防火卷簾智能控制裝置的設(shè)計

倪金榮

（杭州威武設(shè)計安裝工程有限公司，浙江 杭州 310015）

隨著科技的進(jìn)步和生產(chǎn)的發(fā)展，電子技術(shù)、檢測技術(shù)、自動控制技術(shù)和計算機技術(shù)的迅猛發(fā)展，并廣泛應(yīng)用到消防領(lǐng)域，使消防系統(tǒng)從過去的、簡單被動的消防體系演變?yōu)榻裉斓淖詣踊⒅悄芑南荔w系。大型賓館、商場、娛樂場所，往往是火災(zāi)的重災(zāi)區(qū)。要避免盡量減少火災(zāi)發(fā)生時的造成嚴(yán)重生命財產(chǎn)損失，關(guān)鍵是在火災(zāi)發(fā)生時進(jìn)行區(qū)間隔離，把火勢限制在一個局部范圍內(nèi)。要達(dá)到這一目標(biāo)，可以采用的有效措施之一便是防火卷簾門。當(dāng)火災(zāi)發(fā)生時，火源附近的防火卷簾門感知系統(tǒng)探測到有火患，馬上自動報警，并迅速關(guān)閉防火卷簾門，切斷火勢蔓延的通路。因此本文根據(jù)防火卷簾門在平時及火災(zāi)發(fā)生時工作流程，采用單片機控制系統(tǒng)，設(shè)計了具有一定智能的防火卷簾門控制系統(tǒng)。其系統(tǒng)簡單，成本適中，易于系統(tǒng)維護(hù)和升級。

1 智能控制裝置組成及功能

該防火卷簾門智能控制裝置在火災(zāi)發(fā)生時，能自動控制防火卷簾門下降，感煙探測器控制降半，感溫探測器控制降底。同時具有手動控制上、中、下、停止等功能。主要技術(shù)指標(biāo)有：控制卷簾門的電動機有正反轉(zhuǎn)功能，并要使用三相電壓；控制面板有聲光報警指示，有卷簾門上、中、下、停止按鈕及卷簾門位置狀態(tài)指示；有感煙、感溫探測器的開關(guān)量輸入接口；卷簾門位置狀態(tài)來自限位開關(guān)；消防控制接口有卷簾門位置的開關(guān)量即無源觸頭輸出，有作為中位、底位控制的開關(guān)量輸入。

1.1 系統(tǒng)硬件原理圖如圖1所示：

圖1 系統(tǒng)硬件原理圖

1 為火災(zāi)探測器，包括感溫火災(zāi)探測器和感煙火災(zāi)探測器，實現(xiàn)對現(xiàn)場火災(zāi)信號的采集。2 為CPU 最小控制系統(tǒng)，實現(xiàn)邏輯判斷和控制。3 為系統(tǒng)電源，提供5V、24V 直流電源，220V 交流電源，及為電動機提供380V 三相電壓。4 為控制顯示面板，能夠準(zhǔn)確地顯示出報警的類型、防火卷簾門的位置狀態(tài)及設(shè)有控制按鈕。5 為聲光報警電路，發(fā)出報警信號。6 為控制卷簾門的電動機，用來控制卷簾門的上升和下降。

1.2 系統(tǒng)工作原理

火災(zāi)發(fā)生初期，一般都會有大量煙霧產(chǎn)生，感煙火災(zāi)探測器先檢測到火災(zāi)信號，先發(fā)出報警信號；此時，被檢測現(xiàn)場的溫度不會有異常變化，感溫火災(zāi)探測器不會發(fā)出報警信號，即防火卷簾門附近的溫度還處在正常范圍內(nèi)。所以當(dāng)感煙火災(zāi)探測器報警時，防火卷簾門先下降到中位，并在中位停下來，以便人員逃生。火災(zāi)繼續(xù)發(fā)生，防火卷簾門附近的溫度上升到一定的溫度，感溫火災(zāi)探測器將會動作，發(fā)出報警信號，防火卷簾門從中位開始下降，降至底部，即把整個防火卷簾門關(guān)閉。因為只有溫度達(dá)到一定的高度，才說明火將蔓延過來，需迅速徹底關(guān)閉防火卷簾門。并且可通過自動、手動來控制防火卷簾門的動作。在手動時，可通過上、中、下、停按鈕控制防火卷簾門的位置狀態(tài)。報警部分是通過CPU 最小控制系統(tǒng)不斷的接收到火災(zāi)探測器發(fā)出的探測信號，經(jīng)過CPU 最小控制系統(tǒng)識別是否有異常（煙警、溫警）情況，如有異常，發(fā)出聲光報警信號。

