摘 要： 分析了溫度傳感器中溫升式溫度傳感方式和溫差溫度傳感方式的特點和區(qū)別，利用離子式煙霧報警專用芯片A5348設計了一種不需要轉換開關就可以自動選擇這兩種傳感方式的溫度報警器，給出了設計原理圖以及安裝調試的方法。該報警器對于突發(fā)的火情和隱蔽火情均可正常工作，使用方便。
關鍵詞： 溫度傳感方式；報警；火災；A5348
火災報警器由原來的業(yè)余制作發(fā)展到現(xiàn)在的專業(yè)生產的工業(yè)產品，說明其重要性越來越受到重視。很多國家都為火災報警器制定了相關標準，如美國的UL標準以及BSI、VDS、DVN、SSL等標準，而且有些國家還專門生產火災報警器的專用IC。在眾多的火災報警器中最為常見的有煙感離子火災報警器、紅外線火災報警器及溫度火災報警器等[1]。
溫度報警器中有兩種溫度傳感方式，一種是溫升式溫度傳感方式，另一種是溫差溫度傳感方式。按UL標準（美國電器工會標準），溫升式溫度傳感方式的火災報警器是指當環(huán)境溫度以每分鐘0.5℃的速度上升至60℃~ 85℃時報警器應該及時報警；而溫差式溫度火災報警器指當環(huán)境溫度在一分鐘內上升到比原來的環(huán)境溫度相差22℃時，也就是指當出現(xiàn)警情時溫度突然上升應及時報警[2]。
一般工廠生產的溫度傳感火災報警器分為溫差式和溫升式兩種，也有的工廠將這兩種方式綜合在一起，利用一個轉換開關來進行傳感方式的選擇使用，這種方式雖然綜合了兩種溫度傳感方式，但實際上只要選中一種方式，而另一種方式根本沒有起到任何作用，并且給使用者帶來一些不便。本文介紹了一種火災溫度報警器，可以不用轉換開關自動選擇兩種傳感方式[3]。
1 火災溫度報警器工作原理及A5348介紹
該報警器的原理圖如圖1所示。A5348是一種離子式火災報警器使用的專用集成芯片，它是一種CMOS電路結構的高內阻的芯片。其他離子式火災報警器的芯片只要按照本原理圖的工作原理進行安裝就可以正常工作，如A5368、M14467。圖2是A5348各腳的功能圖和內部結構圖。
圖1中，A5348的6腳為電源輸入端，電源使用范圍為6 V~12 V；9腳為電源負極接地，供電電壓選擇DC 9 V，一般使用普通的疊層電池；D1是為了防止電池裝反時燒毀芯片而設置的。本電路待機電流極小，一般在幾微安以內，用一塊普通疊層電池在不報警的情況下可以待機使用10個月到一年左右。A5348內設有低電壓提示功能，當電池電壓低到內部設置值時，每隔40 s音頻電路會隨著D2的閃爍發(fā)出“嘟”的一聲提示，說明電池電量已不足。2腳是一個輸入（IN）/輸出（OUT）接口，它既有輸出功能又有輸入功能。輸入/輸出口主要是用來作為并機使用的端口，據(jù)有關資料介紹，一臺報警器可以并聯(lián)約125臺同類報警器，在這些并聯(lián)報警器中只要有任何一臺接收到警情（有火災發(fā)生），其他報警器將在2 s內同時發(fā)出報警聲。主叫機在報警時LED－R D2隨報警聲閃爍，而被動機只有報警聲LED燈不閃爍。5腳是工作狀態(tài)顯示，待機時每40 s閃爍一下，報警時隨著警聲閃爍。
由圖2中可以看出，A5348內是一個比較器1，比較器1的反相輸入端與電路內部由D1和電源組成的基準電壓相連作為比較器的標準電壓，同相端與電路內部由電源、R1、R2、R3及Q1組成的分壓電路連接。Q1每40 s導通一次，當電源電壓低于反相輸入端的標準閾值電壓時，比較器1翻轉，翻轉信號送到邏輯處理電路中，由邏輯處理電路每40 s觸發(fā)一次音頻電路，使音頻電路發(fā)出一聲報警聲。IC內部設置的下限電壓為7.1 V，當電源電壓下降到7.1 V時，電路提示用戶更換電池。3腳是低電壓提示外設置端，將3腳對地接一個電阻可以改變提示電壓的設置。電源電壓為9 V時，可使用內部設置值，本電路中該腳不用。10、11腳是報警音頻輸出，從圖2中可以看出，8、10、11腳內部是一個振蕩器，外圍元件是該振蕩器時基元件，8腳是反饋端。12腳是A5348時序振蕩電路的頻率選擇端，改變12腳的電容C3可以改變時序振蕩頻率。7腳是頻率校準電路。1、4腳為低靈敏度延時設置端，本電路懸空不用。15腳是檢測信號輸入端，低電壓有效。14、16腳為保護電路。13腳是靈敏度選擇，改變其輸入電壓，可使本機的靈敏度上升或者下降。
