智能火灾报警系统的研究设计说明书.docx

“安徽合力杯”安徽工程大学大学生机械、电子创新设计大赛参赛作品 “安徽合力杯”安徽工程大学大学生机械、电子创新设计大赛 智能火灾报警系统的研究研 究 报 告申报单位： 安徽工程大学电气工程学院申 报 人：丁 浩（ 光电13级 本科生 ）李 翔（ 自动化13级 本科生 ）指导教师： 王冠凌（副教授） 蔡金平（讲师） 2014年12月15智能火灾报警系统【摘要】由于人们的疏忽，火灾已成为21世纪人类生命财产损失的一大重要原因，市场上大多数的火灾报警系统能够在火灾初期，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。但是不能在火灾发生前进行报警。而且，通信方式比较落后，稳定性不高。本系统采用的MQ2烟雾传感器所使用的气敏材料是在清洁空气中电导率较低的二氧化锡(SnO2)。它对液化气、丙烷、氢气的灵敏度高，对天然气和其它可燃蒸汽以及烟雾的检测也很理想。本系统具有无线通信和GSM通信两种方式，无线通信采用NRF24L01，稳定，距离远，它和值班点的电脑相连，可以通过电脑上的上位机更改报警的浓度和温度门限值，以适用于不同环境；GSM具有快速，高效报警的特点，它和火灾防控中心连接，火灾发生时直接打电话给防控中心。本系统报警装置部分采用声光报警和语音报警两部分，与市场上大部分的报警装置更先进，其中的声音报警提示住户，led报警提醒值班点是哪个探测点发生火灾。语音报警模块提醒值班点是气体泄漏，还是火灾已经发生。【创新点】（1）市场上的火灾报警器基本上都只能在火灾发生后给出报警信息，这实际上属于“滞后报警”，本创新的火灾报警器所用的烟雾传感器型号为MQ-2，这种传感器可检测多种可燃性气体，在气体泄漏阶段即可报警，最大程度的避免了火灾的发生。（2）本作品的一个亮点是采用双层电源，也就是既可以用采用家用220V交流电供电，也可以在停电的状态下自动切换到内部电源供电，这个设计是考虑到火灾通常会使外电路断电，如果没有内部电源供电的话，这个报警器的价值会大打折扣！并且，内部电源有电源指示灯，提醒用户内部电源是否需要充电了。（3）本作品采用OLED显示屏。OLED显示屏无需背光灯，采用非常薄的有机材料涂层和玻璃基板，当有电流通过时，这些有机材料就会发光。它耗电少、使用寿命长、成本低、亮度高、故障少、视角大、可视距离远等特点。OLED集合了LCD与LED所有的优点且更加优秀，并且抛弃了二者的大部分缺陷。（4）本作品报警装置部分采用声光报警和语音报警两部分，与市场上大部分的报警装置更先进，其中的声音报警提示住户，led报警提醒值班点是哪个探测点发生火灾。语音报警模块提醒值班点是气体泄漏，还是火灾已经发生。目 录第一章 绪论21.1引言21.2火灾报警系统发展历程21.2.1火灾报警系统的发展阶段31.2.2火灾自动报警系统的分类41.3火灾自动报警系统的研究现状41.3.1国外火灾报警系统研究现状41.3.2国内火灾自动报警系统研究现状61.3.3 国内外火灾自动报警存在的问题61.4本研究的目的及主要内容7第二章 总体设计82.1总体设计方案 82.2火灾探测器的选择92.2.1 感温探测器92.2.2 感烟探测器92.2.3 气体探测器102.3火灾信息处理系统算法10第三章 火灾报警系统硬件设计123.1主要元件介绍123.1.1单片机的选择123.1.2显示屏133.1.3温度传感器13第四章 火灾报警系统框图14第五章 附图14参考文献16第1章 绪论1.1 引言随着社会经济的增长，城市化进程也随之加快。火给人类带来了光明，促进了人类文明，但同时也给人类带来了威胁。据统计，全球每天都会有火灾事故发生，而每年发生的火灾总数少则 600 万次，多则 700 万次，死于火灾的人数约为 65000人至 75000 人火灾早就成为我国常发性和影响力最强的灾害之一。