火災(zāi)報(bào)警器系統(tǒng)的單片機(jī)設(shè)計(jì)

1、本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì)（論文）題目 基于單片機(jī)的火災(zāi)報(bào)警器系統(tǒng)設(shè)計(jì) 院（系部） 專(zhuān)業(yè)名稱(chēng) 年級(jí)班級(jí) 學(xué)生姓名 指導(dǎo)教師 年 月 日專(zhuān)業(yè)班級(jí) 學(xué)生姓名 一、題目 二、主要任務(wù)與要求三、起止日期 年 月 日至 年 月 日指導(dǎo)教師 簽字（蓋章）系 主 任 簽字（蓋章）年 月 日專(zhuān)業(yè)班級(jí) 學(xué)生姓名 題目 評(píng)閱人 簽字（蓋章）職 稱(chēng) 工作單位 年 月 日專(zhuān)業(yè)班級(jí) 學(xué)生姓名 題目 指導(dǎo)教師 簽字（蓋章）職稱(chēng) 年 月 日經(jīng)審查， 專(zhuān)業(yè) 班 同學(xué)所提交的畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文），符合學(xué)校本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）的相關(guān)規(guī)定，達(dá)到畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）任務(wù)書(shū)的要求，根據(jù)學(xué)校教學(xué)管理的有關(guān)規(guī)定，同意參加畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）答辯。指導(dǎo)教

2、師 簽字（蓋章）年 月 日根據(jù)審查，準(zhǔn)予參加答辯。答辯委員會(huì)主席（組長(zhǎng)） 簽字（蓋章）年 月 日院（系） 專(zhuān)業(yè) 班 同學(xué)的畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）于 年 月 日進(jìn)行了答辯。題目 答辯委員會(huì)成員主 席（組長(zhǎng)）委 員（成員）委 員（成員）委 員（成員）委 員（成員）委 員（成員）委 員（成員）答辯前向畢業(yè)設(shè)計(jì)答辯委員會(huì)（小組）提交了如下資料：、設(shè)計(jì)（論文）說(shuō)明 共 頁(yè)、圖紙 共 張、評(píng)閱人意見(jiàn) 共 頁(yè)、指導(dǎo)教師意見(jiàn) 共 頁(yè)根據(jù)學(xué)生所提供的畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）材料、評(píng)閱人和指導(dǎo)教師意見(jiàn)以及在答辯過(guò)程中學(xué)生回答問(wèn)題的情況，畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）答辯委員會(huì)（小組）做出如下決議。一、畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）的總評(píng)語(yǔ)二、畢業(yè)設(shè)計(jì)（論

3、文）的總評(píng)成績(jī)畢業(yè)設(shè)計(jì)答辯委員會(huì)主席（組長(zhǎng)） 簽名委員（組員）簽名年 月摘 要本文介紹了一種適用于多種公共場(chǎng)所的基于單片機(jī)火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)。針對(duì)現(xiàn)有的分布式火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)投資大、安裝麻煩、工程量大等缺點(diǎn)，設(shè)計(jì)了一種基于單片機(jī)的無(wú)線(xiàn)火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)。系統(tǒng)上位機(jī)采用AT89C51單片機(jī)作為主控芯片，可分為主控模塊、存儲(chǔ)模塊、人機(jī)對(duì)話(huà)模塊(包括數(shù)碼管和鍵盤(pán)和無(wú)線(xiàn)射頻通信模塊。系統(tǒng)下位機(jī)以AT89C51系列單片機(jī)作為主控芯片，可分為主控模塊、煙感探頭以及無(wú)線(xiàn)射頻通信模塊。該系統(tǒng)具有很好的可靠性和實(shí)時(shí)性，具有廣泛的市場(chǎng)前景。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)和信息技術(shù)等高新技術(shù)的快速發(fā)展，無(wú)線(xiàn)火災(zāi)報(bào)警技術(shù)也得到迅速的推動(dòng)。無(wú)線(xiàn)火災(zāi)報(bào)

4、警技術(shù)的應(yīng)用范圍是非常廣泛的，更是與我們的生活及生命財(cái)產(chǎn)安全息息相關(guān)的。本文綜合運(yùn)用火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)觀點(diǎn)出發(fā)將分布式控制的思想應(yīng)用到報(bào)警控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)之中，采用一臺(tái)AT89C51系列單片機(jī)作為系統(tǒng)的上位機(jī)，下位機(jī)也采用了與上位機(jī)相同的AT89C51單片機(jī)。上位機(jī)和下位機(jī)之間通過(guò)無(wú)線(xiàn)模塊進(jìn)行通訊，組成分布式智能消防報(bào)警控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)下位機(jī)的感煙探測(cè)器由感煙探測(cè)器經(jīng)加裝無(wú)線(xiàn)傳輸設(shè)備而成。上位機(jī)的液晶顯示界面要求提供良好人機(jī)對(duì)話(huà)界面，在故障和報(bào)警時(shí)提供相應(yīng)的聲光報(bào)警信號(hào)和數(shù)碼管顯示。關(guān)鍵詞：火災(zāi)報(bào)警；AT89C51單片機(jī)；ADC0809；AbstractThis article introduce

5、d one kind is suitable for many kinds of public place wireless fire alarm system. For existing distributed fire alarm system investments, installation problems, engineering capacity shortcomings, designed a single wireless fire alarm system. System using AT89C51 microcontroller as master chip, can b

6、e divided into the master module, enclosure, interactive modules (including LCD and keyboard and radio frequency communications module.The system has a very good reliability and real-time performance, wireless fire alarm technology has been rapidly. Wireless fire alarm technology is very extensive,

7、with our lives and the lives and property.This article is a combination of wireless communication technology, from the point of view will be distributed control concepts to wireless alarm control system design, PLC or the host computer the same AT89C51 microcontroller. Master and slave over the wire

8、less module for communication, distributed intelligent fire alarm control system. The LCD displays the interface requires a good interactive interface, in failure and an alert provides alarming signals and LCD screen displays. Key words: Fire Alarm; AT89C51 Microcontroller; ADC0809 目 錄前 言 - 8 -1 課題研

9、究的背景和意義 - 9 -1.1 課題研究的背景和意義 - 9 -1.2 國(guó)內(nèi)外的研究現(xiàn)狀 - 10 -1.3 本文內(nèi)容的結(jié)構(gòu)安排 - 12 -2 火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)整體方案設(shè)計(jì) - 13 -2.1火災(zāi)產(chǎn)生原理及過(guò)程 - 13 -2.2系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì) - 15 -2.2.1 系統(tǒng)硬件總體構(gòu)架 - 15 -2.2.2 系統(tǒng)軟件總體構(gòu)架 - 16 -2.3系統(tǒng)主要器件的選擇 - 17 -2.3.1 火災(zāi)探測(cè)器的選擇 - 17 -2.3.2煙霧傳感器的選定 - 22 -2.3.3.煙霧檢測(cè)器的結(jié)構(gòu) - 24 -2.3.4.煙霧檢測(cè)器的功能 - 25 -2.3.5. 溫度探測(cè)器的功能 - 26 -2.3.

