基于单片机的大型商场火灾报警器的设计思路

（安徽三联学院电子电气工程学院 安徽 合肥 230601）

2004年2月15日，吉林市的一家大型商场中百商厦发生特大火灾，火灾发生以后仅仅两个小时的时间，便蔓延至整个商场，由于商场内人流密集，当发现火灾时引起了很大混乱，许多人因此而丧身火海，据事故后统计，此次特大火灾造成54人死亡，70人受伤，经济损失高达400多万元。而该火灾的背后也反映了大型商场在火灾事故中的响应不及时，特别是消防设备的不完善使得火灾无法提前得到预警。而这次火灾仅仅是众多大型商场火灾事故的冰山一角，火灾带给人们的不仅仅是身体的损伤与财产的损失，它也给人们的精神带来巨大的打击。为此，有必要针对上述问题研发出一种火灾报警器，实现大型商场的智能化火灾报警，这对于保障人员生命财产安全、减少火灾经济损失、提高人们的安全防护意识具有十分重要的意义。

1.基于单片机的大型商场火灾报警器概述

在大型商场中，传统的商场防火体系由于构造简单，对火灾的预警较为被动，这使大型商场很难对火灾进行及时发现并消除，这无疑会给大型商场带来极大的安全隐患。现如今，科学技术的发展使防火系统体系产生了很大改变，不仅构造开始变得复杂起来，还能对大型商场中的火灾进行主动预警，该防火系统体系能够对火灾进行自动检查与自动报警，并和消防系统体系进行连接，实现了自动化的灭火。智能化消防系统主要由两部分组成，分别是联动灭火系统与自动报警系统，所谓自动报警系统便相当于人体的感知中枢，它能够对人的大脑与感官进行模拟，从而实现对火灾的警示功能。联动灭火系统相当于一种灭火执行体系，它相当于人的四肢一样来完成灭火动作。当发生火灾时，自动报警系统会对火灾信号进行收集并将这些信号发送到报警控制器当中，报警控制器在接收到这些火灾信号时会进行自动报警并发动指令到联动灭火系统中，同时，联动灭火系统在接收到发动指令以后按照指令要求对相应的输入输出模块进行驱动，如启动喷淋泵、排烟机、开启扩音器、启动消防泵等，进而达到消防联动控制的目的。可以说，自动报警系统与联动灭火系统间的相互配合，使人员的生命财产安全得到可靠保证。

2.基于单片机的大型商场火灾报警器的设计思路

2.1 整体设计思路

基于单片机的大型商场火灾报警器的整体设计主要是由四个电路组成，分别是信号采集电路、信号放大电路、安全保护电路与声光报警电路。基于单片机的火灾报警器中安装有烟雾传感器、信号放大器、声光报警器、A/D转换电路、继电器、调节阀、换气扇、LED状态指示灯、蜂鸣器、数码管字符显示及LED状态指示灯。基于单片机的火灾报警器会将烟雾传感器所收集到的信号发送给信号放大器进行信号放大处理，然后由A/D转换电路转换成相应的数字信号，并发送给STC89C52单片机，单片机能够对数字信号进行处理与分析，当发现转换器中的放大信号不等于零时，便会驱动声光报警器中的声光报警电路进行报警，相反则会继续运行。

