火災(zāi)自動(dòng)系統(tǒng)1

1、課程設(shè)計(jì)報(bào)告單 位： 自動(dòng)化學(xué)院 學(xué)生姓名： 唐瑞卿 專(zhuān) 業(yè)： 測(cè)控技術(shù)與儀器 班 級(jí)： 0820601 學(xué) 號(hào)： 06210120 指導(dǎo)老師： 胡向東老師 設(shè)計(jì)時(shí)間： 2009 年 12月重慶郵電大學(xué)自動(dòng)化學(xué)院制2號(hào)題 胡向東老師一、題目：火災(zāi)探測(cè)報(bào)警系統(tǒng)的設(shè)計(jì)二、指導(dǎo)教師：胡向東三、設(shè)計(jì)目標(biāo)及技術(shù)要求要求設(shè)計(jì)一個(gè)能夠?qū)馂?zāi)的發(fā)生完成探測(cè)并能進(jìn)行聲音或燈光信號(hào)報(bào)警的簡(jiǎn)易檢測(cè)控制系統(tǒng)?；诠怆?、溫度或煙霧傳感器等對(duì)火災(zāi)信號(hào)進(jìn)行檢測(cè)，通過(guò)測(cè)量電路驅(qū)動(dòng)后端的聲音或燈光報(bào)警裝置能夠有效報(bào)警提示即可。四、給定仿真或?qū)嶒?yàn)條件 由學(xué)生根據(jù)設(shè)計(jì)方案進(jìn)行硬件的選型或軟件的設(shè)計(jì)，完成系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)與測(cè)試。五、具體設(shè)

2、計(jì)過(guò)程要求1 確定總體方案：根據(jù)系統(tǒng)的功能要求完成任務(wù)系統(tǒng)信號(hào)檢測(cè)、處理與輸出報(bào)警等部分的總體方案設(shè)計(jì)，可以考慮只有硬件電路的方案和軟、硬件結(jié)合的方案，任選其一均可。2 選擇軟、硬件設(shè)計(jì)：根據(jù)所設(shè)計(jì)的系統(tǒng)方案，根據(jù)不同的信號(hào)采集原理，選擇適宜的硬件配置。3 其他：注意系統(tǒng)方案的合理性和系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)成本問(wèn)題，盡量追求高性?xún)r(jià)比，或者高性能，或者低成本等不同應(yīng)用需求。六、仿真、實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析要求等 基于仿真或?qū)嶒?yàn)結(jié)果，完成對(duì)系統(tǒng)的綜合評(píng)價(jià)。七、設(shè)計(jì)的心得體會(huì)要求 同一小組的學(xué)生，每人應(yīng)提交一份設(shè)計(jì)報(bào)告，心得體會(huì)部分應(yīng)反映不同學(xué)生在本次課程設(shè)計(jì)中的不同體會(huì)，包括取得的成績(jī)和不足。附主要參考書(shū)目1、 胡向東，

3、彭向華，李學(xué)勤等編著，傳感器與檢測(cè)技術(shù)學(xué)習(xí)指導(dǎo)，機(jī)械工業(yè)出版社，20092、 胡向東，劉京誠(chéng)，余成波等編著，傳感器與檢測(cè)技術(shù)，機(jī)械工業(yè)出版社，20093、 梁森等編，自動(dòng)檢測(cè)技術(shù)及應(yīng)用，機(jī)械工業(yè)出版社， 2006 4、 林德杰主編，電氣測(cè)試技術(shù)（第3版），機(jī)械工業(yè)出版社，2008火災(zāi)探測(cè)報(bào)警系統(tǒng)摘要：本火災(zāi)自動(dòng)探測(cè)報(bào)警控制器將煙傳感器及溫度傳感器接入單片機(jī)，經(jīng)微機(jī)運(yùn)算和邏輯判斷，經(jīng)聲光報(bào)警集成電路來(lái)進(jìn)行火災(zāi)報(bào)警，異常(煙感，溫感其中之一動(dòng)作)報(bào)警，實(shí)現(xiàn)消防一體化。關(guān)鍵詞：煙傳感器；溫度傳感器；單片機(jī)；火災(zāi)報(bào)警；消防一體1. 引言火災(zāi)作為危害人類(lèi)生存的大敵，越來(lái)越受到人們的重視。隨著高層建筑的不

