机械本科论文火灾自动报警系统设计Word文档下载推荐.docx
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目前火灾自动报警系统有智能型、全总线型以及综合型等，这些系统不分区域报警系统或集中报警系统，可达到对整个火灾自动报警系统进行监视。
但是在目前的实际工程当中传统型的区域报警系统、集中报警系统和控制中心报警系统仍得到较为广泛的应用。
火灾自动报警系统的工作原理如图2-1所示。
安装在保护区的探测器不断的向所监视的现场发出巡检信号，监视现场的烟雾浓度、温度等，并不断反馈给报警控制器，控制器将接到的信号与内存的正常整定值比较、判断确定火灾。
当发生火灾时候，发出声光报警，显示火灾区域或楼层房号的地址编码，并打印报警时间、地址等。
同时向火灾现场发出警铃报警，在火灾发生楼层的上下相邻层或火灾区域的相邻区域也同时发出报警信号，以显示火灾区域。
各应急疏散指示灯亮，指明疏散方向。
图2.1火灾自动报警系统原理图
2.2火灾自动报警系统的组成
火灾自动报警系统是由触发器件、火灾报警装置、火灾警报装置以及具有其它辅助功能的装置组成的火灾报警系统，在火灾自动报警系统中，自动或手动产生火灾报警信号的器件称为触发件，主要包括火灾探测器和手动火灾报警按钮。
2.2.1火灾探测器
火灾探测器是火灾自动报警系统的传感部分，是组成各种火灾自动报警系统的重要组件，是火灾自动报警系统的“感觉器官”。
它能对火灾参数（如烟、温度、火焰辐射、气体浓度等）响应，并自动产生火灾报警信号，或向控制和指示设备发出现场火灾状态信号的装置。
火灾探测器是系统中的关键元件，他的稳定性、可靠性和灵敏度等技术指标会受到诸多因素的影响，因此火灾探测器的选择和布置应该严格按照规范进行。
2.2.1.1火灾探测器的分类
目前火灾探测器的种类很多，按照不同的方式有不同的分类方法。
1根据监测的火灾特性不同，火灾探测器可分为感烟、感温、感光、复合和可燃气体等五种类型，每个类型又根据其工作原理的不同而分为若干种。
2根据感应元件的结构不同，可分为：
⑴点型火灾探测器。
对警戒范围中某一点周围的火灾参数作出响应。
⑵线型火灾探测器。
对警戒范围中某一线路周围的火灾参数作出响应。
3根据操作后是否能复位，可分为：
⑴可复位火灾探测器。
在产生火灾报警信号的条件不再存在的情况下，不需要更换组件即能从报警状态恢复到监视状态。
根据复位的方式不同，又可分为以下三种：
①自动复位火灾探测器。
能自动地恢复到监视状态。
②遥控复位火灾探测器。
通过遥控操作能恢复到监视状态。
③手动复位火灾探测器。
通过手动调节能恢复到监视状态。
⑵不可复位火灾探测器。
在产生火灾报警信号的条件不再存在的情况下，需调换组件才能从报警状态恢复到监视状态或动作后不能恢复到监视状态。
2.2.1.2火灾探测器的选择
火灾探测器的选择应符合下列要求：
（1）对火灾初期有阴燃阶段，产生大量的烟和少量的热，很少或没有火焰辐射的，选用感烟探头；
（2）对火灾发展迅速，产生大量热、烟和火焰辐射的，选用感烟探头、感温探头、火焰探头或它们的组合；
（3）对火灾发展迅速，有强烈的火焰辐射和少量烟、热的，选用火焰探头；
（4）对情况复杂或火灾形成特点不可预料的，可进行模拟实验，根据实验选用适宜的探头。
（5）在不同高度的房间设置火灾探测器时可参照表2.1的规定。
表2.1点型感烟、感温火灾探测器的实用高度
房间高度（m）
感烟探测器
感温探测器
一级
二级
三级
12<
h
20
不适合
8<
12
适合
6<
8
4<
6
4
2.2.1.3火灾探测器的设置
（1）探测区域内每个房间至少应布置一只火灾探测器。
（2）感烟探测器、感温探测器的保护面积和保护半径应该满足表2.2的规定。
表2.2感烟、感温探测器的保护面积和保护半径
火灾探测器的种类
地面面积
S（m2）
房间高度h（m）
一只探测器的保护面积A和保护半径R
房间坡度θ
θ≤15°
15°
＜θ≤ 3°
θ＞30°
A（m2）
R（m）