2.2 硬件设计思路

基于单片机的大型商场火灾报警器的硬件主要由时钟电路、放大电路、直流电源及信号采集构成，此外还包括消音电路、控制电路、报警器自动诊断电路、声音报警等。在直流稳压电源中由稳压电路与电源变压器构成。而A/D转换电路采用ADC0809型，它是一种逼近式的模拟输入器，能够对8位数字量进行输出，同时，该电路中具备8个模拟通道，能够对模拟量进行分别输入，并利用同一个AD转换器来对这些模拟量进行转换，它设有多路开关，开关能够对8个模拟通道进行同时选用并实现模拟量输入，在单片机火灾报警器中采用一个AD转换器就能实现所有信号的转换功能。在消音电路与声光报警电路中，它通过三极管串联电阻来对蜂鸣器的报警功能进行控制，同时，在火灾报警器中还设有消音按键，当报警器的蜂鸣器发生鸣叫时，工作人员只需要按下消音键，便会驱动报警器进行报警，当现场烟雾浓度超出报警界限时，报警器便会发出提醒信号通知工作人员。STC89C52单片机的状态指示灯能够对输出状态进行显示，它是由单片机中的P2.6、P2.4及P2.5电路控制的，当状态指示灯的绿灯亮起时代表火灾报警器的工作状态正常。当火灾发生后而烟雾浓度不高时或是传感器产生故障时，状态指示灯中的黄灯便会进行闪烁，这代表火情已经发生或传感器产生故障。当火灾发生后且火情较大时，烟雾浓度的迅速升高便会使火灾报警器中的红灯进行闪烁，进而提示工作人员需要进行人员疏散等安全防范措施。基于单片机的火灾报警器在检测到烟雾浓度高出预定值时，继电器会进行继续工作，并驱动换气风扇开启，单片机还能够对延时子程序进行开启，在经过10分钟的延时后会对阀门进行自动调节。

2.3 软件设计思路

基于单片机的大型商场火灾报警器中，STC89C52单片机中的STC89C52主控芯片是其核心部分，该主控芯片能够对IO端口进行控制，并能够实现逻辑判断，同时它还能够实现语音报警，在系统程序中，它属于一种无限循环体，在对系统通电后，由于其各个部分都设置有输入与输出端口，这就使系统中的电路能够进行数据存储，并驱动外围电路。系统中的数码管能够对环境中的温度信息进行显示，并能够借助于报警系统中的采集程序来对外部环境的温度与报警信息进行判断，在系统始初化完成以后，其语音芯片不再对报警操作进行继续执行。系统初始化主要实现以下功能，分别是烟雾数据采集功能、IO输入输出功能、寄存器初始化功能。对于单片机火灾报警器来说，数据采集是其核心功能，它对于火灾报警的意义十分重要，利用数据采集能够降低火警的误报，对数据采集功能的程序设计可以采用循环判断与频繁采集的方式进行，烟雾传感器每次对温度信息数据进行采集以后，会将这些采集到的数据发送至单片机当中，并利用判断程序来对这些数据进行判断，进而实现对现场是否产生火情进行准确判断。其具体流程主要是，对系统进行初始化操作，然后对数据与信号进行采集，这时单片机会将这些采集到的数据存储至寄存器当中，并利用INT1中断程序来完成相应操作，此时系统会延迟十秒再进行操作，待转换器操作完成后，系统还会延迟五十秒再进行操作，然后对大型商场中的各种烟雾与温度信号进行采集，并将这些采集到的信号存储到寄存器当中。为了使火灾报警器实现语音报警操作，可以利用模块化设计方式来进行程序编写，并通过服务程序来对数据信息采集进行控制，当火情使空气温度过高时，其浓度可能会超过设定值，这时系统在数据采集时会延时十秒，如果收集到了烟雾信号便会将采集信号存储至寄存器当中，这时系统便能够对子程序进行执行。

3.基于单片机的大型商场火灾报警器的设计实现与测试

基于单片机的大型商场火灾报警器的程序设计采用Keil软件，并通过Proteus软件对该火灾报警器进行了仿真测试，电路板的设计与制作由Protel完成，在确保电路板焊接无误后开展仿真测试。测试结果表明，基于STC89C52单片机的大型商场火灾报警器具备非常高的灵敏度，当仿真环境中出现干扰源时，不会对火灾报警器产生明显的干扰。它能够对大型商场周边环境的温度烟雾值与温度值进行实时显示，对温度值与烟雾值的设定可以利用按键进行设定。当仿真环境中的温度超出预定温度值时，系统会通过蜂鸣器进行自动报警，并驱动风扇开启自动排烟功能。

4.结语

该系统基于单片机对火灾报警器进行了科学的设计，并通过软件、硬件与抗干扰这三个方面的设计来确保火灾报警器达到预期使用功能。基于STC89C52单片机的火灾报警器能够进行自我检查，并利用数码管对相关数据进行显示。仿真结果表明，本文所提出的STC89C52单片机火灾报警器不仅设计成本低，而且具备自我检查、声光报警、自动灭火等诸多功能，应用价值极高，具有十分广阔的发展空间。