4、斷增多，火災(zāi)隱患增加。一旦發(fā)生火災(zāi)，將對(duì)人的生命財(cái)產(chǎn)造成極大的危害，于是人們開(kāi)始尋求一種早期發(fā)現(xiàn)火災(zāi)的方法，以便控制和撲滅火災(zāi)，減少損失，保障生命安全?；馂?zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)就是為了滿(mǎn)足這一需求而研制出來(lái)的，并越來(lái)越被人們所接受。其自身也隨著人們需求的不斷提高，在功能、結(jié)構(gòu)、形式等方面不斷地完善。2. 系統(tǒng)框圖及系統(tǒng)功能介紹2.1系統(tǒng)框圖本系統(tǒng)主要由檢測(cè)系統(tǒng)子系統(tǒng)、中央控制器、報(bào)警子系統(tǒng)系統(tǒng)和滅火子系統(tǒng)系統(tǒng)四部分組成，如圖1所示。圖一 系統(tǒng)框圖2.2 系統(tǒng)功能介紹檢測(cè)子系統(tǒng)主要傳感器組成。為了提高系統(tǒng)可靠性，減少誤報(bào)和漏報(bào)，本系統(tǒng)采用了感煙和感溫兩種傳感器，能同時(shí)根據(jù)情況發(fā)出火災(zāi)信號(hào)。報(bào)警子系統(tǒng)主要

5、采用喇叭式和燈閃爍式兩種方案，本系統(tǒng)采用喇叭報(bào)警，便于長(zhǎng)距離的火災(zāi)信號(hào)傳遞，以便于人們的疏散和系統(tǒng)自動(dòng)的控制。滅火子系統(tǒng)主要采用單片機(jī)控制繼電器，而繼電器控制水閥的開(kāi)關(guān)和需要滅火的區(qū)域。3. 火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)器件的選擇和安裝3.1 兩種傳感器的基本介紹感煙傳感器：在此系統(tǒng)里面煙感傳感器主要用到一氧化碳傳感器，因?yàn)樵谌紵沫h(huán)境中，這種在空氣中的含量會(huì)顯著增高，這種傳感器是一個(gè)特殊材料作成的一個(gè)電阻絲，平時(shí)通過(guò)電流加熱電阻絲，遇到某些氣體的時(shí)候，電阻絲會(huì)因?yàn)檫@些氣體溫度降低或升高，這些變化會(huì)被傳感器中的熱敏電阻檢測(cè)出來(lái)，從而產(chǎn)生報(bào)警信號(hào)，經(jīng)過(guò)處理放大，變成模擬電壓或者數(shù)字量，控制后面具體的報(bào)警裝置。感

6、溫傳感器：溫度傳感器按傳感器于被測(cè)介質(zhì)的接觸方式可分為2大類(lèi):一類(lèi)是接觸式溫度傳感器，一類(lèi)是非接觸式溫度傳感器，接觸式溫度傳感器的測(cè)溫元件與被測(cè)對(duì)象要有良好的熱接觸，通過(guò)熱傳導(dǎo)及對(duì)流原理達(dá)到熱平衡，這時(shí)的示值即為被測(cè)對(duì)象的溫度。這種測(cè)溫方法精度比較高，并在一定程度上還可測(cè)量物體內(nèi)部的溫度分布，但對(duì)于運(yùn)動(dòng)的、熱容量比較小的、或?qū)Ω袦卦懈g作用的對(duì)象，這種方法將會(huì)產(chǎn)生很大的誤差。非接觸測(cè)溫的測(cè)溫元件與被測(cè)對(duì)象互不接觸。目前最常用的是輻射熱交換原理。此種測(cè)溫方法的主要特點(diǎn)是可測(cè)量運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的小目標(biāo)及熱容量小或變化迅速的對(duì)象，也可測(cè)溫度場(chǎng)的溫度分布，但受環(huán)境的影響比較大。3.2火災(zāi)探測(cè)器的選擇火災(zāi)探

7、測(cè)器的選擇應(yīng)符合下列要求：(1) 對(duì)火災(zāi)初期有陰燃階段，產(chǎn)生大量的煙和少量的熱，很少或沒(méi)有火焰輻射的，選用感煙探頭；(2) 對(duì)火災(zāi)發(fā)展迅速，產(chǎn)生大量熱、煙和火焰輻射的，選用感煙探頭、感溫探頭、火焰探頭或它們的組合；(3) 對(duì)火災(zāi)發(fā)展迅速，有強(qiáng)烈的火焰輻射和少量煙、熱的，選用火焰探頭；(4) 對(duì)情況復(fù)雜或火災(zāi)形成特點(diǎn)不可預(yù)料的，可進(jìn)行模擬實(shí)驗(yàn)，根據(jù)實(shí)驗(yàn)選用適宜的探頭。(5) 在不同高度的房間設(shè)置火災(zāi)探測(cè)器時(shí)可參照表3.1的規(guī)定。表3.1 點(diǎn)型感煙、感溫火災(zāi)探測(cè)器的實(shí)用高度房間高度(m)感煙探測(cè)器感 溫 探 測(cè) 器一 級(jí)二 級(jí)三 級(jí)12<h20不適合不適合不適合不適合8<h12適 合不