10、6. 溫度探測(cè)器的選定 - 27 -3.1 AT89C51構(gòu)成與原理 - 31 -3.1.1 AT89C51構(gòu)造 - 31 -3.1.2 AT89C51管腳作用 - 33 -3.2 ADC0809構(gòu)成與原理 - 36 -3.2.1 ADC0809特性與構(gòu)成 - 36 -3.2.2 ADC0809工作過(guò)程 - 38 -4 火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) - 40 -4.1 前端信號(hào)調(diào)理電路 - 40 -4.2晶振電路與復(fù)位電路 - 42 -4.2.1晶振電路 - 42 -4.2.2 復(fù)位電路 - 43 -4.3聲光報(bào)警電路 - 44 -4.4 數(shù)據(jù)采集電路 - 46 -5 火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)程序設(shè)計(jì) - 4

11、9 -5.1軟件開(kāi)發(fā)環(huán)境 - 49 -5.2火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)程序設(shè)計(jì) - 49 -5.2.1數(shù)據(jù)采集程序 - 51 -5.2.2火災(zāi)判斷與報(bào)警程序 - 53 -6 總結(jié)與展望 - 55 -6.1 總結(jié) - 55 -6.2 展望 - 56 -致 謝 - 57 -參考文獻(xiàn) - 58 -前 言進(jìn)入上世紀(jì)90年代后，我國(guó)經(jīng)濟(jì)步入高速發(fā)展的時(shí)期，城市化建設(shè)不斷加快，城市建筑也由分散式低密度向集中式高密度過(guò)渡，林立的高層建筑成了城市的主要的標(biāo)志。居民住進(jìn)了高層塔樓，企業(yè)搬進(jìn)了摩天CBD，高層建筑有效利用空間，節(jié)約了城市中本就十分緊張的土地資源。任何事物的發(fā)展都具有兩面性，高層建筑中各種通訊線(xiàn)路、動(dòng)力和照明線(xiàn)路

12、、以及各種系統(tǒng)中線(xiàn)路縱橫交錯(cuò)，致使火災(zāi)的發(fā)生概率也在大幅增加。加之現(xiàn)代建筑的密閉性較強(qiáng)，一旦發(fā)生火災(zāi)，整幢大樓就像一個(gè)大的火爐，而樓梯道、各種通風(fēng)管道、線(xiàn)路豎井都是效果極佳的火筒，從而給滅火施救造成了巨大的難度，對(duì)火災(zāi)發(fā)生后及時(shí)發(fā)現(xiàn)、及時(shí)控制的要求促使了火災(zāi)報(bào)警產(chǎn)品應(yīng)運(yùn)而生。與此同時(shí)，現(xiàn)代計(jì)算機(jī)技術(shù)、通訊網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和自動(dòng)控制技術(shù)的飛速發(fā)展又為人類(lèi)實(shí)現(xiàn)更加理想化的生活提供了可能智能小區(qū)應(yīng)運(yùn)而生了。隨著科學(xué)技術(shù)的迅猛發(fā)展以及國(guó)內(nèi)外經(jīng)濟(jì)的迅速增長(zhǎng)，市場(chǎng)上迫切需要一種容量大、性能優(yōu)越、可靠性高、便于安裝、使用和維護(hù)的智能型火災(zāi)報(bào)警控制系統(tǒng)?；谏鐣?huì)和經(jīng)濟(jì)方面的需求，本課題旨在開(kāi)發(fā)一個(gè)能夠?qū)ΡO(jiān)測(cè)點(diǎn)實(shí)時(shí)監(jiān)控

13、、報(bào)警的智能火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)。智能型火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)是一個(gè)集信號(hào)檢測(cè)、傳輸、處理、報(bào)警于一體的系統(tǒng)。隨著經(jīng)濟(jì)和城市建設(shè)的快速發(fā)展，城市高層、地下建筑以及大型綜合性建筑日益增多，火災(zāi)隱患也大大增加，火災(zāi)的數(shù)量及其造成的損失呈逐年上升趨勢(shì)，市場(chǎng)上迫切需要一種容量大、可靠性高、使用簡(jiǎn)單的智能型火災(zāi)報(bào)警控制系統(tǒng)。該火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)是以AT89C51單片機(jī)作為控制中心，接受、處理火災(zāi)探測(cè)器輸出的煙霧濃度信號(hào)、溫度信號(hào)，并進(jìn)行聲光報(bào)警。1 可體研究的背景和意義1.1 課題研究的背景和意義在各種災(zāi)害中，火災(zāi)是最經(jīng)常、最普遍地威脅公眾安全和社會(huì)發(fā)展的主要災(zāi)害之一?；馂?zāi)是世界上發(fā)生頻率較高的一種災(zāi)害，幾乎每天都有火災(zāi)發(fā)生。

14、據(jù)聯(lián)合國(guó)“世界火災(zāi)統(tǒng)計(jì)中心(WFSC2000統(tǒng)計(jì)資料”，全球每年大約發(fā)生火災(zāi)600萬(wàn)至700萬(wàn)次，全球每年死于火災(zāi)的人數(shù)約為65000至75000人。其中，歐美地區(qū)發(fā)生的火災(zāi)較多，死亡人數(shù)卻相對(duì)較少，這與歐美發(fā)達(dá)國(guó)家的生活水平以及消防技術(shù)和設(shè)施有關(guān);相比較而言，亞洲地區(qū)發(fā)生火災(zāi)次數(shù)較少，但死亡人數(shù)較多，這與亞洲經(jīng)濟(jì)發(fā)展程度不高、消防設(shè)施不完善等因素有關(guān)。據(jù)統(tǒng)計(jì)，我國(guó)70年代火災(zāi)年平均損失不到2.5億元，80年代火災(zāi)年平均損失接近3.2億元。進(jìn)入90年代，特別是1993年以來(lái)，火災(zāi)造成的直接財(cái)產(chǎn)損失上升到年均十幾億元，年均死亡2000多人。隨著經(jīng)濟(jì)和城市建設(shè)的快速發(fā)展，城市高層、地下以及大型綜合

15、性建筑日益增多，火災(zāi)隱患也大大增加，火災(zāi)發(fā)生的數(shù)量及其造成的損失呈逐年上升趨勢(shì)。一旦發(fā)生火災(zāi)，將對(duì)人的生命和財(cái)產(chǎn)造成極大的危害1。嚴(yán)峻的事實(shí)證明，隨著社會(huì)和經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，社會(huì)財(cái)富日益增加，火災(zāi)給人類(lèi)、社會(huì)和自然造成的危害范圍不斷擴(kuò)大，它不僅毀壞物質(zhì)財(cái)產(chǎn)，造成社會(huì)秩序的混亂，還直接危脅生命安全，給人們的心靈造成極大的傷害。殘酷的現(xiàn)實(shí)讓人們逐漸認(rèn)識(shí)到監(jiān)控預(yù)警和消防工作的重要性，良好的監(jiān)控系統(tǒng)和及時(shí)的報(bào)警機(jī)制可以大大降低人員的傷亡，為社會(huì)減少不必要的損失2。火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)(FAS就是為了滿(mǎn)足這一需求而研制出的，并且其自身的技術(shù)水平也在隨著人們需求的不斷地提高，在功能、結(jié)構(gòu)、形式等方面不斷地完善?；馂?zāi)

16、自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)能迅速監(jiān)測(cè)火情，可發(fā)現(xiàn)人們不易發(fā)覺(jué)的火災(zāi)早期特征，可將火災(zāi)帶來(lái)的生命財(cái)產(chǎn)損失降到最低限度?；馂?zāi)發(fā)生的早期，會(huì)使得燃燒物質(zhì)分解，析出大量的有毒氣體CO，人們可能在毫無(wú)察覺(jué)火情的情況下就發(fā)生了CO中毒，從而無(wú)力逃生，火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)可監(jiān)測(cè)到CO濃度的變化，為人們提供CO濃度超標(biāo)報(bào)警信息，通知人們及時(shí)疏散3?；馂?zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)可作為城市消防系統(tǒng)的單元，通過(guò)城市消防專(zhuān)用網(wǎng)與城市消防報(bào)警中心聯(lián)網(wǎng)，及時(shí)將報(bào)警信息傳遞到消防報(bào)警中心，城市消防報(bào)警中心會(huì)自動(dòng)查找到火災(zāi)發(fā)生的位置，并為消防隊(duì)員制定消防路線(xiàn)圖，以便消防隊(duì)員可以迅速抵達(dá)火災(zāi)地點(diǎn)4?；馂?zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)能對(duì)火災(zāi)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和準(zhǔn)確報(bào)警，有著防止和