随着高层建筑、地下建筑以及大型综合建筑的日益增多，火灾发生的数量及严重程度也随之增加。例如， 2010年 11 月 15 号，上海市静安区胶州路 728 号公寓大楼发生特大火灾，火灾造成 58 人死亡，71 人受伤，直接经济损失 1.58 亿。2009 年 11 月 30 日哈尔滨南岗区重要商业路段的大世界商城发生特大火灾，出动 12 支消防中队、一百多台消防车、三百多名消防官兵，经过 5 个多小时才将大火扑灭，火灾虽无人伤亡，但却造成了极大的损失。近十年来，随着我国经济的发展，城市化进程加快，高层建筑数量日益增多，建筑物结构日益复杂，建筑材料和装潢材料种类也日益繁多。据统计，我国每年都要发生十多万起火灾，并且这个数字还在逐年增加，而且大部分的火灾都是发生在高层建筑，火灾形式依然严峻北美和欧洲地区虽然发生火灾也很多，但伤亡人数却相对较少。在客观原因上，这与亚洲地区人口密度较之欧美国家要大得多，经济发展程度却不高有着很大关系，主观原因则是我国的消防系统跟欧美国家相比有一定差距，因此提高我国消防设施非常有必要。“火灾自动报警系统”是“火灾探测报警和消防设备联动控制系统”的简称，它以被监测的各类建筑物包括仓库、高层建筑、民用建筑、地下隧道等为目标，通过系统的自动化手段实现早期火灾探测、火灾自动报警和消防联动控制。火灾自动报警系统作为消防设施的主体，主要任务是探测器监测环境内重要的火灾参数，包括烟度、温度等，实现信号的稳定传输，经过火灾控制器分析计算后得出是否火灾参数。能够在火灾初期进行预警，能有效控制火灾避免不必要的人员伤亡和经济损失，为预防重大火灾事故提供了可靠保障，具有极其重要的社会价值，因此设计一套软件硬件匹配的智能化的火灾自动报警系统势在必行。1.2 火灾报警系统发展历程火灾自动报警系统迄今为止已经有了一百多年历史，美国在 19 世纪 40 年代首先开发研制成功了火灾报警装置，19 世纪 90 年代英国成功研制并应用的感温式火灾探测器，标志着火灾自动报警系统的发展走上正轨。本世纪 40 年代末，离子感烟探测器问世，由于感烟探测器较感温探测器有灵敏度高的优势，所以受到了广泛的重视并得到了广泛应用。到 70 年代末，又发展了光电式感烟探测器，避免了离子感烟探测器放射性环境污染问题，使火灾报警系统得到了很快的发展。该时期的火灾探测算法大多采用阈值比较法，而火灾信号的传输基本上采用多线制，即每个火灾探测器都以点对点的方式与火灾控制器直接相连，使火灾信号可以顺利从探测器传输到控制器上。到了 80 年代，人们开始将微电子器件、数字电路技术特别是单片机技术用于火灾报警系统中，改变了以往多线制结构系统巡检方式，总线制火灾自动报警系统蓬勃兴起，大大的减少了布线的数量，在一定程度上提高了系统的可靠性。自上世纪 80 年代以来，伴随着计算机科技发展，火灾报警系统已经由人工操作阶段进入智能化时代，为火灾监控和报警提供了一个很好的平台。1.2.1 火灾报警系统的发展阶段火灾报警系统总体上来说发展还是很迅速的，主要可以分为三个阶段（1）多线型火灾自动报警系统。在这个阶段，火灾探测器的布线比较复杂，安装上也比较困难，至少需要两根电源线提供电源，再用一根线来传送信号，传送信号的线连接在报警显示盘上指示信息，火灾探测器使用所需的电源由报警控制器直接提供，这时的报警系统智能化水平不高，对外围下位机，如火灾报警器、手动报警器、各类探测器没有故障检测的功能，只有在电源线存在短路、断路是才会有故障反应。（2）总线型火灾自动报警系统。在这个阶段，微电子技术的发张很快，系统已经开始采用微处理器，总线型的控制系统在布线上较多线制简便，特别是二总线，两根线同时传输电源和信号，对各个下位机进行地址编码，火灾控制器通过总线与各个下位机，包括探测器、声光报警和手动报警进行信号通讯。