基于红外光束感烟探测器的火灾报警系统

基于红外光束感烟探测器的火灾报警系统

作者：胡月平

来源：《新课程·教育学术》2010年第09期

摘 要:随着人们生活水平的提高,对安全防卫系统的要求也越来越高。而以往的火灾报警系统多侧重于商场,高级宾馆,大型仓库等场所,其系统复杂程度比较高,成本也高,不易推广使用。而本项目所设计的报警系统是基于固定电话机,以89C51单片机作为主控制器,具有显示报警,电话自动拨号报警的功能。当检测到火灾发生时,能及时拨打预先存入的号码,并发报相应的语音信息以达到报警的目的。本报警器成本低,易于使用,准确率高,用电话线供电,属高节能型报警器。

关键词:单片机控制 红外光束感烟探测器 拨号报警 1.引言

社会的发展使人们的生活水平越来越高,人们对财产安全尤其是人身安全的重视也日益提高。因此,安防系统在人们生活中的地位愈显重要。又因固定电话、手机、小灵通等通讯工具已普及到千家万户,本项目就是在此基础上随之而生的。本项目研制的报警器是采用红外光束线型感烟探测器作为警情采集模块,平时由电话线供电并对蓄电池充电,工作时由蓄电池供电。在不需要改动原电话机的前提下,把本装置并接在电话机上,当有警情发生时,能及时地拨打主人或值班人员的通讯工具,并发送相应的警情语音;若电话占线或者无人接听,则自动拨打预先存入的下一组电话号码;如果所有的电话都占线或者无人接听,则系统自动把所有预先存入的电话号码重拨一遍。有效地避免事态进一步扩大,达到报警的目的。 2.硬件电路组成

本系统采用AT 89C51单片机作为主要控制器,单片机与红外光束检测及信号处理部分用线连接,当红外光束感烟探测器检测到警情信息后,单片机接收到传感器发回的信号,便分别启动放音电路,显示电路,通话电路进行报警。

平时系统处于低功耗状态(此时耗电仅2mA左右),由电话线上取电工作并对3.3V/60mA镍铬电池充电,在输入数据进行设定或进行拨号报警时,耗电会达到10mA,这时主要由镍铬电池供电。

2.1红外检测电路

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红外光束线型探测器利用物质燃烧时产生的烟雾对红外光束产生遮挡和散射,使原有红外光束减弱到预定值,向智能火灾报警控制器发出报警信号,起到早期火灾报警,减少火灾损失的目的。

线型光束探测器在一个长达100米的路径上可代替若干个点型感烟探测器,具有保护面积大、安装位置较高、在相对湿度较高和强电场环境中反映速度快等优点,适宜保护较大的室内、外场所,如大型仓库、车间、图书馆、展览管、洞库等场所。尤其适宜保护难以使用点型探测器甚至根本不可能使用点型探测器的场所。 2.2信号处理电路

通常传感器接收到的信号非常微弱,单片机不能立即对其进行识别。因此,我们需要用信号处理电路对传感器检测到警情后输出的低频信号进行放大。 2.3自动拨号电路

自动拨号电路主要由模拟电路,脉冲鉴别,忙音解调和语音电路等部分组成。当探测到火灾发生时,模拟拨号电路会根据单片机输出的信号对电话机进行自动拨号。该部分电路主要由集成块NE555、计数/时译码器CD4017、晶体管和继电器组成。话机的模拟摘机:模拟按下寄存输出键和寄存位置键是通过继电器触点的闭合完成的。拨号完成后反馈回来的信号有三种:拨号音,忙音和回铃音。若是忙音,系统为将稍后重新拨号;若为回铃音,系统为保存状态,等待对方摘机;若为拨号音,则启动语音电路,送出预先录制的语音信号。 2.4信号音的识别方法

系统对警情信号进行巡回检测,当检测到警情信号后便会模拟摘机。为了识别模拟摘机后电话系统是否处于可拨号状态,电话拨完号码后电话是否接通以及对方是否摘机接听电话等几种状态,系统必须对信号音进行识别。为了识别信号音,我们必须知道忙音、拨号音、回铃音等信号音的准确特性。它们的特性如下:

