基于單片機(jī)的智能火災(zāi)報警系統(tǒng)

鄭振峰

（陜西國防工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院，陜西 西安710300）

1 火災(zāi)報警系統(tǒng)功能與工作原理

1.1 火災(zāi)報警系統(tǒng)功能

火災(zāi)報警系統(tǒng)通常情況下由火災(zāi)探測器、區(qū)域報警器以及集中報警器等設(shè)備按照一定的技術(shù)方式所構(gòu)成?；馂?zāi)探測器在設(shè)計應(yīng)用時通過對火災(zāi)及時發(fā)出物理、化學(xué)現(xiàn)象，對溫濕度和氣體等信號進(jìn)行檢測，將所探測的火情信號通過本系統(tǒng)有效轉(zhuǎn)化為火警電信號，并傳給火災(zāi)報警控制器。區(qū)域報警器主要的功能是將所接收到的火警信號通過綜合性的分析與技術(shù)處理，發(fā)出聲光報警信號，通過這種方式給予消防控制中心的值班人員一定的警示作用，提升在屏幕中直觀的呈現(xiàn)出發(fā)生火災(zāi)的房間號。火災(zāi)報警系統(tǒng)在具體應(yīng)用中，通過向現(xiàn)場及時發(fā)射巡檢信號實現(xiàn)現(xiàn)場溫度、煙霧濃度等信息的檢測，并將相關(guān)的信息向報警控制器進(jìn)行反饋，控制器將所接收到的信號與內(nèi)存匯總的正常整定值進(jìn)行綜合性的對比，進(jìn)而明確此時是否有火災(zāi)事故發(fā)生。基于單片機(jī)的智能火災(zāi)報警系統(tǒng)主要的技術(shù)優(yōu)勢體現(xiàn)在，當(dāng)現(xiàn)場煙霧或溫度出現(xiàn)異常的情況，在實踐應(yīng)用中具有一定的實用性和價值性。

圖1 AT89C51單片機(jī)

圖2煙霧傳感器實物圖

1.2 系統(tǒng)工作原理介紹

基于單片機(jī)的智能火災(zāi)報警系統(tǒng)在設(shè)計與功能應(yīng)用的過程中，采用單片機(jī)為整個控制系統(tǒng)的核心，以傳感器為系統(tǒng)中的測溫裝置，并采取專業(yè)的技術(shù)方式有效實現(xiàn)系統(tǒng)需求?；馂?zāi)報警系統(tǒng)功能模塊包括控制模塊、火災(zāi)探測模塊、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換模塊和報警模塊四大主要的功能模塊。本系統(tǒng)的設(shè)計能夠?qū)崟r采集室內(nèi)外溫度和煙霧，當(dāng)所檢測的溫度或者煙霧濃度高于臨界溫度時自動報警。溫度信號或煙霧濃度信號采集電路在整個功能操作的過程中，主要是將溫度信號或煙霧濃度信號通過數(shù)字信號的形式精準(zhǔn)傳入到單片機(jī)中。單片機(jī)在此時則會對此數(shù)字信號進(jìn)行濾波操作并對將處理完的數(shù)據(jù)信息結(jié)合實際情況綜合性的分析，判斷其是否超過先前設(shè)定的某個預(yù)設(shè)值，即本系統(tǒng)中的報警臨界溫度或臨界煙霧濃度若大于預(yù)設(shè)值，則需要及時啟動報警電路，此時會發(fā)出報警聲并在屏幕中呈現(xiàn)出非正常的運作狀態(tài)；反之則代表系統(tǒng)處于正常的運作狀態(tài)。

