火灾报警系统的设计.doc

摘 要 i 摘摘 要要 火灾已成为我国常发生性和破坏性以及影响力最强的灾害之一 随着经济 和城市建设的快速发展 城市高层 地下建筑以及大型综合性建筑日益增多 火灾隐患也大大增加 火灾的数量及其造成的损失呈逐年上升趋势 在工业和 民用建筑 宾馆 酒店 图书馆 科研和商业部门 火灾报警系统已成为必要 的装置 本设计中的主体建筑是江苏省淮安市淮安信息职业技术学院的学生宿 舍楼 以此为应用对象研究火灾报警系统的设计和可靠性分析 火灾报警系统 对学生宿舍楼起着极其重要的安全保障作用 火灾报警控制器是火灾报警系统 的核心 本文对火灾报警控制器和探测器做了深入的研究 并全面阐述了火灾 报警控制器和探测器硬件和软件设计 关键词关键词 火灾报警系统 控制器 探测器 淮安信息职业技术学院毕业设计论文 ii 目 录 iii 目目 录录 摘 要 i 目 录 iii 第一章 绪论 1 1 1 课题的背景 1 1 2 火灾产生原理及过程 1 1 3 学生宿舍楼的概况 2 1 3 1 学生宿舍的结构 2 1 3 2 学生舍楼火灾的危险性 3 1 4 本文的工作内容 4 第二章 火灾报警系统简介 5 2 1 火灾报警系统概述 5 2 2 火灾报警系统的组成 6 2 2 1 火灾探测器 6 2 2 2 火灾探测器的分类 6 2 2 3 火灾探测器的分类 7 2 2 4 手动火灾报警按钮 8 2 2 5 火灾报警控制器 8 2 2 6 火灾报警控制器分类 8 2 2 7 火灾报警控制器的功能 8 2 2 8 工作原理 9 第三章 系统的电路设计 11 3 1 核心芯片选择 11 3 1 1at89s52 简介 11 3 1 2 集成温度传感器 12 3 1 3 气体传感器 12 3 1 4 数码管驱动芯片 12 3 2 单片机外围接口电路 13 3 3 信号处理电路 14 3 4a d 转换模块 15 3 5 声音报警电路 15 3 6 数码管显示电路 16 3 7 状态指示灯及控制键电路 17 3 8 报警器故障自诊断 17 第四章 火灾报警系统设计 19 4 1 系统的设计要求 19 4 2 系统设备的组成 19 4 3 防火区域和报警区域的划分 19 4 3 1 防火分区的划分 19 淮安信息职业技术学院毕业设计论文 4 3 2 防火分区的划分 20 4 4 火灾探测器的选择 21 4 4 1 火灾探测器的发展 21 4 4 2 火灾探测器的选择 21 4 4 3 火灾探测器的布置 22 4 4 4 火灾探测器数量的计算 23 4 4 5 火灾探测器的安装分布 24 4 5 手动报警按钮的设置 24 4 6 手动报警按钮的设置 25 4 6 1 消防联动控制设备的组成 25 4 6 2 消防联动控制系统设计 25 第五章 系统软件设计 27 5 1 整个系统的工作流程 27 5 2 软件设计 28 5 2 1 火灾报警系统软件设计的要求 28 5 2 2 火灾报警系统的工作流程 28 第六章 总结与展望 33 6 1 总结 33 6 2 展望 33 致 谢 35 参考文献 37 附录一 39 第一章 绪论 1 第一章第一章 绪论绪论 1 1 课题课题的背景的背景 火灾是世界上发生频率较高的一种灾害 几乎每天都有火灾发生 据联合 国 世界火灾统计中心 wfsc 2000 统计资料 全球每年约发生火灾 600 万 至 700 万次 全球每年死于火灾的人数约为 65000 人至 75000 人 欧洲和北美发生的火灾较多 死亡人数却相对较少 这与欧美发达国家的 生活水平高以及消防设施完善有关 亚洲居住人数最多 发生火灾次数较少 但死亡人数较多 这与亚洲经济发展程度不高 消防设施不完善等因素有关 火灾早已成为我国常发性和破坏性以及影响力最强的灾害之一 随着经济 和城市建设的快速发展 城市高层 地下建筑以及大型综合性建筑日益增多 火灾隐患也大大增加 火灾发生的数量及其造成的损失呈逐年上升趋势 我国 2000 年 中国火灾统计年鉴 记载 从 1950 年至 1999 年 全国共发生火灾 3258105 起 死亡人数 165499 人 伤 313766 人 直接经济损失 1828 亿元 我 国每年的起火次数较少 但死亡人数较高 这说明我国的消防保护体系对保 护生命安全还有一定的差距 因此现阶段有必要提高全民的防火安全观念 提 高我国消防设施水平 火灾作为危害人类生存的大敌 越来越受到人们的重视 一旦发生火灾 将对人的生命财产造成极大的危害 于是人们开始寻求一种早期发现火灾的方 法 以便控制和扑灭火灾 减少损失 保障生命安全 火灾报警系统就是为了 满足这一需求而研制出来的 并越来越被人们所接受 其自身技术水平也随着 人们需求的不断提高 在功能 结构 形式等方面不断地完善 1 2 火灾火灾产产生原理及生原理及过过程程 火灾是一种失去人为控制的由燃烧造成的灾害 产生火灾的基本要素是可 燃物 助燃物和点火源 可燃物以气态 液态和固态三种形态存在 助燃物通 常是空气中的氧气 根据可燃气体与空气混合方式不同有两种燃烧方式 如果 在燃烧前 可燃气就与空气均匀混合 