摘  要： 介紹了關(guān)于智能火警系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)，主要用于易燃點(diǎn)的火災(zāi)探測(cè)。該系統(tǒng)以單片機(jī)為核心，采用煙霧傳感器和溫度傳感器作為探測(cè)器件，可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)火警檢測(cè)。系統(tǒng)運(yùn)用高壓氮?dú)庾鳛闇缁饎?jīng)濟(jì)、環(huán)保，符合對(duì)環(huán)境保護(hù)需求。
關(guān)鍵詞： 單片機(jī)；傳感器；火災(zāi)探測(cè)；A/D轉(zhuǎn)換

　火的引入推動(dòng)了人類社會(huì)和文明的發(fā)展，但其失去控制以后所引起的火災(zāi)，威脅人類生命和財(cái)產(chǎn)的安全，破壞人類賴以生存的自然生態(tài)環(huán)境。為了防止火災(zāi)和減少火災(zāi)發(fā)生造成的損失，迫切需要研制一個(gè)具有智能火災(zāi)探測(cè)和自動(dòng)滅火功能的控制系統(tǒng)。
　與現(xiàn)有的火警系統(tǒng)相比，本文設(shè)計(jì)的系統(tǒng)具有以下特點(diǎn)：（1）溫度和煙霧的共同探測(cè)功能可以減少遺漏和誤報(bào)率；（2）通過(guò)人機(jī)交互系統(tǒng)可以更方便地監(jiān)控易燃點(diǎn)；（3）系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)多點(diǎn)數(shù)據(jù)采集，擴(kuò)大預(yù)警范圍；（4）使用高壓氮?dú)鉁缁鸩粫?huì)破壞環(huán)境。
1 系統(tǒng)工作原理
1.1 火災(zāi)探測(cè)參數(shù)
　該系統(tǒng)選擇煙霧和溫度作為火災(zāi)探測(cè)的兩個(gè)重要參數(shù)，因此，需要運(yùn)用溫度和煙霧探測(cè)器來(lái)組成復(fù)合火警系統(tǒng)。復(fù)合探測(cè)抗干擾能力比較好，不會(huì)因?yàn)橐恍┓腔馂?zāi)信號(hào)的影響而產(chǎn)生誤警，這些信號(hào)有灰塵、水、氣體以及吸煙噴出的煙霧等。
1.2 系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)
　圖1所示為具有自動(dòng)警報(bào)和滅火功能的單片機(jī)系統(tǒng)原理圖。系統(tǒng)劃分為信號(hào)采集模塊和信號(hào)處理模塊兩個(gè)模塊。

1.2.1 信號(hào)采集模塊
　信號(hào)采集模塊由煙霧探測(cè)器和溫度探測(cè)器組成。煙霧探測(cè)器主要由紅外發(fā)光二極管和光電晶體管構(gòu)成。光源是一個(gè)紅外發(fā)光二極管，通過(guò)振蕩電路產(chǎn)生高頻紅外射線。光電晶體管安裝在能夠接收光源紅外線的范圍內(nèi)。當(dāng)有火情發(fā)生時(shí)，大量高濃度的煙霧進(jìn)入煙霧探測(cè)器，減弱光電晶體管接收的紅外線強(qiáng)度，晶體管對(duì)應(yīng)的電阻值逐漸加大，當(dāng)增大到一定程度時(shí)，晶體管開(kāi)始導(dǎo)通，從而使得輸出電壓V1大幅減小。
溫度探測(cè)器采用具有正溫度系數(shù)熱敏電阻。當(dāng)有火情發(fā)生時(shí)，溫度探測(cè)器輸出的電壓V2隨室內(nèi)溫度緩慢增大。
1.2.2 信號(hào)處理模塊
　信號(hào)處理部分分為A/D轉(zhuǎn)換器和CPU 8051控制器兩個(gè)功能模塊，如圖2所示。

　JAD4為TLC549的控制引腳CLK（時(shí)鐘口）、DO（輸出口）、CS（片選口）的直插接口，用跳線與CPU的控制口相連配合程序即可對(duì)輸入的信號(hào)進(jìn)行數(shù)模轉(zhuǎn)換。為了實(shí)現(xiàn)對(duì)多路模擬信號(hào)進(jìn)行數(shù)模轉(zhuǎn)換，通過(guò)JAD3將TLC549的輸入端與8選1雙向模擬開(kāi)關(guān)CH4051相連，JAD2為CH4051的選通引腳A、B、C的直插接口，用跳線與CPU控制引腳相連，通過(guò)程序分時(shí)選通即可實(shí)現(xiàn)8路模擬信號(hào)的輸入切換。JAD1為8路模擬輸入端，RAD1用于設(shè)置A/D轉(zhuǎn)換參考電壓值。
2.2 鍵盤接口電路設(shè)計(jì)
　鍵盤接口電路的設(shè)計(jì)過(guò)程中，按鍵數(shù)目、功能以及接線是根據(jù)數(shù)字輸入和控制功能需求設(shè)計(jì)。鍵盤上有16個(gè)4×4排列的按鍵，4×4行列式鍵盤電路工作原理為：按鍵設(shè)置在行、列線交點(diǎn)上，行、列線分別連接到按鍵開(kāi)關(guān)的兩端。行線通過(guò)上拉電阻接到+5 V上。無(wú)按鍵按下時(shí)，行線均處于高電平，而當(dāng)有按鍵按下時(shí)，行線電平將由此行上的相連的列線決定，這一點(diǎn)是識(shí)別行列式鍵盤的關(guān)鍵。鍵盤電路原理圖如圖4所示。

3 軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)
　系統(tǒng)首先需要將環(huán)境探測(cè)得到的溫度和煙霧信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)。如果所得數(shù)值大于設(shè)定值，聲光警報(bào)開(kāi)始工作。同時(shí)，高壓氮控制閥開(kāi)始滅火。圖6是軟件系統(tǒng)流程圖。

　火災(zāi)發(fā)生是復(fù)雜的現(xiàn)象并有多種特征表現(xiàn)。要準(zhǔn)確探測(cè)火災(zāi)，發(fā)生初期如果只通過(guò)進(jìn)行單個(gè)參數(shù)的測(cè)量是比較困難的。本文描述的火災(zāi)探測(cè)系統(tǒng)綜合運(yùn)用溫度和煙霧探測(cè)器，能準(zhǔn)確反映火情的真實(shí)特點(diǎn)。該系統(tǒng)擴(kuò)展之后，可監(jiān)測(cè)多種參數(shù)，包括煙霧、溫度、光和其他相關(guān)參數(shù)，用于提前預(yù)測(cè)并及時(shí)發(fā)生警報(bào)。本系統(tǒng)運(yùn)用單片機(jī)的控制實(shí)現(xiàn)智能化探測(cè)，很大程度上滿足人們對(duì)火災(zāi)探測(cè)安全的需要，可以廣泛用于公司與工廠，具有一定的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益。
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