1、机电工程技术2011年第40卷第1期机电工程技术2011年第40卷第1期基于单片机的楼宇火灾智能报警系统设计宋彦雄，蔡岱贤（广东省汕头市高级技工学校，广东汕头515041）收稿日期：20100812摘要：随着社会经济的飞速发展，城市化进程的加快和人口的迅速增长，我国火灾发生的次数、频率、造成的损失都有不断上升的趋势。因此，如何在最短时间内发现火灾并控制灾情，使人民生命、财产损失降到最小就显得尤为重要。从我国目前火灾报警的实际出发，针对火灾测控对实时性、准确性的要求，开发出低成本，高性价比方便使用和维护的智能型火灾报警系统。关键词：单片机；火灾测控系统；智能探测器中图分类号：TP2735文献标识
2、码：A文章编号：10099492(2011)010045041火灾智能报警系统的概述本课题研究的主要内容是设计一套适合于一座八层八单元的多功能火灾智能报警装置，该装置必须对64单元进行探测和报警，同时应显示相应的报警地点，报警发出后确认事故处理完毕经复位后报警信号才能解除。报警信号必须采用声光同时报警。一般小型防火单位火灾报警系统比较简单，现场火灾报警器通过对传感器火情信息的检测，使用单片机对检测到的数据比较识别，实现对各楼层火灾的监测。当单片机系统监测到火情信息后，产生声光报警信号，并在四位八段数码管显示出相应的信息，包括显示第几楼的第几个房间，还可以智能检测出是温度传感器还是气敏传感器以及
3、是火灾报警还是传感器损坏信息。消防控制中心根据接收到的报警信息采取相应的措施，同时将相应的数据通过单片机串行口上传给主机。如图1所示，本单片机控制的火灾智能报警系统的控制方案如下。（1）该火灾智能报警系统以AT89C511单片机为核心。（2）从各个房间的温度传感器和气体传感器的信号通过PGA102高速数控增益放大器，通过多路选择开关的选择，以循环扫描的方式对各个监控点进行实时监测。（3）被选中的监控点，通过调理电路，使调理后的信号适合AD转换器的模拟输入要求，调理后电压符合ADC0809模拟输入的电压范围，可以直接进行AD模数转换。（4）模数转换后的数字信号，通过光电隔离芯片被单片机采集到内部
4、，作为判断当前各个监控点实时状态的依据。（5）通过单片机对当前的各个监控点送来的数据进行判断，并决定是否输出进行声光报警。（6）如果出现火情，单片机还能在第一时间，显示发生火灾的楼层和房间，为及时进行灭火和人员的疏散赢得时间。2火灾智能报警系统的硬件设计21火灾智能报警系统的集成温度传感器TMP36TMP36是美国模拟器件公司生产的一种低电源电压的图1基于单片机控制的火灾智能报警系统系统框图工业自动化45机电工程技术2011年第40卷第1期机电工程技术2011年第40卷第1期图3陶瓷气敏传感器TGS800与高速数控增益放大器PGA102原理图图2温度传感器TMP36与高速数控增益放大器PAG1
5、02原理图模拟集成温度传感器，它们统称为TMP3X系列，均属于电压输出式，其输出电压与摄氏温度成线性关系。图2所示为TMP36与高速数控增益放大器原理图。如表1所示，TMP36的输出温度系数为10mV，25时候输出电压为075V。注意：温度报警数值80H的由来2。由于温度传感器TMP36的测量范围为Ymin（40）Ymax（125），数值1代表5V25500196V，则调理后电压02V对应的数值Nmin02V（5V255）10，而报警电压值35V对应的数值Nmax35V（5V255）179。设Y为测量值，N为Y对应的AD转换的数据，则Y 邀125（40）（17910）妖 觹（N10）（40）妖
6、，Y 0976N97640，令Y 75报 警，N（75 40 976）0976 1278278K128K80H。若数字量为00H，则说明温度传感器已坏。图2中，与TMP36管脚5连接的转换开关，可以在调试时候模拟温度传感器失效的情况，作为检验监测监测点与单片机通讯情况的依据。22火灾智能报警系统的陶瓷气敏传感器如图3所示，PGA102可用于连接不同系列的传感器。通过负载电阻RL上的电压变化可以直接测定传感器电阻的变化。如果空气是洁净的，那么流经传感器和RL的电流是稳定的。如果那些对传感器来说是可感知的气体与传感器表面相接触时，随着气体浓度的增长，传感器的阻抗下降5。无论是由AC或DC电源供给V
7、C和VH，RL上的压降变化是相同的。Figaro公司生产的气敏传感器TGS 800就是专门用于空气新鲜度监控的，气敏传感器检测空气中的污染成分，并对诸如CO、H2等还原性气体敏感。从传感器处测得的信号经微处理器处理后输出报警。23火灾智能报警系统的声光报警模块单片机火灾智能报警系统采用PM50系列智能语音芯片，该芯片由专用的语音单片机和FLASHRAM存储器集合构成，它具有几秒到200秒的多段语音播放功能和单片机可编程的智能特性，可以方便地作为DIP28封装的标准集成电路来使用。24火灾智能报警系统与主机通讯模块单片机火灾智能报警系统3与主机的通讯模块采用Max232芯片。PC微机的COM口接
