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1 引 言 我國的火災自動(dòng)報警控制系統經(jīng)歷了從無(wú)到有、從簡(jiǎn)單到復雜的發(fā)展過(guò)程，其智能化程度也越來(lái)越高。目前國內廠(chǎng)家多偏重用于大型倉庫、商場(chǎng)、高級寫(xiě)字樓、賓館等場(chǎng)所大型火災報警系統的研發(fā)，他們采用集中區域報警控制方式，其系統復雜、成本較高。而在居民住宅區、機房、辦公室等小型防火單位，需要設置一種單一或區域聯(lián)網(wǎng)、廉價(jià)實(shí)用的火災自動(dòng)探測報警裝置，因此，研制一種結構簡(jiǎn)單、價(jià)格低廉的語(yǔ)音數字聯(lián)網(wǎng)火災報警器是非常必要的。 一般小型防火單位火災報警系統如圖1所示�，F場(chǎng)火災報警器通過(guò)對傳感器火情信息的檢測，使用智能識別算法實(shí)現對火災的監測。當報警器監測到火情信息后，直接通過(guò)Modem經(jīng)公用電話(huà)交換網(wǎng)迅速向消防指揮中心報告火情信息(包括火災單位編碼、單位名稱(chēng)、火情級別以及報警時(shí)間等)，同時(shí)產(chǎn)生聲光報警信號，并按事先預留的電話(huà)號碼自動(dòng)撥號通知單位有關(guān)負責人。消防指揮中心根據接收到的火警信息，立即在消防信息數據庫中查詢(xún)單位位置、周?chē)缆�、交通、水源情況等基本信息，根據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各消防中隊。本文將詳細介紹小型防火單位語(yǔ)音數字聯(lián)網(wǎng)報警器的設計與實(shí)現。 
2 報警器硬件設計 2．1 硬件組成 如圖2所示，報警器硬件由溫度煙霧信號采集模塊、聲光報警模塊以及單片機與Modem通信模塊組成。圖中1，2，3組成數據采集模塊，4，5組成聲光報警模塊，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)，將現場(chǎng)溫度、煙霧等非電信號轉化為電信號；2為信號調理電路，將傳感器輸出的電信號進(jìn)行調理(放大、濾波等)，使之滿(mǎn)足A/D轉換的要求；3為A/D轉換電路，完成將溫度傳感器和煙霧傳感器輸出的模擬信號到數字信號的轉換。聲光報警模塊由單片機和報警電路組成，由單片機控制實(shí)現不同的聲光報警(異常報警、故障報警、火災報警)功能。單片機與Modem通信模塊由單片機、GM16C550串行端口擴展芯片和RS232電平轉換電路組成，實(shí)現報警器經(jīng)Modem與消防指揮中心的通信。下面對上述各模塊進(jìn)行簡(jiǎn)要介紹。
2．2 溫度煙霧信號采集模塊 要準確地進(jìn)行火災報警，選擇合適的溫度和煙霧傳感器是準確報警的前提。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用作采集系統的敏感元件。 AD590是美國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A(yíng)D590是電流型溫度傳感器，他的輸出同絕對溫度成正比，即1μA/k，而數模轉換芯片ADC0809的輸入要求是電壓量，所以在A(yíng)D590的負極接出一個(gè)10 kΩ的電阻R1和一個(gè)100Ω的可調電阻W，將電流量變?yōu)殡妷毫克腿階DC0809。通過(guò)調節可調電阻，便可在輸出端VT獲得與絕對溫度成正比的電壓量，即10 mV/K。 火災中氣體煙霧主要是CO2和CO。TGS202氣體傳感器能探測CO2，CO，甲烷、煤氣等多種氣體，他靈敏度高，穩定性好，適合于火災中氣體的探測。如圖4所示，當TGS202探測到CO2或CO時(shí)，傳感器的內阻變小，VA迅速上升。選擇適當的電阻阻值，使得當氣體濃度達到一定程度(如CO濃度達到0．06％)時(shí)，VA端獲得適當的電壓(設為3 V)。
A/D轉換電路采用了常用的8位8通道數模轉換專(zhuān)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P2.7=0時(shí)，與寫(xiě)信號WR共同選通ADC0809。圖中ALE信號與ST信號連在一起，在WR信 號的前沿寫(xiě)入地址信號，在其后沿啟動(dòng)轉換。例如，輸出地址7FF8H可選通通道IN0，實(shí)現對溫度傳感器輸出的模擬量進(jìn)行轉換；輸出地址7FF9H可選通通道IN1，實(shí)現對煙霧傳感器輸出的模擬量進(jìn)行轉換。圖中ADC0809的轉換結束狀態(tài)信號EOC接到89C51的INT1引腳，當A/D轉換完成后，EOC變?yōu)楦唠娖�，表示轉換結束，產(chǎn)生中斷。在中斷服務(wù)程序中，將轉換好的數據送到指定的存儲單元。
