1 引 言

我國(guó)的火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警控制系統(tǒng)經(jīng)歷了從無(wú)到有、從簡(jiǎn)單到復(fù)雜的發(fā)展過(guò)程，其智能化程度也越來(lái)越高。目前國(guó)內(nèi)廠家多偏重用于大型倉(cāng)庫(kù)、商場(chǎng)、高級(jí)寫字樓、賓館等場(chǎng)所大型火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)的研發(fā)，他們采用集中區(qū)域報(bào)警控制方式，其系統(tǒng)復(fù)雜、成本較高。而在居民住宅區(qū)、機(jī)房、辦公室等小型防火單位，需要設(shè)置一種單一或區(qū)域聯(lián)網(wǎng)、廉價(jià)實(shí)用的火災(zāi)自動(dòng)探測(cè)報(bào)警裝置，因此，研制一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、價(jià)格低廉的語(yǔ)音數(shù)字聯(lián)網(wǎng)火災(zāi)報(bào)警器是非常必要的。

一般小型防火單位火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)如圖1所示。現(xiàn)場(chǎng)火災(zāi)報(bào)警器通過(guò)對(duì)傳感器火情信息的檢測(cè)，使用智能識(shí)別算法實(shí)現(xiàn)對(duì)火災(zāi)的監(jiān)測(cè)。當(dāng)報(bào)警器監(jiān)測(cè)到火情信息后，直接通過(guò)Modem經(jīng)公用電話交換網(wǎng)迅速向消防指揮中心報(bào)告火情信息（包括火災(zāi)單位編碼、單位名稱、火情級(jí)別以及報(bào)警時(shí)間等），同時(shí)產(chǎn)生聲光報(bào)警信號(hào)，并按事先預(yù)留的電話號(hào)碼自動(dòng)撥號(hào)通知單位有關(guān)負(fù)責(zé)人。消防指揮中心根據(jù)接收到的火警信息，立即在消防信息數(shù)據(jù)庫(kù)中查詢單位位置、周圍道路、交通、水源情況等基本信息，根據(jù)所獲得的信息迅速確定最佳救火方案，通過(guò)網(wǎng)絡(luò)將出警命令直接下達(dá)各消防中隊(duì)。本文將詳細(xì)介紹小型防火單位語(yǔ)音數(shù)字聯(lián)網(wǎng)報(bào)警器的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)。

2 報(bào)警器硬件設(shè)計(jì)

2．1 硬件組成

如圖2所示，報(bào)警器硬件由溫度煙霧信號(hào)采集模塊、聲光報(bào)警模塊以及單片機(jī)與Modem通信模塊組成。圖中1，2，3組成數(shù)據(jù)采集模塊，4，5組成聲光報(bào)警模塊，5，6，7組成與Modem通信模塊。其中，1為傳感器（包括煙感和溫感），將現(xiàn)場(chǎng)溫度、煙霧等非電信號(hào)轉(zhuǎn)化為電信號(hào)；2為信號(hào)調(diào)理電路，將傳感器輸出的電信號(hào)進(jìn)行調(diào)理（放大、濾波等），使之滿足A/D轉(zhuǎn)換的要求；3為A/D轉(zhuǎn)換電路，完成將溫度傳感器和煙霧傳感器輸出的模擬信號(hào)到數(shù)字信號(hào)的轉(zhuǎn)換。聲光報(bào)警模塊由單片機(jī)和報(bào)警電路組成，由單片機(jī)控制實(shí)現(xiàn)不同的聲光報(bào)警（異常報(bào)警、故障報(bào)警、火災(zāi)報(bào)警）功能。單片機(jī)與Modem通信模塊由單片機(jī)、GM16C550串行端口擴(kuò)展芯片和RS232電平轉(zhuǎn)換電路組成，實(shí)現(xiàn)報(bào)警器經(jīng)Modem與消防指揮中心的通信。下面對(duì)上述各模塊進(jìn)行簡(jiǎn)要介紹。

2．2 溫度煙霧信號(hào)采集模塊

要準(zhǔn)確地進(jìn)行火災(zāi)報(bào)警，選擇合適的溫度和煙霧傳感器是準(zhǔn)確報(bào)警的前提。綜合考慮各因素，本文選擇集成溫度傳感器AD590和氣體傳感器TGS202用作采集系統(tǒng)的敏感元件。

