烟雾检测火灾报警系统的设计

烟雾 检测 工程第三方检测合同工程防雷检测合同植筋拉拔检测方案传感器技术课后答案检测机构通用要求培训 火灾报警系统的 设计 领导形象设计圆作业设计ao工艺污水处理厂设计附属工程施工组织设计清扫机器人结构设计 陈悦 1，刁若菲 2,刘志伟 1，常鸿飞 1 (1.天津市河北工业大学 自动化系 300130，2. 河北 工程 路基工程安全技术交底工程项目施工成本控制工程量增项单年度零星工程技术标正投影法基本原理 大学文学院公共外语第三教学部 056021) 摘要：本文讨论了基于 MC14468 离子型烟雾检测报警器、单片机 8051、单片射频收发器构 成的火灾自动报警系统。由于引入了无线通信技术和以调制解调技术为核心的 nRF401 射频 收发器，使系统的性能大大提高，尤其是使系统报警更具实时性和可靠性。 关键词：MC14468；8051；nRF401；火灾报警 中图分类号：TP391 文献标识码：A The System Design of Smog Detection and Fire Giving an Alarm Chen Yue1, Diao Ruofei2, Liu Zhiwei1, Chang Hongfei1 (1. Automation Department, Hebei University of Technology 300130; 2.The Third Commonality English Teaching Department, Literature College, Hebei University of Engineering, 056021 ) Abstract: This paper discusses the automatic fire giving an alarm system based on smog detection device, single chip 8051 and single chip frequency emitter. Because of the importing of wireless correspondence and the frequency emitter nRF401 that modem is its core, the system function is greatly improved, especially the system has high characters of real time and credibility. Key words: MC14468;8051;nRF401; fire giving an alarm 一、前言 现代建筑的特点是楼层不断加高，这主要是从缓解城市用地紧张的角度出发的，同时还 便于集中供电、供热、供气，便于集中控制和管理。现在，不论是普通型（比如民用住宅） 还是豪华型（比如高级宾馆）的高层建筑，都日益重视防火和安全技术的普及应用。因为其 楼层多、人员密集，如果发生火灾，疏散困难，扑救也困难，势必造成严重的人员伤亡和财 产损失。为了保障高层建筑安全可靠，必须设计出具有可靠性高、实时性好的火灾自动报警 与消防系统 目前，虽然已经有多种火灾自动报警系统，但大多还属于脱机方式，最终要靠人来联系 消防部门，往往由于不能及时报警而造成重大损失。如果能够以在线的方式直接工作，将很 大程度上减轻财产损失和人员伤亡。本文着眼于这一问题，力图从根本上解决脱机信号传输 方式存在的问题，直接将信号通过无线传输技术发送给主控室或消防部门，达到第一时间救 火、灭火的目的。 二、硬件结构 图 1 发射控制端框图 图 2.接收控制端框图 本系统由两部分组成：检测发射部分和接受控制部分，其结构如图 1和图 2 所示。二 者均采用单片机控制，系统结构简单，容易实现。由于采用了 nRF401 单片射频收发器，从 而达到了无线传输的目的，能迅速的发出报警信号，方便及时的控制火情。检测发射端和接 收控制端选用了目前市场上已经成熟的高性能芯片，其外围电路结构简单，实现容易，可靠 实用。系统由三大芯片互相配合构成，检测装置采用了 Motorola 公司生产的具有声光报警 电路的 MC14468 芯片，能实现多点并行检测，配合外围电路可构成多点烟雾报警系统，其应 用电路如图 3 所示。 无线收发器采用美国 Nordic 公司最新推出的基于无线通信的 nRF401 型单片射频收发器，它采用了无线通信和 FSK（频移键控）调制解调技术，工作频率稳定且 抗干扰能力强，不需要对数据进行编码，外围电路简单，使用方便，其应用电路如图 4 所示。 由于采用低发射功率和高接收灵敏度的 设计方案 关于薪酬设计方案通用技术作品设计方案停车场设计方案多媒体教室设计方案农贸市场设计方案 ，因此不受无线电管理条例的限制，无须办 理许可证。nRF401 的引入是本系统的突出特点之一，它极大的提高了系统的实时性，这对 安全系统是相当重要的。单片机采用 8051，它不但是 MC14468 与 nRF401 之间的桥梁，还起 着控制各芯片时钟周期相互配合的作用，这也是相当重要的一环。由于本系统整体结构简单， 软件容易实现，因此不需要对 8051 进行特别的扩展。 