基于單片機(jī)的智能型火災(zāi)探測(cè)器

王秀乾

摘要：隨著現(xiàn)在代、智能化建筑的發(fā)展，建筑物層次的增多，火災(zāi)的危害性越來(lái)越大。由于高層建筑的特點(diǎn)，一旦發(fā)生火災(zāi)，火勢(shì)蔓延迅速，人員疏散困難。由此，及時(shí)發(fā)現(xiàn)火情顯得尤為重要。文章介紹了火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)中的“眼睛”，即火災(zāi)探測(cè)器，重點(diǎn)闡述了智能型火災(zāi)探測(cè)器。主要介紹了智能型火災(zāi)探測(cè)器的種類、組成和自身的優(yōu)點(diǎn)，以及未來(lái)的發(fā)展趨勢(shì)。

關(guān)鍵字：智能型、火災(zāi)探測(cè)器

中圖分類號(hào)：TU998 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2016）10（c）-0000-00

火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)是消防系統(tǒng)的重要組成部分，是人們?yōu)榱思霸绨l(fā)現(xiàn)和通報(bào)火災(zāi)，利用自動(dòng)化手段實(shí)現(xiàn)早期火災(zāi)探測(cè)、火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警，從而能及時(shí)采取有效控制措施撲滅火災(zāi)而設(shè)置在建筑物中或其他場(chǎng)所的一種自動(dòng)消防設(shè)施，是確?，F(xiàn)代高層建筑及智能化建筑免除或減速輕火災(zāi)危害的極其重要的安全設(shè)施。由些可見(jiàn)，火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)中，對(duì)火災(zāi)探測(cè)的必要性。

1、火災(zāi)探測(cè)器

火災(zāi)探測(cè)器是火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)的重要組成部件，是消防系統(tǒng)的感覺(jué)器官，相當(dāng)于人的“眼睛”。當(dāng)發(fā)生火災(zāi)時(shí)，它能自動(dòng)探測(cè)到火災(zāi)情況，并將火災(zāi)的物理量，如煙、光、溫度等轉(zhuǎn)換成電氣信號(hào)，傳送到火災(zāi)報(bào)警控制器，火災(zāi)報(bào)警控制器接收到火災(zāi)信號(hào)后立即報(bào)警并啟動(dòng)消防聯(lián)動(dòng)系統(tǒng)，將火災(zāi)消滅在萌芽狀態(tài)。同時(shí)，它還要保證不出現(xiàn)“觀察”錯(cuò)誤，以免系統(tǒng)誤動(dòng)作造成無(wú)謂的損失。

火災(zāi)探測(cè)器的種類很多，常用的火災(zāi)探測(cè)器根據(jù)其探測(cè)的物理量和工作原理不同，可分為感煙探測(cè)器、感溫探測(cè)器、感光（火焰）探測(cè)器、復(fù)合式火災(zāi)探測(cè)器和可燃?xì)怏w探測(cè)器5種。目前，為防止誤報(bào)，對(duì)現(xiàn)有的火災(zāi)探測(cè)器進(jìn)行智能處理，出現(xiàn)了智能型火災(zāi)探測(cè)器。

2、智能型火災(zāi)探測(cè)器

智能型火災(zāi)探測(cè)器是多技術(shù)的融合，自動(dòng)化程度高，能主動(dòng)采集現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境參數(shù)，比如煙、溫度、輻射光、可燃?xì)怏w等火災(zāi)的物理量，再通過(guò)相關(guān)電路轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)傳送給計(jì)算機(jī)，并通過(guò)智能的計(jì)算方法，將現(xiàn)場(chǎng)采集的數(shù)據(jù)和火災(zāi)的特征參數(shù)量通過(guò)對(duì)比判斷，從而實(shí)現(xiàn)了火災(zāi)早期的報(bào)警，避免了虛報(bào)和漏報(bào)。