则称之为扩散燃烧 液体和固体是凝聚 态物质 难与空气均匀混合 它们燃烧的基本过程是当从外部获取一定的能量 时 液体或固体先蒸发成蒸汽或分解出可燃气体 如 co 等 的分子团 灰烬 和未燃烧的物质颗粒悬浮在空气中 称之气溶胶 一般气溶胶的分子较小 直 径 0 01 微米 在产生气溶胶的同时 产生分子较大 直径 0 01 10 微米 的 液体或固态微粒称之烟雾 可燃气体与空气混合 在较强火源作用下预混燃烧 着火后 燃烧产生的热量使液体或固体的表面继续放出可燃气体 并形成扩散 燃烧 同时 发出含有红 紫外线的火焰 散发出大量的热量 这些热量通过 可燃物直接燃烧 热传导 热辐射和热对流 使火从起火部位向周围蔓延 导 淮安信息职业技术学院毕业设计论文 致了火势的扩大 形成火灾 其中的气溶胶 烟雾 火焰和热量称为火灾参量 通过对这些参量的测定使可确定是否存在火灾 根据火灾发生时产生现象的不同 可以将火灾分为慢速阴燃 明火和快速 发展火焰等 阴燃就是在疏松或颗粒介质中形成的缓慢进行的热解和氧化反应 它能长时间自行维持并传播 当条件发生变化时 或者自行熄灭 或者转化为 明火 明火则是火灾发生时燃烧火焰产生的热量使液体或固体的表面放出可燃 气体 并形成扩散燃烧 同时发出含有红 紫外线的火焰 快速发展火焰则是 火灾扩散的速度特别快 这种类型的火灾一般为空气中混有大量可燃气体 通 过大量的研究表明阴燃是诱发火灾的重要原因 总的来说 普通可燃物在燃烧时表现为以下形式 首先是产生燃烧气体 然后是烟雾 在氧气充足的条件下才能达到全部燃烧 产生火焰 发出可见光 和不可见光 并散发出大量热量 是环境温度升高 起火过程中 起初和阴燃 两个阶段所占的时间比较长 虽然产生大量的烟雾 但是环境温度不太高 若 探测器就应该从此阶段开始进行探测 就可以火灾损失控制在最小限度 火焰 燃烧后 迅速蔓延 产生大量的热使得环境温度升高 如果能将这时能探测到 有效的温度值 就可以比较及时地控制火灾 起火过程曲线如图 1 1 所示 图 1 1 起火过程曲线 1 3 学生宿舍楼的概况学生宿舍楼的概况 1 3 1 学生宿舍的学生宿舍的结结构构 该学生宿舍楼有两幢组成的 每一幢的结构都相同 共分六层 每一层的 结构都一样 每一幢学生宿舍楼的长度大约为 66m 宽度大约为 18 5m 每一 幢学生宿舍楼共有六层 每一层的结构也相同 每一层大约有 30 个学生宿舍 第一章 绪论 3 每个学生宿舍的长度大约为 8m 宽度大约为 3 3m 高度大约为 3m 简单的平 面图如图 1 2 所示 图 1 2 学生宿舍平面图 1 3 2 学生舍楼火灾的危学生舍楼火灾的危险险性性 现在的学生公寓较之以前的集体宿舍有了很大变化 内部的设施更加安全 住宿更加舒适 方便 但其潜在的火灾危险性就更大 1 可燃物多 学生公寓虽然大都是钢筋混凝土结构 但大量的室内设施 和陈设用具 如电脑等电器 木材和棉 麻 丝 纸制品 这些都是可燃物 增 加了建筑物内的火灾荷载 2 人员密集 易造成重大伤亡 学生公寓内的学生 一般一个房间最少住 2 名学生 最多达到 8 名学生 一座公寓往往住几百名学生 发生火灾时 由于 烟雾弥漫 人员心理紧张 很容易引起混乱 造成重大伤亡 3 学校管理和消防安全存在矛盾 目前 很多学校一方面为了安全 另 一方面为了方便对学生的管理 在公寓的楼梯间或对外出口均设置了铁栅栏门 使安全疏散通道不能保持畅通 一旦出现火灾及意外事故 给学生安全逃离火场 及组织人员施救将会带来很大困难 学校管理和消防要求之间的矛盾显得特别 突出 4 灭火设施配备不足 学生缺乏基本的灭火逃生常识 实际调查表明 我国高校大部分学生消防意识淡薄 由于从小到大从未接触过消防工作 对消防 常识知之甚少 有的连火警电话都不知道 对一些常见的灭火器材有的看都没看 过 更别谈如何使用 加上学生的好奇心强 学校在学生公寓配备的 灭火器材 往往得不到有效保管 经常被人为损坏 加上很多学校在公寓建设初期本身就 淮安信息职业技术学院毕业设计论文 缺少自动消防设施的投入 一旦不慎发生火灾后 常常导致不能及时扑救 使小 火酿成大灾 1 4 本文的工作内容本文的工作内容 本文采用烟雾传感器 温度传感器 at89s52 单片机以及 led 显示灯模块 设计了一种智能火灾报警器 可以实现声光报警 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功能 是一种结构简单 性能稳定 使用方便 价格低廉 智能化的火灾报警器 具有一定的实用价值 本系统采用 atmel 公司的 at89s52 单片机作为处理器 主要完成以下工 作 1 基于 at89s52 的火灾报警检测设计方案 2 温度传感器 ad590 离子烟雾传感器 a d 转换芯片 adc0809 的选 择以及与单片机的接口电路设计 第二章 火灾报警系统简介 5 第二章第二章 火灾报警系统简介火灾报警系统简介 2 1 火灾火灾报报警系警系统统概述概述 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 