摘 要：介绍了关于智能火警系统的硬件设计，主要用于易燃点的火灾探测。该系统以单片机为核心，采用烟雾传感器和温度传感器作为探测器件，可以实现自动火警检测。系统运用高压氮气作为灭火剂，经济、环保，符合对环境保护需求。
关键词：单片机；传感器；火灾探测；A/D转换

　火的引入推动了人类社会和文明的发展，但其失去控制以后所引起的火灾，威胁人类生命和财产的安全，破坏人类赖以生存的自然生态环境。为了防止火灾和减少火灾发生造成的损失，迫切需要研制一个具有智能火灾探测和自动灭火功能的控制系统。
　与现有的火警系统相比，本文设计的系统具有以下特点：（1）温度和烟雾的共同探测功能可以减少遗漏和误报率；（2）通过人机交互系统可以更方便地监控易燃点；（3）系统可以实现多点数据采集，扩大预警范围；（4）使用高压氮气灭火不会破坏环境。
1 系统工作原理
1.1 火灾探测参数
　该系统选择烟雾和温度作为火灾探测的两个重要参数，因此，需要运用温度和烟雾探测器来组成复合火警系统。复合探测抗干扰能力比较好，不会因为一些非火灾信号的影响而产生误警，这些信号有灰尘、水、气体以及吸烟喷出的烟雾等。
1.2 系统方案设计
　图1所示为具有自动警报和灭火功能的单片机系统原理图。系统划分为信号采集模块和信号处理模块两个模块。

1.2.1 信号采集模块
　信号采集模块由烟雾探测器和温度探测器组成。烟雾探测器主要由红外发光二极管和光电晶体管构成。光源是一个红外发光二极管，通过振荡电路产生高频红外射线。光电晶体管安装在能够接收光源红外线的范围内。当有火情发生时，大量高浓度的烟雾进入烟雾探测器，减弱光电晶体管接收的红外线强度，晶体管对应的电阻值逐渐加大，当增大到一定程度时，晶体管开始导通，从而使得输出电压V1大幅减小。
温度探测器采用具有正温度系数热敏电阻。当有火情发生时，温度探测器输出的电压V2随室内温度缓慢增大。
1.2.2 信号处理模块
　信号处理部分分为A/D转换器和CPU 8051控制器两个功能模块，如图2所示。

　JAD4为TLC549的控制引脚CLK（时钟口）、DO（输出口）、CS（片选口）的直插接口，用跳线与CPU的控制口相连配合程序即可对输入的信号进行数模转换。为了实现对多路模拟信号进行数模转换，通过JAD3将TLC549的输入端与8选1双向模拟开关CH4051相连，JAD2为CH4051的选通引脚A、B、C的直插接口，用跳线与CPU控制引脚相连，通过程序分时选通即可实现8路模拟信号的输入切换。JAD1为8路模拟输入端，RAD1用于设置A/D转换参考电压值。
2.2 键盘接口电路设计
　键盘接口电路的设计过程中，按键数目、功能以及接线是根据数字输入和控制功能需求设计。键盘上有16个4×4排列的按键，4×4行列式键盘电路工作原理为：按键设置在行、列线交点上，行、列线分别连接到按键开关的两端。行线通过上拉电阻接到+5 V上。无按键按下时，行线均处于高电平，而当有按键按下时，行线电平将由此行上的相连的列线决定，这一点是识别行列式键盘的关键。键盘电路原理图如图4所示。

3 软件系统设计
　系统首先需要将环境探测得到的温度和烟雾信号转换成数字信号。如果所得数值大于设定值，声光警报开始工作。同时，高压氮控制阀开始灭火。图6是软件系统流程图。

　火灾发生是复杂的现象并有多种特征表现。要准确探测火灾，发生初期如果只通过进行单个参数的测量是比较困难的。本文描述的火灾探测系统综合运用温度和烟雾探测器，能准确反映火情的真实特点。该系统扩展之后，可监测多种参数，包括烟雾、温度、光和其他相关参数，用于提前预测并及时发生警报。本系统运用单片机的控制实现智能化探测，很大程度上满足人们对火灾探测安全的需要，可以广泛用于公司与工厂，具有一定的经济和社会效益。
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