自动火灾探测装置毕业论文设计(编辑修改稿)

自动火灾探测装置毕业论文设计(编辑修改稿)内容摘要：

烟台大学毕业论文（设计） 10 第 2 章系统总体方案设计 本课题 所 研究的自动火灾探测装置主要分为三大部分，第一部分火灾初测，在最短的时间内发现火灾，并发出警报，第二部分是精确测量火灾的具体位置，确定火灾的真实性，第三部为灭火，在第二部 的基础上进行灭火，达到从发现火灾到消灭火灾的自动化。 下面分别对系统设计要求、火灾传感器的选型、信息传输模式及系统实现方案进行阐述。 系统设计要求 系统功能要求 本系统的研制主要包括以下几项功能： (1)火情探测功能为了扩大火灾探测器的使用范围，该系统火灾探测器的前置火灾传感器设计为可以拆卸形式。 针对不同的应用环境，用户可以选用感温传感器、烟雾传感器、光电传感器 ，紫外线传感器 等多种传感器； (2)探测器编码功能为了区分同一个系统内的不同探测器，利用写码器为安装的每一个探测器写入一个唯一的探头码。 另外，为了适应不同的工作环境，可以为探测器选择不同的高频信道，该信道编码也通过写码器写入； (4)无线数据收发功能 ， 当有火灾报警发生时，探测 器要启动无线数传模块将数据发送给有轨小车上的无线收发装置，启动小车 及车上的探测装置 对火灾进行 分析 ； （ 5）当确定火灾时能启动自动灭火装置进行灭火。 系统技术要求 在了解了本系统的设计目的之后，我们就可以确定系统的技术要求。 根据客户的要求和系统的特点，总结系统的技术要求如下： (1)小体积探测器的体积要尽可能的小，这样才能减少占用的空间，而且更便于安装和更换； (2)低功耗系统采用三节 5 号干电池供电，电池电量有限，并且无线发射模块消耗电能比较大。 因此要求探测器的功耗要尽可能的低才能满足长时间工作的要求； (3)高可靠性为了保证系统能够正常工作，并且尽可能减少误报警，要求无线通信可靠。 而系统工作环境可能会有不确定的电磁干扰，因此，系统要有一定的抗干扰性能。 按照要求 位置火灾探测器 必须在火灾发生 10s 内发出警 报 信号，所以系统对实时性也有很高的要求； （ 4） 为 装载火灾探测器及灭火装置的小车 铺设 轨 道以简化 操作。 火灾传感器的选型 火灾探测的原理是探测物质燃烧的过程中 所产生的各种物理和化学现象。 目的是实现早期发现火情，物质燃烧过程中产生的气（燃烧气体）、烟（烟雾粒子）、热（温度）、光（火焰）是表征火灾信号的物理化学参量，故也称为火灾参量。 因此，火灾探测器的基本烟台大学毕业论文（设计） 11 功能是：对火灾参量 —— 气、烟、热、光等做出有效响应，并转化为电信号传送给火灾报警控制器，依据其探测的物理量不同，火灾探测器可分为 ： 感烟探测器 感烟探测器分离子感烟和光电感烟两种：在多数使用场合下，感烟探测器可以使早期探测和最少误报的综合性能达到最佳。 早期感烟探测器属于离子室类型，擅于探测燃烧产生的微小粒 子，但是这种探测器容易因湿度、大气压、温度和空气流速的变化而误报。 离子感烟探测器内部装有电离室，电离室内的放射源产生的粒子将空气分子电离成正负离子。 当烟雾进入电离室，由于烟雾颗粒的体积较大，会阻挡带电离子的运动，从宏观上表现为电离电流减小。 探测到这种电离电流的变化，就相当于探测到了火灾。 如今，要获得离子探测器生产许可变得越来越难，而且，关于放射性物质运输的法规也是越来越严，这些因素加大了离子探测器的生产成本，使其价格愈加昂贵。 同时，废弃探测器的处理必须由生产商承担，这就更进一步加大了生产成本。 在有些国家，离 子探测器被完全禁止，因此在最近 5年或更长一段时间以来，这些国家的大型生产商根本不再生产新的离子探测器了。 光电感烟探测器是通过探测火灾初期由于燃烧物阴燃时产生的烟雾来报警的，所以在大多数场合起到了预警的作用。 光电感烟探测器是在 80 年代才发展起来的一种新型火灾探测器，由于它抛弃了放射源，全部由电子元件和光电元件组成。 随着电子技术特别是光电子技术的飞速发展，光电感烟探测器已经具有了精度高、寿命长、抗风、抗潮和抗各种电磁干扰的优点，而且由于成本低，生产、安装简单。 因而成了国际上各消防电子企业和各国政府开发研究和推广 使用的重点。 国内各厂家都在争相开发研究。 光电感烟探测器内的光电室里安装有红外发射管和红外接收管。 