多参数测量的防火报警器的设计(附件)【字数：9214】
摘 要现代建筑火灾报警系统在安全方面非常重要。随着计算机技术的发展，火警系统进入智能化时代。通过在现场安装火灾探测装置，收集温度和烟气信息到控制系统来处理判断，并采取有效措施控制灭火。这个主题侧重于硬件设计和研究。火警控制器(FAC)是一种用于供电、接收、传输和显示火灾探测器的火灾报警信号，也可用于火灾报警系统的自动控制装置。它是火灾报警系统的重要组成部分。本文主要对火力控制理论进行了深入的研究，并介绍了火警控制器硬件与实际应用的一些实现方法及其部件处理的实现方法。该系统包括火灾探测模块、音频和轻型报警模块和灭火器模块、一个A/ D转换模块、信号处理模块和其他模块。测试模块包括温度检测和烟雾检测。一个A/ D转换模块选择常用的模块转换芯片。音频和灯光警报模块使用声音警报，声音警报模块打开和音频设备。使用亮红色LED来实现照明报警模块。灭火器模块由开关设备实现。关锂词火灾警报 火灾检测 单片机 ABSTRACTModern building fire alarm system is very important in safety.With the development of computer technology into the era of intelligent fire alarm system.Through the installation of fire detection devices at the scene, collecting information to the temperature and the flue gas control system to deal with judgment, and take effective measures to control the fire.This subject focuses on the hardware design and research.Fire alarm controller (FAC) is a kind of used for power supply, receiving, transmission and display of fire, the fire alarm signal from the de *好棒文|www.hbsrm.com +Q: @351916072@
tector can also be used for automatic control device of fire alarm system.It is an important part of the fire alarm system.This article mainly carried on the thorough research of fire control theory, and introduces the fire alarm controller hardware and some implementation methods of the practical application and its components processing method.The system includes fire detection module, audio and light alarm and fire extinguisher module, an A/D conversion module, signal processing module and other modules.Test module including temperature detection and smoke detection.An A/D conversion module choice commonly used module conversion chip.Audio and light alarm module USES voice alarm, voice alarm module opening and audio equipment.Use bright red leds for lighting alarm module.Fire extinguisher module by the switchgear.Guan lithium word: fire alarm fire detection of single-chip microcomputer第一章 绪论 11.1 火灾报警系统发展历程 11.2 国内外火灾自动报警系统的研究现状 31.3 本文研究的目的、内容及意义 6第二章 火灾信息处理的基本方法 82.1 直观阈值法 82.2 趋势算法 92.3特定趋势算法 9第三章 火灾报警系统整体设计 83.1 总体设计方案 123.2 监测报警 133.3 火灾探测器的选择 13第四章 火灾报警系统硬件设计 11第五章 结论 11参 考 文 献 19 致 谢 21第一章 绪论1.1 火灾报警系统发展历史火灾长期以来是我国最频繁、最具影响的灾害之一。随着高层建筑、地下建筑和大型综合大楼的增多，火灾的数量和严重性也增加了。火灾自动报警系统是一种集传感、电子技术、计算技术、网络技术和模块化技术相结合的高科技系统。“自动火警系统”是火警和消防联动控制系统设备，通过各种类型的建筑物，包括仓库、高层建筑、民用建筑、地下隧道作为目标，通过系统自动化实现早期火灾探测、自动火灾报警和火灾联动控制[1]。近年来，在最新研制的微处理器的基础上安装了探测器，探测器和控制器进行了两次自我检查，保持了正常可靠的监测系统的状态，同时具有强大的联网功能，快速通信功能。火灾自动报警系统目前有超过几百年的历史,美国在19世纪,首次开发成功的火灾报警设备,一百九十年,90年的成功开发和应用的火灾探测器温度,马克火灾自动报警系统发展的正轨。