煙霧火災自動器學士學位論文

1、 學 士 學 位 論 文煙霧火災自動報警器設計姓 名：閆玉杰學 號：200905220137指導教師：呂依穎院系(部所)：光電工程學院專 業(yè)：電子信息工程完成日期：2012年04月18日 學 士學 位 論 文煙霧火災自動報警器設計姓 名：閆玉杰學 號：200905220137指導教師：呂依穎院系(部所)：光電工程學院專 業(yè)：電子信息工程完成日期：2012年04月18日摘 要 隨著經濟的發(fā)展， 我國改革開放的不斷深入和經濟建設的迅猛發(fā)展,建筑自動消防設施應用規(guī)模日漸增大。大型工業(yè)企業(yè)日益增加各種高層地下和火災危險性較高的新型廠房不斷涌現，火災自動報警系統在實際使用過程中也出現了諸多問題，火災隱患

2、急劇增加威脅著我國經濟的發(fā)展和人民生命財產的安全，而火災自動報警系統作為廠房設計的重要組成部分在工業(yè)生產中肩負著安全防范的重任。建筑中的火災自動報警系統設計首先必須符GB50116-98火災自動報警系統設計規(guī)范的要求同時也要適應工業(yè)建筑的特點，合理選配產品做到安全適用技術先進經濟合理?；馂膱缶靼l(fā)生誤報的現象時有發(fā)生，探討了火災自動報警系統誤報的原因以及預防措施?！娟P鍵詞】 火災自動報警系統；GB50116-98；誤報AbstractWith the development of economy, the deepening of the reform and opening up and e

3、conomic construction in our country the rapid development of building fire control facilities scale grows automatically。Big industrial companies increasingly various high-level underground and high fire risk of new factories have sprung up, in the process of the automatic fire alarm system in the ac

4、tual use also appeared many problems, fire hazard has increased dramatically threatening Chinas economic development and peoples life and property safety。As factory building design and automatic fire alarm system is an important part of shoulder the responsibility of safety in industrial production。

5、Architectural design of automatic fire alarm system must first be operator GB50116-98 automatic fire alarm system design specification requirements at the same time, it should meet the characteristics of industrial buildings, reasonable selecting applicable advanced technology economic and reasonabl

6、e products to do it safely。Fire alarm occurs the phenomenon of false alarms, automatic fire alarm system was discussed the reason of false alarm and prevention measures.?！綤ey words】:Automatic fire alarm system ;GB50116-98; False positives目 錄第1章 緒論11.1 引言11.1.1 火災自動報警器的發(fā)展歷程11.1.2 火災自動報警器的種類21.2 煙霧火災報

7、警器誤報情況的發(fā)生原因與解決辦法21.3 本文的研究目的和主要內容3第2章 煙霧火災自動報警器的原理和總體設計方案42.1 煙霧火災自動報警器的工作原理42.2 煙霧火災自動報警器的總體設計方案4系統控制器的選擇：4輸入通道方案的選擇52.2.3 其他設備的選擇6第3章 煙霧火災自動報警器的電路設計83.1 信號采集及前置放大電路83.2 報警器故障自診斷電路83.3 煙霧報警器的硬件總電路圖93.4 本章小結9第4章 煙霧火災自動報警的軟件設計104.1 系統主程序設計及流程圖104.2 報警子程序設計與流程圖114.3 本章小結11第5章 煙霧火災自動報警器的結果及討論125.1 煙霧火災

8、自動報警器在現實生活中問題的討論125.2 運用AutoCAD進行火災自動報警器的外殼設計13參考文獻14致 謝15第1章 緒論1.1 引言 火災自動報警器的發(fā)展歷程在1980的前后，中國的火災報警系統正處于起步的階段，經過了30年的發(fā)展，現已經成為具有了一定強悍領導力市場的行業(yè)。我們國家制造出自己的火災自動報警器，以此來適應國家的經濟日益發(fā)展的需要。我國的火災自動報警控制系統經歷了從無到有、從簡單到復雜的發(fā)展過程，其智能化程度也越來越高。第一階段 從十九世紀四十年代到二十世界四十年代。在這段時間里，生活中占主導地位的是感溫探測器，當時的火災自動報警系統處于初級階段。在這一時期的火災探測技術主

