智能火灾报警系统Word下载.docx
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1.2.4分布智能报警系统介绍…………………………………………2
1.2.5无线火灾自动报警系统和空气样本分析系统…………………2
第二章智能火灾报警系统原理……………………………3
2.1智能火灾报警系统的分类…………………………………………3
2.2设计要求……………………………………………………………3
2.3系统组成和原理……………………………………………………3
2.4系统组成图…………………………………………………………4
第三章系统硬件设计电路…………………………………5
3.1系统硬件工作原理…………………………………………………5
3.2硬件原理图…………………………………………………………5
3.3传感器电路…………………………………………………………5
3.3.1传感器的组成……………………………………………………5
3.3.2传感器的分类及作用……………………………………………6
3.3.2.1气体传感器……………………………………………………6
3.3.2.2门控传感器……………………………………………………7
3.3.2.3温度传感器……………………………………………………8
3.4传感器的接口电路…………………………………………………9
3.5消除抖动电路………………………………………………………10
3.6传感器放大电路……………………………………………………13
3.6.1集成运放的组成…………………………………………………13
3.6.2差动放大电路组成………………………………………………14
3.6.3仪表放大电路组成………………………………………………15
第四章系统硬件芯片…………………………………………16
4.1AT89C51单片机简介………………………………………………16
4.2主要特性………………………………………………………………16
4.3振荡器特性……………………………………………………………17
4.4芯片插除………………………………………………………………17
4.5声光报警原理…………………………………………………………17
第五章系统软件设计……………………………………………19
5.1单片机主程序设计……………………………………………………19
5.2故障处理子程序………………………………………………………19
结论……………………………………………………………………………………22
致谢……………………………………………………………………………………23
参考文献………………………………………………………………………………24
第一章绪论
1.1课题研究的背景
火在人类生活中是不可缺少的．但火灾也给人类带来了巨大的灾难。
特别是自本世纪80年代开始：
，随着电子产品在人类生活中的使用越来越广泛，由此引起的火灾也越来越多，在我们生活的四周到处潜伏着火灾隐患。
为了避免火灾。
一方面要减少引起火灾的因素；
另一方面要在发生火灾时，及时报警，并采取有效措施控制火情的发展，将火灾消灭在萌芽状态。
确保人身安全。
最大限度地减少社会财富的损失。
因此，研制一种结构简单价格低廉的智能火灾报警系统是非常必要的。
1.2智能火灾报警系统的发展历程
1.2.1传统的（多线制开关量式）火灾自动报警系统
这是第一代产品（主要是20世纪70年代以前）。
主要特点是：
简单、成本低。
但有明显的不足：
一是因为火灾判断依据仅仅是根据所探测的某个火灾现象参数是否超过其自身设定值（阈值）来确定是否报警，因此无法排除环境和其他干扰因素。
它是以一个不变的灵敏度来面对不同使用场所、不同使用环境的变化，这是不科学的。
灵敏度选低了，会使报警不及时或漏报，灵敏度选高了，又会形成误报。
另外由于探测器的内部元器件失效或漂移现象等因素，也会发生误报。
根据国外统计数据表明：
误报与真实火灾报警之比达20c1之多。
二是性能差、功能少，无法满足发展需要。
例如：
多线制系统费钱费工；
