基于單片機(jī)的智能火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)

鄭振峰

（陜西國(guó)防工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院，陜西 西安710300）

1 火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)功能與工作原理

1.1 火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)功能

火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)通常情況下由火災(zāi)探測(cè)器、區(qū)域報(bào)警器以及集中報(bào)警器等設(shè)備按照一定的技術(shù)方式所構(gòu)成。火災(zāi)探測(cè)器在設(shè)計(jì)應(yīng)用時(shí)通過(guò)對(duì)火災(zāi)及時(shí)發(fā)出物理、化學(xué)現(xiàn)象，對(duì)溫濕度和氣體等信號(hào)進(jìn)行檢測(cè)，將所探測(cè)的火情信號(hào)通過(guò)本系統(tǒng)有效轉(zhuǎn)化為火警電信號(hào)，并傳給火災(zāi)報(bào)警控制器。區(qū)域報(bào)警器主要的功能是將所接收到的火警信號(hào)通過(guò)綜合性的分析與技術(shù)處理，發(fā)出聲光報(bào)警信號(hào)，通過(guò)這種方式給予消防控制中心的值班人員一定的警示作用，提升在屏幕中直觀的呈現(xiàn)出發(fā)生火災(zāi)的房間號(hào)。火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)在具體應(yīng)用中，通過(guò)向現(xiàn)場(chǎng)及時(shí)發(fā)射巡檢信號(hào)實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)溫度、煙霧濃度等信息的檢測(cè)，并將相關(guān)的信息向報(bào)警控制器進(jìn)行反饋，控制器將所接收到的信號(hào)與內(nèi)存匯總的正常整定值進(jìn)行綜合性的對(duì)比，進(jìn)而明確此時(shí)是否有火災(zāi)事故發(fā)生。基于單片機(jī)的智能火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)主要的技術(shù)優(yōu)勢(shì)體現(xiàn)在，當(dāng)現(xiàn)場(chǎng)煙霧或溫度出現(xiàn)異常的情況，在實(shí)踐應(yīng)用中具有一定的實(shí)用性和價(jià)值性。

圖1 AT89C51單片機(jī)

圖2煙霧傳感器實(shí)物圖

1.2 系統(tǒng)工作原理介紹

基于單片機(jī)的智能火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)在設(shè)計(jì)與功能應(yīng)用的過(guò)程中，采用單片機(jī)為整個(gè)控制系統(tǒng)的核心，以傳感器為系統(tǒng)中的測(cè)溫裝置，并采取專(zhuān)業(yè)的技術(shù)方式有效實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)需求。火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)功能模塊包括控制模塊、火災(zāi)探測(cè)模塊、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換模塊和報(bào)警模塊四大主要的功能模塊。本系統(tǒng)的設(shè)計(jì)能夠?qū)崟r(shí)采集室內(nèi)外溫度和煙霧，當(dāng)所檢測(cè)的溫度或者煙霧濃度高于臨界溫度時(shí)自動(dòng)報(bào)警。溫度信號(hào)或煙霧濃度信號(hào)采集電路在整個(gè)功能操作的過(guò)程中，主要是將溫度信號(hào)或煙霧濃度信號(hào)通過(guò)數(shù)字信號(hào)的形式精準(zhǔn)傳入到單片機(jī)中。單片機(jī)在此時(shí)則會(huì)對(duì)此數(shù)字信號(hào)進(jìn)行濾波操作并對(duì)將處理完的數(shù)據(jù)信息結(jié)合實(shí)際情況綜合性的分析，判斷其是否超過(guò)先前設(shè)定的某個(gè)預(yù)設(shè)值，即本系統(tǒng)中的報(bào)警臨界溫度或臨界煙霧濃度若大于預(yù)設(shè)值，則需要及時(shí)啟動(dòng)報(bào)警電路，此時(shí)會(huì)發(fā)出報(bào)警聲并在屏幕中呈現(xiàn)出非正常的運(yùn)作狀態(tài)；反之則代表系統(tǒng)處于正常的運(yùn)作狀態(tài)。

2 各電路模塊的設(shè)計(jì)

