全自动可视火灾报警器的设计

全自动可视火灾报警器的设计

发表时间：2016-06-22T10:30:21.020Z 来源：《科技中国》2016年4期作者：王尧尧杜丽婷李小挺陈佳泉张亚龙[导读] 用电用火是家庭企业不可避免的事情，火灾也会时常伴随，如果扑救不及时，会造成难以预测的后果。

(衢州学院电气与信息工程学院浙江衢州 324000 )摘要：本文描述的全自动可视火灾报警器是基于AT89C51单片机为核心处理器，采用温度传感器、烟雾传感器为检测器件，实时的对报警区域进行全自动监控。该报警器根据LED灯在房屋平面图上的光线的强弱，确切的找到火灾点，实现火情可视化。

关键字：可视火灾报警器；火灾点；温度传感器1.前言

用电用火是家庭企业不可避免的事情，火灾也会时常伴随，如果扑救不及时，会造成难以预测的后果。因此设计一种全自动可视火灾报警器，并具有快速定位火灾点的功能，工作在时间上会给火灾扑救带来极大的帮助，如何快速的找到火灾点是缩短灭火时间是重要的问题，本项目就是在此基础上进行构思设计。

2.报警器设计

根据需求报警器整体功能结构如图1所示，主要由多个温度传感器、烟雾传感器、实时时钟芯片、报警驱动（可视化系统、声光报警模块、LED电路）等组成。

(1)温度信号采集

在火灾发生时，由于物质在燃烧中会放出大量的热量，从而使坏境温度升高。我们的设计通过温度传感器检测周边环境温度，来判断火灾的发生。我们的检测硬件采用DALLAS公司生产的单线数字温度传感器DS18B20做感温模块，固有测温分辨率为0.5。此传感器是数字式温度值,可以直接读取数值不需要再进行AD转换,这样就简化了系统的外接电路。

(2)温度报警条件

我们研究的火灾报警同时采用两种温度报警方式，一种是温差式报警，另一种是温升式报警。根据国内火灾通常情况，我们设定温差报警的方式是指在当前环境温度在60秒之内上升相差到原来环境温度的20℃时进行火灾报警提示，此种报警方式应用火灾发生时温度突然上升。但是在现实中，有很多隐蔽火情，着火点从小慢慢变大，刚开始时并不能准确检测火情，导致报警不及时、甚至失效。所以，在此基础上，我们的系统增加新的程序算法：在当前环境温度以60秒1℃的速度上升到65℃时进行报警，这就是所谓的温差式报警。当满足以上两种报警条件之一时，便会启动报警提示，使监控火灾更加灵敏、有效。

(3)信息处理单元

本设计采用美国ATMEL生产的AT89C51单片机实现火灾报警器的控制算法，片内含128 bytes的随机存取数据存储和4k bytes的可反复擦写的只读程序存储器，采用标准MCS-51指令系统，内置通用8位中央处理器和Flash存储单元，并具有功能强大、系统稳定等优点。该单片机控制系统算法，在温度传感器输入信号后，根据两种不同的报警方式，进行计算机演算，若有两种报警方式任一达到要求，单片机同时向可视化电路、声乐报警电路和LED报警电路发送信号，从而实现可视化报警功能。单片机是本系统的核心，他负责各个部分的协调工作，在外围接上复位电路、晶振电路、传感器DS18B20、LED发光二极管以及蜂鸣器。本文系统的硬件组成如下图1所示。

(4)可视化模块

本设计的火灾可视化方面，在建筑各个角落的温度传感器都对应相应的一盏LED灯，将LED灯放置在绘制好的建筑平面图上，其位置与相应的温度传感器的坐标位置一样，当发生火情时，在绘制的建筑平面图上可清晰观察火灾形势，对火灾有实时监控能力。本系统经过单片机编程，将温度传感器的当前的温度值、温度上升速度等多方面温度值考虑，同时根据多次实物实验，各种火情测试得出统一算法，将最有可能为火点的温度温度传感器对应的LED灯以长亮的方式示警，并且把报警时当前温度上升速度分为3个阶段（1℃/min、3℃/min、5℃/min），同时以LED灯闪烁速率（1次/s、2次/s、3次/s）来分辨火灾现场的情况，从而实现火灾现场可视化。在火灾现场时，往往因为烟雾弥漫，无法观察火情、不能找到安全有效的逃生出口，本文将火灾可视化后，极大方便了消防员的救援与灭火工作，指导消防员寻找安全的逃生出口，减少人员与财产的损失。

(5)时间计时设计

本系统在计时方面，应用外接实时时钟芯片和单片机内部定时计数器两种混合使用。实时时钟芯片本文采用由美国DALLAS公司推出的DS1302芯片，此芯片可以用于记录实时数据，在火灾报警的同时准确记录下实时时间，并且记录每个温度传感器上升到85℃时的实时时间，这样方便分析火灾火情，火势蔓延速度。若上种情况选用单片机内部定时计数器的话，严重占用硬件资源，不仅要设置查询、中断，还要耗费单片机的资源，而系统接入了DS1302实时时钟芯片，可以让系统更稳定，记录分析更多的数据。在上文中提到的两种报警方式中，都需要对60s进行一个实时的计时，系统采用单片机内部的定时计数器来进行一个60s的计时，内外分工合作使系统更加稳定。

(6)系统软件程序设计

软件程序编程采用单片机C51语言，C51语言是C语言继承而来，是一种专门运用单片机平台的语言，具有结构清晰，便于学习的优点。软件设计包括：主程序、DS18B20初始化主程序、读温度子程序、计算温度子程序、可视化子程序，报警处理子程序，本文程序流程图如下图2所示。

3.结论

本文通过温度传感器对温度的检测，并基于AT89C51单片机系统对温度的数据的处理，实现声光报警并具有平面图可视化功能，从而避免火灾的重大损失，多次试验表明，本系统可靠安全，价格低廉操作简单等优点。

参考文献：

[1] 阮荣湾.基于STC单片机的火灾报警器设计.科技展望.2016(6)

[2] 王旭东,张学义,赵双乐.基于单片机的家居型火灾自动报警系统.大陆桥视野.2016(2) 作者：王尧尧（1995—）衢州学院2013级自动化本科学生；指导教师：陈佳泉，张亚龙。资助项目：衢州学院电气与信息工程学院大学生科技创新项目。