17、減少火災(zāi)危害、保護(hù)人身安全和財(cái)產(chǎn)安全的重要意義，有著很大的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。1.2 國(guó)內(nèi)外的研究現(xiàn)狀根據(jù)現(xiàn)代戰(zhàn)爭(zhēng)的突發(fā)性、立體性和區(qū)域不確定性,使攻防界線(xiàn)模糊,作戰(zhàn)方向多變,戰(zhàn)火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)已有百余年的發(fā)展歷史，19世紀(jì)40年代美國(guó)誕生的火災(zāi)報(bào)警裝置標(biāo)志著火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)首次進(jìn)入人們的視野5。1890年在英國(guó)，感溫式火災(zāi)探測(cè)器研制成功并應(yīng)用于火災(zāi)探測(cè)系統(tǒng)，標(biāo)志著火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)的發(fā)展走上正軌6。此后，隨著世界科技取得了突飛猛進(jìn)的進(jìn)步和各種新興技術(shù)的出現(xiàn)和發(fā)展，火災(zāi)監(jiān)測(cè)技術(shù)也相應(yīng)迅速發(fā)展，各種類(lèi)型的火災(zāi)探測(cè)器相繼問(wèn)世，并日臻完善，火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)也在此基礎(chǔ)上逐漸地蓬勃發(fā)展起來(lái)，其發(fā)展過(guò)程可以

18、分為以下幾個(gè)階段:第一階段，從19世紀(jì)40年代至20世紀(jì)40年代，火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)處于發(fā)展的初級(jí)階段，采用的探測(cè)器主要是感溫式的探測(cè)器，它通過(guò)采集溫度信號(hào)，然后判定是否超出設(shè)定的閡值，從而判斷是否有火災(zāi)發(fā)生。這一階段，火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)簡(jiǎn)單，僅靠單一的溫度參量進(jìn)行火災(zāi)判斷。但是它易受環(huán)境中其他干擾源的影響，靈敏度低，響應(yīng)速度慢，無(wú)法判斷陰燃火災(zāi)，也無(wú)法滿(mǎn)足智能化火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)的要求。第二階段，20世紀(jì)40年代末，瑞士物理學(xué)家 Emst Meili研究的離子感煙探測(cè)器推出以后，引起了人們對(duì)離子感煙探測(cè)器的重視，隨后感煙探測(cè)器得到廣泛應(yīng)用，并逐漸占據(jù)了絕大部分市場(chǎng)，迫使感溫式探測(cè)器退居其次；到70年代末，光電

19、式感煙探測(cè)器在光電技術(shù)的基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)，并很快得到大力發(fā)展，它的使用壽命長(zhǎng)，抗干擾能力強(qiáng)，沒(méi)有離子感煙探測(cè)器的放射性問(wèn)題。在這一階段，火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)普遍采用多線(xiàn)制布局方式，布線(xiàn)、調(diào)試、系統(tǒng)可靠性是系統(tǒng)發(fā)展的瓶頸。第三階段，20世紀(jì)80年代初期，總線(xiàn)型火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)開(kāi)始興起，在火災(zāi)報(bào)警領(lǐng)域中邁出了一大步，并得到了較普遍的應(yīng)用。它使得布線(xiàn)工作量顯著減少，安裝調(diào)試更加容易，更能精確報(bào)警定位。但是這一時(shí)期的火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)的智能化水平不高，采用有線(xiàn)連接對(duì)工程要求高。第四階段，從20世紀(jì)80年代中后期開(kāi)始，隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)、控制技術(shù)、集成電路技術(shù)、傳感器技術(shù)及智能技術(shù)的快速發(fā)展，火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)步入智能化時(shí)代，智

20、能化火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)迅速發(fā)展起來(lái)，各種智能型的火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)相繼出現(xiàn)。模擬量可尋址技術(shù)的應(yīng)用使得火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)的安全性、精準(zhǔn)性和智能性有了很大提高，在火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)發(fā)展史上具有里程碑的意義7。近年來(lái)，采用無(wú)線(xiàn)通信方式的火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)在國(guó)外悄然興起。這種系統(tǒng)引入了無(wú)線(xiàn)電通信技術(shù)，利用無(wú)線(xiàn)通信方式代替?zhèn)鹘y(tǒng)的有線(xiàn)通信方式，將大多的電器裝置通過(guò)無(wú)線(xiàn)連接方式進(jìn)行信息傳輸與控制，適用于各類(lèi)建筑和場(chǎng)所。無(wú)線(xiàn)火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)起初僅用于特殊場(chǎng)合，如博物館、名勝古跡等不宜布線(xiàn)的場(chǎng)合，而且其價(jià)格也比較高8。隨著科技進(jìn)步和元器件成本的降低，無(wú)線(xiàn)火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)的研發(fā)和生成成本也隨之降低，它在性能和價(jià)格上都具有很強(qiáng)的競(jìng)

21、爭(zhēng)力，其市場(chǎng)潛力已經(jīng)嶄露頭角9。在我國(guó)，采用的無(wú)線(xiàn)通信方式的火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)日益受到重視。由于其具有安裝簡(jiǎn)便、對(duì)建筑物無(wú)損壞作業(yè)、靈活性好，易于擴(kuò)展等優(yōu)點(diǎn)，適用于許多場(chǎng)合，如名勝古跡、體育館、博物館、展覽中心、處于施工階段的建筑物、醫(yī)院等?；馂?zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)的智能性主要體現(xiàn)在火災(zāi)判決和統(tǒng)籌管理方面，一般分為分散式、集中式和分布式，分散式系統(tǒng)由非智能型控制器若干智能型探測(cè)節(jié)點(diǎn)組成，由探測(cè)節(jié)點(diǎn)完成火災(zāi)狀態(tài)的判斷;集中式系統(tǒng)由智能型控制器和若干非智能探測(cè)節(jié)點(diǎn)構(gòu)成，探測(cè)節(jié)點(diǎn)僅將火災(zāi)參量傳送給控制器，由控制器智能地判斷火災(zāi)狀態(tài)；分布式系統(tǒng)的控制器和探測(cè)節(jié)點(diǎn)均為智能型，也是今后火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)的發(fā)展方向10

22、。1.3 本文內(nèi)容的結(jié)構(gòu)安排基于社會(huì)和經(jīng)濟(jì)方面的需求，本課題旨在開(kāi)發(fā)一個(gè)能夠?qū)ΡO(jiān)測(cè)點(diǎn)實(shí)時(shí)監(jiān)控、報(bào)警的智能火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)。智能型火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)是一個(gè)集信號(hào)檢測(cè)、傳輸、處理、報(bào)警于一體的系統(tǒng)。隨著經(jīng)濟(jì)和城市建設(shè)的快速發(fā)展，城市高層、地下建筑以及大型綜合性建筑日益增多，火災(zāi)隱患也大大增加，火災(zāi)的數(shù)量及其造成的損失呈逐年上升趨勢(shì)，市場(chǎng)上迫切需要一種容量大、可靠性高、使用簡(jiǎn)單的智能型火災(zāi)報(bào)警控制系統(tǒng)。該火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)是以AT89C51單片機(jī)作為控制中心，接受、處理火災(zāi)探測(cè)器輸出的煙霧濃度信號(hào)、溫度信號(hào)，并進(jìn)行聲光報(bào)警。2 火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)整體方案設(shè)計(jì)2.1火災(zāi)產(chǎn)生原理及過(guò)程火災(zāi)是一種失去人為控制的由燃燒造成的災(zāi)害

23、，產(chǎn)生火災(zāi)的基本要素是可燃物、助燃物和點(diǎn)火源。可燃物以氣態(tài)、液態(tài)和固態(tài)三種形態(tài)存在，助燃物通常是空氣中的氧氣。根據(jù)可燃?xì)怏w與空氣混合方式不同有兩種燃燒方式，如果在燃燒前，可燃?xì)饩团c空氣均勻混和，則稱(chēng)之為預(yù)混燃燒；如果可燃?xì)怏w和空氣分別進(jìn)入燃燒區(qū)邊混合邊燃燒，則稱(chēng)之為擴(kuò)散燃燒。液體和固體是凝聚態(tài)物質(zhì)，難與空氣均勻混合，它們?nèi)紵幕具^(guò)程是當(dāng)從外部獲取一定的能量時(shí)，液體或固體先蒸發(fā)成蒸汽或分解出可燃?xì)怏w(如CO、H2等的分子團(tuán)、灰燼和未燃燒的物質(zhì)顆粒懸浮在空氣中，稱(chēng)之為氣溶膠。一般氣溶膠的分子較小(直徑0.01m。在產(chǎn)生氣溶膠的同時(shí)，產(chǎn)生分子較大(直徑0.01一10m的液體或固體微粒，稱(chēng)為煙霧。可

