火灾自动报警系统本科毕业论文

火灾自动报警系统本科毕业论文
HEBEI UNITED UNIVERSITY
毕业论文
GRADUATE THESIS
设计题目:火灾自动报警系统设计
摘要
随着“信息时代”的到来,作为获取信息的手段??传感器技术得到了显著的进步,其应用领域越来越广泛,对其要求越来越高,需求越来越迫切。

传感器技术已成为衡量一个国家科学技术发展水平的重要标志之一。

因此,了解并掌握各类传感器的基本结构、工作原理及特性是非常重要的。

为了提高对传感器的认识和了解,尤其是对烟雾传感器的深入研究以及其用法与用途,基于实用、广泛和典型的原则而设计了本系统。

本文利用单片机结合传感器技术而开发设计了这一烟雾监控系统。

本系统可安装在各防火单位,它负责不断地向所监视的现场发车巡检信号,监视现场的温度、浓度等,并不断反馈给报警控制器,控制器将接到的信号与内存的正常整定值比较、判断确定火灾。

当发生火灾时,可实现声光报警、故障自诊断、浓度显示、报警限设置、延时报警及与上位机串口通信等,是一种结构简单、性能稳定、使用方便、价格低廉、智能化的自动报警系统,具有一定的实用价值。

关键词:火灾报警;火灾报警控制器;传感器
Abstract
While “information age” the arrival, obtained the remarkable progress as the gain information method - - sensor technology, its application domain is more and more widespread, is more and more high to its request, the demand is more and more urgent.The sensor technology has become weighs one of national science and technology level of development important symbols.Therefore, understood and grasps each kind of sensor the basic structure, the principle of work and the characteristic is extremely important.
In order to enhance to the sensor understanding and the understanding, in particular to the smog sensor thorough research as well as its usage and the use, based on practical, widespread and the model principle has designed this system.This article used the monolithic integrated circuit union sensor technology to develop has designed this smog supervisory system.
The system can be installed in all fire units, which is responsible for continuously monitoring the site to start the inspection signal, monitor the site of temperature, concentration, and continuous feedback to the alarm controller, the controller will receive the signal and the normal memory setting value was determined by comparing to determine the
fire. When fire occurs, can achieve sound and light alarm, fault diagnosis, concentration display, alarm limit settings, delay alarm and serial communication with the host computer is a simple structure, stable performance, easy to use, inexpensive, intelligent automatic fire alarm system, has some practical value Keywords : fire alarm ;fire alarm controllen ;sensor
目录
摘要I
Abstract II
第1章绪论 1
1.1 火灾自动报警系统的现状 1
1.1.1 火灾自动报警系统在国外的发展状况 1
1.1.2 火灾自动报警系统在国内的发展状况 1
1.1.3 当前火灾自动报警系统的特征 2
1.2 火灾报警控制器的现状 4
1.3 本课题的来源 4
1.4 本文主要内容 4
1.5 本章小节 5
第2章火灾自动报警系统简介6
2.1系统总体功能概述 6
2.2 火灾自动报警系统的类型和组成 6
2.2.1 火灾自动报警系统的类型7
2.2.2 火灾自动报警系统的组成8
2.3 火灾探测器的工作原理9
2.3.1 火灾探测器的简介9
2.3.2 火灾探测器的种类10
2.3.3 火灾探测器的选择11
2.3.4火灾探测器的设置11
2.4 火灾报警控制器的原理和选择 13
2.4.1 火灾报警控制器的原理13
2.4.2 火灾报警控制器的选择14
2.5 手动报警按钮 152.6 联动控制..162.7 本章小结..18
第3章系统的设计方案分析和硬件设计20
3.1 系统的特点20
3.2 系统的功能20
3.3 系统的元件选择及特点223.3.1 单片机的选择.22 3.3.2 传感器的选择..25 3.3.3 A/D转换器的选择.26 3.3.4 显示系统设置.27 3.3.5 单片机外围接口电路.28 3.3.6 信号放大电路.28 3.3.7 声音报警电路.29 3.3.8 状态指示灯及控制键电路..29
3.4 本章小结30
第4章系统软件设计32
4.1 主程序流程图 32
4.2 主程序初始化流程图33
4.3 滤波子程序33
4.4 线性化子程序 34
4.5 报警子程序36
4.6 键盘处理子程序38
4.7 软件编程38
结论44
参考文献45
谢辞46
注释47
附录48
第1章绪论
1.1 火灾自动报警系统的现状
1.1.1 火灾自动报警系统在国外的发展状况
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备更新、人员培训以及消防设施维护。

