摘 要： 介紹了關于智能火警系統(tǒng)的硬件設計，主要用于易燃點的火災探測。該系統(tǒng)以單片機為核心，采用煙霧傳感器和溫度傳感器作為探測器件，可以實現(xiàn)自動火警檢測。系統(tǒng)運用高壓氮氣作為滅火劑，經(jīng)濟、環(huán)保，符合對環(huán)境保護需求。
關鍵詞： 單片機；傳感器；火災探測；A/D轉(zhuǎn)換
火的引入推動了人類社會和文明的發(fā)展，但其失去控制以后所引起的火災，威脅人類生命和財產(chǎn)的安全，破壞人類賴以生存的自然生態(tài)環(huán)境。為了防止火災和減少火災發(fā)生造成的損失，迫切需要研制一個具有智能火災探測和自動滅火功能的控制系統(tǒng)。
與現(xiàn)有的火警系統(tǒng)相比，本文設計的系統(tǒng)具有以下特點：（1）溫度和煙霧的共同探測功能可以減少遺漏和誤報率；（2）通過人機交互系統(tǒng)可以更方便地監(jiān)控易燃點；（3）系統(tǒng)可以實現(xiàn)多點數(shù)據(jù)采集，擴大預警范圍；（4）使用高壓氮氣滅火不會破壞環(huán)境。
1 系統(tǒng)工作原理
1.1 火災探測參數(shù)
該系統(tǒng)選擇煙霧和溫度作為火災探測的兩個重要參數(shù)，因此，需要運用溫度和煙霧探測器來組成復合火警系統(tǒng)。復合探測抗干擾能力比較好，不會因為一些非火災信號的影響而產(chǎn)生誤警，這些信號有灰塵、水、氣體以及吸煙噴出的煙霧等。
1.2 系統(tǒng)方案設計
圖1所示為具有自動警報和滅火功能的單片機系統(tǒng)原理圖。系統(tǒng)劃分為信號采集模塊和信號處理模塊兩個模塊。
1.2.1 信號采集模塊
信號采集模塊由煙霧探測器和溫度探測器組成。煙霧探測器主要由紅外發(fā)光二極管和光電晶體管構成。光源是一個紅外發(fā)光二極管，通過振蕩電路產(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)。當有火情發(fā)生時，大量高濃度的煙霧進入煙霧探測器，減弱光電晶體管接收的紅外線強度，晶體管對應的電阻值逐漸加大，當增大到一定程度時，晶體管開始導通，從而使得輸出電壓V1大幅減小。
溫度探測器采用具有正溫度系數(shù)熱敏電阻。當有火情發(fā)生時，溫度探測器輸出的電壓V2隨室內(nèi)溫度緩慢增大。
1.2.2 信號處理模塊
信號處理部分分為A/D轉(zhuǎn)換器和CPU 8051控制器兩個功能模塊，如圖2所示。
JAD4為TLC549的控制引腳CLK（時鐘口）、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輸入的信號進行數(shù)模轉(zhuǎn)換。為了實現(xiàn)對多路模擬信號進行數(shù)模轉(zhuǎn)換，通過JAD3將TLC549的輸入端與8選1雙向模擬開關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，通過程序分時選通即可實現(xiàn)8路模擬信號的輸入切換。JAD1為8路模擬輸入端，RAD1用于設置A/D轉(zhuǎn)換參考電壓值。
2.2 鍵盤接口電路設計
鍵盤接口電路的設計過程中，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計。鍵盤上有16個4×4排列的按鍵，4×4行列式鍵盤電路工作原理為：按鍵設置在行、列線交點上，行、列線分別連接到按鍵開關的兩端。行線通過上拉電阻接到+5 V上。無按鍵按下時，行線均處于高電平，而當有按鍵按下時，行線電平將由此行上的相連的列線決定，這一點是識別行列式鍵盤的關鍵。鍵盤電路原理圖如圖4所示。
3 軟件系統(tǒng)設計
系統(tǒng)首先需要將環(huán)境探測得到的溫度和煙霧信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號。如果所得數(shù)值大于設定值，聲光警報開始工作。同時，高壓氮控制閥開始滅火。圖6是軟件系統(tǒng)流程圖。
火災發(fā)生是復雜的現(xiàn)象并有多種特征表現(xiàn)。要準確探測火災，發(fā)生初期如果只通過進行單個參數(shù)的測量是比較困難的。本文描述的火災探測系統(tǒng)綜合運用溫度和煙霧探測器，能準確反映火情的真實特點。該系統(tǒng)擴展之后，可監(jiān)測多種參數(shù)，包括煙霧、溫度、光和其他相關參數(shù)，用于提前預測并及時發(fā)生警報。本系統(tǒng)運用單片機的控制實現(xiàn)智能化探測，很大程度上滿足人們對火災探測安全的需要，可以廣泛用于公司與工廠，具有一定的經(jīng)濟和社會效益。
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