摘要：火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)能夠及時(shí)探測(cè)火災(zāi)隱患，在現(xiàn)代智能建筑中起著極其重要的安全保障作用。隨著人民生活水平的提高和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、控制技術(shù)和通訊技術(shù)的高速發(fā)展對(duì)火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)提出了更高的要求。傳感器技術(shù)被應(yīng)用于火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)中本文就是利用單片機(jī)結(jié)合傳感器技術(shù)設(shè)計(jì)了這一煙霧監(jiān)控系統(tǒng)，以供同仁參考。

　　關(guān)鍵詞：煙霧;火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng) ;警器TC12C5410;傳感技術(shù)

　　Abstract: With the improvement of people's living standard and network technology, control technology and communication technology’s rapid development of the fire monitoring system, it has put forward higher requirements. Sensor technology is applied in fire monitoring system; this article is combined with the use of single-chip sensor technology and design of the smoke control system, in order to offer colleague reference.

　　Key words: smoke; fire control system; alarm TC12C5410; sensing technology

　　中圖分類(lèi)號(hào)：D631.6 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A 文章編號(hào)：

　　引言:

　　本論文以電阻式煙霧傳感器和單片機(jī)技術(shù)為核心并與其它電子技術(shù)相結(jié)合，設(shè)計(jì)出一種技術(shù)水平較好的煙霧報(bào)警器。以STC12C5410AD單片機(jī)和MQ-2型半導(dǎo)體電阻式煙霧傳感器為核心設(shè)計(jì)的煙霧報(bào)警器可實(shí)現(xiàn)聲光報(bào)警、故障自診斷、濃度顯示、報(bào)警限設(shè)置、延時(shí)報(bào)警及與上位機(jī)串口通信等功能。這是種智能化煙霧報(bào)警器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單價(jià)格低廉，使用也比較方便。

　　1、監(jiān)控系統(tǒng)

　　火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)，一般由火災(zāi)探測(cè)器、區(qū)域報(bào)警器和集中報(bào)警器組成;也可以把各種滅火設(shè)施和通訊裝置聯(lián)動(dòng)建立中心控制系統(tǒng)?；馂?zāi)探測(cè)器是在火災(zāi)發(fā)生時(shí)利用火災(zāi)產(chǎn)生的煙氣、火光和高溫通過(guò)探測(cè)器轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?hào)的報(bào)警或者使自動(dòng)滅火系統(tǒng)啟動(dòng)，及時(shí)的把火災(zāi)滅掉。區(qū)域報(bào)警器能將樓層內(nèi)的探測(cè)器發(fā)出的信號(hào)轉(zhuǎn)換為聲光報(bào)警，甚至可以顯示出哪個(gè)房間號(hào)發(fā)生了火災(zāi)情況;同時(shí)還能對(duì)若干樓層的集中報(bào)警器、輸出信號(hào)或控制自動(dòng)滅火系統(tǒng)進(jìn)行監(jiān)視。集中報(bào)警器可以將收到的信號(hào)以聲光方式顯示出來(lái)，利用本機(jī)專(zhuān)用電話(huà)迅速發(fā)出指示和向消防隊(duì)報(bào)警;也可以控制有關(guān)的滅火系統(tǒng)或?qū)⒒馂?zāi)信號(hào)傳輸給消防控制室。

　　2、煙霧檢測(cè)報(bào)警器的方案設(shè)計(jì)

　　2.1檢測(cè)報(bào)警器的設(shè)計(jì)思路

　　煙霧檢測(cè)報(bào)警器最基本組成部分應(yīng)包括：煙霧信號(hào)采集電路、模數(shù)轉(zhuǎn)換電路、單片機(jī)控制電路。它檢測(cè)環(huán)境中的煙霧濃度，并具有報(bào)警功能的儀器。煙霧信號(hào)采集電路一般由煙霧傳感器和模擬放大電路組成，將煙霧信號(hào)轉(zhuǎn)化為模擬的電信號(hào)。模數(shù)轉(zhuǎn)換電路將從煙霧檢測(cè)電路送出的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成單片機(jī)可識(shí)別的數(shù)字信號(hào)后送入單片機(jī)。單片機(jī)對(duì)該數(shù)字信號(hào)進(jìn)行濾波處理，并對(duì)處理后的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，如果大于則啟動(dòng)報(bào)警電路發(fā)出報(bào)警聲音，反之則為正常狀態(tài)。