德国、日本、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,对火灾自动报警设备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、日本等国家在建设和应用城市火灾自动报警监控系统方面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面比较规范,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查及监督管理。

这种管理运作方式已经取得了良好的效果。

1.1.2 火灾自动报警系统在国内的发展状况
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。

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自动报警系统产品。

进入 80 年代后,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,取得了不菲的成绩,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。

但是,总体来说,我国在火灾自动报警系统的应用领域还有以下三大方面的问题:
适用范围过小在我国,火灾自动报警系统的研究、生产、应用相对美、英等发达国家起步较晚,安装范围主要是《高层民用建筑设计防火规范》、《建筑设计防火规范》规定的场所和部位,如大型电子计算机中心、高层建筑、高级旅馆、重要仓库和大型公共建筑等,而在易造成群死群伤的中小型公众聚集场所和社区居民家庭甚至部分高层住宅都没有规定安装火灾自动报警系统,适用范围过小,防范措施不到位。

(2)智能化程度低
目前我国使用的火灾探测器虽然都进行了智能化设计,但由于传感器件探测的参数较少、支持系统的软件开发不成熟、各种算法的准确性缺乏足够验证、火灾现场参数数据库不健全等原因,加之火灾探测器安装环境中的气流、灰尘、
电磁场、静电、天气情况、人为干扰等因素,使得火灾自动报警系统难以准确判定粒子(烟气)的浓度、现场温度、光波的强度以及可燃气体的浓度、电磁辐射等指标,造成迟报、误报、漏报情况较多。

此外,我国目前使用的智能化火灾自动报警系统主要以集中智能系统为主,巡检速度低,稳定性和可靠性差,不适用于规模庞大的建筑。

(3)网络化程度低
我国目前应用的火灾自动报警系统形式基本上以区域火灾自动报警系统、集中火灾自动报警系统和控制中心火灾自动报警系统为主,安装形式主要是集散控制方式,自成体系,自我封闭,尚未形成区域性网络化火灾自动报警系统。

由于各系统间的资源和服务不能共享,发生火灾时系统不能自动向城市“119”火警受理中心报告,特别是对具体的起火部位、火势大小等火场情况难以用语言来详细表述,这就使消防队不能准确、合理、及时调动兵力处置火情,以至造成不必要的损失。

此外,还造成一些硬件的重复投资和人力投资浪费。

1.1.3 当前火灾自动报警系统的特征
综观现有的火灾自动报警系统,有以下六点特征,其中这些特征也是火灾自动报警系统的发展趋势。

网络化
火灾自动报警系统网络化是用计算机技术将控制器之间、探测器之间、系统
内部、各个系统之间以及城市“119”报警中心等通过一定的网络协议进行相互连接,实现远程数据的调用,对火灾自动报警系统实行网络监控管理,使各个独
立的系统组成一个大的网络,实现网络内部各系统之间的资源和信息共享,使城市“119”报警中心的人员能及时、准确掌握各单位的有关信息,对各系统进行宏观管理,对各系统出现的问题能及时发现并及时责成有关单位进行处理,从而弥补现在部分火灾自动报警系统擅自停用,值班管理人员责任心不强、业务素质低、对出现的问题处置不及时、不果断等方面的不足。

智能化
火灾自动报警系统智能化是使探测系统能模仿人的思维,主动采集环境温度、湿度、灰尘、光波等数据模拟量并充分采用模糊逻辑和人工神经网络技术等
进行计算处理,对各项环境数据进行对比判断,从而准确地预报和探测火灾,避免误报和漏报现象。

发生火灾时,能依据探测到的各种信息对火场的范围、火势的大小、烟的浓度以及火的蔓延方向等给出详细的描述,甚至可配合电子地图进行形象显示、对出动力量和扑救方法等给出合理化建议,以实现各方面快速准确反应联动,最大限度地降低人员伤亡和财产损失,而且火灾中探测到的各种数据可作为准确判定起火原因、调查火灾事故责任的科学依据。

此外,规模庞大的建筑使用全智能型火灾自动报警系统,即探测器和控制器均为智能型,分别承担不同的职能,可提高系统巡检速度、稳定性和可靠性。

火灾探测技术的多样化
我国目前应用的火灾探测器按其响应和工作原理基本可分为感烟、感温、火焰、可燃气体探测器以及两种或几种探测器的组合等,其中,感烟探测器一枝独秀,但光纤线性感温探测技术、火焰自动探测技术、气体探测技术、静电探测技术、燃烧声波探测技术、复合式探测技术代表了火灾探测技术发展和开发应用研
究的方向。