智能型火災(zāi)探測(cè)器其主要是由火災(zāi)探測(cè)傳感器（電離室、感溫元件、紅外光電探測(cè)元件等）、微型單片機(jī)、通訊接口電路、信號(hào)放大電路、復(fù)位檢測(cè)電路、恒壓控制電路等組成.如圖所示：

智能型火災(zāi)探測(cè)報(bào)警系統(tǒng)根據(jù)對(duì)智能的分配不同，可以分為探測(cè)器智能式、分布智能式和控制器智能式三種形式。這三種智能型火災(zāi)探測(cè)報(bào)警系統(tǒng)對(duì)網(wǎng)絡(luò)模式的要求基本相同，但每種形式的內(nèi)涵并不相同。其中，探測(cè)器能式報(bào)警系統(tǒng)側(cè)重于火災(zāi)探測(cè)部分的智能化，控制智能式報(bào)警系統(tǒng)側(cè)重于控制部分的智能化，而分布智能式報(bào)警系統(tǒng)則同時(shí)在探測(cè)器和控制器中實(shí)現(xiàn)智能化。

3、智能型火災(zāi)探測(cè)器的優(yōu)點(diǎn)

①采用智能算法

智能型火災(zāi)探測(cè)器的內(nèi)部采用了先進(jìn)的火災(zāi)信號(hào)處理方法，可根據(jù)火災(zāi)的不同類型和火災(zāi)的發(fā)展過(guò)程通過(guò)智能算法加以計(jì)算，來(lái)判斷火災(zāi)的真實(shí)性。同時(shí)，由于智能型火災(zāi)探測(cè)器內(nèi)置微處理器，可以通過(guò)信號(hào)處理軟件，對(duì)火災(zāi)的范圍、火勢(shì)的大小，煙霧濃度及火災(zāi)的擴(kuò)散方向、蔓延速度等實(shí)際的火場(chǎng)情況，就地采集信號(hào)并就地可以處理信號(hào)，無(wú)需經(jīng)過(guò)線路的傳輸，避免了信號(hào)的衰減，確保了信號(hào)的真實(shí)性。

當(dāng)今火災(zāi)信號(hào)的處理方法很多，如：Kendall-T趨勢(shì)算法、復(fù)合Kendall-T趨勢(shì)算法、待定趨勢(shì)算法和人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)—BP網(wǎng)絡(luò)等。這些算法的應(yīng)用，大大的降低了火災(zāi)探測(cè)器的誤報(bào)率，提高了探測(cè)器的可靠性。

②探測(cè)靈敏等級(jí)的變化

靈敏度是指火災(zāi)探測(cè)器響應(yīng)火災(zāi)物理量的敏感程度。按國(guó)家消防部門的規(guī)定，感煙探測(cè)器的靈敏度用減光率δ來(lái)標(biāo)定，分為3個(gè)等級(jí)，即：一級(jí)，δ=5%～10%；二極，δ=10%～20%；三級(jí)，δ=20%～30%。感溫探測(cè)器的靈敏度也分為3級(jí)，即：一級(jí)62℃；二級(jí)70℃；三級(jí)78℃。可見(jiàn)，普通型探測(cè)器的靈敏度等級(jí)是不可變的。

而智能型火災(zāi)探測(cè)器的靈敏度等級(jí)是可以根據(jù)按裝的場(chǎng)所、時(shí)間等進(jìn)行設(shè)定和調(diào)整的。如可以分別設(shè)定白天模式的靈敏度和夜晚模式的靈敏度；對(duì)按裝環(huán)境變化軟大的場(chǎng)所，設(shè)定相對(duì)低的靈敏度，對(duì)按裝環(huán)境較穩(wěn)定的場(chǎng)所，設(shè)定相對(duì)高的靈敏度。探測(cè)靈敏等級(jí)可變的功能可以使系統(tǒng)的穩(wěn)定性得到提高。