本世纪40年代，离子烟雾探测器，因为烟雾探测器比温度传感器具有高灵敏度、广泛关注和广泛使用的优点。到20世纪70年代末，光电烟雾探测器的研制，避免了离子烟雾探测器对环境问题的放射性污染，使火灾报警系统得到快速发展。在本世纪中叶，英国消防科学与消防委员会共同制定了标准温度探测器标准。在20世纪80年代，人们开始使用微电子电路，数字电路，特别是单片机火灾报警系统。通过改变多线系统系统来检测过去的模式，总线系统，自动火灾报警系统的蓬勃发展，极大地减少了线路的数量，提高了系统的可靠性。自1980年以来，随着计算机技术的发展，火警报警系统已进入智能化操作手册的阶段，监测火警警报提供了一个良好的平台。在本世纪，瑞士发明了烟雾探测器。中国的火警产品已开始在更发达的国家发展，从上个世纪以来已经发展了几十年。进入新时代后，国内主要生产厂家主要是模仿国外产品，或引进国外技术生产，没有真正的核心技术意识，市场刚刚开始发展。火警产品的真正发展是时代的到来，随着政府逐步开放，外国企业开始进入大量的中国市场，引进先进技术，也鼓励市场成熟。这次是我国大量企业的火警，一些企业有了合资生产，技术合作，赚了不少钱，也创造了许多今天的市场，业务的力量，一些技术手段，或者赶上了国际水平。不久前，中国消防科学国家重点实验室和日本国家消防部门携手合作，标志着中国的火已经达到国际先进水平的科学研究。现代火警系统可以在未来几十年取代传统的自动火警系统，应用范围更广。由于环境条件的变化，设备部件性能的变化等，系统错误率高。在英国，传统的谎报系统远远超过真正的火力。在中国，这一比率相对较高。现代火警系统可以至少减少一个数量级的假阳性。现代系统和传统系统在火灾信号处理中的主要区别，现代系统进行了彻底的改进，模拟信号的探测器对控制人员和判断和控制器进行评估，以确定火灾或火灾的缺乏，这是被发现的。1.2 国内和国外火灾报警系统的研究现状随着经济发展和技术更新[3]，人力物力技术成果将在高层建筑物中积累越来越多的现代化建筑物的自动火灾报警系统产品和价格上涨的需求，竞争的合理性是赢得决定性因素。这种需求的快速增长导致了中国和国外厂商在中国市场的激烈竞争。智能化是火灾自动报警系统产品，智能化的主要特点之一是从传统到全线式，全面解决了自动火灾报警系统的误报和遗漏。自1994年以来，所有国际厂商的产品升级到公交智能火灾报警系统。中国消防自动报警产品制造商到90年代后期也取代了产品，我们可以看出，智能化是国内外厂商升级技术的主要标志，从国内到国外，联动型，智能火灾报警系统已成为高性能，一级消防技术发展趋势。1.3 本研究的目的、内容和意义根据系统功能，介绍了国内外火灾探测现状，并对火灾探测算法进行了研究和探讨。本课题重点介绍硬件设计与研究。要解决的主要问题（1）完成微控制器模块，数字温度传感器模块和烟雾传感器模块;（2）对防火报警系统具有一定的了解（3）完成电路的原理图及系统构成图和流程图。 ( 4 ) 完成论文的撰写和答辩第二章 火灾信息处理的基本方法2.1 直观阈值法直观的阈值方法主要是以固定阈值检测方法[8]和变化率检测方法为主要直接与火灾传感元件的信号幅度进行对比。3.1.1固定门限检测法 在火灾探测系统过程中，固定阈值检测方法可以表示为/ /这里// 表示判定为火灾, // 表示判定为非火灾, S为阈值。为了提高检测数据的稳定性和可靠性，可以抑制环境中电脉冲的突然发生，减少误报，传感器输出信号可以进行延迟处理和平均，信号在一段有限的时间内平均。 3.1.2 变化率检测法差分操作可以使用更有效的计算方法/在实际应用中，x(t)的差值通常是由有限区间和相应的信号变化值逼近的/在公式中，//用于计算信号变化斜率的时间间隔实际上是信号采样时间间隔的值。在从传感器输出值进一步计算出信号变化斜率值y（t）后，可以通过将其与仅预定的斜率值进行比较来判断是否发生火灾。类似地，在该算法中也可以使用信号平均和延迟处理手段来提高可靠性和抗干扰能力的检测。2.2 趋势算法使用完整的数学表达式描述信号特征和过程的方法称为系统方法。系统方法中最早的应用是火灾信号处理的趋势算法。在发生火灾时，检测器输出信号具有明显的趋势特征，因此趋势信号可用于处理火灾信号来使用。趋势检测器是信号检测中较为常用的非参数检测方法之一。有几种趋势算法，最常用且易于实现的是Kendall检测器，只需要1和0的加法，并具有减少有关计算量的递归公式，提高计算速度。//式子中n代表离散时间变量；N用于观测数据的窗长；u(x)是单位阶跃函数。若每一项的u(x)函数值均等于1,则可以得到y(n)的最大值,即N(N+1)/2,因此,可以定义相对趋势///由此可得其递归计算公式为/通过将这两个公式的趋势值与预先确定的公式进行比较，可以进行火灾或非火灾判断/2.3 特定趋势算法由于火灾探测器长期工作在非发光状态，其输出信号具有明显的稳定值。当各种信号的检测器输出处于稳定状态值时，火灾或非火灾是否上下变化。由于火灾检测是基于检测器输出低于稳态值的负趋势或低于稳态值的稳态值，以确定是否发生火灾，因此是所谓的具体趋势检测信号变化。在火灾实验中使用的燃料点燃之前，三个探测器的输出值都处于一定的稳定值，点火后由传感器输出的信号产生高于相应稳定值的正变化趋势。指示火的特点。另外，信号变化趋势计算使用固定的窗口长度，因此用于计算趋势值的窗口长度值的大小可以对某个信号有重要影响，趋势值和窗口长度大致成反比关系。为了克服趋势检测器的这种抗干扰信号的缺点，定义了两个新的符号函数//和////S是用于趋势判断的转换阈值，/为//作为S = 1时的函数。信号函数/的使用主要用于确定信号值和稳态值的相对值，即高于或低于其的值。引入信号的稳态值表示为RW，因此在趋势计算中，不仅比较信号值与时间间隔的关系，而且信号值大于或小于稳态值，状态值，所以信号的具体趋势值表示为/函数/中的变量值计算由两部分组成，其中/一部分与部分类似，除了这里使用的符号函数的转换阈值为S而不是0以外，与普通Kendall趋势计算类似。