　　2.2傳感器的選型與選定

　　傳感器作為煙霧檢測(cè)報(bào)警器的信號(hào)采集部分，是儀表的核心組成部分之一。由此可見(jiàn)，傳感器的選型是非常重要的。煙霧傳感器種類(lèi)繁多，從檢測(cè)原理上可以分為三大類(lèi)： ①用物理化學(xué)性質(zhì)的煙霧傳感器：如接觸燃燒煙霧傳感器、半導(dǎo)體煙霧傳感器等。②利用物理性質(zhì)的煙霧傳感器：如熱導(dǎo)煙霧傳感器、光干涉煙霧傳感器、紅外傳感器等。③利用電化學(xué)性質(zhì)的煙霧傳感器：如電流型煙霧傳感器、電勢(shì)型氣體傳感器等。

　　一個(gè)煙霧傳感器可以是單功能或者多功能的;可以是單一的實(shí)體或者多個(gè)不同功能傳感器組成的陣列。但是，任何一個(gè)完整的煙霧傳感器都必須具備以下條件： 能選擇性地檢測(cè)某種單一煙霧，而對(duì)共存的其它煙霧造成的影響降到最低;對(duì)被測(cè)煙霧具有較高的靈敏度，能有效地檢測(cè)允許范圍內(nèi)的煙霧濃度對(duì)檢測(cè)信號(hào)響應(yīng)速度快，重復(fù)性好、長(zhǎng)期工作穩(wěn)定性好、 使用壽命長(zhǎng)、制造成本低，使用與維護(hù)方便。由于煙霧的種類(lèi)繁多，一種類(lèi)型的煙霧傳感器不可能檢測(cè)所有的氣體，通常只能檢測(cè)某一種或兩種特定性質(zhì)的煙霧。

　　煙霧檢測(cè)報(bào)警器主要應(yīng)用在石油、化工、冶金、油庫(kù)、液化氣站、噴漆作業(yè)等易發(fā)生可燃煙霧泄漏的場(chǎng)所，根據(jù)報(bào)警器檢測(cè)煙霧種類(lèi)的要求，一般選用接觸燃燒式煙霧傳感器和半導(dǎo)體煙霧傳感器。使用接觸燃燒式傳感器，其探頭的阻緩及中毒，是不可避免的問(wèn)題，而半導(dǎo)體煙霧傳感器不會(huì)發(fā)生探頭阻緩及中毒現(xiàn)象，維護(hù)成本較低等。因此，本設(shè)計(jì)采用半導(dǎo)體煙霧傳感器作為報(bào)警器煙霧信息采集部分的核心。

　　2.3煙霧檢測(cè)報(bào)警器的整體設(shè)計(jì)方案

　　2.3.1煙霧檢測(cè)報(bào)警器的工作原理

　　本論文中的煙霧檢測(cè)報(bào)警器以STC12C5410AD單片機(jī)為控制核心，采用MQ-2型電阻式半導(dǎo)體傳感器采集煙霧信息。

　?、侔褌鞲衅魉蛠?lái)的煙霧濃度對(duì)應(yīng)的微小的電壓信號(hào)經(jīng)過(guò)放大，轉(zhuǎn)化成較大的電壓信號(hào)送入STC12C5410AD單片機(jī);

　?、谠赟TC12C5410AD單片機(jī)內(nèi)A/D轉(zhuǎn)換、濃度比較，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行線(xiàn)性化處理，將數(shù)字化電壓信號(hào)轉(zhuǎn)化成為對(duì)應(yīng)的十進(jìn)制濃度值。

　　③將實(shí)際可燃性氣體濃度送入液晶，并判斷濃度值是否超出報(bào)警限。

　　2.3.2檢測(cè)報(bào)警器的結(jié)構(gòu)

　　設(shè)計(jì)的可燃性煙霧報(bào)警儀應(yīng)能在較寬的溫度范圍工作，并且具有顯示可燃煙霧濃度、故障自檢、延時(shí)報(bào)警功能及可接計(jì)算機(jī)進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)遠(yuǎn)測(cè)和控制等功能。報(bào)警器系統(tǒng)結(jié)構(gòu)系統(tǒng)以單片機(jī)為核心，配合外圍電路共同完成各種功能。報(bào)警器采用巡檢的工作方式，進(jìn)行兩級(jí)報(bào)警值設(shè)定，并發(fā)出不同的光、聲信號(hào)。

