火灾报警电路

山西职业技术学院毕业论文 16毕 业 (设 计) 论 文题目： 火灾报警电路 系 部： 电气工程与自动化系 专 业： 机电一体化 班 级： 姓 名： 指导教师： 山西职业技术学院目 录摘 要21 绪论41.1引言41.2火灾自动探测报警技术的发展历史41.3国内外火灾报警系统的现状及发展情况61.4火灾报警系统的技术差距和发展趋势72火灾报警控制系统的组成及工作原理92.1火灾报警控制系统的组成92.1.1火灾报警探测器92.1.2火灾报警控制器102.2火灾探测原理102.3火灾报警控制系统的原理112.4本章小结113火灾报警系统的电路设计123.1设计要求123.2设计方案及原理框架图123.3单元电路设计及主要元器件参数计算123.4电路图13总结与展望14参考文献16摘 要火灾作为一种认为灾害，是指火源失去控制蔓延发展而给人民带来生命财产带来损失的一种灾害性燃烧现象。火灾还是一种终极型灾害，任何其他灾害最终都可导致火灾。火灾能燃烧掉人类经过辛勤劳动创造的物质财富，使工厂、仓库、城镇、乡村和大量生产生活物资化为灰烬，一定程度上影响这社会经济的发展和人们的正常生活。火灾还污染了大气，破坏了生态环境。火灾不仅使一些人陷于困境，它还涂炭生灵，夺去许多人的生命和健康，造成难以消除的身心痛苦。据世界火灾统计中心及欧洲共同体研究测算，如火灾直接损失占国民经济生产总值的2，整个火灾的损失将占国民经济生产总值的10以上。现代社会空前发展，积累了巨大的社会财富。特别是在城市地区，社会人口相对集中，建筑设施鳞次栉比，一旦发生火灾，会严重危害人们的生命财产安全，造成惨重的损失。因此，我国政府高度重视消防安全工作。在我国，火灾危害之烈，损失之巨，不亚于地震和洪水的危害。近年来，我国城市火灾频频，深圳、广州、上海、长沙、石河子、吉林、浙江等地发生的特大火灾所造成的危害及后果，给人们留下了极其深刻的印象，火灾给国家和人民的生命财产造成了巨大的损失。随着各类建筑的不断发展，建筑规模越来越大，层次越来越高，建筑的标准也越来越高。新建的各类大楼都具备人员密集、设备先进、功能多、装饰豪华等特点，因此，火灾自动报警和自动灭火系统已成为高层建筑不可缺少的重要组成部分。众所周知，建筑火灾给人类造成的损失是巨大的。火灾往往发生在人群稠密和物资集中的地方，扩展的速度较快，而这些地区的消防通道又常常拥堵，消防车难以进入，消防灭火工作难以展开，往往小的火灾却酿成大的灾祸。因此，我们必须按照“隐患险于明火，防患胜于救灾，责任重于泰山的概念，做好防范工作，只有严格按照消防规范的规定进行消防设计、施工，才能限制火灾蔓延的范围，及时发现和扑救火灾。随着电子技术和计算机技术的迅速发展，国际上已将该技术广泛地应用于消防报警系统和消防灭火系统。目前我国新建的建筑中也广泛地采用了消防自动报警系统，就是将着火时的烟、光、温度等环境参数的变化通过相应的探测器探测后传给中央处理主机，通过电脑的快速分析，判断是否着火并将着火情况快速地报警，同时启动消防自动灭火系统，控制火情；启动紧急广播系统和人群疏散指导系统，使建筑物内的人员快速撤离；关闭防火卷帘门对火区进行隔离；启动排烟系统将有毒气体排出，尽可能地控制火情，减少人员伤亡，降低财产损失。消防报警系统就是一种及时发现和通报火情并采用措施控制扑灭火灾的自动消防设施。要保证大楼内人员、设备的安全，随时监控设备的运行环境，系统的没置即使投资大一些也应选用较先进、高可靠性、误报率低的产品。火灾报警系统在完全脱离其他系统或网络的情况下独立地正常运行和操作，完成自身所具有的防灾和灭火的功能，具有绝对的优先权。火灾报警系统的结构、组成、功能都应符合我国现行的规范。现代化住宅、商场、工厂等人口密集公共场所，应具备一套满足其功能要求的自动火灾报警系统。火灾报警系统正是为了保证人民的生活生产稳定而启用的。火灾报警系统的专业设备系统应设置先进、结构合理、功能齐全、运行可靠。