24、燃?xì)怏w與空氣混合，在較強(qiáng)火源作用下產(chǎn)生預(yù)混燃燒。著火后，燃燒產(chǎn)生的熱量使液體或固體的表面繼續(xù)放出可燃?xì)怏w，并形成擴(kuò)散燃燒。同時(shí)，發(fā)出含有紅、紫外線(xiàn)的火焰，散發(fā)出大量的熱量11。這些熱量通過(guò)可燃物的直接燃燒、熱傳導(dǎo)、熱輻射和熱對(duì)流，使火從起火部位向周?chē)?，?dǎo)致了火勢(shì)的擴(kuò)大，形成火災(zāi)。其中的氣溶膠、煙霧、火焰和熱量都稱(chēng)為火災(zāi)參量，通過(guò)對(duì)這些參量的測(cè)定便可確定是否存在火災(zāi)。根據(jù)火災(zāi)發(fā)生時(shí)產(chǎn)生現(xiàn)象的不同，可以將火災(zāi)分為慢速陰燃、明火和快速發(fā)展火焰等。陰燃就是在疏松或顆粒介質(zhì)中形成的緩慢進(jìn)行的熱解和氧化反應(yīng)，它能長(zhǎng)時(shí)間自行維持并傳播，當(dāng)條件發(fā)生變化時(shí)，或者自行熄滅，或者轉(zhuǎn)化為明火。明火則是火災(zāi)發(fā)生時(shí)燃

25、燒火焰產(chǎn)生的熱量使液體或固體的表面放出可燃?xì)怏w，并形成擴(kuò)散燃燒，同時(shí)發(fā)出含有紅、紫外線(xiàn)的火焰。快速發(fā)展火焰則是火災(zāi)擴(kuò)散的速度特別快，這種類(lèi)型的火災(zāi)一般為空氣中混有大量可燃?xì)怏w。通過(guò)大量的研究表明陰燃是誘發(fā)火災(zāi)的重要原因12?？偟膩?lái)說(shuō)，普通可燃物在燃燒時(shí)表現(xiàn)為以下形式：首先是產(chǎn)生燃燒氣體，然后是煙霧，在氧氣充足的條件下才能達(dá)到全部燃燒，產(chǎn)生火焰，發(fā)出可見(jiàn)光和不可見(jiàn)光，并散發(fā)出大量的熱，使環(huán)境溫度升高。起火過(guò)程中，起初和陰燃兩個(gè)階段所占的時(shí)間比較長(zhǎng)，雖然產(chǎn)生大量的煙霧，但是環(huán)境溫度不太高，若探測(cè)器就應(yīng)該從此階段開(kāi)始進(jìn)行探測(cè)，就可以火災(zāi)損失控制在最小限度?；鹧嫒紵螅杆俾樱a(chǎn)生大量的熱使得環(huán)境溫

26、度升高，如果能將這時(shí)能夠探測(cè)到有效地溫度值，就可以比較及時(shí)地控制火災(zāi)。起火過(guò)程曲線(xiàn)如圖2.1所示13。圖2.1 起火過(guò)程曲線(xiàn)2.2系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì)2.2.1 系統(tǒng)硬件總體構(gòu)架報(bào)警系統(tǒng)主要由數(shù)據(jù)采集模塊、單片機(jī)控制模塊、聲光報(bào)警模塊組成。圖2.2為火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖。圖2.2 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖單片機(jī)是整個(gè)報(bào)警系統(tǒng)的核心，系統(tǒng)的工作原理是：先通過(guò)傳感器 (包括溫感和煙感將現(xiàn)場(chǎng)溫度、煙霧等非電信號(hào)轉(zhuǎn)化為電信號(hào)，調(diào)理電路將傳感器輸出的電信號(hào)進(jìn)行調(diào)理(放大、濾波等，使之滿(mǎn)足A /D轉(zhuǎn)換的要求 ,最后由A /D轉(zhuǎn)換電路 ,完成將溫度傳感器和煙霧傳感器輸出的模擬信號(hào)到數(shù)字信號(hào)的轉(zhuǎn)換，單片機(jī)判斷現(xiàn)場(chǎng)是否發(fā)生火

27、災(zāi)。如果發(fā)生火災(zāi)，系統(tǒng)以聲光的形式報(bào)警。本火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)具有以下功能： (1聲、光雙重報(bào)警功能。(2系統(tǒng)故障報(bào)警功能。當(dāng)系統(tǒng)出現(xiàn)硬件故障時(shí)，能發(fā)出故障報(bào)警信號(hào)。(3異常報(bào)警功能。當(dāng)環(huán)境出現(xiàn)異常(如煙霧濃度過(guò)大或是溫度較高時(shí)，能發(fā)出異常報(bào)警信號(hào)，引起人們注意，盡可能避免火災(zāi)的發(fā)生。(4火災(zāi)報(bào)警功能。一旦真出現(xiàn)火災(zāi)(煙霧和溫度同時(shí)出現(xiàn)異常時(shí)，能立即發(fā)出聲光火災(zāi)警報(bào)15。2.2.2 系統(tǒng)軟件總體構(gòu)架為了便于系統(tǒng)維護(hù)和功能擴(kuò)充，采用了模塊化程序設(shè)計(jì)方法，系統(tǒng)各個(gè)模塊的具體功能都是通過(guò)子程序調(diào)用實(shí)現(xiàn)的。本系統(tǒng)主要包括數(shù)據(jù)采集子程序、火災(zāi)判斷與報(bào)警子程序等，系統(tǒng)程序流程圖如圖2.3所示。圖2.3 程序流

28、程圖為了降低誤報(bào)率，系統(tǒng)采用了多次采集、多次判斷的方法。每次數(shù)據(jù)采集后根據(jù)得到的數(shù)據(jù)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)情況進(jìn)行判斷，然后綜合多次判斷結(jié)果做出最終的火情判斷。主程序是一個(gè)無(wú)限循環(huán)體，其流程是：首先在上電之后系統(tǒng)的各部分包括單片機(jī)各個(gè)端口輸入輸出的設(shè)置、外圍驅(qū)動(dòng)電路和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)電路等完成初始化，其次是對(duì)芯片內(nèi)的程序進(jìn)行初始化，接下來(lái)執(zhí)行火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)采集任務(wù)，數(shù)據(jù)通信任務(wù)和查詢(xún)判斷任務(wù)。2.3系統(tǒng)主要器件的選擇2.3.1 火災(zāi)探測(cè)器的選擇1）探測(cè)器簡(jiǎn)介火災(zāi)探測(cè)器是火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)的重要組成部分，直接關(guān)系到整個(gè)系統(tǒng)的正常運(yùn)行。當(dāng)火災(zāi)發(fā)生時(shí)，把火災(zāi)產(chǎn)生的各種非電量參數(shù)(如煙霧，溫度變成電量參數(shù)傳送給控制器。其特點(diǎn)

