无线烟雾探测及自动报警传感器设计.docx

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无线烟雾探测及自动报警传感器设计

无线烟雾探测及自动报警传感器设计

山阳县职业教育中心万平

摘要：

本文介绍了一种无线火灾烟雾传感器节点的设计方法，该传感器利用红外光束在烟雾中产生散射光的原理由专用烟雾探测集成芯片实现火灾探测和自动本地报警。

该传感器还采用可设置地址的数字编码与无线模块，在探测到烟雾时向监控中心发射长波信号，可克服红外光不能够穿透物体的缺点，实现报警信号的远程无线传送。

Abstract:

Thisarticleintroducedonewirelessfiresmogsensornode'sdesignmethod,thissensoruseinfraredbeamhasthediffusedlightprincipleinthesmogtorealizethefiresurveybythespecial-purposesmogsurveyintegrationchipandautomaticlocalreportstothepolice.Thissensoralsousesmayestablishtheaddressthedigitalcodingandthewirelessmodule,whensurveysthesmogtothemonitoringcenterlaunchlongwavesignal,mayovercometheinfraredlightnottobeabletopenetratetheobjecttheshortcoming,realizesthealarmlong-distancewirelesstransmission.

关键字：

烟雾探测；火灾报警；红外线；无线传感器

Keywords:

Smogsurvey;Firewarning;Infrared;Wirelesssensor

1引言

火灾报警系统探测火灾隐患，肩负安全防范重任，是智能建筑中建筑设备自动化系统（CBS）的重要组成部分。

实现火灾报警功能离不开一种安全可靠的检测火灾的器件，本文将要介绍一种新型的火灾烟雾探测及自动报警无线传感器设计。

无线火灾烟雾探测传感器是一种在消防管理、安全防范系统中常用的报警器材，它工作可靠、体积小巧，并且把无线发射和火灾烟雾传感器有机地结合，使得安装、使用非常方便、灵活。

无线火灾烟雾传感器能在智能建筑中火灾自动报警系统中起到非常关键的作用。

下面，说明这种无线火灾烟雾传感器的设计方法。

2传感器的设计

无线火灾烟雾传感器由烟雾探测模块、输解码模块和无线发射接收模块组成，传感器原理图如图1所示．其中输解码器采用MC14502和MC145027，收/发模块为T630或T631。

烟雾探测模块负责探测火灾初期阴燃阶段产生的烟雾，然后实现本地报警，同时，启动编码器通过信号发射装置将本地的报警信号发射到远处，远处的接收装置接收到信号以后启动远程报警。

图1无线火灾烟雾传感器原理图

2.1烟雾探测部分

烟雾探测部分采用一个AM700-1无线光电式烟雾探测器检测烟雾信号，此芯片是美国摩托罗拉公司生产的CMOS构造芯片，内部含有低功耗的模拟和数字电路，它的工作电压很宽，并具有防静电保护功能。

2.1.1产品描述：

美国专用芯片设计，性能可靠

安装简单，无需调试，可与无线报警主机或小区智能化系统配套使用精密传感器，保证了高度一致性和稳定性,有效避免吸烟等引起的误报火警。

采用专业发射芯片，直线发射距离大于200米，发射频率315M,编码芯片PT2622。

全自动检测功能,确保了探测器最佳的工作状态。

明快高效报警音响≥85dB。

人工测试按钮，方便测试，可临时增加报警灵敏度以检测探测器的报警功能。

外壳采用防火ABS工程塑料，外观简洁明快，美观大方。

2.1.2、技术参数：

传感器：

光电探测

供电电压：

DC9V碱性电池

静态电流：

≤10uA

报警电流：

≤10mA

报警联动：

独立声光报警,发射无线报警信号

报警音响：

≥85dB

工作温度：

-10℃～50℃

相对湿度：

≤95％RH（40℃±2℃）

产品尺寸：

φ108*36mm

烟雾探测芯片内部结构框图和外部电路连接分别如图2、图3所示：

图2烟雾探测芯片的内部结构框图

由于检测到火灾烟雾，红外发光二极管V3发出的光会产生散射，红外光敏接收二极管VZ接收到散射光信号以后，通过内部时序逻辑电路的处理、延时后会引起LEO发光二极管闪亮，同时峰鸣器X，发出报警声音。

MC145010的旧EO引脚控制V3的导通，并控制switCh接通编码器和无线模块的电源。

2.2编／解码部分

编／解码部分分别由三态编解芯片MC145026和MC145027组成，MC145026是采用CMOS工艺制造的低功耗集成电路，MC145027是可以与MC145026配对使用的解码器，它们是摩托罗拉公司生产用于通信配对使用的新芯片，用于实现需要远程多路或多点的数据通信和控制操作。

