中式和分布式，分 散式系统由非智能型控制器若干智能型探测节点组成，由探测节点完成火灾状态的判断 集中式系统由智能型控制器和若干非智能探测节点构成，探测节点仅将火灾参量传送给 控制器，由控制器智能地判断火灾状态分布式系统的控制器和探测节点均为智能型， 也是今后火灾自动报警系统的发展方向。 本文内容的结构安排 基于社会和经济方面的需求，本课题旨在开发个能够对监测点实时监控报警的 智能火灾报警系统。智能型火灾报警系统是个集信号检测传输处理报警于体 的系统。随着经济和城市建设的快速发展，城市高层地下建筑以及大型综合性建筑日 益增多，火灾隐患也大大增加，火灾的数量及其造成的损失呈逐年上升趋势，市场上迫 切需要种容量大可靠性高使用简单的智能型火灾报警控制系统。该火灾报警系统 是以单片机作为控制中心，接受处理火灾探测器输出的烟雾浓度信号温 度信号，并进行声光报警。 本文的结构安排如下 第章绪论。主要介绍课题的研究背景和意义，介绍了火灾报警系统的发展状况。 此外，介绍了论文的主要内容及章节安排。 第章介绍了火灾探测原理，给出火灾自动报警系统的总体设计构架，分别给出 硬件和软件的整体构架，并给出系统设计中的主要器件的选型。精品文档世界上，成功的有两种人，种人是傻子，种人是疯子。傻子是会吃亏的人，疯子是会行动的人, 第章火灾自动报警系统硬件设计，详细介绍了传感器信号调理电路单片机处 理电路及声光报警电路，并给出相应的设计原理图。 第章火灾自动报警系统监控程序设计，介绍数据采集子程序火灾判断与报警 子程序等。 第章对本文工作进行总结，并对火灾报警器的发展前景进行展望。精品文档世界上，成功的有两种人，种人是傻子，种人是疯子。傻子是会吃亏的人，疯子是会行动的人, 火灾报警系统整体方案设计 火灾产生原理及过程 火灾是种失去人为控制的由燃烧造成的灾害，产生火灾的基本要素是可燃物助 燃物和点火源。可燃物以气态液态和固态三种形态存在，助燃物通常是空气中的氧气。 根据可燃气体与空气混合方式不同有两种燃烧方式，如果在燃烧前，可燃气就与空气均 匀混和，则称之为预混燃烧如果可燃气体和空气分别进入燃烧区边混合边燃烧，则称 之为扩散燃烧。液体和固体是凝聚态物质，难与空气均匀混合，它们燃烧的基本过程是 当从外部获取定的能量时，液体或固体先蒸发成蒸汽或分解出可燃气体如 等的分子团灰烬和未燃烧的物质颗粒悬浮在空气中，称之为气溶胶。般气溶胶的 分子较小直径。在产生气溶胶的同时，产生分子较大直径的液 体或固体微粒，称为烟雾。可燃气体与空气混合，在较强火源作用下产生预混燃烧。着 火后，燃烧产生的热量使液体或固体的表面继续放出可燃气体，并形成扩散燃烧。同时， 发出含有红紫外线的火焰，散发出大量的热量。这些热量通过可燃物的直接燃烧 热传导热辐射和热对流，使火从起火部位向周围蔓延，导致了火势的扩大，形成火灾。 其中的气溶胶烟雾火焰和热量都称为火灾参量，通过对这些参量的测定便可确定是 否存在火灾。 根据火灾发生时产生现象的不同，可以将火灾分为慢速阴燃明火和快速发展火焰 等。阴燃就是在疏松或颗粒介质中形成的缓慢进行的热解和氧化反应，它能长时间自行 维持并传播，当条件发生变化时，或者自行熄灭，或者转化为明火。明火则是火灾发生 时燃烧火焰产生的热量使液体或固体的表面放出可燃气体，并形成扩散燃烧，同时发出 含有红紫外线的火焰。快速发展火焰则是火灾扩散的速度特别快，这种类型的火灾 般为空气中混有大量可燃气体。通过大量的研究表明阴燃是诱发火灾的重要原因。 总的来说，普通可燃物在燃烧时表现为以下形式首先是产生燃烧气体，然后是烟 雾，在氧气充足的条件下才能达到全部燃烧，产生火焰，发出可见光和不可见光，并散 发出大量的热，使环境温度升高。起火过程中，起初和阴燃两个阶段所占的时间比较长， 虽然产生大量的烟雾，但是环境温度不太高，若探测器就应该从此阶段开始进行探测， 就可以火灾损失控制在最小限度。火焰燃烧后，迅速蔓延，产生大量的热使得环境温度精品文档世界上，成功的有两种人，种人是傻子，种人是疯子。傻子是会吃亏的人，疯子是会行动的人, 升高，如果能将这时能够探测到有效地温度值，就可以比较及时地控制火灾。起火过程 曲线如图所示。 图起火过程曲线 系统总体方案设计 系统硬件总体构架 报警系统主要由数据采集模块单片机控制模块声光报警模块组成。图为火 灾报警系统的结构框图。 图系统结构框图 单片机是整个报警系统的核心，系统的工作原理是先通过传感器包括温感和烟 感将现场温度烟雾灵敏度的几个特定温度值时的输出电压如表所示典型值。 图的输出特性 表为，为时的输出电压值 被测温度 续表为，为时的输出电压值精品文档世界上，成功的有两种人，种人是傻子，种人是疯子。傻子是会吃亏的人，疯子是会行动的人, 被测温度 按表的数据计算出的灵敏度值与表给出的典型灵敏度有些差值。例如， 在时，时的输出电压为，时的输出电压为，则其平 均灵敏度为时的输出电压为，时的输出电压为， 则其平均灵敏度为。