消防电气控制装置设计

贾武军，李 英

（陕煤集团榆林化学有限责任公司，陕西 榆林 719000）

随着时代的进步，建筑物如雨后竹笋般野蛮生长，火灾隐患大大增加，人们渐渐意识到预防火灾与消防的重要性[1]。为了能预防火灾和及时报警，火灾报警器就诞生了。火灾报警器针对三要素设计而成，当检测到火焰，烟雾和温度超过报警阈值时，火灾报警器就会报警。火灾报警系统主要功能是把火灾报警和自动灭火相互作用联动结合起来并且及时加以进行管理[2]。为了及早发现建筑火灾安全隐患和有效地及时扑灭建筑火灾，电力系统中作为建筑防火保护工程火灾重点保护点的区域、各类大型商业和建筑工程专用建筑及其他各类现代化大型智能建筑均充分采取了建筑火灾自动监测报警和火灾灭火监控系统[3]。随着近年来我国具有特色的社会主义市场经济和社会化体系建设的进一步加强和快速推进，各类新型现代化的建筑楼宇数字都对于建筑火灾灾害预测和自动化防灭火监控系统的技术应用发展提出了新一代技术的高要求。大型的星级宾馆、酒店、商场、图书馆、博物厅、档案室和机关办事处等，自动保安灭火消防系统已逐渐发展成为必不可少的一套保安灭火设备。而且长期设置一套功能齐全的民用消防器材，对于有效保障广大全国人民各族群众的人身生命财产安全，无疑也具有极为重要的战略意义。

1 系统设计方案

1.1 方案分析

火灾检测报警器不仅可以直接实现自动火灾报警监视周围环境中各种可燃或惰性气体的含量浓度，而且还同时具备了自动火灾报警功能。

信号数据采集控制电路一般主要包括开关火灾信号传感器和开关模拟自动放大信号电路两大组成部分，将发生火灾过程中的放大信号数据进行模拟转换后成为模拟式交流电信号[4]。模数转换控制电路把自动火灾监测和侦察控制电路中电机驱动发出的数字模拟信号转换成为驱动单片机需要的能够对其进行自动识别的模拟数字信号，再将其送入单片机。为了更加便于实时的检测和监视，使得仪器检测人员和使用者都能够直观地看见周围环境中各种可燃性气体的含量，可以通过数码管发送浓度计值[5]。

1.2 系统框图

首先，该方案利用MQ-2 型火气传感器探测空间内的气体浓度。当空气中的火含量超过允许的标准含量时，感应控制器接收来自传感器的感应信号。然后感应控制器识别和处理相应的感应信号，并将识别和处理后的感应信号转换成相应的无线电信号，将其结果送到A/D 芯片中以便于进行模数转换。最后由一台写有应用程序的单片机STC89C52 对该电路设备进行了智能化的调控，实现了声光自动报警。系统框图如图1 所示。

图1 系统框图

2 电气控制装置设计

2.1 系统电源

火灾检测报警器微控制器的工作电源主要部件包括了发电机、扬声器正常运行工作使用需要的24 V 工作电源，单片式电机系统所正常使用工作需要的3.3 V工作电源及各类主控芯片所正常使用工作需要的5 V 电源工作电压。我们通常是通过一个24 V 的电源启动器和开关电源来给它供电。把2 个交流电分别降压转化成作为24 V 直流电，然后再经过一个集成电源稳压器将24 V 中的直流电分别降压转化成作为整个供电系统所有必需的5 V 和3.3 V 的直流有源电压。由于该供电系统中需要接入消防开关电源的每个工作电压都通常是消防车所使用交流电，在其中底部添加了一块散热片可用来对其本身进行电源散热及时保护。2个晶体发光二极管可以当做一个电源上的指示灯。电源电路图如图2 所示。

图2 电源电路图

2.2 单片机最小系统

本次的控制单片机系统主要是选择了STC 系统的各种单片机，相比于其他各种系列的单片机而言，都在设计上具有许多的特性和优点。一般STC 单片机的数据库资源较其他类型的单片机更需求量大，并且执行速度快; STC 系列的数据库可以通过串口方式对单片机的数据库文件进行烧写，下载时程序比较方便;STC89C52 单片机内部采用了一个集成看门狗的控制电路，并且还具备非常强的抗干扰性。STC89C52 是一种低功耗工作电压、高性能比的CMOS8 位闪存单片机，具有8 位和8 字节闪存可以自动擦除各种闪存式样的只读数字程序数据存储器和256 字节随机存取的只读数据程序存储器（RAM）。本次性能测试中的设备主要测试使用基于ATMELL 的2 种高密度、非易失性的数据存储处理方法。对应于符合国际标准的MCMCS-51 指令系统。其不仅拥有一个8 位的双中心多节点的固态硬盘，并且还带有一个高速闪存。强大的功能STC89C52 提供了许多复杂的软件系统控制和管理应用。