并同时显示出火灾发生的部位 记录火灾发生的时间 火灾自动报警系统的组成形式多种多样 它的发展目前可分为三个阶段 1 多线制开关量式火灾探测报警系统 这是第一代产品 目前国内极少数 厂家生产外 它基本上已处于被淘汰状态 2 总线制可寻址开关量式火灾探测报警系统 这是第二代产品 尤其式二 总线制开关量式探测报警系统目前正被大量使用 3 模拟量传输式智能火灾报警系统 这是第三代产品 目前我国已经开始 从传统的开关量式火灾探测报警技术 跨入具有先进水平的模拟量式智能火灾 探测报警技术的新阶段 它的系统的误报率降低到最低限度 并大幅度地提高 了报警的准确度和可靠性 目前火灾自动报警系统有智能型 全总线型以及综合型等 这些系统不分 区域报警系统或集中报警系统 可达到对整个火灾自动报警系统进行监视 但 是在目前的实际工程当中传统型的区域报警系统 集中报警系统和控制中心报 警系统仍得到较为广泛的应用 火灾自动报警系统的工作原理如图 2 1 所示 安 装在保护区的探测器不断的向所监视的现场发出巡检信号 监视现场的烟雾浓 度 温度等 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 当发生火灾时候 发出声光报警 显示火灾区域或 楼层房号的地址编码 并打印报警时间 地址等 同时向火灾现场发出警铃报 警 在火灾发生楼层的上下相邻层或火灾区域的相邻区域也同时发出报警信号 以显示火灾区域 各应急疏散指示灯亮 指明疏散方向 淮安信息职业技术学院毕业设计论文 灭火联动现场铃声 报警显示器 报警生光 火警按钮 控 制 器 火灾探测器 火警电话 烟雾 温度 现场正常状态 整定值 图 2 1 火灾自动报警系统原理图 2 2 火灾火灾报报警系警系统统的的组组成成 火灾自动报警系统是由触发器件 火灾报警装置 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 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称为触发件 主要包括火灾探测器和手动火灾报警 按钮 2 2 1 火灾探火灾探测测器器 火灾探测器是火灾自动报警系统的传感部分 是组成各种火灾自动报警系 统的重要组件 是火灾自动报警系统的 感觉器官 它能对火灾参数 如烟 温度 火焰辐射 气体浓度等 响应 并自动产生火灾报警信号 或向控制和指 示设备发出现场火灾状态信号的装置 火灾探测器是系统中的关键元件 他的 稳定性 可靠性和灵敏度等技术指标会受到诸多因素的影响 因此火灾探测器 的选择和布置应该严格按照规范进行 2 2 2 火灾探火灾探测测器的分器的分类类 目前火灾探测器的种类很多 按照不同的方式有不同的分类方法 根据监测的火灾特性不同 火灾探测器可分为感烟 感温 感光 复合和 可燃气体等五种类型 每个类型又根据其工作原理的不同而分为若干种 根据感应元件的结构不同 可分为 点型火灾探测器 线型火灾探测器 根据操作后是否能复位 可分为 可复位火灾探测器 不可复位火灾探测 器 火灾探测器的选择应符合下列要求 1 对火灾初期有阴燃阶段 产生大量的烟和少量的热 很少或没有火焰辐 射的 选用感烟探头 第二章 火灾报警系统简介 7 2 对火灾发展迅速 产生大量热 烟和火焰辐射的 选用感烟探头 感温 探头 火焰探头或它们的组合 3 对火灾发展迅速 有强烈的火焰辐射和少量烟 热的 选用火焰探头 4 对情况复杂或火灾形成特点不可预料的 可进行模拟实验 根据实验选 用适宜的探头 5 在不同高度的房间设置火灾探测器时可参照表 2 1 的规定 表 2 1 点型感烟 感温火灾探测器的实用高度 感温探测器 房间高度 m 感烟探测器 一 级二 级三 级 12 h20 不适合不适合不适合不适合 8 h12 适 合不适合不适合不适合 6 h8 适 合适 合不适合不适合 4 h6 适 合适 合适 合不适合 h4 适 合适 合适 合适 合 2 2 3 火灾探火灾探测测器的分器的分类类 1 探测区域内每个房间至少应布置一只火灾探测器 2 感烟探测器 感温探测器的保护面积和保护半径应该满足表 2 2 的规定 表 2 2 感烟 感温探测器的保护面积和保护半径 一只探测器的保护面积a 和保护半径r 房间坡度 15 15 30 30 火灾探测 器的种类 地面面积 s m2 房间高度 h m a m2 r m a m2 r m a m2 r m s 80h 12806 7807 2808 0 6 h 12806 71008 01209 9 感烟探测 器 s 80 h 6605 8807 21009 0 s 30h 8304 4304 9305 5感温探测 器 s 30h 8203 6304 9406 3 3 一个探测区域内所需设置的探测器数量 应由下式计算 n a s k 式中 n 一个探测区域所需设置的探测器数量 只 n1 取整数 s 一个探测区域的面积 m2 a 一个探测器的保护面积 k 修正系数 重点保护建筑 k 取 0 7 0 9 普通保护建筑 k 取 1 0 淮安信息职业技术学院毕业设计论文 