另一个是用于确定信号x（n）的大小与稳态值RW之间的关系高于或低于它。只有//不等式条件同时满足时, /才输出1,表示信号在其稳态值上方的正向变化趋势。同理,只有当//当满足不等式条件时，/输出-1，表示信号的负趋势。可以看出，y（n）输出信号x（n）的正趋势大于稳态值RW和稳态值RW的负趋势，信号低于稳态的正趋势 - 状态值和负值趋势上方的稳态值不响应，称为特定趋势算法的信号。第三章 火灾报警系统设计3.1 总体设计方案智能火灾报警系统可以弥补现有系统中的不足，具有更多功能、更稳定、更便捷的使用。本设计的目的是建立一个具有操作简便、功能完备、分析系统准确、性能稳定的智能防火报警系统。系统设计自动火警系统的建筑特点是研究大楼，包括会议室、办公室、大型机房、实验室及人口密集场所.即根据受保护对象的火灾场所有关规定，一个完整的火灾报警系统，必须包含以下部分传感器、控制器、数据处理器和报警模块。这个系统是以单片机为核心的控制系统结合传感器的温度测量设备，实现火灾报警系统的设计。可以对室外和室内实时采集温度和烟雾浓度进行检测，如果发现测量温度或烟尘浓度高于临界值报警。温度传感器把温度信号（数字形式）发送给单片机，烟雾浓度信号是模拟信号，用A/D转换器将其变成数字信号给单片机。单片机数字信号滤波处理和数据分析之后判断是否大于或等于预设值，即临界温度报警或烟尘浓度。如果烟雾浓度大则触发报警电路，开始发出报警声音则显示不正常状态，否则这是一个正常的状态。/系统框图3.2监测报警3.2.1 火灾报警控制器 火警控制器在系统中也是重要的一员,它可以发出指令。检测器收集的所有数据都经过转换和处理，然后进行分析和判断。当火灾控制员被确认为火灾时，疏散和灭火指令的命令可以立即执行，命令将被通知警察。在计算机上的大屏幕上可以观察不同的情况，不同的状态操作员可以实时单击查询中的按钮和相关的指令，系统会自动发送各种数据。 3.2.2 火灾探测器火灾探测器是一种传感器，其主要功能是收集、转换和传输探测区域的火灾参数。初火,阴燃阶段产生大量的烟雾,烟雾探测器扮演了一个角色,如果火引起火灾,火焰探测器、火灾以及温度、温度检测器来发挥作用,物理量的传播火焰的火电信号控制器,由于单个探测器的早期火灾探测,更少的参数导致不准确的分析,会导致假阳性和假阴性,和智能火灾探测器主要复合探测器现在,各种参数分析的同时,一个智能算法,大大降低误报率。使得系统的准确性更加完善。 3.2.3 火灾报警器 整个系统的火警是重要组成部分，声光报警，可视和可听的两个主要警报，现在探测器的功能有了很大的提高，一些甚至开发出了一种气味警报。在火灾报警时发出的传统的声音和轻警报，哔哔声或简单的警报，以及在微控制器的报警系统中，根据不同的火灾条件发出不同的声音和光报警信号。声音信号由专门的语音芯片提供，更好提高警报的级别和方式。3.3 火灾探测器的选择火灾探测是基于燃烧材料过程中的信息数据，包括从过程初始阶段产生的大量冒烟的烟气，大量的热量和火焰辐射的强烈火灾现象，如燃烧阶段，力求第一次发现火灾。根据燃烧过程的物理化学性质，对燃烧过程的一般特性进行了分析，根据不同的检测方法进行了变化，根据下图所示的类型和类型进行了检测，如下图所示:为了满足城市建设的需求函数,相应的结构变得更加复杂,火灾报警系统也提出了很高的要求,火灾探测器感觉整个系统尤为重要,应考虑不同的环境选择不同的火灾探测器,结构性能和环境因素的综合分析。3.3.1 感温探测器 在火灾的早期阶段，热元件的使用是一种有效的方法来检测火灾，特别是那些经常存在大量灰尘、蒸汽、油雾的人，不能使用类型烟火灾探测器的温度探测器更佳。在一些重要的场所，为了提高火灾探测报警和火灾联动控制系统的功能和稳定性及可靠性，或者确保自动灭火系统的准确性，也需要使用烟火灾探测器和温度。目前，市场主要分为温度和温差两种。温度设定火灾探测器是一种报警装置，当检测到的环境温度超过了火灾控制的上限。双金属、易熔合金和热敏电阻都是常用的温度火灾探测器。在测试时，差动温度检测器检测到环境温度的上升超过了火灾控制控制器的极限值。热敏电阻的主要用途是温度火灾探测器部分。顾名思义，差分温度火灾探测器结合了两个探测器的基本原理，并将其与更好的探测器相结合。3.3.2 感烟探测器火灾可以在火灾的早期产生大量的烟雾，并且可以在早期的火灾中发现火灾信号作为参数分析。据数据显示，烟雾探测器可以探测到70%以上的火灾。因此，烟雾探测器是世界上目前使用最广泛的探测器。烟雾探测器具体包括两种离子烟和光电烟雾，即光电烟雾，可以解决放射性污染的离子烟雾探测器的问题，但烟仍在当今的职业离子中。离子烟雾探测器甚至环境影响的情况下,也有很好的早期火灾探测功能,因为早期的火在燃烧阶段,没有火焰辐射,温度上升缓慢,而且还生产少量的热量的同时,可以产生大量的浓烟,但离子烟雾也有其缺点,即具有较高的误报率,其粉尘、蒸汽、油滴和相似参数的烟不好,从其工作原理的一个原因。离子感烟探测器是由空气电离火灾探测法建造和操作的。它使用放射性同位素发射α阳离子和阴离子在当地的空间,带电粒子在电场来发电,烟气到达电离室,具有较高的特异性的积极和表面负电荷吸附这些烟雾离子电流低于原,让烟相关的电压信号是用来证实,火灾探测和报警。从离子化检测方法中探测到烟雾对火灾产生的烟雾非常敏感。根据试验，测量的颗粒大小可达0.03 ~ 10μm，适用于很多场所。3.3.3 气体探测器 建筑功能的增加导致了烟雾探测和温度检测在很多场合都没有遇到。,例如,如果大楼一楼的大房间有一个火,烟雾和温度很难立即达到上限的探测器,气体分子扩散运动可以解决这个问题,可燃气体和可燃气体探测器蒸汽的地方,有毒气体的分布除了实验室监测也有很好的效果。有多种检测气体的方法，可分为气敏原理、热催化原理、热传导原理和三端电化学原理，如四种:(1)气体敏感性的原理。