火災報警器設計

毛敏

摘要：以檢測是否有火災為目的，本文采用紅外對管作為煙霧檢測傳感器，把煙霧轉化為電信號，根據紅外光敏二極管接收到的煙霧信號輸出相應的電信號來驅動大功率報警器報警。通過試驗，該系統能夠快速做出反應，適用于需要監測火災的場合。

關鍵詞：火災；傳感器；檢測；報警器

中圖分類號：TP212.14 文獻標識碼：A 文章編號：1009-3044（2018）28-0258-02

Design of Fire Alarm

MAO Min

（Shan xi Institute of Technology， Xian 710300，China）

Abstract：To detect whether there is a fire， for the purpose of this article uses the infrared to the tube as smoke detection sensor， the smoke is converted into electrical signals， the Arduino Uno microprocessor according to the received infrared light activated triode smoke signal output corresponding electrical signal to drive the high power alarm. Through the test， the system can respond in 2 seconds， which is suitable for monitoring fire.

Key words： Fire； Sensor； Detection；Alarm；Arduino

為了早期發現通報火災，并及時采取有效措施，控制和撲滅火災。本文主要對火災報警器做了進一步設計，在出現煙霧的時候，及時發出告警信號，警報器結構單一化，成本較低，可以基于小電流驅動大功率。

1 工作原理

在物質燃燒中，經常出現一些現象。其一，熱量，導致環境整體溫度有所上升，利用溫度傳感器做進一步測量。然而，在燃燒速度較慢時，火災初期環境溫度的升高程度辨別難度較大。其二，可燃性氣體，在有機物燃燒初期，釋放大量可燃性氣體，即一氧化碳等等，可以通過氣敏進行檢測。其三，煙霧，實際上就是人們可以利用肉眼觀察到的微小懸浮性顆粒。煙霧的流動性非常強，能夠進入傳感器內部，其是有效檢測火災的主要方式，可以利用反射式光電傳感器做詳細檢測。其四，火焰，通過紫外管做全面檢測，但是，需要借助帶通濾波器，確保只有檢測紫外線的抖動信號通過，避免太陽照射。反射式煙霧報警器的原理圖具體如圖1所示。

在不存在煙霧的時候，因為紅外對管處于垂直狀態，煙霧室內部帶有黑色的吸光材料，因此，紅外LED所發出的紅外光，難以及時傳達到紅外光敏二極管中去。而在煙霧進入煙霧室之后，固體粒子會對紅外光產生漫反射，導致一些紅外光進入光敏二極管中。

2 光電煙霧傳感器

所謂光電煙霧報警器實際上就是內部含有光學迷宮，并安裝了紅外對管，在無煙狀態下，接收管不會接收到紅外光，但是在煙霧進入光學迷宮的時候，以折射或反射形式，都會接收到紅外光，智能報警電路對其閾值狀態進行判斷，一旦超出，就會及時報警。而光電煙霧傳感器主要劃分為減光式和散射光式兩大類，其中，減光式在正常狀態時，受光器收到發光器發出的光量。在有煙霧狀態時，發光器發射光受煙霧阻礙，導致受光器難以全面接收光量，光電流大大下降，這時探測器就會及時發出警報。而散射光式在正常狀態時，受光器無法接收到發光器發射的光，所以，無法產生光電流。在發生火災的時候，煙霧進入檢測室中，受煙粒子作用，導致發射光出現漫射，其被受光器接收，導致其阻礙改變，產生光電流，以此將煙霧信號轉換成電信號，探測器接收信號對警報進行判斷。

3 煙霧傳感器功能

3.1 報警模式

煙霧傳感器利用硬件跳線方式，合理選擇報警模式，即觸發長報模式、自動報警模式。其一，觸發長報模式，在有火警方式的時候，報警器將開關信號輸出給檢測主機，基于人為輔助能力，才能夠將警報解除。其二，自動報警模式，是在有火警方式的時候，報警器將開關信號輸出給檢測主機，在煙霧消散時，自動報警器關閉為檢測主機提供的信號，這時報警信號就會中斷。

3.2 輸出開關信號方式

報警器檢測主機可以接受兩種開關信號，即常開的與常閉的。設置煙霧傳感器為常開信號，在沒有煙霧的時候，開關斷開，在檢測到煙霧的時候，開關閉合，這樣一來，報警主機便可以檢測到報警信號。常閉信號則相反。

3.3 確定設計方案

以節約成本為基礎，采取一次性燒寫單片機芯片，價格控制在0.6元左右，其他外圍元器件與PCB板價格控制在8-10元，方案經濟且可行。

4 硬件設計

4.1 寬電壓電源設計

采用可以兼容直流與交流的電源設計，輸入電壓范圍控制在7-35V。電源穩壓電路如圖2所示，其中，L1和L2屬于交直流輸入端，Q8和Q9構成橋式整流，而Q4、Q5、Q10、D1構成串聯穩壓電路，電壓則由二極管決定。其中，D1是一個12V穩壓二極管，因此，串聯穩壓電壓是12V，電壓經過5V的三端穩壓器件穩定在5V提高給其他電路工作。穩壓電路相對簡單，經過驗證，在交直流輸入電壓情況下，可以穩定運轉。

4.2 紅外信號發射電路

采用一對光電對射管，發射電路具體如圖3所示，其中seout端與單片機的IO管腳相連接，單片機控制發射電路，允許發射管發出紅外光電信號，在seout處于低電平的狀態時，允許發射紅外光電信號，高電平的狀態時，則禁止。

4.3 紅外信號接收電路

紅外接收電路具體如圖4所示，D2為紅外光電信號接收管，在尚未接受到信號時，內阻大約為6-8K，在接受到紅外光電信號的時候，內阻快速縮減，大約在2-3Ω。因為D2內阻縮減，Q3基極轉變為低電平Q3，C與E導通，Q6獲得基極偏流導通，C極電位明顯降低，也就是單片機外部中斷位置的管腳成為低電平，根據電平判斷所接收的電信號，執行處理命令。

5 結語

總而言之，紅外光對管煙霧報警器設計，其不僅成本較低，技術指標與國家相關標準相符。而且，目前已經實現了產品化，并已經大量生產應用于安防報警系統中去，效果顯著。在這一設計基礎上，還可以進一步完善、優化為脫離報警主機的獨立煙霧傳感報警器，這樣一來，可以更加有效的應用于各個行業，其效果也十分良好。

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【通聯編輯：光文玲】