4 在宽度小于 3m 以内的走廊顶棚上设置探测器时宜居中布置 感温探测 器的安装间距 l 不应超过 10m 感烟探测器的安装间距 l 不应超过 15m 探测 器至端墙的距离不应大于探测器间距的 1 2 5 探测器至墙壁 梁的水平距离不应小于 0 5m 并且探测器的周围 0 5m 内不应有遮挡物 6 房间被书架 隔断 设备等分隔且至顶棚或梁的距离小于房间净高 5 时 则每个被格开的部分至少安装一只探测器 7 探测器宜水平安装 如必须倾斜安装时 倾斜角不应大于 45 当屋顶 坡度 大于 45 时 应加木台或类似方法安装探测器 2 2 4 手手动动火灾火灾报报警按警按钮钮 1 手动火灾报警按钮概述 火灾自动报警系统应有自动和手动两种触发装置 各种类型的火灾探测器 是自动触发装置 而在防火分区疏散通道 楼梯口等处设置的手动火灾报警按 钮是手动触发装置 它应具有应急情况下 人工手动通报火警的功能 2 手动火灾报警按钮的设置 每个防火分区应至少设置一只手动火灾报警按钮 从一个防火分区内的任 何位置到最邻近的一个手动火灾报警按钮的距离 不应大于 30m 手动火灾报 警按钮宜设置在公共活动场所的出入口处 手动火灾报警按钮应设置在明显的 和便于操作的部位 当安装在墙上时其底边距地高度宜为 1 3 1 5m 且应有明 显的标志 手动火灾报警按钮宜与集中报警器连接 且应单独占用一个部位号 因为 集中控制器设在消防室内 能更快采取措施 所以当没有集中报警器时 它才 接入区域报警器 但应单独占用一个部位号 2 2 5 火灾火灾报报警控制器警控制器 火灾报警控制器是火灾自动报警系统心脏 具有下述功能 1 用来接受火灾信号并启动火灾警报装置 2 能通过火警发送装置启动火灾报警信号或通过自动消防灭火控制装置启 动自动灭火设备和消防联动控制器 3 自动地监视系统的正确运行和对特定故障给出声 光报警 2 2 6 火灾火灾报报警控制器分警控制器分类类 火灾报警控制器种类繁多 根据不同的方法可分成不同的类别 1 按控制范围可分为 区域火灾报警控制器 集中火灾报警控制器 控制 中心火灾报警控制器 2 按结构型式可分为 壁挂式火灾报警控制器 台式火灾报警控制器 框 式火灾报警控制器 第二章 火灾报警系统简介 9 3 按系统布线方式分为 多线制火灾报警控制器 总线制火灾报警控制器 2 2 7 火灾火灾报报警控制器的功能警控制器的功能 1 火灾报警 当收到探测器 手动报警开关 消火栓开关及输入模块所配 接的设备所发来的火警信号时 均可在报警器中报警 2 故障报警 系统运行时控制器分时巡检 若有异常 设备故障 发出声 光报警信号 并显示故障类型及编码等 3 火警优先 在故障报警或已处理火警时 若发生火警则报火警 而当火 警清除后又自动报原有的故障 4 时钟与火灾发生时间的记忆 系统中的时钟走时通过软件编程实现 具 有相应的存储单元 记忆事故发生时间 5 自检功能 为了提高报警系统的可靠性 控制器设置了检查功能 可定 期或不定期的进行模拟火警检查 2 2 8 工作原理工作原理 控制器把火灾探测器传来的信号进行处理 报警 从原理上讲无论是区域 报警控制器还时集中报警控制器都遵循同一工作模式 即收集探测信号 输入 单元 自动监控单元 输出单元 工作原理如图 2 2 所示 探测源回 路 辅助 输入 键盘 输入 转换 输 入 控 制 接 口 单 元 时钟显示单元 自 动 监 控 单 元 输 出 控 制 接 口 单 元 声报警单元 光报警显示单元 辅助指示单元 辅助控制单元 报警信息中断 图 2 2 火灾控制器原理 淮安信息职业技术学院毕业设计论文 第三章 系统的电路设计 11 第三章第三章 系统系统的电路设计的电路设计 3 1 核心芯片核心芯片选择选择 在火灾报警器的设计中 单片机是其核心部件 它一方面要接收来自传感 器送来的温度 烟雾对应的模拟信号和故障检测信号 另一方面要对这两种信 号分别进行处理 以控制后续电路进行相应动作 与此同时查询是否有键按下 的请求 在单片机完成这些工作的过程中 尤其是信号处理中 比较浓度值后 送入显示的软件实现比较复杂 要求单片机具备较快的运算速度 使检测人员 能够较准确地观测到烟雾浓度 并根据情况进行相应的处理 并且也要考虑选 择低价实用的机型 并为研制同一系列的低功耗产品做准备 根据多方面的比 较 本设计选用 atmel 公司的 at89s52 单片机作为控制器 3 1 1at89s52 简简介介 at89s52 是一个低功耗 高性能的 cmos 8 位单片机 片内含 4k bytes isp 的 可反复擦写 1000 次的 flash 只读程序存储器 器件采用 atmel 公司的高密度 非易失性存储技术制造兼容标准 mcs 51 指令系统及 80c51 引脚结构 芯片内 集成了通用 8 位中央处理器和 isp flash 存储单元 功能强大的计算机 at89s52 可为许多嵌入式控制应用系统提供高性价比的解决方案 at89s52 片内集成 256 字节程序运行空间 8k 字节 flash 存储空间 支持 最大 64k 外部存储扩展 