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(jí) 電氣3082 專業(yè) 電氣自動(dòng)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4導(dǎo)言51船舶火警系統(tǒng)的概述61.1意義61.2發(fā)展61.3前景62船舶火警系統(tǒng)的原理72.1系統(tǒng)簡(jiǎn)介72.1.1系統(tǒng)組成72.1.2系統(tǒng)形式82.2系統(tǒng)原理92.2.1主控制器原理92.2.2探測(cè)器原理102.2.3手動(dòng)報(bào)警原理122.2.4防爆隔離柵原理133船舶火警系統(tǒng)的設(shè)計(jì)143.1系統(tǒng)整體設(shè)計(jì)方案143.1.1煙霧檢測(cè)報(bào)警器工作原理143.1.2煙霧檢測(cè)報(bào)警器的結(jié)構(gòu)153.1.3煙霧

2、檢測(cè)報(bào)警器的功能153.2系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)163.2.1單片機(jī)選型163.2.2煙霧檢測(cè)報(bào)警器硬件電路設(shè)計(jì)173.2.2.1信號(hào)采集及前置放大電路173.2.2.2聲音報(bào)警電路193.2.2.3數(shù)碼管顯示電路193.2.2.4狀態(tài)指示燈及控制鍵電路203.2.2.5報(bào)警器故障自診斷電路213.3系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)213.3.1 STC12系列單片機(jī)調(diào)試及開發(fā)工具213.3.2煙霧檢測(cè)器軟件流程及設(shè)計(jì)223.3.2.1主程序設(shè)計(jì)及流程圖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243.3.2.4報(bào)警子程序及流程圖263.3.2.5控制按鍵設(shè)計(jì)子程序及流程圖27

3、3.4系統(tǒng)分布283.5系統(tǒng)連橋30摘要目的任何復(fù)雜的火災(zāi)報(bào)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(dòng)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(shí)就能發(fā)揮出有毒氣體，其它隱藏的火災(zāi)源，如自動(dòng)電站等在最近十幾年快速發(fā)展，相應(yīng)地對(duì)火災(zāi)探測(cè)的要求也隨之提高?；馂?zāi)探測(cè)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(cè)到陰燃，最好在陰燃的一開始就能發(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(gè)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(xiǎn)情況的警報(bào)，能

4、夠清晰快速的通知值班人員和消防人員以便使他們?cè)谑盏骄瘓?bào)信號(hào)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(shí)，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(shí)進(jìn)行深入的研究，思考。向泰科火警服務(wù)商請(qǐng)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(dòng)化程度發(fā)展的要求，在短時(shí)間內(nèi)檢測(cè)到火災(zāi)發(fā)生并傳遞信號(hào)，迅速采取自動(dòng)滅火措施，同時(shí)使值班人員能夠迅速聽到報(bào)警聲音，知道火災(zāi)發(fā)生的地點(diǎn)，并能及時(shí)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(dòng)化的要求，探頭檢測(cè)靈敏，控制器處理信號(hào)迅速，但是火警探頭對(duì)環(huán)境

5、要求較高，容易受污染，當(dāng)環(huán)境中灰塵多時(shí)，反應(yīng)不靈敏甚至于失去檢測(cè)作用，增加火災(zāi)隱患，這是個(gè)比較復(fù)雜的問(wèn)題，短時(shí)間內(nèi)難以解決。關(guān)鍵詞：火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)；船舶自動(dòng)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(shí)，參照“庫(kù)娜森”號(hào)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(shí)有效地捕捉到火災(zāi)信號(hào)并及時(shí)發(fā)出信號(hào)，主控制器能夠及時(shí)接受并迅速處理報(bào)警信號(hào)，及時(shí)發(fā)出報(bào)警信號(hào)到各個(gè)聯(lián)動(dòng)裝置，使個(gè)聯(lián)動(dòng)裝置發(fā)生動(dòng)作，迅速采取滅火措施，保證生命安全，減少財(cái)產(chǎn)損失。同時(shí)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(bào)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(bào)警這個(gè)課題幫助自己鞏固知識(shí)并能

6、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(cè)部分，詳細(xì)的對(duì)其進(jìn)行了解剖，分析，設(shè)計(jì)。設(shè)計(jì)過(guò)程中充分利用了課本基本知識(shí)，網(wǎng)絡(luò)以及泰科火警的產(chǎn)品介紹書和使用說(shuō)明書，向老師傅和廠家服務(wù)商請(qǐng)教，與同事討論，自己不斷的摸索而來(lái)并且經(jīng)過(guò)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(guó)際貿(mào)易貨物量最大的運(yùn)輸工具，隨著發(fā)展中國(guó)家的經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)，人口的快速膨脹，人類生活水平的提高及信息技術(shù)對(duì)全球各行業(yè)的促進(jìn)，將會(huì)大大推進(jìn)航運(yùn)業(yè)運(yùn)輸量的提高，從而導(dǎo)致航運(yùn)工具船舶的迅速增加，根據(jù)中國(guó)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(zhǎng)和更新船舶在內(nèi)，我國(guó)2015年之前，需求船舶的新增量為7300萬(wàn)載重噸