A（m2）
感烟探
测器
S≤80
h≤12
80
6.7
7.2
8.0
S＞80
6＜h≤12
100
120
9.9
h≤6
60
5.8
9.0
感温探
S≤30
h≤8
30
4.4
4.9
5.5
S＞30
3.6
40
6.3
（3）一个探测区域内所需设置的探测器数量，应由下式计算：
（2.1）
式中：
N—一个探测区域所需设置的探测器数量（只），N
1（取整数）；
S—一个探测区域的面积（m2）;
A—一个探测器的保护面积；
K—修正系数，重点保护建筑K取0.7～0.9，普通保护建筑K取1.0。
（4）在宽度小于3m以内的走廊顶棚上设置探测器时宜居中布置。
感温探测器的安装间距L不应超过10m，感烟探测器的安装间距L不应超过15m，探测器至端墙的距离不应大于探测器间距的1/2。
（5）探测器至墙壁、梁的水平距离不应小于0.5m，并且探测器的周围0.5m内不应有遮挡物。
（6）房间被书架、隔断、设备等分隔且至顶棚或梁的距离小于房间净高5％时，则每个被格开的部分至少安装一只探测器。
（7）探测器宜水平安装，如必须倾斜安装时，倾斜角不应大于45。
当屋顶坡度θ大于45时，应加木台或类似方法安装探测器。
2.2.2手动火灾报警按钮
1手动火灾报警按钮概述
火灾自动报警系统应有自动和手动两种触发装置。
各种类型的火灾探测器是自动触发装置，而在防火分区疏散通道、楼梯口等处设置的手动火灾报警按钮是手动触发装置，它应具有应急情况下，人工手动通报火警的功能。
2手动火灾报警按钮的设置
每个防火分区应至少设置一只手动火灾报警按钮。
从一个防火分区内的任何位置到最邻近的一个手动火灾报警按钮的距离，不应大于30m。
手动火灾报警按钮宜设置在公共活动场所的出入口处。
手动火灾报警按钮应设置在明显的和便于操作的部位。
当安装在墙上时其底边距地高度宜为1.3~1.5m，且应有明显的标志。
手动火灾报警按钮宜与集中报警器连接，且应单独占用一个部位号。
因为集中控制器设在消防室内，能更快采取措施，所以当没有集中报警器时，它才接入区域报警器，但应单独占用一个部位号。
2.2.3火灾报警控制器
火灾报警控制器是火灾自动报警系统心脏，具有下述功能：
（1）用来接受火灾信号并启动火灾警报装置。
该设备也可用来指示着火部位和记录有关信息。
（2）能通过火警发送装置启动火灾报警信号或通过自动消防灭火控制装置启动自动灭火设备和消防联动控制器。
（3）自动地监视系统的正确运行和对特定故障给出声、光报警。
2.2.3.1火灾报警控制器分类
火灾报警控制器种类繁多，根据不同的方法可分成不同的类别。
（1）按控制范围可分为：
ａ区域火灾报警控制器：
直接连接火灾探测器，处理各种报警信息。
ｂ集中火灾报警控制器：
它一般不与火灾探测器相连，而与区域火灾报警控制器相连，处理区域级火灾报警控制器送来的报警信号，常使用在较大型系统中。
ｃ控制中心火灾报警控制器：
它兼有区域，集中两级或火灾报警控制器的特点，即可以作区域级使用，连接控制器；
又可以作集中级使用，连接区域火灾报警控制器。
（2）按结构型式可分为：
ａ壁挂式火灾报警控制器：
连接的探测器回路相应少些，控制功能简单，区域报警控制器多才用这种型式。
ｂ柜式火灾报警控制器：
连接探测器回路数较多，联动控制较复杂，集中式报警器常采用这种方式。
ｃ琴台式火灾报警控制器：
可实现多回路连接，具有复杂的联动控制。
（3）按系统布线方式分为：
ａ多线制火灾报警控制器：
探测器与控制器的连接采用一一对应方式。
ｂ总线制火灾报警控制器：
控制器与探测器采用总线方式连接，探测器并联或串联在总线上。
2.2.3.2火灾报警控制器的功能
（1）火灾报警：
当收到探测器、手动报警开关、消火栓开关及输入模块所配接的设备所发来的火警信号时，均可在报警器中报警。
（2）故障报警：
系统运行时控制器分时巡检，若有异常（设备故障）
发出声、光报警信号，并显示故障类型及编码等。
（3）火警优先：
在故障报警或已处理火警时，若发生火警则报火警，而当火警清除后又自动报原有的故障。
