住宅小区火灾自动报警系统的分析与设计

百度文库- 让每个人平等地提升自我
毕业设计（论文）任务书
毕业设计（论文）题目：
住宅小区火灾自动报警系统的分析与设计
基本内容：
1. 介绍火灾报警系统的发展和现状；
2. 分析住宅小区火灾报警系统的组成；
3. 设计火灾报警系统控制器；
4. 对部分模块进行仿真；
5. 完成毕业设计论文。

毕业设计（论文）专题部分：
题目：
基本内容：
学生接受毕业设计（论文）题目日期
第1周
指导教师签字：
年月日
住宅小区火灾自动报警系统的分析与设计
摘要
随着经济和城市建设的快速发展，城市高层、地下建筑以及大型综合性建筑日益增多，火灾隐患也大大增加，火灾的数量及其造成的损失呈逐年上升趋势。

火灾已经成为我国常发性和破坏性以及影响力最强的灾害之一。

在工业和民用建筑、宾馆、酒店、图书馆、科研和商业部门，火灾报警系统已成为必要的装置。

火灾报警系统对现代建筑起着极其重要的安全保障作用。

本文论述了火灾自动报警系统的需求和国内外发展现状作了分析整理，对系统结构和特点做了阐述。

本文在分析系统整体构成的基础上，并参考消防报警的有关规范，对系统设计的具体内容进行了详细的论述。

在系统组成设计中，对系统采用模块化的功能划分，运用单片机和数字电子技术，按照不同的功能模块进行设计，主要有火灾探测器模块，报警控制器模块，显示模块，键盘接口模块，打印机接口模块，联动控制模块。

并且运用Multisim9对部分模块进行了仿真，说明了该系统是可行的。

此外，对控制器工作的程序进行了设计，分析了各个端口的工作过程。

关键词：火灾报警，探测器，单片机
目录
毕业设计（论文）任务书 (1)
住宅小区火灾自动报警系统的分析与设计 (2)
摘要 (2)
目录 (4)
第1章绪论 (1)
系统开发的目的 (1)
火灾自动报警系统的发展和现状 (1)
火灾自动报警系统设计的可行性 (2)
第2章火灾自动报警系统的分析 (4)
区域报警系统 (4)
集中火灾报警系统 (4)
控制中心报警系统 (5)
第3章火灾自动报警系统的设计 (7)
触发模块 (7)
3.1.1火灾探测器的分类和选用 (7)
3.1.2 手动报警按钮的设置 (11)
控制模块 (11)
3.2.1 数据采集 (13)
3.2.2 系统程序 (15)
报警模块 (26)
消防联动模块 (27)
第4章系统的仿真 (29)
EDA介绍 (29)
利用Muitisim9仿真一个八路的报警系统 (30)
4.2.1 仿真系统的原理 (30)
4.2.2 仿真系统的运行 (30)
中断申请的撤除仿真 (32)
中断请求信号处理的仿真 (34)
555定时器延时电路的仿真 (36)
显示部分设计 (38)
系统的运行过程 (39)
第5章结论 (40)
参考文献 (41)
致谢42
第1章绪论
系统开发的目的
随着社会发展，财富增长，我国基础建设快速发展，高层建筑，建筑群体和住宅小区越来越多。

一方面家用电气设备的数量和种类越来越多，建筑内部的装修材料大多是易燃的；另一方面由于高层建筑内部有楼梯井，电梯井，管道井，风道，电缆井，排气道等竖井，存在“烟囱效应”，所以火势蔓延很快，疏散困难，扑救难度大。

