船舶火警系統(tǒng)的設(shè)計(jì)Office2003

1、高英明 船舶火警系統(tǒng)的設(shè)計(jì)南通航運(yùn)職業(yè)技術(shù)學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 班級 電氣3082 專業(yè) 電氣自動化 題目 船舶火警系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 學(xué)生姓名 高英明 指導(dǎo)教師 賈君瑞 2011年 2 月 21 日 目錄摘要·································

2、·······································4導(dǎo)言··········

3、83;·················································

4、83;···········51船舶火警系統(tǒng)的概述····································

5、3;···············61.1意義·································

6、3;·································61.2發(fā)展···············

7、3;·················································

8、3;·61.3前景···············································

9、3;···················62船舶火警系統(tǒng)的原理·····························

10、;·······················72.1系統(tǒng)簡介·························

11、83;····································72.1.1系統(tǒng)組成············

12、;············································72.1.2系統(tǒng)形式····&

13、#183;·················································&

14、#183;··82.2系統(tǒng)原理··············································

15、;················92.2.1主控制器原理································

16、;····················92.2.2探測器原理····························

17、·························102.2.3手動報警原理·······················

18、;····························122.2.4防爆隔離柵原理···················

19、83;·····························133船舶火警系統(tǒng)的設(shè)計(jì)··················

20、83;································143.1系統(tǒng)整體設(shè)計(jì)方案···············&#

21、183;····································143.1.1煙霧檢測報警器工作原理··········&#

22、183;·····························143.1.2煙霧檢測報警器的結(jié)構(gòu)·················

23、83;························153.1.3煙霧檢測報警器的功能······················

24、3;···················153.2系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)·····························

25、;···························163.2.1單片機(jī)選型·····················

26、;································163.2.2煙霧檢測報警器硬件電路設(shè)計(jì)··············

27、83;····················173.2.2.1信號采集及前置放大電路··························&

28、#183;·······173.2.2.2聲音報警電路·······································

29、3;·····193.2.2.3數(shù)碼管顯示電路··········································

30、·193.2.2.4狀態(tài)指示燈及控制鍵電路··································203.2.2.5報警器故障自診斷電路········

31、83;···························213.3系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)····················

32、3;····································213.3.1 STC12系列單片機(jī)調(diào)試及開發(fā)工具·········

33、83;····················213.3.2煙霧檢測器軟件流程及設(shè)計(jì)··························&#

34、183;··········223.3.2.1主程序設(shè)計(jì)及流程圖····································&#

35、183;·223.3.2.2主程序初始化流程圖······································233.3.2.3插值法線性化處理子程序設(shè)計(jì)及流程圖···

36、·················243.3.2.4報警子程序及流程圖······························

37、········263.3.2.5控制按鍵設(shè)計(jì)子程序及流程圖·····························273.4系統(tǒng)分布········

38、;··················································

39、;···283.5系統(tǒng)連橋·············································&#

40、183;···············30摘要目的任何復(fù)雜的火災(zāi)報警系統(tǒng)都不能消除火災(zāi)的產(chǎn)生，它只能防止火災(zāi)的發(fā)展和失控。隨著現(xiàn)代船舶自動化程度的日益提高和裝潢檔次的逐漸豪華，合成材料和化學(xué)物品廣泛地應(yīng)用于家具和室內(nèi)裝修，它們有的燃點(diǎn)很低，而且在很低溫度時就能發(fā)揮出有毒氣體，其它隱藏的火災(zāi)源，如自動電站等在最近十幾年快速發(fā)展，相應(yīng)地對火災(zāi)探測的要求也隨之提高?；馂?zāi)探測系統(tǒng)的最基本的功能是為了救命，為此目的，該系統(tǒng)必須能夠探測到陰燃，最好在陰燃的一

41、開始就能發(fā)現(xiàn)它。除此外之外，還要能顯示和描述出實(shí)際的火災(zāi)位置和區(qū)域，以文字形式貯存和顯示每個探頭的定位，能夠打印出這些信息以及其他鄰近區(qū)域危險情況的警報，能夠清晰快速的通知值班人員和消防人員以便使他們在收到警報信號后12分鐘內(nèi)能迅速地集合于火災(zāi)地點(diǎn)，并能起用幾乎所有消防設(shè)施。方法結(jié)合自己在學(xué)校所學(xué)的知識，積極查閱圖書資料，利用網(wǎng)絡(luò)，以及在實(shí)習(xí)期間實(shí)踐所學(xué)的有關(guān)船用方面的知識進(jìn)行深入的研究，思考。向泰科火警服務(wù)商請教，深入了解泰科火警，以此為理論依據(jù)，結(jié)合實(shí)際操作設(shè)計(jì)出論文。結(jié)果能夠滿足現(xiàn)代船舶自動化程度發(fā)展的要求，在短時間內(nèi)檢測到火災(zāi)發(fā)生并傳遞信號，迅速采取自動滅火措施，同時使值班人員能夠迅速

42、聽到報警聲音，知道火災(zāi)發(fā)生的地點(diǎn)，并能及時采取更好滅火措施。結(jié)論 當(dāng)前火警系統(tǒng)能夠滿足船舶自動化的要求，探頭檢測靈敏，控制器處理信號迅速，但是火警探頭對環(huán)境要求較高，容易受污染，當(dāng)環(huán)境中灰塵多時，反應(yīng)不靈敏甚至于失去檢測作用，增加火災(zāi)隱患，這是個比較復(fù)雜的問題，短時間內(nèi)難以解決。關(guān)鍵詞：火災(zāi)報警系統(tǒng)；船舶自動化；泰科火警導(dǎo)言利用實(shí)習(xí)期間所學(xué)習(xí)的有關(guān)火警系統(tǒng)的知識，參照“庫娜森”號油輪上配備的泰科(TYCO)火警系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)，使火警探頭能夠及時有效地捕捉到火災(zāi)信號并及時發(fā)出信號，主控制器能夠及時接受并迅速處理報警信號，及時發(fā)出報警信號到各個聯(lián)動裝置，使個聯(lián)動裝置發(fā)生動作，迅速采取滅火措施，保證生