此阶段的探测器对环境检测的灵敏度在出厂时就已经确定，无法由软件系统进行人为调整确定。这类系统的优越性在于能够通过对设备和模块进行控制，所以不仅具有对外围线路的检测能力，还可以对设备进行自检，可惜的是不能辨别故障类型，由于成本较低，施工布线较为方便，所以大多生产厂家采用这套系统。（3）智能型火灾自动报警系统。由于经济发展，高层建筑日益增多，以往的火灾自动报警系统完全无法满足当今社会的需要，但是由于科技的进步，特别是计算机控制技术的大踏步发展，火灾自动报警系统的智能化水平相对提高不少，随之而来的是对智能化火灾报警系统的研究。其中包括对环境变化做出的相应探测灵敏等级的变化，例如在环境因素干扰较大的场所，如粉尘较多的车间，可以将探测灵敏度调的相对低些，而那些需要重点监测的场所，如易燃易爆储罐区，加油站等则需要将灵敏度调高；探测器信号用数字量代替模拟量，总所周知，数字化处理和模拟处理有着极大的优越性，模拟信号是由连续的电信号来表示，传输过程中难免会受到干扰而失真，但是数字信号确实用“0”和“1”两个数值通过不同组合表示信号，即是在线路传输过程中受到极大的干扰，火灾控制器还是可以判断传输过来的信息是“0”还是“1”，确保了信号传递的准确性。诸如这些智能化的改变提高了火灾自动报警系统的抗干扰性和稳定性，减少误报率，将损失降至最低。1.2.2 火灾自动报警系统的分类火灾报警系统从大范围上可以划分为区域报警系统、集中报警系统和控制中心报警系统区域报警系统由火灾探测器、手动火灾报警按钮、区域控制器等组成。其组成相对简单，但是这里说的区域可以是一间屋子，也可以是一幢大楼，设置区域控制器时，最多不应再一个区域内设置超过三台，否则不能突出控制器的重要性，指令的下达也会收到影响。集中报警控系统由火灾探测器、手动火灾报警按钮、区域报警控制器、集中报警控制器等组成。将集中报警控制器设置在消防监控室或者值班室中，由指定的人看护，集中报警控制器可以用来控制设置的区域报警器，在这个系统中可以设置多个区域报警控制器，该系统可以监控的范围较之区域报警器更大。控制中心报警系统由火灾探测器、手动火灾报警按钮、区域报警控制器、集中报警控制器、消防控制设备等组成。该系统是在集中报警控制系统的基础上再设置一个控制中心，该中心至少包括一台集中报警控制器以及相关的消防控制设备，而其他的集中控制器和区域控制器也将监测到的环境信号发送至控制中心。1.3 火灾自动报警系统的研究现状1.3.1 国外火灾报警系统研究现状从 20 世纪 60 年代起，国外先进的火灾自动报警系统发展有一下特点（1）国外消防技术标准与规范日益完善。消防技术问题涉及人民的生命以及国家的财产安全，火灾消防设备无论是生产还是安装适用都必须遵守标准和规范，国外火灾标准出台都比较早，中国相对落后，此外，欧洲的德国、英国、瑞士等国家也在上世纪中后期提出火灾消防技术相关的标准和规范，供各行业遵守。（2）火灾自动报警系统功能增强。国外的报警系统除了能够监测环境火灾信息，传送给控制器，在火灾信号下可以向声光报警器发送指令，发出报警信号外，还能够联动其他设备，比如排烟系统自动开启，放火卷帘门自动关闭，自动喷淋，自动切换电源，升降梯迫降至一层。此外，火灾智能控制器还可以直接向消防局发出报警。消防设备的研制致力于减少误报、减少误操作、提高抗干扰性等方面。（3）火灾自动报警系统智能化水平不断提高随着计算机技术的飞速发展，火灾报警控制系统的先驱们将微电子技术和以计算机智能控制应用于系统中，早期的报警系统只能实现探测和报警这两大功能，智能化水平并不高，不仅各个设备的体系都很大，成本高，安装困难，大多火灾还得靠人工操作灭火，反应慢，效果差，成本高和应用范围狭窄成为主要弊端。随着微电子技术的发展，各元器件可以大批量生产，不仅降低了购买成本，而且还提高了精度，使得各个设备的“体型”相应的缩小，功能却反而增强。