7、，世界船隊(duì)繼續(xù)擴(kuò)增并基本穩(wěn)定在7萬(wàn)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(gè)飛速發(fā)展變化的過(guò)程中，船舶事故的發(fā)生也會(huì)出現(xiàn)大幅度增加的現(xiàn)象，根據(jù)DNV（挪威船級(jí)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(xiǎn)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(duì)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(gè)重大問(wèn)題，一切海難的發(fā)生。幾乎都是在“人，機(jī)，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

8、的，自80年代以來(lái)，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(guó)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(wèn)題是關(guān)系到船舶安全和人身安全的重大問(wèn)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(gè)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(bào)警系統(tǒng)在發(fā)生或出現(xiàn)火災(zāi)征兆時(shí)能發(fā)出報(bào)警并自動(dòng)滅火，可以大大減小因火災(zāi)帶來(lái)的損失。對(duì)于火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，最重要的就是它的可靠性。對(duì)于火災(zāi)探測(cè)這種非結(jié)構(gòu)性問(wèn)題，人的識(shí)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(cè)

9、報(bào)警，將有效提高探測(cè)靈敏高，降低誤報(bào)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(cè)報(bào)警系統(tǒng)。這是第一代產(chǎn)品，目前國(guó)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(cè)報(bào)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(cè)報(bào)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(bào)警系統(tǒng)。這是三代產(chǎn)品，是火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)發(fā)展的新階段，它使誤報(bào)降低，大幅提高了報(bào)警的準(zhǔn)確度和可靠性。1.3前景船舶火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警技術(shù)發(fā)展的總趨勢(shì)是朝早探測(cè)、廣譜探測(cè)、體型探測(cè)、高可靠、少誤報(bào)、網(wǎng)絡(luò)化和智能化方向發(fā)展。早探測(cè)主要是指氣體探測(cè)技術(shù)，其中，CO探測(cè)技術(shù)最有發(fā)展

10、前途，以及高靈敏度的甚早感煙技術(shù)等。廣譜探測(cè)主要是指一只探測(cè)器可以探測(cè)多個(gè)火災(zāi)信號(hào)，如普遍采用的光電與感溫傳感器復(fù)合的火災(zāi)探測(cè)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(cè)器；光電、離子、感溫、CO傳感器復(fù)合的火災(zāi)探測(cè)器；可以探測(cè)灰煙和黑煙的多角散射或前、后向散射的光電感煙探測(cè)器等。體型探測(cè)(亦稱對(duì)空間的多方位和全方位探測(cè))主要指在幾何學(xué)上與點(diǎn)和線探測(cè)相區(qū)別的面和體的探測(cè)，如線型光束感煙探測(cè)器；火焰探測(cè)器；采用紅外攝像技術(shù)監(jiān)視空間熱、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(cè)系統(tǒng)的可靠性，保證系統(tǒng)準(zhǔn)確探測(cè)火災(zāi)。少誤報(bào)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(bào)警系統(tǒng)

11、的誤報(bào)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(bào)損失和不利影響。網(wǎng)絡(luò)化是指火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)之間和火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)與非火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)之間的聯(lián)動(dòng)或聯(lián)網(wǎng)。智能化是指火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)探測(cè)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(jí)算法軟件實(shí)現(xiàn)智能報(bào)警決策。目前智能型火災(zāi) 自動(dòng)探測(cè)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(cè)系統(tǒng)；另一種是最近推出的應(yīng)用較少、被一些國(guó)家看好的智能分布型(由探測(cè)器決策)智能火災(zāi)探測(cè)系統(tǒng)。 （1）神經(jīng)模糊算法軟件技術(shù)將會(huì)在火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警技術(shù)發(fā)展中得到更廣泛應(yīng)用智能型火災(zāi)探測(cè)系統(tǒng)分辨真假火災(zāi)現(xiàn)象、提高可靠性。減少誤報(bào)