主要使用半导体气敏元件，气敏半导体器件的灵敏度更高，在对气阻变化的吸附阻力后，对其进行了处理，测量的目的达到。（2)热传导原理。使用金属氧化物，因为纯空气在金属表面的燃烧具有独特的特点，空气通过空气来测量，燃烧特性的变化，使用它，将成为热线温度变化测量气体浓度，以达到测量的目的。(3)热催化原理。在催化元件的作用下，如铂、可燃气体在高温氧下，可产生无焰燃烧，由部件电阻变化引起的热释放进行测量。(4)三端电化学原理。利用恒电位电解法，首先在电解电池中进行三端电极，在薄膜对电极的氧化还原反应后测量气体，传感器与气体浓度成比例，达到测量的目的。然而，气体测试也有其缺点:可能由于大量可燃气体和气体的化学反应，可能会被误传。虽然烟雾探测器基本能满足需求的过程中操作,但由于只够火灾报警参数,和烟雾探测器将会受到如尘埃的影响,石油和其他环境因素,结合实际情况的原因系统,建筑,使用温度和烟雾探测器的组合来增加热参数添加到气体探测器在未来,电化学传感监测火焰气体浓度的方法,优化整个报警系统,下图显示了火灾探测器的结构第四章 火灾报警系统硬件设计 智能火灾报警控制系统由火灾报警控制器和火灾探测器控制器组成[11]。提高了计算机控制系统的开发水平，加强了计算机网络的通信能力。火灾探测器采用单片机作为系统芯片，完成传感器检测信号，与控制器通讯等功能;系统火灾报警控制器以单芯片为核心，完成火灾探测器通讯，火灾探测数据接收，分析和存储功能。火灾报警系统硬件以微控制器为核心设计，利用温度感应烟雾探测器对监控区域进行信号采集，数据返回到消防控制器进行数据处理，确定火灾元件何时是否实施报警。本章重点介绍硬件，介绍重要组件和主电路。4.1单片机的选择AT-89C51单片机信息处理控制单元是室内自动报警和灭火系统的核心[12]，AT89C51单片机作为系统中心控制模块根据系统要求使用。AT89C51单片机，ADC0809接收来自转换温度和烟雾的数字信号，这是控制警报电路和灭火装置的程序。此外，微控制器还接收手动控制信号，使手动控制系统启动和停止。温度传感器AD590 /4.1Ａ／Ｄ转换器的选择A/D转换器的种类很多，就位数来分，有8位、10位、12位、16位等。位数越高，其分辨率也越高。而就其结构而言，有单一的A/D转换器，有内含多路开关的A/D转换器。本次论文选用的是ADC0832芯片。具有以下特点首先芯片的分辨率是八位的；其有两个输入模拟量的通道；芯片的输入输出的电平和COMS、TTL都是可以通用的；电源的供电范围也相对比较广泛，五伏电源供电或者输入的电压在零到五伏之间；其工作频率是250KHZ，转换的时间是32us；芯片的功耗很小，大约是15mw左右；封装类型比较多如PICC、双列直插等多种封装；商用的芯片温度范围是比较宽泛的一般在零到七十摄氏度之间，工业用芯片的温度通常是零下40摄氏度到85摄氏度之间。有如上诸多特点可以把转换的数据误差率降低。芯片的转换速度也比较快而且稳定。独立的芯片使能输入，使多器件挂接和处理器控制变的更加方便。通过DI 数据输入端，能够很方便的选择通道。4.2温度传感器与发生火灾相关的最重要的现象之一是环境温度的升高，[13]这是识别是否发生火灾并需要传感器进行收集的重要参数[21]。该系统采用热电阻作为温度传感器。热敏电阻是一种敏感元件，根据温度系数，它被分为不同的温度系数热敏电阻(PTC)和负温度系数热敏电阻(NTC)。热敏电阻的典型特性是温度敏感，在不同的温度下显示不同的电阻。正温度系数热敏电阻（PTC）较高温度下的电阻越高，在较高温度下的负温度系数热敏电阻（NTC）越低。热敏电阻的特点是（1）电阻温度系数高，使灵敏度也更高[20];（2）工作温度范围宽，应用范围广;（3）由于电阻体积小，易于布置在电路板上;（4）各种电阻值的选择，使用方便;（5）易于加工成复杂形状，可批量生产;（6）稳定性好，过载能力强。该系统采用AD590广泛应用于不同温度测量场合[14]，如测量热力学温度，摄氏温度，两个温差，多点最低温度，特定电路的多点平均温度，因为其精度高，价格低廉，常用于温度测量和热电偶冷端补偿。4.3烟度传感器烟雾传感器是烟雾探测器的核心，我们使用MQ-2型烟雾传感器是二氧化锡半导体气体敏感材料，属于表面离子型N型半导体。当温度为200-300℃时，二氧化锡吸附在空气中的氧气以形成氧阴离子吸附，使得半导体中的电子密度降低，使得电阻值增加。当与烟雾接触时，如果通过烟雾的调制改变晶界的势垒，则会导致表面电导率的变化。4.4声光报警单元 使用LM386运算放大器，LED灯。当系统确定火灾和报警时，通过LM386音频放大器放大声音通过音响设备报警声，[17]同时红色LED灯闪烁报警。 ４．5主程序流程图 本程序是一个无线循环的系统，它的流程是当系统得电后系统的各个部分包含单片机的各个功能模块都将进行初始化，然后就进行火灾报警的数据采集的部分，然后开始判断是否有火灾发生，最后进行报警程序的进行。当初始化完成红灯和黄灯是不发光的，绿灯时发光的，蜂鸣器也不会发出报警．流程图所示下图/电路图/结论针对目前的需要，传统的自动火警报警系统已经无法满足，智能火警报警系统的发展是火灾报警系统研究的重点，预报精度与火灾直接相关。本文讨论的系统包括火灾探测模块、一个A / D转换模块、信号处理模块、声光报警模块和灭火单元模块。火灾探测模块由温度探测和烟雾探测组成。温度传感器选择AD590，烟雾传感器选择mq - 2感烟传感器。A / D转换模块选择常用的模块转换芯片ADC0832。声光报警模块分为音响报警和轻报警，由放大器和音响设备组成。照明报警模块以高亮度红色LED实现。灭火器模块由开关设备实现。通过探测烟雾和温度来启动警报，然后打开将完成喷水的开关。参 考 文 献[1] 杨坚. 火灾报警系统设计浅谈[J]. 林业建设, 2005，4(3)3-4 [2] 盛建. 火灾自动报警消防系统[M]. 