43、命安全，減少財產(chǎn)損失。同時業(yè)為了檢驗(yàn)自己學(xué)習(xí)水平，進(jìn)一步了解船舶火災(zāi)報警系統(tǒng)，深入探討船舶火警系統(tǒng)的原理，所以選擇了船舶火災(zāi)報警這個課題幫助自己鞏固知識并能在工作學(xué)習(xí)中進(jìn)行創(chuàng)新。本設(shè)計(jì)重點(diǎn)放在煙感探測部分，詳細(xì)的對其進(jìn)行了解剖，分析，設(shè)計(jì)。設(shè)計(jì)過程中充分利用了課本基本知識，網(wǎng)絡(luò)以及泰科火警的產(chǎn)品介紹書和使用說明書，向老師傅和廠家服務(wù)商請教，與同事討論，自己不斷的摸索而來并且經(jīng)過自己反復(fù)思考修改最后定稿。1船舶火警系統(tǒng)概述1.1意義船舶是運(yùn)載國際貿(mào)易貨物量最大的運(yùn)輸工具，隨著發(fā)展中國家的經(jīng)濟(jì)增長，人口的快速膨脹，人類生活水平的提高及信息技術(shù)對全球各行業(yè)的促進(jìn)，將會大大推進(jìn)航運(yùn)業(yè)運(yùn)輸量的提高，從而

44、導(dǎo)致航運(yùn)工具船舶的迅速增加，根據(jù)中國船舶工業(yè)經(jīng)濟(jì)研究中心的一項(xiàng)研究表明：隨著海運(yùn)量增長和更新船舶在內(nèi)，我國2015年之前，需求船舶的新增量為7300萬載重噸，世界船隊(duì)繼續(xù)擴(kuò)增并基本穩(wěn)定在7萬艘左右，大約6億7億總噸的規(guī)模。船舶大型化，專業(yè)化，科技化，高速化已成為現(xiàn)實(shí)。在這樣一個飛速發(fā)展變化的過程中，船舶事故的發(fā)生也會出現(xiàn)大幅度增加的現(xiàn)象，根據(jù)DNV（挪威船級社）估計(jì)，世界船隊(duì)每年的事故損失達(dá)100億美元，倫敦保險行（ILU）1996年統(tǒng)計(jì)海上船員死亡高達(dá)1190人，因此，保證船舶的航運(yùn)安全，對于相關(guān)海運(yùn)業(yè)的主管機(jī)關(guān)，航運(yùn)企業(yè)及廣大海船的員工都是一個重大問題，一切海難的發(fā)生。幾乎都是在“人，機(jī)，

45、環(huán)境和管理”的不良因素相互作用下發(fā)生的出人意料，又是在必然之中的破壞性事件，這些海難事故占到較大比例成分的是船舶火災(zāi)事故，大約85%以上事故是人為因素所造成的，自80年代以來，船舶因火災(zāi)所造成的海難事故的比重平均每年遞增1%，給國家造成巨大的經(jīng)濟(jì)損失和重大的人員傷亡。因此，船舶火災(zāi)問題是關(guān)系到船舶安全和人身安全的重大問題，船舶防火，滅火是航運(yùn)界為了確保船舶安全航行，保障海上人命安全，減少經(jīng)濟(jì)損失，保護(hù)海洋環(huán)境的一個永遠(yuǎn)的課題。船舶主、輔機(jī)艙、鍋爐艙、機(jī)艙集控室、電纜間等都是容易發(fā)生火災(zāi)的部位?；馂?zāi)報警系統(tǒng)在發(fā)生或出現(xiàn)火災(zāi)征兆時能發(fā)出報警并自動滅火，可以大大減小因火災(zāi)帶來的損失。對于火災(zāi)報警系統(tǒng)

46、來說，最重要的就是它的可靠性。對于火災(zāi)探測這種非結(jié)構(gòu)性問題，人的識別能力較強(qiáng)。而模糊邏輯和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)是能夠有效地模仿人類思維的智能化技術(shù)，將該技術(shù)用于火災(zāi)探測報警，將有效提高探測靈敏高，降低誤報率，大大提高系統(tǒng)的抗干擾能力和環(huán)境適應(yīng)能力。1.2發(fā)展（1）多線制開關(guān)量式火災(zāi)探測報警系統(tǒng)。這是第一代產(chǎn)品，目前國內(nèi)除極少數(shù)廠家生產(chǎn)外，它基本已處于淘汰狀態(tài)。（2）總線制可尋址開關(guān)量式火災(zāi)探測報警系統(tǒng)。這是二代產(chǎn)品，尤其是二總線制開關(guān)量式探測報警系統(tǒng)目前正被大量采用。（3）模擬量傳輸式智能火災(zāi)報警系統(tǒng)。這是三代產(chǎn)品，是火災(zāi)自動報警系統(tǒng)發(fā)展的新階段，它使誤報降低，大幅提高了報警的準(zhǔn)確度和可靠性。1.3前景船

47、舶火災(zāi)自動報警技術(shù)發(fā)展的總趨勢是朝早探測、廣譜探測、體型探測、高可靠、少誤報、網(wǎng)絡(luò)化和智能化方向發(fā)展。早探測主要是指氣體探測技術(shù)，其中，CO探測技術(shù)最有發(fā)展前途，以及高靈敏度的甚早感煙技術(shù)等。廣譜探測主要是指一只探測器可以探測多個火災(zāi)信號，如普遍采用的光電與感溫傳感器復(fù)合的火災(zāi)探測器或光電、離子、感溫傳感器任意復(fù)合的多傳感器火災(zāi)探測器；光電、離子、感溫、CO傳感器復(fù)合的火災(zāi)探測器；可以探測灰煙和黑煙的多角散射或前、后向散射的光電感煙探測器等。體型探測(亦稱對空間的多方位和全方位探測)主要指在幾何學(xué)上與點(diǎn)和線探測相區(qū)別的面和體的探測，如線型光束感煙探測器；火焰探測器；采用紅外攝像技術(shù)監(jiān)視空間熱、