关键词：火灾报警 探测器 热敏电阻 比例运算电路 单限比较器 声光报警电路.1 绪论1.1引言 火灾是世界上发证频率较高的一种灾害，几乎每天都有火灾的发生，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，全国共发生火灾起，死亡人数人，伤人，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火灾自动探测报警技术的发展历史随着人类社会的发展，人们居住、生活、工作的地方越来越集中，火灾的隐患也越来越大。如何将火灾造成的损失降低到最低限制，其中最有效的方法之一就是早期发现，并在蔓延前将其扑灭，纵观一百多年来，火灾自动报警技术主要经历了以下一些发展阶段：初期阶段是用一些简单的分立元件构成的火灾自动报警系统，从19世纪到四十年代一直延续到20世纪四十年代，这期间感温探测器占主导地位，火灾自动报警系统的发展处于初级阶段。早在1847年美国牙科医生钱林（Channing）和缅因大学教授华迈尔（Farmer）研究出世界上第一台用于城镇火灾报警的发送装置，1852年成功安装在波士顿。1890年英国科学家研制成功感温式火灾探测器，开创了火灾自动探测报警技术的新纪元。但由于感温式火灾探测器灵敏度比较低，探测火灾的速度也比较慢，尤其对阴燃火灾往往不响应，因此，它一直无法较好地实现火灾早期报警的要求。第二阶段从20世纪五十年代至七十年代，这期间感烟探测器得到了大力发展，感温火灾探测器处于次要地位。“先见烟后见火”，用感烟的方法来探测火灾使人类在实现火灾早期报警发面迈进了一大步，此时的系统一般是多限制（N+1线或更多线），其特点是稳定性、可靠性差，布线复杂，调试难度大。从20世纪四十年代末期开始，瑞士物理学家埃斯特迈里（EnrstMcili）博士开始研究离子式感烟探测器，并获得成功。由于离子式探测火灾比感温探测器快得多，它的出现立刻引起了人们的重视并很快得到了广泛的应用，自问世以来便一直统治着火灾探测器的市场。最初的火灾自动报警装置为开关量多线制的报警系统。其探测器采用设置了固定阀值的开关量探测器。控制器由逻辑集成电路、可控硅、继电器和分立器件构成。探测器与控制器之间采用多线制联接。当探测器多探测到的信息变化到达设定的阀值后，开关电路接通，发出报警信号。信号经导线传递给控制器，控制器接收到信号后便发出报警。这种报警系统存在着明显的弊病。首先报警是由探测器控制的，无论是火情还是探测器周围环境的变化，如空气温度、温度变化、气流大小以及气压高低等，只要探测器探测的信息变化达到了其设定的闽值，就发出报警，误报率高。其次，探测器与控制器之间的联线繁多，使线路出现故障的可能性增大，并且安装和维护十分困难。其三，控制器对信号的处理是靠硬件电路适当联系实现的，故电路复杂，可靠性差，也导致误报率较高。第三阶段从八十年代开始至今。总线制火灾自动报警系统蓬勃兴起，它同以前的产品相比有了很大的飞跃，布线工作显著减少，安装调试变得容易，降低了安装和维修费用，其最大优点是施工简单并能精确确定报警部位，因而得到了较普遍的应用。为了解决多线制报警系统的诸多弊病，人们对其进行了改进。首先，用计算机CPU作控制器的中央处理器，使原来的某些硬件电路功能用软件代替，使系统硬件的可靠性得到改善，加上灵巧的程序设计，可靠性进一步提高。其次，改多线制为二总线制，使若干探测器拄在同一条总线上与控制器相联。布线灵活、安装维护十分方便。二总线报警系统虽然在一定程度上提高了报警的准确性，但其探测器易受环境影响的弊病仍然存在。为了解决这一问题，人们研制出了模拟量火灾自动报警系统。在模拟量火灾自动报警系统中，探测器不是以阂值方式报警，而是将探测到的烟雾密度和温度转化成数据，传送给控制器，控制器的CPU根据采集、存储的数据的变化率，对火灾进行判断。第四阶段：在总线制系统出现后不久，随着微电子、计算机、传感器、智能技术的发展，出现智能化火灾自动报警控制系统。它标志着火灾自动报警监控系统已进入一个全新的发展时期。随着技术的不断进步，智能系统已突破传统的火灾探测报警范畴，它与建筑物内的防盗报警系统，电视监控系统，信息交换系统，组成自动系统。