8、適合不適合不適合6<h8適 合適 合不適合不適合4<h6適 合適 合適 合不適合h4適 合適 合適 合適 合3.3 火災(zāi)探測(cè)器的設(shè)置(1) 探測(cè)區(qū)域內(nèi)每個(gè)房間至少應(yīng)布置一只火災(zāi)探測(cè)器。(2) 感煙探測(cè)器、感溫探測(cè)器的保護(hù)面積和保護(hù)半徑應(yīng)該滿(mǎn)足表3.2的規(guī)定。表3.2 感煙、感溫探測(cè)器的保護(hù)面積和保護(hù)半徑火災(zāi)探測(cè)器的種 類(lèi)地面面積S（m2）房間高度h(m)一只探測(cè)器的保護(hù)面積A和保護(hù)半徑R房 間 坡 度 15°15°3°30°A（m2）R(m) A(m2) R(m) A(m2) R(m) 感煙探測(cè)器S80h12806.7807.2808.0S8

9、06h12806.71008.01209.9h6605.8807.21009.0感溫探測(cè)器S30h8304.4304.9305.5S30h8203.6304.9406.3(3) 一個(gè)探測(cè)區(qū)域內(nèi)所需設(shè)置的探測(cè)器數(shù)量，應(yīng)由下式計(jì)算： (2.1)式中：N一個(gè)探測(cè)區(qū)域所需設(shè)置的探測(cè)器數(shù)量(只)，N1(取整數(shù))；S一個(gè)探測(cè)區(qū)域的面積(m2);A一個(gè)探測(cè)器的保護(hù)面積；K修正系數(shù)，重點(diǎn)保護(hù)建筑K取0.70.9，普通保護(hù)建筑K取1.0。(4) 在寬度小于3m以?xún)?nèi)的走廊頂棚上設(shè)置探測(cè)器時(shí)宜居中布置。感溫探測(cè)器的安裝間距L不應(yīng)超過(guò)10m，感煙探測(cè)器的安裝間距L不應(yīng)超過(guò)15m，探測(cè)器至端墻的距離不應(yīng)大于探測(cè)器間距的

10、1/2。(5) 探測(cè)器至墻壁、梁的水平距離不應(yīng)小于0.5m，并且探測(cè)器的周?chē)?.5m內(nèi)不應(yīng)有遮擋物。(6) 房間被書(shū)架、隔斷、設(shè)備等分隔且至頂棚或梁的距離小于房間凈高5時(shí)，則每個(gè)被格開(kāi)的部分至少安裝一只探測(cè)器。(7) 探測(cè)器宜水平安裝，如必須傾斜安裝時(shí)，傾斜角不應(yīng)大于45度，當(dāng)屋頂坡度大于45 度時(shí)，應(yīng)加木臺(tái)或類(lèi)似方法安裝探測(cè)器。本報(bào)警系統(tǒng)測(cè)量的環(huán)境限制在一個(gè)單間的面積，每個(gè)房間面積約為30平米，總共三間，因此根據(jù)上述的要求和計(jì)算可以得出一個(gè)房間僅需要一個(gè)傳感器，為了增加測(cè)量的精確度，我們選擇每個(gè)房間安裝兩個(gè)傳感器，總共是六個(gè)傳感器。3.4 單片機(jī)的選擇根據(jù)輸入和輸出接口個(gè)數(shù)以及根據(jù)本人熟悉的