天津: 天津大学出版社, 2004. 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London:Else Vier Appl.Seience Pub..1991:135-148致 谢 眨眼四年的学习生活将会结束。 本文在老师的指导下完成，老师严谨的学习态度，务实的作风，不懈的学习精神，使我深受钦佩，受益匪浅。 老师很忙，但是还是不时指点我们，修改论文，永远不要麻烦来回答我们的问题，特别是在我的论文中完成这一点。 我要感谢这里的老师。 其次是我的同学和朋友，他们给了我无私的帮助和无限的精神力量。 当我遇到技术或技术上的困难时，他们总是给我及时的帮助。 多亏了班里的兄弟姐妹，我们就像一个大家庭，我们学习讨论和讨论问题相互学习，共同进步。我们也要感谢宿舍里的兄弟们，我们也在生活和学习中我将牢记的经验是相互关心和相互学习。我要感谢学院所有的老师，他们教我，他们给了我知识，让我睁开眼睛，教我正确的学习方法。感谢我与宿舍的其他同学们，感谢他在这所大学四年来的帮助和关心。 最后，我要感谢父母及其亲人在学习过程中的支持。
目 录
tector can also be used for automatic control device of fire alarm system.It is an important part of the fire alarm system.This article mainly carried on the thorough research of fire control theory, and introduces the fire alarm controller hardware and some implementation methods of the practical application and its components processing method.The system includes fire detection module, audio and light alarm and fire extinguisher module, an A/D conversion module, signal processing module and other modules.Test module including temperature detection and smoke detection.An A/D conversion module choice commonly used module conversion chip.Audio and light alarm module USES voice alarm, voice alarm module opening and audio equipment.Use bright red leds for lighting alarm module.Fire extinguisher module by the switchgear.Guan lithium word: fire alarm fire detection of single-chip microcomputer第一章 绪论 11.1 火灾报警系统发展历程 11.2 国内外火灾自动报警系统的研究现状 31.3 本文研究的目的、内容及意义 6第二章 火灾信息处理的基本方法 82.1 直观阈值法 82.2 趋势算法 92.3特定趋势算法 9第三章 火灾报警系统整体设计 83.1 总体设计方案 123.2 监测报警 133.3 火灾探测器的选择 13第四章 火灾报警系统硬件设计 11第五章 结论 11参 考 文 献 19 致 谢 21第一章 绪论1.1 火灾报警系统发展历史火灾长期以来是我国最频繁、最具影响的灾害之一。随着高层建筑、地下建筑和大型综合大楼的增多，火灾的数量和严重性也增加了。火灾自动报警系统是一种集传感、电子技术、计算技术、网络技术和模块化技术相结合的高科技系统。“自动火警系统”是火警和消防联动控制系统设备，通过各种类型的建筑物，包括仓库、高层建筑、民用建筑、地下隧道作为目标，通过系统自动化实现早期火灾探测、自动火灾报警和火灾联动控制[1]。近年来，在最新研制的微处理器的基础上安装了探测器，探测器和控制器进行了两次自我检查，保持了正常可靠的监测系统的状态，同时具有强大的联网功能，快速通信功能。火灾自动报警系统目前有超过几百年的历史,美国在19世纪,首次开发成功的火灾报警设备,一百九十年,90年的成功开发和应用的火灾探测器温度,马克火灾自动报警系统发展的正轨。本世纪40年代，离子烟雾探测器，因为烟雾探测器比温度传感器具有高灵敏度、广泛关注和广泛使用的优点。到20世纪70年代末，光电烟雾探测器的研制，避免了离子烟雾探测器对环境问题的放射性污染，使火灾报警系统得到快速发展。在本世纪中叶，英国消防科学与消防委员会共同制定了标准温度探测器标准。在20世纪80年代，人们开始使用微电子电路，数字电路，特别是单片机火灾报警系统。通过改变多线系统系统来检测过去的模式，总线系统，自动火灾报警系统的蓬勃发展，极大地减少了线路的数量，提高了系统的可靠性。自1980年以来，随着计算机技术的发展，火警报警系统已进入智能化操作手册的阶段，监测火警警报提供了一个良好的平台。在本世纪，瑞士发明了烟雾探测器。中国的火警产品已开始在更发达的国家发展，从上个世纪以来已经发展了几十年。进入新时代后，国内主要生产厂家主要是模仿国外产品，或引进国外技术生产，没有真正的核心技术意识，市场刚刚开始发展。火警产品的真正发展是时代的到来，随着政府逐步开放，外国企业开始进入大量的中国市场，引进先进技术，也鼓励市场成熟。这次是我国大量企业的火警，一些企业有了合资生产，技术合作，赚了不少钱，也创造了许多今天的市场，业务的力量，一些技术手段，或者赶上了国际水平。