2.1 A/D轉(zhuǎn)換電路

基于單片機(jī)的智能火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)通過(guò)氣敏傳感器檢測(cè)的電壓信號(hào)作為其模擬信號(hào)，無(wú)法在實(shí)踐操作中直接被單片機(jī)進(jìn)行識(shí)別，因此經(jīng)過(guò)放大電路后對(duì)該信號(hào)進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換操作，將模擬信號(hào)采取專(zhuān)業(yè)的技術(shù)方式轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號(hào)并向單片機(jī)進(jìn)行輸入。A/D轉(zhuǎn)換電路主要是利用8位8通道數(shù)模轉(zhuǎn)換芯片ADC0809進(jìn)行功能實(shí)現(xiàn)。系統(tǒng)中煙霧與溫度傳感器的輸出端此時(shí)會(huì)接受到ADC0809的IN0和IN1。本于單片機(jī)的智能火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)的設(shè)計(jì)采用74LS373作為地址鎖存器，當(dāng)三態(tài)允許控制端OE為低電平時(shí)，輸出端O0樼O7為正常邏輯狀態(tài)，在這種情況下能夠科學(xué)性地驅(qū)動(dòng)負(fù)載或系統(tǒng)中的總線(xiàn)。

2.2 煙霧信號(hào)調(diào)理電路

濾波電路能實(shí)質(zhì)性的作用是有效的抑制系統(tǒng)中的無(wú)用頻率成分，濾除或者衰減無(wú)用頻率信號(hào)能夠達(dá)到足夠小的狀態(tài)。一階濾波電路過(guò)渡帶受一些因素的影響而比較寬，幅頻特性的最大衰減頻率通常只有－20dB/十倍頻。為了確保濾波器的濾波特性在整個(gè)應(yīng)用過(guò)程中能夠接近理想的特性，就是在同頻帶內(nèi)的特性曲線(xiàn)變得更加平緩，同頻帶外的特性曲線(xiàn)衰減在這種情況下更加陡峭，就必須適當(dāng)增加網(wǎng)絡(luò)級(jí)數(shù)。系統(tǒng)采用二階濾波器電路按照專(zhuān)業(yè)性的方式進(jìn)行技術(shù)應(yīng)用。由于火災(zāi)通常是發(fā)生在早期，這就說(shuō)明溫度煙霧信號(hào)屬于一種典型的緩變信號(hào)，因此本火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)通過(guò)二階有源低通濾波器電路進(jìn)行技術(shù)操作。將串聯(lián)的兩節(jié)RC低通網(wǎng)絡(luò)直接和系統(tǒng)中的反向電壓跟隨器電路連接處理，構(gòu)成煙霧與溫度調(diào)理電路相結(jié)合的便捷性的二階低通濾波器電路，以此達(dá)到調(diào)理煙無(wú)信號(hào)的實(shí)質(zhì)性功效。

3 火災(zāi)情況的分析判斷與報(bào)警程序的設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)分別對(duì)溫度和煙霧進(jìn)行兩次數(shù)據(jù)信息的采集與分析判斷，每次信號(hào)采集后結(jié)合獲取到的數(shù)據(jù)信息和先前系統(tǒng)中設(shè)定的閾值進(jìn)行詳細(xì)的對(duì)比分析，綜合性地分析比較兩次溫度煙霧信號(hào)的采集情況，針對(duì)溫度與煙霧寄存器變量及運(yùn)作狀態(tài)，系統(tǒng)性的判斷火災(zāi)現(xiàn)場(chǎng)的具體情況。系統(tǒng)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)情況進(jìn)行報(bào)警判斷后，間隔20s之后后再進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)溫度煙霧信號(hào)的采集與判斷，每一次語(yǔ)音報(bào)警長(zhǎng)達(dá)20s的時(shí)間，直到系統(tǒng)做出下一次判斷結(jié)果為止。

4 結(jié) 語(yǔ)

基于單片機(jī)的智能火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)在設(shè)計(jì)與功能實(shí)現(xiàn)的過(guò)程中，采用AT89C51作為整個(gè)系統(tǒng)的控制單元，實(shí)時(shí)采集現(xiàn)場(chǎng)中的溫度、煙霧信號(hào)等重要數(shù)據(jù)信息，以此為基礎(chǔ)綜合性地分析與判斷此時(shí)是否發(fā)生火災(zāi)事故，通過(guò)這種方式能夠有效提升系統(tǒng)預(yù)報(bào)的精準(zhǔn)性和有效性。本系統(tǒng)最為顯著的特征是，具有較高的安全可行性、系統(tǒng)的誤報(bào)率比較低、便于操作者的應(yīng)用其所投入的成本比較低。整個(gè)系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)是以模塊化程序設(shè)計(jì)法為核心，系統(tǒng)每一個(gè)功能模塊實(shí)際上是采用子程序調(diào)用的方式高效實(shí)現(xiàn)的，確保系統(tǒng)程序結(jié)構(gòu)的清晰性，同時(shí)為接下來(lái)的功能擴(kuò)充提供一定的便捷條件，有利于系統(tǒng)的技術(shù)維護(hù)和各個(gè)階段的功能應(yīng)用。