MC145026127的编译码方式

MC145026127是Motorola公司生产的用于通信的配对芯片，它是一种低压CMOS编译码器件，具有较强的抗干扰能力，广泛应用于遥控遥测电路。

编码器MC145026的引脚功能和外部电路如图3所示。

图3MC145026管脚图

A1用1一9用9为地址或数据输入端，当作地址使用时有3种状态（高电平、开路、低电平），当作数据使用时有两种状态（高电平、低电平）。

RTc和CTC决定MC145026的内部时钟频率；TE是内部时钟振荡器的控制端，当TE为低电平时，振荡器工作，DO端送出经过编码的串行数据。

MC145027是与MC145026配套的译码器，它的引脚功能和外部电路如图4所示。

它具有5位地址编码端Al一AS和4位数据输出端D6一Dg。

DI为串行数据输人端，R1、Cl是脉冲鉴别器外接定时元件，决定对输人的编码信号中宽窄脉冲的识别；RZ、CZ是时间鉴别器外接定时元件，用对串行数据整个发送周期的辩别。

VAUD为译码器输出端。

图4MC145027管脚图

当MC145026的编码信号对MC145027是有效的，也就是说MC145026与MC145027地址部分设置状态一样时，则译码输出端VAllD跳变为高电平，在接收到两个周期的串行数据后，编码器送出的后4位数据码从译码器的数据端输出。

MC145026和MC145027的外部连接图如图5所示:

图5外部电路连接

图6无线模块

编码芯片MC145026根据9位输入信息（Al-AS为地址位，A6/O6一Ag/Og为数据／地址复用）进行编码，编码后每个数据位用两个脉冲表示，编解码芯片对每个数据字发送两次，接收两次。

／TE脚是编码输出使能脚，00脚为编码输出脚，Rs脚、Rtc脚、Ctc脚分别接电阻器、电容器和片内器件构成振荡器，外接振荡信号直接接Rs脚，Rtc脚与Ctc脚开路。

位于监控中心的MC145027解码器用于接收MC145026输出的编码数据流，V-I－引脚输出高电平时表示收到数据，R1、Cl这两个引脚所接的电阻与电容用于确定接收到的信息是窄脉冲还是宽脉冲，Dl脚为编码输入脚，RZ/CZ连接的电阻电容用于检测接收终止与发送终止。

2.3发射接收部分

发射／接收部分由T630实现报警信息到编码、解码装置（MC145026、MC145027）的传递，两者配合使用组成无线数字通讯系统。

T630是长波数字信号发射器，接到编码器MC145026的00端，本地报警信号发射到长波数字信号接收器T631,T631接到译码器MC145027的DI端后可实现远程报警。

T630T631，芯片用于发射、接收串行数据信号。

长波能够穿透建筑物、机箱、金属设备等阻隔，弥补了红外光不能穿透的的缺点。

其发射功率在mw级，150k日z频段，所以不会对其它电路产生干扰，也很难被其它电路干扰。

它的供电电压范围为15至20V，可由并行接口＋gV引脚供电，芯片内部集成了包括天线在内的各种部件，外部电路及应用接口也很简单。

编／解码芯片块和发射般芯片共同组成无线模块，其主要任务是实现本地报警信息的远程传送，无线模块如图6所示。

此模块上电就发射编码信号，其电源受MC145010的旧EO引脚外接的pN三极管控制，安全状态下不需报警时EO输出高电平，使V3导通发出红外光；一旦检测到有烟雾信号，EO引脚输出置低，红外发光二极管V3停止发光以节省电能，同时通过尸N尸三极管打开无线模块的电源，实现报警信号的编码以及远程无线传送。

编码芯片MC145026由五位地址和四位数据端的高低设置进行编码，编码信息代表本探测器的固定地址。

当此模块接通电源，丁630就将编码地址作为报警信号发射出去，接收端解码后根据地址码即可知道哪个地方发生火灾报警，以便于快速、准确地采取解决措施。

无线火灾烟雾传感器内部使用一节9伏层叠电池供电，土作在警戒状态时工作电流仅为15微安，报警发射时工作电流为20毫安。

在工作状态中，工作指示灯每隔60秒闪烁一次，表示传感器工作正常，当探测到初期明火或者烟雾达到一定浓度时，传感器的报警蜂鸣器立即发出90分贝的连续报警，工作指示灯也变成快速连续闪烁，同时无线发射器发出无线报警信号，通知远方的接收主机，将报警信息传递出去。

