火灾报警与消防连动系统的设计学士学位论文(编辑修改稿)

火灾报警与消防连动系统的设计学士学位论文(编辑修改稿)内容摘要：

目前，常用的感烟式火灾探测器是离子感烟式火灾探测器和光电感烟式火灾探测器。 1) 离子感烟式火灾探测器 离子感烟式火灾探测器是采用空气离子化火灾探测方法构成和工作的，他是利用放射形同位素释放的高能量 a 射线将局部空间的空气电离产生正、负离子，在外加电压的 作用下形成离子电流，当火灾产生的烟雾及燃烧产物即烟雾气溶胶进入电力空间（一般称为电离室）时，表面积较大的烟雾粒子将吸附其中的带电离子，产长春工业大学学士论文 6 生离子电流变化，经电子线路加以检测，从而获得与烟浓度有直接关系的电信号，用于火灾确认和报警。 采用空气离子化火灾探测法实现的感烟探测，对于火灾初起和引燃阶段的烟雾溶胶检测非常灵敏有效，可测烟雾粒径范围在 ~10um 左右。 这类火灾探测器只适用于构成点型结构。 根据这种火灾探测器内的电离室的结构形式，离子感烟式火灾探测器可以分为双源感烟式 和单源感烟式火灾探测器。 2) 光电感烟式火灾探测器 根据烟雾离子对光的吸收和散射作用，光电感烟式火灾探测器可分为减光式和散射光式两种类型。 3) 减光式光电感烟式火灾探测器 进入光电检测暗室内的烟雾粒子对光源发出的光产生吸收和散射作用，使得通过光路上的光通量减少，从而在受光元件上产生的光电流降低。 光电流相对于初始标定值的变化量大小，反映了烟雾的浓度大小，据此可通过电子线路对火灾信息进行阈值放大比较、类比判断处理或火灾参数运算，最后通过传输电路产生相应的火灾信号，构成开关量火灾探测器、类比式模拟量火灾探测器或分布智能式 智能化探测器。 减光式光电感烟火灾探测原理可用于构成点型结构的火灾探测器，但是，更适用于构成线型结构的火灾探测器，实现大面积火灾探测。 4) 散射式光电感烟式火灾探测器 进入遮光暗室的烟雾粒子对发光元件（光源）发出的一定波长的光产生散射作用（按照光散射定律，烟粒子需轻度着色，且当其粒径大于光的波长时将产生散射作用），使得处于一定夹角位置的受光元件（光敏元件）的阻抗发生变化，产生光电流。 此光电流的大小与散射光强弱有关，并且由烟粒子的浓度和粒径大小及着色与否来决定。 根据受光元件的光电流大小（无烟雾粒子时光电流大小约为 暗电流），既当烟粒子浓度达到一定值时，散射光的能量就足以产生一定大小的激励用光电流，可以用于激励遮光暗室外部的信号处理电路发出火灾信号。 显然，遮光暗室外部的信号处理电路采用的结构和数据处理方式不同，可以构成不同类型的火灾探测器，如阈值报警开关量火灾探测器、类比判断模拟量火灾探测器和参数运算智能化火灾探测器。 (二 ) 感温式火灾探测器 感温式火灾探测器可以根据其作用原理分为三大类：定温式火灾探测器、差温式火灾探测器、差定温式火灾探测器。 1) 定温式火灾探测器 定温式火灾探测器是在规定时间内，火灾引起的温度上升超过某个定 值时启动报警的火灾探测器。 他有点型和线型两种结构形式。 长春工业大学学士论文 7 2) 差温式火灾探测器 差温式火灾探测器是在规定时间内，火灾引起的温度上升速率超过某个规定值时启动报警的火灾探测器。 他有点型和线型两种结构。 3) 差定温式火灾探测器 差定温式火灾探测器结合了定温式和差温式两种感温作用原理并将两种探测器结构结合在一起。 在消防工程中，常见的差定温式火灾探测器是将定温式、差温式两种感温火灾探测器组装结合在一起，兼有两者的功能，若其中某一功能失效，则另一种功能仍然起作用。 因此，大大提高了火灾监测的可靠性。 差定温式火灾探测器根据其工作原 理，还可以分为机械式和电子式两种。 电子式差定温火灾探测器在当前火灾探测报警及消防联动控制系统中用的比较普遍。 他的定温探测和差温探测两部分都是由半导体电子电路来实现的。 (三 ) 感光式火灾探测器 感光式火灾探测器主要是指火焰光探测器，目前广泛使用紫外式和红外式两种类型。 1) 紫外感光火灾探测器 当有机化合物燃烧时，其氢氧根在氧化反应中会辐射出强烈的波长为 250nm 的紫外光。 因而，紫外感光火灾探测器就是利用火焰产生的强烈紫外辐射光来探测火灾的。 紫外感光火灾探测器的敏感元件是紫外光敏管。 他是在玻璃外壳内装着两根高纯度的钨或银 丝制成的电极。 