三、发射部分 MC 系列芯片 MC14468 为离子型烟雾检测报警芯片，是目前市场上很流行的集火灾检测 与报警于一体的智能传感器。当检测到烟雾颗粒时，它能驱动其外围连接的压电陶瓷蜂鸣器 或压电式扬声器发出报警声，与此同时，还驱动发光二极管（LED）以 1Hz 的频率闪烁发光， 利用声光报警达到烟雾报警的最佳效果。 MC14468 的 1 脚（检测输出端）直接联接单片机的 INT0，当检测到烟雾时，其输出的高 电平通过 INT0 控制单片机内部定时器 T0 工作，定时 90 ms，T0 溢出中断，进入中断服务程 序，通过串口发送数据（房间号或之前对该系统的有意义编码）给单片射频收发器 nRF401。 在检测到烟雾时，MC14468 自身的 100 mV 的滞后电压会防止其他外界因素（如飞虫）造成 的误报警，辅以单片机产生 90 ms 的延时，更能提高系统的可靠性。每次 T0 记时开始时， 要由软件重新置初值，从而不会由于 90 ms 期间 MC14468 管脚 1上的信号消失或变低而导致 下次运行出错。 nRF401 的串行口直接和单片机的串行口连接（DIN 接 TXD，DOUT 接 RXD）， TXEN 端的 高/低电平由软件设置，可实现 nRF401 发射模式与接收模式之间的相互切换。当需要发射数 据时，由晶振电路产生的 4 MHz 频率作为其内部锁相环的基准频率，经锁相环和压控震荡器 进行 N 倍频后，中心频率 f0 成为 433.92 MHz 或 434.33 MHz（双频道），调制后，f=f0± △f=f0±15 kHz（该芯片调制度为±15 kHz），最后经功率放大器放大后从 PCB 天线上发射 出去。 四、接收部分 nRF401 从 PCB 天线上接收到调频信号时，单片机置 TXEN 端为低电平，功率放大器被关 断从而进入接收状态。调频信号依次经低噪声放大器放大，经混频器（其作用是抵消本机发 送器与接收器之间的高频干扰）变成中频，再经带通滤波器滤波和调制器解调后，成为数据 输出。这时单片机切换到发射模式，回送握手信号，nRF401 把得到的数据输送给单片机， 经处理后从 P1 口输出到 LED 上显示（火情来源地信息），同时驱动报警器报警。 相比于检测发射端电路，接收控制端电路更简单。各管脚引线方法两者基本相同，只是 软件实现稍有不同。它可直接采用多位 LED 显示，不用扩展任何接口。 五、系统软件设计 初始化主要是指对定时器工作方式寄存器、中断允许寄存器、串口工作方式寄存器等的 设定。当检测到有烟雾时，先由定时器 T0 定时 90 ms，在此期间，如一直能检测到烟雾， 确认有火情存在，T0 溢出中断，开始发送数据（可以是火情地址编码），经由 nRF401 的 PCB 天线发射出去。INT0 被设置为下降沿触发，如果 90 ms 期间 MC14468 管脚 1 信号消失或变 低，都会引起外部 INT0 中断，计数器重新置初值。当接收控制端接收到收据时，回送握手 信号，以示发送下一帧数据，同时控制压电陶瓷蜂鸣器报警，并控制 LED 显示数据；如没接 收到，即检测发射端没接收到应答信号，则重新发送，直到接收到为止。TXEN 端的高/低电 平由软件设置，可实现 nRF401 发射模式与接收模式之间的相互切换。 程序主要采用汇编语言，运用自上而下的设计思想，总体分为两部分，如 流程 快递问题件怎么处理流程河南自建厂房流程下载关于规范招聘需求审批流程制作流程表下载邮件下载流程设计 图 5所示。 整个软件系统有主程序和中断程序、显示程序、延时程序等子程序。主程序主要是对系统的 初始化以及检测处理，中断程序主要是发送数据并通过 nRF401 发射出去，显示模块实现的 功能是接收数据并送 LED 显示，同时启动报警，延时程序是为了 nRF401 的发射模式与接收 模式之间相互切换时序的需要。 结论 综上所述，由 MC14468、8051、nRF401 三大芯片组成的火灾自动报警系统，具有功能强、 灵活性高、可靠性好、抗干扰能力强、实时性高等优点，系统整体结构简单、容易实现、实 用方便，符合安全系统的要求。 本文创新点：是引入了无线通信技术和以调制解调技术为核心的 nRF401 射频收发器，使系 统的性能大大提高，尤其是使系统报警更具实时性和可靠性。 参考文献： [1] 沙占友 . 集成化智能传感器原理与应用[M] . 北京：电子工业出版社，2004. [2] 余锡存，曹国华 . 单片机原理及接口技术[M] . 西安：西安电子科技大学出版社，2002 [3] 刘亚利，谭振华，高世伟.微计算机信息[M].2005,32:1-3. 作者简介：陈悦(1980.11-),男，研究生，邯郸人，从事控制工程方面的研究。 Biography：Chen Yue(1980.11-).male, graduate student, born in Handan, mainly engage the research of control engineering. 通信地址：天津市红桥区丁字沽河北工业大学441信箱 邮编：300130 收信人：陈悦 基金项目:河北省自然基金(编号: 600054)