12、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(huì)得到更大發(fā)展。 （2）火災(zāi)?；湍M技術(shù)將會(huì)有很大發(fā)展最近幾個(gè)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(shí)代，在即將來(lái)臨的2l世紀(jì)，信息技術(shù)將會(huì)有很大發(fā)展，這會(huì)給火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警技術(shù)，特別是對(duì)火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警技術(shù)的的發(fā)展起決定作用的神經(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(lái)新的機(jī)遇，將起著十分重要的作用。（3）體型火災(zāi)探測(cè)技術(shù)將會(huì)有很大發(fā)展最近，國(guó)外有許多專家認(rèn)為，從點(diǎn)型火災(zāi)探測(cè)器系統(tǒng)期望得到的排除誤

13、報(bào)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(cè)器技術(shù)將不會(huì)從根本上改變目前整個(gè)火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警技術(shù)的面貌，火災(zāi)自動(dòng)探測(cè)技術(shù)的未來(lái)必須依賴于智能信號(hào)處理技術(shù)，而智能信號(hào)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(cè)技術(shù)的發(fā)展將會(huì)提供充足的高質(zhì)量的信息，這將會(huì)加速火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警技術(shù)的發(fā)展。 （4）標(biāo)準(zhǔn)和檢驗(yàn)技術(shù)將會(huì)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(dòng)報(bào)警技術(shù)發(fā)展的現(xiàn)狀，已經(jīng)引起世界各國(guó)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(dòng)當(dāng)前和今后火災(zāi)自動(dòng)報(bào)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(huì)對(duì)火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和檢驗(yàn)技術(shù)產(chǎn)生更大的

14、影響。2船舶火警系統(tǒng)原理2.1系統(tǒng)簡(jiǎn)介2.1.1系統(tǒng)組成火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)是由觸發(fā)裝置、火災(zāi)報(bào)警裝置、聯(lián)動(dòng)裝置和電源等部分組成的通報(bào)火災(zāi)發(fā)生的全套設(shè)備?；馂?zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)的觸發(fā)器件：主要有各類探測(cè)器、各類手動(dòng)報(bào)警按鈕?；馂?zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)的聯(lián)動(dòng)設(shè)備：消火栓系統(tǒng);自動(dòng)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(bào)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(duì)象的性質(zhì)、火災(zāi)報(bào)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(dòng)報(bào)警系統(tǒng)劃分為三種基本形式：區(qū)域報(bào)警系統(tǒng)、集

15、中報(bào)警系統(tǒng)、控制中心報(bào)警系統(tǒng)。圖表 2圖表 3圖表 4目前火災(zāi)自動(dòng)報(bào)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(bào)警系統(tǒng)或集中報(bào)警系統(tǒng)，可達(dá)到對(duì)整個(gè)火災(zāi)自動(dòng)報(bào)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(bào)警控制器的基本功能:可向探測(cè)器供電,并有如下功能:能接收探測(cè)信號(hào)并轉(zhuǎn)換成聲光報(bào)警信號(hào),指示著火部位和記錄報(bào)警信息;可通過(guò)火警發(fā)送裝置啟動(dòng)火災(zāi)報(bào)警信號(hào)或通過(guò)自動(dòng)消防滅火控制裝置啟動(dòng)自動(dòng)滅火設(shè)備和消防聯(lián)動(dòng)設(shè)備;自動(dòng)地監(jiān)視系統(tǒng)的正常運(yùn)行和對(duì)待故障給出聲光報(bào)警。有主備電源，當(dāng)主電網(wǎng)斷電時(shí)會(huì)自動(dòng)切換至電池供電，保證系統(tǒng)正常運(yùn)行。時(shí)鐘鎖定，記錄著火時(shí)間；火警優(yōu)先；自動(dòng)巡檢，自動(dòng)打??；

16、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(dòng)控制：可分“自動(dòng)”聯(lián)動(dòng)和“手動(dòng)”啟動(dòng)兩種方式，但都是總線聯(lián)動(dòng)控制方式；輸出：?jiǎn)螜C(jī)輸出、跨機(jī)聯(lián)動(dòng)輸出；報(bào)警控制器的分類:1、按控制范圍分:區(qū)域型:直接連接探測(cè)器,處理各種報(bào)警信息的單路或多路報(bào)警控制器;集中型:可不與探測(cè)器直接相連,而與區(qū)域控制器相連,接受并處理區(qū)域報(bào)警器或探測(cè)器的信號(hào),并能發(fā)出某些控制信號(hào)使區(qū)域報(bào)警控制器工作;通用型:兼有區(qū)域、集中火災(zāi)報(bào)警器的雙重特點(diǎn),通過(guò)設(shè)置既可以作區(qū)域級(jí)使用,連接控制器;又可當(dāng)集中級(jí)使用,連接區(qū)域報(bào)警控制器。2、按結(jié)構(gòu)形式分類:壁掛式;立柜式;琴臺(tái)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