29、是模擬量傳輸，跟隨各種非電量參數(shù)的變化而變化16。火災(zāi)探測(cè)器根據(jù)火災(zāi)發(fā)生時(shí)所表現(xiàn)出來(lái)的物理現(xiàn)象可以分為：氣敏型、感溫型、感煙型、感光型、感聲型五大類(lèi)。(l感溫探測(cè)器感溫探測(cè)器一般分為定溫式和差溫式。單一的感溫探測(cè)器靈敏度低、探測(cè)速度慢、探測(cè)范圍小，尤其對(duì)陰燃情況不響應(yīng)，因此不適用于火災(zāi)早期的探測(cè)，而在設(shè)計(jì)時(shí)往往安裝在不宜安裝感煙探測(cè)器的區(qū)域17。(2感煙探測(cè)器感煙探測(cè)器可以分為離子感煙探測(cè)器和光電感煙探測(cè)器18。感煙探測(cè)器具有非常好的早期報(bào)警功能，即使在不太好的環(huán)境條件場(chǎng)所也會(huì)有比較好的探測(cè)效果，它一般適用于極高的房屋或空心花板或地下室中。感煙探測(cè)器適用于火災(zāi)前期及早期，產(chǎn)生大量的煙和少量的熱

30、，但它不能區(qū)分火災(zāi)信號(hào)與非火災(zāi)信號(hào)，如廚房煙、水蒸氣等，所以誤報(bào)率較高。(3氣體探測(cè)器氣體探測(cè)器的主要作用是在發(fā)生可燃?xì)怏w泄漏危險(xiǎn)時(shí)，提醒有關(guān)人員采取相關(guān)措施以保護(hù)現(xiàn)場(chǎng)工作人員、生產(chǎn)設(shè)備的安全運(yùn)轉(zhuǎn)以及周?chē)h(huán)境。氣體探測(cè)器適用于散發(fā)可燃?xì)怏w和可燃蒸汽的場(chǎng)所。但由于氣體探測(cè)器探測(cè)對(duì)像CO易與還原氣體發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，因此在有還原氣體的場(chǎng)所可能會(huì)發(fā)生誤報(bào)警。(4圖像探測(cè)器圖像火災(zāi)探測(cè)器分為煙霧圖像探測(cè)器、火焰圖像探測(cè)器、激光圖像感煙探測(cè)器等，它們都非常適合于商場(chǎng)大空間建筑。但煙霧圖像火災(zāi)探測(cè)器對(duì)不規(guī)則物體或相似圖像可能發(fā)生誤報(bào)警;而火焰圖像探測(cè)器則對(duì)高溫物體或太陽(yáng)光照射可能發(fā)生誤報(bào)警;激光圖像感煙火災(zāi)探

31、測(cè)器則由于其良好的探測(cè)性能，發(fā)生誤報(bào)警的概率小，非常適合商場(chǎng)建筑的火災(zāi)探測(cè)19。(5紅、紫外火焰探測(cè)器火災(zāi)中能夠輻射出紅外線(xiàn)的不僅僅是火焰，一些高溫物體的表面都能發(fā)出與火焰紅外線(xiàn)頻帶相吻合的紅外線(xiàn)，因此這些并非火災(zāi)的紅外源就容易使單波段紅外火焰探測(cè)器產(chǎn)生誤報(bào)警20。紫外火焰探測(cè)器靈敏度高(ms級(jí)，反應(yīng)快，適合在火災(zāi)時(shí)有強(qiáng)烈的火焰輻射而無(wú)陰燃階段且需對(duì)火焰做出快速反應(yīng)的場(chǎng)合，但當(dāng)環(huán)境中有紫外輻射、高溫物體或有太陽(yáng)光直射時(shí)可能或產(chǎn)生誤報(bào)警，因此，紫外火焰探測(cè)器不宜用于火焰出現(xiàn)前有濃煙擴(kuò)散或有陽(yáng)光直射的地方。煙霧濃度是火災(zāi)的特性參數(shù)之一，在較大范圍的監(jiān)視場(chǎng)所，煙霧探測(cè)一直被廣泛使用的火災(zāi)探測(cè)方法。火

32、災(zāi)中會(huì)產(chǎn)生大量的熱，溫度也是火災(zāi)的另一特性參數(shù)，和環(huán)境溫度相比火災(zāi)的溫升是很明顯的，所以溫度也被用來(lái)進(jìn)行火災(zāi)探測(cè)21。然而煙霧探測(cè)器在受到外界非火災(zāi)的干擾信號(hào)會(huì)產(chǎn)生誤報(bào)警，且對(duì)于某些黑煙的探測(cè)并不敏感。溫度探測(cè)器可以很好地補(bǔ)充煙霧探測(cè)器造成的漏報(bào)，但由于只有在燃燒的后兩個(gè)階段才會(huì)發(fā)生明顯的變化，報(bào)警的響應(yīng)時(shí)間慢。因此根據(jù)以上情況以及本系統(tǒng)的要求，采用感煙探測(cè)器和感溫探測(cè)器相結(jié)合的多傳感器探測(cè)方法22，可以發(fā)揮各自的優(yōu)勢(shì)、彌補(bǔ)不足之處，在火災(zāi)發(fā)生的早期就能夠更加準(zhǔn)確的報(bào)警。(6）煙霧探測(cè)器煙霧檢測(cè)器是能夠檢測(cè)環(huán)境中的煙霧濃度的傳感器。儀器的最基本組成部分應(yīng)包括：煙霧信號(hào)采集電路，模數(shù)轉(zhuǎn)換電路，單

33、片機(jī)控制電路。煙霧信號(hào)采集電路一般由煙霧傳感器和模擬放大電路組成，將煙霧信號(hào)轉(zhuǎn)化為模擬的電信號(hào)。模數(shù)轉(zhuǎn)換電路將從煙霧檢測(cè)電路中送出的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)化為單片機(jī)可識(shí)別的數(shù)字信號(hào)后送入單片機(jī)，單片機(jī)對(duì)該數(shù)字信號(hào)進(jìn)行濾波處理，并對(duì)處理后的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，是否大于或等于某個(gè)預(yù)設(shè)值（即報(bào)警限），若大于則單片機(jī)控制射頻模塊向上位機(jī)發(fā)送報(bào)警信號(hào)，反之則為正常狀態(tài)。為方便檢測(cè)與監(jiān)控，室儀器測(cè)試人員及用戶(hù)能夠直觀地觀察到環(huán)境中的可燃煙霧濃度值，可將濃度值送到顯示屏中。煙霧傳感器屬于氣敏傳感器，使氣-電變換器，它將可燃性氣體在空氣中的含量轉(zhuǎn)化成電壓或者電流信號(hào)，通過(guò)A/D轉(zhuǎn)換電路將模擬量轉(zhuǎn)換成數(shù)字量后送到單片機(jī)，進(jìn)而由單

34、片機(jī)完成數(shù)據(jù)處理、濃度處理及報(bào)警控制等工作。傳感器作為煙霧檢測(cè)器的信號(hào)采集部分，是儀表的核心組成部分之一。由此可見(jiàn)，傳感器的選型時(shí)非常重要的。1.煙霧傳感器的分類(lèi)煙霧傳感器種類(lèi)繁多，從檢測(cè)原理上可分為三大類(lèi)：（1）利用物理化學(xué)性質(zhì)的煙霧傳感器：如半導(dǎo)體煙霧傳感器、接觸燃燒煙霧傳感器等。（2）利用物理性質(zhì)的煙霧傳感器：如熱導(dǎo)煙霧傳感器、光干涉?zhèn)鞲衅鳌⒓t外傳感器等。（3）利用電化學(xué)性質(zhì)的煙霧傳感器：如電流型煙霧傳感器、電勢(shì)型氣體傳感器等。2.煙霧傳感器應(yīng)滿(mǎn)足的基本條件一個(gè)煙霧傳感器可以使單功能的，也可以是多功能的；可以是單一的實(shí)體，也可以使由多個(gè)不同功能傳感器組成的陣列。但是，任何一個(gè)完整的煙霧傳