（4）时钟与火灾发生时间的记忆：
系统中的时钟走时通过软件编程实现，具有相应的存储单元，记忆事故发生时间。
（5）自检功能：
为了提高报警系统的可靠性，控制器设置了检查功能，可定期或不定期的进行模拟火警检查。
2.2.3.3工作原理
控制器把火灾探测器传来的信号进行处理、报警。
从原理上讲无论是区域报警控制器还时集中报警控制器都遵循同一工作模式，即收集探测信号－输入单元－自动监控单元－输出单元。
工作原理下图所示。
火灾控制器工作原理图
一、输入控制接口单元
输入控制接口单元原理图
MCP2551简介：
MCP2551是一个可容错的高速CAN器件，可作为CAN协议控制器和物理总线接口。
MCP2551可为CAN协议控制器提供差分收发能力，它完全符合ISO-11898标准，包括能满足24V电压要求。
它的工作速率高达1Mb/s。
典型情况下，CAN系统上的每个节点都必须有一个器件，把CAN控制器生成的数字信号转化成为适合总线传输（差分输出）的信号。
它也为CAN控制器和CAN总线上的高压尖峰信号之间加入了缓冲器，这些高压尖峰信号可能是由外部器件产生（EMI、ESD和电气瞬态等）。
MCP2510简介：
MCP2510是功能很强的CAN控制器芯片，它支持CAN1.2、2.0及2.0B规范。
该芯片内含3个发送缓存和2个接收缓存，可以对发送优先级进行管理，可滤除无用信息，MCP2510有6个可编程滤波器，而且中断资源十分丰富。
最可贵的是，它可以通过标准的SP1接口与微控制器进行通信，从而放宽了MCU的选择范围使得所有单片机都有接入的可能。
AT89C51简介：
AT89C51是一种带4K字节闪存可编程可擦除只读存储器（FPEROM—FlashProgrammableandErasableReadOnlyMemory）的低电压、高性能CMOS8位微处理器，俗称单片机。
二、自动监控单元
自动监控单元原理图
三、输出控制接口单元
输出控制接口单元原理图
MCS-51系列单片机简介：
MCS-51系列单片机主要包括8031、8051和8751等通用产品，其主要功能如下：
·
8位CPU·
4kbytes程序存储器（ROM）
128bytes的数据存储器（RAM）
32条I/O口线
111条指令，大部分为单字节指令
21个专用寄存器
2个可编程定时/计数器
5个中断源，2个优先级
一个全双工串行通信口
外部数据存储器寻址空间为64kB
外部程序存储器寻址空间为64kB
逻辑操作位寻址功能
双列直插40PinDIP封装
单一+5V电源供电
MCS-51以其典型的结构和完善的总线专用寄存器的集中管理，众多的逻辑位操作功能及面向控制的丰富的指令系统，堪称为一代“名机”，为以后的其它单片机的发展奠定了基础。
正因为其优越的性能和完善的结构，导致后来的许多厂商多沿用或参考了其体系结构，有许多世界大的电气商丰富和发展了MCS-51单片机，象PHILIPS、Dallas、ATMEL等著名的半导体公司都推出了兼容MCS-51的单片机产品，就连我国的台湾WINBOND公司也发展了兼容C51（人们习惯将MCS-51简称C51,如果没有特别声明，二者同指MCS-51系列单片机）的单片机品种。
CAN控制器82C200简介：
82C200是PHILIPS公司的CAN控制器和物理总线间的接口，提供对总线的差动发送和接收能力。
它与ISO/DIS11898标准完全兼容，有三种不同的工作方式即高速、斜率控制和待机，可根据实际情况选择。
CAN收发器82C250简介：
82C250是CAN控制器与物理总线间的接口，可以提供对总线的差动发送和接收能力，与IS011898标准完全兼容，并具有抗汽车环境下的瞬间干扰、保护总线的能力。
为了提高系统的可靠性和抗干扰能力，在CAN控制器和CAN收发器之间采用光耦6N137进行隔离。
PCA82C250提供对物理总线的符合CAN电气协议的差动发送和接收功能，另外，它具有的电流限制电路，还提供了对总线的进一步的保护功能。
四、时钟显示单元