红外光传感器固定在黑罩板内，红外发光二极管发射一束红外光，当无烟雾时，由于黑罩板的阻隔作用，这束红外光线不能射到光电三极管上，当有烟雾进入探测器时，红外光线遇到烟雾粒子，产生了光散射现象，散射的红外光线被光电三极管接收，转化为电信号，电信号通过处理后输出报警信号。 其工作原理如图 所示： 图 物质燃烧产生的任何烟粒子都大于电离室内的带电离子，只要进入电离室都能输出报警信号。 对于完全透明的 不可见烟，因不能散射光线，光电感烟探测器无法探测；而黑色烟台大学毕业论文（设计） 12 烟对光线有强烈的吸收、遮挡作用，对它也几乎探测不到。 因此对于阴燃产生大颗粒的白色烟雾，宜用光电感烟探测器来探测。 感温探测器 对警戒范围中火灾热（温度）参量，即环境气流的异常高温或升温速度做出响应的探测器。 感温火灾探测器的特点是：结构简单，电路少，与感烟探测器相比可靠性高、误报率低，且可以做成密封结构，防潮防火防腐蚀性好，可在恶劣环境（风速大、多灰尘、潮湿等）使用。 但是灵敏度低，报警时间迟。 感温式火灾探测器的响应过程是环境气温温度的升高使探测 器中的热敏元器件发生物理变化经机械电路处理后转化为电信号。 由于热敏元器件的种类较多，所以感温火灾探测器的型式也较多。 物质在燃烧过程中环境温度会升高，感温探测器中的热敏元件发生物理变化，从而将温度信号转变为电信号而报警。 感温探测器分为差温和定温两种。 定温探测器对环境中的温度值敏感，即当温度超过一定阀值后，开始报警。 定温探测器一般应用在环境温度变化较大的场所。 差温探测器适用于环境温度较稳定，并且一旦起火，又需做出迅速反应的场所。 火焰探测器不受风雨、阳光、高湿度、气压变化、极限环境湿度等影响，能在室外使用。 一般 紫外火焰探测器和快速灭火系统和抑爆系统联动，成快速自动报警灭火系统和自动报警抑爆系统。 气体探测器 气体传感器主要包括以下两种： (1)点型气体火灾探测器：对火灾早期阶段，由于热和气化作用所产生的燃烧气体做出响应的探测器。 燃烧气体中一般包括的成分有：一氧化碳 (CO)、二氧化碳 (CO2)、氢气(H2)、碳氢化合物 (CXHY)、水蒸气 (H2O)等。 这些气体比烟雾粒子产生得早，在感烟火灾探测器尚未发出报警信号前已达到相当大的浓度。 因此，利用气敏元器发件实现对燃烧气体的探测在理论上是可行的，而且早期报警的 效果比感烟探测器好。 (2)可燃气体探测器：对煤气、液化石油气、甲烷、乙烷、丙烷、丁烷、汽油和氨等可燃气体进行漏监测的探测器。 用于预防潜在的爆炸或毒气危害的工业场所（如：炼油厂、化学实验室或车间、溶剂仓库、过滤车间、气压机站、汽车库、输油输气管道等）以及民用建筑（煤气管道、液化气罐等）起到防爆、防火监测环境污染作用。 常用的型式有：催化型（如铂丝催化型、铂铑催化型）、气敏半导体型、固体电介质型、光电型等。 紫外火焰检测器 常规的紫外火焰检测器，直接检测火焰中 180260nm 的紫外光谱，检测的目标也 十分明确。 它由紫外光敏探头和放大器组成，不足之处是 :灵敏度差 ,检测距离小于 15m,不能抗雷电的干扰 ,存在一定的误报率 ,因此只能用在距离较短的封闭环境 ,如加热炉、工业锅炉等地方。 ZJM6火 焰检测器通过与性能优越的紫外光敏管相配合，采用集成化模块化设计，将电压转换电路、检测电路、放大电路、信号处理电路和数字滤波技术相融合，改善了传统光敏管紫外探测技术中存在的不足，具有灵敏度高，响应速度快，探测距离远，可靠性烟台大学毕业论文（设计） 13 高，误报率低，运用范围广等特点。 适用于燃烧监控、火灾自报警、放电检测、紫外线检测、紫外线光电控制装置、安 防监控、森林防 火、军事防范等方面。 该产品已在工业加热炉及户外火灾消防中推广使用 ,效果良好 ,具有广泛的应用前景。 在何场所选择何种火灾探测器，取决于所保护对象的功能是什么，可燃物燃烧时的特点是什么，现场有何特殊情况。 为了提高系统的环境适应能力，本系统中各个部分采用模块化结构，各部分之间相对保持独立，通过预留的通讯接口进行连接。 根据环境的变化和用户的不同需要可以为用户更换不同类型的火灾传感器。 综上所述，在火灾初期 即位置火灾探测器的选型中我们首选点型气体火灾探测器。 而在进一步的测量中即在小车上的探测器的选型我们 选择光电感烟探测器，感温探测器，气体探测器 和紫外线火灾探测器。 信息传输模式的研究 无线火灾报警系统的信息传输模式基本类型有双发型和单发型两种 图 双发型 图 单发型 根据本课题研究的实际情况，我们采用单发型即可，即 位置火灾探测器发现火灾后把信号传向车载火灾探测器。 