35、感器都必須具備以下條件：（1）能選擇性地檢測(cè)某種單一煙霧，而對(duì)共存的其它煙霧不響應(yīng)或低響應(yīng)；（2）對(duì)被測(cè)煙霧具有較高的靈敏度，能有效地檢測(cè)允許范圍內(nèi)的煙霧濃度；（3）對(duì)檢測(cè)信號(hào)響應(yīng)速度快，重復(fù)性好；（4）長(zhǎng)期工作穩(wěn)定性好；（5）使用壽命長(zhǎng)；（6）制造成本低；3.常見(jiàn)煙霧傳感器簡(jiǎn)介下面對(duì)工業(yè)上常用的集中煙霧傳感器做簡(jiǎn)單介紹。（1）半導(dǎo)體煙霧傳感器半導(dǎo)體煙霧傳感器包括用氧化物半導(dǎo)體陶瓷材料作為敏感體制作的煙霧傳感器，以及用單晶半導(dǎo)體器件制作的煙霧傳感器。自1962年半導(dǎo)體金屬氧化物傳感器問(wèn)世以來(lái)，由于具有靈敏度高、響應(yīng)快、輸出信號(hào)強(qiáng)、耐久性強(qiáng)、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、價(jià)格便宜等諸多優(yōu)點(diǎn)，得到了廣泛的應(yīng)用。該傳感

36、器已成為世界上產(chǎn)量最大、使用最廣的煙霧傳感器之一。按照敏感機(jī)理分類(lèi)，可分為電阻型和非電阻型。（2）固體電解質(zhì)煙霧傳感器固體電解質(zhì)煙霧傳感器使用固體電解質(zhì)氣敏材料作為氣敏元件，其原理是利用氣敏材料在通過(guò)煙霧時(shí)產(chǎn)生電阻，測(cè)量其形成電動(dòng)勢(shì)從而測(cè)量氣體濃度。由于這種傳感器電導(dǎo)率高，靈敏度和選擇性好，因而得到了廣泛的應(yīng)用，幾乎打入了石化、環(huán)保、礦業(yè)等各個(gè)領(lǐng)域，其產(chǎn)量?jī)H次于半導(dǎo)體煙霧傳感器的一類(lèi)傳感器。但這種傳感器制造成本高，檢測(cè)煙霧范圍有限，在檢測(cè)環(huán)境污染領(lǐng)域中有優(yōu)勢(shì)。(3接觸燃燒式傳感器當(dāng)易燃煙霧接觸這種被催化物覆蓋的傳感器表面時(shí)會(huì)發(fā)生氧化反應(yīng)而燃燒，故得名接觸燃燒式傳感器。接觸燃燒式傳感器的檢測(cè)元件

37、一般為鉑金屬絲（也可以表面涂鉑、鈀等稀有金屬催化層），使用時(shí)將鉑絲通電，保持300-400的高溫，此時(shí)若與煙霧接觸，煙霧就會(huì)在稀有金屬催化層上燃燒，因此鉑絲的溫度會(huì)上升，鉑絲的電阻值也上升；通過(guò)測(cè)量鉑絲的電阻值變化大小，就知道煙霧的濃度。(4高分子煙霧傳感器利用高分子氣敏材料制作的煙霧傳感器近年來(lái)得到很大的發(fā)展。高分子氣敏材料在遇到特定煙霧時(shí)，其電阻、介電常數(shù)、材料表面聲波傳播速度和頻率、材料重量等物理能發(fā)生變化。高分子氣敏材料由于具有易操作性、工藝簡(jiǎn)單、常溫選擇性好、價(jià)格低廉、易與微結(jié)構(gòu)傳感器和聲表面波器件相結(jié)合，在毒性煙霧和食品新鮮度等方面檢測(cè)中具有重要作用。高分子煙霧傳感器具有對(duì)特定煙霧

38、分子靈敏度高，選擇性好，且結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，能在常溫下使用，可以彌補(bǔ)其他煙霧傳感器的不足。(5電化學(xué)傳感器電化學(xué)傳感器由膜電極和電解液封裝而成。煙霧濃度信號(hào)將電解液分解成陰陽(yáng)帶電離子，通過(guò)電極將信號(hào)傳出。它的優(yōu)點(diǎn)是：反映速度快、準(zhǔn)確、穩(wěn)定性好、能夠定量檢測(cè)，但壽命較短（大約兩年）。它主要適用于毒性煙霧檢測(cè)。目前國(guó)際上大部分毒氣檢測(cè)采用該類(lèi)型傳感器。(6熱傳導(dǎo)傳感器熱傳導(dǎo)傳感器與接觸燃燒式傳感器具有類(lèi)似的結(jié)構(gòu)形式，但是測(cè)量原理不同。他的測(cè)量原理是：將加熱后的鉑電阻線(xiàn)圈置于目標(biāo)煙霧中，由于向目標(biāo)煙霧傳送熱量造成溫度降低，引起電阻值變化，傳感器即測(cè)量電阻值的變化情況。溫度的變化情況使目標(biāo)煙霧熱傳導(dǎo)率的函數(shù)，

39、而對(duì)于一種給定的煙霧或汽化物，熱傳導(dǎo)率使它固有的物理特性。(7紅外傳感器紅外傳感器通常用兩束紅外光進(jìn)行煙霧測(cè)量，主光束通過(guò)測(cè)量元件內(nèi)的目標(biāo)煙霧，參考光束通過(guò)比較元件內(nèi)的參考煙霧。在測(cè)量和比較元件中，紅外射線(xiàn)被煙霧有選擇的吸收了。未吸收的紅外光由光電探測(cè)器測(cè)量，產(chǎn)生一個(gè)正比于目標(biāo)煙霧濃度的差分信號(hào)。非擴(kuò)散式紅外探測(cè)器NDIR(non-dispersive IR是其中的一種，所有的未吸收光全部以最小的擴(kuò)散和損耗被記錄下來(lái)。不同的煙霧吸收不同波長(zhǎng)的IR，所以傳感器根據(jù)目標(biāo)煙霧而調(diào)整，典型應(yīng)用包括測(cè)量CO和CO2、冷凍劑煙霧和一些易燃?xì)?。由于非碳?xì)浠衔镆兹紵熿F（如氫）不吸收電磁譜中IR部分的能量，所

40、以這種傳感器可以精確地測(cè)量碳?xì)浠衔?，并具有最小的交叉靈敏度，而且不受其他煙霧的腐蝕以及高濃度目標(biāo)煙霧的影響。4.常見(jiàn)煙霧傳感器可檢驗(yàn)煙霧種類(lèi)由于煙霧的種類(lèi)繁多，一種類(lèi)型的煙霧傳感器不可能檢測(cè)所有的氣體，通常只能檢測(cè)某一種或兩種特定性質(zhì)的煙霧。例如氧化物半導(dǎo)體煙霧傳感器主要檢測(cè)各種還原性煙霧，如CO、H2、C2H5OH、CH3OH等。固體電解質(zhì)煙霧傳感器主要用于檢測(cè)無(wú)機(jī)煙霧，如CO、CO2、H2、C12、SO2等。2.3.2煙霧傳感器的選定煙霧檢測(cè)器主要應(yīng)用在石油化工、冶金、油庫(kù)、液化氣站、噴漆作業(yè)的易發(fā)生可燃煙霧泄漏的場(chǎng)所，根據(jù)報(bào)警器檢測(cè)煙霧種類(lèi)的要求，一般選用接觸燃燒式煙霧傳感器和半導(dǎo)體煙

41、霧傳感器。使用接觸燃燒式傳感器，器探頭的阻緩及中毒，是不可避免的問(wèn)題。阻緩是當(dāng)在煙霧與空氣的混合物中含有硫化氫等硫物質(zhì)的情況下，則有可能在無(wú)焰燃燒的同時(shí)，有些固態(tài)物質(zhì)附著在催化元件表面，阻塞載體的微孔，從而引起響應(yīng)緩慢反映滯緩，靈敏度降低。雖然講組換的傳感器再放回新鮮空氣環(huán)境中有得到某種程度恢復(fù)的可能，但是如果長(zhǎng)期暴露在這樣的環(huán)境中，其靈敏度會(huì)不斷下降，導(dǎo)致傳感器將使催化元件產(chǎn)生不可逆轉(zhuǎn)的中毒，以致靈敏度很快就喪失。當(dāng)懷疑檢測(cè)環(huán)境中存在這些物質(zhì)時(shí)，經(jīng)常對(duì)探頭進(jìn)行標(biāo)定，使必須且有效的辦法。因此，經(jīng)常對(duì)傳感器進(jìn)行標(biāo)定，是保證其準(zhǔn)確性的必要的途徑。一般連續(xù)使用兩個(gè)月后應(yīng)對(duì)傳感器進(jìn)行量程校準(zhǔn)，這種經(jīng)常

