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1、太阳能光电工程学院光电信息技术课程设计报告书题 目： 简述火灾报警器原理 姓 名： 设计成绩： 指导教师： 摘 要火灾报警器控制系统主要用于各种高层建筑和公共设施中，实现对这些场所火情的早期报警功能，及时发现火灾，减少火灾带来损失。本文以火灾报警器工作原理为核心、模块化设计思想进行火灾报警系统的设计。本文首先介绍了火灾报警系统的发展状况；然后详细介绍了系统硬件和软件设计；最后论述了如何提高系统的抗干扰能力，提高系统可靠性。系统的工作原理是本文重点，包括系统总体结构、数据采集和报警控制器的设计，较深入的探讨了火灾报警器的原理并进行了设备的选型，对数据采集模块和单片机部分进行较全面的考虑设计。软件
2、设计完了火灾报警系统软件的功能设计并给出了程序流程图。系统从硬件和软件两方面进行了抗干扰的设计，是系统具有较好的抗干扰能力，提高了系统的工作可靠性。关键词 火灾探测器 火灾报警系统 单片机目 录绪 言31.火灾报警技术的发展现状及发展意义42.火灾自动报警系统的种类42.1火灾报警控制器的分类42.2火灾自动报警系统的组成53火灾报警器的原理和原理图73.1火灾探测器的原理73.2火灾报警控制器的工作原理74.火灾报警控制系统各模块工作原理84.1探测器84.2信号变换84.3采样保持器94.4多路开关94.5A/D转换器94.6光电隔离94.7单片机94.8显示部分9参考文献11绪 言国内外
3、火灾自动报警器系统发展火灾自动报警器灭火系统是将报警与灭火联动并加以控制的系统。为了及时发现火灾隐患和扑灭火灾，电力系统防火重点保护场所、各种商业和工业建筑以及现代智能建筑已经采用火灾自动报警灭火系统。随着我国经济建设的发展，各种现代化楼宇对火灾报警和自动灭火系统提出了更高的要求。大型宾馆、酒店、商场、图书馆、博物馆、档案馆和办公楼等，自动灭火系统已经成为必不可少的保安装置。设置功能完善的消防设施，对保障人民生命财产的安全，无疑是极为重要的，火灾报警系统用于探测火灾并给出声响信号，具体由布置在现场的探测器、传输线路和安放在控制室的控制器组成。 火灾自动报警系统，从发展过程来看，大体可分为三个阶
4、段：第一阶段为多线型火灾自动报警系统，每根探测器除需提供两根电源线外，还需要提供一根报警信号线，探测器电源由报警系统提供，探测器的信号线均连接到报警显示盘上，报警时点亮相应的指示灯，如日本“日探”公司生产的CPF火灾报警系统。此系统的功能一般以报警为主，辅以一般简单的联动功能，如驱动警铃等，其报警器对外围探测器无故障检测功能，只会对电源线的断线做出故障反应，安装此类系统比较繁琐，特别是校线工作量大。 第二阶段为总线型火灾自动报警系统，以采用微处理器控制。其线制一般为四线制、三线制、二线制。探测器和模块通过总线与控制器实现信号传递。其探测器的输出形式为开关量，它的灵敏度在制造时，通过硬件决定，不
5、可调整。 第三阶段为智能型火灾自动报警器，由于采用了先进的计算机控制技术，对传感器输出信号的调理具有智能性，其智能化程度大大提高，探测器的输出形式采用模拟量，并可通过软件对其灵敏度根据使用场合、时间进行设定和调整，如可设定白天、夜间、休息日不同灵敏度。1.火灾报警技术的发展现状及发展意义火灾作为一种自然和社会现象，给人类带来极大的威胁。现代社会，由于人口密度较大，高层建筑普及等因素，一旦发生火灾，后果极其严重。为了避免火灾的灾难性后果，火灾智能探测技术越来越受到重视。智能火灾探测技术的宗旨就是要在火灾发生的早期，准确的判断火警、预报火警，从而保障人民的生命财产安全。火灾报警控制系统的研究开发在
