基于智能控制的火灾报警系统设计

王 芳

（新疆武警消防总队克拉玛依市消防支队克拉玛依区消防大队，新疆 克拉玛依 834000）

随着人口增加和经济发展，火灾隐患也大大增加，火灾发生的数量及其造成的损失都呈逐年上升趋势。虽然我国城市中的大、中型建筑及公共场所安装的火灾探测报警系统及消防设施已逐渐普及、完善，但在实际使用过程中暴露出的问题也日益突出。为了防患于未然，火灾的智能报警逐渐被重视。其实世界上诞生火灾自动报警系统已有100多年历史了。在随后的时间里人们不断地改进对火灾的探测技术，特别是电子、计算机技术的发展给火灾探测带来了一场革命。

1 系统整体设计

火灾报警系统选用Atmel公司的AT89S52作为主控制器，它是一款低功耗、高性能的8位单片机，具有8K可编程Flash存储器，与80C51系列产品完全兼容。系统将温度、烟雾和气体传感器测得的电压信号通过运算放大器放大后然后经模数转换变为数字信号，以便单片机处理；除了可以声光报警，还预留了可以控制联动装置的端口；还带有时钟功能，以保证数据采集时间的存储；键盘、显示功能，因为考虑到电路设计的通用性，所以添加了这些常用功能。系统整体设计如图1所示。

图1 系统整体设计原理图

2 硬件电路的设计

3.1 传感器的选择

温度传感器选用了金属壳带延长线的HN37型温度传感器，测温范围：-50℃～200℃，线性度：±0.5%；电压温度系数：-2 mV/℃；稳定度：0.05℃/年。 体积小，重量轻，感温灵敏，非常适合于火灾报警，室内大棚，办公场所使用。

烟雾传感器选用了NIS-09C烟雾传感器，它是日本NEMOTO公司专为检测烟雾而精心设计的新型传感器。NIS-09C是离子式烟雾传感器，内部使用了微量的放射性物质镅241，但传感器本身被金属制电极所覆盖，放射能决不会泄露。NIS-09C属于低功耗广普型传感器，适用于各种高灵敏度烟雾探测器、火灾报警器。

气体传感器选用了NAP-505一氧化碳传感器，检测气体范围：0～1000 ppm，输出电流：40±10 nA/ppm，分辨率：1 ppm，应答时间＜30 s。它属于电化学型传感器，采用了新的构造，电解液泄露的风险较低到几乎为零，体积小，大幅度的减低了成本。输出信号线性好、重复再现性优越、不受湿度影响、电池可驱动。

3.2 放大电路

传感器的电信号，需要进行放大隔离稳压，然后经由单片机进行融合处理。放大器LM324内部包含四组形式完全相同的运算放大器，除电源共用外，四组运放相互独立，并有相位补偿电路，耗电低，电源电压范围宽，输入电压范围大，并可以低到地电位，而输出电压范围为0～Vcc。电路连接如图2所示。

图2 放大器电路图

3.3 模数转换电路

本系统选用了TI公司的TLC3578实现A/D功能，如图3所示。TLC3578是14位8通道串行模数转换器，完全可以满足同时接多个传感器的系统要求，另外，14位的分辨率可以保证系统的精度，由于是串行输入结构，所以可以节省单片机的1/0资源。器件采用单5V模拟电源供电，3～5V数字供电。/CS、SDI、SDO和SCLK组成一个SPI接口。帧同步信号（FS）指示串行数据帧传输的开始。当上电后设备被设置成硬件默认模式，并且不需要软件配置。

图3 A/D转化电路图

3.4 报警及显示电路

单片机的P3.2通过限流电阻和三极管驱动蜂鸣器，P1.1接发光二极管，以完成声光报警。因为需要显示的数据不是很多，系统选用一块液晶屏LCD1602，第一行显示时间，第二行显示各个传感器数据和报警等信息。系统中还加入了4*4的矩阵键盘，用于翻页显示液晶数据信息，锁定报警时间，解除报警，以及便于对以后扩展的电路进行控制。

3.5 看门狗电路设计

在智能火灾报警系统中还设计了看门狗电路。看门狗电路设计选用双列直插封装式芯片MAX813L。在设计中，单片机的一个引脚P1.6与MAX813L的引脚WDI相连接，程序执行使P1.6引脚不断输出脉冲信号。如果因某种原因火灾报警系统进入死循环，WDI引脚没有脉冲输入时，则在1.6 S后看门狗输出引脚WDO输出低电平到MR引脚，使MAX813L产生复位输出，使火灾报警系统有效复位并摆脱死循环。另外，当电源电压低于限值4.65 V时，MAX813L也产生复位输出，使火灾报警系统处于复位状态，此时不执行任何指令，直至电源电压恢复正常。这样可有效地防止因电源电压过低，而使火灾报警系统产生误动作。

4 软件设计

程序开始运行时首先采集光电感烟探测器信号、温度探测器信号和CO探测器信号，将三种探测器信号送入单片机进行数据处理。判断使用当前的结果是否可以明显判断是否有火灾发生。如果能判断起火，则输出严重报警信号，并将火警发生情况通知区域报警控制器，在区域报警控制器上做相应处理；如果判断报警信号，并进一步关注温度和烟雾信号的变化趋势，如果趋势继续升高则严重报警并作后续工作，否则取消报警。最后送入液晶显示。图4是火灾探测器单片机软件程序流程图。

图4 软件程序设计流程图

5 结语

本文提出和设计的智能型火灾报警系统，是现代智能控制理论在消防自动化系统中的应用，系统基本达到了预期目标。智能化是整个火灾报警系统发展的趋势。随着智能建筑大厦系统集成程度将越来越高，火灾报警系统可以通过分析多个系统反馈的现场信息，获得全面的现场信息，从而做出更加准确、合理的系统决策。因此，系统中还可以加入通信总线以提高检测水平，而且联动装置要完善消防设施，减少人身和财产安全的损失。

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