根据不同的运行速度和功耗的要求 时钟频率可以设 置在 0 33m 之间 片内资源有 4 组 i o 控制端口 3 个定时器 8 个中断 软件 设置低能耗模式 看门狗和断电保护 可以在 4v 到 5 5v 宽电压范围内正常工 作 不断发展的半导体工艺也让该单片机的功耗不断降低 根据本次设计的具 体情况 采用双列直插 dip 40 封装 at89s52 的引脚图如图 3 1 所示 淮安信息职业技术学院毕业设计论文 图 3 1 dip 40 封装 at89s52 引脚 3 1 2 集成温度集成温度传传感器感器 ad590 是美国 analog devices 公司生产的一种电流型二端传感器 由于 ad590 是电流型温度传感器 它的输出同绝对温度成正比 及 1a k 而数 模转换芯片 adc0809 的输入要求是电压量 所以在 ad590 的负极接出一个 10 千欧的电阻 r1 和一个 100 欧的可调电阻 w 将电流量变为电压量送入 adc080 通过调节可调电阻便可在输出端 v 获得与绝对温度成正比的电压量 t 即 10mv k 温度 0 时输出为 0 温度 25 时输出为 2 982v 这样便于 a d 转 换器采集数据 3 1 3 气体气体传传感器感器 火灾中气体烟雾主要是 co 和 co tgs202 气体传感器能探测 2 co co 甲烷 煤气等多种气体 它灵敏度高 稳定性好 适合于火灾中气 2 体的探测 如上图所示 当 tgs202 探测到 co 或 co 时 传感器的内阻变小 2 v 迅速上升 选择适当的电阻阻值 使得当气体浓度达到一定程度 如 co 浓 a 度达到 0 06 时 v 端获得适当的电压 设为 3v a 3 1 4 数数码码管管驱动驱动芯片芯片 icm7218 是 intersil 公司生产的一种性能价格比较高的通用 8 位 l ed 数码管驱动电路 28 脚双列封装 是一种多功能 l ed 数码管驱动芯片 可与多种 单片机接口使用 icm7218 的输出可直接驱动 l ed 显示器 不需外接驱动电路 第三章 系统的电路设计 13 工作电压为 5v 其构成的显示电路结构简单 使用方便 同样由单片机向 icm7218 写控制字及数据 编程部分像给外部 ram 写数据一样简单 当单片机写入模式控制字后 icm7218 以约定的方式接收显示数据并将数 据写入静态显示 ram 中 数据接收结束 icm7218 在扫描控制电路的控制下 按设定的译码模式 以动态扫描显示方式向段显示驱动器和位控驱动器发出控 制信号 直到下一个控制字写入前 不停地进行动态显示工作 其引脚图和内 部框图如图 3 2 所示 图 3 2 icm7218 引脚图及内部框图 3 2 单单片机外片机外围围接口接口电电路路 at89s52 单片机外围接口电路如图 3 3 所示 主要包括 1 晶振电路 内部时钟电路的晶振频率一般选择在 4mhz 12mhz 之间 该设计选用 6mhz 外接两个谐振电容 该电容的典型值为 30pf 该设计选 用 33pf 2 复位电路 单片机复位采用按键高电平复位 而单片机在平时则复位 端为低电平 0 3 直流电源 供单片机工作 淮安信息职业技术学院毕业设计论文 图 3 3 单片机外围接口电路 3 3 信号信号处处理理电电路路 图 3 4 信号处理电路 对于传感器输出的模拟信号 一般要用运算放大器对其进行调理或放大 以满足 a d 转换器对输入模拟量幅值及极性的要求 在本报警器电路中 同样 要对两类传感器的输出信号进行放大调理 电路图如上图 3 4 所示 运算放大器 接成电压放大电路 从传感器采集过来的微弱电压信号 经过电压放大器的放 大 得到较强的模拟电压信号 采样时 把相应的模拟电压信号从 vi 端送进 lm324a 进行放大处理后 从 vo 端输出送入 a d 转换电路 第三章 系统的电路设计 15 3 4a d 转换转换模模块块 经气敏传感器所检测的电压信号为模拟信号 无法直接被单片机所识别 所以在经过放大电路后对信号进行 a d 装换 将模拟信号转化为数字信号输入 单片机 a d 转换电路采用了常用的 8 位 8 通道数模转换常用芯片 adc0809 烟雾 温度传感器的输出端分别接到 adc0809 的 in0 和 in1 adc0809 的通道选择 地址由 at89s52 的 p0 0 p0 2 经地址锁存器 74ls373 输出提供 当 p2 7 0 时 与写信号 wr 共同选通 adc0809 其中 ale 信号与 st 信号连在一起 在 wr 信号的前沿写入地址信号 在其后沿启动转换 图中 adc0809 转换结束状态信 号 eoc 接到 at89s52 的 int1 引脚 当 a d 转换完成后 eoc 变为高电平 表示转换结束 产生中断 在中断服务程序中 将转换好的数据送到指定的存 储单元 由于 adc0809 片内无时钟 故利用 8051 提供的地址锁存使能信号 ale 经 d 触发器二分频后获得时钟 因为 ale 信号的频率是单片机时钟频率的 1 6 如果时钟频率为 6mhz 则 ale 信号的频率为 