17、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(jiǎn)單;微機(jī)型:對(duì)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(duì)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(hào)處理方式分類：有閥值開關(guān)量報(bào)警器無(wú)閥值模擬量報(bào)警控制器。2.2.2探測(cè)器原理 作用:它是火災(zāi)自動(dòng)探測(cè)系統(tǒng)的傳感部分,能產(chǎn)生并在現(xiàn)場(chǎng)發(fā)出火災(zāi)報(bào)警信號(hào),或向控制和指示設(shè)備發(fā)出現(xiàn)場(chǎng)火災(zāi)狀態(tài)信號(hào)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)5

18、37C,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(cè)器。探測(cè)器主要分為煙感、溫感兩大類，煙、溫感探測(cè)器按形狀均可分為:點(diǎn)型和線型；溫感探測(cè)器按功能又分:定溫式、差溫式和差定溫式；煙感探測(cè)器按原理又分:離子型、光電型；其它還有可燃?xì)怏w探測(cè)器、火焰探測(cè)器，復(fù)合式探測(cè)器等等。 煙感探測(cè)器：通過(guò)對(duì)煙霧的檢測(cè)而判斷火災(zāi)的發(fā)生，按檢測(cè)方式主要分為離子感煙探測(cè)器，光電感煙探測(cè)器，復(fù)合感煙探測(cè)器。通過(guò)監(jiān)測(cè)煙霧的濃度來(lái)實(shí)現(xiàn)火災(zāi)防范的，煙霧探測(cè)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)

19、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(bào)警系統(tǒng)中，性能遠(yuǎn)優(yōu)于氣敏電阻類的火災(zāi)報(bào)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(chǎng)的作用下各自向正負(fù)電極移動(dòng)。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(dòng)，電流，電壓就會(huì)有所改變，破壞了內(nèi)外電離室之間的平衡，于是無(wú)線發(fā)射器發(fā)出無(wú)線報(bào)警信號(hào)，通知遠(yuǎn)方的接收主機(jī)，將報(bào)警信息傳遞出去。（為本文重點(diǎn)設(shè)計(jì)對(duì)象，詳情請(qǐng)見下文）溫感探測(cè)器：通過(guò)對(duì)溫度的檢測(cè)而判斷火災(zāi)的發(fā)生，按檢測(cè)方式分為定溫探測(cè)器和溫升檢測(cè)溫感探測(cè)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

20、時(shí)，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(cè)器：通過(guò)物理或化學(xué)的方式檢測(cè)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(bào)警。按檢測(cè)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(cè)器是對(duì)單一或多種可燃?xì)怏w濃度響應(yīng)的探測(cè)器。可燃?xì)怏w探測(cè)器有催化型、紅外光學(xué)型兩種類型。 催化型可燃?xì)怏w探測(cè)器是利用難熔金屬鉑絲加熱后的電阻變化來(lái)測(cè)定可燃?xì)怏w濃度 。當(dāng)可燃?xì)怏w進(jìn)入探測(cè)器時(shí)，在鉑絲表面引起氧化反應(yīng)（無(wú)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

21、外光學(xué)型是利用紅外傳感器通過(guò)紅外線光源的吸收原理來(lái)檢測(cè)現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境的碳?xì)漕惪扇細(xì)怏w！火焰探測(cè)器：通過(guò)對(duì)可燃性氣體或液體火焰的檢測(cè)來(lái)發(fā)現(xiàn)明火并發(fā)出火災(zāi)報(bào)警信號(hào)，一般分為紅外火焰探測(cè)器，紫外火焰探測(cè)器，紅外紫外火焰探測(cè)器，視頻火焰探測(cè)器等幾種?；鹧嫣綔y(cè)器（flame detector）是探測(cè)在物質(zhì)燃燒時(shí)，產(chǎn)生煙霧和放出熱量的同時(shí)，也產(chǎn)生可見的或大氣中沒(méi)有的不可見的光輻射。 火焰探測(cè)器又稱感光式火災(zāi)探測(cè)器，它是用于響應(yīng)火災(zāi)的光特性，即探測(cè)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(cè)器。根據(jù)火焰的光特性，目前使用的火焰探測(cè)器有三種：一種是對(duì)火焰中波長(zhǎng)較短的紫外光輻射敏感的紫外探測(cè)器；另一種是對(duì)火焰中波