以计算机为核心的火灾报警控制器对火灾整体的控制配合非常完美，在信息计算、火灾参统，智能向同一家公式买入，不同公式的产品不能很好地兼容，照成这一问题的主要原因就是对消防各类产品没有统一的标准。（4）报警系统的误报、漏报率高。这个问题也不是只有我国才有，自最早的感温火灾探测器面试，环境的各种因素对探测器的影响都是很难避免，也是很难去除的。向粉尘、水蒸气、静电等因素都可能与真实得火灾状况相同，灵敏度高使得报警系统误报，而灵敏度低则会造成漏报。（5）报警系统的适用范围小。由于我国的消防产业起步晚，设备安装范围主要是依据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，对于大型的商场、高层建筑、易燃易爆仓库的要求严格，但是却忽视了居民住宅区这类人员流量大的地区，很大原因是由于颁布的相关规范不全面导致。（6）火灾报警系统网络化程度低。纵观国外系统，居民家中一旦发生火灾，当地区域负责消防的单位马上会受到信息，第一时间派遣队伍救援，但是我国目前的系统大多是相互独立，形成自我封闭，不能做到火灾信息的传递，尚未形成网络化的火灾报警体系。从发生火灾到对“119”报警这段时间，恰好是火灾救援的黄金时间，而且在消防车出动后，很多情况是对起火位置，火势大小，当地天气情况都是不甚了解的，由于缺少网络通讯，使得消防救援不能第一时间调动兵力处置火情，不能在第一时间内灭火，造成了人员和财产的损失。（7）火灾报警系统的组件连接方式有待改善。由于近些年的发展，我国目前常用的火灾自动报警系统的连线方式以总线制连接方式为主，但少数还仍在使用多线制，而总线制中由于布线的要求，二总线又是今后的系统的布线主流，现如今有 485 总线、232 总线、CAN 总线等都被运用于火灾消防领域，虽然较之以前的多线制有了很大改善，但是由于二总线大多用两条或多条铜芯，其中不免存在抗干扰能力差的缺点。另外铜导线电阻对温差反应明显，很大程度上影响火灾报警系统的可靠性，联系到这些方面，以无线传输火灾信息的方式集成的报警系统由于其无需布线，将会在经济上，稳定性上的优势成为今后火灾报警系统的主导。数感知等具有相当高的智能控制。在这段时期，火灾消防自动控制系统和消防联动控制设备有机地结合起来，使得消防系统可以提高自身的功能的同时又大大减少了认为操作，这样的好处是降低了因人们在主客观因素影响下的误操作。非常多的火灾实例证明了该系统有快速判断能力，能够提高对环境的监测能力，极大满足了各类建筑物对防火的要求。1.3.2 国内火灾自动报警系统研究现状我国的消防行业起步较晚，从上世纪八十年代开始只经历了二十多年历史，虽然时间很短，但当时将其作为新兴的技术密集型科技产品来开发，通过学习借鉴国外已有的成品和一些高科技，对消防产品进行研制升级，发展速度非常快。近些年，由于我国经济建设加快，对火灾报警系统也提出了更高的要求，纵观这些年的发展，国内火灾自动报警系统具有下列一些特点：（1）建立了一系列火灾自动报警系统产品相关的工业生产基础，使得我国消防设备可以在短时间内大量生产，达到要求，并且在保证量的基础上通过自行研发，具备一定的技术实力。（2）在本世纪开始，我国消防行业开始加强对消防各类产品的质量监督，也出台了相关的规章制度，既规范了消防设备生产行业，又对各种建筑物的消防设备安装提出要求。（3）国内消防产品引进国外成熟的先进技术、去其糟粕，取其精华，在国外消防产品的基础上加入自己的研发升级，不仅快速提升本国的消防产业水平，也反过来带动国际同行业的发展。（4）我国消防设备的产品在大批量生产的同时，也开始注重质量的提升，同类型的产品系列更多，甚至在国际市场上都占有一些份额。（5）产品的系列和质量都增加了，为了使装配质量也增加，消防设备相应的安装施工队伍在不断壮大，工人也需要培训学习，懂得我国的一些标准。