单片机一般都是单列采用40 个引脚，双列直接进行穿插式器件封装，其外部引脚的顺序排列连接方式如图3 所示。

图3 STC89C52 引脚图

特别注意的是，对于31 脚（EA），当接高电平时，单片机在复位后从内部ROM 的0000H 开始执行;当接低电平时，复位后直接从外部ROM 的0000H 开始执行。由于我们的一个应用程序被外部存储起来到了整个单片化主机内部，因此在EA 中就需要将其接收到高电平，保证我们的整个单片化主机系统能够从内部没有来源地读取一个应用程序并使其去外部进行程序执行。单片机最小系统如图4 所示。

图4 单片机最小系统

2.3 液晶显示电路

系统采用液晶模块1602，1602 是一款物美价廉的LED 液晶显示器，分别显示2 行标准文本字符，每行分别显示16 个单独的字符。该无线通信系统被广泛地应用在智能电表和其他办公设备上的工业自动化，其主要功能称为字符型显示，以显示ASCII 字符。当没有合适的汉字库的液晶显示器时，如果我们是想要准确地直接表达液晶汉字，首先我们需要直接得到所有必需的液晶汉字或者是液晶图形化或子语言模型的汉字数据，第二步把所有我们可以直接获取的液晶汉字或者子图形模型中的数据都直接存储在一个大的液晶汉字存储器中。液晶模块连接图如图5 所示。

图5 液晶模块连接图

2.4 MQ-2 传感器电路

烟雾浓度传感器，隶属气敏浓度传感器，是一种惰性气体烟-雾的电能浓度变换器，将各种可燃的惰性气体同时放置在潮湿空气环境中检测浓度。（即浓度）转化成电压或者电流信号，通过一个A/D 数据转换控制电路把输出模拟量数据转换成成为模拟数字时数据输出后发送到系统相应的控制单片机，进而通过交换实现输出差值数据处理、浓度报警数值数据处理和浓度报警数据控制。该烟雾传感器主要设计用于对空气烟雾状态监视和烟气检测烟雾报警器系统中的烟雾信号进行采集和图像显示部分，其也是烟雾仪表中最具有核心的重要组成组分部件之一。由此我们可以明显看出，传感器的结构设计和器件选型也是非常重要的。

烟雾式传感器的种类繁多，从其检测的原理上我们可以将其划分为3 个大类：一是利用物理化学性质的烟雾传感器：如半导体烟雾传感器、接触燃烧烟雾传感器等；二是可以利用各种气体物理化学特征的惰性烟雾蒸气传感器，例如光学热导惰性烟雾蒸气传感器、光学热干涉惰性烟雾蒸气传感器、红外烟雾传感器等；三是可以采用各种电化学物理特点的惰性烟雾蒸气传感器，例如采用电流式惰性烟雾蒸气传感器、电势式惰性气体烟雾传感器。

半导体单晶烟雾浓度传感器主要包括利用含有氧化物质的半导体或一种陶瓷材料生产做成的单晶烟雾浓度敏感器，或者一些是由一种单晶或半导体烟雾仪器件材料生产制成的单晶烟雾浓度传感器。根据各种敏感性的作用机理需要进行功能分类，可将其依次划分为敏感电阻式和非敏感电阻式。半导体产品中的自动气敏控制元件又主要有分为N 型与P 式2 种。N 和P 型在首次进行烟雾检测时的阻抗浓度数值是否会因为检测烟雾中产物浓度的持续变化而逐渐略微减小；P和N 型阻抗数值减小是否意指随着检测烟雾中产物浓度的持续变化而逐渐略微增大。

MQ-2 气敏特性元件的气敏性材料为SnO2，在洁净的高温空气中其之间具有很小的反向电导性。采用具有高低温自动循环温度检测的加热方式，低温（1.5 V 以下加热）用于探测火灾。利用一个简易电路，可以把电导率的改变转换成输入信号或与气体的浓度相适应。

MQ-2 传感器对于火灾检测具有极高的灵敏度。这种传感器可以检测到各种含火的气体。其采用的是一种廉价成本传感器，适用于各种应用。烟雾检测模块电路图如图6 所示。

3 结束语

21 世纪已经到了互联网的大时代。随着现代计算机网络突飞猛进，火灾检测报警技术的更新和应用变化越来越明显。总的来说，我们认为通过采用先进的数字技术、新设备、新材料，提高系统的性能，建立一个城市化、社区性的城镇化、多层次火灾检测、报警、救援、管理与服务网络信息系统，将会成为我国新时代城镇和社区安全生产保障体系的重要组成部分。