③系統(tǒng)通訊可靠性高

智能型火災(zāi)探測(cè)的信號(hào)處理無(wú)需經(jīng)過(guò)線路的傳輸，所以需與探制器交換的數(shù)據(jù)量軟小，同時(shí)受干擾率降低，再加上通訊協(xié)議上有數(shù)據(jù)校驗(yàn)的功能，對(duì)通過(guò)的數(shù)據(jù)進(jìn)行錯(cuò)誤校驗(yàn)，這樣保證了系統(tǒng)通訊的可靠性能高。在系統(tǒng)的響應(yīng)速度上，加了入智能的算法，如模糊判斷功能，使控制器信號(hào)處理的工作量大大減少了，響應(yīng)有效命令的時(shí)間縮短，使系統(tǒng)的響應(yīng)速度加快。

除以上優(yōu)點(diǎn)外，智能型火災(zāi)探測(cè)器還可以跟蹤并自動(dòng)檢測(cè)由灰塵長(zhǎng)期積累而引起的工作狀態(tài)漂移，當(dāng)漂移值超出系統(tǒng)設(shè)定的范圍時(shí)，自動(dòng)發(fā)出清洗信號(hào)，完成探測(cè)器的自潔功能；同時(shí)還具有自動(dòng)存儲(chǔ)最近一段時(shí)期的火災(zāi)報(bào)警記錄的功能。

4、智能型火災(zāi)探測(cè)器的未來(lái)發(fā)展

當(dāng)前火災(zāi)探測(cè)領(lǐng)域廣泛使用的就是智能型探測(cè)器探測(cè)方式，一些高新技術(shù)，如模糊邏輯、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等應(yīng)用于了火災(zāi)的早期識(shí)別當(dāng)中，大大提高了火災(zāi)探測(cè)的可靠性，也標(biāo)志著火災(zāi)探測(cè)技術(shù)走上了智能化的道路。一些消防聯(lián)動(dòng)控制設(shè)備，甚至控制模塊也開(kāi)始充實(shí)智能功能。其發(fā)展趨勢(shì)可歸納以下幾點(diǎn)：

①及時(shí)性、可靠性、靈敏度的提高

火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)的關(guān)鍵是火災(zāi)探測(cè)器。隨著現(xiàn)在技術(shù)的發(fā)展，特別是無(wú)線遙感技術(shù)，極大推動(dòng)了火災(zāi)探測(cè)裝置的研究，如感煙、感溫和感光單參數(shù)探測(cè)器技術(shù)參數(shù)的提高，及多參數(shù)復(fù)合式火災(zāi)探測(cè)器功能的實(shí)現(xiàn)等。同時(shí)，“人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)”算法、大量先進(jìn)技術(shù)的融入，超早期火災(zāi)報(bào)警技術(shù)和火災(zāi)參數(shù)分析技術(shù)（基于微粒分析和激光技術(shù)）等先進(jìn)技術(shù)的融入，使火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)的靈敏度提高了，更能及時(shí)發(fā)現(xiàn)火情，并可靠得到報(bào)警信息。

②智能化和集成化

在電路設(shè)計(jì)和應(yīng)用技術(shù)基礎(chǔ)上，火災(zāi)參數(shù)傳感器實(shí)現(xiàn)了高度的智能化。當(dāng)前，國(guó)外相關(guān)研究機(jī)構(gòu)已經(jīng)將光電轉(zhuǎn)化、信號(hào)傳輸和演算等部分集成于一塊硅片之上，使探測(cè)系統(tǒng)具有了相當(dāng)于人類眼睛、視覺(jué)神經(jīng)和大腦的功能，從而系統(tǒng)能夠模仿人類思維，主動(dòng)收集火災(zāi)現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境的數(shù)據(jù)模擬量并加以計(jì)算，經(jīng)對(duì)比處理，最后做出正確的火災(zāi)探測(cè)和預(yù)防判斷。

當(dāng)今，智能化技術(shù)已在各個(gè)領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用。同時(shí)，性能高、價(jià)位低、功耗小的單片機(jī)隨處皆是，這也為智能化技術(shù)在探測(cè)中的應(yīng)用提供了物質(zhì)保障。所以，智能型火災(zāi)探測(cè)器將是現(xiàn)代消防領(lǐng)域的最主要發(fā)展方向。

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