9、要是根據感溫探測器采集的溫度信號，通過一個閥值來判定是否超過。第二階段，從二十世紀五十年代到七十年代。在這短時間里，登上舞臺的是感煙火災報警器。它將感溫火災報警器排擠到第二的位置?；馂男盘柕膫鬏敳捎枚嗑€制，一般來說的話，它要求每個火災探測器用兩條或者更多條導線與火災報警控制器連接在一起，從而來保證每個火災報警器能正常運作。煙霧火災報警器通過煙霧的濃度大小來達到一個臨界值，是否可以觸發(fā)使其報警。第三階段，二十世紀八十年代至今。由于單片機技術的普遍應用級發(fā)展，人們開始將單片機技術應用到火災報警系統中，并采用了總線制的信號傳輸方式。微電子器件、數字脈沖電路及計算機應用技術用于火災監(jiān)控系統，改變了以往

10、多線制結構系統的直流巡檢和硬線對應連接方式，代之以數字脈沖信號巡檢和信息壓縮傳輸，采用大量編碼、譯碼電路和微處理機實現火災探測器與火災報警控制器的通信協議和系統檢測控制，大大減少了系統線制，帶來了工程布線的靈活性，人們不需一根根的布線、布點，只要將探測器和安裝底座像接燈泡一陽并聯在回路總線上?？傊?，火災自動報警器正在一步一步的發(fā)展，它正朝著符合人們日常生活中需要的方向在努力，這就是一個很好的現象。說白了，火災自動報警器的設計是對于人們安全的考慮，在任何情況下，人們的生命重于一切。 火災自動報警器的種類在現在的社會上，火災自動報警器的種類繁多，從市場上我們就可以看到比如有：1、感光型的2、感溫型

11、的3、感煙型的4、電纜型的5、復合型的等等，并且在每一類的下面還有一些小類。1.2 煙霧火災報警器誤報情況的發(fā)生原因與解決辦法 煙霧火災自動報警器產生誤報的原因主要有以下幾種：1、烹飪；2、間歇的報警聲音產生；3、蒸汽或濕氣的影響；4、香煙產生的煙霧；5、當通上電以后，報警器會響不停；6、電源接觸不良。1、由于烹飪而產生誤報，大部分是由離子報警器發(fā)出的，由于這樣的傳感器對于即使是人的肉眼無法看到的粒子較敏感，而由于烹飪高溫產生的煙霧粒子是人眼無法看到的所以會產生誤報。這樣的話可以選擇報警器是擁有離子傳感器與光電傳感器的火災報警器來解決了。2、間歇報警聲的產生，可能是因為 火災報警器使用的時間過

12、長而變得非常敏感，也有可能是內部積累了很多的灰塵而沒有及時的清理，也可能是報警器本身出了毛病，所以最好的辦法就是換一個新的煙霧火災報警器。3、由于蒸汽或濕氣的影響，蒸汽或者濕氣會濃縮在傳感器和線路板上，假如濃縮太多的水汽的話就會發(fā)出報警的聲音。所以最好的辦法是將報警裝置安裝在離蒸汽或者濕氣較遠的方法。較老的報警器會變得對于蒸汽和濕氣更加的敏感從而發(fā)生響應，所以可能是報警器使用的時間太長了，應該被替換掉的。4、香煙產生的煙霧從而使報警器工作，一般情況下，香煙的煙霧是不足以使煙霧火災報警器工作過的，但是可能在一個很小的空間中有很多的朋友一塊吸煙，導致煙霧的濃度過大，從而產生報警。假如報警器太舊，太

13、過老化的話報警器也可以產生報警。5、當通上電以后，報警器會響不停，這可能是報警器里面的灰塵沉積的太多或者報警器使用的時間太久了，也可能是報警器出了毛病。所有家用的報警器如果使用時間太長這樣也會對煙霧變得敏感。這可能也是一個需要更換報警器的信號，就算是剛買來的報警器也會有毛病，這些是不能避免的，我們要做的就是要用一個能正常使用的火災報警器。6、電源接觸不良，這可能是最沒有辦法來避免的情況之一，看下報警器是不是太舊了，或者拆下來清理一下灰塵，最笨的辦法，更換報警器。 1.3 本文的研究目的和主要內容 本文研究的目的是基于單片機的理論來設計一款煙霧火災自動報警器，隨著經濟的發(fā)展，我國改革開放的不斷深

14、入和經濟建設的迅猛發(fā)展，建筑自動消防設施應用的規(guī)模日漸增大，大型廠房的建立。由于火災自動報警系統在實際使用中還存在著不少的問題，在商場或者其他地方頻頻的有火災的產生。一方面是因為設施不夠健全，兩一方面可能是火災報警器并不適應用所在的場合。本文主要針對火災自動報警的安裝以及進行設計，從而做出一個實用的火災自動報警器，從而給予大眾人民群眾幫助，以保障人民的生命財產的安全，一款新型的煙霧火災自動報警器即將誕生。 第2章 煙霧火災自動報警器的原理和總體設計方案2.1 煙霧火災自動報警器的工作原理 煙霧火災自動報警器是能夠檢測到環(huán)境中煙霧的濃度，并具有報警功能的儀器，煙霧自動報警系統的最基本組成部分應該