6、国外起步较早，我国在二十世纪八十年代中期才有个别企业开始这方面的研制开发。人类开发火灾报警系统的过程，可以分为以下几个阶段：第一阶段，从十九世纪四十年代到二十世纪四十年代。在这期间，感温探测器占主导地位，火灾自动报警系统处于初级阶段。这个时期的火灾探测技术主要是根据感温探测器采集的温度信号，判定它是否超过某一阀值。第二阶段，从二十世纪五十年代到七十年代。在这期间，感温火灾探测器登上舞台，将感温火灾探测器排挤到次要地位。火灾信号传输采用多线制，一般要求每个火灾探测器采用两条或者更多条导线与火灾报警控制器连接，以确保从每个火灾探测点发出的火灾报警信号。第三阶段，二十世纪八十年代至今。在此期间，随着
7、单片机技术的普遍应用，同时也因为多线制系统的工程安装、布线和维修都很不方便，人们开始将单片机技术用于火灾报警系统中，并采用了总线制的信号传输方式。总线制系统结构形式是在多线制基础上发展起来的。微电子器件、数字脉冲电路及计算机应用技术用于火灾监控系统，改变了以往多线制结构系统的直流巡检和硬线对应连接方式，代之以数字脉冲信号巡检和信息压缩传输，采用大量编码、译码电路和微处理机实现火灾探测器与火灾报警控制器的通信协议和系统检测控制，大大减少了系统线制，带来了工程布线的灵活性，人们不需一根根的布线、布点，只要将探测器和安装底座像接灯泡一阳并联在回路总线上。2.火灾自动报警系统的种类2.1火灾报警控制器
8、的分类火灾报警控制器种类繁多，根据不同的方法可分成不同的类别。1感烟式火灾报警控制器2感光式火灾报警控制器3感温式火灾报警控制器目前在工程应用中火灾自动报警系统主要有控制中心报警系统、区域报警系统和集中报警系统三种基本形式1控制中心报警它是由火灾探测器手动火灾报警按钮、区域火灾报警控制器、集中火灾报警控制器以及消防控制设备等组成。一般情况下，在控制中心报警系统中，集中火灾报警控制器是设在消防控制设备内，组成消防控制装置2区域报警系统它是由火灾探测器或手动火灾报警按钮以及区域火灾报警控制器组成，适用于较小范围的保护。3集中报警系统它是由火灾探测器或手动火灾报警按钮以及区域火灾报警控制器和集中火灾
9、报警控制器等组成，其构成的方框图。它适用于较大范围内多个区域的保护。该系统的容量越大，所要求输出的控制程序越复杂，消防设施控制功能越全，发展到一定程度便构成为消防控制中心系统在具体工程中采用何种报警系统，可根据工程建设规模、保护工程的性质、火灾报警区域的划分和消防管理机构的组织形式等因素综合考虑后确定.2.2火灾自动报警系统的组成火灾自动报警系统是由触发器件、火灾警报装置以及具有其它辅助功能的装置组成的火灾报警系统。它能够在火灾初期，将燃烧产生的烟雾、热量和光辐射等物理量，通过感温、感烟和感光等火灾探测器变成电信号，传输到火灾报警控制器，并同时显示出火灾发生的部位，记录火灾发生的时间。一般火灾
10、自动报警系统和自动喷水灭火系统、室内消火栓系统、防排烟系统、通风系统、空调系统、防火门、防火卷帘、挡烟垂壁等相关设备联动，自动或手动发出指令，启动相应的防火灭火装置触发器件:指在火灾自动报警系统中，自动或手动产生火灾报普信号的器件称为触发器件，主要包括火灾探测器和手动报警按钮。火灾探测器是能对火灾参数(如烟、温、光、火焰辐射、气体浓度等)响应，并自动产生火灾报带信号的器件，按照响应火灾参数的不同，火灾探测器分成感温火灾探测器、感烟火灾探测器、感光火灾探测器、可燃气体探测器和复合火灾探测器五种基本类型。不同类型的火灾探测器适用于不同类型的火灾和不同的场所。手动火灾报警按钮是手动方式产生火灾报警信
