火灾报警器论文答辩辅导

基于单片机语音数字联网火灾报警器设计 摘 要：使用AT89C51单片机，选用集成温度传感器AD590和气体传感器TGS202作为敏感元件，利用多传感器信息融合技术，开发了可用于小型单位火灾报警的语音数字联网报警器。 关键词：单片机；传感器；信号处理；火灾报警器 1 引 言 我国的火灾自动报警控制系统经历了从无到有、从简单到复杂的发展过程，其智能化程度也越来越高。目前国内厂家多偏重用于大型仓库、商场、高级写字楼、宾馆等场所大型火灾报警系统的研发，他们采用集中区域报警控制方式，其系统复杂、成本较高。而在居民住宅区、机房、办公室等小型防火单位，需要设置一种单一或区域联网、廉价实用的火灾自动探测报警装置，因此，研制一种结构简单、价格低廉的语音数字联网火灾报警器是非常必要的。 一般小型防火单位火灾报警系统如图1所示。现场火灾报警器通过对传感器火情信息的检测，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。 2 报警器硬件设计 2．1 硬件组成 如图2所示，报警器硬件由温度烟雾信号采集模块、声光报警模块以及单片机与Modem通信模块组成。图中1，2，3组成数据采集模块，4，5组成声光报警模块，5，6，7组成与Modem通信模块。其中，1为传感器(包括烟感和温感)，将现场温度、烟雾等非电信号转化为电信号；2为信号调理电路，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；3为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。声光报警模块由单片机和报警电路组成，由单片机控制实现不同的声光报警(异常报警、故障报警、火灾报警)功能。单片机与Modem通信模块由单片机、GM16C550串行端口扩展芯片和RS232电平转换电路组成，实现报警器经Modem与消防指挥中心的通信。下面对上述各模块进行简要介绍。 2．2 温度烟雾信号采集模块 要准确地进行火灾报警，选择合适的温度和烟雾传感器是准确报警的前提。综合考虑各因素，本文选择集成温度传感器AD590和气体传感器TGS202用作采集系统的敏感元件。 AD590是美国Analog Devices公司生产的一种电流型二端温度传感器。电路如图3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10 kΩ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10 mV/K。 火灾中气体烟雾主要是CO2和CO。TGS202气体传感器能探测CO2，CO，甲烷、煤气等多种气体，他灵敏度高，稳定性好，适合于火灾中气体的探测。如图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3 V)。 A/D转换电路采用了常用的8位8通道数模转换专用芯片ADC0809，电路如图5所示。温度、烟雾传感器的输出分别接到ADC0809的IN0和IN1。ADC0809的通道选择地址A，B，C分别由89C51的P0．0～P0．2经地址锁存器74LS373输出提供。当时，与写信号WR共同选通ADC0809。图中ALE信号与ST信号连在一起，在WR信 号的前沿写入地址信号，在其后沿启动转换。例如，输出地址7FF8H可选通通道IN0，实现对温度传感器输出的模拟量进行转换；输出地址7FF9H可选通通道IN1，实现对烟雾传感器输出的模拟量进行转换。图中ADC0809的转换结束状态信号EOC接到89C51的INT1引脚，当A/D转换完成后，EOC变为高电平，表示转换结束，产生中断。在中断服务程序中，将转换好的数据送到指定的存储单元。 2．3 声光报警模块 声光报警电路在单片机P1口的控制下，可以根据不同情况(火灾、异常、故障)发出不同的声光报警信号。声音信号由专用语音芯片提供。通过给语音芯片的S1和S2端输入不同的逻辑电平(00，01，10，11)，便可以获得4种不同的声音信号。由单片机的P1．0和P1．1控制。另外该芯片还需要一个选通信号，由P1．3提供。只有当该信号为高电平时，芯片才会根据S1和S2端的控制信号发出不同的报警声，否则不会发声报警。 由P1口的P1．4～P1．7分别控制4个发光二极管，予以光报警，如图6所示。P1．4～P1．7控制的灯依次为绿色(正常信号灯)、黄色(故障信号灯)、红色(异常信号灯)和红色(火灾信号灯)。当这些输出端输出低电平时，对应的信号灯便会发光报警。 2．