22、長(zhǎng)較長(zhǎng)的紅外光輻射敏感的紅外探測(cè)器；第三種是同時(shí)探測(cè)火焰中波長(zhǎng)較短的紫外線和波長(zhǎng)較長(zhǎng)的紅外線的紫外/紅外混合探測(cè)器。 具體根據(jù)探測(cè)波段可分為：?jiǎn)巫贤?、單紅外、雙紅外、三重紅外、紅外紫外、附加視頻等火焰探測(cè)器； 類型可分為：隔爆型、本安型；復(fù)合式探測(cè)器：復(fù)合式火災(zāi)探測(cè)器是對(duì)兩種或兩種以上火災(zāi)參數(shù)響應(yīng)的探測(cè)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(dòng)報(bào)警原理作用:同火災(zāi)探測(cè)器，提供報(bào)警信號(hào)。手動(dòng)報(bào)警按鈕的緊急程度比探測(cè)器高,一般不需確認(rèn).所以手動(dòng)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(bào)警按鈕、可直接啟動(dòng)消防泵的消火栓報(bào)警按鈕等

23、圖表 7手動(dòng)報(bào)警按鈕2.2.4防爆隔離柵原理隔離柵主要運(yùn)用于國(guó)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(chǎng)所并含有本安電路和非本安電路的裝置，電路中通過(guò)限流和限壓電路限制了送往現(xiàn)場(chǎng)本安回路的能量，從而防止非本安電路的危險(xiǎn)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(chǎng)設(shè)備與控制室設(shè)備之間的一個(gè)限制能量的接口，因此無(wú)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(guò)它傳送給現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的能量是

24、本質(zhì)安全的。如LPG船在貨艙污水井液位檢測(cè)，可燃?xì)鉂舛葯z測(cè)，液位測(cè)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(cè)器使用最多，最為普遍，本設(shè)計(jì)僅將煙感檢測(cè)作為設(shè)計(jì)對(duì)象，且以“庫(kù)娜森”號(hào)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(cè)報(bào)警器工作原理 本論文中的煙霧檢測(cè)報(bào)警器以STC12C5410AD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(lái)的煙霧濃度對(duì)應(yīng)的微小的電壓信號(hào)經(jīng)過(guò)放大，轉(zhuǎn)化成較大的電壓信號(hào)送入STC12C5410AD單片機(jī)；然后，在STC12C5410AD單片機(jī)內(nèi)A/D

25、轉(zhuǎn)換、濃度比較，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行線性化處理， 將數(shù)字化電壓信號(hào)轉(zhuǎn)化成為對(duì)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(bào)警限，當(dāng)濃度處于正常狀態(tài)綠 燈長(zhǎng)亮，當(dāng)煙霧濃度超出設(shè)定的限定值時(shí)，發(fā)出聲音報(bào)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(shí)間和恢復(fù)時(shí)間就越快。為提高響應(yīng)時(shí)間，保證傳感器準(zhǔn)確地、 穩(wěn)定地工作，報(bào)警器需要向煙霧傳感器持續(xù)輸出一個(gè)5V的電壓。為了保 證其可靠性，在輸出5V的電壓的同時(shí)，進(jìn)行故障監(jiān)測(cè)。當(dāng)傳感器加熱絲 或電纜線和傳感器斷線或接觸不良時(shí)，進(jìn)行故障報(bào)警，發(fā)出聲光報(bào)警信號(hào)。 當(dāng)然幾種狀態(tài)的報(bào)警信號(hào)是各不相同的。

26、 3.1.2煙霧檢測(cè)報(bào)警器的結(jié)構(gòu) 報(bào)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(hào)采集、濃度顯示、時(shí)間顯示、狀態(tài)顯示、聲音及閃爍報(bào)警、按鍵輸入、故障自檢等功能。報(bào)警器采用巡檢的工作方式，進(jìn)行兩級(jí) 報(bào)警值設(shè)定，并發(fā)出不同的光、聲信號(hào)。系統(tǒng)應(yīng)采用高性能的單片機(jī)，要求工作穩(wěn)定、測(cè)量精度高、通用性強(qiáng)、功耗低，保證報(bào)警器的精確性及可 靠性，而且最好體積小，成本低，有利于減少報(bào)警器的體積，降低報(bào)警器 的成本。圖表 9可燃性氣體檢測(cè)報(bào)警器結(jié)構(gòu)框圖3.1.3煙霧檢測(cè)報(bào)警器的功能 (1)自診斷故障報(bào)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(shí)，報(bào)警器發(fā)出警報(bào)，并且黃色指

27、示燈閃爍，提醒用戶檢查傳感器或者電路線接觸情況，及時(shí)排除故障，保證安全。 (2)煙霧濃度顯示通過(guò)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(guò)鍵盤設(shè)置或者更改報(bào)警限值，以便于用戶或檢測(cè)人員隨時(shí)觀測(cè)煙霧濃度及更改報(bào)警限。 (3)煙霧報(bào)警功能 當(dāng)煙霧濃度連續(xù)20秒取值都在報(bào)警限值之上，蜂鳴器開始報(bào)警，且聲音越來(lái)越急促，并且伴隨紅燈閃爍。因?yàn)槿藢?duì)變化的信號(hào)更為敏 感，所以變化的聲音及燈光更容易引起用戶的注意。 (4)防止報(bào)警器誤報(bào)功能 快速重復(fù)檢測(cè)及延時(shí)報(bào)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(shí)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(shí)