1mhz 经二分频后为 500khz 与 adc0809 的典型值吻合 电路图如图 3 5 所示 图 3 5 a d 转换电路 3 5 声音声音报报警警电电路路 由 at89s52 的 21 脚实现声音报警控制 当可燃性气体浓度或温度超过限定 值时 将 p2 0 置为低电平 三极管导通 扬声器发出鸣叫报警 其电路原理图 如图 3 6 所示 淮安信息职业技术学院毕业设计论文 图 3 6 声音报警电路图 3 6 数数码码管管显显示示电电路路 数据采集进来并被成功地由模拟量转化为数字量后 就被传送到系统的显 示模块 让人们更直接地观察到相关数据 在本系统中 对 led 进行的是动态 扫描 除了给显示器提供段的输入之外 还要对显示器进行位控制 显示器的 第一位显示所选择的通道号 而后三位则显示该通道传送进来的相应的数字量 本系统显示用的 4 位七段数码管由数码管专用驱动芯片 icm7218a 驱动 27 3 1 25 2 24 26 脚分别接数码管的 a b c d e f g 15 16 23 20 脚为位选 分别控制 4 位数码管的亮灭 id0 7 为数据线 接单片机 p0 口 write mode 是写控制位和模式控制位 分别接单片机 p3 6 p2 6 其电路图如图 3 7 所示 图 3 7 数码管电路图 第三章 系统的电路设计 17 3 7 状状态态指示灯及控制指示灯及控制键电键电路路 123456 a b c d 654321 d c b a title numberrevisionsize b date 18 may 2010sheet of file c program files design explorer 99 se library sch mydesign5 ddbdrawn by d1 红 d2 红 d3 红 r5 470 r4 470 r3 470 vcc p2 2 p2 3 p2 4 图 3 8 指示灯 图 3 9 控制按键 状态指示灯及控制键电路如图 3 8 3 9 所示 单片机 at89s52 的 p2 2 p2 3 p2 4 控制输出的状态指示灯 绿灯亮表示正常状态 环境中没有 火灾危险 黄灯亮表示传感器加热丝发生断线或者接触不良 红灯亮表示环境 中烟雾浓度 温度超过报警限值 提醒用户尽快采取相应措施 控制键电路采用独立式按键设计 4 个按键分别接到片 p1 0 p1 1 p1 2 和 rst 对于这种键各程序可以采用中断查询的方法 功能就是 检测是否有 键闭合 如有键闭合 则去除键抖动 判断键号并转入相应的键处理 4 个键定 义如下 p2 1 s1 功能转换键 按此键则开始键盘控制 p2 5 s2 加 按此键则温度设定值加一度或烟雾浓度增加 0 01 p2 6 s3 减 按此键则温度设定减少一度或烟雾浓度减少 0 01 rst s4 复位键 使系统复位 3 8 报报警器故障自警器故障自诊诊断断 判断传感器电源连接情况 在传感器的地端串联一个电阻 r 当传感器正常 连接时 电阻和传感器分压 此时电阻两端有微弱的电压 单片机可以通过 p2 1 口检测到 如果如果传感器电源连接不正常 则会产生断路 检测到电阻 两端电压为 0 淮安信息职业技术学院毕业设计论文 第四章 火灾报警系统设计 19 第四章第四章 火灾报警系统设计火灾报警系统设计 根据上述淮安信息职业技术学院学生宿舍楼的概况级其火灾的特点对其进 行设计火灾系统的设计 4 1 系系统统的的设计设计要求要求 对学生宿舍楼报警系统的设计 主要从以下几个方面来考虑 1 设备的选型 选择世界上先进的产品 要把可靠性作为首要的选择条件兼顾其经济性 实用性及适用性 2 设备的正确配置 根据学生宿舍楼的使用环境的配置设备 使设备最大限度的发挥它们的作 用 使其能最早期的探测到火灾 给人与警示并联动灭火系统进行灭火 3 系统的供电 选择合理经济的供电方式来保证系统供电的可靠性 为系统的正常运行提 供可靠的电源保障 4 系统的接地 良好的接地时提高电子设备电磁兼容性的重要手段之一 正确的接地才能 抑制干扰的影响 而错误的接地反而能引入严重的干扰而影响系统的可靠性 4 2 系系统设备统设备的的组组成成 根据该学生宿舍楼的结构分布特点 走廊两边都是墙 不容易起火灾 则 不装火灾探测器 只装报警铃 每个宿舍空间比较小 四面几乎都是墙面不利 于降温 排烟 则在宿舍安装感温探测器和感烟探测器 由于每间宿舍的高度 是 3m 根据表 2 1 可知 安装火灾探测器比较合适 更能快速探测到火灾的情 况 并能及时的报警 该学生宿舍楼火灾报警系统设备配置有火灾报警控制器 感烟探测器 感 温探测器 手动报警按钮 a d 转换 输入模块 控制模块 专线模块 火灾 事故广播系统 专用电话 4 3 防火区域和防火区域和报报警区域的划分警区域的划分 4 3 1 防火分区的划分防火分区的划分 学生宿舍楼共六层 每一层的结构都一样 每层高度大约为 3 3m 总共大 约为 19 8m 每层建筑面积为 1221m2 依据 火灾自动报警系统设计规范 将 其界定为二级保护对象 依据 高层民用建筑防火设计规范 