不具备现场编程能力；
不能识别报警的个别探测器（地址编码）及探测器类型；
无法自动探测系统重要组件的真实状态；
不能自动补偿探测器灵敏度的漂移：
当线路短路或开路时，不能切断故障点，缺乏故障自诊断、自排除能力；
电源功耗大等等。
1.2.2总线制可寻址开关量式火灾探测报警系统
（在20世纪80年代初形成），这是第二代产品。
尤其是二总线制系统被广泛使用。
其优点是：
省钱省工；
所有的探测器均并联到总线上；
每只探测器设置一地址编码；
使刚多路传输的数据传输法；
还可连接带地址码模块的手动报警按钮、水流指示器及其他中继器等；
增设了可现场编程的键盘；
系统白检和复位功能；
火灾地址和时钟记忆与显示功能；
故障显示功能；
探测点开路、短路时隔离功能；
准确地确定火情部位，增强了火灾探测或判断火灾发生的能力等。
但对探测器的工况几乎无大改进，对火灾的判断和发送仍由探测器决定。
1.2.3模极量传输式智能火灾报警系统
这是第三代产品。
其特点是：
在探测处理方法[做了改进，即把探测器的模拟信号不断地送到控制器去评估或判断，控制器用适当的算法辨别虚假或真实火灾及其发展程度，或探测器受污染的状态。
可以把模拟量探测器看作一个传感器，通过一个串联发讯装置，不仅能提供找出装置的位置信号，还能将火灾敏感现象参数（如：
烟雾浓度、温度等）以模拟值（一个真实的模拟信号或者等效的数字编码信号）传送给控制器，对火警的判断和发送由控制器决定，报警方式有多火灾参数复合式、分级报警式和响应阈值自动浮动式等。
还能降低误报，提高系统的可靠性。
在这种集中智能系统中，探测器尤智能，属于初级智能系统。
1.2.4分布智能火灾报警系统
这是第四代产品。
探测器具有智能，相当于人的感觉器官，可对火灾信号进行分析和智能处理，做出恰当的判断，然后将这些判断信息传给控制器，控制器相当于人的大脑，既能接收探测器送来的信息，也能对探测器的运行状态进行监视和控制，山于探测部分和控制部分的双重智能处理，使系统运行能力大大提高。
此类系统分三种，即：
智能侧重于探测部分，智能侧重于控制部分和双重智能型。
1.2.5无线火灾自动报警系统和空气样本分析系统
这是第五代产品。
无线火灾自动报警系统由传感一一发射机，中继器以及控制中心三大部分组成。
以无线电波为传播媒体。
探测部分与发射机合成一体，由高能电池供电，每个中继器只接收自己组内的传感发射机信号。
当中继器接到组内某传感器的信号时，进行地址对照，一致时判读接收数据并由中继器将信息传给控制中心，中心兄示信号。
此系统具有节省布线费及工时，安装开通容易的优点。
适于不宜布线的楼宇、工厂、仓库等，也适于改造工程。
空气样本分析系统中采用高灵敏吸气式感烟探测器（HKSD探测器），主要抽取空气样本并进行烟粒子探测，还采用了特殊设计的检测室，高强度的光源和高灵敏度的光接收器件，使感烟灵敏度增加了几百倍。
这一阶段还相继产生了光纤温度探测报警系统和载波系统等。
总之，火灾产品不断更新换代，使火灾报警系统发生了一次次革命。
为及早而准确地报警提供了重要保障。
、通风系统、空调系统、防火门、防火卷帘、挡烟垂壁等相关设备联动，自动或手动发出指令，启动相应的防火灭火装置。
第二章智能火灾报警系统原理
2.1智能火灾报警系统的分类
火灾自动报警系统一般分三种形式设计：
区域火灾自动报警系统，集中火灾自动报警系统和控制中心报警系统。
就智能建筑的基本特点，控制中心报警系统是最适用的方式。
2.2智能火灾报警系统的设计要求
智能建筑中火灾智能报警系统的设计要点是：
根据被保护对象发生火灾时燃烧的特点确定火灾类型；
根据所需防护面积部位；
按照火灾探测器的总数和其他报警装置（如手报）数量确定火灾报警控制器的总容量；
按划分的报警区域设置区域报警控制器；
根据消防设备确定联动控制方式；
按防火灭火要求确定报警和联动的逻辑关系；
最后还要考虑火灾自动报警系统与智能建筑“3AS”（建设设备自动化系统、通信自动化系统、办公自动化系统）的适应性。
2.3系统组成和原理
智能火灾报警系统系统按功能可分为火灾自动报警系统和联动系统。
前者的功能是在发现火情后，发出声光报警信号并指示出发生火警的部位，便于扑灭；