由此可见，整个社会对高技术，高可靠性，高稳定性的自动火灾报警和联动系统的需求量越来越大。

火灾自动报警系统的设计，必须遵循国家有关方针、政策、规范和公安消防部
门的有关法规，针对保护对象的特点，做到安全可靠、技术先进、经济合理、使用
方便。

火灾自动报警系统的保护对象是建筑物或建筑物的一部分。

不同的建筑物，
其使用性质、重要程度、火灾危险性、建筑结构形式、耐火等级、分布状况、环境
条件以及管理形式等各不相同。

在设计中应仔细研究这些情况，根据不同的情况选
择不同的火灾自动报警系统。

对于智能化住宅小区，火灾自动报警系统是一个重要的组成部分，其设计必须严格遵循国家现行的消防规范。

如GB50045《高层民用建筑设计防火规范》、《建筑设计防火规范》（GBJ16）、《火灾自动报警系统设计规范》（GB50116）等。

本文所叙述的火灾自动报警系统主要针对的是新建住宅、公寓和住宅小区。

火灾自动报警系统的发展和现状
火灾自动报警系统的发展经历了五代产品，第一代从十九世纪四十年代到二十世纪四十年代，以感温火灾探测技术为代表，包括定温探测器和差温探测器等；第二代从二十世纪五十年代到七十年代，以感温火灾探测技术为代表，包括离子感烟探测器和光电感烟探测器等；第三代从八十年代开始至今，以总线制火灾报警系统为代表，包括四总线系统，二总线系统等；第四代从八十年代后期开始至今，以智能化火灾报警系统为代表，包括集中智能，分布智能及人工智能神经网络等；第五代自九十年代以来，以无线火灾报警系统为代表。

纵观火灾自动报警系统的发展史，第一代用了一百年，第二代用了三十年，第三代有近二十年时间，而第三代尚未结束就出现了第四代，第四代只有不到十年的历史，相继出现了第五代产品，火灾自动报警系统的发展
速度越来越快，由多线制向少线制发展，形成今天以总线制为主流，集探测采集，火灾识别，报警显示，联动控制为一体的综合系统。

国外一些较发达的国家，具有火灾预防、报警、扑救、善后处理等比较完善的消防体系。

政府每年都要拨出大笔资金用于消防设各更新、人员培训以及消防设施维护。

德国、日木、美国等国家就采用计算机与用户终端的传感器或者用户终端信号采集器相连，对火灾自动报警设各实时监控以及故障远程传输。

例如:美国、加拿大、英国、澳大利亚、日木等国家在建设和应用城市火灾自动报警监控系统方而均有可供借鉴的成功经验。

他们将自动火灾报警作为公共报警手段接入监控系统，并有效运行多年，使消防指挥中心能够快速准确判断火灾地点、火灾类型，并调度消防部队迅速到达现场，自动报警监控系统在此起到了很大的作用。

此外，这些国家在监控系统管理方而比较规范，专门成立一个监控服务机构，该机构的责任是保证火灾报警数据通信畅通，为用户服务，对用户负责，同时向消防部队传送可靠的火灾报警信息，而消防部门的主要责任是对此类服务机构进行资质审杳及监督管理。

这种管理运作方式已经取得了良好的效果。

我国火灾报警系统起步较发达国家晚几十年，从上世纪70年代我国才开始研制生产火灾报警系统产品。

进入80年代后，国内主要厂家也多是模仿国外产品，或是引进国外技术进行生产，没有真正意义上的核心技术，并且市场也刚刚开始发育。

火灾报警产品真正发展是在90年代以后，随着政府逐渐开放国门，国外企业开始大量进入中国消防市场，带来先进技术的同时也促进了市场的成熟。

这时期，我国生产火灾报警产品的企业也得到了快速发展，部分企业进行了合资生产、技术合作，取得了小菲的成绩，也造就了现今市场上许多有实力的商家，部分技术已接近或赶上了国际水平。

火灾自动报警系统设计的可行性
报警系统由于有许多先验知识，并且广泛应用于实际中，所以具有实用价值，从设计方面看，也是可行的，可以参照许多先验知识。

利用传感器可以探测到各种警报信号，然后利用先进的单片机技术及电子技术可以实现系统的控制部分，利用数码管及蜂鸣器实现系统的报警，同时启动消防联动装置。

利用模块化设计的思想可以将本系统设计分为三个部分：探测部分，控制部分以及显示报警部分。

探测部分为警报信号的采集电路，利用现代传感技术，在可能发生警情的地点设
置探测器，传感器根据功能不同可分为感温探测器、感烟探测器等，可根据需要安装在不同地点不同场合。