该建筑为二类 建筑 耐火等级为二级 在划分防火分区时应该满足表 4 1 的规定 高层建筑 淮安信息职业技术学院毕业设计论文 内应采用防火墙等划分防火分区 每个防火分区允许最大建筑面积 不应超过 下表的规定 表 4 1 每个防火分区的允许最大建筑面积 建建筑筑类类别别每每个个防防火火分分区区建建筑筑面面积积 m2 一类建筑1000 二类建筑1500 地下室500 注 1 设有自动灭火设备的防火分区 其最大允许建筑面积可按本表增加一 倍 局部设置时 增加面积可按局部的一倍计算 2 高层主体建筑与相连的附属建筑之间 如设有防火墙等防火分隔设施 其附属建筑的防火分区面积可按本表增加一倍 由于学生宿舍楼设有自动喷水灭火系统设备允许把建筑面积增加一倍 所 以把每层划分为一个防火分区 共分为六个防火分区 4 3 2 防火分区的划分防火分区的划分 火灾报警系统的保护对象形式多样 功能各异 规模不等 为了便于早期 探测 早期报警 方便日常的维护管理 在安装的火灾自动报警系统中 人们 一般都将其保护空间划分为若干个报警区域 每个报警区域又划分了若干个探 测区域 这样这可以在火灾时 能够迅速 准确地确定着火部位 便于有关人 员采取有效措施 因此 所谓报警区域就是人们在设计中将火灾自动报警系统的警戒范围按 防火分区或楼层划分的部分空间 是设置区域火灾报警控制器的基本单元 一 个报警区域可以由一个防火分区或同楼层相邻几个防火分区组成 但同一个防 火分区不能在两个不同的报警区域内 同一报警区域也不能保护不同楼层的几 个不同的防火分区 1 报警区域的划分 根据 火灾自动报警系统设计规范 的规定 报警区域宜由一个防火分区 或同楼层的几个相邻的几个组成 所以把每层分别单独作为一个报警区域 满 足火灾自动报警系统设计规范的规定 2 探测区域的划分 由于该建筑为二级保护对象 规范规定 探测区域应按独立房 套 间划分 一个探测区域的面积不宜超过 500m2 从主要人口能看清其内部 并且面积不 超过 1000m2 的房间 也可划为一个探测区域 根据以上的规定我把学生宿舍 楼的探测区域划分如下 第四章 火灾报警系统设计 21 1 由于学生宿舍楼每层都是分成一个个的宿舍 所以把每层的每个宿舍 单独划分为一个探测区域 2 把敞楼梯间单独划分为一个探测区域 每隔 2 3 层划分为一个探测区 域并且设置一个火灾探测器 3 把电缆竖井单独划分探测区域并装设火灾探测器 一则是恐怕竖井形 成拔烟火的通道 二则是恐怕发生火灾时火势沿电缆延燃 对电缆竖井装设火 灾探测器是十分必要 并配合竖井的防火分隔要求 每隔 2 3 层或每层安装一 个 4 4 火灾探火灾探测测器的器的选择选择 4 4 1 火灾探火灾探测测器的器的发发展展 纵观火灾探测器的发展历史 火灾报警探测器已由 开关量报警方式 过 渡到 模拟量报警方式 所谓 开关量报警方式 是指火灾报警探测器在其 内部电路设计过程中 人为地赋予它一个固定的报警阀值 这一类火灾自动报 警系统所接收的报警信号中只存在 有火警 和 无火警 两种状态 当探测 器在探测区域内受到诸如潮湿 粉尘 温度及元件参数变化等非火灾因素影响 时 系统可能会发生误报现象 模拟量报警方式 与 开关量报警方式 的 根本区别在于 模拟量火灾探测器内部电路不存在报警阀值 探测器将烟雾浓 度或环境温度等报警因素转换成为具有一定值的数据信号 即 模拟量信号 这个模拟量信号随着报警因素的变化而变化 火灾报警控制器循环往复地接收 这个模拟量信号 并由其内部的单片计算机进行相应的数据处理 计算机程序 自动地为每个探测器设定一个初始值和两个阀值 预火警值 火灾报 警值 在火灾发生时 探测区域内烟雾浓度急剧增加 由探测器发回的模拟 量信号也将迅速增强 当其数值达到且超过预火警值时 火灾报警控制器将发 出 预火警 信号 如果烟雾浓度不再继续上升 则停止预火警报警 预火 警 信号消失 若烟雾浓度仍继续上升 并达到火灾报警浓度 则火灾报警控制 器立即发出火灾报警信号和一系列灭火联动指令 由此可见 模拟量火灾自动 报警系统能够对其所接收到的模拟量信号进行判别和分析 从而提高了系统的 稳定性和可靠性 降低了误报率 4 4 2 火灾探火灾探测测器的器的选择选择 学生宿舍楼是居住型的建筑 每个宿舍里都是棉被 文件 文献等物品 在发生火灾的时候会产生大量的烟雾 所有我选择感烟探测器作为图书馆的火 灾的主要探测工具 在火灾自动报警系统设计过程中选择设备的可靠性与误报率是设备选型时 不得不考虑的因素 在满足性能价格比高的前提下 要求尽可高的系统可靠性 淮安信息职业技术学院毕业设计论文 和尽可能低的误报率是我们设计者所追求的共同目标 从追求卓越的理想角度 出发 选用最先进设备产品 但从节省投资的现实角度出发 选用较佳的设备 但是不能放松和降低对于系统可靠性和误报率基本要求 目前大量使用的离子 感烟探测器对各种明火烟雾检测效果较好 对阴燃烟雾也能检测 但易受探测 环境影响 误报率较高 由于使用了放射源 易对环境造成污染 光电感烟探 测器是利用红外光散射的原理来进行烟雾浓度的探测 对环境不存在污染问题 