后者的功能是在火灾自动报警系统发现火情后，自动启动各种设备，避免火灾蔓延直至扑灭火灾。
从二者的不同功能可看出它们是密不可分的。
实际上有很多火灾自动报警系统同时具有自动联动系统的功能。
智能火灾报警系统一般由两大部分组成：
火灾探测器和火灾报警器。
火灾探测器安装在现场，监视现场有无火警发生；
火灾报警器安装在消防控制中心，管理所有的火灾探测器。
当发现有火警时，发出声光报警信号通知值班人员，有的火灾报警器还可启动联动设备灭火。
有的火灾探测器具有声光报警装置，可以脱离火灾报警器使用，一般用于家庭。
火灾探测器探测火灾发生的原理利用传感器检测火灾发生前后某个物理参数的变化。
检测温度。
当温度升高时，可以断定有火灾发生。
一般通过检测三种物理参数的变化，判断是否有火灾发生，这三种物理参数是：
烟浓度、温度和光。
由此可以把火灾探测器分为感烟探测器、感温探测器和火焰探测器。
而实际使用中以前两种最多。
感烟探测器检测现场烟浓度的变化，判断是否有火灾发生；
感温探测器检测现场温度的变化，判断是否有火灾发生；
火焰探测器检测红外光或紫外光光谱强度的变化，判断是否有火灾发生。
感烟探测器有离子感烟探测器、光电感烟探测器和红外光束探测器。
感温探测器有定温探测器、差温探测器、差定温探测器和缆式定温探测器。
火焰探测器有红外火焰探测器、紫外火焰探测器和复合火焰探测器。
现在，有的火灾探测器为复合探测器，它不只可以测试一个物理参数，而是能够测试多个参数来判断是否有火灾发生。
火灾自动报警系统按火灾探测器与火灾报警器的连线可划分N+I线制、4线制、3线制和二总线制。
由于受施工的限制，前几种火灾报警系统都已被淘汰。
目前生产的火灾报警系统大部分为二总线制。
按火灾报警系统判断火灾的方式，火灾报警系统可分为开关量火灾报警系统和模拟量火灾报警系统。
开关量火灾报警系统的火灾探测器为开关量探测器，其报警原理是在火灾探测器内有一比较器，当火灾探测器探测的烟浓度、温度或其它物理参数达到一定阈值时，火灾探测器变为火警状态，当火灾报警器巡检到该探测器时，探测器把火警状态报告给火灾报警控制器。
模拟量火灾报警系统使用模拟量火灾探测器，模拟量火灾探测器不断把采集到的现场数据报告给火灾报警控制器，由火灾报警控制器通过一定的算法，判断是否为火警。
如果确定有火警发生，遂发出火警命令，点亮火灾探测器上的确认灯
2.4系统组成图，如图2.1
图2.1火灾报警系统组成图
第三章系统硬件电路设计
3.1系统硬件工作原理
现场火灾报警器通过对传感器火情信息的检测，通过放大器将信号进行放大，然后通过A/D转换，将信号送到单片机，使用智能识别算法实现对火灾的监测。
当报警器监测到火情信息后，直接通过Modem经公用电话交换网迅速向消防指挥中心报告火情信息（包括火灾单位编码、单位名称、火情级别以及报警时间等），同时产生声光报警信号，并按事先预留的电话号码自动拨号通知单位有关负责人。
消防指挥中心根据接收到的火警信息，立即在消防信息数据库中查询单位位置、周围道路、交通、水源情况等基本信息，根据所获得的信息迅速确定最佳救火方案，通过网络将出警命令直接下达各消防中队。
本文将详细介绍小型防火单位语音数字联网报警器的设计与实现。
3.2系统硬件原理图，如图3.1：
图3.1系统硬件原理图
3.3传感器电路
3.3.1传感器的组成：
一般讲传感器由敏感元件和转换元件组成。
但是由于传感器输出信号一般都很微弱。
需要有信号调节与转换电路将其放大或转换为容易传输、处理、记录和显示的形式。
随着半导体器件与集成技术在传感器中的应用，传感器的信号调节与转换电路可能安装在传感器的壳体里或与敏感元件一起集成在同一芯片上。
因此，信号调节与转换电路以及所需电源都应作为传感器组成的一部分。
如图3.2所示：
图3.2传感器组成图
常用的信号调节与转换电路有放大器、电桥、振荡器、电荷放大器等，它们分别与相应的传感器相配合。
本系统所用到的是气体传感器和温度传感器。
3.3.2传感器分类及作用
3.3.2.1气体传感器，实物图如下：
图3.3气体传感器
火灾中气体烟雾主要是CO2和CO。