2．3 聲光報警模塊 聲光報警電路在單片機P1口的控制下，可以根據不同情況(火災、異常、故障)發(fā)出不同的聲光報警信號。聲音信號由專(zhuān)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。由單片機的P1．0和P1．1控制。另外該芯片還需要一個(gè)選通信號，由P1．3提供。只有當該信號為高電平時(shí)，芯片才會(huì )根據S1和S2端的控制信號發(fā)出不同的報警聲，否則不會(huì )發(fā)聲報警。 由P1口的P1．4～P1．7分別控制4個(gè)發(fā)光二極管，予以光報警，如圖6所示。P1．4～P1．7控制的燈依次為綠色(正常信號燈)、黃色(故障信號燈)、紅色(異常信號燈)和紅色(火災信號燈)。當這些輸出端輸出低電平時(shí)，對應的信號燈便會(huì )發(fā)光報警。 2．4 單片機與Modem通信模塊 當報警器監測到火災信息后，除了在火災現場(chǎng)產(chǎn)生聲光報警信號外，還需要將火災信息按事先預留的電話(huà)號碼自動(dòng)撥號通知單位有關(guān)人員，并迅速上報消防指揮中心，為此，系統設計了單片機與Modem通訊模塊，該模塊由單片機、GM16C550串行端口擴展芯片和RS232電平轉換電路組成。限于篇幅，對通訊模塊的硬件電路及編程不做詳細論述。 3 報警器監控程序設計 監控程序流程圖如圖7所示。系統復位后，首先要進(jìn)行初始化，包括對各個(gè)控制用寄存器的初始化、設置中斷服務(wù)程序的入口地址、設置堆棧等。
為了便于系統維護和功能擴充，采用了模塊化程序設計方法，系統各個(gè)模塊的具體功能都是通過(guò)子程序調用實(shí)現的。本系統主要包括數據采集子程序、火災判斷與報警子程序以及Modem通訊子程序等。 3．1 數據采集子程序 數據采集部分的程序設計包括：驅動(dòng)ADC0809的IN0和IN1進(jìn)行A/D轉換，分別由子程序ADC1(溫度轉換)和ADC2(煙霧濃度轉換)完成；單片機接收轉換好的數據，存入指定內存單元，由INT1中斷服務(wù)程序完成。每次驅動(dòng)A/D轉換后等待外部中斷1，中斷到來(lái)說(shuō)明A/D轉換已經(jīng)完成，通過(guò)中斷服務(wù)程序讀取轉換得到的數據。 3．2 火災判斷與報警程序 為了降低誤報率，系統采用了多次采集、多次判斷的方法。每次數據采集后根據得到的數據對現場(chǎng)情況進(jìn)行判斷：00H表示正常、01H表示異常、02H表示火災；然后綜合多次判斷結果做出最終的火情判斷。數據在內部RAM存儲單元中的存放情況如表1所示。具體判斷方法如下：
(1)對溫度和煙霧進(jìn)行了兩次數據采集與判斷 溫度≥100℃，溫度異常，置標志位為1，否則為0；煙霧(CO，CO2)濃度≥0．06％，煙霧濃度異常，置標志位為1，否則為0。 (2)根據溫度和煙霧的異常標志位判斷現場(chǎng)情況 2個(gè)標志位均為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，表示有火災發(fā)生，送02H。 (3)綜合兩次情況做最后判斷，并予以報警 若53H和56H中數據不相同，說(shuō)明是誤報，調故障報警子程序；否則按該單元中的數據調相應的報警子程序。 00H為情況正常，返回。 01H為情況異常，調異常報警子程序。 02H為現場(chǎng)有火災，調火災報警子程序，并向消防中心報告火情。 4 結 語(yǔ) 本文研制的用于小型防火單位的語(yǔ)音數字聯(lián)網(wǎng)火災報警器具有以下特點(diǎn)： (1)能對室內煙霧(CO2，CO)及溫度突變進(jìn)行報警(聲光報警)。 (2)如果出現硬件故障(如傳感器遺落、內部元器件損壞等)，能發(fā)出故障報警。 (3)如果只有一種參數出現異常(如煙霧濃度過(guò)大或是溫度較高)，能發(fā)出異常報警信號，令值班人員到現場(chǎng)處理。 (4)如果煙霧和溫度同時(shí)出現異常，則說(shuō)明有火災，發(fā)出火災警報，并及時(shí)將火災信息上報消防指揮中心。 現場(chǎng)模擬實(shí)驗表明，本系統安全可靠，誤報率低。且由于其體積小、操作維護方便、成本低廉等，具有廣闊的應用前景。 |