8、口电平为RS232标准，若两台微机间通信，只需简单地直接连接TXD、RXD及GND三根线。若微机与单片机通信，由于单片机UART为TTL电平，故需将RS232电平与TTL电平转换，这里使用MAX232实现电平转换功能。转换完毕的串口信号TXD、RXD直接和单片机的串行口连接，以实现串行通讯，如图4所示。25火灾智能报警系统的核心内核89C51单片机与外设连接图5为单片机与外设连接的原理图，本设计中还用到 其 它 芯 片 如HCC4067BF16路 选1芯 片；HCC4097BF 8路 选1芯 片，74LS373地 址 锁 存 器，74LS244缓 冲 器，74LS138译 码器1原 理 比 较
9、 简 单，这里不再叙述。3火灾智能报警系统的软件设计31火灾智能报警系统的软件设计思想本设计软件流程图如图6所示。单片机以循环扫描方式，先选中128个传感器的地址对应的通道，然后再读取表1相关指标传感器型号TMP35TMP36TMP370时的起始电压mV05000输出电压温度系数（mV）10102025时的输出电压mV250750500工业自动化46机电工程技术2011年第40卷第1期机电工程技术2011年第40卷第1期表2数据在RAM中的存放RAM中的地址74H70H71H72H73H温度传感器火灾报警数据80H楼层数据房间数据表温感数据3FH报警数据77H或错误数据71H气敏传感器火灾报警
10、数据99H楼层数据房间数据表烟感数据06H报警数据77H或错误数据71H图4接线原理图数据与预定的数据进行比较，判断是报警或是错误信息4。程序执行完一次，即扫描完两个传感器，扫描的第一个传感器是温度TMP36，第二个为烟感，即每个房间的传感器偶地址为温感，奇地址为烟感。单片机先送出的八位地址数据累加器A中，低四位为表示第几个房间的数据，高四位为表示第几层的数据。数据在RAM中的存放参见表3。接着用A中的地址信息去选中温感的地址并启动模数转换，然后转入比较子程序。若模数转换的数据为00H则传感器已坏，将字符“F”的代码送内部RAM中的73H单元，再转去显示程序，并现声光报警，提醒工作人员进行处理
11、。若模数转换的数据大于等于80H，则转入报警子程序，再转显示子程序，同时将内部RAM中的70H73H单元的内容送显示芯片。接着扫描第二个芯片，即TGS800气敏传感器，程序执行的步骤与扫描温度传感器的方法相同。不同的是比较的数据不同，需将要比较的数据99H送入内部RAM中的74H单元，表示烟感的数据06H，即在显示管上显示为“1”的代码，送到内部RAM中的72H单元，显示错误或报警的数据相同。程序执行完一次，即已扫描完2个传感器，最后还要设置循环转移程序，这里有128个传感器，循环64次即可。因此，扫描完128个传感器，应清累加器A，使单片机从00H的地址重新开始扫描。32基于AT89C51控
12、制的火灾智能报警系统的主程序的解析送楼层数据到70H图5AT89C51与外设连接工业自动化47机电工程技术2011年第40卷第1期机电工程技术2011年第40卷第1期图6基于AT89C51的火灾智能报警系统的程序流程图REPEAT：MOVDPTR,FLOOR；PUSHA；SWAPA；ANLA，0FH；MOVCA，DPTRAMOV70H，A；MOVDPTR，ROOM；送房间数到71HPOPA；PUSHA；ANLA，0FH；MOVCA，DPTRAMOV71H，A；MOV72H,3FH；读温感数据并判断是否报警读到的温度值进行比较L1：JBP32，L1；MOVXA，DPTR；MOV74H，80H；A
13、CALLCOMPARE；送烟感数据到72HMOV72H，06H；MOVDPTR，0000H；POPAINCAPUSHA；MOVXDPTR，A；NOPNOPL2：JBP32，L2；MOVXA，DPTR；MOV74H，99H；ACALLCOMPARE；POPAINCAMOVR1，40H；DJNZR1，REPEAT；AJMPSTART；4结论本文所研究的火灾报警系统，采用AT89C51作为系统控制单元，它通过同时对现场温度和烟雾信号的实时采集，判断是否有火灾发生，提高了系统预报的准确性，亦可根据各地的平均气温自主地设置报警温度阈值，地域适应性能强。本设计采用PGA102高速数控增益放大器可以根据传感
14、器走线的长短进行相应调节，保持采集信号发送的稳定可靠。同时该报警装置体积小，操作维护方便，成本低廉，自动化程度较高，具有广阔的应用前景。参考文献：1 李 玉 峰，倪 虹 霞 MCS51系 列 单 片 机 原 理 与 接 口 技 术M北京：人民邮电出版社，20042 林德杰电气测试技术 M北京：机械工业出版社，19963 张振昭，许锦标楼宇智能化技术 M北京：机械工业出版社，20034 徐爱钧仪表原理与设计 M北京：北京航空航天大学出版社，19965 王化祥，张淑英传感器原理及应用 M天津：天津大学出版社，2000第一作者简介：宋彦雄，男，1983年生，广东揭阳人，大学本科。研究领域：单片机PLC智能控制。已发表论文1篇。(编辑：向飞)工业自动化48