48、煙、火焰、氣體分布的成像系統(tǒng)。高可靠是指提高現(xiàn)有各種火災(zāi)探測系統(tǒng)的可靠性，保證系統(tǒng)準(zhǔn)確探測火災(zāi)。少誤報是指采取一切技術(shù)和措施，進(jìn)一步減少現(xiàn)有各種火災(zāi)報警系統(tǒng)的誤報率，使之減少到人們可以接受或令人滿意的程度，最大限度減少誤報損失和不利影響。網(wǎng)絡(luò)化是指火災(zāi)自動報警系統(tǒng)之間和火災(zāi)自動報警系統(tǒng)與非火災(zāi)自動報警系統(tǒng)之間的聯(lián)動或聯(lián)網(wǎng)。智能化是指火災(zāi)自動報警系統(tǒng)探測器和控制器采用微處理器和具有人工智能技術(shù)和理論的高級算法軟件實(shí)現(xiàn)智能報警決策。目前智能型火災(zāi) 自動探測系統(tǒng)主要有兩種，一種是應(yīng)用較多、普遍看好的智能集中型(由控制器決策)智能火災(zāi)探測系統(tǒng)；另一種是最近推出的應(yīng)用較少、被一些國家看好的智能分布型(由

49、探測器決策)智能火災(zāi)探測系統(tǒng)。  （1）神經(jīng)模糊算法軟件技術(shù)將會在火災(zāi)自動報警技術(shù)發(fā)展中得到更廣泛應(yīng)用智能型火災(zāi)探測系統(tǒng)分辨真假火災(zāi)現(xiàn)象、提高可靠性。減少誤報率的關(guān)鍵，是采用具有人工智能理論和技術(shù)的神經(jīng)模糊算法軟件，己得到專家試驗(yàn)驗(yàn)證和實(shí)用實(shí)踐證實(shí)，今后，這種高新技術(shù)一定會得到更大發(fā)展。  （2）火災(zāi)模化和模擬技術(shù)將會有很大發(fā)展  最近幾個世紀(jì)，世界出現(xiàn)數(shù)次技術(shù)革命，即以前出現(xiàn)的工業(yè)革命、電磁革命和最近出現(xiàn)的信息革命。目前，世界正處在信息革命時代，在即將來臨的2l世紀(jì)，信息技術(shù)將會有很大發(fā)展，這會給火災(zāi)自動報警技術(shù)，特別是對火災(zāi)自動報警技術(shù)的的發(fā)展起決定

50、作用的神經(jīng)模糊算法軟件技術(shù)的基礎(chǔ)理論和技術(shù)一火災(zāi)?；湍M技術(shù)的發(fā)展，帶來新的機(jī)遇，將起著十分重要的作用。（3）體型火災(zāi)探測技術(shù)將會有很大發(fā)展最近，國外有許多專家認(rèn)為，從點(diǎn)型火災(zāi)探測器系統(tǒng)期望得到的排除誤報的能力正在很快接近最佳，仍在發(fā)展中的新的點(diǎn)型探測器技術(shù)將不會從根本上改變目前整個火災(zāi)自動報警技術(shù)的面貌，火災(zāi)自動探測技術(shù)的未來必須依賴于智能信號處理技術(shù)，而智能信號處理技術(shù)又必須依賴體型火災(zāi)探器，特別是紅外成像體型探測技術(shù)的發(fā)展將會提供充足的高質(zhì)量的信息，這將會加速火災(zāi)自動報警技術(shù)的發(fā)展。  （4）標(biāo)準(zhǔn)和檢驗(yàn)技術(shù)將會有新的發(fā)展  標(biāo)準(zhǔn)和檢驗(yàn)技術(shù)滯后于火災(zāi)自動報警技術(shù)發(fā)展的

51、現(xiàn)狀，已經(jīng)引起世界各國專家們的注意，加速和提高標(biāo)準(zhǔn)和檢驗(yàn)技術(shù)發(fā)展是適應(yīng)和推動當(dāng)前和今后火災(zāi)自動報警技術(shù)發(fā)展的當(dāng)務(wù)之急。隨著性能基建筑消防安全和消防安全工程設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范的出現(xiàn)和實(shí)施，將會對火災(zāi)自動報警技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和檢驗(yàn)技術(shù)產(chǎn)生更大的影響。2船舶火警系統(tǒng)原理2.1系統(tǒng)簡介2.1.1系統(tǒng)組成火災(zāi)自動報警系統(tǒng)是由觸發(fā)裝置、火災(zāi)報警裝置、聯(lián)動裝置和電源等部分組成的通報火災(zāi)發(fā)生的全套設(shè)備。火災(zāi)自動報警系統(tǒng)的觸發(fā)器件：主要有各類探測器、各類手動報警按鈕?；馂?zāi)自動報警系統(tǒng)的聯(lián)動設(shè)備：消火栓系統(tǒng);自動噴水滅火系統(tǒng);七氟炳烷、純氮?dú)?IG100)等氣體滅火系統(tǒng);泡沫滅火系統(tǒng); 機(jī)械防煙、排煙設(shè)施;火災(zāi)應(yīng)急廣播與警報

52、裝置;消防專用電話;防火卷簾;電梯回降控制;應(yīng)急疏散指示燈。圖表 1系統(tǒng)組成2.1.2系統(tǒng)形式根據(jù)工程建設(shè)的規(guī)模、保護(hù)對象的性質(zhì)、火災(zāi)報警區(qū)域的劃分和消防管理機(jī)構(gòu)的組織形式，將火災(zāi)自動報警系統(tǒng)劃分為三種基本形式：區(qū)域報警系統(tǒng)、集中報警系統(tǒng)、控制中心報警系統(tǒng)。圖表 2圖表 3圖表 4目前火災(zāi)自動報警系統(tǒng)有智能型、全總線型以及綜合型等，這些系統(tǒng)不分區(qū)域報警系統(tǒng)或集中報警系統(tǒng)，可達(dá)到對整個火災(zāi)自動報警系統(tǒng)進(jìn)行監(jiān)視。2.2系統(tǒng)原理2.2.1火警主控制器原理報警控制器的基本功能:可向探測器供電,并有如下功能:能接收探測信號并轉(zhuǎn)換成聲光報警信號,指示著火部位和記錄報警信息;可通過火警發(fā)送裝置啟動火災(zāi)報警信