15、包括：信號采集及前置放大電路、A/D轉換器、單片機控制電路、字符顯示電路、聲光報警電路、安全保護電路等部分組成，如圖2-1所示。圖2-1 系統結構圖一個非常完整的火災報警系統，應該包含以下幾個部分：系統控制模塊，火災探測模塊，數據轉換模塊，報警模塊。本設計是以單片機作為用來控制系統的核心，通過傳感器用來進行測溫的實行，來實現煙霧火災自動報警器的設計。這可以對室內外的煙霧實時采集和檢測，當所檢測的煙霧濃度高于所設定的臨界值的時候，就會自動報警。 煙霧濃度信號采集電路以數字信號的形式送入單片機，這時的單片機對該數字信號進行濾波處理，對處理后的數據進行分析，此時的數據是否大于預設好的臨界值或者煙霧濃

16、度，如果大于則報警器會發(fā)出報警聲音，如果不大于這個臨界值或者煙霧濃度，則就顯示為正常狀態(tài)。 2.2 煙霧火災自動報警器的總體設計方案系統控制器的選擇：對于控制器的選擇，非常的重要，它不僅要求控制器的功能強大，性價比高，可靠性強還要求精度和響應速度高?；谏鲜龅囊螅F總結一下本設計所需要的單片機的功能特點：（1） 控制能力很強它能在工業(yè)控制、智能儀表、外設控制、家用電器、機器人、軍事裝備等方面得到了廣泛的應用，整個工業(yè)設備和工藝將進行一次以普及應用微機為特征的技術改造。為了滿足對象的控制要求，單片機的指令系統均有極豐富的條件，對于專門的控制電路實現很強大的功能。（2） 低功耗，低電壓，便于生產

17、便攜式產品為了滿足很多人使用的便攜式的產品，單片機內的工作電壓1.8V3.6V，而工作電流僅僅為數百微安，這樣在使用單片機進行產品生產時會很便捷，更容易生產出符合大眾需要的產品，在火災自動報警器的生產中，單片機起到了很強大的作用。（3） 體積小，高集成度，高可靠性單片機將各功能部件集成在一塊小的晶體芯片上，這樣的集成度很高，以至于體積也是最小的。這樣的芯片本身是按照工業(yè)控制環(huán)境的要求進行設計的，這里面的布線很短，比起一般的CPU有很大的優(yōu)勢可言。單片機程序指令，常熟及表格等固化使它在ROM中不易被破壞，許許多多的信號通道均在一個芯片內，所以可見它的可靠性很高，用這樣的來進行產品的設計能給我們省

18、不少的力的同時也能使產品更完整。（4） 性價比很高單片機的性價比很高的，在控制器的選擇上，單片機既能使我們能很好的利用到產品的設計中，還能更好的為我們節(jié)省資金，對于使用單片機來說就是很好的選擇。（5） ISP以及IAP的使用在線編程技術及在應用中編程技術是通過計算機的并口或者串口對單片機進行程序下載編程的。單片機引出的編程線與I/O線共用，不增加單片機的額外引腳。ISP為開發(fā)、調試提供了方便，并使單片機系統遠程調試、升級成為現實。IAP可實現單片機在應用中的再編程，為儀器儀表的智能化提供了重要的技術手段。輸入通道方案的選擇根據我的設計方案，這時我們需要將外界所測的煙霧等模擬量輸入轉化成數字量。

19、本設計采用的是A/D轉換器，這可以將多路的模擬量進行轉化，因而省略了多路的開關。我們所知道的的A/D轉換器的種類有很多，就單單只是位數來說的話有8位，10位，12位，16位等。位數越高的話，其分辨率就越高，當然相應的它的價格也會越貴。為了根據此設計的需要，從而確定轉換器的位數為8位。 其他設備的選擇1.用LED來做顯示器發(fā)光二極管（英語：Light-Emitting Diode,簡稱LED）是一種能發(fā)光的半導體電子元件。LED晶片的一端附著在一個支架上，一端是正極，一端是連接電源的負極，使晶片被封裝起來。發(fā)光二極管的核心部分是由P型半導體和n型半導體組成的晶片，在P型半導體和n型半導體之間有一