28、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(bào)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(duì)報(bào)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(bào)警限值等。 (7)自動(dòng)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(dòng)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(bào)警的同時(shí)自動(dòng)啟動(dòng)相關(guān)安全裝置。 3.2煙霧檢測(cè)報(bào)警器的硬件設(shè)計(jì)在報(bào)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(lái)自傳感 器送來(lái)的煙霧濃度對(duì)應(yīng)的模擬信號(hào)和故障檢測(cè)信號(hào)，另一方面要對(duì) 兩種信號(hào)分別進(jìn)行處理，控制后續(xù)電路進(jìn)行相應(yīng)動(dòng)作；與此同時(shí)查詢是否 有鍵按下的請(qǐng)求。在單片

29、機(jī)完成這些的工作中，尤其是信號(hào)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(cè)人員能夠較準(zhǔn)確地觀測(cè)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(jià)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(cè)報(bào)警器的核心部件，一方面它要接收來(lái)自傳 感器的煙霧濃度的模擬信號(hào)和故障檢測(cè)信號(hào)，另一方面要對(duì)兩種信 號(hào)分別進(jìn)行處理，控制后續(xù)電路的相應(yīng)工作；同時(shí)，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(hào)做數(shù)字濾波，再進(jìn)行 線性化處理，然后送

30、LCD顯示，這一過(guò)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(cè)人員能夠觀測(cè)到實(shí)時(shí)的煙霧濃度，并進(jìn) 行相應(yīng)處理。同時(shí)，在能夠滿足報(bào)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(jià)格低廉且體積輕巧的機(jī)型，在保證了報(bào)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單片機(jī)雖然應(yīng)用普遍，工具多，易上手，片源廣，價(jià)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(jiǎn)指令集 ，抗干擾性好，可靠性高，但是存在溢出隱患問(wèn)題

31、。8051系 列采用的是堆棧指針，STC采用硬件堆棧8級(jí)。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(huì)出現(xiàn)問(wèn)題。而STC單片機(jī)程序嵌套包括中斷最多不能超過(guò)8層。所以如果用C語(yǔ)言進(jìn)行STC編程設(shè)計(jì)容易堆棧溢出。 匯編語(yǔ)言對(duì)于不同的CPU，其匯編語(yǔ)言可能有所差異，所以不易移 植。而C語(yǔ)言是一種結(jié)構(gòu)化的高級(jí)語(yǔ)言，雖然占用資源較匯編多，但是可讀性好，移植容易，是普遍使用的一種計(jì)算機(jī)語(yǔ)言。鑒于C語(yǔ)言的易讀性和普遍性，本論文的軟件設(shè)計(jì)選擇C語(yǔ)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(cè)報(bào)警器，應(yīng)選擇一種比8051系列速度快，功耗低，抗干擾性好

32、，而又避免C語(yǔ)言編程溢出問(wèn)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(jià)格比其他型號(hào)便宜，因此具有很好的性價(jià)比和應(yīng) 用適應(yīng)性。 STC12C54xxAD系列單片機(jī)有6種型號(hào)：分別

33、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(jià)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(bào)警器的單片機(jī)核 心芯片。它體積小，價(jià)格低，非常適用于本設(shè)計(jì)，下面介紹STC12C5410AD的自身特點(diǎn)。3.2.2煙霧探測(cè)報(bào)警器硬件電路設(shè)計(jì)3.2.2.1信號(hào)采集及前置放大電路傳感器輸出信號(hào)一般比較微弱，需要經(jīng)過(guò)前置電路對(duì)其進(jìn)行放大、濾波、電平調(diào)整，滿足單片機(jī)對(duì)輸入信號(hào)的要求

34、。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(gè)參考電阻，再經(jīng)過(guò)一個(gè)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(gè)負(fù)壓，這顯然 會(huì)造成浪費(fèi)。常見的運(yùn)算放大器中，LM324價(jià)格低廉、使用簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn) 比較突出，所以本設(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(wú)關(guān)，四個(gè)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?/p>

35、頻率補(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(lái)的信號(hào)Vi經(jīng)過(guò)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(guò)電阻R4接到反相輸入端，同時(shí)，反相輸入端通過(guò)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(shí)的兩個(gè)特點(diǎn)來(lái)分析其電壓放大倍數(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 + R

36、4）/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(gè)特點(diǎn)： (1)同相比例運(yùn)算放大電路是一個(gè)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 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