TGS202气体传感器应用电路如图3.4所示，它能探测CO2，CO，甲烷、煤气等多种气体，他灵敏度高，稳定性好，气体传感器TGS202适合于火灾中气体的探测。
如图3.4所示，当TGS202探测到CO2或CO时，传感器的内阻变小，VA迅速上升。
选择适当的电阻阻值，使得当气体浓度达到一定程度（如CO浓度达到0．06％）时，VA端获得适当的电压（设为3V）。
图3.4TGS202应用电路
3.3.2.2门控传感器，实物图如下：
图3.5门控传感器
门控传感器采用热电式传感器IRA－E100SZ1，当检测到有人接触时，传感器接收到的温度升高，接收到的信号经过交流放大器放大，使传感器的弱小电压升高，使输出能使ADC0809能够识别的电压值，当电压值小于0.8V时，可以认为传感器正常工作，输出为“0”。
当电压高于0.8V以后，就被认为是有人接触到此传感器，送到ADC0809的信号就会为“1”，通过主机发出报警信号通知用户，如图3.6所示。
图3.6门磁传感器电路
3.3.2.3温度传感器，实物图如下：
图3.7温度传感器
AD590是美国AnalogDevices公司生产的一种电流型二端温度传感器。
应用电路如图3.8所示。
由于AD590是电流型温度传感器，他的输出同绝对温度成正比，即1μA/k，而数模转换芯片ADC0809的输入要求是电压量，所以在AD590的负极接出一个10kΩ的电阻R1和一个100Ω的可调电阻W，将电流量变为电压量送入ADC0809。
通过调节可调电阻，便可在输出端VT获得与绝对温度成正比的电压量，即10mV/K。
AD590只需单电源工作，输出的是电流而不是电压，因此，抗干扰能力强，要求的功率很低（1.5mV/+5V/+25°
C），使得AD590特别适于工作运动测量。
因为是高阻抗电流输出，所以长线上的电阻对器件工作上影响不大。
用绝缘良好的双绞线连接，可以使器件在距电源25m处正常工作。
高输出阻抗又能极好的消除电源电压漂移和纹波的影响，电源由5V变到10V时，最大只有1µ
A的电流变化，相等于1°
C的等效误差。
输出特性也使得AD590易于老化，可以使CMOS多路转换器来开关期间的输出电流或用逻辑门的输出作为器件的工作电源来切换。
还要指出的是，AD590能经受高至44V的正向电压和20V的反向电压，因而不规则的电源变化或管脚反接也不会损坏器件。
图3.8AD590的应用电路
3.4传感器的接口电路
接口电路就是将传感器与后续有关电路相联系，构成实用传感器系统。
这种接口有两种，即硬件接口和软件接口。
所谓软件接口就是不管传感器与微型计算机连接方式如何，要在CPU控制下用相应程序取自传感器的数据存入计算机，由计算机进行处理。
所谓硬件接口，就是考虑传感器与计算机连接采用何种电路，通过什么样输入口，获得期望的精度与响应特性。
接口设计是应考虑以下两个问题，其一是传感器的输出与计算机输入的匹配。
传感器的输出信号有三种形式，即数字开关量、数字脉冲列和模拟信号，相应有三接口，如图3.9所示。
（c）
图3.9传感器输出信号及接口
3.5消除抖动电路
如图.3.10（a）为微动开关与光电开关等传感器输出的数字开关量。
因微动开关有抖动，在与计算机连接时必须接入如图3.9所示。
的消除抖动电路。
图3.10消除抖动电路
数字开光量有两种输出类型，电压输出型和触点输出型，传感器与控制装置连接有多种形式，一般有传感器输出0V或5V电压信号可以直接与控制装置连接。
但对于程序控制器，多半采用触点输出形式。
而电压输出型传感器要采用晶体管作为无触点作用连接。
如图（b）所示的数字脉冲列信号，一般是用计数电路进行计数，然后送入计算机。
而（c）所示传感器输出为模拟信号，对模拟信号处理最为复杂。
首先要把模拟信号变为适合A/D转换器进行模/数转换。
虽进行了预处理但还要放大、分压、滤波、取样保持和加减运算等，这一般采用运算放大器电路来实现，如图3.11所示，下一章节将具体介绍。
输出=输入×
（1+
）输出=输入×
图3.11放大与分压电路
其二是器件的选用。
分立元件、组件和大规模集成块都可实现相应的接口功能。
但要兼顾成本、时间和技术力量选择合适的器件。
接口的具体实现可采用硬件或软件，对于硬件接口主要考虑A/D转换器与计算机连接基本方式。