20、個過渡層，稱為PN結。在某些半導體材料的PN結中，注入的少數載流子與多數載流子復合時會把多余的能量以光的形式釋放出來，從而把電能直接轉換為光能。PN結加反向電壓，少數載流子難以注入，故不發(fā)光。這種利用注入式電致發(fā)光原理制作的二極管叫發(fā)光二極管，通稱LED。當它處于正向工作狀態(tài)時(即兩端加上正向電壓)，電流從LED陽極流向陰極時，半導體晶體就發(fā)出從紫外到紅外不同顏色的光線，光的強弱與電流有關。而我們知道的光的波長決定光的顏色，這是由形成P-N結的材料決定的。它具有以下特點：（1） 耗電量低LED耗電相當的低，很低的功耗，它的效率很高，LED效率可達90%以上，幾乎不發(fā)熱。所以耗電小。（2） 體積

21、小LED基本上就是一塊很小的晶片被封裝在一個環(huán)氧樹脂里面，因此它非常小，并且還非常輕。（3） 低熱量、高亮度LED使用的是冷發(fā)光技術，它的發(fā)熱量比普通的照片明燈具低很多很多。（4） 環(huán)保用過LED的材料是無毒的，并且它也可以回收利用。在它的光譜中沒有紫外線和紅外線，它沒有輻射，沒有熱量，眩光小，冷光源，是可以進行觸摸的，是屬于典型的綠色照明光源。（5） 使用壽命長它的燈絲不存在發(fā)光易燃、熱沉積等缺點，在很合適的電流跟電壓下，使用壽命可達6W-10W小時，這比起傳統的光源長十倍以上。（6） 很堅固它被封裝在一個環(huán)氧樹脂里面，比起熒光燈和燈泡都堅固。燈泡內也沒有松動的部分，從而使LED不容易破壞。

22、2. 對于報警電路的設計所謂的報警電路是由一個三極管、一個74ALS08芯片和一個蜂鳴器組成。當煙霧所測的值在設定的范圍內時，單片機是不會做出反應的。但是當超過這一臨界值時，單片機會發(fā)出動作命令，從而使三極管導通而發(fā)出蜂鳴聲進行報警，這就可以提醒其他人趕緊做出相應的補救措施來。第3章 煙霧火災自動報警器的電路設計 3.1 信號采集及前置放大電路傳感器的輸出信號正常的來說會很弱，所以需要經過前置電路對其進行放大、電平調整、濾波，以此來滿足單片機對于輸入信號的要求。3.2 報警器故障自診斷電路（1）判斷傳感器電源連接情況在一個傳感器的一端串聯上一個電阻R16。當傳感器正常連接時，電阻和傳感器分壓，

23、此時電阻兩端有微弱的電壓，單片機可以通過ADC0809的IN2口檢測到：如果傳感器電源連接不正常，則會產生斷路，檢測到電阻兩端電壓為0。其電路圖如圖3-2所示。圖3-2 報警器故障自診斷電路（2）判斷傳感器信號端連接的情況還有一種情況是判斷傳感器信號端是否連接正確。這樣就不需要再在上面進行外加電路了，在傳感器進行預熱到23分鐘后，通過與ADC0809的IN1輸入端口連接，傳感信號所測得的輸出電壓，假若說這時候所測得的電壓是5V，這說明傳感器的信號端連接不正常，這時系統會發(fā)出警報。1.1 煙霧報警器的硬件總電路圖我們把上述各個部分電路結合在一起后就是所設計的煙霧報警器的總電路了，分工的不同但最后

24、會實現聲光報警、字符的顯示和滅火功能。圖3-3煙霧報警器模塊電路圖1.2 本章小結本章主要介紹了煙霧火災自動報警器的硬件設計，通過放大電路、轉換電路，以及報警器故障自診斷電路來進行設計，通過單片機的控制使這個設計能夠得以實現。很通俗說，此次設計的煙霧火災自動報警器就是通過一個接收器，加上一個放大電路，然后接報警器的設計，這樣設計簡單實用可靠。第2章 煙霧火災自動報警的軟件設計2.1 系統主程序設計及流程圖如下圖4-1所示，主程序流程圖。第一我們要給傳感器進行預熱，當進行充電時，傳感器不能立即正常的采集煙霧信息，這需要一段時間的預熱才可以。當程序預熱結束后，系統進入監(jiān)控狀態(tài)。主程序設計先對傳感器

