更加经济，同时又更加的有效。3.2 运用AutoCAD进行火灾自动报警器的外壳设计烟雾火灾自动报警器硬件与软件的设计基本完成，但是为了以后的应用，现在用AutoCAD对报警的外壳进行设计，主要用到CAD的三维来做图，如下图5-2所示。图5-2 用AutoCAD所设置的外壳形状参考文献1黄浩忠 火灾自动报警系统简明设计手册M中国建材工业出版社,2001 2盛建 自动消防报警系统M天津大学出版社, 1999 3彭军 传感器与检测技 西安电子科技大学出版社, 2003 4 胡汉才 单片机原理及其接口
31、技 清华大学出版社 ,1996 5 赵亮 单片机应用系统设计与产品开发M 人民邮电出版社, 2004 6 王正军 Visual C+6.0程序设计从入门到精通人民邮电出版社 ,2006 7陈连生 可燃烟雾探测器及其设置安装要领 石油工程建设, 19968蔡美琴 MCS-51系列单片机系统及其应用 高等教育出版社,20049王宜怀，刘晓升，嵌入式应用技术基础教程M. 北京：清华大学出版社,200510陈国先。PIC单片机原理与接口技术M.北京：电子工业出版社,200411周航慈。单片机应用程序设计技术M.北京：北京航空航天大学出版社，199212冯长江.基于80C196KC 单片机的只能烟尘测试
32、仪J.电子技术应用 199913聂伟，孙圣和，一种新的智能型火灾报警器测试仪的设计J 测控技术，199714吴林华，陈良光.一种分总线式火灾报警器系统的研究J.自动化与仪表 199815卢光芝。单片机在火灾报警系统中的应用J.微计算机信息，199716李敬兆，杨岸。ICL7135与单片机的3种接口电路分析研究J。安徽理工大学学报自然科学版 200317施汉谦，宋文敏。电子秤技术M。北京：中国计量出版社 199118肖奇军，李胜勇，林益平，等。智能电子称重系统J 肇庆学院学报，200519梅丽风，王艳秋，汪毓择，张军，北京：清华大学出版社；别竟交通大学出版社 200420庞严英，刘培基，赵继军，
33、等。ICL7135高精度A/D转换器与垫片微机接口新技术J。山东纺织工学院学报 1995致 谢本文论文的主要内容写作始终都是在导师的悉心指导下完成的。首先对吕依颖老师致以最崇高的敬意和诚挚的感谢！是吕老师引导、鼓励我在一个崭新的领域里进行了有意的探索，并帮助我克服了种种困难！吕老师严谨的科研态度、平易近人的作风、强烈的创新意识、敏锐的洞察力、渊博的知识、开阔的眼界，一丝不苟的敬业精神都一直是我学习的榜样，从吕老师那里我学到了许多有益的思想方法和宝贵的经验，并将终生影响我对学习、工作和生活的态度。本文论文的最终完稿是在吕老师的精心指导和帮助下完成的，在此对导师吕老师致以崇高的敬意和诚挚的感谢！四年来无论在学习，生活和工作上，吕老师都给予了大力的帮助和指导。饮水思源，师恩难忘，再次衷心感谢教育、指导我的老师们！闫玉杰作者：闫玉杰第15页共11页