此外,利用纳米粒子化学活性强、化学反应选择性好的特性,将纳米材料制成气体探测器或离子感烟探测器,用来探测有毒气体、易燃易爆气体、蒸气及烟雾的浓度并进行预警,具有反映快、准确性高的特点,目前已列为我国消防科研工作者的重点研究开发课题。

以火灾自动报警系统为代表的消防安全系统与防盗安全系统联动,以实现对生命财产的安全保护,是国外火灾自动报警系统的最新发展趋势,目前最现实的技术是体型探测技术,它能很好地兼容防火与防盗两个方面,很有发展前景。

小型化
火灾自动报警系统的小型化是指探测部分或者说网络中的“子系统”小型化如果火灾自动报警系统实现网络化,那么系统中的中心控制器等设备就会变得很小甚至对较小的报警设备安装单位就可以不再独立设置,而依靠网络中的设备服务资源进行判断、控制、报警,这样火灾自动报警系统安装、使用、管理就变得简单省钱、方便。

无线化与有线火灾自动报警系统相比,无线火灾自动报警系统具有施工简单、安装容易、组网方便、调试省时省力等特点,而且对建筑结构损坏小,便于与原有系统集成且容易扩展,系统设计简单且可完全寻址,便于网络化设计,可广泛应用于医院、文物古建筑、机场、综合建筑和不便联网、建筑物分散、规模较大、干扰较小的建筑。

对正在施工或正在进行重新装修的场所,在未安装有线火灾自动报警系统前,这种临时系统可以充分保障建筑物的防火安全,一旦施工结束,无线系统可以很容易转移到别的场所。

高灵敏性
以早期火灾智能预警系统为代表。

该系统除采用先进的激光探测技术和
独特
的主动式空气采样技术以外,还采用了“人工神经网络”算法,具有很强的适应能力、学习能力、容错能力和并行处理能力,近乎于人类的神经思维。

此外,该系统的子机与主机可以进行双向智能信息交流,使整个系统的响应速度及运行能力空前提高,误报率几乎接近零,灵敏度比传统探测器高1000倍以上,能探测到物质高热分解出的微粒子,并在火灾发生前的30min到120min预警,确保了系统的高灵敏性和高可靠性。

1.2 火灾报警控制器的现状火灾报警控制器担负着为火灾探测器提供稳定的工作电源;监视探测器及系统自身的工作状态;接收、转换、处理火灾探测器输出的报警信号;进行声光报警;指示报警的具体部位及时间;同时执行相应辅助控制等诸多任务,是火灾报警系统中的核心组成部分。

1.3.本课题的来源火灾自动报警系统是人们为了早期发现通报火灾,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它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。

所以,我选择了火灾自动报警系统设计作为本课题的研究方向。

火灾报警系统,由火灾报警装置,区域报警控制器、喷淋装置和集中报警控制器组成。

其中,火灾探测器设计以感温式和感烟式传感器为测量元件,设计电路。

区域报警控制器主要实现发出火灾报警声、光信号;显示报警时间、火灾位置,并可以优先显示最近一次报警时间;自控功能;自动检测功能;复位功能等。

集中报警控制器主要实现的功能是与区域报警控制器和喷淋装置连接,实现报警和灭火功能。

本章小结
本章主要分析了火灾自动报警系统和火灾报警控制器的当前现状,总结了火灾自动报警系统的特征,指出了火灾自动报警系统的一些特点,最后对本课题的来源以及本文主要内容进行了介绍。

第2章火灾自动报警系统简介
火灾自动报警系统一般由火灾探测器、区域报警器和集中报警器组成。

火灾探测器通过对火灾发出的物理、化学现象??气(燃烧气体)、烟(烟雾粒子)、热(温度)、光(火焰)的探测,将探测到的火情信号转化成火警电信号传递给火灾报警控制器。

区域报警器将接收到火警信号后经分析处理发出声光报警信号,警示消防控制中心的值班人员,并在屏幕上显示出火灾的房间号。

集中报警是将接收到的信号以声光形式表现出来,其屏幕上也显示出着火的楼层和房间号,利用本机专用电话还可迅速发出指示和向消防队报警。

此外,也可以控制有关的灭火系统或将火灾信号传输给消防控制室。

火灾自动报警系统原理图如图2.1所示:
2.2 火灾自动报警系统的类型和组成
2.2.1 火灾自动报警系统的类型
目前在工程应用中火灾自动报警系统主要有控制中心报警系统、区域报警系统和集中报警系统三种基本形式。

