基于单片机控制的光电式烟雾感应报警器的设计

饶光洋,薛金水,卢宇帅（广东工程职业技术学院，广东广州，510520）

基于单片机控制的光电式烟雾感应报警器的设计

饶光洋,薛金水,卢宇帅
（广东工程职业技术学院，广东广州，510520）

目前国内多侧重于大型场所的大型火灾报警系统的研发，而在居民住宅区等小型防火单位，却需要安装廉价实用的烟雾自动报警装置，因此，我们就有必要设计开发出一种结构简单、价格低廉的数字联网烟雾报警器，以适应市场的需求。本文通过烟雾感应电路，配合单片机控制电路，设计合理的报警系统，简单易用，使单片机在烟雾报警系统中得到充分的应用。

报警系统；烟雾感应；感应电路

1 光电式火灾探测器基本原理

光电式感烟探测器由光源、光电元件和电子开关组成。利用光散射原理对火灾初期产生的烟雾进行探测，并及时发出报警信号。按照光源不同，可分为一般光电式、激光光电式、紫外光光电式和红外光光电式等4种。由于激光光电式、紫外光光电式和红外光光电式的成本相对高，都不值得采用，下面就一般光电式感烟探测器根据其结构特点进行分析，一般光电式可分为遮光型和散射型两种。

1.1 遮光型光电烟感探测方式：由一个光源（灯泡或发光二极管）和一个光电元件对应装在小暗室内构成。在无烟情况下，光源发出的光通过透镜聚成光束，照射到光电元件上，并将其转换成电信号，使整个电路维持在正常状态，不发出报警。当火灾发生有烟雾进入探测器，使光的传播特性改变，光强明显减弱，电路正常状态被破坏，则发出报警信号。

1.2 散射光电式烟感探测方式：发光二极管和光电元件设置的位置不是对应的。光电元件设置在多孔的小暗室里。无烟雾时，光不能射到光电元件上，电路维持正常状态。而发生火灾时，有烟雾进入探测器，光通过烟雾粒子的反射或散射到达光电元件上，则光信号转换成电信号，经放大电路放大后，由单片机检查到该信号，驱动自动报警装置发出报警信号。由于遮光型光电烟感探测方式需要有光学组件结构比较复杂成本也就高了，本设计采用的是这种散射光电式烟感探测方式，以下简称烟感。

2 报警系统整体设计方案

在居民住宅区等小型防火单位中一般都是采用如图1所示的简单的烟雾感应报警系统。

图1 烟雾感应报警系统

图1中的烟感部分为本文设计的部分，可由多个烟感和一个检测主机够成报警系统。每一个烟感和主机是采用开关信号的方式检测报警信号，如果①号烟感发生了火警，那么①号烟感就会输出开关信号，检测主机通过IO口的查询方式就知道了哪个地方出现了火警。

2.1 功能分析

根据上述烟雾感应报警系统的需求，烟感主要实现如下的功能：

2.1.1 报警模式选择功能

该烟感可以通过硬件跳线方法选择报警模式，主要有触发长报模式和自动报警模式两种触发长报模式：是当有火警方式时，报警器一直是输出开关信号给检测主机，需要人为的干预才可以解除警报。

自动报警模式：是当有火警方式时，报警器输出开关信号给检测主机，当烟雾散去时候报警自动器关断给检测主机的开关信号，此时也就不报警了。

2.1.2 输出开关信号方式选择

报警系统的检测主机可接收的开关信号有两种，一种是常开的信号，另一种是常闭的信号。设置烟感报警器为常开的开关信号：在没有烟雾时，开关是处于断开的状态，当检测到有烟雾时，开关闭合这样报警主机就检测到了报警信号。而常闭的信号与常开信号是刚刚相反的。

2.2 确立设计方案

本着以节约成本为目的，本项目采用的是台湾松翰2501B的一次性烧写的单片机芯片，该芯片每片的价格约为0.6元，加上其他的外围元器件和PCB板成本价格可以控制在8～10元，这是一种经济可行的方案。

