【《火灾自动报警器的总体方案设计案例》4700字】

火灾自动报警器的总体方案设计案例目录TOC\o"1-3"\h\u22344火灾自动报警器的总体方案设计案例 1327561.1烟雾检测传感器选型 2123891.2烟雾传感器的介绍 3326141.3温度传感器的选择 6如果对火灾自动报警器的功能加以了解的话，便可以知晓，其电路模块是多方面共同组成的结果，这一过程的实现绝非某一器件的单一作用效果。由于收集的信号非常小，因此有必要使用运算放大器来放大信号。放大的信号被发送到单片机，并且首先执行A/D转换，然后执行信息处理。处理结果通过无线通信技术发送。系统从整体可分为数据采集端和报警端俩部分。数据采集控制端有显示模块、传感器检测模块，按键选择模块、电源模块1、无线发射模块；报警端内包括蜂鸣器模块、LED指示模块、无线接收模块、电源模块2。以下分别对每个设计模块实现功能进行介绍。显示模块：采用LCD1602液晶显示屏显示当前检测气体浓度值。传感器检测模块：采用MQ-2盘热式结构半导体式可燃气体敏感传感器检测以烟雾、可燃气体；采DS-18B20数字温度传感器检测温度。按键选择模块：采用液晶显示屏和按键相结合实现对温度、烟雾浓度值设置。电源模块：电源模块1和电源模块2相同，由电池盒或USB提供电压。无线收发模块：采用无线模块进行报警信号的无线传输。报警模块：通过LED灯和蜂鸣器实现声光报警。单片机在地下停车场火灾检测中的作用:在火灾检测系统中，单片机主要完成以下功能：(1)检测功能：通过传感器采集数据，放大所采集到的信号，单片机接受所采集的数据，进行A/D数据转换。(2)报警功能：单片机所检测到烟雾的浓度与标准值进行比较，当浓度超过标准值时，单片机发出警报并启动排气扇和水泵。电路总题框图如图1所示：电源开关电源开关电源STC89C52单片机AD采集电路显示电路报警电路按键控制图1总体设计框图根据设计需求，选用51系列单片机STC89C52作为核心控制器件。整个系统由单片机STC89C52控制下工作的。烟雾传感器将检测到的烟雾浓度和温度传感器将检测到的温度变换成电信号，送出模拟信号，给A/D采集电路采集放大，由软件比较已设计好的报警值，如果超过报警值就给出信号，让报警器执行声光报警，最后启动安全措施。本方案需要将传感器检测技术、单片机相结合，应用于实践，这是一次考验，需要不遗余力去完成。1.1烟雾检测传感器选型烟雾传感器的选取对于火灾报警器是最优先的环节。事实上，火灾报警器的信号采集工作的顺利实现是基于烟雾传感器以及温度传感器来切实实现的，前者可以使得收集到的气体和浓度情况能够从物理层面上的信息形成相对应的电信号，后者则可以对停车场具体是否存在火灾的情况加以综合的了解，从而总体上达到检测的具体效果。事实上，通过精确的自动检测以及报警系统的实现，从而达到精确的数据输出主要依靠的便是传感系统的可靠性了。从具体结构来看，主要呈现为：图2烟雾传感器及其结构图1.2烟雾传感器的介绍烟雾传感器可以使得空气之中的烟气浓度达到一定程度时通过电信号的方式来加以检测。烟雾传感器的工作原理：当烟雾探测器检查到烟雾中某种物质浓度超标时，烟雾探测器的内部敏感元件电阻随着发生变化，并会生成一个电信号传输给单片机进行判定。烟雾传感器的选择主要由建筑环境和探测器技术决定。随着探测器探测技术的不断发展，传感器朝着体积小型化和集成化方向发展，使得烟雾传感器的体积不断的缩小，从而大大提高了烟雾传感器的便携性，使它更容易安装、运输和维护。目前，在许多领域烟雾传感器已得到广泛应用，例如城市公共场所安全、城镇居民家庭安全、工厂防火安全、学校防火全、地下停车场、加油站等人口聚集的地方。但国内所生产的烟雾传感器都不可以准确探测到早期火灾的发生，并且探测功能单一，安装使用困难和维护艰难。由于企业所生产的设备不是通用的，生产零件也就不能通用，不仅不能相互替代，更不用说彼此通信了。