当电极接受到紫外光辐射时立即发射出电子，并在两极的电场作用下被加速。 由于管内充有一定量的氢气和氦气，所以当这些被加速而具有较大动能的电子同气体分子碰撞时，将使气体分子电离，电离后产生的正、负离子又被加速，他们又会使更多的气体分子分离。 于是在极短的时间内，造成“雪崩”式的放电过程，从而式紫外光敏管由截止状态变成导通状态，驱动电路发出报警信号。 2) 红外感光火灾探测器 红外感光火灾探测器是利用红外光元件的光电导或光伏效应来敏感的探测低温产生的红外辐射，红外辐射光波波长一般应大于。 由于自然界 中只要物体高于绝对零度都会产生红外辐射 ,所以 ,利用红外辐射探测火灾时 ,一般还要考虑物质燃烧时火焰的间歇性闪烁现象 ,以区别于背景红外辐射。 物质燃烧时火焰的闪烁频率大约在 3~30Hz。 (四 ) 可燃气体探测器 可燃气体的探测原理，按照使用的气敏元件或传感器的不同主要分为热催化原理、热导原理、气敏原理和三端电化学原理四种。 催化型可燃气体探测器是利用难熔金属铂丝加热后的电阻变化来测定可燃气体浓度。 当可燃气体进入探测器时，在铂丝表面引起氧化反应（无焰燃烧），其产生的热量使铂丝的温度升 高，而铂丝的长春工业大学学士论文 8 电阻率便发生变化。 第三章 系统的硬件设计 系统硬件总体概述 单片机是整个报警系统的核心，系统的工作原理是：先通过传感器（包括温度、感烟和红外）将现场温度、烟雾等非典型信号转化为电信号，调理电路将传感器输出的电信号进行调理（放大、滤波等），使之满足 A/D 转换的要求，最后由 A/D 转换电路，完成将温度传感器和烟雾传感器输出的模拟信号到数字信号的转换，单片机判断现场是否发生火灾。 如果发生火灾，系统以声光的形式报警。 图 31 系统结构框图 本文设计使用 AT89S52单片机火灾报警系统具有以下特点 : 1) 能对室内烟雾 ( 2CO , CO) 及温度突变进行报警 ,具有 声、光双重报警功能。 2) 系统故障报警功能。 当系统出现硬件故障时，能发出故障报警信号。 3) 异常报警功能。 当环境出现异常 (如烟雾浓度过大或是温度较高及红外异常 )时，能发生异常报警信号，引起人们注意，尽可能避免火灾的发生。 4) 火灾报警功能。 一旦真出现火灾 (烟雾、温度及红外出现异常 )时，能立即发出语音、光火灾警报。 本系统安全可靠 , 误报率低。 且由于其体积小 、操作维护方便、成本低廉等 ,具有广阔的应用前景。 A/D 转换 电路 单片机 声光报警 数据采集模块 信号调理 电路 烟雾、温度及红外传感器 长春工业大学学士论文 9 核心芯片 AT89S52 在火灾报警系统的设计中，单片机是其中重要的核心部件。 它一方面要接收来自烟、温度传感器送来的温度、烟雾对应的模拟信号和故障检测信号，另一方面要对这两种信号分别进行处理，以控制后续电路进行相应动作。 与此同时查询是否有键按下的请求。 在单片机完成这些工作的过程中，尤其是信号处理中，比较浓度值后送入显示的软件实现比较复杂，要求单片机具备较快的运算速度，使检测人员能够较准确地观测到烟雾浓度，并根据情况进行相应的处理。 并且也要考虑选择低价实用 的机型，并为研制同一系列的低功耗产品做准备。 根据多方面的比较，本设计选用 ATMEL 公司的 AT89S52 单片机作为控制器。 AT89S52是一种低功耗、高性能 COMS 8位微控制器，具有 8K在系统可编程 Flash存储器。 使用 Atmel 公司高密度非易失性存储器技术制造，与工业 80C51 产品指令和引脚完全兼容。 片上 Flash 允许程序存储器在系统可编程，亦适于常规编程器。 在单芯片上，拥有灵巧的 8位 CPU 和在系统可编程 Flash，使得 AT89S52 在众多嵌入式控制应用系统中得到广泛应用。 AT89S52的主要性能有： 与 MCS51单片机产品兼容， 8K字节在系统可编程 Flash存储器， 1000 次擦写周期，全静态操作： 0Hz33MHz，三级加密程序存储器， 32 个可编程 I/O 口线，三个 16 个定时器 /计数器，六个中断源，全双工 UART 串行通道，低功耗空闲和掉电模式，掉电后中断可唤醒，看门狗定时器，双数据指针，掉电标识符。 空闲模式下， CPU 停止工作，允许 RAM、定时器 /计数器、串口、中断继续工作。 