隨著我國經濟的高速發展，人民生活水平大幅度提高，現代建筑不斷增多，各種生產、辦公以及居住場所火災大增，塑料制品和雙層玻璃的大量應用，使火場的外部救援困難重重。火災一旦發生，將對人的生命財產造成極大的危害。現代建筑具有智能化的時代特征，火災自動報警系統探測火災隱患，肩負安全防范重任，在現代智能建筑中起著極其重要的安全保障作用。因此，設計簡單實用的火災報警" title="火災報警">火災報警控制系統有著防止和減少火災危害、保護人身安全和財產安全的重要意義。

　　1 系統的總體構架

　　火災煙霧報警系統的基本功能是通過監測周圍環境的紅外信號和煙霧濃度而進行火災報警，呼吁人們及時采取有效措施消滅火源，減少損失。

　　本系統的總體框圖如圖1所示，現對該圖進行簡要說明：

　　傳感器模塊主要由紅外探測器和煙霧探測器組成，主要負責采集周圍環境信息。信號處理部分將傳感器的輸出信號進行加工處理，再傳給中央控制單元，接收并處理火災報警信號，輸出報警信號等。

　　2 系統硬件電路的設計

　　2．1 中央處理器

　　本系統采用C8051F005作為CPU，它具有一個32 K字節FLASH存儲器并與8051兼容的微控制器內核。具有UART串行接口和具有5個捕捉／比較模塊的可編程計數器／定時器陣列及6個定時器陣列(PCA)模塊，此外還根據不同的需要集成了SMBus／I2C、SPI、USB、CAN、LIN等，以及RTC部件。還有4個通用的16位定時器和4字節寬的通用數字FD端口。C8051F005有2304字節的RAM，執行速度可達25MIPS。片內具有的VDD監視器、溫度傳感器和時鐘振蕩器的MCU是真正能獨立工作的片上系統。

　　2．2 傳感器模塊

　　根據設計本系統的實際情況，為了提高火災監控系統的功能和可靠性，保證自動滅火系統的動作的準確性，傳感器模塊由紅外傳感器和煙霧傳感器組成。

　　本系統采用熱釋電紅外傳感器，它的工作波長為4．35±0．15 um。熱釋電紅外傳感器由傳感探測元，干涉濾光片和場效應管匹配器三部分組成。

　　圖2是一個雙探測元的熱釋電紅外傳感器的結構示意圖。該傳感器將兩個極性相反，特性一致的探測元串接在一起，目的在于消除因環境溫度和本身變化引起的干擾。它利用兩個極性相反、大小相等的干擾信號可在內部相互抵消的原理，使傳感器起到補償作用，對于輻射至傳感器的紅外輻射，熱釋電傳感器通過安裝在傳感器前面的菲涅耳透鏡，將其聚焦后加至兩個探測元L。因此傳感器會輸出探測電壓。

　　HIS-07是離子感煙探測器電離室" title="電離室">電離室，室內安裝一個高性能低活度Am-241電離源。單源雙室結構，體積小，便于安裝在小型報警器中。在無煙或無燃燒物時，收集極除受電離電流統計漲落影響外，保持平衡電位。當煙進入電離室時對電離電流產生影響，易于進煙的外電離室受影響大于內電離室，電離電流下降，收集極重新充電直到新的平衡電位，這種電位變化可傳到C8051F005的檢測端，經內部邏輯電路處理后，啟動報警電路" title="報警電路">報警電路。

　　當傳感器監測到環境中的紅外線后便輸出熱電信號，由于該信號非常微弱且夾雜有干擾信號，因此設計了特殊的信號處理電路(采用運算放大器，配合周邊電路形成具有低通濾波功能的放大電路)分離出熱電信號，并將其放大，然后對兩級放大后分離出的電信號進行分析判斷。數據采集模塊的電路圖如圖3所示。

　　2．3 通信模塊設計

　　在現代測試系統中，通訊方式較多。本系統主要應用的場合是賓館和居民小區的建筑，如果在現有的建筑中采用有線通訊，則需要在樓層間打孔、架線，給原有環境帶來一定的負面影響，甚至給生活帶來不便，難以維護。因此系統的通訊方式采用無線通訊。無線通訊具有微功率發射、高抗干擾能力和低誤碼率、傳輸距離遠、透明的數據傳輸、多信道、多速率、高可靠性，體積小、重量輕等特點。不僅解決了以上問題，而且提高了系統整體性能。

　　圖4是通信模塊的總框圖，數傳模塊采用HAC-RS232，它屬于單端通信，即采用不平衡傳輸方式。這個模塊的硬件設計分別包括單片機與RS232接口電路設計和計算機與RS232接口電路設計。

　　2．4 單片機報警電路設計

　　當系統判斷達到火災程度后，單片機從P2．1引腳輸出高電平信號給報警電路，揚聲器發出聲音進行報警。報警電路是通過芯片進行音頻放大，為使外圍元件最少，芯片內電壓增益內置為20 dB。但在1腳和5腳之間增加一只外接電阻和電容，便可將電壓增益調為任意值，直至200 dB。輸入端以地位參考，同時輸出端被自動偏置到電源電壓的一半再輸出給揚聲器。我們這里就選擇了20倍的電壓增益，芯片1腳和5腳懸空則可以。圖5是單片機報警電路圖。

　　2．5 系統硬件性能分析

　　系統總的電路圖如圖6所示。

　　系統仿真結果表明，當系統正常時，只顯示室內對應溫度、時間，當火災發生時系統發出報警信號，通知人員去現場查看。實驗結論及分析表明系統采用模塊化設計可以使系統工作穩定可靠，抗干擾能力強，維護方便；系統采用單片機技術具有較快的響應速度，能及時對火災進行報警、滅火，達到了設計要求。

　　3 系統軟件設計

　　流程圖如圖7所示。系統初始化主要是對定時器工作方式、寄存器、中斷允許寄存器等的設置。系統進行監控，主要是通過傳感器采集信息，首先進行紅外檢測，紅外信號強度超過設定值置異常標志位，再進行煙霧檢測，當煙霧檢測到有煙霧時，現有定時器定時100ms，在此期間，如果一直有煙霧，且濃度加大，則通知火災報警器控制電路進行處理。

　　程序主要采用C語言編輯，不僅使程序模塊化，便于調試，而且可以根據系統需求，更加方便地添加新的擴展功能模塊。

　　4 結束語

　　本系統采用兩種不同的傳感器：單元熱釋電紅外傳感器和離子煙感探測器，同時對火災情況進行判斷，傳感器探頭通過橫向和縱向掃描將光信號轉換成電信號，通過各自放大電路傳送給系統的控制器：C8051F005單片機，單片機通過綜合判斷最后判斷火災情況進行報警。系統增加了通信模塊，采用HAC-UM系列微功率無線傳輸模塊實現了單片機控制器與計算機之間的通信，從而實現無線通信的功能，給維修或者檢測帶來很大方便。