不久前，中国消防科学国家重点实验室和日本国家消防部门携手合作，标志着中国的火已经达到国际先进水平的科学研究。现代火警系统可以在未来几十年取代传统的自动火警系统，应用范围更广。由于环境条件的变化，设备部件性能的变化等，系统错误率高。在英国，传统的谎报系统远远超过真正的火力。在中国，这一比率相对较高。现代火警系统可以至少减少一个数量级的假阳性。现代系统和传统系统在火灾信号处理中的主要区别，现代系统进行了彻底的改进，模拟信号的探测器对控制人员和判断和控制器进行评估，以确定火灾或火灾的缺乏，这是被发现的。1.2 国内和国外火灾报警系统的研究现状随着经济发展和技术更新[3]，人力物力技术成果将在高层建筑物中积累越来越多的现代化建筑物的自动火灾报警系统产品和价格上涨的需求，竞争的合理性是赢得决定性因素。这种需求的快速增长导致了中国和国外厂商在中国市场的激烈竞争。智能化是火灾自动报警系统产品，智能化的主要特点之一是从传统到全线式，全面解决了自动火灾报警系统的误报和遗漏。自1994年以来，所有国际厂商的产品升级到公交智能火灾报警系统。中国消防自动报警产品制造商到90年代后期也取代了产品，我们可以看出，智能化是国内外厂商升级技术的主要标志，从国内到国外，联动型，智能火灾报警系统已成为高性能，一级消防技术发展趋势。1.3 本研究的目的、内容和意义根据系统功能，介绍了国内外火灾探测现状，并对火灾探测算法进行了研究和探讨。本课题重点介绍硬件设计与研究。要解决的主要问题（1）完成微控制器模块，数字温度传感器模块和烟雾传感器模块;（2）对防火报警系统具有一定的了解（3）完成电路的原理图及系统构成图和流程图。 ( 4 ) 完成论文的撰写和答辩第二章 火灾信息处理的基本方法2.1 直观阈值法直观的阈值方法主要是以固定阈值检测方法[8]和变化率检测方法为主要直接与火灾传感元件的信号幅度进行对比。3.1.1固定门限检测法 在火灾探测系统过程中，固定阈值检测方法可以表示为/ /这里// 表示判定为火灾, // 表示判定为非火灾, S为阈值。为了提高检测数据的稳定性和可靠性，可以抑制环境中电脉冲的突然发生，减少误报，传感器输出信号可以进行延迟处理和平均，信号在一段有限的时间内平均。 3.1.2 变化率检测法差分操作可以使用更有效的计算方法/在实际应用中，x(t)的差值通常是由有限区间和相应的信号变化值逼近的/在公式中，//用于计算信号变化斜率的时间间隔实际上是信号采样时间间隔的值。在从传感器输出值进一步计算出信号变化斜率值y（t）后，可以通过将其与仅预定的斜率值进行比较来判断是否发生火灾。类似地，在该算法中也可以使用信号平均和延迟处理手段来提高可靠性和抗干扰能力的检测。2.2 趋势算法使用完整的数学表达式描述信号特征和过程的方法称为系统方法。系统方法中最早的应用是火灾信号处理的趋势算法。在发生火灾时，检测器输出信号具有明显的趋势特征，因此趋势信号可用于处理火灾信号来使用。趋势检测器是信号检测中较为常用的非参数检测方法之一。有几种趋势算法，最常用且易于实现的是Kendall检测器，只需要1和0的加法，并具有减少有关计算量的递归公式，提高计算速度。//式子中n代表离散时间变量；N用于观测数据的窗长；u(x)是单位阶跃函数。若每一项的u(x)函数值均等于1,则可以得到y(n)的最大值,即N(N+1)/2,因此,可以定义相对趋势///由此可得其递归计算公式为/通过将这两个公式的趋势值与预先确定的公式进行比较，可以进行火灾或非火灾判断/2.3 特定趋势算法由于火灾探测器长期工作在非发光状态，其输出信号具有明显的稳定值。当各种信号的检测器输出处于稳定状态值时，火灾或非火灾是否上下变化。由于火灾检测是基于检测器输出低于稳态值的负趋势或低于稳态值的稳态值，以确定是否发生火灾，因此是所谓的具体趋势检测信号变化。在火灾实验中使用的燃料点燃之前，三个探测器的输出值都处于一定的稳定值，点火后由传感器输出的信号产生高于相应稳定值的正变化趋势。指示火的特点。另外，信号变化趋势计算使用固定的窗口长度，因此用于计算趋势值的窗口长度值的大小可以对某个信号有重要影响，趋势值和窗口长度大致成反比关系。为了克服趋势检测器的这种抗干扰信号的缺点，定义了两个新的符号函数//和////S是用于趋势判断的转换阈值，/为//作为S = 1时的函数。信号函数/的使用主要用于确定信号值和稳态值的相对值，即高于或低于其的值。引入信号的稳态值表示为RW，因此在趋势计算中，不仅比较信号值与时间间隔的关系，而且信号值大于或小于稳态值，状态值，所以信号的具体趋势值表示为/函数/中的变量值计算由两部分组成，其中/一部分与部分类似，除了这里使用的符号函数的转换阈值为S而不是0以外，与普通Kendall趋势计算类似。另一个是用于确定信号x（n）的大小与稳态值RW之间的关系高于或低于它。只有//不等式条件同时满足时, /才输出1,表示信号在其稳态值上方的正向变化趋势。同理,只有当//当满足不等式条件时，/输出-1，表示信号的负趋势。可以看出，y（n）输出信号x（n）的正趋势大于稳态值RW和稳态值RW的负趋势，信号低于稳态的正趋势 - 状态值和负值趋势上方的稳态值不响应，称为特定趋势算法的信号。第三章 火灾报警系统设计3.1 总体设计方案智能火灾报警系统可以弥补现有系统中的不足，具有更多功能、更稳定、更便捷的使用。本设计的目的是建立一个具有操作简便、功能完备、分析系统准确、性能稳定的智能防火报警系统。系统设计自动火警系统的建筑特点是研究大楼，包括会议室、办公室、大型机房、实验室及人口密集场所.即根据受保护对象的火灾场所有关规定，一个完整的火灾报警系统，必须包含以下部分传感器、控制器、数据处理器和报警模块。这个系统是以单片机为核心的控制系统结合传感器的温度测量设备，实现火灾报警系统的设计。可以对室外和室内实时采集温度和烟雾浓度进行检测，如果发现测量温度或烟尘浓度高于临界值报警。