53、號或通過自動消防滅火控制裝置啟動自動滅火設(shè)備和消防聯(lián)動設(shè)備;自動地監(jiān)視系統(tǒng)的正常運(yùn)行和對待故障給出聲光報警。有主備電源，當(dāng)主電網(wǎng)斷電時會自動切換至電池供電，保證系統(tǒng)正常運(yùn)行。時鐘鎖定，記錄著火時間；火警優(yōu)先；自動巡檢，自動打??；部位（有地址點(diǎn)的設(shè)備）的開放及關(guān)閉；顯示被關(guān)閉的部位；聯(lián)動控制：可分“自動”聯(lián)動和“手動”啟動兩種方式，但都是總線聯(lián)動控制方式；輸出：單機(jī)輸出、跨機(jī)聯(lián)動輸出；報警控制器的分類:1、按控制范圍分:區(qū)域型:直接連接探測器,處理各種報警信息的單路或多路報警控制器;集中型:可不與探測器直接相連,而與區(qū)域控制器相連,接受并處理區(qū)域報警器或探測器的信號,并能發(fā)出某些控制信號使區(qū)域報

54、警控制器工作;通用型:兼有區(qū)域、集中火災(zāi)報警器的雙重特點(diǎn),通過設(shè)置既可以作區(qū)域級使用,連接控制器;又可當(dāng)集中級使用,連接區(qū)域報警控制器。2、按結(jié)構(gòu)形式分類:壁掛式;立柜式;琴臺式;3、按內(nèi)部電路分類:普通型:內(nèi)部電路設(shè)計(jì)采用邏輯組合,可采用標(biāo)準(zhǔn)單元的插板組合方式進(jìn)行功能擴(kuò)展,其功能較簡單;微機(jī)型:對軟硬件程序均有相應(yīng)要求,具有易操作、擴(kuò)展方便、技術(shù)相對復(fù)雜,硬件可靠等特點(diǎn)。4、按系統(tǒng)布線分類:多線制;總線制;5、按信號處理方式分類：有閥值開關(guān)量報警器無閥值模擬量報警控制器。2.2.2探測器原理 作用:它是火災(zāi)自動探測系統(tǒng)的傳感部分,能產(chǎn)生并在現(xiàn)場發(fā)出火災(zāi)報警信號,或向控制和指示設(shè)備發(fā)出現(xiàn)場火災(zāi)

55、狀態(tài)信號的裝置。分類:可燃物有:固、液、氣3種狀態(tài);以下部分列舉:固:紙張(130C)棉花(150C)橡膠(130C)等;液:石油醚(-50C)，汽油(-58+10C)，二硫化碳(-45C)，乙醚(-45C)等;氣:甲烷(燃點(diǎn)537C,爆上15%,爆下5%);乙烷(燃點(diǎn)472C,爆上12.5%,爆下3.22%)等;圖表 5根據(jù)不同物質(zhì)的燃燒和火災(zāi)早期產(chǎn)生的煙霧、溫度、光、氣體等派生出不同類型的探測器。探測器主要分為煙感、溫感兩大類，煙、溫感探測器按形狀均可分為:點(diǎn)型和線型；溫感探測器按功能又分:定溫式、差溫式和差定溫式；煙感探測器按原理又分:離子型、光電型；其它還有可燃?xì)怏w探測器、火焰探測器，

56、復(fù)合式探測器等等。 煙感探測器：通過對煙霧的檢測而判斷火災(zāi)的發(fā)生，按檢測方式主要分為離子感煙探測器，光電感煙探測器，復(fù)合感煙探測器。通過監(jiān)測煙霧的濃度來實(shí)現(xiàn)火災(zāi)防范的，煙霧探測器內(nèi)部采用離子式煙霧傳感，離子式煙霧傳感器是一種技術(shù)先進(jìn)，工作穩(wěn)定可靠的傳感器，被廣泛運(yùn)用到各種消防報警系統(tǒng)中，性能遠(yuǎn)優(yōu)于氣敏電阻類的火災(zāi)報警器。它在內(nèi)外電離室里面有放射源镅241，電離產(chǎn)生的正、負(fù)離子，在電場的作用下各自向正負(fù)電極移動。在正常的情況下，內(nèi)外電離室的電流、電壓都是穩(wěn)定的。一旦有煙霧竄逃外電離室。干擾了帶電粒子的正常運(yùn)動，電流，電壓就會有所改變，破壞了內(nèi)外電離室之間的平衡，于是無線發(fā)射器發(fā)出無線報警信號，通

57、知遠(yuǎn)方的接收主機(jī)，將報警信息傳遞出去。（為本文重點(diǎn)設(shè)計(jì)對象，詳情請見下文）溫感探測器：通過對溫度的檢測而判斷火災(zāi)的發(fā)生，按檢測方式分為定溫探測器和溫升檢測溫感探測器。探頭和控制鈕是用空心管，管中充有熱漲系數(shù)較大的液體，當(dāng)溫度變化時，液體隨著漲縮，從而把開關(guān)觸點(diǎn)頂斷或聯(lián)通。圖表 6可燃?xì)怏w探測器：通過物理或化學(xué)的方式檢測空氣中的可燃?xì)鉂舛?，一般按可燃?xì)獾谋ㄏ孪逓樽畲罅砍?，?00LEL，量程范圍一般為0-100LEL。一般到20LEL視為警告，40LEL視為氣體泄漏報警。按檢測原理一般分為催化燃燒型可燃?xì)馓筋^和紅外可燃?xì)馓筋^。可燃?xì)怏w探測器是對單一或多種可燃?xì)怏w濃度響應(yīng)的探測器?？扇?xì)怏w探測器

58、有催化型、紅外光學(xué)型兩種類型。 催化型可燃?xì)怏w探測器是利用難熔金屬鉑絲加熱后的電阻變化來測定可燃?xì)怏w濃度 。當(dāng)可燃?xì)怏w進(jìn)入探測器時，在鉑絲表面引起氧化反應(yīng)（無焰燃燒），其產(chǎn)生的熱量使鉑絲的溫度升高，而鉑絲的電阻率便發(fā)生變化。 紅外光學(xué)型是利用紅外傳感器通過紅外線光源的吸收原理來檢測現(xiàn)場環(huán)境的碳?xì)漕惪扇細(xì)怏w！火焰探測器：通過對可燃性氣體或液體火焰的檢測來發(fā)現(xiàn)明火并發(fā)出火災(zāi)報警信號，一般分為紅外火焰探測器，紫外火焰探測器，紅外紫外火焰探測器，視頻火焰探測器等幾種?；鹧嫣綔y器（flame detector）是探測在物質(zhì)燃燒時，產(chǎn)生煙霧和放出熱量的同時，也產(chǎn)生可見的或大氣中沒有的不可見的光輻射。 火焰