国内制造商生产的很多烟雾传感器让用户选哪一种比较好，这是国内烟雾传感器产品市场的主要缺陷。（1）烟雾传感器应满足的基本条件从烟雾传感器的特点来看，主要是单一功能的烟雾传感器，当然，市面上也是有着多功能的烟雾传感器的，但是综合来看，主要的特点主要聚焦于：（a）它对某种单一烟雾非常敏感，可以起到检测作用，但对其他共存烟雾不响应或响应低；（b）能准确地探测出在火灾环境的烟气浓度；（c）对检测信号的快速反应和良好的重复性；（d）长期稳定的工作；（e）使用寿命长；（f）经济适用，便于使用和维护。（2）烟雾传感器的分类从不同的烟雾探测器对不同烟雾的感应特性的不同之处，我们可以据此对不同的烟雾传感器进行选择，从而达到想要的烟雾传感的效果。气敏式烟雾传感器气敏探测器这一传感器主要是基于特定气体来实现检测效果的，从特性角度，可以进一步对其进行细化分类。事实上，其中应用程度最高的当属半导体气敏传感器了。这一过程中主要检测到的是烟雾中占比最大的气体，从而对这些气体加以探测之后，会对其获取到的信息进行内部处理，使其能够通过电信号的形式具体呈现出来。而通过对电信号的变化情况的了解，便可以了解到环境之中实际的气体浓度信息，并且基于此可以对其达到监控和报警等后续处理操作，使得对现场的安全性加以实时的探测。（b）离子烟雾传感器离子式烟雾传感器对烟雾粒子的感应非常灵敏，性能也比气敏电阻类的火灾传感器要强。离子式烟雾传感器的内部有俩个电离室，分为内外电离室。它的电离室有放射源镅241。事实上，电离室所形成的离子在电场的作用下会形成同性离子靠近的效果。从工作原理角度来看，具体基于电离室所带来的电压变化来具体了解其粒子所实现的微电流的具体变化情况。在烟雾粒子切实进入到电离室之后，使其空气的电离状态受到了改变，从而使得电离室两端的电压因此增高，从而使得空气之中的实际的烟雾情况得以被感知，从而针对其浓度的大小来具体判断其是否真的发生了火灾，并予以报警处理。离子烟雾传感器对于在火灾的初始阶段和闷燃阶段检测非常精准，它检测的是0.03um～10um范围烟雾颗粒径比其他烟雾传感器要小。（b）光电烟雾传感器光电烟雾传感器由发射板、发光装置、光敏电阻和开关组成。自然光通过折射反射到达光敏元件，电路状态保持不变。如果光源被烟雾阻挡，使光敏元件无法接收到正常的光信号，因此光敏元件将接收到的光强度的变化转化为电信号。光电烟雾探测器按照接收光的方式大致分为减光式光电烟雾探测器和散射光式光电烟雾探测器俩种。(1)减光式光电烟雾传感器该探测器的检测室内装有发光装置及接收光源装置。在正常情况下，光敏器件能够接收到发光装置发出一定量的光，电阻会保持在一定范围内波动;而在探测到烟雾时，因为烟雾的遮挡使发光装置发射的光无法全部到达检测室，于是接收光源装置接收的光量减少，光敏电阻降低，探测器发出报警信号。(2)散射光式光电烟雾传感器该探测器在探测室内也装有发光装置和接收光源装置，但它们的工作原理不同。从正常的情况来看，接收光源装置无法接收到发光装置所发出的光，因此无法实现报警功能。在实际需要火灾时，一旦有烟雾进入其中，那么这一过程中的粒子会形成光反射的效果，从而使得这一过程中光发生漫射现象，这样一来，光敏感器件的阻抗会因此发生不同程度的改变，基于此，光电流因此产生，进而使得烟雾信号不再成为烟雾信号，而是切实成为电信号，在接收到电信号之后，探测器会负责进行传输，使其讯息能够及时被传输到单片机那里。而随着这一技术的不断成熟和发展，其类型也是在不断得到丰富的。根据它的特性，该探测器可以检测到早期火灾发生的信息。光电烟雾传感器可应用于大型建筑物外，它们还特别适用于存在电气火灾危险的环境，例如计算机室、网吧、电缆室、高铁隧道等。根据地下停车场环境特性和比较多种烟雾传感器的应用特性，发现半导体烟雾传感器的特性比较适用于地下停车场火灾报警。