圖1中由R6、RT2、RT1、R5及R8組成溫度傳感電路，其中A點電壓通過R8送到A5348的15腳，與其內部的比較器2的反相輸入端連接。本電路A點的電壓設定在1/2電源電壓上，比電路內部設定的閾值電壓高出約1.5 V，因此，內部比較器2輸出低電平。RT1和RT2是負阻性熱敏電阻，在環(huán)境溫度為25℃的情況下用萬用表測得其阻值均在1.5 M?贅內。R9和SW1按鈕開關組成檢測電路。按下按鈕開關使A點電壓下降，15腳的電壓也隨之下降，報警器可發(fā)出報警聲。LM358運算放大器組成電壓比較器，比較器的同相輸入端與電路中B點相連；反相輸入端與R10、VR1和R11組成的基準電壓連接，其電壓的設置高于反相輸入端約1.2 V。輸出端通過二極管D3與電阻R7連接送到A5348的13腳，進入其內部比較器2的同相輸入端。R7的另一端接地，電阻R7在電路中起到靈敏度調整作用，調整電阻R7阻值的大小可以改變電路的靈敏度。13腳同時也可以與電源6腳并接一個電阻，配合R7的調整也能更精確地調整該報警器的靈敏度。
在使用中，如遇到突發(fā)的火情使環(huán)境溫度陡然升高，由于熱敏電阻RT1的敏感部位暴露在機殼外面，它將首先感受到環(huán)境溫度的變化，而RT2裝在機殼內，它不能感受到突然上升的溫度。當RT1受到環(huán)境溫度的影響使其內阻突然下降，RT1阻值的減小導致A點的電壓下降，下降的電壓經R8送到A5348的15腳進入A5348內部比較器2反相輸入端，使比較器2反相輸入端的電壓也突然下降，下降的電壓值低于閾值電壓時比較器2立即翻轉為高電平，高電平信號送到邏輯處理電路中由邏輯處理電路觸發(fā)音頻振蕩電路使報警器發(fā)出報警聲，同時A5348的5腳輸出矩形波，使LED D2隨報警聲閃爍。
當A點電壓下降時，B點的電壓也同時跟著下降，但由于LM358的同相輸入端電壓在待機狀態(tài)下比反相輸入端的閾值電壓低，因此B點電壓的下降對LM358沒有影響，所以LM358在“環(huán)境溫度突然上升”這種警情下仍處于待機狀態(tài)[5]。
另外一種是隱蔽火情。這種火情比較隱蔽，著火點由小變大，因此在這種情況下環(huán)境溫度是逐漸升高。所以，以上報警方式不適合在這種情況下使用。由于緩慢升高的溫度會使機殼內的RT2和機殼外的RT1同時感受到溫度的變化，RT2和RT1的阻值也是同時降低的，因此A點的電壓基本不變。但是B點電壓且隨著RT2及RT1阻值的減小而逐漸升高，環(huán)境溫度越高，則B點的電壓就越高。由于B點直接接在比較器LM358的同相輸入端，當環(huán)境溫度上升到一定值時，B點電壓超過LM358的反相輸入的閾值電壓時比較器翻轉，輸出端輸出高電平。比較器輸出的高電平經二極管D3送到A5348的13腳，即A5348內部比較器2的同相輸入端，使比較器2的同相輸入端電壓上升，改變了預設的閾值電壓，上升電壓值超過反相輸入端的電壓時，比較器2翻轉，電路報警。
當電路出現(xiàn)報警時，在供電電壓為9 V的情況下，2 s內A5348的2腳輸出一個8.5 V的電壓。將這個電壓送到同一個類形的其他報警器，或者與A5348型號相同的其他類形的報警器（如離子煙感火災報警器）的I/O接口上，這些并聯(lián)在一起的報警器會同時發(fā)出報警聲。發(fā)聲器件選用帶反饋的三端輸入蜂鳴器。RT1、RT2選用一種小形玻璃管封裝的熱敏電阻，型號為RSTA1388K，其大小與1/2W的穩(wěn)壓管差不多。如購買不到此種熱敏電阻，也可用其他型號的熱敏電阻代替，但常溫阻值必須選在300 kΩ~500 kΩ內，兩只電阻的阻值盡量一致，偏差不要大于5 kΩ[6]。
2 電路的安裝與調試
將PCB板做好后，把元器件貼板裝到PCB板上。RT2應與其他元件一樣貼板安裝；RT1的元件腳不要剪斷高高地焊在PCB板上，要將RT1的敏感部露在機殼外面。PCB板焊接完后需要對電路進行調試，調試時應在25℃的環(huán)境溫度下進行，將RT1、RT2用兩個阻值盡量接近的1.5 MΩ的電阻代替。用一段導線將IC的12腳對地短路，讓主機的時序振蕩電路停止工作，用萬用表觀察IC的16腳或者14腳與13腳的電壓，調整13腳上的電阻R7，使萬用表反映的電壓數(shù)為1.2 V左右，這個電壓值越小靈敏度就越高。調試完后斷開12腳的短路線。這項指示調好后將替代電阻從PCB板上卸下來，將RT1和RT2裝到PCB板上，放在一個大小適當?shù)暮兄?，用電吹風向盒子中吹熱風，使盒子中的溫度在60℃~80℃內，慢慢調整VR1直至報警器剛出現(xiàn)報警。同時，檢測按鈕開關的按鈕必須露在機殼外，以便于檢測；按下按鈕時應該發(fā)出報警聲，表示報警器工作正常[7]。
參考文獻
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