时钟显示单元原理图
五、声光报警显示单元
声光报警单元原理图
NE555简介：
NE555是属于555系列的计时IC的其中的一种型号，555系列IC的接脚功能及运用都是相容的，只是型号不同的因其价格不同其稳定度、省电、可产生的振荡频率也不大相同；
而555是一个用途很广且相当普遍的计时IC，只需少数的电阻和电容，便可产生数位电路所需的各种不同频率的脉波讯号。
NE555的特点有：
1.只需简单的电阻器、电容器，即可完成特定的振荡延时作用。
其延时范围极广，可由几微秒至几小时之久。
2.它的操作电源范围极大，可与TTL，CMOS等逻辑闸配合，也就是它的输出准位及输入触发准位，均能与这些逻辑系列的高、低态组合。
3.其输出端的供给电流大，可直接推动多种自动控制的负载。
4.它的计时精确度高、温度稳定度佳，且价格便宜。
CD4017简介：
CD4017是5位Johnson计数器，具有10个译码输出端，CP、CR、INH输入端。
时钟输入端的斯密特触发器具有脉冲整形功能，对输入时钟脉冲上升和下降时间无限制。
INH为低电平时，计数器在时钟上升沿计数；
反之，计数功能无效。
CR为高电平时，计数器清零。
Johnson计数器，提供了快速操作、2输入译码选通和无毛刺译码输出。
防锁选通，保证了正确的计数顺序。
译码输出一般为低电平，只有在对应时钟周期内保持高电平。
在每10个时钟输入周期CO信号完成一次进位，并用作多级计数链的下级脉动时钟。
第三章系统的设置
随着新产品的不断出现，火灾自动报警系统也由传统型向现代火灾自动报警发展。
在诸多的产品中以区域报警和集中报警控制器的应用最为广泛，以下介绍两者的设置。
3.1区域报警控制系统
区域报警控制系统是火灾自动报警系统组成的一种形式，它是由电子元件组成的自动报警和监控装置。
当探测器检测到火灾信号，电子线路将火灾信号转换为电压或数字信号，通过导线传输到区域报警器，经过处理后发出声光报警信号，同时将火灾部位传输给集中报警控制器，适用于较小范围的保护。
有些区域报警控制器可单独组成系统进行消防灭火自动处理。
区域报警控制器的设置应该符合以下的规定：
（1）一个报警区域宜设置一台区域报警控制器，系统中区域报警控制器不应该超过3台。
（2）当用一台区域报警控制器警戒数个楼层时，应在每层各楼梯
口明显部位装设识别楼层的灯光显示区域。
（3）区域报警控制器安装在墙上时，其底边距地的高度不应小于1.5m。
靠近门轴的侧面距墙不应小于0.5m.正面操作距离不应小于1.2m.
（4）区域报警控制系统宜设在有人值班的房间或宾馆每层服务台。
区域报警控制系统图
3.2集中报警控制系统
集中报警控制系统是有电子线路组成的集中自动监控报警装置，各个区域报警巡回检测带的信号均集中到这一总的监控报警装置。
它具有部位指示、区域显示、巡检、自检、火灾报警音响、计时、故障报警、记录打印等一系列功能，在发出报警信号同时可自动采取系统的消防功能控制动作，达到消防的目的和手段，适用于较大范围内多个区域的保护。
集中报警控制器的设置应该满足以下规定：
（1）系统中应设有一台集中报警控制器和两台以上区域报警控制器。
（2）集中报警控制器的容量不宜小于保护范围内探测区域总数。
（3）集中报警控制器距墙不应小于1m，正面的操作距离不应小于2m。
（4）区域报警控制器的设置应符合上述区域报警控制系统的有关要求。
集中报警控制系统图
3.3控制中心报警系统
由消防控制室的消防控制设备、集中火灾报警控制器、区域火灾报警控制器和火灾自动报警探测器等组成，或由消防控制室的消防控制设备、火灾报警控制器、区域显示器和火灾自动报警探测器等组成，功能复杂的火灾自动报警系统。
系统的容量较大，消防设施控制功能较全，适用于大型建筑的保护。
（1）系统中应至少设置一台集中报警控制器和必要的消防控制设备；
（2）设在消防控制室以外的集中报警控制器，均应将火灾报警信号和消防联动控制信号送至消防控制室；
（3）区域报警控制器和集中报警控制器的设置，应符合上述控制中心报警系统的有关要求。