控制部分利用单片机，单片机主控电路中各个部分包括探测部分传送来的报警信号，以及报警及显示部分的报警信号及数据，这些都是通过单片机的协调控制作用来完成的。

另外还可利用单片机内部的定时器来输出定时控制信号，控制报警信号的报警时间，亦可利用555定时器来输出定时信号定时输出警报信号的时间。

当系统中出现一种警报时，单片机能自动识别其种类。

当出现多种警情时，单片机利用中断优先级控制可以先报警其中优先级别最高的警报，然后再报警次优先级别的警报。

显示及报警部分，包括警报显示电路和警报音响电路。

其中显示部分利用七段数码管，通过显示的数字来报警。

警报音响电路可以采用蜂鸣器。

第2章火灾自动报警系统的分析
建筑中火灾自动报警系统是当代电子信息技术与传统的建筑火灾探测报警技术有机结合的产物。

火灾自动报警控制系统由火灾探测器、火灾报警控制器、火灾警报装置，以及联动控制装置等组成。

探测器是对火灾有效探测的基础与核心，控制器是火灾信息处理和报警控制的核心，最终通过联动控制装置实施消防控制和灭火操作。

它是人们为了及早发现和通报火灾，并及时采取有效措施控制和扑灭火灾而设置在建筑物中或其他场所的一种自动消防设施，是人们同火灾作斗争的有力工具。

火灾报警控制器通常按其用途分为区域报警控制器、集中报警控制器和通用报警控制器。

区域报警控制器用于火灾探测器的监测、巡检、供电，备电，接收监测区域内火灾探测器的报警信号，并转换为声、光报警输出，显示火灾部位等，其主要功能有火灾信号处理与判断，声、光报警，故障监测，模拟检查，报警记时，备电切换和联动控制等。

集中报警控制器用于接收区域控制器火灾信号，显示火灾部位，记录火灾信息，协调联动控制和构成终端显示等，主要功能包括报警显示、控制显示、记时、联动控制、信息传输处理等。

通用火灾报警控制器兼有区域和集中控制器的功能，小可作为区域控制器使用，大可独立构成中心处理系统，其形式多样，功能完备，可按其特点构成各种类型的火灾自动报警系统模式。

《火灾自动报警系统设计规范》规定的火灾自动报警系统基本形式有3种:区域报警系统、集中报警系统和控制中心报警系统。

区域报警系统
区域报警系统由火灾探测器、手动火灾报警按钮、区域火灾报警控制器、火灾警报装置及电源等构成，如图所示。

区域报警系统比较简单，但使用面很广。

既可单独用在工矿企业的计算机房等重要部位和民用建筑的塔楼公寓，写字楼等处。

也可作为集中报警系统和控制中心系统中最基本的组成设备。

集中火灾报警系统
集中火灾报警系统通常由集中火灾报警控制器，两台或两台以上区域火灾报警控
制器，火灾探测器，手动火灾报警按钮，火灾警报装置及电源等构成，如图所示。

区域火灾报
警控制器火灾探测器
手动火灾报
警按钮
电源火灾警报装
置
图区域火灾报警系统框图
火灾探测
器
手动火灾报警按钮区域火灾报
警控制器
区域火灾报
警控制器
集中火灾
报警控制
器
电源
火灾警报装置
火灾探测
器
手动火灾
报警按钮
图集中火灾报警系统框图
集中控制系统在一级中档宾馆，饭店用得比较多。

根据宾馆，饭店的管理情况，集中报警控制器设在消防控制室。

区域饱经控制器设在各楼盘服务台，管理比较方便。

控制中心报警系统
控制中心报警系统通常由至少一台集中火灾报警控制器，一台消防联动控制设备，两台或两台以上区域火灾报警控制器，火灾探测器，手动火灾报警按钮，火灾警报装
置，火警电话，火灾应急照明，火灾应急广播，联动装置及电源等构成，如图所示。

火灾探测
器
手动火灾报警按钮
手动火灾报警按钮区域火灾报警控制器
区域火灾报警控制器
火灾探测
器
消
防
联
动
控
制
设
备
集
中
火
灾
报
警
控
制
器
火灾警报装置
火警电话
火灾应急照明
火灾应急广播
联动装置
电源
图控制中心报警系统框图
控制中心报警系统主要用于大型宾馆，饭店，商场，办公室等。