(1)控制中心报警
它是由火灾探测器手动火灾报警按钮、区域火灾报警控制器、集中火灾
报警控制器以及消防控制设备等组成。

一般情况下,在控制中心报警系统中,集中火灾报警控制器是设在消防控制设备内,组成消防控制装置。

(2)区域报警系统
区域报警系统由区域火灾报警控制器和火灾探测器等组成,或由火灾的控制器和火灾探测器等组成,功能简单的火灾自动报警系统称为区域报警系统,适用于较小范围的保护。

区域火灾报警控制器的主要特点是控制器直接连接火灾探测器,处理各种报警信号,是组成自动报警系统最常用的设备之一。

区域报警控制器是负责对一个报警区域进行火灾监测的自动工作装置。

一个报警区域包括很多个探测区域或称探测部位。

一个探测区域可有一个或几个探测器进行火灾监测,同一个探测区域的若干个探测器是互相并联的,共同占用一个部位编号,同一个探测区域允许并联的探测器数量视产品型号不同而有所不同,少则五、六个,多则二三十个。

区域报警控制器平时巡回检测该报警区内各个部位探测器的工作状态,发现火灾信号或故障信号,及时发出声光警报信号。

如果是火灾信号,在声光报警的同时,有些区域报警控制器还有联动继电器触点动作,启动某些消防设备的功能。

这些消防设备有排烟机、防火门、防火卷帘等。

如果是故障信号,则只是声光报警,不联动消防设备。

区域报警控制器接收到来自探测器的报警信号后,在本机发出声光报警的同时,还将报警信号传送给位于消防控制室内的集中报警控制器。

自检按钮用于检查各路报警线路故障短路或开路发出模拟火灾信号检查探测器功能及线路情况是否完好。

当有故障时便发出故障报警信号只进行声、光报警,而记忆单元和联动单元不动作。

(3)集中报警系统
它是由火灾探测器或手动火灾报警按钮以及区域火灾报警控制器和集中
火灾报警控制器等组成,其构成的方框图。

它适用于较大范围内多个区域的保护。

该系统的容量越大,所要求输出的控制程序越复杂,消防设施控制功能越全,发展到一定程度便构成为消防控制中心系统在具体工程中采用何种报警系统,可根据工程建设规模、保护工程的性质、火灾报警区域的划分和消防管理机构的组织形式等因素综合考虑后确定.
2.2.2 火灾自动报警系统的组成
火灾自动报警系统是由触发器件、火灾警报装置以及具有其它辅助功能的装置组成的火灾报警系统。

它能够在火灾初期,将燃烧产生的烟雾、热量和光辐射等物理量,通过感温、感烟和感光等火灾探测器变成电信号,传输到火灾报警控制器,并同时显示出火灾发生的部位,记录火灾发生的时间。

一般火灾自动报警系统和自动喷水灭火系统、室内消火栓系统、防排烟系统、通风系统、空调系统、防火门、防火卷帘、挡烟垂壁等相关设备联动,自动或手动发出指令,启动相应的防火灭火装置。

(1)触发器件:是指在火灾自动报警系统中,自动或手动产生火灾报警信号的器件,主要包括火灾探测器和手动报警按钮。

火灾探测器是能对火灾参数如烟、温、光、火焰辐射、气体浓度等响应,并自动产生火灾报带信号的器件,按照响应火灾参数的不同,火灾探测器分成感温火灾探测器、感烟火灾探测器、感光火灾探测器、可燃气体探测器和复合火灾探测器五种基本类型。

不同类型的火灾探测器适用于不同类型的火灾和不同的场所。

手动火灾报警按钮是手动方式产生火灾报警信号、启动火灾自动报警系统的器件,也是火灾自动报普系统中不可缺少的组成部分之一。

(2)火灾报警装置:在火灾自动报警系统中,用以接受、显示和传递火灾报
警信号并能发出控制信号和具有其它辅助功能的控制指示设备称为火灾报警装置。

火灾报警控制器就是其中最基本的一种。

火灾报警控制器担负着为火灾探测器提供稳定的工作电源;监视探测器及系统自身的工作状态;接受、转换、处理火灾探测器输出的报警信号;进行声光报警;指示报警的具体部位及时间;同时执行相应辅助控制等任务,是火灾报警系统中的核心组成部分。