时至今日，人们又在模拟量自动报警系统的基础上研制出了分布智能型的火灾自动报警系统。它与前者的主要区别在于，分布智能型报警系统在探测内外加进了CPU，使其具有一定的智能，可以多火灾特征信号直接进行分析，作为初步的判断，并将结果传送给控制器。控制器将探测器的信息进一步做复杂的自动处理，得出最后的判断结果。火灾自动报警系统是随着各种新工艺、新技术的涌现不断得到发展，其趋势将是复合探测器。其发展趋势还在于网络型火灾报警控制系统将得到大力发展，并为建立城市自动消防通讯指挥系统创造条件。1.3国内外火灾报警系统的现状及发展情况国外一些较发达的国家，具有火灾预防、报警、扑救、善后处理等比较完善的消防体系。政府每年都要拨出大笔资金用于消防设备更新、人员培训以及消防设施维护。德国、日本、美国等国家就采用计算机与用户终端的传感器或者用户终端信号采集器相连，对火灾自动报警设备实时监控以及故障远程传输。例如：美国、加拿大、英国、澳大利亚、日本等国家在建设和应用城市火灾自动报警监控系统方面均有可供借鉴的成功经验。他们将自动火灾报警作为公共报警手段接入监控系统，并有效运行多年，使消防指挥中心能够快速准确判断火灾地点、火灾类型，并调度消防部队迅速到达现场，自动报警监控系统在此起到了很大的作用。此外，这些国家在监控系统管理方面比较规范，专门成立一个监控服务机构，该机构的责任是保证火灾报警数据通信畅通，为用户服务，对用户负责，同时向消防不对传送可靠的火灾报警信息，而消防部门的主要责任是对此类服务机构进行资质审查及监督管理。这种管理运作方式已经取得了良好的效果。我国火灾报警系统起步较发达国家晚十年，从上世纪70年代我国才开始研制生产火灾报警系统产品。进入80年代后，国内主要厂家也多事模仿国外产品，或是引进国外技术进行生产，没有真正意义上的核心技术，并且市场也刚刚开始发育。火灾报警产品真正发展是在90年代以后，随着政府逐渐开放国门，国外企业开始大量进入中国消防市场，带来先进技术的同时也促进了市场的成熟。这时期，我国生产火灾报警产品的企业也得到了快速的发展，部分企业进行了合资生产、技术合作，取得了不菲的成绩，也造就了现今市场上许多有实力的商家，部分技术已经接近或赶上国际水平。1.4火灾报警系统的技术差距和发展趋势（1） 采用智能技术处理传感器提供的火灾信息 这一方面国内外技术差距较大。近年来国内不少企业应用树立计算机和机算机技术，开展了火灾探测算法的研究，有的应用模糊逻辑算法，人工神经网络信号处理，以及采用多传感器硬件复合配套，以获得更多的火灾信息作为判断的依据。在产品设计思想上将火灾探测器的火灾信息手机传感的功能与火灾判别判定的功能分离。前者主要依靠技术精度高的硬件来实现，而后者主要依靠智能化的软件来实现。通过努力，这一方面国内外技术差距正在缩小。（2） 火灾探测报警的网络化信息网络化技术是一项重要的共性科学技术，也是21世纪的科技发展的特征之一。对消防产业而言，如何把计算机数据通讯技术即使地应用到火灾探测报警系统，以便利用并通过网络协议，充分享用社会信息资源，及时交换系统内部和外部之间的数据信息，从而构成一个动态的城市化、社区化的具有多层次的火灾探测报警救援、管理、服务网络信息系统。这一方面国内外技术差距很大，尽管国内已开发成功城市消防网络管理系统产品，但国内火灾自动报警系统通信协议无统一标准，各厂家自搞一套、自成一体，通讯协议不开放，数据格式不统一，传输非标准，技术层面的信息交换不畅通，成为中国良性发展和产品研发的重大障碍和“瓶颈”，甚至同一企业不同系列的产品所采用的通讯协议也不同，系统维护保养缺乏标准及可持续的技术支持，用户操作使用困难。这一重大障碍必须突破，由于涉及各企业切身利益，国家有关部门可组织国内大型生产企业，有步骤地规范和统一火灾自动报警系统通讯协议，借鉴国际上广泛公认的标准总线和通讯协议，利用现有软件、硬件技术，使协议与国际接轨，同时也应以国内技术相对先进、产品性能相对可靠的生产企业的现行标准作为基础技术支持，使国内消防电子产业的发展得到合理的衔接、过渡和更新。