尽管我国消防领域起步晚，但通过国内消防各领域各行业的共同努力，使我国火灾自动报警系统有了根本的变化，相信再过不了多久，我国的消防科学技术也能赶上西方国家，甚至赶超他们。1.3.3 国内外火灾自动报警存在的问题虽然如此，目前的火灾报警系统还是存在很多的问题，例如可靠性差而产生误报漏报；有线火灾报警系统设置不灵活；探测器信号和探测算法单一；智能化程度低等问题，总结出几下几点（1）标准规范不统一。虽然我国也颁布了一些消防方面的规范和标准，但是对火灾的很多具体设备却没有统一的行业标准，造成了很多消防行业闭门造车，往往很多要安装一套报警系统，智能向同一家公式买入，不同公式的产品不能很好地兼容，照成这一问题的主要原因就是对消防各类产品没有统一的标准。（2）报警系统的误报、漏报率高。这个问题也不是只有我国才有，自最早的感温火灾探测器面试，环境的各种因素对探测器的影响都是很难避免，也是很难去除的。向粉尘、水蒸气、静电等因素都可能与真实得火灾状况相同，灵敏度高使得报警系统误报，而灵敏度低则会造成漏报。（3）报警系统的适用范围小。由于我国的消防产业起步晚，设备安装范围主要是依据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，对于大型的商场、高层建筑、易燃易爆仓库的要求严格，但是却忽视了居民住宅区这类人员流量大的地区，很大原因是由于颁布的相关规范不全面导致。（4）火灾报警系统网络化程度低。纵观国外系统，居民家中一旦发生火灾，当地区域负责消防的单位马上会受到信息，第一时间派遣队伍救援，但是我国目前的系统大多是相互独立，形成自我封闭，不能做到火灾信息的传递，尚未形成网络化的火灾报警体系。从发生火灾到对“119”报警这段时间，恰好是火灾救援的黄金时间，而且在消防车出动后，很多情况是对起火位置，火势大小，当地天气情况都是不甚了解的，由于缺少网络通讯，使得消防救援不能第一时间调动兵力处置火情，不能在第一时间内灭火，造成了人员和财产的损失。（5）火灾报警系统的组件连接方式有待改善。由于近些年的发展，我国目前常用的火灾自动报警系统的连线方式以总线制连接方式为主，但少数还仍在使用多线制，而总线制中由于布线的要求，二总线又是今后的系统的布线主流，现如今有 485 总线、232 总线、CAN 总线等都被运用于火灾消防领域，虽然较之以前的多线制有了很大改善，但是由于二总线大多用两条或多条铜芯，其中不免存在抗干扰能力差的缺点。另外铜导线电阻对温差反应明显，很大程度上影响火灾报警系统的可靠性，联系到这些方面，以无线传输火灾信息的方式集成的报警系统由于其无需布线，将会在经济上，稳定性上的优势成为今后火灾报警系统的主导。1.4本研究的目的及主要内容本作品采用温度传感器DS18B20和MQ- 2烟雾传感器实时对当前环境中的温度和烟雾浓度进行监测。根据不同环境发生火灾时的温度和浓度不同，我特意加上了按键，可以调整报警器的门限值，以适用不同的环境。报警器采用声光报警，加上扬声器语音提示，具有很大的预警报警价值。另外，我采用了oled屏，即小巧节能，又能实时显示出当前环境的温度和浓度，调整门限值时，也可以从屏幕上反映出来。而且，我在系统中加上了继电器控制电机，以模拟火灾时，系统控制天花板上的花洒灭火功能。这是本作品的一大亮点。本作品的另一个亮点是采用双层电源，也就是既可以用采用家用220V交流电供电，也可以在停电的状态下自动切换到内部电源供电，这个设计是考虑到火灾通常会使外电路断电，如果没有内部电源供电的话，这个报警器的价值会大打折扣！并且，内部电源有电源指示灯，提醒用户内部电源是否需要充电了。整套设计稳定，小巧，具有很大的实用价值和市场推广潜能！第二章 总体设计2.1总体设计方案如图1是火灾报警系统的结构图，探测点的烟雾传感器（原理图如图3，下同）和温度传感器（应用原理图如图4，下同）把探测到的数据传给微处理器，通过计算比较后把数据给显示部分。