42、性對(duì)傳感器的維護(hù)，無(wú)形中加大了工作人員的工作量，同時(shí)增加了報(bào)警器的維護(hù)成本。半導(dǎo)體煙霧傳感器包括用氧化物半導(dǎo)體陶瓷材料作為敏感體制作的煙霧傳感器以及用單晶半導(dǎo)體器件制作的煙霧傳感器，它具有靈敏度高、響應(yīng)快、體積小、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、使用方便、價(jià)格便宜等優(yōu)點(diǎn)，因而得到廣泛應(yīng)用。半導(dǎo)體煙霧傳感器的性能主要看其靈敏度、選擇性（抗干擾性）和穩(wěn)定性（使用壽命）。經(jīng)過(guò)對(duì)比上述兩種煙霧傳感器的應(yīng)用特性，發(fā)現(xiàn)半導(dǎo)體煙霧傳感器的優(yōu)點(diǎn)更加突出：靈敏度高、響應(yīng)快、抗干擾性好、使用方便、價(jià)格便宜，且不會(huì)發(fā)生探頭阻緩及中毒現(xiàn)象，維護(hù)成本比較低等。因此，本設(shè)計(jì)采用半導(dǎo)體煙霧傳感器作為報(bào)警系統(tǒng)煙霧信息采集部分的核心。而在眾多半導(dǎo)體

43、氣體傳感器中，本設(shè)計(jì)選用MQ2型煙霧傳感器。經(jīng)過(guò)對(duì)比上述兩種煙霧傳感器的應(yīng)用特性，發(fā)現(xiàn)半導(dǎo)體煙霧傳感器的優(yōu)點(diǎn)更加突出：靈敏度高、響應(yīng)快、抗干擾性好、使用方便、價(jià)格便宜，且不會(huì)發(fā)生探頭阻緩及中毒現(xiàn)象，維護(hù)成本較低等。因此，本設(shè)計(jì)采用半導(dǎo)體煙霧傳感器作為報(bào)警器煙霧信息采集部分的核心。而在眾多半導(dǎo)體氣體傳感器中，本設(shè)計(jì)選用MQ-2型煙霧傳感器，這種型號(hào)的傳感器不但具備一般半導(dǎo)體煙霧傳感器靈敏度 高、響應(yīng)快、抗干擾能力強(qiáng)、壽命長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)。6.煙霧檢測(cè)器工作原理本論文中的煙霧檢測(cè)報(bào)警器以AT89C51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

44、信號(hào)經(jīng)過(guò)放大，轉(zhuǎn)化成大的電壓信號(hào)送入AT89C51單片機(jī)；后，在AT89C51單片機(jī)內(nèi)A/D轉(zhuǎn)換、濃度比較，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行線(xiàn)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，另外由于煙霧傳感器需要在加熱狀態(tài)下工作，溫度越高，反映越快，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(xiàn)和傳感器斷線(xiàn)和接觸不良時(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。2.3.3.

45、煙霧檢測(cè)器的結(jié)構(gòu)為適應(yīng)家庭和工業(yè)等場(chǎng)所對(duì)可燃性易爆煙霧安全性要求，設(shè)計(jì)的可燃性煙霧報(bào)警儀應(yīng)不僅能在較寬的溫度范圍工作，而且應(yīng)具有顯示可燃煙霧濃度、故障自檢、演示報(bào)警功能及可接計(jì)算機(jī)進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)遠(yuǎn)測(cè)和實(shí)時(shí)控制等功能。其目標(biāo)是在傳統(tǒng)的煙霧檢測(cè)的基礎(chǔ)上，盡量提高準(zhǔn)確性，降低成本，縮小體積。2.3.4.煙霧檢測(cè)器的功能（1）自診斷故障功能（2）看門(mén)狗自檢單片機(jī)狀態(tài)功能調(diào)用單片機(jī)中的看門(mén)狗程序，定時(shí)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。（3）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。感煙探

46、測(cè)器采用的是日本NEMOTO公司生產(chǎn)NIS-09C離子型感煙探測(cè)器，內(nèi)部有微量的放射性物質(zhì)媚(Am241，探測(cè)器被金屬電極覆蓋，放射能不會(huì)泄露。它對(duì)白色、灰白和黑色煙霧都有良好的響應(yīng)，但其受環(huán)境濕度影響較大。符合美國(guó)UL217標(biāo)準(zhǔn)，歐洲EN-54-7標(biāo)準(zhǔn)及GB4715-93國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)。NIS-09C是具有低功耗、普適性的傳感器，適用于高靈敏度煙霧探測(cè)器、火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)。其特性參數(shù)和溫濕度特性參數(shù)分別見(jiàn)表2.1和表2.2。NIS-09C離子煙霧探測(cè)器探測(cè)到的是煙霧濃度模擬量，通過(guò)其靈敏度特性（如表所示）可以看出，煙霧濃度p和輸出電壓v之間是近似線(xiàn)性的關(guān)系，其特性曲線(xiàn)方程：v=-0.3p+5.6。表2

47、.1 NIS-09C煙霧探測(cè)器的主要特征參數(shù)表靈敏度特性(UL217標(biāo)準(zhǔn)電源電壓特性(25 60%RH煙霧濃度輸出電壓(V誤差(V電源電壓輸出電壓(V05.6±0.4063.3±0.315.3±0.50.3±0.195.6±0.425.0±0.50.6±0.1128.0±0.734.7±0.50.9±0.21510.0±0.8544.4±0.51.2±0.21813±1.0表2.2 NIS-09C煙霧傳感器的溫濕度特性參數(shù)表溫度特性(濕度：60%RH濕度特

48、性(溫度：25溫度(輸出(V濕度(%RH輸出(V05.15±0.40305.75±0.50255.60±0.40605.60±0.40505.85±0.40905.45±0.402.3.5. 溫度探測(cè)器的功能溫度探測(cè)器是利用熱敏方式來(lái)檢測(cè)環(huán)境溫度進(jìn)行報(bào)警的探測(cè)器，用于檢測(cè)被測(cè)物體和環(huán)境的溫度，當(dāng)超出或低于標(biāo)準(zhǔn)值時(shí)發(fā)出報(bào)警。 溫度探測(cè)器：火災(zāi)時(shí)物質(zhì)的燃燒產(chǎn)生大量的熱量，使周?chē)鷾囟劝l(fā)生變化。溫度探測(cè)器是對(duì)警戒范圍中某一點(diǎn)或某一線(xiàn)路周?chē)鷾囟茸兓瘯r(shí)響應(yīng)的火災(zāi)探測(cè)器。它是將溫度的變化轉(zhuǎn)換為電信號(hào)以達(dá)到報(bào)警目的。根據(jù)監(jiān)測(cè)溫度參數(shù)的不同，一般用于工

49、業(yè)和民用建筑中的溫度探測(cè)器有定溫式、差溫式、差定溫式等幾種。2.3.6. 溫度探測(cè)器的選定1.定溫式探測(cè)器。定溫式探測(cè)器是在規(guī)定時(shí)間內(nèi)，火災(zāi)引起的溫度上升超過(guò)某個(gè)定值時(shí)啟動(dòng)報(bào)警的火災(zāi)探測(cè)器。它有線(xiàn)型和點(diǎn)型兩種結(jié)構(gòu)。其中線(xiàn)型是當(dāng)局部環(huán)境溫度上升達(dá)到 規(guī)定值時(shí)，可熔絕緣物熔化使兩導(dǎo)線(xiàn)短路，從而產(chǎn)生火災(zāi)報(bào)警信號(hào)。點(diǎn)型定溫式探測(cè)器利用雙金屬片、易熔金屬、熱電偶熱敏半導(dǎo)體電阻等元件，在規(guī)定的溫度值上產(chǎn)生火災(zāi)報(bào)警信號(hào)。2.差溫式探測(cè)器。差溫式探測(cè)器是在規(guī)定時(shí)間內(nèi)，火災(zāi)引起的溫度上升速率超過(guò)某個(gè)規(guī)定值時(shí)啟動(dòng)報(bào)警的火災(zāi)探測(cè)器。它也有線(xiàn)型和點(diǎn)型兩種結(jié)構(gòu)。線(xiàn)型差溫式探測(cè)器是根據(jù)廣 泛的熱效應(yīng)而動(dòng)作的，點(diǎn)型差溫式探