2火灾报警控制系统的组成及工作原理2.1火灾报警控制系统的组成火灾报警系统，一般由火灾报警探测器、控制器以及信号传输线组成。其中火灾探测器是识别火灾是否发生的专门仪器，根据建筑物或实地场所的要求，安装不同类型的火灾探测器。火灾探测器主要分为烟感探测器、温感探测器，其中离子烟感探测器稳定性能好，误报率低，寿命长等优点，在火灾报警系统中被广泛使用。2.1.1火灾报警探测器（1）火灾探测器的分类探测器是火灾报警系统的现场探测不见，它的好坏直接关系到整个系统是否正常运行。当火灾发生时，把因火灾产生的各种非电量参数（如烟，温度等参数）变成电量参数传送给控制器。其特点是模拟量传输。跟随各种非电量参数（如烟、温度等参数）变化而变化。火灾探测器根据火灾发生时所表现出来的物理现象可以分为：气敏型、感温型、感烟型、感光型、感声型五大类。（2）火灾探测器性能比较由于建筑结构和功能的多元化，为了准确、及时地探测火灾，并进行报警，对火灾探测器提出了更高的要求。选择火灾探测器时必须充分考虑一些常用火灾探测器和使用场合作一比较。（3）火灾探测器的标定火灾探测器安放的环境复杂多变，对别探测的环境变量的阀值要求就不一样。在火灾探测器安装之前，必须要对他们进行标定。标定的目的是根据具体要求设定火灾探测器的阀值。对离子感烟探测器来说，环境变量比较单一。烟进入的直接效果是改变栅极电压，而栅极电压是离子室的端电压和离子室的机械结果及放射源决定的。由于机械件几何结构的精密性，可以做到准确的放射源配对，从而得到足够准确的分呀比。阀值与盐浓度的模拟就可以简单地由设定控制离子室的端电压来达到足够的精度。离子型探头的标定技术易于掌控，实现比较容易。标定的准确性对能否使火灾探测器发挥应有的效能非常重要。虽然人们对离子型中的放射源的隐忧一直存在，但是由于离子型探头的标定易于掌控和实现，所以很多用户采用离子型。2.1.2火灾报警控制器报警主机中包含控制器，大都会带有一个液晶屏，以文字方式显示报警探头的编号（地址）和报警的类型，然而，要通过编号从上百甚至熟千个探头中确定当前报警点的位置，对任何值班人员来说，都是困难的事情。因而，几乎每一种报警主机，都通过一个通信接口，或为串口，或为网络口，用厂家自行定义的通信协议将报警信息送出，或接受上位级的控制命令。这样，只要知道了报警主机和上位机之间的通信协议，就可以设计相应的软件，以电子地图的方式显示报警点和报警类别，通过图形界面的软件去确定报警点的位置、类别、操作报警主机。2.2火灾探测原理火灾探测与报警是火灾监控系统的基础和核心，主要实现火灾参数的检测和数据处理，最终给出判断结果，并为消防控制系统提供相关的输入信息。在火灾监控系统中，一般由火灾探测器和报警控制器来完成该功能。我们知道，物质燃烧就必然有热量释放出来，环境温度升高，而在燃烧速度非常缓慢的情况下，这种热（温度）是不容易鉴别出来的。物质在燃烧开始阶段，首先释放出来的是燃烧气体，比如：CO等气体。其次还有悬浮在空气中较大的分子团、灰烬和未燃烧的物质颗粒，我们把这些悬浮物称为气溶胶。烟雾是人的肉眼可见的燃烧生成物，不管是燃烧气体还是烟雾他们都有很大的流动性，能潜入建筑物的任何空间。由于有些气体和烟雾有毒性，所以，它对人的生命有特别大的威胁。据统计，在火灾中约有70%死者的死亡就是这些燃烧气体和烟雾造成的。火焰是物质着火时产生的灼热发光的气体部分。物质燃烧到发光阶段，是物质的全燃阶段。在这个阶段中，火焰热辐射含有大量的红外线和紫外线。从物质燃烧的基本概念出发，选择合适的火灾探测器是一个非常重要的环节，因为任何一种探测器都不是万能的，每一种探测器有一定的环境适应性，也可以说有一定的局限性。要想有效的发挥各种火灾探测器的作用，就要掌握各种火灾探测器的探测原理，以及它的适用场所，只有这样才能真正的发挥它们的作用。对于普通刻燃烧的物质表现形式，首先是产生燃烧气体，然后是烟雾，在氧气供应充分的条件下，才能达到全部燃烧，产生火焰，并散发出大量的热，使环境温度升高。如果要把火灾损失控制在最小限度，保证人身不受伤亡，那么火灾的探测器就应该从此阶段开始进行为宜。