59、探測器又稱感光式火災(zāi)探測器，它是用于響應(yīng)火災(zāi)的光特性，即探測火焰燃燒的光照強(qiáng)度和火焰的閃爍頻率的一種火災(zāi)探測器。根據(jù)火焰的光特性，目前使用的火焰探測器有三種：一種是對火焰中波長較短的紫外光輻射敏感的紫外探測器；另一種是對火焰中波長較長的紅外光輻射敏感的紅外探測器；第三種是同時探測火焰中波長較短的紫外線和波長較長的紅外線的紫外/紅外混合探測器。 具體根據(jù)探測波段可分為：單紫外、單紅外、雙紅外、三重紅外、紅外紫外、附加視頻等火焰探測器； 類型可分為：隔爆型、本安型；復(fù)合式探測器：復(fù)合式火災(zāi)探測器是對兩種或兩種以上火災(zāi)參數(shù)響應(yīng)的探測器，它有感煙感溫式、感煙感光式，感溫感光式等幾種型式。2.2.3手動

60、報警原理作用:同火災(zāi)探測器，提供報警信號。手動報警按鈕的緊急程度比探測器高,一般不需確認(rèn).所以手動按鈕要求更可靠、更準(zhǔn)確處理火災(zāi)要求更快.分類:地址碼、非地址碼、含電話插孔、普通消火栓報警按鈕、可直接啟動消防泵的消火栓報警按鈕等圖表 7手動報警按鈕2.2.4防爆隔離柵原理隔離柵主要運(yùn)用于國內(nèi)的大型石油公司，天然氣行業(yè)，化工行業(yè)以及船舶等行業(yè)。主要起系統(tǒng)隔離提高抗干擾作用,用于儀器儀表、智能控制系統(tǒng)可提高EMS電磁兼容指標(biāo)。防爆隔離式安全柵主要應(yīng)用在本安防爆系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中，它是安裝于安全場所并含有本安電路和非本安電路的裝置，電路中通過限流和限壓電路限制了送往現(xiàn)場本安回路的能量，從而防止非本安電路的

61、危險能量串入本安電路，它在本安防爆系統(tǒng)中稱為關(guān)聯(lián)設(shè)備，是本安系統(tǒng)的重要組成部分。由于安全柵被設(shè)計(jì)為介于現(xiàn)場設(shè)備與控制室設(shè)備之間的一個限制能量的接口，因此無論控制室設(shè)備處于正?；蚬收蠣顟B(tài)，安全柵都能確保通過它傳送給現(xiàn)場設(shè)備的能量是本質(zhì)安全的。如LPG船在貨艙污水井液位檢測，可燃?xì)鉂舛葯z測，液位測量等，在控制箱內(nèi)都有安全隔離柵。圖表 8防爆隔離柵3船舶火警系統(tǒng)設(shè)計(jì)*由于現(xiàn)實(shí)中煙感探測器使用最多，最為普遍，本設(shè)計(jì)僅將煙感檢測作為設(shè)計(jì)對象，且以“庫娜森”號油輪的泰科（TYCO）火警系統(tǒng)為參照進(jìn)行設(shè)計(jì)。3.1系統(tǒng)整體設(shè)計(jì)方案3.1.1煙霧檢測報警器工作原理 本論文中的煙霧檢測報警器以STC12C5410

62、AD單片機(jī)為控制核心，采用MQ-2型電阻式半導(dǎo)體傳感器采集煙霧信息。 首先，傳感器送來的煙霧濃度對應(yīng)的微小的電壓信號經(jīng)過放大，轉(zhuǎn)化成較大的電壓信號送入STC12C5410AD單片機(jī)；然后，在STC12C5410AD單片機(jī)內(nèi)A/D轉(zhuǎn)換、濃度比較，對數(shù)據(jù)進(jìn)行線性化處理， 將數(shù)字化電壓信號轉(zhuǎn)化成為對應(yīng)的十進(jìn)制濃度值；最后，將實(shí)際可燃性氣 體濃度送入液晶，并判斷濃度值是否超出報警限，當(dāng)濃度處于正常狀態(tài)綠 燈長亮，當(dāng)煙霧濃度超出設(shè)定的限定值時，發(fā)出聲音報警并伴隨紅 燈閃亮。另外由于煙霧傳感器需要在加熱狀態(tài)下工作，溫度越高，反應(yīng)越 快，響應(yīng)時間和恢復(fù)時間就越快。為提高響應(yīng)時間，保證傳感器準(zhǔn)確地、 穩(wěn)定地工

63、作，報警器需要向煙霧傳感器持續(xù)輸出一個5V的電壓。為了保 證其可靠性，在輸出5V的電壓的同時，進(jìn)行故障監(jiān)測。當(dāng)傳感器加熱絲 或電纜線和傳感器斷線或接觸不良時，進(jìn)行故障報警，發(fā)出聲光報警信號。 當(dāng)然幾種狀態(tài)的報警信號是各不相同的。 3.1.2煙霧檢測報警器的結(jié)構(gòu) 報警器系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖如圖9所示，系統(tǒng)以單片機(jī)為核心，配合外圍電路共同完成信號采集、濃度顯示、時間顯示、狀態(tài)顯示、聲音及閃爍報警、按鍵輸入、故障自檢等功能。報警器采用巡檢的工作方式，進(jìn)行兩級 報警值設(shè)定，并發(fā)出不同的光、聲信號。系統(tǒng)應(yīng)采用高性能的單片機(jī)，要求工作穩(wěn)定、測量精度高、通用性強(qiáng)、功耗低，保證報警器的精確性及可 靠性，而且最好體積小