4 单片机与Modem通信模块 当报警器监测到火灾信息后，除了在火灾现场产生声光报警信号外，还需要将火灾信息按事先预留的电话号码自动拨号通知单位有关人员，并迅速上报消防指挥中心，为此，系统设计了单片机与Modem通讯模块，该模块由单片机、GM16C550串行端口扩展芯片和RS232电平转换电路组成。限于篇幅，对通讯模块的硬件电路及编程不做详细论述。 3 报警器监控程序设计 监控程序流程图如图7所示。系统复位后，首先要进行初始化，包括对各个控制用寄存器的初始化、设置中断服务程序的入口地址、设置堆栈等。 为了便于系统维护和功能扩充，采用了模块化程序设计方法，系统各个模块的具体功能都是通过子程序调用实现的。本系统主要包括数据采集子程序、火灾判断与报警子程序以及Modem通讯子程序等。 3．1 数据采集子程序 数据采集部分的程序设计包括：驱动ADC0809的IN0和IN1进行A/D转换，分别由子程序ADC1(温度转换)和ADC2(烟雾浓度转换)完成；单片机接收转换好的数据，存入指定内存单元，由INT1中断服务程序完成。每次驱动A/D转换后等待外部中断1，中断到来说明A/D转换已经完成，通过中断服务程序读取转换得到的数据。 3．2 火灾判断与报警程序 为了降低误报率，系统采用了多次采集、多次判断的方法。每次数据采集后根据得到的数据对现场情况进行判断：00H表示正常、01H表示异常、02H表示火灾；然后综合多次判断结果做出最终的火情判断。数据在内部RAM存储单元中的存放情况如表1所示。具体判断方法如下： (1)对温度和烟雾进行了两次数据采集与判断 温度≥100℃，温度异常，置标志位为1，否则为0；烟雾(CO，CO2)浓度≥0．06％，烟雾浓度异常，置标志位为1，否则为0。 (2)根据温度和烟雾的异常标志位判断现场情况 2个标志位均为0，表示情况正常，给53H或56H单元送00H；2个中仅有1个为1，表示情况异常，送01H；2个均为1，表示有火灾发生，送02H。 (3)综合两次情况做最后判断，并予以报警 若53H和56H中数据不相同，说明是误报，调故障报警子程序；否则按该单元中的数据调相应的报警子程序。 00H为情况正常，返回。 01H为情况异常，调异常报警子程序。 02H为现场有火灾，调火灾报警子程序，并向消防中心报告火情。 4 结 语 本文研制的用于小型防火单位的语音数字联网火灾报警器具有以下特点： (1)能对室内烟雾(CO2，CO)及温度突变进行报警(声光报警)。 (2)如果出现硬件故障(如传感器遗落、内部元器件损坏等)，能发出故障报警。 (3)如果只有一种参数出现异常(如烟雾浓度过大或是温度较高)，能发出异常报警信号，令值班人员到现场处理。 (4)如果烟雾和温度同时出现异常，则说明有火灾，发出火灾警报，并及时将火灾信息上报消防指挥中心。 现场模拟实验表明，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。

1.接收需烟冒或温度传感器，为前级。2.通过运放进行电压放大，比较器进行稳压。3.设置后级推动放大后，由可控硅或继电器驱动报警装置，由喇叭发声。

摘要： 对火灾自动报警控制系统及智能火灾报警控制系统的特征进行了分析， 在高层建筑设 计中采用智能火灾报警控制系统的主—从式网络结构， 解决了高层建筑与大型建筑中探测区 域广、探测器数量多、原有系统不能适应等问题。 关键词：高层建筑 火灾自动报警 探测器 智能控制 联动控制 The design and application of automatic fire warning control system in high buidings Abstract： This article analyses the characteristics of the fire antomatic warning system and the intelligent fire warning control system. By using the sytem a lot of traditional problems can be solved, including using a lot of probes but cotrolling olny a relalively small area. Key words: high rised buiding; fire automatic warning system; probe; intelligent control; coordinated control system 随着我国经济建设的发展，现代高层建筑及重要建筑的防火问题引起了国家消防部门及设 计院等社会各界的高度重视。 