　　2.3.3煙霧檢測(cè)報(bào)警器的功能

　　自診斷故障報(bào)警功能是指當(dāng)傳感器加熱絲或者電纜線(xiàn)發(fā)生斷線(xiàn)或者接觸不良的情況時(shí)，報(bào)警器發(fā)出警報(bào)，提醒用戶(hù)及時(shí)排除故障。煙霧濃度顯示功能是指通過(guò)液晶屏顯示可燃煙霧的濃度值，并且可以切換到設(shè)置狀態(tài)，通過(guò)鍵盤(pán)設(shè)置或者更改報(bào)警限值，以便于用戶(hù)或檢測(cè)人員隨時(shí)觀測(cè)煙霧濃度及更改報(bào)警限。煙霧報(bào)警功能是指當(dāng)煙霧濃度連續(xù)20秒取值都在報(bào)警限值之上，蜂鳴器開(kāi)始報(bào)警，通過(guò)變化的聲音及燈光引起用戶(hù)的注意。煙霧檢測(cè)報(bào)警器的功能還有止報(bào)警器誤報(bào)功能 、看門(mén)狗自檢單片機(jī)狀態(tài)功能、與上位機(jī)通訊功能 、動(dòng)控制相關(guān)安全裝置的擴(kuò)展功能等。

　　3、檢測(cè)報(bào)警器的硬件設(shè)計(jì)

　　3.1單片機(jī)的選型

　　在報(bào)警儀的設(shè)計(jì)中，單片機(jī)是其核心部件。它一方面要接收來(lái)自傳感器送來(lái)的煙霧濃度對(duì)應(yīng)的模擬信號(hào)和故障檢測(cè)信號(hào)，另一方面要對(duì)兩種信號(hào)分別進(jìn)行處理，控制后續(xù)電路進(jìn)行相應(yīng)動(dòng)作;與此同時(shí)查詢(xún)是否有鍵按下的請(qǐng)求。在單片機(jī)完成這些的工作中，尤其是信號(hào)處理中，比較濃度值后送入顯示的軟件，使檢測(cè)人員能夠較準(zhǔn)確地觀測(cè)到煙霧濃度，并根據(jù)情況做進(jìn)行相應(yīng)處理。

　　3.2煙霧檢測(cè)報(bào)警器硬件電路的設(shè)計(jì)

　　3.2.1信號(hào)采集及前置放大電路

　　傳感器輸出信號(hào)微弱，要經(jīng)過(guò)前置電路對(duì)其進(jìn)行放大、濾波、電平調(diào)整，來(lái)滿(mǎn)足單片機(jī)對(duì)輸入信號(hào)的要求。本系統(tǒng)采用的半導(dǎo)體煙霧傳感器屬于電阻型，因此只需串聯(lián)一個(gè)參考電阻，再經(jīng)過(guò)一個(gè)放大電路即可發(fā)送給ADC采集。由于系統(tǒng)采用的是單極性供電，所以采用同相比例放大電路，可以減少硬件開(kāi)銷(xiāo);反之，如果采用反相放大，則一般需要利用雙極性供電，這就需要系統(tǒng)額外的利用變壓芯片產(chǎn)生一個(gè)負(fù)壓，這顯然會(huì)造成浪費(fèi)。常見(jiàn)的運(yùn)算放大器中，LM324價(jià)格低廉、使用簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)比較突出，所以本設(shè)計(jì)中的前置放大電路采用LM324作為電路的運(yùn)算放大器。

　　3.2.2聲音報(bào)警電路

　　聲音報(bào)警電路的警裝置采用無(wú)源壓電式KM3712x型蜂鳴器，較一般的蜂鳴器體積大，聲音響亮，適用于家用煤氣報(bào)警器的報(bào)警聲音源。當(dāng)單片機(jī)STC12C5410AD的17腳(P3.7)置1時(shí)，三極管Q1導(dǎo)通，蜂鳴器報(bào)警。本報(bào)警器采用單片機(jī)STC12C5410AD的PWM功能，如果煙霧濃度達(dá)到報(bào)警限，單片機(jī)控制P3.7(PWM)口輸出占空比一定的脈沖，報(bào)警時(shí)蜂鳴器會(huì)發(fā)出如警車(chē)警笛的聲音。

　　3.2.3數(shù)碼管顯示電路

　　報(bào)警器濃度顯示采用共陽(yáng)數(shù)碼管。顯示濃度級(jí)別，其主要技術(shù)參數(shù)如下：

　　模塊工作電壓： 2.7～5.5V ，作電流： 80ma,每段10ma，高：11.4mm。境相對(duì)濕度：<85% 視角：6:00 ，作溫度：-10～+50°C 。示方式：反射式正顯示存儲(chǔ)溫度：-20～+60°C，口方式：8線(xiàn)并行接口 。