64、，成本低，有利于減少報警器的體積，降低報警器 的成本。圖表 9可燃性氣體檢測報警器結(jié)構(gòu)框圖3.1.3煙霧檢測報警器的功能 (1)自診斷故障報警功能 當(dāng)傳感器加熱絲或者電纜線發(fā)生斷線或者接觸不良的情況時，報警器發(fā)出警報，并且黃色指示燈閃爍，提醒用戶檢查傳感器或者電路線接觸情況，及時排除故障，保證安全。 (2)煙霧濃度顯示通過液晶屏顯示可燃煙霧的濃度值，并且可以切換到設(shè)置狀態(tài)，通過鍵盤設(shè)置或者更改報警限值，以便于用戶或檢測人員隨時觀測煙霧濃度及更改報警限。 (3)煙霧報警功能 當(dāng)煙霧濃度連續(xù)20秒取值都在報警限值之上，蜂鳴器開始報警，且聲音越來越急促，并且伴隨紅燈閃爍。因?yàn)槿藢ψ兓男盘柛鼮槊?感

65、，所以變化的聲音及燈光更容易引起用戶的注意。 (4)防止報警器誤報功能 快速重復(fù)檢測及延時報警可以區(qū)別出是管道中可燃煙霧的泄漏，還是由于打開閥門時的微量煙霧的散失。 (5)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，保證報警器工作正常。 (6)與上位機(jī)通訊功能 可以實(shí)現(xiàn)與計(jì)算機(jī)串口通訊，對報警器采取統(tǒng)一控制，以及便于采集 和處理數(shù)據(jù)，也可以在計(jì)算機(jī)上更改報警限值等。 (7)自動控制相關(guān)安全裝置的擴(kuò)展功能 留有繼電器接口，可以帶動排風(fēng)扇或大功率蜂鳴器，也可以控制管道電子閥門，可在報警的同時自動啟動相關(guān)安全裝置。 3.2煙霧檢

66、測報警器的硬件設(shè)計(jì)在報警儀的設(shè)計(jì)中，單片機(jī)是其核心部件。它一方面要接收來自傳感 器送來的煙霧濃度對應(yīng)的模擬信號和故障檢測信號，另一方面要對 兩種信號分別進(jìn)行處理，控制后續(xù)電路進(jìn)行相應(yīng)動作；與此同時查詢是否 有鍵按下的請求。在單片機(jī)完成這些的工作中，尤其是信號處理中，比較 濃度值后送入顯示的軟件實(shí)現(xiàn)比較復(fù)雜，要求單片機(jī)具備較快的運(yùn)算速 度，使檢測人員能夠較準(zhǔn)確地觀測到煙霧濃度，并根據(jù)情況做進(jìn)行 相應(yīng)處理。并且也要考慮選擇低價實(shí)用的機(jī)型，并為研制同一系列的低功 耗產(chǎn)品做準(zhǔn)備。根據(jù)多方面的比較，本設(shè)計(jì)選用宏晶科技生產(chǎn)的STC12系列單片機(jī)。 3.2.1單片機(jī)選型單片機(jī)是煙霧檢測報警器的核心部件，一方

67、面它要接收來自傳 感器的煙霧濃度的模擬信號和故障檢測信號，另一方面要對兩種信 號分別進(jìn)行處理，控制后續(xù)電路的相應(yīng)工作；同時，查詢是否有鍵按下的 命令。在單片機(jī)實(shí)現(xiàn)的功能中，將模數(shù)轉(zhuǎn)換后的信號做數(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)時的煙霧濃度，并進(jìn) 行相應(yīng)處理。同時，在能夠滿足報警器設(shè)計(jì)的計(jì)算速度及接口數(shù)的要求的 同類型單片機(jī)中，要考慮選擇價格低廉且體積輕巧的機(jī)型，在保證了報警 器的精確性、可靠性及抗干擾性的基礎(chǔ)上，能夠不提高成本，縮小體積。 如今市面上比較普遍的單片機(jī)有8051系列與STC系列。 8051單

68、片機(jī)雖然應(yīng)用普遍，工具多，易上手，片源廣，價格低，但 是速度慢，功耗大，適合民用，商用，不適合工業(yè)用途。STC單片機(jī)是MICROCHIP公司的產(chǎn)品，其突出的特點(diǎn)是功耗低， 精簡指令集 ，抗干擾性好，可靠性高，但是存在溢出隱患問題。8051系 列采用的是堆棧指針，STC采用硬件堆棧8級。當(dāng)堆棧指針設(shè)定合理，局部變量少的情況下，8051系列用10層的程序嵌套不會出現(xiàn)問題。而STC單片機(jī)程序嵌套包括中斷最多不能超過8層。所以如果用C語言進(jìn)行STC編程設(shè)計(jì)容易堆棧溢出。 匯編語言對于不同的CPU，其匯編語言可能有所差異，所以不易移 植。而C語言是一種結(jié)構(gòu)化的高級語言，雖然占用資源較匯編多，但是可讀性好

69、，移植容易，是普遍使用的一種計(jì)算機(jī)語言。鑒于C語言的易讀性和普遍性，本論文的軟件設(shè)計(jì)選擇C語言編程，所以STC系列單片機(jī)在此處不是非常適合。 為適用于本論文設(shè)計(jì)的煙霧檢測報警器，應(yīng)選擇一種比8051系列速度快，功耗低，抗干擾性好，而又避免C語言編程溢出問題的單 片機(jī)。 宏晶科技新推出的STC12系列單片機(jī)具有高速、低功耗、超強(qiáng)抗干擾等優(yōu)點(diǎn)，是的新一代8051單片機(jī)，指令代碼完全兼容傳統(tǒng)8051，速度 卻比8051單片機(jī)快812倍。而且STC12系列下屬的STC12C54xxAD系 列單片機(jī)是低功耗Flash單片機(jī)，它的高效尋址方式、大容量Flash、 EEPROM、A/D轉(zhuǎn)換、硬件乘法器、硬件