2 各電路模塊的設(shè)計

2.1 A/D轉(zhuǎn)換電路

基于單片機(jī)的智能火災(zāi)報警系統(tǒng)通過氣敏傳感器檢測的電壓信號作為其模擬信號，無法在實踐操作中直接被單片機(jī)進(jìn)行識別，因此經(jīng)過放大電路后對該信號進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換操作，將模擬信號采取專業(yè)的技術(shù)方式轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號并向單片機(jī)進(jìn)行輸入。A/D轉(zhuǎn)換電路主要是利用8位8通道數(shù)模轉(zhuǎn)換芯片ADC0809進(jìn)行功能實現(xiàn)。系統(tǒng)中煙霧與溫度傳感器的輸出端此時會接受到ADC0809的IN0和IN1。本于單片機(jī)的智能火災(zāi)報警系統(tǒng)的設(shè)計采用74LS373作為地址鎖存器，當(dāng)三態(tài)允許控制端OE為低電平時，輸出端O0樼O7為正常邏輯狀態(tài)，在這種情況下能夠科學(xué)性地驅(qū)動負(fù)載或系統(tǒng)中的總線。

2.2 煙霧信號調(diào)理電路

濾波電路能實質(zhì)性的作用是有效的抑制系統(tǒng)中的無用頻率成分，濾除或者衰減無用頻率信號能夠達(dá)到足夠小的狀態(tài)。一階濾波電路過渡帶受一些因素的影響而比較寬，幅頻特性的最大衰減頻率通常只有－20dB/十倍頻。為了確保濾波器的濾波特性在整個應(yīng)用過程中能夠接近理想的特性，就是在同頻帶內(nèi)的特性曲線變得更加平緩，同頻帶外的特性曲線衰減在這種情況下更加陡峭，就必須適當(dāng)增加網(wǎng)絡(luò)級數(shù)。系統(tǒng)采用二階濾波器電路按照專業(yè)性的方式進(jìn)行技術(shù)應(yīng)用。由于火災(zāi)通常是發(fā)生在早期，這就說明溫度煙霧信號屬于一種典型的緩變信號，因此本火災(zāi)報警系統(tǒng)通過二階有源低通濾波器電路進(jìn)行技術(shù)操作。將串聯(lián)的兩節(jié)RC低通網(wǎng)絡(luò)直接和系統(tǒng)中的反向電壓跟隨器電路連接處理，構(gòu)成煙霧與溫度調(diào)理電路相結(jié)合的便捷性的二階低通濾波器電路，以此達(dá)到調(diào)理煙無信號的實質(zhì)性功效。

3 火災(zāi)情況的分析判斷與報警程序的設(shè)計

本系統(tǒng)分別對溫度和煙霧進(jìn)行兩次數(shù)據(jù)信息的采集與分析判斷，每次信號采集后結(jié)合獲取到的數(shù)據(jù)信息和先前系統(tǒng)中設(shè)定的閾值進(jìn)行詳細(xì)的對比分析，綜合性地分析比較兩次溫度煙霧信號的采集情況，針對溫度與煙霧寄存器變量及運作狀態(tài)，系統(tǒng)性的判斷火災(zāi)現(xiàn)場的具體情況。系統(tǒng)對現(xiàn)場情況進(jìn)行報警判斷后，間隔20s之后后再進(jìn)行現(xiàn)場溫度煙霧信號的采集與判斷，每一次語音報警長達(dá)20s的時間，直到系統(tǒng)做出下一次判斷結(jié)果為止。

4 結(jié) 語

基于單片機(jī)的智能火災(zāi)報警系統(tǒng)在設(shè)計與功能實現(xiàn)的過程中，采用AT89C51作為整個系統(tǒng)的控制單元，實時采集現(xiàn)場中的溫度、煙霧信號等重要數(shù)據(jù)信息，以此為基礎(chǔ)綜合性地分析與判斷此時是否發(fā)生火災(zāi)事故，通過這種方式能夠有效提升系統(tǒng)預(yù)報的精準(zhǔn)性和有效性。本系統(tǒng)最為顯著的特征是，具有較高的安全可行性、系統(tǒng)的誤報率比較低、便于操作者的應(yīng)用其所投入的成本比較低。整個系統(tǒng)軟件設(shè)計是以模塊化程序設(shè)計法為核心，系統(tǒng)每一個功能模塊實際上是采用子程序調(diào)用的方式高效實現(xiàn)的，確保系統(tǒng)程序結(jié)構(gòu)的清晰性，同時為接下來的功能擴(kuò)充提供一定的便捷條件，有利于系統(tǒng)的技術(shù)維護(hù)和各個階段的功能應(yīng)用。