11、号、启动火灾自动报警系统的器件，也是火灾自动报普系统中不可缺少的组成部分之一。（1）火灾报警装置：在火灾自动报警系统中，用以接受、显示和传递火灾报警信号并能发出控制信号和具有其它辅助功能的控制指示设备称为火灾报警装置。火灾报警控制器就是其中最基本的一种。火灾报警控制器担负着为火灾探测器提供稳定的工作电源;监视探测器及系统自身的工作状态;接受、转换、处理火灾探测器输出的报警信号;进行声光报警;指示报警的具体部位及时间;同时执行相应辅助控制等任务，是火灾报警系统中的核心组成部分。（2）消防控制设备:在火灾自动报警系统中，当接收到来自触发器件的火灾报警信号后，能自动或手动启动相关消防设备并显示其状态
12、的设备，称为消防控制设备。主要包括火灾报警控制器，自动灭火系统的控制装置，室内消火栓系统的控制装置，防烟排烟系统及空调通风系统的控制装置，常开防火门、防火卷帘的控制装置，电梯回降控制装置，以及火灾应急广播、火灾警报装置、消防通信设备、火灾应急照明与疏散指示标志的控制装置等十类控制装置中的部分或全部。消防控制设备一般设置在消防控制中心，以便于实行集中统一控制，也有的消防控制设备设置在被控消防设备所在现场(如消防电梯控制按钮)，但其动作信号则必须返回消防控制室，实行集中与分散相结合的控制方式。（3）电源:火灾自动报警系统属于消防用电设备，其主电源应当采用消防电源，备用电源采用蓄电池。系统电源除为火
13、灾报警控制器供电外，还为与系统相关的消防控制设备等供电。随着科学技术的发展，火灾报警系统的组成和功能，也不是一成不变的，只有单一功能的火灾报警控制器、防盗报警器和节能控制器等，将不再由行业、使用场所人为地区分成不同的系列、不同的产品，而是按照技术上、使用上的内在联系和差异来划分。尤其是随着计算机技术的飞速发展，将综合成一个整体，即成为报警控制系统(器)，报警后都能按需要输出一定程序的控制机能，启动相应的设施。3火灾报警器的原理和原理图3.1火灾探测器的原理火灾探测与报警是火灾监控系统的基础和核心,主要实现火灾参数的检测和数据处理,为消防控制系统提供相关的输入信息,燃烧伴随有烟、光、热的现象,高
14、温,高热、强光、强辐射等便成为火灾的基本特征2 。火灾探测就是基于以上基本特征,获取火灾发生初期的信息,把这种信息转化为电信号进行处理,目前火灾探测器主要有感烟式、感温式和感光式(火焰探测式) 三大类,分别基于火灾的温度、产生的烟气、火焰光谱特征。为了提高报警准确性减少误报,在此基础上出现了感烟、感温和感光相结合的复合式探测器。除此之外,近年来还出现了图象式和空气采样式火灾探测器。图象式探测器通过摄象采集监控区域的光辐射图象,然后通过图象识别技术判断火灾的发生,具有较强的识别和抗干扰能力。空气采样式探测器则通过对空气粒子的采集,分析特定粒径粒子的浓度来判断火灾的发生,大大提高了探测器的灵敏度,
15、解决了期火灾预报困难的问题，为大家的生命和财产做了保证。其原理图如图1所示。放大器采样保持模块Ad模块火警处理模块通信模块数据存储模块指示灯温度探测模块 图1探测器框图3.2火灾报警控制器的工作原理控制器把火灾探测器传来的信号进行处理、报警。从原理上讲无论是区域报警控制器还时集中报警控制器都遵循同一工作模式，即收集探测信号输入单元自动监控单元输出单元。工作原理如图所示。图2控制器的工作原理图4.火灾报警控制系统各模块工作原理4.1探测器探测器是一种能把被测量信息按一定规律转换成电信号输出的器件或装置，探测器的输出信号通常是电压、电流等，这样便于传输、转换、处理和显示。探测器工作的环境比较复杂，