　　3.2.4狀態(tài)指示燈及控制鍵電路

　　狀態(tài)指示燈及控制鍵電路圖，機(jī)STC12C5410AD的18腳(P1.0)、12腳(P2.4)、13腳(P2.5)，控制輸出的狀態(tài)指示燈。綠燈常亮表示正常狀態(tài)，環(huán)境中可燃煙霧濃度極低。黃燈閃亮表示傳感器加熱絲或者電纜發(fā)生斷線(xiàn)或者接觸不良。紅燈閃亮表示環(huán)境中可燃煙霧濃度超過(guò)報(bào)警限值，報(bào)警器發(fā)出鳴叫，提醒用戶(hù)盡快作相應(yīng)安全措施。

　　4、報(bào)警子程序設(shè)計(jì)與誤差分析

　　當(dāng)煙霧濃度超過(guò)報(bào)警設(shè)定值時(shí)，通道的紅燈閃亮，報(bào)警器發(fā)出警笛似的鳴叫聲，從而保障居民生產(chǎn)、生活安全。為防止誤報(bào)，在程序設(shè)計(jì)上，對(duì)煙霧濃度進(jìn)行快速重復(fù)檢測(cè)和延時(shí)報(bào)警，以區(qū)別出是管道中煙霧的泄漏，還是由于暫短打開(kāi)閥門(mén)產(chǎn)生的可燃煙霧的微量散失，防止誤報(bào)。硬件誤差主要來(lái)自以下四個(gè)方面： 傳感器非線(xiàn)性誤差 、電子元器件參數(shù)的離散性、溫度不穩(wěn)定性造成的誤差、電源造成的誤差、境、外部噪聲引起的誤差。

　　5、結(jié)術(shù)語(yǔ)：

　　火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng),作為火災(zāi)的先期預(yù)報(bào)為火災(zāi)的及時(shí)撲滅和保障人身和財(cái)產(chǎn)安全,起到了不可替代的作用?；馂?zāi)監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)已經(jīng)成為工業(yè)、民宅、企業(yè)消防安全系統(tǒng)的重要部分。作為設(shè)計(jì)人員, 面對(duì)不斷更新的產(chǎn)品，我們需要不斷地協(xié)調(diào)創(chuàng)新和應(yīng)用完善，以便更好的服務(wù)于社會(huì)生產(chǎn)。

　　參考文獻(xiàn)：

　　[1]　孫育才.ATM EL新型AT89S52系列單片機(jī)及其應(yīng)用[M].北京:清華大學(xué)出版社,2005.

　　[2]　萬(wàn)光毅,嚴(yán)義.單片機(jī)實(shí)驗(yàn)與實(shí)踐教程[M].北京:北京航空航天大學(xué)出版社,2004.

　　[3]　張洪潤(rùn),易濤.單片機(jī)應(yīng)用技術(shù)教程(第二版)[M].北京:清華大學(xué)出版社,2003.

　　[4] 陳正義.侯振鵬.智能樓宇設(shè)計(jì).中國(guó)電力出版社,2007年出版

　　[5] 譚炳化.火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警及消防聯(lián)動(dòng)系統(tǒng).機(jī)械工業(yè)出版社, 2007年出版

　　參考文獻(xiàn)

　　[15] 于冶會(huì). 對(duì)調(diào)整儀表用蜂鳴器振動(dòng)規(guī)范的探討. 傳感器世界, 2000(1): 35~38

　　[16] 邵子揚(yáng), 黃保明, 劉海濤. Keil軟件仿真的串口調(diào)試技巧. 單片機(jī)與嵌入式系統(tǒng) 應(yīng)用, 2006(7): 76~78

　　[17] 陳曉莉, 張俊濤. KEIL C51單片機(jī)仿真器的設(shè)計(jì).微計(jì)算機(jī)信息(嵌入式與SOC), 2006,2(2): 19~20

　　[18] 魏東. Keil C51總線(xiàn)外設(shè)操作問(wèn)題的深入分析. 單片機(jī)與嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用, 2006(2): 78~79

　　[22] 曹樂(lè)南, 霍大勇. 單片機(jī)與PC機(jī)串行通信的實(shí)現(xiàn). 中國(guó)科技信息, 2006(11): 192, 203