AD590是美國(guó)Analog Devices公司生產(chǎn)的一種電流型二端溫度傳感器。電路如圖3所示。由于AD590是電流型溫度傳感器，他的輸出同絕對(duì)溫度成正比，即1μA/k，而數(shù)模轉(zhuǎn)換芯片ADC0809的輸入要求是電壓量，所以在AD590的負(fù)極接出一個(gè)10 kΩ的電阻R1和一個(gè)100Ω的可調(diào)電阻W，將電流量變?yōu)殡妷毫克腿階DC0809。通過(guò)調(diào)節(jié)可調(diào)電阻，便可在輸出端VT獲得與絕對(duì)溫度成正比的電壓量，即10 mV/K。

火災(zāi)中氣體煙霧主要是CO2和CO。TGS202氣體傳感器能探測(cè)CO2，CO，甲烷、煤氣等多種氣體，他靈敏度高，穩(wěn)定性好，適合于火災(zāi)中氣體的探測(cè)。如圖4所示，當(dāng)TGS202探測(cè)到CO2或CO時(shí)，傳感器的內(nèi)阻變小，VA迅速上升。選擇適當(dāng)?shù)碾娮枳柚担沟卯?dāng)氣體濃度達(dá)到一定程度（如CO濃度達(dá)到0．06％）時(shí)，VA端獲得適當(dāng)?shù)碾妷海ㄔO(shè)為3 V）。

A/D轉(zhuǎn)換電路采用了常用的8位8通道數(shù)模轉(zhuǎn)換專用芯片ADC0809，電路如圖5所示。溫度、煙霧傳感器的輸出分別接到ADC0809的IN0和IN1。ADC0809的通道選擇地址A，B，C分別由89C51的P0．0～P0．2經(jīng)地址鎖存器74LS373輸出提供。當(dāng)P2.7=0時(shí)，與寫信號(hào)WR共同選通ADC0809。圖中ALE信號(hào)與ST信號(hào)連在一起，在WR信 號(hào)的前沿寫入地址信號(hào)，在其后沿啟動(dòng)轉(zhuǎn)換。例如，輸出地址7FF8H可選通通道IN0，實(shí)現(xiàn)對(duì)溫度傳感器輸出的模擬量進(jìn)行轉(zhuǎn)換；輸出地址7FF9H可選通通道IN1，實(shí)現(xiàn)對(duì)煙霧傳感器輸出的模擬量進(jìn)行轉(zhuǎn)換。圖中ADC0809的轉(zhuǎn)換結(jié)束狀態(tài)信號(hào)EOC接到89C51的INT1引腳，當(dāng)A/D轉(zhuǎn)換完成后，EOC變?yōu)楦唠娖剑硎巨D(zhuǎn)換結(jié)束，產(chǎn)生中斷。在中斷服務(wù)程序中，將轉(zhuǎn)換好的數(shù)據(jù)送到指定的存儲(chǔ)單元。

2．3 聲光報(bào)警模塊

聲光報(bào)警電路在單片機(jī)P1口的控制下，可以根據(jù)不同情況（火災(zāi)、異常、故障）發(fā)出不同的聲光報(bào)警信號(hào)。聲音信號(hào)由專用語(yǔ)音芯片提供。通過(guò)給語(yǔ)音芯片的S1和S2端輸入不同的邏輯電平（00，01，10，11），便可以獲得4種不同的聲音信號(hào)。由單片機(jī)的P1．0和P1．1控制。另外該芯片還需要一個(gè)選通信號(hào)，由P1．3提供。只有當(dāng)該信號(hào)為高電平時(shí)，芯片才會(huì)根據(jù)S1和S2端的控制信號(hào)發(fā)出不同的報(bào)警聲，否則不會(huì)發(fā)聲報(bào)警。

由P1口的P1．4～P1．7分別控制4個(gè)發(fā)光二極管，予以光報(bào)警，如圖6所示。P1．4～P1．7控制的燈依次為綠色（正常信號(hào)燈）、黃色（故障信號(hào)燈）、紅色（異常信號(hào)燈）和紅色（火災(zāi)信號(hào)燈）。當(dāng)這些輸出端輸出低電平時(shí)，對(duì)應(yīng)的信號(hào)燈便會(huì)發(fā)光報(bào)警。

2．4 單片機(jī)與Modem通信模塊

當(dāng)報(bào)警器監(jiān)測(cè)到火災(zāi)信息后，除了在火災(zāi)現(xiàn)場(chǎng)產(chǎn)生聲光報(bào)警信號(hào)外，還需要將火災(zāi)信息按事先預(yù)留的電話號(hào)碼自動(dòng)撥號(hào)通知單位有關(guān)人員，并迅速上報(bào)消防指揮中心，為此，系統(tǒng)設(shè)計(jì)了單片機(jī)與Modem通訊模塊，該模塊由單片機(jī)、GM16C550串行端口擴(kuò)展芯片和RS232電平轉(zhuǎn)換電路組成。限于篇幅，對(duì)通訊模塊的硬件電路及編程不做詳細(xì)論述。