2 火災(zāi)探測器的介紹及選擇

2.1 感溫探測器

感溫探測器采用機械差定溫探測器。這種探測器結(jié)構(gòu)簡單，靈活度高，適于溫度變化小的場合。它是膨脹系數(shù)不同的雙金屬片組成，當(dāng)溫度變化時，兩種金屬片會產(chǎn)生彎曲，因而使觸電接通。溫感探測器信號探測工作原理如圖2。

圖2 溫度探測器等效原理圖

溫度探測器K 有三個接線端子，1 是檢查線，檢查探測器是否有故障；2 是電源線；3 是信號線，如溫度探測器動作，信號可以從此線發(fā)出。在探測周期1 端無電壓，如溫感未動作（K未閉合），則信號線3 端也應(yīng)無電平輸出，此時為正常，當(dāng)有溫度變化時溫感動作K 觸頭閉合，即使1 端無電平輸入，3 端信號線也有電平輸出，此電平就是電源電壓，故在探測周期可根據(jù)3 端的電壓來判斷溫感是否動作。故根據(jù)檢查線上不同周期，信號線3 上是否輸出電平來判斷探測器是否丟失或斷線，及室內(nèi)溫度是否異常。

2.2 感煙探測器

煙感探測器采用離子式感煙傳感器。工作原理如圖3所示：1 檢查電離室，2 補償電離室，3信號放大電路，4 開關(guān)轉(zhuǎn)換電路，5 火災(zāi)模擬檢查電路以及6 故障自動監(jiān)測電路等組成。當(dāng)無煙時，補償室和檢查室的電壓幾乎相等；而當(dāng)有煙時，煙進(jìn)入檢查室，使電離電荷遷移速度降低，電離電流減少，監(jiān)測室的等效阻抗增加，而補償室內(nèi)阻抗保持不變，因而引起電離室分壓比的變化，在信號放大回路輸入端產(chǎn)生電壓ΔV，此電壓增加到一定值時，開關(guān)轉(zhuǎn)換電路即動作，發(fā)出報警信號并使確認(rèn)燈亮。

圖3 感煙探測器原理圖

3 智能控制裝置芯片的選取

3.1 CPU的選取

系統(tǒng)軟件部分選用MCS-51 系列單片機，MCS-51 系列單片機是美國Intel 公司于80年代推出的一種高性能8 位單片機，本文選用8031 芯片。

3.2 時鐘電路

時鐘電路用來產(chǎn)生時鐘信號供單片機使用，單片機將時鐘信號加工成各種它所需要的工作信號。時鐘可以由兩種方式產(chǎn)生：內(nèi)部時鐘方式和外部時鐘方式。本設(shè)計采用內(nèi)部時鐘方式。外部振蕩器和單片機內(nèi)部的時鐘電路一起構(gòu)成了單片機的內(nèi)部時鐘方式，見圖4。單片機內(nèi)部有一個高增益反相放大器，引腳XTAL1 和XTAL2 分別是這個放大器的輸入端和輸出端。放大器與作為反饋元件的片外石英晶體或陶瓷諧振器一起構(gòu)成一個自激振蕩器。

圖4 時鐘電路原理圖

4 電源的設(shè)計

本設(shè)計的電源是采用直流穩(wěn)壓電源。直流穩(wěn)壓電源是由電源變壓器、整流、濾波和穩(wěn)壓電路等四部分組成。電源變壓器是將交流電網(wǎng)220V的電壓變?yōu)樗枰碾妷褐担缓笸ㄟ^整流電路將交流電壓變成脈動的直流電壓。由于此脈動的直流電壓還含有較大的波紋，必須通過濾波電路加以濾除，從而得到平滑的直流電壓。但這樣的電壓還隨電網(wǎng)電壓波動（一般有±10%左右的波動）、負(fù)載和溫度的變化而變化。因而在整流、濾波電路之后，還需接穩(wěn)壓電路。穩(wěn)壓電路的作用是當(dāng)電網(wǎng)電壓波動、負(fù)載和溫度變化時，維持輸出直流電壓穩(wěn)定。

[1]姜文源.建筑滅火設(shè)計手冊[M].中國建筑工業(yè)出版社.

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[4]賴麒文.8051 單片機嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用[M].中國科學(xué)出版社.