关于对火灾监控系统设计的探讨

　　摘要：火灾监控系统能够及时探测火灾隐患，在现代智能建筑中起着极其重要的安全保障作用。随着人民生活水平的提高和网络技术、控制技术和通讯技术的高速发展对火灾监控系统提出了更高的要求。传感器技术被应用于火灾监控系统中本文就是利用单片机结合传感器技术设计了这一烟雾监控系统，以供同仁参考。

　　关键词：烟雾;火灾监控系统 ;警器TC12C5410;传感技术

　　Abstract: With the improvement of people's living standard and network technology, control technology and communication technology’s rapid development of the fire monitoring system, it has put forward higher requirements. Sensor technology is applied in fire monitoring system; this article is combined with the use of single-chip sensor technology and design of the smoke control system, in order to offer colleague reference.

　　Key words: smoke; fire control system; alarm TC12C5410; sensing technology

　　中图分类号：D631.6 文献标识码:A 文章编号：

　　引言:

　　本论文以电阻式烟雾传感器和单片机技术为核心并与其它电子技术相结合，设计出一种技术水平较好的烟雾报警器。以STC12C5410AD单片机和MQ-2型半导体电阻式烟雾传感器为核心设计的烟雾报警器可实现声光报警、故障自诊断、浓度显示、报警限设置、延时报警及与上位机串口通信等功能。这是种智能化烟雾报警器结构简单价格低廉，使用也比较方便。

　　1、监控系统

　　火灾监控系统，一般由火灾探测器、区域报警器和集中报警器组成;也可以把各种灭火设施和通讯装置联动建立中心控制系统。火灾探测器是在火灾发生时利用火灾产生的烟气、火光和高温通过探测器转变为电信号的报警或者使自动灭火系统启动，及时的把火灾灭掉。区域报警器能将楼层内的探测器发出的信号转换为声光报警，甚至可以显示出哪个房间号发生了火灾情况;同时还能对若干楼层的集中报警器、输出信号或控制自动灭火系统进行监视。集中报警器可以将收到的信号以声光方式显示出来，利用本机专用电话迅速发出指示和向消防队报警;也可以控制有关的灭火系统或将火灾信号传输给消防控制室。

　　2、烟雾检测报警器的方案设计

　　2.1检测报警器的设计思路

　　烟雾检测报警器最基本组成部分应包括：烟雾信号采集电路、模数转换电路、单片机控制电路。它检测环境中的烟雾浓度，并具有报警功能的仪器。烟雾信号采集电路一般由烟雾传感器和模拟放大电路组成，将烟雾信号转化为模拟的电信号。模数转换电路将从烟雾检测电路送出的模拟信号转换成单片机可识别的数字信号后送入单片机。单片机对该数字信号进行滤波处理，并对处理后的数据进行分析，如果大于则启动报警电路发出报警声音，反之则为正常状态。

　　2.2传感器的选型与选定

　　传感器作为烟雾检测报警器的信号采集部分，是仪表的核心组成部分之一。由此可见，传感器的选型是非常重要的。烟雾传感器种类繁多，从检测原理上可以分为三大类： ①用物理化学性质的烟雾传感器：如接触燃烧烟雾传感器、半导体烟雾传感器等。②利用物理性质的烟雾传感器：如热导烟雾传感器、光干涉烟雾传感器、红外传感器等。③利用电化学性质的烟雾传感器：如电流型烟雾传感器、电势型气体传感器等。

　　一个烟雾传感器可以是单功能或者多功能的;可以是单一的实体或者多个不同功能传感器组成的阵列。但是，任何一个完整的烟雾传感器都必须具备以下条件： 能选择性地检测某种单一烟雾，而对共存的其它烟雾造成的影响降到最低;对被测烟雾具有较高的灵敏度，能有效地检测允许范围内的烟雾浓度对检测信号响应速度快，重复性好、长期工作稳定性好、 使用寿命长、制造成本低，使用与维护方便。由于烟雾的种类繁多，一种类型的烟雾传感器不可能检测所有的气体，通常只能检测某一种或两种特定性质的烟雾。

　　烟雾检测报警器主要应用在石油、化工、冶金、油库、液化气站、喷漆作业等易发生可燃烟雾泄漏的场所，根据报警器检测烟雾种类的要求，一般选用接触燃烧式烟雾传感器和半导体烟雾传感器。使用接触燃烧式传感器，其探头的阻缓及中毒，是不可避免的问题，而半导体烟雾传感器不会发生探头阻缓及中毒现象，维护成本较低等。因此，本设计采用半导体烟雾传感器作为报警器烟雾信息采集部分的核心。

　　2.3烟雾检测报警器的整体设计方案

　　2.3.1烟雾检测报警器的工作原理

　　本论文中的烟雾检测报警器以STC12C5410AD单片机为控制核心，采用MQ-2型电阻式半导体传感器采集烟雾信息。

　　①把传感器送来的烟雾浓度对应的微小的电压信号经过放大，转化成较大的电压信号送入STC12C5410AD单片机;

　　②在STC12C5410AD单片机内A/D转换、浓度比较，对数据进行线性化处理，将数字化电压信号转化成为对应的十进制浓度值。

　　③将实际可燃性气体浓度送入液晶，并判断浓度值是否超出报警限。

　　2.3.2检测报警器的结构

　　设计的可燃性烟雾报警仪应能在较宽的温度范围工作，并且具有显示可燃烟雾浓度、故障自检、延时报警功能及可接计算机进行现场远测和控制等功能。报警器系统结构系统以单片机为核心，配合外围电路共同完成各种功能。报警器采用巡检的工作方式，进行两级报警值设定，并发出不同的光、声信号。