控制中心报警系统图
第四章火灾自动报警系统设计
4.1系统选型
依据《火灾自动报警系统设计规范》将合肥某学院行政楼界定为二级保护对象，根据建筑的实际情况在每层设置一台楼层显示器，作区域报警器使用，共8台楼层显示器和一台集中报警控制器及联动控制装置（设计详见系统图）。
本工程选用北京狮岛消防电子有限公司生产的SD2200-2178A型火灾报警控制器，由11个子站组成，各个子站之间的数据流通和相互协调由工作主站担任。
每个子站一个回路，每回路有199个地址点，其中1-99地址接感烟探测器或感温探测器，101-199地址可接手动报警按钮、输入模块、输出模块、多功能模块和消火栓按钮等。
该系统是一种数字式智能火灾自动报警及联动装置，它不同于传统的分布智能，也不通于简单的集中智能。
分布智能是探测器报警，将信号传输给控制器，从而报出火灾地址；
集中智能是由探测器将探测到的火灾信号不断的传输给控制器，由控制器进行判断，从而报出火灾地址。
本系统为分布与智能集中相结合，在系统硬件上采用分布结构，而在软件报警算法上采用集中处理。
系统具有现场编程功能，控制器留有计算机接口，可直接接入计算机键盘进行现场编程，也可在外接PC机或笔记本上进行编程后再固化芯片转插在控制器上。
CRT彩色显示系统，采用WINXP界面，操作简单，易于工程进行编程。
具有黑匣子储存功能，便于火灾发生时提供查认依据。
4.1.1硬件原理
火灾自动报警控制器采用STC89C54RD+单片机，FM3164作为信息存储单元通过SCL和SDA与单片机进行通信，由于单片机没有I2C总线接口，所以任取2个I／O口模拟。
实时时钟在VCC掉电以后自动切换到后备电源。
电源通过电阻分压连接到比较器输入口PFI，当VCC低于3．7V时，比较器输出PFO由高电平变为低电平，当PFO接到单片机的外部中断口，CPU产生中断，完成掉电保护功能。
FM3164工作原理图如下图所示。
4.1.2程序设计
4.1.3整机内部接线示意图
整机内部接线示意图
4.1.4单片机及最小系统
4.1.4.1单片机简介
（1）中央处理器AT89C51简介
①AT89C51的特点
AT89C51具有以下几个特点：
●AT89C51与MCS-51系列的单片机在指令系统和引脚上完全兼容；
●片内有4k字节在线可重复编程快擦写程序存储器；
●全静态工作,工作范围：
0Hz～24MHz；
●三级程序存储器加密；
●128×
8位内部RAM；
●32位双向输入输出线；
●两个十六位定时器/计数器
●五个中断源,两级中断优先级；
●一个全双工的异步串行口；
●间歇和掉电两种工作方式。
②AT89C51的功能描述
AT89C51是一种低损耗、高性能、CMOS八位微处理器，片内有4k字节的在线可重复编程、快速擦除快速写入程序的存储器，能重复写入/擦除1000次，
数据保存时间为十年。
它与MCS-51系列单片机在指令系统和引脚上完全兼容，不仅可完全代替MCS-51系列单片机，而且能使系统具有许多MCS-51系列产品没有的功能。
AT89C51可构成真正的单片机最小应用系统，缩小系统体积，增加系统的可靠性，降低系统的成本。
只要程序长度小于4K，四个I/O口全部提供给用户。
可用5V电压编程,而且擦写时间仅需10毫秒，仅为8751/87C51的擦除时间的百分之一,与8751/87C51的12V电压擦写相比，不易损坏器件，没有两种电源的要求，改写时不拔下芯片，适合许多嵌入式控制领域。
工作电压范围宽（2.7V~6V），全静态工作，工作频率宽在0Hz～24MHz之间，比8751/87C51等51系列的6MHz～12MHz更具有灵活性,系统能快能慢。
AT89C51芯片提供三级程序存储器加密，提供了方便灵活而可靠的硬加密手段，能完全保证程序或系统不被仿制。
P0口是三态双向口,通称数据总线口,因为只有该口能直接用于对外部存储器的读/写操作。
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