16、探测器的性能好坏会直接关系到所监测数据的准确性和可靠性。因此，探测器的选型、配套、调校、管理等都非常重要。工业中的探测器有电压型、电流型、频率型等，工业上标准电压是05V，15V，标准电流是010mA，420mA。本系统用到的探测器实质上是火灾传感器，火灾探测器探测的参数有：烟雾、温度、光线、可燃气体等。火灾探测器将环境因素影响产生的电流、电压变化信号通过转换电路和线路传给控制器进行处理。本系统中将使用离子感烟探测器和光电感烟探测器。在后面的章节中将对探测器进行介绍。手动报警器输出的是开关量信号，要将开关信号传送到单片机中，需有专门的开关量输入电路将开关信号转换成数字信号，在后面也将对开关量输
17、入电路进行介绍。4.2信号变换本系统所用到的离子感烟探测器和光电感烟探测器输出为工业标准电流信号。为此，主要考虑信号传输线路后面器件对信号的要求，由于后面器件要求输入信号为电压信号，在这就需要进行必要的转换，将其中输出的电流信号经I/V转换成电压信号，满足整个线路传输的需要。4.3采样保持器A/D转换器对输入的信号进行转换需要一定的时间，在这个时间内，输入信号有可能发生较大变化，就会引起转换误差。为了使输入到A/D转换器中的信号不至变化太大，需加采样保持器作信号保持，来保证A/D转换期间输入信号恒定。4.4多路开关实际火灾报警系统中所用到的探测器、手动报警器较多，分布也分散。由于所选ADC08
18、09含有多路开关，所以模拟量输入通道没必要使用多路开关。在开关量通道需要使用多路开关将各个输入信号连接到单片机上，这样既简化了电路又降低了成本。4.5A/D转换器火灾探测器输出的是模拟信号，而单片机只能处理数字信号，这就需要加一个装置使模拟信号转换成数字信号。A/D转换器能满足这个要求，A/D转换器的作用是将模拟信号转换为数字信号送入单片机，供单片机进行处理。4.6光电隔离信号在线路中传输，会受到各种各样的干扰，而共模干扰就是其中的一种。所谓共模干扰就是两个输入端上公有的干扰电压，它可以是直流，也可以是交流。4.7单片机单片机是整个火灾报警系统的头脑、核心，整个系统的运行都需要单片机进行控制和
19、管理。没有单片机，系统无法工作，这就显示出单片机的重要作用。本设计中我们采用MCS-51单片机，该系列单片机包含了作为微型计算机所必需的基本功能，但其内部的ROM和RAM毕竟有限，在设计中有大量的程序和数据需要存放，有必要对单片机进行ROM和RAM的扩展。同时，为了实现单片机和外设间信息的良好交换，需要连接I/O接口。这些对于本系统设计是很重要的。4.8显示部分显示部分是本系统一个重要的组成部分，它能显示不同的报警信息，便于工作人员对火灾和故障进行处理。现实系统设计中使用最多的显示器主要有发光二极管LED、荧光数码管、辉光数码管和液晶显示器LCD。由于LED数码管功耗低、响应速度快、使用寿命长、价格便宜等优点，本系统选择八段共阴极LED数码管进行参数显示。单片机与显示器的接口方式主要有：8155芯片连接的接口和8279芯片连接的接口。参考文献1 曾祥模热处理炉西北工业大学出版社,19892 张毅刚，彭喜元，姜守达，乔立岩新编MCS-51系列单片机应用设计.哈尔滨工业大学出版社，2003.63 张洪润.实用自动控制.成都科技大学出版社,1990.7