国家制定了一系列防火规范， 从而促进火灾自动报警设备的研究和 推广使用。高层建筑建设规模大，装修标准高，人员密集，各种电气设备使用频繁，因而存在着 火灾隐患， 在建筑电气设计中必须严格依照规范要求设计火灾报警控制系统。 但选择何种控制系 统，使该系统充分有效地发挥功能，是设计中十分重要的问题。 1 火灾自动报警系统的主要部件及特征 火灾自动报警系统的基本形式有三种，即：区域报警系统、集中报警系统的控制中心报警系 统。高层建筑和大型建筑主要采用控制中心报警系统，这是一种复杂的火灾自动报警系统，主要 由触发器件、火灾报警装置、消防控制设备及电源组成。该系统从通报火灾到启动灭火系统和控 制各种消防设备，基本实现自动化。 触发器件 主要包括火灾探测器和手动火灾报警按钮。 火灾探测器是对火灾参数 （如烟、 温、 光、火焰辐射、气体浓度等）响应，并自动产生火灾报警信号的器件。按响应火灾参数的不同， 火灾探测器分为感温火灾探测器、感烟火灾探测器、气体火灾探测器、感光火灾探测器和复合火 灾探测器五种基本类型。 火灾报警装置 火灾报警装置 消防控制设备 在火灾自动报警系统中用以接收、 显示和传递火灾报警信号， 并能发生控制 在火灾自动报警系统中用以发出区别于环境声、光的火灾警报信号的装置， 在火灾自动报警系统中当接收到来自触发器件的火灾报警信号， 能自动或手 信号和具有其它辅助功能的控制指标设备。 如火灾警报器， 它是一种基本的火灾警报装置， 以声、 光音响方式向报警区域发出火灾警报信号。 动启动相关消防设施并显示其状态的设备。主要包括：火灾报警控制器；自动灭火系统的控制装 置；室内消火栓系统的控制装置；防排烟系统及空调通风系统的控制装置；常开防火门、防火卷 帘的控制装置；电梯回降控制装置以及火灾应急广播、火灾警报装置、消防通信设备、火灾应急 照明与疏散指示标志的控制装置等十类控制装置。 每个系统根据工程的需要应具有十类控制装置 的部分或全部。 电源 火灾自动报警系统属于消防用电设备，主电源采用消防电源，备用电源采用蓄电池， 保证不间断供电。 设计中消防控制设备主要设置在消防控制中心， 便于实行集中统一控制， 有些消防控制设备 可设在消防设备现场，而动作信号必须返回消防控制中心，实行集中与分散相结合的控制方式。 但该探测器有误报现象、控制器容量较小。 2 智能火灾报警控制系统工作原理 智能火灾报警控制系统与火灾自动报警系统不同之处在于： 将发生火灾期间所产生的烟、 温、 光等， 以模拟量形式连同外界相关的环境参量一起传送给报警器， 报警器再根据获取的数据及内 部存贮的大量数据，利用火灾判据来判断火灾是否存在。 智能火灾报警器中编址单元包括： 智能控测器、 智能手动按钮、 智能模块、 探测器并联接口、 总线隔离器和可编程继电器卡等。新型的智能火灾探测器，又称模拟量火灾探测器，这种探测器 给出的输出信号是代表被响应的火灾参数值的模拟量信号或其等效的数字信号。 传统探测器称为 有阈值火灾探测器，而智能火灾探测器没有阈值，却设有专用芯片，智能火灾探测器的应用提高 了报警系统的准确性和智能化程度。 在火灾报警时，报警控制器通过控制模块启动相应的外探设备，如排烟阀、送风阀、卷帘门 等，需要接受外控设备的反馈信号时，应加一个监视模块，控制模块和监视模块一样，联接在报 警回路总线上，安装在所控设备的附近。模块内设十进制编码开关，可现场编号，各占用回路总 线上一个地址。通过报警控制器显示控制模块和监视模块的具体地址，用声、光报警可反映联动 设备的工作状态。 可编程继电器卡，通过编程可实现对风机、水泵等大型设备的二级联动控制。智能控制是一 种无需人的干预就能够自主地驱动智能机器实现其目标的过程。 3 工程实例 火灾自动报警系统的设计应用 笔者 1992～1993 年参与设计的海南省物资局金属大厦，该大厦是座地下 1 层，地上 22 层， 建筑高度 70 多米，建筑面积 万平方米的写字楼。根据《高层民用建筑设计防火规范》的规 定，建筑高度超过 50 m 的办公楼属于一类防火建筑，因此该大厦要设火灾自动报警系统。 设计中选择了国产火灾自动报警系统，这种系统在当时较普遍，仅有一台主机控制器，因而 适用于中、小型建筑。 大厦消防控制中心设在 1 层，每层设层显示器。地下室作设备用房有变电室、空调机房、 水泵房，机房内设有防排烟风机、消防水泵等消防设备，当火灾发生时，温度达到一定值排 烟风机自动启动，并打开排烟阀，开始排烟（图 1）。 图1 排烟风机控制原理 该工程地下室是消防联动控制的集中点，将地下室的防排烟风机、排烟阀等控制线均引 至消防中心的联动控制器。消防泵、喷淋泵、正压风机、排烟风机、消防电梯等却属于外控 设备，均由联动控制器控制。