火災自動報警系統設計

范裕如，劉天生，陳 成

（中北大學 化工與環境工程學院 安全工程系，山西 太原 030051）

0 引言

隨著我國經濟建設的發展，現代高層建筑及重要建筑的防火問題引起了社會各界的高度重視，對消防報警系統提出了更高更嚴的要求。為了早期發現和通報火災，防止和減少火災危害，保護人身和財產安全，在現代化的工業民用建筑、賓館、圖書館、科研和商業部門，火災自動報警系統已成為必不可少的設施。電氣工程設計、安裝和使用是否正確不僅直接影響到建筑的消防安全，而且也直接關系到各種消防設施能否真正發揮作用。

1 設計思想和基本思路

根據要實現的探測、處理和報警功能，火災自動報警系統設計大致分為信號采集放大、信號處理控制和系統設置報警3個部分。

（1）信號采集部分即通過氣體傳感器檢測室內氣體濃度，將這種變化量轉化成電壓模擬量的變化，然后通過運放進行必要的放大，并將處理過的信號送存儲器保存和顯示器顯示。

（2）信號處理部分是將采集到的模擬信號轉換成數字信號，送入控制器進行處理。

（3）系統設置報警部分是通過預定的控制方式，利用蜂鳴器報警實現系統的準確操作。

2 系統模塊設計

2.1 氣體濃度檢測模塊

室內故障監測報警系統采用4 路巡回檢測的方法，采用QM－N5型氣體傳感器檢測房間氣體濃度，檢測結果送入模／數芯片ADC0809中進行模數轉換。

選用的氣體傳感器解決了在較高溫度下才能達到良好敏感度和選擇性差的問題，并將氣體傳感器與保護系統聯動，使保護系統在氣體達到爆炸極限前動作，將事故損失控制在最低。同時，氣體傳感器的小型化和較低的價格，使之進入家庭成為可能。

2.2 主控模塊

系統采用AT89S51 單片機，其主要功能是與ADC0809芯片共同接收檢測信號，并通過對數字信號的處理來控制外圍電路及顯示電路。采集信號經過ADC0809處理后送單片機進行數據處理，處理后的信息將通過單片機控制，在LCD 顯示器上顯示出來，并且送存儲器。其中，通過復位、程序執行、單步執行、掉電和節電的校驗方式來對信號進行處理分析。

2.3 設置報警模塊

該模塊主要由鍵盤和報警器組成，氣體濃度經過鍵盤設置后送單片機記錄，當采集到的氣體濃度超過安全值時，單片機驅動蜂鳴器工作，提供報警服務。

3 硬件電路設計與分析

3.1 信號采集放大電路

使用LM358運算放大器，采用兩級放大方式，第一級為比例放大，第二級為反相放大。

根據QM－N5 傳感器的阻值范圍為0kΩ ～2 000kΩ，以及它加熱到正常工作狀態時在純凈空氣中的阻值為20kΩ，為了充分體現采集信號的精度，本設計選用了Rn＝20kΩ 的電阻作為比例電阻，并使用了2kΩ 的輸出電阻使傳感器以電壓的形式輸出。但是由于輸出電壓Uo為負，因此必須要經過一個反相運算放大過程使它變成正的，然后才可以送入ADC0809進行模數轉換。

信號采集放大電路如圖1所示。

圖1 信號采集放大電路

3.2 A／D 轉換電路

由于AT89S51內部沒有A／D 轉換，因此采用芯片ADC0809進行模數轉換，再通過單片機用軟件進行輸出。

從采用P2.7 和WR 控制芯片轉換開始，使用INT0中斷調用P1口傳輸數據，P2.7和RD 控制單片機讀取數據。ADDC 接地，P2.5 和P2.6 分別控 制ADDB和ADDA 選擇通道IN0～IN3。A／D 轉換電路如圖2所示。

3.3 存儲器電路

本設計采用EEPROM 存儲器，EEPROM 即電可擦除可編程只讀存儲器，其突出優點是能在線擦除和改寫。它既具有ROM 的非易失性的優點，又能像RAM 一樣隨機讀寫。在單片機系統中EEPROM 既可以擴展為片外ROM，又可以擴展為片外RAM；在調試程序中用EEPROM 代替仿真RAM 既能方便地修改程序，又能保存調好的程序。

圖2 A／D 轉換電路

3.4 顯示器電路

LCD1602的數據口與單片機通過P1 口連接，使能端E、RW 和RS分別與P3.5、P3.6和P3.7連接，VO 通過接一個10kΩ 的電位器來控制液晶屏幕的亮度。電路使用5V 電源供電。

3.5 報警器電路

報警器在采集到的濃度信號大于系統設定值時，由P3.4口發出一個高電平信號，持續時間為無限長，直到單片機撤消高電平信號為止，其撤消信號由鍵盤Delete鍵發出。詳細工作過程為：單片機從P3.4口發出高電平信號，高電平使三極管8550導通，點亮紅色發光二極管，并觸動蜂鳴器發出報警聲音。

4 軟件設計

本設計使用C 語言編寫程序，以此來控制定時、計時中斷和輸出等。

軟件部分用來配合硬件電路，控制后面電路的響應，以實現設計預定功能。其功能主要由兩部分組成：一部分是對傳感器接收到的信號進行處理；另一部分是實行中斷處理，控制設置報警模塊。兩部分信號的處理都采用查詢方式。本系統采用4路巡回檢測，輪換選擇4個傳感器工作，并且在顯示器上輪流顯示工作傳感器所檢測到的濃度值。當檢測到的濃度小于設定值時，等待定時器中斷；否則執行中斷程序進行報警處理，顯示濃度。

5 結束語

火災自動報警系統采用單片機，對火災發生前、后的變量進行檢測對比，設定閥值從而達到自動報警的目的。在此系統的基礎上，可以進行多變量檢測以提高報警的準確性，也可以串聯滅火系統達到自動滅火的作用，另外還可以與計算機協同監控，從而加強對火災的控制。如今高層建筑越來越多，而我們的高層滅火體系還不夠完善，火災自動報警滅火系統還有很大的發展空間。

［1］ 馬明建.數據采集與處理技術［M］.西安：西安交通大學出版社，2006.

［2］ 吳龍標，方俊，謝啟源.火災探測與信息處理［M］.北京：化學工業出版社，2006.

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