3 硬件设计

3.1 宽电压电源设计

本设计中采用的是一种可以兼容直流和交流的电源设计，输入的电压范围是交直流7～35V。如图2是电源稳压电路。L1、L2为交直流的输入端，Q8、Q9组成桥式整流，Q4、Q5、Q10、D1组成的是串联稳压电路，稳压出来的电压大小由稳压二极管D1的决定，在本设计中D1是一个12V的稳压二极管，所以串联稳压的电压为12V，该电压再经过5V的三端稳压器件稳定在5V提高给其他电路工作。整个稳压电路的比较简单，经实际的验证在交直流7～35V的输入电压情况下都可以很稳定的工作。

3.2 红外信号发射电路

本项目设计是光电式感烟检测，采用的是一对光电对射管其实物如图3，白色的是发射管，黑色的是接收管。发射电路如图4所示seout端接单片机的IO管脚，由单片机控制发射电路是否允许发射管TX1发出红外光电信号，当seout为低电平时发射红外光电信号，高电平时禁止发射红外光电信号。

图3 光电对管

图4 发射电路

3.3 红外信号接收电路

图5 红外接收电路

图2 电源稳压电路

图5 是红外接收电路，D2是红外光电信号的接收管，在没有接收到光电信号的时候其内阻约为6～8K，当接收到发射管的红外光电信号时，内阻就急剧减小为2～3欧姆。由于D2内阻减小Q3的基极变成低电平Q3 C、E导通，Q6获得基极偏流导通，C极电位被拉低即是接在单片机的外部中断的管脚被拉成了电平，单片机根据该电平判断已经接收到了红外光电信号，执行相关的处理程序。

4 测试

图6 PCB效果图

图7 测试波形

图6 是用PCB画板软件画好的PCB效果图，图7为烧录好程序后进行的波形的测试情况。

主要技术参数：

工作电压：DC/AC 7V～35V

待机电流：12mA (继电器常闭)；500uA（继电器常开）报警电流：10mA (继电器常闭)；18mA (继电器常开)报警指示：红色LED常亮传感器：红外光电传感器

工作温度：—10°C~ +50°C

环境湿度：最大95%RH（无凝结现象）抗RF干扰：10MHz—1GHz 20V / m报警输出：常开/常闭可选，接点容量 DC28V100mA

5 结束语

该光电式烟雾感应报警器的设计方案成本低廉，各项技术指标符合国家安防规范。在深圳的某安防公司已经产品化，并已经大量的生产应用在安防报警系统上，使用效果良好。在此设计方案的基础上还可以修改成脱离报警主机的独立烟感报警器，这样可以更为便捷的应用在各个领域，例如工矿企业的施工现场等。

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[6] 国家火灾自动报警系统设计规范（GBJ 116 － 88）[S]

The development of photoelectric smoke sensor alarm system based on Sonix MCU control

Rao Guangyang，Xue Jinshui，Lu Yushuai
（Guangdong Polytechnic College，Guangzhou，510520）

At present the domestic focus on large areas of large fire alarm system research and development, and in the residential area of small fire units,but need to install the cheap and practical automatic smoke alarm device,therefore,it is necessary for us to design a kind of simple structure,low price digital networking smoke alarm,to meet the needs of the market.This article through the smoke sensing circuit,with the SCM control circuit,the alarm system is reasonable in design,easy to use,the single chip microcomputer in the smoke alarm system to obtain the full application.

alarm system;smoke induction;induction circuit

TN609

B

饶光洋（1981-），男，广东南雄人，广东工程职业技术学院实训中心实训教师，实验师、电子工程师、高级技师，主要研究方向：单片机的应用技术、自动化控制技术。曾多次代表广东工程技术技术学院指导学生参加省级、国家级的电子大赛，获得省级二等奖和三等奖。

薛金水（1974-），男，广东兴宁人，广东工程职业技术学院应用电子技术教研室主任，讲师、电子工程师、高级技师，主要研究方向：电子技术教学科研。

卢宇帅（1985-），男，山西神池人，广东工程职业技术学院实训中心实训教师，助教，主要研究方向：自动化控制技术。