70、脈寬調(diào)制器(PWM)等功能特點(diǎn)， 較好的實(shí)現(xiàn)了強(qiáng)大的功能與超低功耗的結(jié)合。而且在功能同樣的情況下， 管腳較少封裝體積小，價格比其他型號便宜，因此具有很好的性價比和應(yīng) 用適應(yīng)性。 STC12C54xxAD系列單片機(jī)有6種型號：分別是STC12C5412AD、 STC12C5410AD、STC12C5408AD、STC12C5406AD、STC12C5404AD、 和STC12C5402AD。 它們是以單片機(jī)內(nèi)部集成Flash的大小區(qū)分的。在價格相同的情況下，盡量選擇Flash較大的芯片，所以選擇了STC12C5410AD單片機(jī)作為本論文設(shè)計(jì)的煙霧報警器的單片機(jī)核 心芯片。它體積小，價格低，非常適

71、用于本設(shè)計(jì)，下面介紹STC12C5410AD的自身特點(diǎn)。3.2.2煙霧探測報警器硬件電路設(shè)計(jì)3.2.2.1信號采集及前置放大電路傳感器輸出信號一般比較微弱，需要經(jīng)過前置電路對其進(jìn)行放大、濾波、電平調(diào)整，滿足單片機(jī)對輸入信號的要求。本系統(tǒng)采用的半導(dǎo)體煙霧 傳感器屬于電阻型，因此只需串聯(lián)一個參考電阻，再經(jīng)過一個放大電路即可發(fā)送給ADC采集。由于系統(tǒng)采用的是單極性供電，所以采用同相比例 放大電路，可以減少硬件開銷；反之，如果采用反相放大，則一般需要利 用雙極性供電，這就需要系統(tǒng)額外的利用變壓芯片產(chǎn)生一個負(fù)壓，這顯然 會造成浪費(fèi)。常見的運(yùn)算放大器中，LM324價格低廉、使用簡單等優(yōu)點(diǎn) 比較突出，所以本

72、設(shè)計(jì)中的前置放大電路采用LM324作為電路的運(yùn)算放大器。 LM324是單片高增益四運(yùn)算放大器，可在較寬電壓范圍內(nèi)的單電源 或雙電源下工作，其電源電流很小且與電源電壓無關(guān)，四個運(yùn)放一致性好； 其輸入偏流電阻是溫度補(bǔ)償?shù)模膊恍柰饨宇l率補(bǔ)償，可做到輸出電平與 數(shù)字電路兼容。 下面詳細(xì)介紹運(yùn)算放大電路： 如圖10所示，從傳感器的上端出來的信號Vi經(jīng)過運(yùn)算放大器的同相 輸入端，但是為保證引入的是負(fù)反饋，輸出電壓Vo通過電阻R4接到反相輸入端，同時，反相輸入端通過電阻R3接到參考電壓Vref。 同相比例運(yùn)算電路中反饋的組態(tài)為電壓串聯(lián)負(fù)反饋，同樣可以利用理 想運(yùn)放工作在線性區(qū)時的兩個特點(diǎn)來分析其電壓放大倍

73、數(shù)。 在圖3.2中，根據(jù)運(yùn)放的“虛短”和“虛斷”的特點(diǎn)可知，I- = I+ = 0，所以V- = Vo*R3/R3 + R4 +Vref*R4/R3 + R4 (3-1)而且V- = V+ = ViVo = Vi*（R3 + R4）/R3 (3-2)由以上兩式可求出Vo=Vref-R4/R3 (3-3)所以本放大電路的放大倍數(shù)A =1+ R4 R3 ，此放大電路為同相比例放大電路，它的放大倍數(shù)總是大于或等于1。同相比例運(yùn)算電路有以下幾個特點(diǎn)： (1)同相比例運(yùn)算放大電路是一個深度的電壓串聯(lián)負(fù)反饋電路。因?yàn)椴淮嬖凇疤摰亍爆F(xiàn)象，所以其輸入端有較高的共模輸入電壓。(2)電壓放大倍數(shù)A =1+ R4

74、R3 ，即輸出電壓與輸入電壓的幅值成正比，且相位相同，所以此電路實(shí)現(xiàn)了同相比例放大。如果不接R3和R4，則此電 路就成了“電壓跟隨器”，它可以減少電路模塊間由于阻抗引起的干擾。 (3)由于引入了深度電壓串聯(lián)負(fù)反饋，因此電路的輸入阻抗很高，輸出阻抗很低。高輸入阻抗就可以減少放大電路對前端電路的影響，同時低輸出阻抗也可以提高自身的抗干擾性，這顯然有利于電路中其他模塊的設(shè) 計(jì)。 此放大電路還加了參考電壓，引入了零點(diǎn)調(diào)節(jié)功能，這樣可以更方便 的調(diào)整由于不同傳感器導(dǎo)致的零點(diǎn)變化問題。它利用滑動變阻器產(chǎn)生一個參考電壓Vref，再利用電壓跟隨器把電壓輸入到運(yùn)算放大電路的電壓參考 端。所以調(diào)節(jié)滑動變阻器，就可

75、以直接改變放大電路的參考電壓。而電壓 跟隨器的作用就如上面介紹的，它只是用來匹配阻抗用的，防止R3和R4對 滑動變阻器輸出電壓的影響。圖表 10前置放大電路圖3.2.2.2聲音報警電路 聲音報警電路圖如圖11所示。報警裝置采用無源壓電式KM3712x型蜂鳴器26，較一般的蜂鳴器體積大，聲音響亮，適用于家用煤氣報警 器的報警聲音源。當(dāng)單片機(jī)STC12C5410AD的17腳(P3.7)置1時，三極 管Q1導(dǎo)通，蜂鳴器報警。本報警器采用單片機(jī)STC12C5410AD的PWM功 能，如果煙霧濃度達(dá)到報警限，單片機(jī)控制P3.7(PWM)口輸出占空比一定 的脈沖，報警時蜂鳴器會發(fā)出如警車警笛的聲音。圖表

76、11聲音報警電路圖3.2.2.3數(shù)碼管顯示電路·報警器濃度顯示采用共陽數(shù)碼管。顯示濃度級別，其主要技術(shù)參數(shù)如下： 模塊工作電壓： 2.75.5V 工作電流： 80ma,每段10ma字高：11.4mm環(huán)境相對濕度：<85 視角：6:00 工作溫度：-10+50°C 顯示方式：反射式正顯示存儲溫度：-20+60°C接口方式：8線并行接口 圖表 12數(shù)碼管結(jié)構(gòu)圖3.2.2.4狀態(tài)指示燈及控制鍵電路狀態(tài)指示燈及控制鍵電路圖如圖13所示。單片機(jī)STC12C5410AD的18腳(P1.0)、12腳(P2.4)、13腳(P2.5)，控制輸出的狀態(tài)指示燈。綠燈常亮表示正常狀