掉电保护方式下， RAM 内容被保存，振荡器被冻结，单片机一切工作停止，直到下一个中断或硬件复位为止。 长春工业大学学士论文 10 12345678RST91011121314151617XTAL218XTAL119GND202122232425262728PSEN29ALE/PROG30EA/VPP313233343536373839VCC40 图 32 AT89S52 引 脚图 集成温度传感器 AD590 AD590 是利用 PN 结构正向电流与温度的关系制成的电流输出型两端温度传感器。 （热敏器件） 它的主要特性如下 ： 1) 流过器件的电流等于器件所处环境的热力学温度（开尔文）度数，即： mA/K式中：流过器件（ AD590）的电流，单位为 mA； T热力学温度，单位为 K。 2) AD590 的测温范围为 55 ~ 150℃ ℃。 AD590 的电源电压范围为 4V～ 30V。 电源电压可在 4 ~6VV范围变化，电流 变化 1mA，相当于 温度变化 1K。 AD590可以承受 44V 正向电压和 20V 反向电压，因而器件反接也不会被损坏。 3) 输出电阻为 710MV。 精度高。 AD590 共有 I、 J、 K、 L、 M 五档，其中 M档精度最高，在 55 ~ 150℃ ℃ 范围内，非线性误差为 177。 ℃。 AD590 温度感测器是一种已经 IC化的温度感测器 , 它会将温度转换为电流 ,在 8051的各种课本中常看到它 , 相当常用到。 其规格如下： 1) 温度每增加 1℃, 它会增加 1μA 输出电流。 2) 可量测范围 55 ~ 150℃ ℃。 3) 供应电压范围 4 ~30VV。 长春工业大学学士论文 11 AD590 的输出电流值说明如下： 其输出电流是以绝对温度零度 (273℃) 为基准 ,每增加 1℃, 它会增加 1μA 输出电流 ,因此在室温 25℃ 时 ,其输出电流 Io=(273+25)=298μA。 测量 Vo 时 ,不可分出任何电流 ,否则量测值会不准。 Vo的值为 Io 乘上 10K,以室温 25℃ 而言 ,输出值为(10K298μA)。 电路分析： 由于 AD590 是电流型温度传感器，它的输出同绝对温度成正比，及 1uA∕ 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 10 千欧 的电阻 R1 和一个 100 欧 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, 温度0℃ 时输出为 0，温度 25℃ 时输出为。 这样便于 A/D 转换器采集数据。 AD590 典型应用电路如下图 33: AD590++5V10kΩ100ΩW+VT 图 33 AD590 应用电路 气体传感器 TGS202 火灾中气体烟雾主要是二氧化碳和一氧化碳， TGS202 气体传感器能探测二氧化碳、一氧化碳、甲 烷、煤气等多种气体，它的灵敏度很高，稳定性好，适合于火灾长春工业大学学士论文 12 中气体的探测。 如下图 34 所示，当 TGS202 探测到二氧化碳或一氧化碳时，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（如一氧化碳浓度达到 %）时， VA端获得适当的电压。 （设为 3V） TGS202Vcc1GND2VCC 图 34 TGS202 检测电路 热释电红外传感器 热释电红外传感器（ PIR）是 80 年代发展起来的一种新型高灵敏度探测元件。 是一种能检测人体发射的红外而输出电信号的传感器，其自动化节能装置能检测人体辐射的红外线能 量的变化，并将其转换成电压信号输出。 将这个电压信号加以放大，便可驱动各种控制电路，如电源开关控制、防火报警、自动览测等。 自然界中存在的各种物体如人体、木材、火焰、冰等都会发出不同波长的红外线，利用红外传感器可对其进行检测。 根据工作原理，红外传感器分为热型和量子型两类，热型红外传感器也称热释电红外传感器或被动红外传感器。 与量子型相比，其频响速度较慢，灵敏度较低，但响应的红外线波长范围较宽，价格便宜，并可在常温下工作。 它是目前在防盗报警、火灾监测、自动门等非接触温度测量等领。