其中烟雾传感器MQ-2对液化气、丙烷、氢气的灵敏度高，对天然气和其它可燃蒸汽的检测也很理想，同时对烟雾的探测也很灵敏。所以即可预警也可报警。温度传感器DS18B20实时探测温度值，通过AD转换显示出来。其中，当传感器探测的数据值超过报警门限值即促发报警装置，其中的声光报警部分（原理图如图5，下同）报警给住户，语音报警装置给值班点人员报警，并通过NRF24L01无线通信模块在值班点的电脑上显示报警的位置，当火灾已经发生，按下通信模块中的GSM按钮，即可自动打电话发短信给火灾防控中心，自动说明火灾的具体位置。另外OLED显示屏模块具有耗电少、使用寿命长、成本低、亮度高、故障少、视角大、可视距离远等特点。并且，此显示屏具有以下几个页面：一是显示屏上面显示当前的温度值，烟雾气体浓度值。二是报警时，显示屏界面一直在闪，提示用户。三是模式设置，具有单户检测，集中检测，超强检测，以及门限值更改显示等界面。其中单户检测可以对单个用户进行传感器检测，集中检测为对所有用户进行传感器检测，超强检测为不仅对所有用户进行传感器检测而且进行整个报警系统故障的检测。所有这些模式的改变可以通过NRF24L01无线通信更改。此系统所有供电来自于用户电源和可充蓄电池。平时正常检测时所用的电源为用户电源，稳定可靠。当火灾发生时，或者意外情况致使用户断电，系统内部通过单路继电器自动切换到内部蓄电池供电，保持不断电。本系统总体耗电非常少，平常的蓄电池可以保持供电几周，并且，电源部分有指示灯，提示用户是否需要充电。本系统所具有的机动系统可以在火灾发生时自动，或者手动控制灭火系统，这样可以达到快速灭火或者阻止火势蔓延的效果。如图2本系统在每位住户处安装好系统的传感器探测部分和显示部分，通过无线通信和值班点进行信息交互，比如查看当前住户的传感器探测值等。值班点的GSM模块可以与火灾防控中心进行信息交互，火灾发生时及时报警。2.2火灾探测器的选择由于经济的展，城市建筑物为了满足功能的需要，相应的结构变得更加复杂，所以对火灾报警系统也提出高要求，而火灾探测器作为整个系统的“感觉器官”显得尤为重要，应当考虑不同的环境场所选择不同的火灾探测器，综合分析建筑物的性能、环境因素等。下面对几种常见常用的探测器进行简单介绍：2.2.1 感温探测器在火灾的初起阶段，使用热敏元件来探测火灾的发生时一种有效的手段，特别是那些经常存在大量粉尘、水蒸气、油雾的场所，无法使用感烟式火灾探测器，用感温式火灾探测器就较为适合。在某些重要场所，为了提高火灾探测报警及消防联动控制系统的功能和可靠性，或保证自动灭火系统的动作准确性，也要求同时使用火灾信息数据的探测是以物质在整个燃烧过程，包括初期阶段的阴燃过程中产生的大量烟雾，剧烈燃烧阶段的大量放热以及火焰辐射等各种火灾现象为依据，力争在第一时间发现火灾。分析普遍的可燃物的火灾特点，以物质燃烧过程中发生的物理化学特征参量变化为基础，可以得出不同的探测方法。感烟式和感温式火灾探测器。目前市面上主要分为定温式、差温式和差定温式三种类型。定温式火灾探测器是指在检测时间内，检测到的环境温度超过了火灾控制器预先设定的某个上限值时发出报警。双金属、易熔合金和热敏电阻等都是目前常用的定温式火灾探测器。差温式火灾探测器是指在检测时间内，检测到环境温度的上升速率超过了火灾控制器预先设定的上升速率值时发出报警。主要采用热敏电阻作为差温式火灾探测器的元件。差定温式火灾探测器，顾名思义，它结合了上述两种探测器的基本原理，将它们结合在一起的一种功能更好的探测器。2.2.2 感烟探测器火灾在初起阶段一般都会产生大量烟雾，使用烟雾检测火灾信号作为参数进行分析可以发现早期的火灾。数据统计，感烟式火灾探测器可以探测 70%以上的火灾。