此外，多用于大型建筑群和大型综合楼工程。

控制中心系统在商场，宾馆，公寓，综合楼的应用也比较普遍。

住宅小区火灾报警系统一般选用控制中心报警系统。

第3章火灾自动报警系统的设计
随着科学技术的发展，各种火灾自动报警系统层出不穷，但是火灾自动报警的基本功能模块是一样的。

如图
火灾自动报警系统
触发模块
控制
模块
报警
模块
联动
模块图火灾自动报警系统框图
下面，文章将对各个模块进行分析和设计。

触发模块
触发模块由火灾探测器和手动火灾报警按钮组成。

3.1.1火灾探测器的分类和选用
火灾探测器是火灾自动报警和自动灭火系统最基本和最关键的部件之一，对被保护区域进行不间断的监视和探测，把火灾初期阶段能引起火灾的参数（烟、热及光等信息）尽早、及时和准确地检测出来并报警。

除易燃易爆物质遇火立即爆炸起火外，一般物质的火灾发展过程通常都要经过引燃、发展和熄灭三个阶段。

因此，火灾探测器的选择原则是要根据被保护区域内初期火灾的形成和发展特点去选择有相应特点和功能的火灾探测器。

一般说来，火灾探测器分为以下几类：
(1) 感烟探测器
感烟探测器是用于探测物质燃烧初期在周围空间所形成的烟雾粒子含量，主要用来探测可见或不可见的燃烧产物及期货速度缓慢的初期火灾，并自向火灾动报警控制器发出火灾报警信号的一种火灾探测器。

它响应速度快，能及早地发现，是使用量最
大的一种火灾探测器。

感烟探测器从作用原理上分类，可分为离子型、光电型两种类型。

离子感烟火灾探测器是对能影响探测器内电离电流的燃烧产物敏感的探测器。

光电感烟探测器是利用火灾时产生的烟雾粒子对光线产生吸收遮挡、散射或吸收的原理并通过光电效应而制成的一种火灾探测器。

光电感烟探测器可分为遮光型和散射型两种。

(2) 感温火灾探测器
感温火灾探测器是对警戒范围内某一点或某一线段周围的温度参数敏感响应的火灾探测器。

根据监测温度参数的不同，感温火灾探测器有定温、差温和差定温三种。

探测器由于采用的敏感元件不同，又可派生出各种感温探测器。

与感烟火灾探测器和感光火灾探测器比较，感温火灾探测器的可靠性较高，对环境条件的要求更低，但对初期火灾的响应要迟钝些，报警后的火灾损失要大些。

它主要适用于因环境条件而使感烟火灾探测器不宜使用的某些场所；并常与感烟火灾探测器联合使用组成与门关系，对火灾报警控制器提供复合报警信号。

由于感温火灾探测器有很多优点，它是仅次于感烟火灾探测器使用广泛的一种火灾早期报警的探测器。

在可能产生明燃或者若发生火灾不及早报警将造成重大损失的场所，不宜选用感温火灾探测器；温度在0℃以下的场所，不宜选用定温火灾探测器；正常情况下温度变化较大的场所，不宜选用差温火灾探测器；火灾初期环境温度难以肯定时，宜选用差定温复合式火灾探测器。

(3)感光火灾探测器
感光火灾探测器又称为火焰探测器，它是一种能对物质燃烧火焰的光谱特性、光照强度和火焰的闪烁频率敏感响应的火灾探测器。

它能响应火焰辐射出的红外、紫外和可见光。

感光探测器的主要优点是：响应速度快，其敏感元件在接受到火焰辐射光后的几毫秒，甚至几个微秒内就发出信号，特别适用于突然起火无烟的易燃易爆场所。

它不受环境气流的影响，是惟一能在户外使用的火灾探测器。

另外，它还有性能稳定、可靠、探测方位准确等优点，因而得到普遍重视。

在火灾发展迅速，有强烈的火焰和少量烟、热的场所，应选用火焰探测器。

在可能发生无焰火灾、在火焰出现前有浓烟扩散、探测器的镜头易被污染、探测
器的“视线”（光束）易被遮挡、探测器易受阳光或其他光源直接或间按照射、在正常情况下有明火作业及弧光影响等情形的场所，不宜选用火焰探测器。