11、芯片選擇AT89S51單片機(jī)作為主要的芯片設(shè)計(jì)電路。此單片機(jī)的說(shuō)明見(jiàn)說(shuō)明書(shū)。3.5 報(bào)警器件的選擇報(bào)警器件主要有報(bào)警喇叭和LED燈。報(bào)警喇叭發(fā)出的聲音可以遠(yuǎn)距離傳輸報(bào)警信息，而LED燈在小范圍內(nèi)可以實(shí)現(xiàn)快速報(bào)警。考慮到整個(gè)設(shè)計(jì)空間是在一套住房以?xún)?nèi)，因此使用報(bào)警喇叭報(bào)警電路。3.6 繼電器的選擇和控制繼電器是控制水閥的主要器件，通過(guò)它實(shí)現(xiàn)滅火的區(qū)域和滅火的速度。使用三極管與單片機(jī)的輸出連接，在有火災(zāi)信號(hào)輸入時(shí)可以快速反應(yīng)和處理。4.系統(tǒng)硬件組成整個(gè)系統(tǒng)的基本組成電路如下：5.報(bào)警喇叭硬件組成及功能介紹5.1 系統(tǒng)硬件組成中的喇叭報(bào)警電路5.2 電路功能以及原理由于喇叭功率可能太小，因此需要加入音

12、頻放大器來(lái)放大喇叭的輸出聲音，因此此處加入了LM386芯片使其音量放大，其詳細(xì)說(shuō)明見(jiàn)附錄一，使用此單片機(jī)的輸出就可滿(mǎn)足報(bào)警喇叭的音量放大要求。本電路以實(shí)現(xiàn)用單片機(jī)P1.0輸出1KHz和500Hz的音頻信號(hào)驅(qū)動(dòng)揚(yáng)聲器輸出報(bào)警器聲音，作報(bào)警信號(hào)，要求1KHz信號(hào)響100ms，500Hz信號(hào)響200ms,交替進(jìn)行，P1.7接一開(kāi)關(guān)進(jìn)行控制，當(dāng)開(kāi)關(guān)合上響報(bào)警信號(hào)，當(dāng)開(kāi)關(guān)斷開(kāi)告警信號(hào)停止?；馂?zāi)信號(hào)由前部傳感器獲得的信息確定。當(dāng)輸入的信號(hào)有火災(zāi)時(shí)開(kāi)關(guān)合上開(kāi)始響報(bào)警信號(hào)，當(dāng)輸入信號(hào)無(wú)火災(zāi)時(shí)開(kāi)關(guān)斷開(kāi)，警報(bào)信號(hào)停止。系統(tǒng)板上硬件連線(xiàn)如下所述：1）把“單片機(jī)系統(tǒng)”區(qū)域中的P1.0端口用導(dǎo)線(xiàn)連接到“音頻放大模塊”區(qū)

13、域中的SPK IN端口上。2）在“音頻放大模塊”區(qū)域中的SPK OUT端口上接上一個(gè)8歐的或者是16歐的喇叭。3） 把“單片機(jī)系統(tǒng)”區(qū)域中的P1.7/RD端口用導(dǎo)線(xiàn)連接到“四路撥動(dòng)開(kāi)關(guān)”區(qū)域中的K1端口上。6. 報(bào)警喇叭系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)信號(hào)產(chǎn)生的方法:500Hz信號(hào)周期為2ms，信號(hào)電平為每1ms變反1次，1KHz的信號(hào)周期為1ms，信號(hào)電平每500us變反1次。程序圖及程序如下：主程序圖：開(kāi)始T02S0，T0S5MS0，F(xiàn)LAG0T0初始化T0啟動(dòng)定時(shí)并開(kāi)中斷等待中斷中斷流程圖FLAG取反FLAG00FLAG1P1.0取反中斷返回T02S加1T0中斷入口T02S=400？匯編源程序 :FLAG

14、BIT 00H ORG 00H START: JB P1.7,START JNB FLAG,NEXT MOV R2,#200 DV: CPL P1.0 LCALL DELY500 LCALL DELY500 DJNZ R2,DV CPL FLAG NEXT: MOV R2,#200 DV1: CPL P1.0 LCALL DELY500 DJNZ R2,DV1 CPL FLAG SJMP START DELY500: MOV R7,#250 LOOP: NOP DJNZ R7,LOOP RET END 7. 總結(jié)由于系統(tǒng)采用了全數(shù)字化的感溫、感煙傳感器，直接輸出的是表示溫度和煙霧的數(shù)字信號(hào)，不存在由模擬量到數(shù)字量轉(zhuǎn)換的中間環(huán)節(jié)，所以該系統(tǒng)具有穩(wěn)定可靠、測(cè)量精度高一致性好、無(wú)需任何調(diào)整、信號(hào)線(xiàn)長(zhǎng)短不會(huì)影響其性能等優(yōu)點(diǎn)，還有單總線(xiàn)安裝方便、線(xiàn)路清晰、節(jié)省線(xiàn)材等長(zhǎng)處。8. 心得