消防電氣控制裝置設計

賈武軍，李 英

（陜煤集團榆林化學有限責任公司，陜西 榆林 719000）

隨著時代的進步，建筑物如雨后竹筍般野蠻生長，火災隱患大大增加，人們漸漸意識到預防火災與消防的重要性[1]。為了能預防火災和及時報警，火災報警器就誕生了。火災報警器針對三要素設計而成，當檢測到火焰，煙霧和溫度超過報警閾值時，火災報警器就會報警。火災報警系統主要功能是把火災報警和自動滅火相互作用聯動結合起來并且及時加以進行管理[2]。為了及早發現建筑火災安全隱患和有效地及時撲滅建筑火災，電力系統中作為建筑防火保護工程火災重點保護點的區域、各類大型商業和建筑工程專用建筑及其他各類現代化大型智能建筑均充分采取了建筑火災自動監測報警和火災滅火監控系統[3]。隨著近年來我國具有特色的社會主義市場經濟和社會化體系建設的進一步加強和快速推進，各類新型現代化的建筑樓宇數字都對于建筑火災災害預測和自動化防滅火監控系統的技術應用發展提出了新一代技術的高要求。大型的星級賓館、酒店、商場、圖書館、博物廳、檔案室和機關辦事處等，自動保安滅火消防系統已逐漸發展成為必不可少的一套保安滅火設備。而且長期設置一套功能齊全的民用消防器材，對于有效保障廣大全國人民各族群眾的人身生命財產安全，無疑也具有極為重要的戰略意義。

1 系統設計方案

1.1 方案分析

火災檢測報警器不僅可以直接實現自動火災報警監視周圍環境中各種可燃或惰性氣體的含量濃度，而且還同時具備了自動火災報警功能。

信號數據采集控制電路一般主要包括開關火災信號傳感器和開關模擬自動放大信號電路兩大組成部分，將發生火災過程中的放大信號數據進行模擬轉換后成為模擬式交流電信號[4]。模數轉換控制電路把自動火災監測和偵察控制電路中電機驅動發出的數字模擬信號轉換成為驅動單片機需要的能夠對其進行自動識別的模擬數字信號，再將其送入單片機。為了更加便于實時的檢測和監視，使得儀器檢測人員和使用者都能夠直觀地看見周圍環境中各種可燃性氣體的含量，可以通過數碼管發送濃度計值[5]。

1.2 系統框圖

首先，該方案利用MQ-2 型火氣傳感器探測空間內的氣體濃度。當空氣中的火含量超過允許的標準含量時，感應控制器接收來自傳感器的感應信號。然后感應控制器識別和處理相應的感應信號，并將識別和處理后的感應信號轉換成相應的無線電信號，將其結果送到A/D 芯片中以便于進行模數轉換。最后由一臺寫有應用程序的單片機STC89C52 對該電路設備進行了智能化的調控，實現了聲光自動報警。系統框圖如圖1 所示。

圖1 系統框圖

2 電氣控制裝置設計

2.1 系統電源

火災檢測報警器微控制器的工作電源主要部件包括了發電機、揚聲器正常運行工作使用需要的24 V 工作電源，單片式電機系統所正常使用工作需要的3.3 V工作電源及各類主控芯片所正常使用工作需要的5 V 電源工作電壓。我們通常是通過一個24 V 的電源啟動器和開關電源來給它供電。把2 個交流電分別降壓轉化成作為24 V 直流電，然后再經過一個集成電源穩壓器將24 V 中的直流電分別降壓轉化成作為整個供電系統所有必需的5 V 和3.3 V 的直流有源電壓。由于該供電系統中需要接入消防開關電源的每個工作電壓都通常是消防車所使用交流電，在其中底部添加了一塊散熱片可用來對其本身進行電源散熱及時保護。2個晶體發光二極管可以當做一個電源上的指示燈。電源電路圖如圖2 所示。

圖2 電源電路圖

2.2 單片機最小系統

本次的控制單片機系統主要是選擇了STC 系統的各種單片機，相比于其他各種系列的單片機而言，都在設計上具有許多的特性和優點。一般STC 單片機的數據庫資源較其他類型的單片機更需求量大，并且執行速度快; STC 系列的數據庫可以通過串口方式對單片機的數據庫文件進行燒寫，下載時程序比較方便;STC89C52 單片機內部采用了一個集成看門狗的控制電路，并且還具備非常強的抗干擾性。STC89C52 是一種低功耗工作電壓、高性能比的CMOS8 位閃存單片機，具有8 位和8 字節閃存可以自動擦除各種閃存式樣的只讀數字程序數據存儲器和256 字節隨機存取的只讀數據程序存儲器（RAM）。本次性能測試中的設備主要測試使用基于ATMELL 的2 種高密度、非易失性的數據存儲處理方法。對應于符合國際標準的MCMCS-51 指令系統。其不僅擁有一個8 位的雙中心多節點的固態硬盤，并且還帶有一個高速閃存。強大的功能STC89C52 提供了許多復雜的軟件系統控制和管理應用。

