主动型火灾报警控制系统 - 消防给排水论文.doc

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1、主动型火灾报警控制系统-消防给排水论文摘要：介绍了笔者研制的一种主动型火灾自动报警控制系统。该系统基于单片机构造，采取了一套独特的整体解决方案：主动式报警、分布式控制和多主式通讯；其主要特点为：低功耗，模拟量，报警迅速和抗干扰能力强。分布式智能报警系统可克服传统的被动型报警系统的弊端，系目前国内外主要研究方向。本系统已形成产品，获得广泛地好评。　　关键词：单片机（MCU模拟量主动式报警分布式控制多主式通讯1　概　述　　目前国内应用的火灾自动报警系统大部分属于被动式报警体系，即主机依次查询同一回路中

2、的各个探测点，从而取得探测点的状态信息，以确定报警与否，此体系对于居于回路末端的探测点报警极为不利；且由于主机负责回路的查询和火灾的辨识，造成其主机负担过重。为克服上述不足，笔者研制出主动型火灾自动报警系统。本系统主要特点：探测器主动辨识火灾，并主动实时向控制主机报警。在自动控制系统中，传感器的精度决定系统的精度，因此探测器在火灾自动报警系统中的作用极为重要。探测器包括如下几个模块：烟探测模块、信号放大模块、采样保持模块、AD转换模块、火警处理模块、数据存储模块、通讯模块、电源模块和指示灯。其原理

3、如图1框图所示。2　烟信号的采样　　烟探测模块原理为：一个发光元件发射的光由于烟雾颗粒而引起散射，其散射光被一个光接收元件所接收，利用其输出电平探测烟雾浓度。其结构为以一定角度放置于迷宫中的一个红外发光二极管和一个光电二极管组成。迷宫保证在没有烟雾的条件下，光电二极管接收不到发光二极管发射的红外光以及环境光线。迷宫外设有防虫网，以避免昆虫等进入烟室，引起误报动作。　　光接收元件产生的变化信号Vs作为信号放大模块的输入信号，经过放大模块的电压并联负反馈三级放大，再经过一级增益可调的工作点稳定电流串联

4、负反馈放大电路放大后，输出的模拟量信号为：V0=AuVs=Auf（S）式中　Au——放大电路的放大倍数；　　　S——烟雾浓度。　　经过适当放大,获得的微秒级信号由采样保持模块保持，受门限电路监控，当信号大于某一预定值时，触发单片机的外部中断源，单片机开始采样信号，采样完毕，控制泻放电路清除采样信号。3　AD转换及火警的辨识　　AD转换模块通过单片机内置集成模拟比较器并辅以相应软件算法实现，参见文献［1］。硬件电路如图4所示，其中RC模数转换器由二个电阻和一个电容构成。微控制器的输出端（管脚11，其

5、输出范围近似从0到VCC）对电容C交替地进行充放电，电容C同时连接到内部比较器的同相输入端（管脚12）上，待测未知电压加在内部比较器的反相输入端（管脚13）上，微控制器测量电容上的电压与待测电压相等的时间，则未知电压是测得的时间的函数。　　电容上的电压由指数方程给出：VC＝VCC（1-e-t/RC）式中　VC——t时刻电容上的电压；　　　VCC——电压源；　　　RC——电阻和电容值的乘积，也称作网络的“时间参数”。　　使用RC转换法的第一个问题，是不使用浮点运算和超越函数来解指数方程的困难性。以一

6、个压缩的时间角度看，指数曲线的大部分变直，从而考虑将其近似为一条直线。但是这个设想由于曲线上各个点的斜率的持续变化而失效，并产生一明显的偏差，即使曲线非常接近VCC的渐近线时，也无助于问题的解决。　　而如果用一个可查询表来映射每个采样时间间隔的预定值，微控制器就不必实时地解该指数方程。该方法允许在简化转换软件时，按照实际需要来编码和格式化数据，且可利用数据中存在的对称性来减小表的大小。　　第二个问题是由于元件值的变化产生的显著误差。通常当电容上的电压减小时，电容上电压的变化也减小。为此可利用电容充

7、/放电周期的对称性，来减小元件值变化对转换精度的影响。具体地说，就是当电压低于VCC/2时用周期中的充电部分测量，当电压高于VCC/2时用周期的放电部分测量，可使最大误差降低到VCC/2点处的误差。　　在分配元件值时，必须首先确定比较器采样输出的时间间隔，采样周期应尽可能地短，以获得最大的转换精度和最小的转换时间。采样周期受限于执行必需的代码所需的时间，由微控制器的时钟速率决定。但是较频繁的采样又会影响电路的功耗指标，这表明采样周期的选择还牵涉到一个经验值的问题。　　时间常数(RC)影响电容充/放

8、电波形的形状：在电容开始充电或放电时，波形非常陡，随着时间增加而逐渐趋缓。因此必须选择适当的值，使波形的陡峭部分在希望的分辨率下是可解的。充电波形的陡峭部分发生在原点附近，放电部分的陡峭部分发生在VCC附近，为此可利用波形的对称性，在波形的两个部分中使用同一个时间常数来测量。　　连接到微控制器管脚11的上拉电阻R1，为微控制器提供内部上拉小电流，对电容充/放电周期中充电部分的RC网络时间常数具有不利影响，将在充/放电波形中产生一对称波形，它产生转换错误，故需对电阻值的选择给出一个附