无线发射器的报警距离在空旷地可以达到ZO0m，在有阻挡的普通家庭环境中可以达到20m，建议在安装时多次测试，以确保传输距离稳定叮靠。

无线火灾烟雾传感器正常工作时工作指示灯会每隔60秒闪光一次，如果没有闪光说明传感器故障或者电源电压不足。

由于MC145010的电源电压低于6V时将会工作不可靠，在此设置欠电压报警值为65V（欠电压报警值＝5*R7/R6+SV）。

自检的时候，当按下测试按钮SWI并保持3至5秒后，探测露会发出连续地报警声音，并且发射无线编码报警信号，同时指示LEO会快速连续闪烁，说明传感器工作正常，否则有故障，应及时处理。

3结论

基于MC145010实现的无线火灾烟雾传感器能很好地克服离子式火灾烟雾传感器所带来的离子源污染以及不易回收处理等问题。

它主要是利用红外光束在烟雾离子或微小的颗粒中产生散射光的原理探测火灾初期阴燃阶段产生的烟雾，从而达到火灾探测报警的目的。

通过地址编码结合无线模块可以方便可靠的实现报警信号无线传送，并便于无线传感器组网。

这是一种技术先进，工作稳定可靠、价格低廉的烟雾探测和自动报警传感器，并且传感器功耗较低，符合节能的目的，可被广泛运用到各种消防报警系统中，性能远优于气敏电阻类的火灾报警器。

4.设计体会:

信息革命的两大重要支柱是信息的采集和处理。

信息采集的关键是是传感器。

传感器技术已成为现代信息技术的重要支柱之一，在当代科学技术中占有十份重要的地位。

传感器的性能在很大程度上决定着信息技术的性能，其生产能力与应用水电平直接影响到技术的发展和应用。

传感器作为向自然界获取信息的重要工具，几乎渗透到科学技术和国民经济的每一个角落。

通过本次传感器的课程设计我认识许多。

了解到什么是传感器，它的应用范围，结构，工作原理以及选用时所要考虑的问题，以下就自己所了解的浅谈一下：

作为一个电子方面的大学生，在今后的工作中难免需要很强的实践动手能力，所以这次课程设计实践对我来说是很值得珍惜的好机会。

这次课程设计，虽然短暂，但却给了我一次自主设计电路的机会。

在设计过程中，以前书本上的内容第一次完完全全的在实际中实现，并且遇到了书本中不曾学到的情况。

通过本次设计，留给我印象最深的是要设计一个成功的电路，必须要有耐心，要有坚持的毅力。

在整个电路的设计过程中，花费时间最多的是各个单元电路的连接及电路的细节设计上。

在设计过程中，我们仔细比较分析其原理以及可行的原因，最后还是在老师的耐心指导下，使整个电路可稳定工作。

实习过程中，我深刻的体会到在设计过程中，需要反复实践，其过程很可能相当烦琐，有时花很长时间设计出来的电路还是需要重做，那时心中未免有点灰心，有时还特别想放弃，此时更加需要静下心，查找原因。

在摸索该如何设计电路使之实现所需功能的过程中，特别有趣，培养了我的设计思维，增加了实际操作能力。

在让我体会到了设计电路的艰辛的同时，更让我体会到成功的喜悦和快乐。

5.元件清单:

元件名称

个数

主要参数

器件符号

电阻

13

R1=100kΩ

R2=10MΩ

R3=47Ω

R4=100KΩ

R5=100KΩ

R6=100KΩ

R7=30KΩ

R8=12KΩ

R9=560Ω

R10=102KΩ

R11=29KΩ

R12=1KΩ

R13=100KΩ

放大器

2

OPA1013

电容

7

Cs1=0.1μF

C1=0.047μF

C2=0.022uf

C3=0.022uf

C4=0.047uf

C5=100uf

C6=0.01uf

三态编解蕊片

2

MC145026

MC145027

电流源

1

REF200

参考文献

[1]金欢阳等，传感器及其应用。

西安：

西安电子科技大学出版社，2002.1

[2]何希才，薛永毅。

北京机械出版社，2004.1

[3]何希才，传感器及其应用。

北京：

国防工业出版社，2001.5

[4]程开富.CMOS图像传感器及应用[J].半导体光电,2000,21（增刊）:

25～28

[5]王松武,电子创新设计与实践（M〕.北京:

国防工业出版社,2005.