1 引 言
我國的火災自動報警控制系統(tǒng)經歷了從無到有、從簡單到復雜的發(fā)展過程，其智能化程度也越來越高。目前國內廠家多偏重用于大型倉庫、商場、高級寫字樓、賓館等場所大型火災報警系統(tǒng)的研發(fā)，他們采用集中區(qū)域報警控制方式，其系統(tǒng)復雜、成本較高。而在居民住宅區(qū)、機房、辦公室等小型防火單位，需要設置一種單一或區(qū)域聯網、廉價實用的火災自動探測報警裝置，因此，研制一種結構簡單、價格低廉的語音數字聯網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(tǒng)如圖1所示。現場火災報警器通過對傳感器火情信息的檢測，使用智能識別算法實現對火災的監(jiān)測。當報警器監(jiān)測到火情信息后，直接通過Modem經公用電話交換網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、火情級別以及報警時間等)，同時產生聲光報警信號，并按事先預留的電話號碼自動撥號通知單位有關負責人。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單位位置、周圍道路、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，通過網絡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音數字聯網報警器的設計與實現。
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行調理(放大、濾波等)，使之滿足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，實現報警器經Modem與消防指揮中心的通信。下面對上述各模塊進行簡要介紹。
2．2 溫度煙霧信號采集模塊
要準確地進行火災報警，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(tǒng)的敏感元件。
AD590是美國Analog Devices公司生產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AD590的負極接出一個10 kΩ的電阻R1和一個100Ω的可調電阻W，將電流量變?yōu)殡妷毫克腿階DC0809。通過調節(jié)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(wěn)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，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，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經地址鎖存器74LS373輸出提供。當P2.7=0時，與寫信號WR共同選通ADC0809。圖中ALE信號與ST信號連在一起，在WR信 號的前沿寫入地址信號，在其后沿啟動轉換。例如，輸出地址7FF8H可選通通道IN0，實現對溫度傳感器輸出的模擬量進行轉換；輸出地址7FF9H可選通通道IN1，實現對煙霧傳感器輸出的模擬量進行轉換。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，產生中斷。在中斷服務程序中，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。聲音信號由專用語音芯片提供。通過給語音芯片的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選通信號，由P1．3提供。只有當該信號為高電平時，芯片才會根據S1和S2端的控制信號發(fā)出不同的報警聲，否則不會發(fā)聲報警。
由P1口的P1．4～P1．7分別控制4個發(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，對應的信號燈便會發(fā)光報警。
2．4 單片機與Modem通信模塊
當報警器監(jiān)測到火災信息后，除了在火災現場產生聲光報警信號外，還需要將火災信息按事先預留的電話號碼自動撥號通知單位有關人員，并迅速上報消防指揮中心，為此，系統(tǒng)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(jiān)控程序設計
監(jiān)控程序流程圖如圖7所示。系統(tǒng)復位后，首先要進行初始化，包括對各個控制用寄存器的初始化、設置中斷服務程序的入口地址、設置堆棧等。
為了便于系統(tǒng)維護和功能擴充，采用了模塊化程序設計方法，系統(tǒng)各個模塊的具體功能都是通過子程序調用實現的。本系統(tǒng)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ADC0809的IN0和IN1進行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中斷服務程序完成。每次驅動A/D轉換后等待外部中斷1，中斷到來說明A/D轉換已經完成，通過中斷服務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(tǒng)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情況進行判斷：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情況
2個標志位均為0，表示情況正常，給53H或56H單元送00H；2個中僅有1個為1，表示情況異常，送01H；2個均為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為現場有火災，調火災報警子程序，并向消防中心報告火情。
4 結 語
本文研制的用于小型防火單位的語音數字聯網火災報警器具有以下特點：
(1)能對室內煙霧(CO2，CO)及溫度突變進行報警(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，令值班人員到現場處理。
(4)如果煙霧和溫度同時出現異常，則說明有火災，發(fā)出火災警報，并及時將火災信息上報消防指揮中心。
現場模擬實驗表明，本系統(tǒng)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。
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