由于火灾发生时，会产生烟雾、高温和火光等现象，探测器对这些很敏感。当有烟雾、火光、高温产生时，它就改变平时的正常状态，引起电流、电压或机械部分发生变化或位移，信号经过放大，送入控制器，并以声光等形式发出警报信号，显示火灾地点。2.3火灾报警控制系统的原理火灾报警控制器的火灾探测器通过对火灾发出的物理、化学现象气（燃烧气体）、烟（烟雾粒子）、热（温度）、光（火焰）的探测，将探测到的火情信号转化为火警电信号传送给火灾报警控制器。火灾报警控制器接收到火警信号后经过分析处理，发出预警、火警声光报警信号，警示消防控制中心的值班人员，并显示火警位置，同时将火警信号发送到发生火灾的相关防火分区设置的火警显示盘，在火警显示盘上与火灾报警控制器同步发出预警、火警声光报警信号并显示火警发生的地址。火灾报警控制器接收到火情现场传来的火警信号后，经预先编程的控制逻辑处理后，发送出联动控制命令信号，控制相应的消防设备，如消火栓泵、送风机、防火卷帘、防火阀、消防广播等。2.4本章小结本章首先介绍了火灾报警控制系统的基本组成。通过对各组成部分的介绍，分析了其工作原理。为后续章节中火灾报警系统的设计打下了基础。3火灾报警系统的电路设计3.1设计要求由负温度系数电阻特性的热敏电阻(NTC元件)为一臂组成测温电桥，在正常情况下，测温电桥的两个输出电压相等，声光报警电路部分不工作（发光二极管不发光，蜂鸣器不报警）。当有火情时，测温电桥的两个输出电压不相等，产生压差，当此压差增大到一定数值时，经过由集成运放构成的差分放大电路的放大以及单限比较器的状态比较，最终驱动发光二极管发光，蜂鸣器鸣叫报警。3.2设计方案及原理框架图 1温度控制电路有热敏电阻的水温度的的变化电阻减小而控制必列运算电路的输入电压。 2 比例运算实现电压差。并用输出控制单限比较器。3 不同的电压使单限比较器输出不同的电平。使二极管和晶体管导通，控制报警电路。4 导通后二极管亮，蜂鸣器发声报警。3.3单元电路设计及主要元器件参数计算选择合适得电压VCC=5V，因此得到所需电压差：=1V =2V .通过加减运算电路估算一级运放的输出，这里选择R1=R2=10K和R3=R4=20K。则： =(-)=2V。 选择和估算出二级运放的参数。 二级运放有阀值电压U= 如果要报警必须输出高电平。则只要UO1U, UO2 =UOH可以使UO1=VCC2=5V,只需要系数1即可。因此可选择 R5=3K,R6=2K。 U=2V 3选择和估算出声光报警电路参数。 由于发光二极管的电流为：=，且R7选用273电阻。 晶体管的基极电流为：=,=0.7V，约为几毫安，因R8=3K即可。3.4电路图.R110KGNDR210KGNDR420KR320KR7VCC(5V)VCC(5V)6VR53KRP2R62KRVCC(5V)+RVCC(5V)RP1-NPNGNDR83K火灾报警电路原理图总结与展望 此次火灾报警电路课程设计让我解和认识得到了多方面的锻炼。一方面我对模拟电子技术专业知识有了进一步的掌握并熟悉了更多电子仪器的使用方法，掌握电子电路的测试方法，了解常用电子器件的类型和特性，同时掌握如何合理选用电子器件的原则。应用知识更为得新应手，熟练自如。有了更多对模拟电子技术综合性训练的机会。也通过实用型模拟电子电路设计、安装、调试等各环节，培养了我运用课程中所学的理论与实践紧密结合，独立地解决实际问题的能力。另一方面对于动手能力的培养和敏捷思维方式的形成起到很大的作用。设计一个电路首先要有合理的原理，再有合理的原理图，对于大型的电路还要注意分层分块的完成然后系统连接。在以后的工作中对于我们的实践训练这是很重要的。再一方面电子电路的安装与调试技能培养了我的创新能力和对治学要严谨的态度。在这次设计中遇到了很多实际性的问题，在实际设计中才发现，书本上理论性的东西与在实际运用中的还是有一定的出入的，所以有些问题不但要深入地理解，而且要不断地更正以前的错误思维。电路设计是一个很灵活的东西，它反映了你解决问题的逻辑思维和创新能力。它才是一个设计的灵魂所在。因此在整个设计过程中大部分时间是用在单元电路的理解和设计上面