表中时，灵敏度为。 单片机及转换芯片的选择 本设计的控制芯片使用的是公司生产的，是种带 字节闪烁可编程可擦除只读存储器和字节的随机存取数据存储器 的低电压，高性能位微处理器，俗称单片机。是个低功耗 高性能单片机，片内置通用位中央处理器和存储单元，可灵活应用于 各种控制领域。个引脚，个外部双向输入输出端口，同时内含个外中 断口，个位可编程定时计数器,个全双工串行通信口。的引脚图如图 所示。芯片可以按照常规方法进行编程，也可以在线编程，其将通用的微处理器和 存储器结合在起，特别是可反复擦写的存储器可有效地降低开发成本。 图芯片的引脚图 转换电路采用了常用的位通道数模转换专用芯片，由路模拟 开头地址锁存与译码器位转换器和三态输出锁存缓冲器组成，芯片引脚图如图精品文档世界上，成功的有两种人，种人是傻子，种人是疯子。傻子是会吃亏的人，疯子是会行动的人, 所示。 图芯片的引脚图 的主要性能指标为 分辨率为位。 最大不可调误差为。 单电源供电，基准电压由外部提供，典型值为，此时允许输入模拟电 压为。 具有锁存控制的路模拟选通开关。 可锁存三态输出，输出电平与电平兼容。 转换速度取于决芯片的时钟频率。当时钟频率时，转换时间为。 精品文档世界上，成功的有两种人，种人是傻子，种人是疯子。傻子是会吃亏的人，疯子是会行动的人, 火灾自动报警系统硬件设计 前端信号调理电路 由于传感器输出的模拟信号比较微弱，且含有干扰信号，所以系统需要将信号进行 放大和滤波。温度传感器使用的是高精度模拟输出温度传感器，该传 感器的末级为推挽输出，输出电压与感测的温度成反比，即温度越高输出电压越低可 提供个不同增益让用户自行选择，其中包括 及。本设计温度传感器灵敏度选择，所以的和 端口都接地，温度信号调理电路如图所示。烟雾传感器输出电压较大，能达到几伏， 不需要放大烟雾信号，只需要将信号滤波处理，烟雾信号调理电路如图所示。由于 温度烟雾信号调理电路运放接直流电源，电路中有直流，所以在电路中设计 了起隔直通交的电容。系统采用固定门限检测法判断火灾是否发生，温 度阈值设定为，烟雾浓度阈值设定为每英尺。 图温度信号调理电路 电路设计中要求高输入低输出，故放大电路滤波电路的前置电阻的阻值 设为。由于运放的输入级是差动放大电路，要求两端输入回路参数对称， 即，，故，。依据运算放大器虚短虚 断特性，有。电压放大倍数为精品文档世界上，成功的有两种人，种人是傻子，种人是疯子。傻子是会吃亏的人，疯子是会行动的人, ， 图烟雾信号调理电路 滤波电路能使有用频率信号通过，同时抑制无用频率成分，滤除或衰减无用频率信 号到足够小。阶滤波电路过渡带较宽，幅频特性的最大衰减频率仅为十倍频。 为使滤波器的滤波特性接近理想特性，即在通频带内特性曲线更平缓在同频带外特性曲 线衰减更陡峭，只有增加网络的级数，系统使用二阶滤波器电路。由于在火灾发生早 期，温度烟雾信号是种缓变信号，故系统使用二阶有源低通滤波器电路 ，。将串联的两节低通网络直接与反向电压跟随器电路相连，可构成烟 雾温度调理电路中的简单二阶低通滤波器电路。二阶低通滤波电路中 ，。 电路电压放大倍数为   用取代，且令  ，，得出电压放大倍数为   由于为信号频率二次幂的函数式，故为二阶。设带通截止频率为，则当精品文档世界上，成功的有两种人，种人是傻子，种人是疯子。傻子是会吃亏的人，疯子是会行动的人, 时，上式的分母的模应等于，可解出二阶的上限截止频率为 ， 二阶低通滤波电路的衰减斜率可达十倍频，但是有由于远离，即在 处，信号的放大倍数已急剧下降，所以该滤波电路以降低滤波器通频带为代价来 获得滤波器衰减斜率。 晶振电路与复位电路 晶振电路 晶振电路为单片机工作提供时钟信号，芯片中有个用于构成内部振荡器 的高增益反相放大器，引脚和分别是该放大器的输入端和输出端。这个放 大器与作为反馈元件的片外石英晶体或陶瓷谐振荡器起构成自激振荡器。电路中的外 接石英晶体及电容接在放大器的反馈回路中构成并联振荡电路，系统的晶振电 路如图所示。由于外接电容的容量大小会轻微影响振荡频率的高低振荡 器工作的稳定性起振的难易程度及温度稳定性，如果使用石英晶体，电容的容量大小 范围为如果使用陶瓷谐振，则电容容量大小为。本设计中 使用石英晶体，电容的容值设定为。 复位电路 复位电路的基本功能是系统上电时提供复位信号，直至系统电源稳定后，撤销复 位信号。为可靠起见，电源稳定后还要经定的延时才撤销复位信号，以防电源开关或 电源插头分合过程中引起的抖动而影响复位。单片机在启动时都需要复位，以使及 系统各部件处于确定的初始状态，并从初态开始工作。的复位信号是从 引脚输入到芯片内的施密特触发器中的。当系统处于正常工作状态时，且振荡器稳定后， 如果引脚上有个高电平并维持个机器周期个振荡周期以上，则就可 以响应并将系统复位。单片机系统的复位方式有手动按钮复位和上电复位，本设计采 用的是手动