單片機一般都是單列采用40 個引腳，雙列直接進行穿插式器件封裝，其外部引腳的順序排列連接方式如圖3 所示。

圖3 STC89C52 引腳圖

特別注意的是，對于31 腳（EA），當接高電平時，單片機在復位后從內部ROM 的0000H 開始執行;當接低電平時，復位后直接從外部ROM 的0000H 開始執行。由于我們的一個應用程序被外部存儲起來到了整個單片化主機內部，因此在EA 中就需要將其接收到高電平，保證我們的整個單片化主機系統能夠從內部沒有來源地讀取一個應用程序并使其去外部進行程序執行。單片機最小系統如圖4 所示。

圖4 單片機最小系統

2.3 液晶顯示電路

系統采用液晶模塊1602，1602 是一款物美價廉的LED 液晶顯示器，分別顯示2 行標準文本字符，每行分別顯示16 個單獨的字符。該無線通信系統被廣泛地應用在智能電表和其他辦公設備上的工業自動化，其主要功能稱為字符型顯示，以顯示ASCII 字符。當沒有合適的漢字庫的液晶顯示器時，如果我們是想要準確地直接表達液晶漢字，首先我們需要直接得到所有必需的液晶漢字或者是液晶圖形化或子語言模型的漢字數據，第二步把所有我們可以直接獲取的液晶漢字或者子圖形模型中的數據都直接存儲在一個大的液晶漢字存儲器中。液晶模塊連接圖如圖5 所示。

圖5 液晶模塊連接圖

2.4 MQ-2 傳感器電路

煙霧濃度傳感器，隸屬氣敏濃度傳感器，是一種惰性氣體煙-霧的電能濃度變換器，將各種可燃的惰性氣體同時放置在潮濕空氣環境中檢測濃度。（即濃度）轉化成電壓或者電流信號，通過一個A/D 數據轉換控制電路把輸出模擬量數據轉換成成為模擬數字時數據輸出后發送到系統相應的控制單片機，進而通過交換實現輸出差值數據處理、濃度報警數值數據處理和濃度報警數據控制。該煙霧傳感器主要設計用于對空氣煙霧狀態監視和煙氣檢測煙霧報警器系統中的煙霧信號進行采集和圖像顯示部分，其也是煙霧儀表中最具有核心的重要組成組分部件之一。由此我們可以明顯看出，傳感器的結構設計和器件選型也是非常重要的。

煙霧式傳感器的種類繁多，從其檢測的原理上我們可以將其劃分為3 個大類：一是利用物理化學性質的煙霧傳感器：如半導體煙霧傳感器、接觸燃燒煙霧傳感器等；二是可以利用各種氣體物理化學特征的惰性煙霧蒸氣傳感器，例如光學熱導惰性煙霧蒸氣傳感器、光學熱干涉惰性煙霧蒸氣傳感器、紅外煙霧傳感器等；三是可以采用各種電化學物理特點的惰性煙霧蒸氣傳感器，例如采用電流式惰性煙霧蒸氣傳感器、電勢式惰性氣體煙霧傳感器。

半導體單晶煙霧濃度傳感器主要包括利用含有氧化物質的半導體或一種陶瓷材料生產做成的單晶煙霧濃度敏感器，或者一些是由一種單晶或半導體煙霧儀器件材料生產制成的單晶煙霧濃度傳感器。根據各種敏感性的作用機理需要進行功能分類，可將其依次劃分為敏感電阻式和非敏感電阻式。半導體產品中的自動氣敏控制元件又主要有分為N 型與P 式2 種。N 和P 型在首次進行煙霧檢測時的阻抗濃度數值是否會因為檢測煙霧中產物濃度的持續變化而逐漸略微減小；P和N 型阻抗數值減小是否意指隨著檢測煙霧中產物濃度的持續變化而逐漸略微增大。

MQ-2 氣敏特性元件的氣敏性材料為SnO2，在潔凈的高溫空氣中其之間具有很小的反向電導性。采用具有高低溫自動循環溫度檢測的加熱方式，低溫（1.5 V 以下加熱）用于探測火災。利用一個簡易電路，可以把電導率的改變轉換成輸入信號或與氣體的濃度相適應。

MQ-2 傳感器對于火災檢測具有極高的靈敏度。這種傳感器可以檢測到各種含火的氣體。其采用的是一種廉價成本傳感器，適用于各種應用。煙霧檢測模塊電路圖如圖6 所示。

3 結束語

21 世紀已經到了互聯網的大時代。隨著現代計算機網絡突飛猛進，火災檢測報警技術的更新和應用變化越來越明顯。總的來說，我們認為通過采用先進的數字技術、新設備、新材料，提高系統的性能，建立一個城市化、社區性的城鎮化、多層次火災檢測、報警、救援、管理與服務網絡信息系統，將會成為我國新時代城鎮和社區安全生產保障體系的重要組成部分。