50、測(cè)器是根據(jù)局部的熱效應(yīng)而動(dòng)作的，主要感溫器件是空氣膜盒、熱敏半導(dǎo)體電阻元件等。 3.差定溫式探測(cè)器。差定溫式探測(cè)器結(jié)合了定溫和差溫兩種作用原理并將兩種探測(cè)器結(jié)構(gòu)組合在一起。差定溫式探測(cè)器一般多是膜盒式或熱敏半導(dǎo)體電阻式等點(diǎn)型組合式探測(cè)器溫度探測(cè)器使用的是美國(guó)國(guó)家半導(dǎo)體公司生產(chǎn)的集成溫度傳感器LM94022，該傳感器屬于高精度模擬輸出CMOS溫度傳感器，不僅工作電壓低、靜態(tài)電流小和輸出功率極低，而且能與模數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC配合使用。其主要特性如下：(1工作電壓低，可在1.5V電壓下工作；且工作電壓范圍寬，為1.55.5V；(2靜態(tài)電流小，典型值為541A；(3末級(jí)為推挽輸出，輸出電壓與感測(cè)的溫度成

51、反比，確保芯片即使在較高的溫度范圍內(nèi)仍可保持極高的靈敏度；(4可提供4個(gè)不同增益讓用戶(hù)自行選擇，其中包括-5.5mV/ 、-8.2 mV / 、-10.9mV /及-13.6mV /；(5溫度范圍寬，可以監(jiān)控由-50至150范圍內(nèi)的溫度；(6設(shè)計(jì)靈活、功率極低，采用極小巧的SC70封裝，大小與美國(guó)國(guó)冢半導(dǎo)體的標(biāo)準(zhǔn)型號(hào)LM20溫度傳感完全相同。LM94022的管腳排列如圖2.4所示。圖2.4 LM94022管腳排列當(dāng)給LM94022的靈敏度選擇輸入端GS0、GS1施加不同電平時(shí)，有4種不同的靈敏度供用戶(hù)選擇，如表2.3所示(由于輸出電壓隨溫度升高而下降，其靈敏度為負(fù)值。用戶(hù)可根據(jù)測(cè)溫的范圍及接口

52、電路的工作電壓的條件來(lái)合理。選擇要求高電平大于(VDD-0.5V ；低電平小于0.5V。表2.3 LM94022的4種靈敏度GS0GS1靈敏度典型值(mV/00-5.501-8.210-10.911-13.6LM94022的輸出特性如圖2.5所示，這是測(cè)量溫度與輸出電壓在不同靈敏度時(shí)的特性。由于輸出電壓隨溫度升高而下降，其靈敏度為負(fù)值。從圖可看出，LM94022的輸出電壓與感測(cè)的溫度成反比，并且其線(xiàn)性度極好，這是線(xiàn)性化后的特性。在VDD為5V時(shí)，不同靈敏度的幾個(gè)特定溫度值時(shí)的輸出電壓如表2.4所示（典型值）。圖2.5 LM94022的輸出特性表2.4 VDD為5V，t為25時(shí)的輸出電壓值被測(cè)溫

53、度GS=00(mVGS=01(mVGS=10(mVGS=11(mV-501299195526163277-251168176723662965010341565210026332589813651831229850760115915581958續(xù)表2.4 VDD為5V，t為25時(shí)的輸出電壓值被測(cè)溫度GS=00(mVGS=01(mVGS=10(mVGS=11(mV75619949129016091004767379971257125332521711901150183301420593按表2.4的數(shù)據(jù)計(jì)算出的靈敏度值與表2.3給出的典型靈敏度有一些差值。例如，在GS=00時(shí)，-25時(shí)的輸出電壓為

54、1168 mV，-50時(shí)的輸出電壓為1299 mV，則其平均靈敏度為-5.24 mV /；50時(shí)的輸出電壓為760 mV，75時(shí)的輸出電壓為619 mV，則其平均靈敏度為5.64 mV /。表2中GS=00時(shí)，靈敏度為-5.5 mV /。3.單片機(jī)及A/D轉(zhuǎn)換芯片的選擇3.1 AT89C51構(gòu)成與原理3.1.1 AT89C51構(gòu)造本設(shè)計(jì)的控制芯片使用的是ATMEL公司生產(chǎn)的AT89C51，AT89C51是一種帶4K字節(jié)閃爍可編程可擦除只讀存儲(chǔ)器（FPEROM）和128字節(jié)的隨機(jī)存取數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（RAM）的低電壓，高性能CMOS8位微處理器，俗稱(chēng)單片機(jī)。AT89C51是一個(gè)低功耗高性能單片機(jī)，片內(nèi)

55、置通用8位中央處理器（CPU）和Flash存儲(chǔ)單元，可靈活應(yīng)用于各種控制領(lǐng)域。40個(gè)引腳，32個(gè)外部雙向輸入/輸出（I/O）端口，同時(shí)內(nèi)含2個(gè)外中斷口，2個(gè)16位可編程定時(shí)計(jì)數(shù)器,2個(gè)全雙工串行通信口。AT89C51的引腳圖如圖2.6所示。芯片可以按照常規(guī)方法進(jìn)行編程，也可以在線(xiàn)編程，其將通用的微處理器和Flash存儲(chǔ)器結(jié)合在一起，特別是可反復(fù)擦寫(xiě)的Flash存儲(chǔ)器可有效地降低開(kāi)發(fā)成本。圖2.6 AT89C51芯片的引腳圖單片機(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(xún)是否有鍵按下

56、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(xiàn)性化處理，然后送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(mǎn)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(lèi)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51系列與STC系列。STC系列雖然功耗低，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，而且更適用于工業(yè)用途；AT89C51單片機(jī)應(yīng)用普遍，工具多，易上手，片源廣，價(jià)格低，且適

57、合民用、商用。用途更廣泛。綜合以上觀點(diǎn)，本論文選定AT89C51作為本系統(tǒng)的核心。AT89C51簡(jiǎn)介：AT89C51是一種帶4K字節(jié)閃爍可編程可擦除只讀存儲(chǔ)器（FPEROMFalsh Programmable and Erasable Read Only Memory）的低電壓，高性能CMOS8位微處理器，俗稱(chēng)單片機(jī)。該器件采用ATMEL高密度非易失存儲(chǔ)器制造技術(shù)制造，與工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的MCS-51指令集和輸出管腳相兼容。由于將多功能8位CPU和閃爍存儲(chǔ)器組合在單個(gè)芯片中，ATMEL的AT89S51是一種高效微控制器，為很多嵌入式控制系統(tǒng)提供了一種靈活性高且價(jià)廉的方案。3.1.2 AT89C51管腳作用P0口：P0口為一個(gè)8位漏級(jí)開(kāi)路雙向I/O口，每腳可吸收8TTL門(mén)電流。當(dāng)P1口的管腳第一次寫(xiě)1時(shí)，被定義為高阻輸入。P0能夠用于外部程序數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，它可以被定義為數(shù)據(jù)/地址的第八位。在FIASH編程時(shí)，P0 口作為原碼輸入口，當(dāng)FIASH進(jìn)行校驗(yàn)時(shí)，P0輸出原碼，此時(shí)P0外部必須被拉高。P1口：P1口是一個(gè)內(nèi)