对阴燃火烟雾的探测性能明显优于离子探测器 通过以上比较及根据图书馆的 实际情况 我选用北京狮岛消防电子有限公司的 sd6800 型智能数字光电感烟 探测器 4 4 3 火灾探火灾探测测器的布置器的布置 根据 火灾自动报警系统设计规范 的规定 我对图书馆的火灾探测器进 行如下布置 1 探测区域内的每个房间按照面积的大小设置火灾探测器的数量 至少 保证每个房间设置一只火灾探测器 2 感烟探测器 感温探测器的实际安装间距 根据探测器的保护面积 a 和保护半径 r 确定 满足探测器安装间距的极限曲线 d1 d11 含 d9 所规定 的范围 如图 4 1 探测器安装间距的极限曲线所示 第四章 火灾报警系统设计 23 图 4 1 探测器安装间距的极限曲线 注 a 探测器的保护面积 m2 a b 探测器的安装间距 m d1 d11 含 d9 在不同保护面积 a 和保护半径 r 下确定探测器安装 间距 a b 的极限曲线 y z 极限曲线的端点 在 y 和 z 两点间的曲线范围内 保护面积可得 到充分利用 3 每个探测区域内应该设置的探测器数量 具体根据下式计算 n a s k 式中 n 一个探测区域所需设置的探测器数量 只 n1 取整数 s 一个探测区域的面积 m2 淮安信息职业技术学院毕业设计论文 a 一个探测器的保护面积 m2 k 修正系数 重点保护建筑 k 取 0 7 0 9 普通保护建筑 k 取 1 0 在 本次设计过程中取 0 9 4 在走廊内设置的探测器居中布置 感烟探测器的安装距离在 15m 以内 感温探测器的安装距离在 10m 以内 同时探测器到墙的距离在探测器安装距离 的一半以内 探测器距墙的距离不应小于 0 5m 保证探测器周围 0 5m 内 没 有遮挡物 4 4 4 火灾探火灾探测测器数量的器数量的计计算算 1 感烟探测器数量的计算 淮安信息职业技术学院学生宿舍楼每层高在 3m 房间的坡度小于 15 根 据以上条件查表 2 2 得保护面积 a 60m2 保护半径 r 5 8m 所以 保护直 径 d 2r 2 5 8 11 6m 根据 d 11 6m 在图 3 2 中对应的保护面积 a 60 m2的曲线上取一点 保证 此点在粗实线上 这点所对应的数值 即安装距离 a b 值 由此得到 a 7 5m b 8m 在满足规范对探测器设置位置要求的前提下 根据上述条件 计算探测器的数量如下 每个宿舍 s 26 4m2 根据建筑的重要性选择 k 0 9 根据公式 367 0 809 0 4 26 ak s n 只 为了布置的需要取 1 只 因此 每个宿舍都安装一个感烟探测器 2 感探测器数量的计算 同样 学生宿舍楼每层高在 3m 每个宿舍地面面积为 26 4m2 房间的坡度小 于 15 根据以上条件查表 2 2 得保护面积 a 30m2 保护半径 r 4 4m 所 以 保护直径 d 2r 2 4 4 8 8m 根据 d 8 8m 在图 3 2 中对应的保护面积 a 30 m2的曲线上取一点 保证 此点在粗实线上 这点所对应的数值 即安装距离 a b 值 由此得到 a 7 5m b 4 5m 在满足规范对探测器设置位置要求的前提下 根据上述条 件计算探测器的数量如下 每个宿舍 s 26 4m2 根据建筑的重要性选择 k 0 9 根据公式 第四章 火灾报警系统设计 25 978 0 309 0 4 26 ak s n 只 为了布置的需要取 1 只 因此 每个宿舍都安装一个感温探测器 4 4 5 火灾探火灾探测测器的安装分布器的安装分布 按照 4 4 4 这一节中的计算 对于每个感烟探测器的间距为 7 5m 对于每 个感温探测器的间距为 7 5m 但由于每个宿舍的面积较小 仅仅有 26 4m2 且 每个宿舍只安装一个感烟探测器和一个感温探测器 所以无需用到 4 4 4 节中计 算出的安装距离 但现在 一个宿舍中的感烟探测器 感温探测器的安装距离又是多少呢 我设计它们之间的安装距离是这样的 把宿舍看似一个平面 在长方向分成三 等分 在宽方向分成二等分 三条虚线的交点 a b 就是安装感烟探测器和 感温探测器的位置 详见下图 4 2 这样 两个火灾探测器能够全面地探测到整 个宿舍 图 4 2 两个火灾探测器的安装分布 4 5 手手动报动报警按警按钮钮的的设设置置 手动报警按钮是火灾自动报警系统中的手动触发装置 它具有在紧急的情 况下人工手动通报火灾的功能 手动报警按钮在消防控制中心的控制盘上设有 专用的独立的报警显示部位号 有明显的显示标志 当发生火灾的时候向消防 控制中心发出火灾信号 消防中心的设备经过信息的分析处理 显示火灾的部 位 启动有关的灭火设备 根据学生宿舍楼的建筑实际情况我在每层设置 2 只手动报警按钮 分别设 置在两个楼梯口 其底边距地高度宜为 1 3 1 5m 保证在一个防火分区的任何 位置到最近的一个火灾手动报警按钮的距离不大于 30m 满足 火灾自动报警 系统规范 规定 在设计过程中选用北京狮岛电子消防有限公司的 sd6110 型 手动火灾报警按钮 该产品自带编码 直接并入探测总线回路 还可以作消火 栓按钮使用 a b 淮安信息职