半导体烟雾传感器具有广泛的探测范围、高灵敏度、快速响应恢复、优异的稳定性、寿命长、简单驱动电路等等，应用前景非常广泛。因为MQ-2型烟雾传感器所使用的气敏材料是二氧化锡半导体气敏材料,属于表面离子式N型半导体传感器，所以本设计中选择MQ-2半导体气体烟雾传感器作为烟雾传感器。该传感器比一般半导体烟雾传感器灵敏度高、电导率波动大、响应和恢复快、抗干扰能力强MQ-2气体烟雾传感器对检测液化气、丙烷、氢气等可燃气体的灵敏度高，效果好。再加上这种气体传感器比一般的气体传感器检测的可燃性气体多，是一款适合多种应用的经济实用的烟雾传感器。MQ-2半导体气体烟雾传感器的结构如图3所示，它由陶瓷管、气体敏感层、测量电极引线、加热器和防爆网等组成，安装在双层不锈钢防爆网内。图3MQ-2气敏元件的结构图MQ-2半导体气体烟雾传感器对检测烟雾和部分可燃气体非常有效。这种传感器在较大的烟雾气体浓度范围内对烟雾气体有较好的灵敏度，能够检测出多种可燃性气体，非常适合应用在地下停车场的火灾自动报警器中。它是一款多功能火灾检测器，多应于低成本的传感器。其技术指标如下表所示。加热电压（Vh）AC或DC5±0.2V回路电压（Vc）负载电阻（Rl）清洁空气中电阻（Ra）灵敏度（S=Ra/Rdg）响应时间(trec)恢复时间(trec)元件功耗检测范围使用寿命最大DC24V2KΩ≤2000KΩ≥4(在1000ppmC4H10中)≤10S≤30S≤0.7W50—10000ppm2年表1MQ-2的技术指标如果所需要探测的物理量或者是气体浓度发生差别的话那么相应的，传感器的工作机理也是存在着不同之处的。通常而言，这一过程中传输的电信号主要为模拟信号，当然，随着传感器的发展和不断迭代，也有通过数字量来输出电信号的现象。一旦传输的电信号达到预设值的时候，那么A/D转换器通常会不工作。而如果这一数值没有达到既定的预设值的时候，则需要借助于放大器来对其进行放大处理。也正是因此，在提到MQ-2半导体气体烟雾传感器时，需要将其模拟信号进行传输，从而借助于A/D转换器切实实现电信号的具体转化，在做完上述步骤的基础上使其进一步传输到单片机控制器。1.3温度传感器的选择方案1：选用PT100温度传感器。Pt100热电阻是温度测量传感器其中的一种。它一般与、调节器、温度变送器和显示仪表等配套使用，组成测温电路系统，用以测量或调控各种企业生产过程中-200℃-500℃范围内的所有物体的温度。如果对温度传感器有一定的认识的话，一定会了解到其工作原理主要是基于温度的变化而带来的电阻的变化来具体开展的。一旦被测的物体存在一定的温差，就可以据此来加以综合的探测和分析。尽管各种各样的热电阻在形状上是千奇百怪的，但是需要清晰地认识到的是，其总体来说，基本结构是相差无几的，组合要素也是基本相同的。Pt100热电阻的工作原理也是根据热电阻随着环境温度的变化其阻值也变化的特征来测量温度的。当Pt100热电阻阻值发生变化时，PT100温度传感器就可以根据其阻值变化所对应的温度值得出实测温度。Pt100热电阻温度传感器内部装有有压簧式感温元件。它的优点有抗振性强、测温准确、耐压性能强、性能可靠稳定等。唯一不足的是使用起来比较复杂。方案2：采用DS18B20温度传感器。DS18B20的接口方式是总线式，即DS18B20在与其他装置连接时仅需要一条口线即可实现装置与DS18B20的信息双向传输。由于这种总线式连接方式，可以使多个DS18B20温度传感器连接在一起形成传感器网络，可以方便快捷获得某区域环境的温度信息。它还有三个与众不同的寄生电源，使得它在进行远距离测温时，无需本地电源；它在测温精度、转换时间、传输速度、分辨率等方面要比其他温度传感器优秀，还能给用户带来了更方便的使用和更令人满意的效果。通过比较方案2比较符合此设计要求，原因有四个：（1