温度传感器把温度信号（数字形式）发送给单片机，烟雾浓度信号是模拟信号，用A/D转换器将其变成数字信号给单片机。单片机数字信号滤波处理和数据分析之后判断是否大于或等于预设值，即临界温度报警或烟尘浓度。如果烟雾浓度大则触发报警电路，开始发出报警声音则显示不正常状态，否则这是一个正常的状态。/系统框图3.2监测报警3.2.1 火灾报警控制器 火警控制器在系统中也是重要的一员,它可以发出指令。检测器收集的所有数据都经过转换和处理，然后进行分析和判断。当火灾控制员被确认为火灾时，疏散和灭火指令的命令可以立即执行，命令将被通知警察。在计算机上的大屏幕上可以观察不同的情况，不同的状态操作员可以实时单击查询中的按钮和相关的指令，系统会自动发送各种数据。 3.2.2 火灾探测器火灾探测器是一种传感器，其主要功能是收集、转换和传输探测区域的火灾参数。初火,阴燃阶段产生大量的烟雾,烟雾探测器扮演了一个角色,如果火引起火灾,火焰探测器、火灾以及温度、温度检测器来发挥作用,物理量的传播火焰的火电信号控制器,由于单个探测器的早期火灾探测,更少的参数导致不准确的分析,会导致假阳性和假阴性,和智能火灾探测器主要复合探测器现在,各种参数分析的同时,一个智能算法,大大降低误报率。使得系统的准确性更加完善。 3.2.3 火灾报警器 整个系统的火警是重要组成部分，声光报警，可视和可听的两个主要警报，现在探测器的功能有了很大的提高，一些甚至开发出了一种气味警报。在火灾报警时发出的传统的声音和轻警报，哔哔声或简单的警报，以及在微控制器的报警系统中，根据不同的火灾条件发出不同的声音和光报警信号。声音信号由专门的语音芯片提供，更好提高警报的级别和方式。3.3 火灾探测器的选择火灾探测是基于燃烧材料过程中的信息数据，包括从过程初始阶段产生的大量冒烟的烟气，大量的热量和火焰辐射的强烈火灾现象，如燃烧阶段，力求第一次发现火灾。根据燃烧过程的物理化学性质，对燃烧过程的一般特性进行了分析，根据不同的检测方法进行了变化，根据下图所示的类型和类型进行了检测，如下图所示:为了满足城市建设的需求函数,相应的结构变得更加复杂,火灾报警系统也提出了很高的要求,火灾探测器感觉整个系统尤为重要,应考虑不同的环境选择不同的火灾探测器,结构性能和环境因素的综合分析。3.3.1 感温探测器 在火灾的早期阶段，热元件的使用是一种有效的方法来检测火灾，特别是那些经常存在大量灰尘、蒸汽、油雾的人，不能使用类型烟火灾探测器的温度探测器更佳。在一些重要的场所，为了提高火灾探测报警和火灾联动控制系统的功能和稳定性及可靠性，或者确保自动灭火系统的准确性，也需要使用烟火灾探测器和温度。目前，市场主要分为温度和温差两种。温度设定火灾探测器是一种报警装置，当检测到的环境温度超过了火灾控制的上限。双金属、易熔合金和热敏电阻都是常用的温度火灾探测器。在测试时，差动温度检测器检测到环境温度的上升超过了火灾控制控制器的极限值。热敏电阻的主要用途是温度火灾探测器部分。顾名思义，差分温度火灾探测器结合了两个探测器的基本原理，并将其与更好的探测器相结合。3.3.2 感烟探测器火灾可以在火灾的早期产生大量的烟雾，并且可以在早期的火灾中发现火灾信号作为参数分析。据数据显示，烟雾探测器可以探测到70%以上的火灾。因此，烟雾探测器是世界上目前使用最广泛的探测器。烟雾探测器具体包括两种离子烟和光电烟雾，即光电烟雾，可以解决放射性污染的离子烟雾探测器的问题，但烟仍在当今的职业离子中。离子烟雾探测器甚至环境影响的情况下,也有很好的早期火灾探测功能,因为早期的火在燃烧阶段,没有火焰辐射,温度上升缓慢,而且还生产少量的热量的同时,可以产生大量的浓烟,但离子烟雾也有其缺点,即具有较高的误报率,其粉尘、蒸汽、油滴和相似参数的烟不好,从其工作原理的一个原因。离子感烟探测器是由空气电离火灾探测法建造和操作的。它使用放射性同位素发射α阳离子和阴离子在当地的空间,带电粒子在电场来发电,烟气到达电离室,具有较高的特异性的积极和表面负电荷吸附这些烟雾离子电流低于原,让烟相关的电压信号是用来证实,火灾探测和报警。从离子化检测方法中探测到烟雾对火灾产生的烟雾非常敏感。根据试验，测量的颗粒大小可达0.03 ~ 10μm，适用于很多场所。3.3.3 气体探测器 建筑功能的增加导致了烟雾探测和温度检测在很多场合都没有遇到。,例如,如果大楼一楼的大房间有一个火,烟雾和温度很难立即达到上限的探测器,气体分子扩散运动可以解决这个问题,可燃气体和可燃气体探测器蒸汽的地方,有毒气体的分布除了实验室监测也有很好的效果。有多种检测气体的方法，可分为气敏原理、热催化原理、热传导原理和三端电化学原理，如四种:(1)气体敏感性的原理。主要使用半导体气敏元件，气敏半导体器件的灵敏度更高，在对气阻变化的吸附阻力后，对其进行了处理，测量的目的达到。（2)热传导原理。使用金属氧化物，因为纯空气在金属表面的燃烧具有独特的特点，空气通过空气来测量，燃烧特性的变化，使用它，将成为热线温度变化测量气体浓度，以达到测量的目的。(3)热催化原理。在催化元件的作用下，如铂、可燃气体在高温氧下，可产生无焰燃烧，由部件电阻变化引起的热释放进行测量。(4)三端电化学原理。利用恒电位电解法，首先在电解电池中进行三端电极，在薄膜对电极的氧化还原反应后测量气体，传感器与气体浓度成比例，达到测量的目的。然而，气体测试也有其缺点:可能由于大量可燃气体和气体的化学反应，可能会被误传。虽然烟雾探测器基本能满足需求的过程中操作,但由于只够火灾报警参数,和烟雾探测器将会受到如尘埃的影响,石油和其他环境因素,结合实际情况的原因系统,建筑,使用温度和烟雾探测器的组合来增加热参数添加到气体探测器在未来,电化学传感监测火焰气体浓度的方法,优化整个报警系统,下图显示了火灾探测器的结构第四章 火灾报警系统硬件设计 智能火灾报警控制系统由火灾报警控制器和火灾探测器控制器组成[11]。提高了计算机控制系统的开发水平，加强了计算机网络的通信能力。