37、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(duì)前端電路的影響，同時(shí)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(wèn)題。它利用滑動(dòng)變阻器產(chǎn)生一個(gè)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(dòng)變阻器，就可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(lái)匹配阻抗用的，防止R3和R4對(duì) 滑動(dòng)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(bào)警電路 聲音報(bào)警電路圖如圖11所示。報(bào)警裝置采用無(wú)

38、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(bào)警 器的報(bào)警聲音源。當(dāng)單片機(jī)STC12C5410AD的17腳(P3.7)置1時(shí)，三極 管Q1導(dǎo)通，蜂鳴器報(bào)警。本報(bào)警器采用單片機(jī)STC12C5410AD的PWM功 能，如果煙霧濃度達(dá)到報(bào)警限，單片機(jī)控制P3.7(PWM)口輸出占空比一定 的脈沖，報(bào)警時(shí)蜂鳴器會(huì)發(fā)出如警車警笛的聲音。圖表 11聲音報(bào)警電路圖3.2.2.3數(shù)碼管顯示電路報(bào)警器濃度顯示采用共陽(yáng)數(shù)碼管。顯示濃度級(jí)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(duì)濕度：85 視角：6:0

39、0 工作溫度：-10+50C 顯示方式：反射式正顯示存儲(chǔ)溫度：-20+60C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(guò)報(bào)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(guò)報(bào)警限，報(bào)警器發(fā)出鳴叫，用戶到達(dá)現(xiàn)場(chǎng)，可按下按鍵停止報(bào)警器鳴叫。若過(guò)一點(diǎn)時(shí)間濃度仍超出報(bào)警限，報(bào)警

40、器會(huì)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(bào)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(gè)電阻R6。當(dāng)傳感器正常連接時(shí)，電阻和傳感器分壓，此時(shí)電阻兩端有微弱的電壓，單片機(jī)可以通過(guò)P1.1(AD)口檢測(cè)到； 如果傳感器電源連接不正常，則會(huì)產(chǎn)生斷路，檢測(cè)到電阻兩端電壓為0。圖表 15傳感器電源連接自診斷電路 (2)判斷傳感器信號(hào)端連接情況 另一種情況是判斷傳感器信號(hào)端是否連接正確，此時(shí)不需要外加電路，在傳感器預(yù)熱2分鐘后，測(cè)量傳感器信號(hào)的輸出電壓，如果電壓為5V，則說(shuō)明傳感器的信號(hào)端連接不正常。 當(dāng)報(bào)警器自診斷發(fā)現(xiàn)傳感器連接

41、不正常，就會(huì)發(fā)出長(zhǎng)鳴聲音警報(bào)，并 伴隨黃燈閃爍，提醒用戶及時(shí)排除傳感器連接問(wèn)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(guó)Keil Software公司出品的Keil C51，是51系列兼容單片機(jī)C語(yǔ)言軟件開發(fā)系統(tǒng)，與匯編相比，C語(yǔ)言在功能上、結(jié)構(gòu)性、可讀性、可維護(hù)性上有明顯的優(yōu)勢(shì)。 Keil C51軟件提供豐富的庫(kù)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(yǔ)句生成的匯編代碼很緊湊，容易理解。在開發(fā)大型軟件時(shí)更能 體現(xiàn)高級(jí)語(yǔ)言的優(yōu)勢(shì)。 C51工具包的整體結(jié)構(gòu)中，Vi

42、sion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(gè)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(kù)文件，也可以與庫(kù)文件一起經(jīng)C51連接定位生成絕對(duì)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(jí)調(diào)試，也可由仿真器使用直接對(duì) 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

43、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(guò)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(lái)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(yǔ)言或C語(yǔ)言)經(jīng)語(yǔ)法檢查無(wú)誤并生成代碼時(shí)， 就可以將程序代碼下載到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(guò)調(diào)試環(huán)境軟件的人機(jī)對(duì)話界面，在程序中設(shè)置斷點(diǎn)，在STC12C5410AD中，可以同時(shí)設(shè)置3個(gè)硬件斷點(diǎn)，它是經(jīng)過(guò)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(guò)調(diào)試環(huán)境軟件的人機(jī)對(duì)話界

44、面，檢查或修改Flash芯片 內(nèi)的各種存儲(chǔ)器、寄存器的數(shù)據(jù)。 3.3.2煙霧探測(cè)器軟件流程及設(shè)計(jì)本論文中，軟件解決的主要問(wèn)題是檢測(cè)煙霧傳感器的煙霧濃度信號(hào)，然后對(duì)信號(hào)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(bào)警器聲光警報(bào)。 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(shí)間后，再次通電時(shí)，傳感器不能立即正常采集煙霧信息，需要一段時(shí)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(duì)傳感器預(yù)熱三分鐘， 預(yù)熱同時(shí)，對(duì)傳感器加熱絲故障檢測(cè)，采用軟件方式檢測(cè)傳感器加