所以感烟式火灾探测器是目前世界上应用范围最广的一类探测器。感烟探测器可分为光电式感烟和离子式感烟两种，其中光电式感烟问世较晚，它解决了离子感烟探测器放射性污染的问题，但是离子感烟还是在当今占用了很大的份额，原因在于离子感烟式探测器即使在环境影响较大的条件下，也有着非常好的初期检测火灾的功能，由于早期火灾处于阴燃阶段，没有火焰辐射，环境温度上升慢，产生少量的热的同时却能产生大量烟雾，但是离子感烟也有其弊端，就是误报率较高，它对粉尘、水蒸气、油滴等类似烟雾的参数区分较差，这又得从其工作原理来说明原因。离子感烟探测器是采用空气离化火灾探测方法构成和工作的，它是利用放射性同位素释放的 射线将局部空间的空气电离产生正、负离子，带电粒子在电场作用下定向移动产生电流，火灾发生产生烟雾到达电离室后，比表面积较大的烟雾离子吸附这些正负带电离子，使得电流较原先有所降低，检测后获得与烟度有关的电压信号，用于火灾确认和报警采用空气离化探测法实现的感烟探测，对火灾初起阶段产生的烟雾有很灵敏的检测作用，据试验计算，其可测的烟雾粒径可以在 0.0310m 左右，范围比较宽，基本适应各种场合。2.2.3 气体探测器如今建筑物功能的增加导致了在很多场合烟雾探测和温度探测无法满足要求，例如大厦一层的大开间功能厅如果发生火灾，烟雾和温度很难马上到达天花板处的探测器，而气体分子的扩散运动却可以使这个问题得到解决，气体探测器适用于散发可燃气体和可燃蒸汽的场所，此外对实验室有毒气体的监测也发挥了很好的作用。14第二章 火灾报警系统整体设计可燃气体的探测方法很多，主要可以分为气敏原理、热催化原理、热导原理、和三端电化学原理等四种（1）气敏原理。主要使用气敏半导体元件，气敏半导体元件灵敏度较高，吸附检测气体后其阻值发生变化，达到测量目的。（2）热导原理。主要使用金属氧化物，由于纯净空气在金属表面有其自身特定的燃烧特性，而空气中一旦出现被测气体，其燃烧特性将会变化，利用这点不同，将被测气体浓度转换成热丝温度的变化，达到测量目的。（3）热催化原理。在铂丝等催化元件的作用下可燃气体在氧气和高温作用下可以产生无焰燃烧，放出的热量引起元件电阻的变化达到测量的目的。（4）三端电化学原理。利用恒电位电解法，首先在电解池内安置三端电极，被测气体透过薄膜到达电极后产生氧化还原反应，使得传感器产生与气体浓度成正比的电流，达到测量目的。但是气体探测还有其弊端：由于很多可燃烧气体可以和还原性气体发生化学反应，有可能会产生误报现象。虽然离子感烟探测器在运行过程中可以基本达到要求，但是作为唯一火灾的报警参数还是不够，而且感烟探测器还会受到环境因素诸如粉尘、油滴等的影响，结合这个原因再根据本系统所在楼宇实际情况出发，采用感温和离子感烟探测器结合使用，增加火灾参数的获取，在今后拟加入气体探测器，用电化学传感的方法监测火灾气体浓度，优化整个报警系统。2.3火灾信息处理系统算法火灾具有随机性，因为火灾的发生从发生原因到引燃时间，从可燃物的种类到可燃物的分布等很多因素都是不确定的，正因为如此，选取合适的火灾探测算法对火灾报警系统十分重要。本套系统结合实际情况，火灾信息处理的系统算法采用直观算法和智能火灾探测算法两类，下面简单介绍这两种算法。阈值比较法是目前大部分火灾探测器和火灾自动报警系统采用的火灾探测算法，这种算法是将火灾探测器探测到的火灾信号，如烟雾浓度、温度、可燃气体浓度等，放大转换为电流或者电压的信号，然后将输出的电流或电压值的大小或变化的大小与某一预先设定的阈值进行比较，来判断火灾的情况，如果输出值超过了预设值，那么判定火灾发生，如果输出值没有超过预设值，那就认为无火灾发生。阈值比较法原理简单，而且电路设计简单并且容易实现，但是它的误报率非常高，因为它很难区别火灾信号和非火灾信号，存在有灵敏度和误报率之间的矛盾。