忙音:0.35s断0.35s通的450±25Hz蜂音,音断周期为0.7s; 拨号音:450±25Hz连续蜂音;

回铃音:4s断1s通的450±25Hz蜂音,音断周期为5s。

这些电话信号都是模拟信号,但是单片机是无法识别模拟信号的,故我们必须先将模拟信号转换为脉冲信号,然后,再根据脉冲信号的脉冲个数进行识别。在一定的计数时间内,其脉冲个数是不一样的。由于干扰和其他一些因素的存在,难免会有误判的现象而导致漏报警情。因此,设置为所有预先设定的电话只要有一个拨通就只拨一遍;如果全部没拨通或者没人接听,则把所有预存电话重拨一遍,这样便增加了报警的可靠性和有效性。

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3.报警系统监控程序设计

监控程序流程如图2所示。系统复位后,首先要进行初始化,包括对各个控制用寄存器的初始化、设置中断服务程序的入口地址、设置堆栈等。

为了便于系统维护和功能扩充,采用了模块化程序设计方法,系统各个模块的具体功能都是通过子程序调用实现的。本系统主要包括数据采集、火灾判断与报警以及单片机与Modem通讯等。

3.1数据采集模块

数据采集设计包括采样和保持电路。采样保持电路由模拟开关、模拟信号存储电容和缓冲放大器三部分组成。

输入信号UI通过模拟开关K连接到理想运算放大器的同向输入端,模拟信号存储电容一端接理想运放的同向输入端,另一端接地。并且,理想运放反向输入端连接为电压跟随器的形式。 当逻辑指令为“1”时,模拟开关打开,输入信号通过模拟开关给存储电容充电,存储电容上的电压UC跟踪输入信号UI,运算放大器提供一个高输入阻抗和低输入阻抗的电压跟随器,其输出UO跟踪输入信号变化,这就是采样过程,这段时间称为采样期。当逻辑指令为“0”时,模拟开关K断开,从断开的时刻起,存储电容上的电压停止跟踪输入信号,在下一个采样指令发出前,缓冲器输出电压处于保持状态,这个过程成为保持期。采样期和保持期可根据需要或长或短地交替出现。

3.2火灾判断与现场报警模块

为了降低误报率,系统采用了多次采集、多次判断的方法。每次数据采集后,根据得到的数据对现场情况进行判断:00H表示正常、01H表示异常、02H表示火灾;然后,综合多次判断结果做出最终的火情判断。 3.3通信模块

当报警器监测到火灾信息后,除了在火灾现场产生声光报警信号外,还需要将火灾信息按事先预留的电话号码自动拨号通知单位有关人员,并迅速上报消防指挥中心。为此,系统设计了单片机与Modem通讯模块,该模块由单片机、GM16C550串行端口扩展芯片和RS232电平转换电路组成。 4.总结

本项目研制的报警器是在无需改动原电话机的前提下,在电话机上并接本装置,采用红外光束线型感烟探测器进行警情采集,当有警情发生时,能及时地拨打主人或值班人员的通讯工具,并

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发送相应的警情语音,有效地避免事态进一步扩大,达到报警的目的。在实际生活中有广阔的应用前景! 参考文献:

[1]余锡存,曹国华.单片机原理及接口技术[M].西安电子科技大学出版社,2002年7月第一版. [2]吴鸿霞,刘金华.电话录音与自动拨号报警系统的设计[J].黄石高等专科学校学报.2002年第2期.

[3]王君艳,徐玉峰,柴新禹.智能语音拨号报警系统[J].电子技术应用.2006年第3期. [4]吕俊芳.传感器接口与检测仪器电路.北京:北京航空航天大学出版社.

[5]何立民.MCS-51系列单片机应用系统设计系统配置与接口技术[M].北京:北京航空航天大学出版社,1990.

作者单位:郑州华信学院机电工程学院