(3)消防控制设备:在火灾自动报警系统中,当接收到来自触发器件的火灾报警信号后,能自动或手动启动相关消防设备并显示其状态的设备,称为消防控制设备。

主要包括火灾报警控制器,自动灭火系统的控制装置,室内消火栓系统的控制装置,防烟排烟系统及空调通风系统的控制装置,常开防火门、防火卷帘的控制装置,电梯回降控制装置,以及火灾应急广播、火灾警报装置、消防通信设备、火灾应急照明与疏散指示标志的控制装置等十类控制装置中的部分或全部。

消防控制设备一般设置在消防控制中心,以便于实行集中统一控制,也有的消防控制设备设置在被控消防设备所在现场如消防电梯控制按钮,但其动作信号则必须返回消防控制室,实行集中与分散相结合的控制方式。

(4)电源:火灾自动报警系统属于消防用电设备,其主电源应当采用消防电源,备用电源采用蓄电池。

系统电源除为火灾报警控制器供电外,还为与系统相关的消防控制设备等供电。

随着科学技术的发展,火灾报警系统的组成和功能,也不是一成不变的,只有单一功能的火灾报警控制器、防盗报警器和节能控制器等,将不再由行业、使用场所人为地区分成不同的系列、不同的产品,而是按照技术上、使用上的内在联系和差异来划分。

尤其是随着计算机技术的飞速发展,将综合成一个整体,即成为报警控制系统器,报警后都能按需要输出一定程序的控制机能,启动相应
的设施。

2.3 火灾探测器的工作原理
2.3.1 火灾探测器的简介
火灾探测器通常又叫做探头,是我们监视保护区域发现火灾的第一线感觉器官。

火灾探测器是把火灾发生时燃烧所产生的热量、烟雾、火焰等特性进行”感觉”,并转变为电信号,传给“大脑”一火灾报警控制器,由它来处理判断,一旦信号值大于原来设定的闽值,就立即报警,消防控制室立刻启动其它消防设施扑救火灾。

严格说来,这种系统还是一个初步智能系统,它的智能是单向性的。

它只在控制机中有智能功能而在探测器中没有智能功能,而真正的智能系统应该是可以根据现场环境自动调整运行参数,具有自我学习和自适应能力等一系列高级功能的系统。

尽管目前火灾探测器的实报与误报比例在10:1以下,但是随着火灾自动探测系统应用的日益普遍,其绝对数量不断增加,经常产生误报会降低自动探测系统的可信度,造成不必要的损失,影响它的应用。

因此,寻找适当的信号处理算法和探测方式一直是火灾自动探测研究的首要任务。

火灾探测器的原理框图如图2.3.1所示:
MCU
图2.3.1 火灾探测器框图
2.3.2 火灾探测器的种类
根据火灾探测的方法和原理,目前主要有以下几种火灾探测器: (l)感温式火灾探测器:火灾时物质的燃烧产生大量的热量,使周围温度发生变化。

感温式火灾探测器是对警戒范围中某一点或某一线路周围温度变化时响应的火灾探测器。

它是将温度的变化转换为电信号以达到报警目的。

根据监测温度参数的不同,一般用于工业和民用建筑中的感温式火灾探测器有定温式、差温式、差定温式等几种。

感温探测器对火灾发生时温度参数的敏感,其关键是由组成探测器核心部件?热敏元件决定。

感温式火灾探测器适宜安装于起火后产生烟雾较小的场所。

平时温度较高的场所不宜安装感温式火灾探测器。

(2)感烟式火灾探测器:火灾的起火过程一般都伴有烟、热、光三种燃烧产物。

在火灾初期,由于温度较低,物质多处于阴燃阶段,所以产生大量烟雾。

烟雾是早期火灾的重要特征之一,感烟式火灾探测器是能对可见的或不可见的烟雾粒子响应的火灾探测器。

它是将探测部位烟雾浓度的变化转换为电信号实现报警目的一种器件。

感烟式火灾探测器有离子感烟式、光电感烟式、激光感烟式等几种型式。

感烟式火灾探测器适宜安装在发生火灾后产生烟雾较大或容易产生阴燃的场所;它不宜安装在平时烟雾较大或通风速度较快的场所。

(3)感光式火灾探测器:物质燃烧时,在产生烟雾和放出热量的同时,也产可见或不可见的光辐射。

感光式火灾探测器又称火焰探测器,它是用于响应火灾的光特性。

即扩散火焰燃烧的光照强度和火焰的闪烁频率的一种火灾探测器。

据。