首先经过预处理，把传感器输出为0~5V的电压信号，再经A/D转换为8为数字信号。
一般是计算机发出启动信号，启动A/D转换味为数字信号。
一般是计算机发出启动信号，启动A/D开始转换，并用状态标志位来检测转换的结束，若转换期间状态标志位呈现低电平，一旦转换完成，状态标志位便呈现高电平，计算机的CPU通过各种方法检测到这个状态位的高电平的出现，并把数据取走。
A/D转换器的重要之处是转换速度与分辨率。
但还要考虑传感器的响应、预处理电路特性和微处理机速度等。
消除噪声的方法有，传感器与预处理放大电路接线要尽量短；
传感器信号界限要采用屏蔽线，外皮接地；
放大电路的输入与输出之间尽量远离；
放大电路增益不要太高，以免产生振荡；
放大电路与传感器远离，以免产生强电场、磁场的干扰等。
软件接口是通过编程来实现。
CPU通过A/D采集模拟数据方法大致有定时询问，即定时查询标志位，转换结束取走数据；
延时等待，即CPU发出启动转换指令后，延时一段时间，转换结束后取走数据；
中断技术，即采用中断方式取走数据等。
消除开关量抖动的软件方式是在检测到开关状态发生变换时，进行一段的程序延迟，以避开开关抖动所造成的状态不稳时间。
A/D转换的程序实例如下：
START：
LDA，00H
OUT（00H），A
LDA，01H
INPUT：
INA，（02）H
ANI01H
JPNZ，INPUT
INA，（01H）3.6传感器的放大电路
集成电路是利用各种不同的加工工艺，在一块连续的衬底材料上同时做出大量的三极管、二极管和电阻等电路元件，并把他们互连而成。
这些元件尺寸极小、元件密度高、引线短，使得外部接线大为减少，从而提高了电子设备的可靠性与灵活性，降低了成本，使电子设备的装配大为减化，为电子技术的应用开辟了一个崭新的时代。
集成运算放大器就是其中之一，它是一个具有高放大倍数的直接耦合放大器。
它首先被应用于模拟计算机的数值运算，所以称之为运算放大器。
随着电子技术的发展，运算放大器的应用早已远远超出数值运算的范畴，作为一种放大器件，它广泛应用在测量、控制、通信、信号变换等各个方面。
因此，集成运算放大器已成为模拟电路中的一个基本单元电路。
可以这么说，凡需要电压放大的场合，都会首先考虑采用运算放大器。
3.6.1集成运算放大器的组成
集成运算放大器的种类繁多，内部电路各不相同，但原则上它们都是由输入级、中间放大级、低阻输出级偏置电路组成，其构成框图如图3.12（a）所示。
输入级有
和
两个输入端。
当在
端输入
时，输出信号
与
的极性相同，故称
端为同相端；
的极性相反，故称
端为反相输入端。
图3.12（b）为集成运算放大器的电路符号。
图3.12（a）电路框图
图3.12（b）集成运算放大器内部电路框图
3.6.2差动放大电路
如果将输入信号同时加到运算放大器的同相端和反相输入端，便构成了差动放大电路，如图3.13所示。
图3.13差动放大电路
下面讨论差动放大电路输入与输出之间的关系。
首先假设同相输入端对地短接，显然电路变成了反相放大器。
如果再假设
同时输入，其输出电压
应是
共同作用的结果，即
上式右边第一项代表反向放大器的输出，而第二项代表同相放大器的输出。
若令
，
则
上式是差动放大电路的常用公式，起输出增益取决于
上式说明在四个电阻值相等的条件下，差动放大电路成为了一个减法器，其输出为两个输入信号直接相减。
这种差动放大电路在测量仪器及仪表中应用很广泛。
3.6.3仪表放大电路
图3.14的仪表放大器是由三个运算放大器组成的差动放大器，由于它主要用于测量仪表中，所以称为仪表放大器。
目前仪表放大器已实现集成化，即将三个运算放大器集成在一个硅片上，形成了一种专用的高精密度仪表放大器，像美国生产的INA101就是这种集成电路。
在图3.14中，
都为同相放大器，
为差动放大器，它把
的差动输出变成单端输出。
通常
组成减法器，即
。
当
时放大器的增益为1+2（
），调节电位器RP，便可改变增益的大小。
图3.14仪表放
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