火灾烟雾报警系统的设计

摘要：主要对火灾报警控制器的理论做了深入的研究，使用单片机，选用烟雾传感器、红外传感器等多个传感器作为敏感元件，结合信息融合技术，全面阐述了研制火灾报警控制器硬件部分和软件部分的方法。采用protel99绘制电路图并进行电路仿真，证明整个系统电路设计合理，性能安全可靠。
关键词：火灾报警系统；C8051F单片机；红外传感器

0 引言
随着我国经济的高速发展，人民生活水平大幅度提高，现代建筑不断增多，各种生产、办公以及居住场所火灾大增，塑料制品和双层玻璃的大量应用，使火场的外部救援困难重重。火灾一旦发生，将对人的生命财产造成极大的危害。现代建筑具有智能化的时代特征，火灾自动报警系统探测火灾隐患，肩负安全防范重任，在现代智能建筑中起着极其重要的安全保障作用。因此，设计简单实用的火灾报警控制系统
有着防止和减少火灾危害、保护人身安全和财产安全的重要意义。

1 系统的总体构架
火灾烟雾报警系统的基本功能是通过监测周围环境的红外信号和烟雾浓度而进行火灾报警，呼吁人们及时采取有效措施消灭火源，减少损失。
本系统的总体框图如图1所示，现对该图进行简要说明：

传感器模块主要由红外探测器和烟雾探测器组成，主要负责采集周围环境信息。信号处理部分将传感器的输出信号进行加工处理，再传给中央控制单元，接收并处理火灾报警信号，输出报警信号等。

2 系统硬件电路的设计
2．1 中央处理器
本系统采用C8051F005作为CPU，它具有一个32 K字节FLASH存储器并与8051兼容的微控制器内核。具有UART串行接口和具有5个捕捉／比较模块的可编程计数器／定时器阵列及6个定时器阵列(PCA)模块，此外还根据不同的需要集成了SMBus／I2C、SPI、USB、CAN、LIN等，以及RTC部件。还有4个通用的16位定时器和4字节宽的通用数字FD端口。C8051F005有2304字节的RAM，执行速度可达25MIPS。片内具有的VDD监视器、温度传感器和时钟振荡器的MCU是真正能独立工作的片上系统。
2．2 传感器模块
根据设计本系统的实际情况，为了提高火灾监控系统的功能和可靠性，保证自动灭火系统的动作的准确性，传感器模块由红外传感器和烟雾传感器组成。
本系统采用热释电红外传感器，它的工作波长为4．35±0．15 um。热释电红外传感器由传感探测元，干涉滤光片和场效应管匹配器三部分组成。
图2是一个双探测元的热释电红外传感器的结构示意图。该传感器将两个极性相反，特性一致的探测元串接在一起，目的在于消除因环境温度和本身变化引起的干扰。它利用两个极性相反、大小相等的干扰信号可在内部相互抵消的原理，使传感器起到补偿作用，对于辐射至传感器的红外辐射，热释电传感器通过安装在传感器前面的菲涅耳透镜，将其聚焦后加至两个探测元L。因此传感器会输出探测电压。

HIS-07是离子感烟探测器电离室，室内安装一个高性能低活度Am-241电离源。单源双室结构，体积小，便于安装在小型报警器中。在无烟或无燃烧物时，收集极除受电离电流统计涨落影响外，保持平衡电位。当烟进入电离室时对电离电流产生影响，易于进烟的外电离室受影响大于内电离室，电离电流下降，收集极重新充电直到新的平衡电位，这种电位变化可传到C8051F005的检测端，经内部逻辑电路处理后，启动报警电路。