整个火灾自动报警系统设计合理、运行可靠。 智能火灾报警系统的设计应用 随着科学技术的发展，智能火灾报警系统问世，从传统型走向智能型是国内外火灾报警 系统技术发展的必然趋势，工程设计人员必须予以充分重视。 徐州某大型建筑群由三栋塔楼组成，一栋为 25 层，一栋 13 层和一栋 12 层的塔楼由 4 层 裙楼连接而成，建筑面积 6 万平方米，建筑高度 85 m，主要功能：1 至 4 层为商场，5 层以上 为写字楼。由于该大厦建筑面积大，探测区域广，探测器数量非常可观。传统的火灾自动报 警系统已无法满足需要，因此，在设计中，经过反复的方案比较，选择了采用主—从式网结 构的智能火灾报警控制系统，该系统利用大容量的控制矩阵交叉查寻软件包，以软件编程代 替硬件组合，满足了大型工程的适用性，提高了消防联动的灵活性和可修改性。系统由主机、 从机、复示器等构成。该工程消防控制中心设于 1 层，主机和消防联动控制柜设在消防中心， 从机与复示器分设于楼层内。 智能探测器数量的确定 设计时先根据《火灾自动报警器系统设计规范》的规定确定探 测器的布局和设置。其规定探测区域内的每个房间至少应设置一只火灾探测器。感烟、感温 探测器的保护面积和保护半径应按表 1 确定。表中列出的是一个感烟探测器或感温探测器的 保护面积和保护半径。建筑物内往往一个探测区域的面积较大，超过一只探测器的保护面积， 这时需要计算一个探测区域内所需设置的探测器数量，可按下式计算： 式中：N 为一个探测区域内所需设置的探测器数量（只），N 取整数；S 为一个探测区域的面 积（m ）；A 为探测器的保护面积；K 为修正系数，重点保护建筑取 ～，非重点保护建 筑取 。 根据上式计算结果，可确定一个探测区内的智能探测器的安装数量。 选择控制器容量计算 该系统控制器为主—从式网络结构，每个主—从机系统，只能有 一台主机，从机数量根据工程要求确定，一般按探测器数量计算，从机数量最多为 15 台。 表1 感烟、感温探测器的保护面积和保护半径探测器的保护面积 A 和保护半径 R 火灾探测 器的种类 地面面积 S (m ) 2 2 房间高度 H (m) θ≤15° A (m ) 2 屋顶坡度 θ 15°＜θ≤30° A (m ) 80 100 80 30 30 2 θ＞30° A (m ) 80 120 100 30 40 2 R (m) 6/7 R (m) R (m) S≤80 感烟探测器 S＞80 h≤12 6＜h≤12 h≤6 80 80 60 30 20 感温探测器 S≤30 S＞30 h≤8 h≤80 每台控制器最大有四个回路，每个回路容量均为 198 个地址，其中 99 个智能探测 器，99 个编址模块。因此一台主机或从机的最大容量为 4×99=396 个智能探测器， 4×99=396 个编址模块。 该工程经过计算，选用了一台主机和四台从机，每台控制器都按四个回路设计。 主机 N 控制 1～4 层商场内的所有探测器，手动报警按钮，控制按钮，水流指示器等消 防设备，从机 N1 控制地下室的所有探测器、送风阀、排烟阀、防火阀等消防设备，从 机 N2 控制 13 层和 12 层两座连通塔楼的 5～13 层的消防设备，N3、N4 分别控制 25 层 塔楼的 5～13 层和 14～25 层的消防设备。 整个大厦智能火灾报警控制系统设计比较合理，充分考虑到建筑群的特点，选用 一台主机、四台从机控制了 6 万平方米的建筑，如果用传统火灾自动报警系统则需要 几套控制系统分别控制，现有系统设计即经济实用，又准确可靠。 4 结论 综合上述工程设计与实践研究，可以得出以下几点认识与结论。 1） 传统的火灾自动报警系统适合于中、 小型建筑， 它的特点是探测器属于阀值型， 控制器仅有主机一台。而智能火灾报警控制系统，采用模拟量探测器，控制系统采用 主—从式网络结构，适应性强，尤其适合大型建筑的火灾报警系统。 2）智能火灾报警系统，克服了传统火灾自动报警系统存在的漏报和误报的难题， 提高了报警系统的准确性、可靠性。在设计中可灵活应用，根据工程需要选择适当的 从机数量，使工程设计最经济、最合理。 3）为了防患于未然，火灾报警系统的设计和应用十分重要，设计人员应根据不同 的建筑工程，优化设计方案。 参考文献：〔1〕 蔡自兴， 徐光礻 〔2〕 右.人工智能及其应用 〔M〕 .北京： 清华大学出版社， 1996,329～ 360 戴汝为.智能系统的综合集成〔M〕.杭州：浙江科学技术出版社，1995,128～ 160 〔3〕 陈一才.大楼自动化系统设计手册 〔M〕 .北京： 中国建筑工业出版社， 1994,230～ 270 〔4〕 王根堂.公安消防监督员业务培训教材，群众出版社，1997,213～236