工程中主要用红外火焰型和紫外火焰型两种。

红外感光火灾探测器是一种对火焰辐射的红外光敏感响应的火灾探测器。

红外线波长较长，烟粒对其吸收和衰减能力较弱，致使有大量烟雾存在的火场，在距火焰一定距离内，仍可使红外线敏感元件感应，发出报警信号。

因此，这种探测器误报少，响应时间快，抗干扰能力强，工作可靠。

紫外感光火灾探测器是一种对紫外光辐射敏感响应的火灾探测器。

紫外感光探测器由于使用了紫外光敏管为敏感元件，而紫外光敏管同时也具有光电管和充气闸流管的特性，它具有响应速度快、灵敏度高的特点，可以对易燃物火灾进行有效报警。

由于紫外光主要是由高温火焰发出的，温度较低的火焰产生的紫外光很少，而且紫外光的波长也较短，对烟雾穿透能力弱，所以它特别适用于有机化合物燃烧的场合。

例如，油井、输油站、飞机库、可燃气罐、液化气罐、易燃易爆品仓库等，特别适用于火灾初期不产生烟雾的场所（如生产储存酒精、石油等场所）。

火焰温度越高，火焰强度越大，紫外光辐射强度也越高。

(4)可燃气体火灾探测器
可燃气体包括天然气、煤气、烷、醇、，醛、炔等。

可燃气体火灾探测器是一种能对空气中可燃气体含量进行检测并发出报警信号的火灾探测器。

它通过测量空气中可燃气体爆炸下限以内的含量，以便当空气中可燃气体含量达到或超过报警设定值时，自动发出报警信号，提醒人们及早采取安全措施，避免事故发生。

可燃气体探测器除具有预报火灾、防火防爆功能外，还可以起监测环境污染的作用。

和紫外火焰探测器一样，主要在易燃易爆场合中安装使用。

除以上介绍的火灾探测器外，复合式火灾探测器也逐步引起重视和应用。

复合式火灾探测器是一种能响应两种或两种以上火灾参数的火灾探测器。

主要有感烟感温、感光感温、感光感烟火灾探测器等。

在工程设计中应正确选用探测器的类型，对有特殊工作环境条件的场所，应分别采用耐寒、耐酸、耐碱、防水、防爆等功能的探测器，才能有效地发挥火灾探测器的作用，延长其使用寿命，减少误报和提高系统的可靠性。

在火灾报警系统中，火灾探测器是关键器件之一。

火灾探测器的选用和布置是否
合适，直接影响到火灾探测器性能的发挥和火灾自动报警系统的整体特性。

因此在火灾报警系统的设计中，探测器的选用也显得非常重要。

关于火灾探测器的选用和设置，必须按照国家标准GB50116-1998《火灾自动报警系统设计规范》
和GB50166-1992《火灾自动报警系统施工及验收规范》等的有关要求和规定执行。

火灾探测器的一般选用原则是：充分考虑火灾形成规律与火灾探测器选用的关系，根据火灾探测区域内可能发生的初期火灾的形成和发展特点，房间高度，环境条件和可能引起误报的各种因素等，综合确定火灾探测器的类型与性能要求。

为了降低误报率，提高系统的可靠性，设计中将采用两种火灾探测器，即JTY-LZ-1101离子感烟探测器和JTW-SD-1103点型定温探测器
JTY-LZ-1101离子感烟探测器主要技术指标：
（1）工作电压。

