倪涛

摘要：市场经济体制的不断完善，带动了经济的发展，城市化进程逐步加大，人口压力增大，电力的大力运用，导致了火灾爆发频率增加，给人民生命财产安全造成了严重的威胁，因此火灾的及时发现是灾情控制的前提条件，是保障生命财产安全的关键，文章就当前国内火灾报警情况出发，结合火灾探测的实时性、精确性要求，讨论如何研发出成本低、效率高、精准性强的智能报警系统。

关键词：单片机；火灾测控系统；设计

中图分类号：TP273.5文献标识码：A文章编号：1006-8937（2011）22-0012-03

火作为人类生存必须的能源之一，对人类的生产意义重大，但对其本身的控制以及防御火灾的产生是生存的必需，资料显示，从1975年~1987年，我国共发生了44万起火灾，有6万多人在火灾中丧生，直接造成了32.5亿的经济损失，尤其1987年的大兴安岭火灾，造成了重大的损失，各级政府逐渐意识到火灾控制的重要性，部分火灾控制手段产生，但对火灾的控制效果并不理想，1989年共发生火灾30起，造成的经济损失仍达到30万元之多，甚至10天内就有3起火灾发生，最严重一次造成了700万元的经济损失，而造成火灾的因素多，控制难，尤其以人为造成居多，消防技术的提高成为控制火灾的必要途径，因此必须彻底贯彻预防火灾的方针，同时还要提高消防技术，其中火灾报警控制作为重要环节。

本文着重介绍近年来广泛应用于建筑中的单片机火灾控制仪器的原理以及技术，并完善设计，考虑避免漏报、误报、迟报、不报等方面的技术改进，随着近年来单片机技术不断更新，单片机逐渐在很多自动控制领域中得到了广泛的运用，本文结合近年来单片机设计的研究现状，根据建筑密集人口、火灾高发区，对建筑中火灾监测和报警进一步探索，从而设计基于普通单片机中实用可靠的自动报警系统。

自动报警系统是根据传感器进行火情信息收集，结合传感器信息技术，并采用已经成熟的智能识别算法实现监测，即，报警器接受到火灾信号后，立即通过转换。产生声、光报警信号，利用Modem与公用的电话网连接，将信号快速的传递给消防控制中心，同时还按设计时的预留号码，连通后将灾情信号传递给预留号码部门，一旦接受信号方，即可通过信息数据库查询到火灾发生的位置、交通情况、水源情况等基本信息，能通过这些综合信息快速的确定火情，确定最佳的救火方案，并通过信息网络连接下达命令，为火灾的快速扑灭提供有利保障。

1本单片机火灾报警系统功能

①声、光协同报警功能。

②系统故障报警，若系统发生硬件故障,系统快速发出故障报警信号。

③异常情况报警功能。若周围环境有异常变动（包括：烟雾浓度过大或温度异常），系统能及时的发出异常报警信号，通告人们，尽量避免火灾的发生进一步蔓延造成更大的危害。

④火灾报警功能。当出现火灾即，烟雾、温度同时异常改变时，系统立即发出火灾声、光警报,并且及时将火灾发生的信息通过远程报警电路传递给消防指挥中心和预设其他部门。

2控制仪整机原理

整机工作原理如下:

本设计的整体工作原理可以分为以下几个步骤：程序的自我检查和故障的排查，当探测器连接控制器之间出现断线，所对引得房间号得信号指示灯发亮，同时伴随单调音响鸣警，探测器将接受的火灾信号通过转换后，以高低电平的形式传输，并利用在建筑物内部的线控或者长电平转换器的转换，把信号变成0V或者5V，并经由接入口进行单片机，后由系统的软件部分对该信号进行识别，确定属于火灾信号还是干扰信号，当探测确定为干扰信号便不传输火灾信息，进行屏蔽，一旦识别确定为火灾信号，显示器则显示房间号，同时火警灯闪烁、变调鸣音，传输信号一旦被值班室收到，立刻高度警觉，若属于首次火警，倒计时装置停止显示，当班人员应立即反应情况，由火灾控制中心迅速发出消防信号。总的来讲，系统层次清晰，但必须具备一定的可靠性，因此在设计上需要周全的考虑，基于单片机的火灾报警控制系统原理图如图1所示。

3系统硬件电路设计

3.1系统的硬件电路组成

系统的硬件电路主要分为以下四个部分,包括：单片机、数据采集模块、声光报警模块、远程报警模块。其中，单片机属于整个报警系统设计中的核心设计部分，数据的采集模块中又包括（温度传感器、烟雾传感器、信号调整电路以及A/D转换电路），通过这几个环节能将传感器感受并输出的信号转换，通过放大、滤波等方式进行，转换后的信号能够满足A/D转换器的需求，最终由A/D转换电路，实现由温度传感器和烟雾传感器输出的模拟信息转换成数字信号。具有声、光双重报警的功能，这两模块可进行语音报警和灯光报警，并由单片机控制声光报警的具有细节，如异常报警、故障报警、火灾报警等。而原虫报警模块则是主要受控于MT8880收发码电路组成，也由单片机进行的控制。