45、熱絲或 電纜線是否斷線或者接觸不良。 STC12C5410AD單片機(jī)對(duì)傳感器檢測(cè)的煙霧濃度信號(hào)進(jìn)行A/D轉(zhuǎn) 換、平均值法濾波、線性化處理后，將濃度值與報(bào)警限設(shè)定值相比較，判斷是否報(bào)警。同時(shí)送入段式液晶顯示煙霧濃度值。主程序還包括狀態(tài)指示燈及按鍵功能設(shè)置，中斷子程序等，使報(bào)警器功能更加完善，給用戶帶來(lái)便利。圖表 16主程序流程圖3.3.2.2主程序初始化流程圖主程序初始化流程圖如圖17所示。給傳感器預(yù)熱后，程序開始執(zhí)行 初始化子程序，這部分實(shí)現(xiàn)的功能包括各種I/O口輸入輸出狀態(tài)的設(shè)定、 寄存器初始化、中斷使能等。首先設(shè)定定時(shí)初值50ms，利用IAP寫入EEPROM，作為取值間隔。然后設(shè)置定時(shí)器0

46、，選擇方式1。方式1狀態(tài)下定時(shí)器的工作寄存器TH1、TL1是全16位參與操作。接下來(lái)定時(shí)器0中斷允許位置1，打開定時(shí)器0，關(guān)閉蜂鳴器，開啟綠燈，設(shè)置報(bào)警限初 值。圖表 17主程序初始化流程圖3.3.2.3插值法線性化處理子程序設(shè)計(jì)及流程圖在單片機(jī)測(cè)控系統(tǒng)中，使用之前必須進(jìn)行靜態(tài)標(biāo)定，以得到輸出信號(hào)與被測(cè)信號(hào)的關(guān)系輸出曲線，用來(lái)作為使用過(guò)程中的計(jì)量依據(jù)。但是標(biāo)定時(shí)輸出曲線往往不是一條理想的直線，所以要對(duì)標(biāo)定曲線進(jìn)行線性化處理，用一條擬合直線近似代替輸出曲線，線性化是智能儀表的典型功能之一。該報(bào)警器主要針對(duì)甲烷煙霧檢測(cè)，在軟件線性化處理時(shí)，以傳感器對(duì)甲烷的響應(yīng)曲線為依據(jù)。 本論文報(bào)警器使用的MQ-

47、2型傳感器的電阻是隨著煙霧濃的升高而降低的，因此輸入單片機(jī)的電壓也是隨之降低的。圖18為單片機(jī)采集電壓值與煙霧濃度百分比的對(duì)應(yīng)曲線，可以看出，電壓值與煙霧濃度 之間是非線性的關(guān)系，為了實(shí)時(shí)顯示煙霧濃度.需要對(duì)其進(jìn)行線性化處理。 在誤差許可范圍內(nèi)，根據(jù)標(biāo)定曲線形狀，以及單片機(jī)處理能力，把曲線分 成若干小段，對(duì)每小段分別線性化。圖表 18單片機(jī)采集電壓值與煙霧濃度百分比線性化曲線根據(jù)分段線性插值法求輸入單片機(jī)的某一電壓值對(duì)應(yīng)的煙霧濃度的 公式如下：f(x) = f(xi) + (x-xi)*（f(xi+1)-f(xi)）/（Xi+1-Xi）i=1,2,3N式中，N為所分區(qū)間個(gè)數(shù)， f (x)為實(shí)際煙霧檢測(cè)濃度，x為實(shí)際氣體檢測(cè)濃度對(duì)應(yīng)的電壓值，xi是區(qū)間的下限濃度對(duì)應(yīng)電壓值，xi是區(qū)間的上限濃度對(duì)應(yīng)電壓值， f (xi)為區(qū)間下限煙霧濃度值， f (xi )為區(qū)間上限煙霧濃度值。根據(jù)公式4-1設(shè)計(jì)分段插值法線性化程序流程圖如圖19所示。圖表 19分段插值法線性化程序流程圖3.3.2.4報(bào)警子程序及流程圖當(dāng)煙霧濃度超過(guò)報(bào)警設(shè)定值時(shí)，報(bào)警器發(fā)出一種近似警笛的鳴叫聲，對(duì)應(yīng)通道的紅燈閃亮，以提示操作人員采取安全對(duì)策或自動(dòng)控制相關(guān)安全裝置，從而保障生產(chǎn)安