火灾探测器采用单片机作为系统芯片，完成传感器检测信号，与控制器通讯等功能;系统火灾报警控制器以单芯片为核心，完成火灾探测器通讯，火灾探测数据接收，分析和存储功能。火灾报警系统硬件以微控制器为核心设计，利用温度感应烟雾探测器对监控区域进行信号采集，数据返回到消防控制器进行数据处理，确定火灾元件何时是否实施报警。本章重点介绍硬件，介绍重要组件和主电路。4.1单片机的选择AT-89C51单片机信息处理控制单元是室内自动报警和灭火系统的核心[12]，AT89C51单片机作为系统中心控制模块根据系统要求使用。AT89C51单片机，ADC0809接收来自转换温度和烟雾的数字信号，这是控制警报电路和灭火装置的程序。此外，微控制器还接收手动控制信号，使手动控制系统启动和停止。温度传感器AD590 /4.1Ａ／Ｄ转换器的选择A/D转换器的种类很多，就位数来分，有8位、10位、12位、16位等。位数越高，其分辨率也越高。而就其结构而言，有单一的A/D转换器，有内含多路开关的A/D转换器。本次论文选用的是ADC0832芯片。具有以下特点首先芯片的分辨率是八位的；其有两个输入模拟量的通道；芯片的输入输出的电平和COMS、TTL都是可以通用的；电源的供电范围也相对比较广泛，五伏电源供电或者输入的电压在零到五伏之间；其工作频率是250KHZ，转换的时间是32us；芯片的功耗很小，大约是15mw左右；封装类型比较多如PICC、双列直插等多种封装；商用的芯片温度范围是比较宽泛的一般在零到七十摄氏度之间，工业用芯片的温度通常是零下40摄氏度到85摄氏度之间。有如上诸多特点可以把转换的数据误差率降低。芯片的转换速度也比较快而且稳定。独立的芯片使能输入，使多器件挂接和处理器控制变的更加方便。通过DI 数据输入端，能够很方便的选择通道。4.2温度传感器与发生火灾相关的最重要的现象之一是环境温度的升高，[13]这是识别是否发生火灾并需要传感器进行收集的重要参数[21]。该系统采用热电阻作为温度传感器。热敏电阻是一种敏感元件，根据温度系数，它被分为不同的温度系数热敏电阻(PTC)和负温度系数热敏电阻(NTC)。热敏电阻的典型特性是温度敏感，在不同的温度下显示不同的电阻。正温度系数热敏电阻（PTC）较高温度下的电阻越高，在较高温度下的负温度系数热敏电阻（NTC）越低。热敏电阻的特点是（1）电阻温度系数高，使灵敏度也更高[20];（2）工作温度范围宽，应用范围广;（3）由于电阻体积小，易于布置在电路板上;（4）各种电阻值的选择，使用方便;（5）易于加工成复杂形状，可批量生产;（6）稳定性好，过载能力强。该系统采用AD590广泛应用于不同温度测量场合[14]，如测量热力学温度，摄氏温度，两个温差，多点最低温度，特定电路的多点平均温度，因为其精度高，价格低廉，常用于温度测量和热电偶冷端补偿。4.3烟度传感器烟雾传感器是烟雾探测器的核心，我们使用MQ-2型烟雾传感器是二氧化锡半导体气体敏感材料，属于表面离子型N型半导体。当温度为200-300℃时，二氧化锡吸附在空气中的氧气以形成氧阴离子吸附，使得半导体中的电子密度降低，使得电阻值增加。当与烟雾接触时，如果通过烟雾的调制改变晶界的势垒，则会导致表面电导率的变化。4.4声光报警单元 使用LM386运算放大器，LED灯。当系统确定火灾和报警时，通过LM386音频放大器放大声音通过音响设备报警声，[17]同时红色LED灯闪烁报警。 ４．5主程序流程图 本程序是一个无线循环的系统，它的流程是当系统得电后系统的各个部分包含单片机的各个功能模块都将进行初始化，然后就进行火灾报警的数据采集的部分，然后开始判断是否有火灾发生，最后进行报警程序的进行。当初始化完成红灯和黄灯是不发光的，绿灯时发光的，蜂鸣器也不会发出报警．流程图所示下图/电路图/结论针对目前的需要，传统的自动火警报警系统已经无法满足，智能火警报警系统的发展是火灾报警系统研究的重点，预报精度与火灾直接相关。本文讨论的系统包括火灾探测模块、一个A / D转换模块、信号处理模块、声光报警模块和灭火单元模块。火灾探测模块由温度探测和烟雾探测组成。温度传感器选择AD590，烟雾传感器选择mq - 2感烟传感器。A / D转换模块选择常用的模块转换芯片ADC0832。声光报警模块分为音响报警和轻报警，由放大器和音响设备组成。照明报警模块以高亮度红色LED实现。灭火器模块由开关设备实现。通过探测烟雾和温度来启动警报，然后打开将完成喷水的开关。参 考 文 献[1] 杨坚. 火灾报警系统设计浅谈[J]. 林业建设, 2005，4(3)3-4 [2] 盛建. 火灾自动报警消防系统[M]. 天津: 天津大学出版社, 2004. 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London:Else Vier Appl.Seience Pub..1991:135-148致 谢 眨眼四年的学习生活将会结束。 本文在老师的指导下完成，老师严谨的学习态度，务实的作风，不懈的学习精神，使我深受钦佩，受益匪浅。 老师很忙，但是还是不时指点我们，修改论文，永远不要麻烦来回答我们的问题，特别是在我的论文中完成这一点。 我要感谢这里的老师。 其次是我的同学和朋友，他们给了我无私的帮助和无限的精神力量。 当我遇到技术或技术上的困难时，他们总是给我及时的帮助。 多亏了班里的兄弟姐妹，我们就像一个大家庭，我们学习讨论和讨论问题相互学习，共同进步。我们也要感谢宿舍里的兄弟们，我们也在生活和学习中我将牢记的经验是相互关心和相互学习。我要感谢学院所有的老师，他们教我，他们给了我知识，让我睁开眼睛，教我正确的学习方法。感谢我与宿舍的其他同学们，感谢他在这所大学四年来的帮助和关心。 最后，我要感谢父母及其亲人在学习过程中的支持。
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