烟台大学毕业论文（设计） 14 第 3 章 硬件设计 探测器的总体结构 探测器结构框图如图 所示。 火灾信号探测部分分别由光电烟雾传感器， CO 气体传感器 ， 温度传感器 和紫外线传感器 构成。 温度传感器采用 DALLAS 的 DS18B20； CO 气体传感器 采用 TGS 813型旁热式 Sn02气敏元件 ，烟雾传感器采用 Optek公司的 OP231和 OP801SL作为光电发射管和接收管，使用 5V 的直流电压供电。 紫外线传感器采用 ZJM6 火焰检测器。 气体传感器 A/D 转换器 看门狗 单片机 时钟电路 无线收发装置 烟台大学毕业论文（设计） 15 图 选取这 四 个传感器作为探测部分，是因为这 四 个信号是火灾发生时环境变化主要参数。 用 光电 感烟 传感器 来代替离子感烟传感器，是由于离子感烟传感器具有放射性元素，对人体是有害的， 但是光电 感烟 传感器 往往会受到各种灰尘，水气，油污等粒子的干扰。 伴随着烟雾的 产生会释放出 CO 气体，而 CO 气体比空气轻，扩散性强，因此 CO 传感器能在一定程度上克服上述干扰； 伴随着起火的过程，周围环境温度会逐渐升高， 而紫外线探测器更加灵敏， 这 样利用 四 个传感器进行同时探测可减少误报和漏报的可能性。 信号处理部分有模数转换和智能处理两部分组成。 探测部分各自输出信号经 A/D 转换后送入微处理器进行智能化处理。 最后由微处理器向后继的执行器（电动机，灭火装置）给出信号，实现自动灭火，提高系统的可靠性。 探测器的电路设计 温度传感器 DS18B20 DS18B20 简介及性能 DS18B20 是美国 DALLAS 半导体公司继 DS18B20 之后最新推出的一种数字化单总线器件，属于新一代适配微处理器的改进型智能温度传感器。 与传统的热敏电阻相比，它能够直接读出被测温度，并且可根据实际要求通过简单的编程实现 9～ 12 位的数字值读数方式。 烟雾传感器 气体传感器 A/D 转换器 温度传感器 单片机 时钟电路 步进电机及灭火装置 看门狗 无线收发装置 紫外线探测器 烟台大学毕业论文（设计） 16 可以分别在 和 750ms 内完成 9 位和 12 位的数字量，并且从 DS18B20 读出的信息或写入 DS18B20 的信息仅需要一根口线 (单线接口 )读写，温度变换功率来源于数据总线 ，总线本身也可以向所挂接的 DS18B20 供电，而无需额外电源。 因而使用 DS18B20 可使系统结构更趋简单，可靠性更高。 同时其“一线总线”独特而且经济的特点，使用户可轻松地组建传感器网络，为测量系统的构建引入了全新的概念。 DS18B20“一线总线”数字化温度传感器支持“一线总线”接口，测量温度范围为 55℃～ +125℃，在 10～ +85℃范围内，精度为 ℃。 现场温度直接以“一线总线”的数字方式传输，用符号扩展的 16 位数字量方式串行输出，大大提高了系统的抗干扰性。 因此，数字化单总线器件 DS18B20 适合于恶劣环境的现场温度测量，如：环境控制、设备或过程控制、测温类消费电子产品等。 它在测温精度、转换时间、传输距离、分辨率等方面较 DS1820 都有了很大的改进，给用户带来了更方便和更令人满意的效果。 可广泛用于工业、民用、军事等领域的温度测量及控制仪器、测控系统和大型设备中。 (1)采用 DALLAS 公司独特的单线接口方式： DS18B20 与微处理器连接时仅需要一条口线即可实现微处理器与 DS18B20 的双向通讯。 (2)在使用中不需要任何外围元件。 (3)可用数据线供电，供电电压范围： +～ + V。 (4)测温范围： 55～ +125℃。 固有测温分辨率为 ℃。 当在 10℃～ +85℃范围内，可确保测量误差不超过 ℃，在 55～ +125℃范围内，测量误差也不超过 2℃。 (5)通过编程可实现 9～ 12位的数字读数方式。 (6)用户可自设定非易失性的报警上下限值。 (7)支持多点组网功能，多个 DS18B20 可以并联在唯一的三线上，实现多点测温。 (8)负压特性，即具有电源反接保护电路。 当电源电压的极性反接时，能保护 DS18B20不会因发热而烧毁。 但此时芯片无法正常工作。 (9)DS18B20 的转换速率比较高，进 行 9位的温度转换仅需。 (10)适配各种单片机或系统。 (11) 内含。