3.2器件选择及单片机接口

①接口电路。接口电路主要承接三种报警声、光信息的显示，三种形式的声、光报警显示线路是大致相同的。而火灾报警在声、光报警的同时，还必须进行灭火器的控制。因此在此只进行火灾报警器的接口电路说明，图2为基本的火灾报警接口线路图，火灾信号被触发器接受后，结合指示信号，并通过第一接口使得控制发光二极管，发光二极管开始闪射出灯光，发出火灾报警信号，被第二接口接收并传递给声响报警触发器，经过接口将基极设置为高电平，并使其连通，通过专用的报警集成电路模块接通对应的电源并发出警鸣。当低电平信号出现时，集成电路模块控制发出消防车报警音，此为火灾报警音，当火灾信号转换后除以光、声两种形式发出信号，还要对灭活装置进行控制，即通过对继电器的控制开实现，控制电路在集成电路中涉及，为屏蔽干扰信号，可以在继电器和接口电路中安装光电三极管。

②传感器。其一，感温传感器。通过机械式的差定温探测器来实现温度异常感受，这一探测器结构较为简单，灵敏度较高，较适用于温度变化不大的场所，通过膨胀系数的改变来实现金属片得不同组合，一旦温度发生改变，两金属片弯曲，使得触点连接，温度传感器与对应的调理电路如图3所示。其二，感烟传感器。通过离子式的烟雾传感器作为烟感探测器，分为补偿电离室、信号放大电路、检查电离室、开关转换器、故障自动检查系统以及火灾模拟检查电路这几个部分。当正常情况下，无烟补偿室与检查室电位基本持平；一旦出现烟雾，烟雾变随着感受器进入检查室，由此降低了电离电荷运动的速度，导致电流量降低，同时加大了监测室的阻抗，但补偿室内阻抗维持不变，由此电离室出现分压改变，信号传回输入端即产生电压，当逐渐增加到一定程度时，开关进行转换，发出电路动作，报警信号发出，同时报警灯亮。

③硬件详细接线。常用的单片微机系统由8031和2732构成的应用系统，是设计中最小的应用系统，其中8031接第一个接口电路，接口电路中的两分支接口分别与烟感、温感信号相连接，同时微机也是通过这两接口采集烟感、温度变化信号；另一分支接口还必须为故障定位，通过指示灯信号来确定故障发生的位置、情况通过温感或者烟感进行指示；此外还需设一个检查信号接口，与微机相连，不断接收由微机发出的矩形波，形成检查、探测周期动作；另设一个电源报警控制线，以及故障、异常、火灾报警控制线。

④A/D转换电路和单片机接口。采用8位8通道模数转换的专业芯片，安置于A/D转换电路，温度改变和烟雾产生引起的信号传递在通过信号调理电路将其与ADC0809的IN0和IN1进行链接，这样就形成了完整的模拟信号数字信号之间的转换，并输入单片机。

⑤远程报警电路与接口。为使得防灾功效加大，设计时，还在模块中设置了专业的收发码电路。该电路设置为双频收发电路（MT8880），此模块用于预置各种电话号码，MT8880C作为一个带有呼叫处理滤波器的单片双音多频（DTMF）信号收发器，由可变增益的内置放大设备的高性能的接收器和具有脉冲计数功能的发射器组成，采用89C51单片机控制MT8880，达到对数据进行的计算机智能控制和传输，实现远程报警，单片机和收发电路接口电路如图4所示。

4软件程序设计

①系统设计采用单片机实现布测点的检测，一旦出现火情，单片机传输报警信号，该信号能在显示器获得火灾的地点等信息，因此软件部分必须包括监测程序、报警显示程序等。

②监控程序的设计，根据设计要求，监控程序应设置为系统完全启动后启动的键扫程序。通过键值得输入控制处理动作，若对系统设置成为现有时间运行的时钟时，对键入值有无进行检查，若检查结果为1键，系统立刻显示火警的发出时间，按2键立即显示现实时间，因此监控程序编写时必须将键盘扫描子程序（111）写入，其子程序（121），这些都在计算机语言中又明确的规定。

③检测程序，报警信号的显示程序，此系统电路是当火情发生时要求外部断开，并在外部断开服务程序上对P1的值进行读值，判断是否为零，当不为零值时，需要设计延迟复读，当确定为零时发出报警信号，并记录时间，同时发出调动子程序的动作，显示火情，并按下2键进行处理。

5结语

消防是1门相对独立性较强的专业，在于研究火灾的预防以及控制，遏制火灾的蔓延趋势，学科交叉点多，现代的消防技术已经结合了计算机、电子显示、传感技术等自动电子化地技术，因此研究自动化的消防报警控制系统成为当下研究的热点。

纵观国内外火灾自动报警控制器，发展至今已经经历了几十年，资料显示，国外新兴产品已经进行了几代更替，但目前国内生产自动报警器的产家渺渺无几，大多停留在国外已经淘汰的技术，与国外的差距相对明显，甚至市场上仍然在销售1代产品，而自主研发的2代产品虽然能进行系统的自检和外围器故障检验，但区分故障仍是难点。

本设计火灾自动报警控制器，在实时监测的同时，能保障系统的稳定和进行外围器件的故障确定，同时能及时的辨别故障类型，智能的发出动作，并采用断开或短路的方式，是在2代基础上进行的革新，具备了一定的新功能，但2代自动报警器探测器设置为“开关量”原理电路，因此对环境的适应性相对较弱，对高温和潮湿环境容易产生误读，3代是属于模拟量原理电路，探测器没有设置报警阈值，直接由控制器接受感受信号，进行比对分析，自动屏蔽环境干扰，如能通过烟雾的浓度和变化量以及趋势来区分是否是火灾产生。

参考文献：

[1] 李玉峰,倪虹霞.MCS-51系列单片机原理与接口技术[M].北京:人民邮电出版社,2004.

[2] 林德杰.电气测试技术[M].北京:机械工业出版社,1996.

[3] 张振昭,许锦标.楼宇智能化技术[M].北京:机械工业出版社,2003.