火灾自动报警系统设计

范裕如，刘天生，陈 成

（中北大学 化工与环境工程学院 安全工程系，山西 太原 030051）

0 引言

随着我国经济建设的发展，现代高层建筑及重要建筑的防火问题引起了社会各界的高度重视，对消防报警系统提出了更高更严的要求。为了早期发现和通报火灾，防止和减少火灾危害，保护人身和财产安全，在现代化的工业民用建筑、宾馆、图书馆、科研和商业部门，火灾自动报警系统已成为必不可少的设施。电气工程设计、安装和使用是否正确不仅直接影响到建筑的消防安全，而且也直接关系到各种消防设施能否真正发挥作用。

1 设计思想和基本思路

根据要实现的探测、处理和报警功能，火灾自动报警系统设计大致分为信号采集放大、信号处理控制和系统设置报警3个部分。

（1）信号采集部分即通过气体传感器检测室内气体浓度，将这种变化量转化成电压模拟量的变化，然后通过运放进行必要的放大，并将处理过的信号送存储器保存和显示器显示。

（2）信号处理部分是将采集到的模拟信号转换成数字信号，送入控制器进行处理。

（3）系统设置报警部分是通过预定的控制方式，利用蜂鸣器报警实现系统的准确操作。

2 系统模块设计

2.1 气体浓度检测模块

室内故障监测报警系统采用4 路巡回检测的方法，采用QM－N5型气体传感器检测房间气体浓度，检测结果送入模／数芯片ADC0809中进行模数转换。

选用的气体传感器解决了在较高温度下才能达到良好敏感度和选择性差的问题，并将气体传感器与保护系统联动，使保护系统在气体达到爆炸极限前动作，将事故损失控制在最低。同时，气体传感器的小型化和较低的价格，使之进入家庭成为可能。

2.2 主控模块

系统采用AT89S51 单片机，其主要功能是与ADC0809芯片共同接收检测信号，并通过对数字信号的处理来控制外围电路及显示电路。采集信号经过ADC0809处理后送单片机进行数据处理，处理后的信息将通过单片机控制，在LCD 显示器上显示出来，并且送存储器。其中，通过复位、程序执行、单步执行、掉电和节电的校验方式来对信号进行处理分析。

2.3 设置报警模块

该模块主要由键盘和报警器组成，气体浓度经过键盘设置后送单片机记录，当采集到的气体浓度超过安全值时，单片机驱动蜂鸣器工作，提供报警服务。

3 硬件电路设计与分析

3.1 信号采集放大电路

使用LM358运算放大器，采用两级放大方式，第一级为比例放大，第二级为反相放大。

根据QM－N5 传感器的阻值范围为0kΩ ～2 000kΩ，以及它加热到正常工作状态时在纯净空气中的阻值为20kΩ，为了充分体现采集信号的精度，本设计选用了Rn＝20kΩ 的电阻作为比例电阻，并使用了2kΩ 的输出电阻使传感器以电压的形式输出。但是由于输出电压Uo为负，因此必须要经过一个反相运算放大过程使它变成正的，然后才可以送入ADC0809进行模数转换。

信号采集放大电路如图1所示。

图1 信号采集放大电路

3.2 A／D 转换电路

由于AT89S51内部没有A／D 转换，因此采用芯片ADC0809进行模数转换，再通过单片机用软件进行输出。

从采用P2.7 和WR 控制芯片转换开始，使用INT0中断调用P1口传输数据，P2.7和RD 控制单片机读取数据。ADDC 接地，P2.5 和P2.6 分别控 制ADDB和ADDA 选择通道IN0～IN3。A／D 转换电路如图2所示。

3.3 存储器电路

本设计采用EEPROM 存储器，EEPROM 即电可擦除可编程只读存储器，其突出优点是能在线擦除和改写。它既具有ROM 的非易失性的优点，又能像RAM 一样随机读写。在单片机系统中EEPROM 既可以扩展为片外ROM，又可以扩展为片外RAM；在调试程序中用EEPROM 代替仿真RAM 既能方便地修改程序，又能保存调好的程序。

图2 A／D 转换电路

3.4 显示器电路

LCD1602的数据口与单片机通过P1 口连接，使能端E、RW 和RS分别与P3.5、P3.6和P3.7连接，VO 通过接一个10kΩ 的电位器来控制液晶屏幕的亮度。电路使用5V 电源供电。

3.5 报警器电路

报警器在采集到的浓度信号大于系统设定值时，由P3.4口发出一个高电平信号，持续时间为无限长，直到单片机撤消高电平信号为止，其撤消信号由键盘Delete键发出。详细工作过程为：单片机从P3.4口发出高电平信号，高电平使三极管8550导通，点亮红色发光二极管，并触动蜂鸣器发出报警声音。

4 软件设计

本设计使用C 语言编写程序，以此来控制定时、计时中断和输出等。

软件部分用来配合硬件电路，控制后面电路的响应，以实现设计预定功能。其功能主要由两部分组成：一部分是对传感器接收到的信号进行处理；另一部分是实行中断处理，控制设置报警模块。两部分信号的处理都采用查询方式。本系统采用4路巡回检测，轮换选择4个传感器工作，并且在显示器上轮流显示工作传感器所检测到的浓度值。当检测到的浓度小于设定值时，等待定时器中断；否则执行中断程序进行报警处理，显示浓度。

5 结束语

火灾自动报警系统采用单片机，对火灾发生前、后的变量进行检测对比，设定阀值从而达到自动报警的目的。在此系统的基础上，可以进行多变量检测以提高报警的准确性，也可以串联灭火系统达到自动灭火的作用，另外还可以与计算机协同监控，从而加强对火灾的控制。如今高层建筑越来越多，而我们的高层灭火体系还不够完善，火灾自动报警灭火系统还有很大的发展空间。

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