DC18V(由报警控制器经编码底座提供)，电压允许范围DC16V~26V。

（2）工作电流。

静态监控电流120微安，报警电流5毫安。

（3）灵敏度。

二级可调，一级用于禁烟场所，二级用于一般场所。

（4）保护范围。

60平方米。

（5）使用环境。

温度-10~50摄氏度
相对湿度<=95%
风速<5m/s
（6）线制。

二总线，电源线和信号线各一根，配接编码底座。

（7）火警确认灯。

高亮度红色发光二极管。

（8）外形尺寸。

Φ108×74
（9）颜色。

乳白色外壳。

（10）重量。

0.165kg/只
JTW-SD-1103点型定温探测器主要技术指标：
（1）工作电压。

DC18V(由报警控制器经编码底座提供)，电压允许范围DC16V~26V。

（2）报警电流。

20毫安。

（3）触点容量。

100毫安。

（4）绝缘电阻>50兆欧。

（5）使用环境。

温度-10~50摄氏度
相对湿度<=95%
（6）响应时间。

当升温速率不大于1摄氏度/分时，探测器动作温度应不低于54摄氏度。

各级灵敏度探测器动作分别不大于：
Ⅰ级灵敏度62摄氏度
Ⅱ级灵敏度70摄氏度
Ⅲ级灵敏度78摄氏度
（7）保护范围。

60平方米。

（8）线制。

二总线，电源线和信号线各一根，配接编码底座。

（9）火警确认灯。

高亮度红色发光二极管。

（10）外形尺寸。

Φ108×
（11）颜色。

乳白色外壳。

（12）重量。

0.13kg/只
3.1.2 手动报警按钮的设置
《火灾自动报警系统设计规范》（GBJ116-88）中明确规定：火灾自动报警系统应有手动和自动两种触发装置。

各种类型的火灾探测器是自动触发装置，而在防火分区疏散通道，楼梯口等处设置的手动报警按钮是手动触发装置，它应具有应急情况下，人工手动报警的功能。

火灾探测器具有自动输出火灾报警信号，但代替不了手动的火灾报警按钮的独特功能，因后者可在紧急情况下，由人工启动火警信号或确认火警的功能。

手动报警按钮应设置在明显和便于操作的部位，安装在墙上距地面1.5米处，且应有明显的标志。

控制模块
火灾报警控制器总体来说实现两大基本功能:一是识别火灾信号，二是出报警信号。

火灾报警控制器是火灾自动报警控制系统的指挥机构、大脑中枢，是给火灾探测系统供电，并接受、显示及传递火灾报警等信号，输出控制指令的一种自动报警装置。

它可单独作为火灾自动报警用，也可与自动防灾及灭火系统联动，组成自动报警联动控制系统。

火灾自动报警系统的控制器采用AT89C51单片机来实现。

单片机是将中央处理器((CPU)、随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、定时/计数器及输入输出接口电路等计算机主要部件集成在一块集成电路芯片上的微型计算机。

现在世界上己经有很多大公司能够生产单片机，随着超大规模集成电路的迅猛发展，单片机的功能也日渐强大，运算速度日益提高，相继出现了32位和64位单片机。

选择单片机时考虑的主要问题有:性价比较高、容易开发。

选择单片机应从两个方而考虑:其一目标系统需要资源情况:其二是选择价格低的产品。

资源方面考虑的重要指标有:速度、位数、电压、功耗、存储器容量、系统扩展与驱动能力、抗干扰能力，是否嵌入ADC, DAC等。

另外软件开发的简易性也是考虑的重要因素。

同一类产品往往很多兼容系列，不同厂商价格有很大的区别。

更重要的是要选择供货服务好、能提供良好的技术支持、信誉高的代理经销商。

根据实际系统的需要和产品的性价比，实际系统选用ATMEL公司生产的8位单片机AT89C51，构成系统的主机。

AT89C51是ATMEL公司采用CMOS工艺生产的低功耗，高性能单片机，与MCS-51单片机兼容，其功能特点为：
（1）4K字节闪烁存储器（FLASH），可进行1000次写，擦除操作。

（2）静态操作，外接0HZ-24MHZ晶振。

（3）128字节内部数据存储器（RAM）。

（4）32位可编程输入/输出线。

（5）两个16位定时/计数器。

（6）六个中断源。

（7）一个可编程串口。

（8）支持低功耗模式和掉电模式。

火灾报警控制器总体设计根据国家标准《GB4717-93火灾报警控制器通用技术条件》进行，其功能主要有：
1.有备用电源、实现主、各电自动切换，保证电源小间断。

2.故障时，则必须有故障报警，伴有声光显示。

当发生火灾时，记录第一个探头。