25、預熱，這樣預熱的同時，對傳感器可以進行故障檢測，運用軟件的方式檢測傳感器加熱絲或者電纜線在這樣的情況下有沒有斷線或者說有沒有接觸不良。圖4-1 主流程圖在整個報警系統工作中，單片機對于煙霧信號進行了接受，將信號放大、A/D轉換處理后，由單片機來對結果分析處理，以此來判斷是否啟動報警裝置。這樣的設計能給用戶很大的幫助，煙霧火災自動報警器的作用就是給人民群眾提供幫助的，一旦有火災的發(fā)生，盡量的減少損失。2.2 報警子程序設計與流程圖當放大的信號不為零了，就是所說的煙霧濃度達到系統的報警的臨界值。這時報警器會發(fā)出報警聲。為了防止誤報，在程序設計上，對煙霧濃度進行重復檢測和延時報警，從而來區(qū)別到底是不

26、是管道中煙霧的泄露還是因為極短時間打開閥門所產生的可燃少量的散失所造成的，這都是為了防止誤報。下圖4-2所示。圖4-2 報警子程序設計的流程圖2.3 本章小結章是對于煙霧火災自動報警器的軟件的設計，通過系統的主程序與電路圖來完成此次設計，本次設計用到的元件清單有：蜂鳴器，二極管，按鍵開關，揚聲器，繼電器，發(fā)光二極管，電容，電阻，74LS47，74LS04，共陽數碼管。第3章 煙霧火災自動報警器的結果及討論3.1 煙霧火災自動報警器在現實生活中問題的討論此次只是一個設計，由于其他的原因，無法進行做出實體來，所以我希望在以后時間里做出此次設計的實體，來進行調試以便于使用。在現在的日常生活中一般的火

27、災報警器存在以下的問題：（1） 設備的不兼容當前，一些工程在建設上為了節(jié)約成本，在設備的選擇上會采取哪里便宜選哪里的策略。在報警主機，探測器，手動按鈕的選擇上，也是進行肆意的搭配。但是，由于當前在類似的產品中，并沒有出臺比較權威的技術標準。而各個廠家為了維護自己的利益，也在技術構造上，采用不同的參數，因而這就造成了不同產品不兼容的現象。據近期相關部門的一次調查顯示，有大約百分二十的火災報警器因為類似的問題而無法進行正常的工作。（2） 系統架構被改動在一些的工程中，對于火災報警裝置的基本配置上，還是比較符合標準的。但是在施工中，為了節(jié)約成本，在調試時有意的減少控制模塊，或者有意降低信號線路的絕緣

28、強度。盡管這樣的行為在施工開銷上實現了很大的結余。但是，對于火災報警裝置的靈敏度等性能，被降低的結果也是不可避免的。（3） 相關部門的監(jiān)察力度不足此外，在一些火災防護設備的監(jiān)理過程中，也存在著僥幸的心理，甚至在一些繁忙時期，在人手不夠的時候采用非專業(yè)人士進行相應的監(jiān)督，這無疑也給我們日后的安全帶來很大的考驗。另外，還有一些施工單位為了減輕工作量，用不同的工種來完成報警系統的搭建，最終使報警系統的性能大大下降。盡管這些都稱不上是工作的失誤，但是卻對我們的生命安全構成極大的威脅。（4） 火災報警裝置，責任心遠比設備性能更重要。也許有的朋友會問，面對這樣的安全隱患，我們如何去排查呢?在這里，我可以告

29、訴大家的是，由于當前的火災報警裝置更多的采用暗線走線，而且相關設備的位置也比較小巧隱蔽。因此，除非相應的部門攜帶專業(yè)的設備前來檢查，否則，如果不采用明火等場景模擬的方式進行試驗的話，以我們現有的知識恐怕很難發(fā)現其中的貓膩。因此，這也就更多的依靠施工與監(jiān)管過程中的責任心了。其實，作為一項關系到我們生命安危的保護裝置，它在施工過程中，并沒有太復雜的難度。但是，施工者的責任心則關系到整個報警系統的工作性能，甚至是用戶的安危。所以，面對火災報警器暴露出來的這些隱患，與其去過多的追尋設備的性能，以及防患的辦法，不如讓我們的施工者更多一些憂患意識，讓相關的監(jiān)管部門更多一分責任意識。這樣的付出顯然要比關注其他方面更加經濟，同時又更加的有效。3.2 運用AutoCAD進行火災自動報警器的外殼設計煙霧火災自動報警器硬件與軟件的設計基本完成，但是為了以后的應用，現在用AutoCAD對報警的外殼進行設計，主要用到CAD的三維來做圖，如下圖5-2所示。圖5-2 用AutoCAD所設置的外殼形狀參考文獻1黃浩忠 火災自動報警系統簡明設計手冊M中國建材工業(yè)出版社,2001 2盛建 自動消防報警系統M天津大學出版社, 1999 3彭軍 傳感器與檢測技 西安電