77、態(tài)，環(huán)境中可燃煙霧濃度極低。黃燈閃亮表示傳感器加熱 絲或者電纜發(fā)生斷線或者接觸不良。紅燈閃亮表示環(huán)境中可燃煙霧濃度超 過報警限值，提醒用戶盡快作相應(yīng)安全措施。 當(dāng)煙霧濃度超過報警限，報警器發(fā)出鳴叫，用戶到達(dá)現(xiàn)場，可按下按鍵停止報警器鳴叫。若過一點(diǎn)時間濃度仍超出報警限，報警器會再次鳴叫提醒用戶。圖表 13狀態(tài)指示燈電路圖圖表 14控制按鍵連接示意圖3.2.2.5報警器故障自診斷電路 (1)判斷傳感器電源連接情況 在傳感器的地端串聯(lián)一個電阻R6。當(dāng)傳感器正常連接時，電阻和傳感器分壓，此時電阻兩端有微弱的電壓，單片機(jī)可以通過P1.1(AD)口檢測到； 如果傳感器電源連接不正常，則會產(chǎn)生斷路，檢測到電

78、阻兩端電壓為0。圖表 15傳感器電源連接自診斷電路 (2)判斷傳感器信號端連接情況 另一種情況是判斷傳感器信號端是否連接正確，此時不需要外加電路，在傳感器預(yù)熱2分鐘后，測量傳感器信號的輸出電壓，如果電壓為5V，則說明傳感器的信號端連接不正常。 當(dāng)報警器自診斷發(fā)現(xiàn)傳感器連接不正常，就會發(fā)出長鳴聲音警報，并 伴隨黃燈閃爍，提醒用戶及時排除傳感器連接問題。 3.3系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)3.3.1 STC12系列單片機(jī)調(diào)試及開發(fā)工具系統(tǒng)的軟件編程使用的是美國Keil Software公司出品的Keil C51，是51系列兼容單片機(jī)C語言軟件開發(fā)系統(tǒng)，與匯編相比，C語言在功能上、結(jié)構(gòu)性、可讀性、可維護(hù)性上有明顯的

79、優(yōu)勢。 Keil C51軟件提供豐富的庫函數(shù)和功能強(qiáng)大的集成開發(fā)調(diào)試工具，全Windows界面。另外重要的一點(diǎn)，Keil C51生成的目標(biāo)代碼效率非常之 高，多數(shù)語句生成的匯編代碼很緊湊，容易理解。在開發(fā)大型軟件時更能 體現(xiàn)高級語言的優(yōu)勢。 C51工具包的整體結(jié)構(gòu)中，Vision與Ishell分別是C51 for Windows和for Dos的集成開發(fā)環(huán)境(IDE)，可以完成編輯、編譯、連接、調(diào)試、仿真等整個開發(fā)流程。開發(fā)人員可用IDE本身或其它編輯器編輯C或匯編源文件。然后分別由C51及A51編譯器編譯生成目標(biāo)文件(.OBJ)。目標(biāo)文件可由LIB51創(chuàng)建生成庫文件，也可以與庫文件一起經(jīng)C5

80、1連接定位生成絕對目標(biāo)文件(.ABS)。ABS文件由OH51轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)的Hex文件，以供調(diào)試器dScope51或tScope51使用進(jìn)行源代碼級調(diào)試，也可由仿真器使用直接對 目標(biāo)板進(jìn)行調(diào)試，也可以直接寫入程序存貯器如EPROM中。 STC12系列單片機(jī)下載程序使用的是宏晶科技自行開發(fā)的STC單片 機(jī)ISP下載編程軟件。本論文程序調(diào)試過程中，使用的是STC-ISP-v3.1版。ISP工具的功能主要是將由PC機(jī)串接來的8位并行數(shù)據(jù)與單片機(jī)的 串行數(shù)據(jù)進(jìn)行相互轉(zhuǎn)換，以實(shí)現(xiàn)PC機(jī)與STC12C5410AD的RXD及TXD口通訊。 當(dāng)用戶將源程序(匯編語言或C語言)經(jīng)語法檢查無誤并生成代碼時， 就可以將

81、程序代碼下載到Flash芯片中31，而用戶的系統(tǒng)可以是在線狀態(tài)。用戶可以通過調(diào)試環(huán)境軟件的人機(jī)對話界面，在程序中設(shè)置斷點(diǎn)，在STC12C5410AD中，可以同時設(shè)置3個硬件斷點(diǎn)，它是經(jīng)過串口的傳輸，由芯片中的幾組斷點(diǎn)條件寄存器實(shí)現(xiàn)的。 用戶可以通過調(diào)試環(huán)境軟件的人機(jī)對話界面，檢查或修改Flash芯片 內(nèi)的各種存儲器、寄存器的數(shù)據(jù)。 3.3.2煙霧探測器軟件流程及設(shè)計(jì)本論文中，軟件解決的主要問題是檢測煙霧傳感器的煙霧濃度信號，然后對信號進(jìn)行AD轉(zhuǎn)換，數(shù)字濾波，線性化處理，段式液晶濃度 顯示，按鍵功能設(shè)置，以及報警器聲光警報。 3.3.2.1主程序設(shè)計(jì)及流程圖主程序流程圖如圖16所示。首先要給傳感器預(yù)熱三分鐘，因?yàn)镸Q-2型半導(dǎo)體電阻式煙霧傳感器在不通電存放一段時間后，再次通電時，傳感器不能立即正常采集煙霧信息，需要一段時間預(yù)熱。程序初始化結(jié)束后，系統(tǒng)進(jìn)入監(jiān)控狀態(tài)。本論文的主程序設(shè)計(jì)先對傳感器預(yù)熱三分鐘， 預(yù)熱同時，對傳感器加熱絲故障檢測，采用軟件方式檢測傳感器加熱絲或