3 報(bào)警器監(jiān)控程序設(shè)計(jì)

監(jiān)控程序流程圖如圖7所示。系統(tǒng)復(fù)位后，首先要進(jìn)行初始化，包括對(duì)各個(gè)控制用寄存器的初始化、設(shè)置中斷服務(wù)程序的入口地址、設(shè)置堆棧等。

為了便于系統(tǒng)維護(hù)和功能擴(kuò)充，采用了模塊化程序設(shè)計(jì)方法，系統(tǒng)各個(gè)模塊的具體功能都是通過(guò)子程序調(diào)用實(shí)現(xiàn)的。本系統(tǒng)主要包括數(shù)據(jù)采集子程序、火災(zāi)判斷與報(bào)警子程序以及Modem通訊子程序等。

3．1 數(shù)據(jù)采集子程序

數(shù)據(jù)采集部分的程序設(shè)計(jì)包括：驅(qū)動(dòng)ADC0809的IN0和IN1進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換，分別由子程序ADC1（溫度轉(zhuǎn)換）和ADC2（煙霧濃度轉(zhuǎn)換）完成；單片機(jī)接收轉(zhuǎn)換好的數(shù)據(jù)，存入指定內(nèi)存單元，由INT1中斷服務(wù)程序完成。每次驅(qū)動(dòng)A/D轉(zhuǎn)換后等待外部中斷1，中斷到來(lái)說(shuō)明A/D轉(zhuǎn)換已經(jīng)完成，通過(guò)中斷服務(wù)程序讀取轉(zhuǎn)換得到的數(shù)據(jù)。

3．2 火災(zāi)判斷與報(bào)警程序

為了降低誤報(bào)率，系統(tǒng)采用了多次采集、多次判斷的方法。每次數(shù)據(jù)采集后根據(jù)得到的數(shù)據(jù)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)情況進(jìn)行判斷：00H表示正常、01H表示異常、02H表示火災(zāi)；然后綜合多次判斷結(jié)果做出最終的火情判斷。數(shù)據(jù)在內(nèi)部RAM存儲(chǔ)單元中的存放情況如表1所示。具體判斷方法如下：

（1）對(duì)溫度和煙霧進(jìn)行了兩次數(shù)據(jù)采集與判斷

溫度≥100℃，溫度異常，置標(biāo)志位為1，否則為0；煙霧（CO，CO2）濃度≥0．06％，煙霧濃度異常，置標(biāo)志位為1，否則為0。

（2）根據(jù)溫度和煙霧的異常標(biāo)志位判斷現(xiàn)場(chǎng)情況

2個(gè)標(biāo)志位均為0，表示情況正常，給53H或56H單元送00H；2個(gè)中僅有1個(gè)為1，表示情況異常，送01H；2個(gè)均為1，表示有火災(zāi)發(fā)生，送02H。

（3）綜合兩次情況做最后判斷，并予以報(bào)警

若53H和56H中數(shù)據(jù)不相同，說(shuō)明是誤報(bào)，調(diào)故障報(bào)警子程序；否則按該單元中的數(shù)據(jù)調(diào)相應(yīng)的報(bào)警子程序。

00H為情況正常，返回。

01H為情況異常，調(diào)異常報(bào)警子程序。

02H為現(xiàn)場(chǎng)有火災(zāi)，調(diào)火災(zāi)報(bào)警子程序，并向消防中心報(bào)告火情。

4 結(jié) 語(yǔ)

本文研制的用于小型防火單位的語(yǔ)音數(shù)字聯(lián)網(wǎng)火災(zāi)報(bào)警器具有以下特點(diǎn)：

（1）能對(duì)室內(nèi)煙霧（CO2，CO）及溫度突變進(jìn)行報(bào)警（聲光報(bào)警）。

（2）如果出現(xiàn)硬件故障（如傳感器遺落、內(nèi)部元器件損壞等），能發(fā)出故障報(bào)警。

（3）如果只有一種參數(shù)出現(xiàn)異常（如煙霧濃度過(guò)大或是溫度較高），能發(fā)出異常報(bào)警信號(hào)，令值班人員到現(xiàn)場(chǎng)處理。

（4）如果煙霧和溫度同時(shí)出現(xiàn)異常，則說(shuō)明有火災(zāi)，發(fā)出火災(zāi)警報(bào)，并及時(shí)將火災(zāi)信息上報(bào)消防指揮中心。

現(xiàn)場(chǎng)模擬實(shí)驗(yàn)表明，本系統(tǒng)安全可靠，誤報(bào)率低。且由于其體積小、操作維護(hù)方便、成本低廉等，具有廣闊的應(yīng)用前景。

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