(1) 智能火灾探测算法火灾探测是一种非线性的问题，而处理非线性问题最有效的方法就是智能算法，如神经网络算法。因为它具有自学习功能，所示使它能够增强对环境的抗干扰性；因为它具有整体的并行处理所有信息的能力，所以使其具有较快的火灾信号探测速度；因为它有较高的容错能力，所以应用它的系统有较高的可靠性。神经网络对信号的处理、报警的确定等功能都采取智能算法，接近人的感观和实际情况，能够准确的判断火灾情况，因此神经网络算法是一种很有前景的火灾探测技术。(2) 阈值比较法最早投入使用的是开关量式火灾探测器，也是最早使用最广泛最普遍的火灾信息处理算法，该方法处理简单便于计算和使用，但是因其环境适应性、抗干扰能力和智能化程度的低下，存在较高的漏报率和误报率。直观算法主要有固定门限检测法和变化率检测法两种。(3) 固定门限检测法该检测方法的基本原理是将火灾信号值与预先设定的阈值，包括上下限阈值和进行比较，当超过该设定值时，输出报警信号。设火灾探测收集到信号为 x(t),比较信号为 y(t),变换信号函数为 T,则固定门限检测可表示为：这里 Dy(t)=1 表示判定为火灾，, Dy(t)=0 判定为非火灾，s 为阈值。（4）变化率检测法变化率检测法的基本原理是将参数的上升速率作为一个极可能引发火灾的一个参数，用这个参数和预先设定好的上升速率最大值作比较，若超过则发出火灾报警。例如若感温探测器输出的温度信号上升速率较快，表明了环境温度上升不合常理，非常大可能是火灾产生的高温引起，是一个非常典型的特征。用Dt 表示信号变可燃气体的探测方法很多，主要可以分为气敏原理、热催化原理、热导原理、和三端电化学原理等四种。第三章 火灾报警系统硬件设计3.1主要元件介绍3.1.1单片机的选择89C51是一种带4K字节闪烁可编程可擦除只读存储器（FPEROMFlash Programmable and Erasable Read Only Memory）的低电压、高性能CMOS8位微处理器，俗称单片机。单片机的可擦除只读存储器可以反复擦除100次。该器件采用ATMEL高密度非易失存储器制造技术制造，与工业标准的MCS-51指令集和输出管脚相兼容。由于将多功能8位CPU和闪烁存储器组合在单个芯片中，ATMEL的89C51是一种高效微控制器，89C2051是它的一种精简版本。89C单片机为很多嵌入式控制系统提供了一种灵活性高且价廉的方案。以下是它的管脚说明：VCC：供电电压。GND：接地。P0口：P0口为一个8位漏级开路双向I/O口，每脚可吸收8TTL门电流。当P1口的管脚第一次写1时，被定义为高阻输入。P0能够用于外部程序数据存储器，它可以被定义为数据/地址的低八位。在FIASH编程时，P0 口作为原码输入口，当FIASH进行校验时，P0输出原码，此时P0外部必须被拉高。P1口：P1口是一个内部提供上拉电阻的8位双向I/O口，P1口缓冲器能接收输出4TTL门电流。P1口管脚写入1后，被内部上拉为高，可用作输入，P1口被外部下拉为低电平时，将输出电流，这是由于内部上拉的缘故。在FLASH编程和校验时，P1口作为低八位地址接收。P2口：P2口为一个内部上拉电阻的8位双向I/O口，P2口缓冲器可接收，输出4个TTL门电流，当P2口被写“1”时，其管脚被内部上拉电阻拉高，且作为输入。并因此作为输入时，P2口的管脚被外部拉低，将输出电流。这是由于内部上拉的缘故。P2口当用于外部程序存储器或16位地址外部数据存储器进行存取时，P2口输出地址的高八位。在给出地址“1”时，它利用内部上拉优势，当对外部八位地址数据存储器进行读写时，P2口输出其特殊功能寄存器的内容。P2口在FLASH编程和校验时接收高八位地址信号和控制信号。P3口：P3口管脚是8个带内部上拉电阻的双向I/O口，可接收输出4个TTL门电流。当P3口写入“1”后，它们被内部上拉为高电平，并用作输入。作为输入，由于外