　　2.3.3烟雾检测报警器的功能

　　自诊断故障报警功能是指当传感器加热丝或者电缆线发生断线或者接触不良的情况时，报警器发出警报，提醒用户及时排除故障。烟雾浓度显示功能是指通过液晶屏显示可燃烟雾的浓度值，并且可以切换到设置状态，通过键盘设置或者更改报警限值，以便于用户或检测人员随时观测烟雾浓度及更改报警限。烟雾报警功能是指当烟雾浓度连续20秒取值都在报警限值之上，蜂鸣器开始报警，通过变化的声音及灯光引起用户的注意。烟雾检测报警器的功能还有止报警器误报功能 、看门狗自检单片机状态功能、与上位机通讯功能 、动控制相关安全装置的扩展功能等。

　　3、检测报警器的硬件设计

　　3.1单片机的选型

　　在报警仪的设计中，单片机是其核心部件。它一方面要接收来自传感器送来的烟雾浓度对应的模拟信号和故障检测信号，另一方面要对两种信号分别进行处理，控制后续电路进行相应动作;与此同时查询是否有键按下的请求。在单片机完成这些的工作中，尤其是信号处理中，比较浓度值后送入显示的软件，使检测人员能够较准确地观测到烟雾浓度，并根据情况做进行相应处理。

　　3.2烟雾检测报警器硬件电路的设计

　　3.2.1信号采集及前置放大电路

　　传感器输出信号微弱，要经过前置电路对其进行放大、滤波、电平调整，来满足单片机对输入信号的要求。本系统采用的半导体烟雾传感器属于电阻型，因此只需串联一个参考电阻，再经过一个放大电路即可发送给ADC采集。由于系统采用的是单极性供电，所以采用同相比例放大电路，可以减少硬件开销;反之，如果采用反相放大，则一般需要利用双极性供电，这就需要系统额外的利用变压芯片产生一个负压，这显然会造成浪费。常见的运算放大器中，LM324价格低廉、使用简单等优点比较突出，所以本设计中的前置放大电路采用LM324作为电路的运算放大器。

　　3.2.2声音报警电路

　　声音报警电路的警装置采用无源压电式KM3712x型蜂鸣器，较一般的蜂鸣器体积大，声音响亮，适用于家用煤气报警器的报警声音源。当单片机STC12C5410AD的17脚(P3.7)置1时，三极管Q1导通，蜂鸣器报警。本报警器采用单片机STC12C5410AD的PWM功能，如果烟雾浓度达到报警限，单片机控制P3.7(PWM)口输出占空比一定的脉冲，报警时蜂鸣器会发出如警车警笛的声音。

　　3.2.3数码管显示电路

　　报警器浓度显示采用共阳数码管。显示浓度级别，其主要技术参数如下：

　　模块工作电压： 2.7～5.5V ，作电流： 80ma,每段10ma，高：11.4mm。境相对湿度：<85% 视角：6:00 ，作温度：-10～+50°C 。示方式：反射式正显示存储温度：-20～+60°C，口方式：8线并行接口 。

　　3.2.4状态指示灯及控制键电路

　　状态指示灯及控制键电路图，机STC12C5410AD的18脚(P1.0)、12脚(P2.4)、13脚(P2.5)，控制输出的状态指示灯。绿灯常亮表示正常状态，环境中可燃烟雾浓度极低。黄灯闪亮表示传感器加热丝或者电缆发生断线或者接触不良。红灯闪亮表示环境中可燃烟雾浓度超过报警限值，报警器发出鸣叫，提醒用户尽快作相应安全措施。

　　4、报警子程序设计与误差分析

　　当烟雾浓度超过报警设定值时，通道的红灯闪亮，报警器发出警笛似的鸣叫声，从而保障居民生产、生活安全。为防止误报，在程序设计上，对烟雾浓度进行快速重复检测和延时报警，以区别出是管道中烟雾的泄漏，还是由于暂短打开阀门产生的可燃烟雾的微量散失，防止误报。硬件误差主要来自以下四个方面： 传感器非线性误差 、电子元器件参数的离散性、温度不稳定性造成的误差、电源造成的误差、境、外部噪声引起的误差。

　　5、结术语：

　　火灾监控系统,作为火灾的先期预报为火灾的及时扑灭和保障人身和财产安全,起到了不可替代的作用。火灾监控系统设计已经成为工业、民宅、企业消防安全系统的重要部分。作为设计人员, 面对不断更新的产品，我们需要不断地协调创新和应用完善，以便更好的服务于社会生产。

　　参考文献：

　　[1]　孙育才.ATM EL新型AT89S52系列单片机及其应用[M].北京:清华大学出版社,2005.

　　[2]　万光毅,严义.单片机实验与实践教程[M].北京:北京航空航天大学出版社,2004.

　　[3]　张洪润,易涛.单片机应用技术教程(第二版)[M].北京:清华大学出版社,2003.

　　[4] 陈正义.侯振鹏.智能楼宇设计.中国电力出版社,2007年出版

　　[5] 谭炳化.火灾自动报警及消防联动系统.机械工业出版社, 2007年出版

　　参考文献

　　[15] 于冶会. 对调整仪表用蜂鸣器振动规范的探讨. 传感器世界, 2000(1): 35~38

　　[16] 邵子扬, 黄保明, 刘海涛. Keil软件仿真的串口调试技巧. 单片机与嵌入式系统 应用, 2006(7): 76~78

　　[17] 陈晓莉, 张俊涛. KEIL C51单片机仿真器的设计.微计算机信息(嵌入式与SOC), 2006,2(2): 19~20

　　[18] 魏东. Keil C51总线外设操作问题的深入分析. 单片机与嵌入式系统应用, 2006(2): 78~79

　　[22] 曹乐南, 霍大勇. 单片机与PC机串行通信的实现. 中国科技信息, 2006(11): 192, 203

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