浅谈烟雾检测火灾自动报警系统

　　一、前言

　　现代建筑的特点是楼层不断加高，这主要是从缓解城市用地紧张的角度出发的，同时还便于集中供电、供热、供气，便于集中控制和管理。为了保障高层建筑安全可靠，必须设计出具有可靠性高、实时性好的火灾自动报警与消防系统，其要求是：（1）当有火情发生时，能以快的速度检测报警，并能检测火情发生的具体地点；（2）经查实确认后，能及时的通报消防部门灭火；（3）系统本身应有自身故障检测的功能，保证自动报警系统功能完好；（4）较高的系统抗干扰能力，防止系统发生误报警。

　　火灾自动报警系统是由触发装置、火灾报警装置、火灾警报装置以及具有其它辅助功能装置组成的，它具有能在火灾初期，将燃烧产生的烟雾、热量、火焰等物理量，通过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、时间等，使人们能够及时发现火灾，并及时采取有效措施，扑灭初期火灾，限度的减少因火灾造成的生命和财产的损失，是人们同火灾做斗争的有力工具。

　　有关资料统计表明：凡是安装了火灾自动报警系统的场所，发生了火灾一股地说都能及早报警，不会酿成重大火灾。在我们交通港航系统许多重要的办公楼、仓库、变电站、控制中心，500总吨以上的各种船舶都根据国家标准《高层民用建筑设计防火规范》、《建筑设计肪火规范》以及国际海事组织《SOLAS公约》等有关条文安装了火灾自动报警系统，在消防安全保卫工作中发挥了重要作用。

　　目前，虽然已经有多种火灾自动报警系统，但大多还属于脱机方式，终要靠人来联系消防部门，往往由于不能及时报警而造成重大损失。

　　二、系统的总体结构

　　本系统由两部分组成：检测发射部分和接受控制部分，其结构如图1和图 2所示。二者均采用单片机控制，系统结构简单，容易实现。由于采用了nRF401单片射频收发器，从而达到了无线传输的目的，能迅速的发出报警信号，方便及时的控制火情。检测发射端和接收控制端选用了目前市场上已经成熟的高性能芯片，其外围电路结构简单，实现容易，可靠实用。系统由三大芯片互相配合构成，检测装置采用了Motorola公司生产的具有声光报警电路的MC14468芯片，能实现多点并行检测，配合外围电路可构成多点烟雾报警系统，其应用电路如图3所示。无线收发器采用美国Nordic公司推出的基于无线通信的 nRF401型单片射频收发器，它采用了无线通信和FSK（频移键控）调制解调技术，工作频率稳定且抗干扰能力强，不需要对数据进行编码，外围电路简单，使用方便，其应用电路如图4所示。单片机采用8051,它不但是MC14468与nRF401之间的桥梁，还起着控制各芯片时钟周期相互配合的作用，这也是相当重要的一环。

　　三、发射部分

　　MC系列芯片MC14468为离子型烟雾检测报警芯片，是目前市场上很流行的集火灾检测与报警于一体的智能传感器。当检测到烟雾颗粒时，它能驱动其外围连接的压电陶瓷蜂鸣器或压电式扬声器发出报警声，利用声光报警达到烟雾报警的效果。

　　MC14468的1脚（检测输出端）直接联接单片机的INT0,当检测到烟雾时，其输出的高电平通过INT0控制单片机内部定时器T0工作，定时90 ms,T0溢出中断，进入中断服务程序，通过串口发送数据（房间号或之前对该系统的有意义编码）给单片射频收发器nRF401.在检测到烟雾时，MC14468自身的100 mV的滞后电压会防止其他外界因素（如飞虫）造成的误报警，辅以单片机产生90 ms的延时，更能提高系统的可靠性。

　　nRF401的串行口直接和单片机的串行口连接， TXEN端的高/低电平由软件设置，可实现nRF401发射模式与接收模式之间的相互切换。当需要发射数据时，由晶振电路产生的4 MHz频率作为其内部锁相环的基准频率，经锁相环和压控震荡器进行N倍频后，中心频率f0成为433.92 MHz或434.33 MHz（双频道），调制后，f=f0±△f=f0±15 kHz,经功率放大器放大后从PCB天线上发射出去。

　　四、接收部分

　　nRF401从PCB天线上接收到调频信号时，单片机置TXEN端为低电平，功率放大器被关断从而进入接收状态。调频信号依次经低噪声放大器放大，经混频器（其作用是抵消本机发送器与接收器之间的高频干扰）变成中频，再经带通滤波器滤波和调制器解调后，成为数据输出。这时单片机切换到发射模式，回送握手信号，nRF401把得到的数据输送给单片机，经处理后从P1口输出到LED上显示（火情来源地信息），同时驱动报警器报警。

　　相比于检测发射端电路，接收控制端电路更简单。各管脚引线方法两者基本相同，只是软件实现稍有不同。它可直接采用多位LED显示，不用扩展任何接口。

　　五、系统软件设计

　　初始化主要是指对定时器工作方式寄存器、中断允许寄存器、串口工作方式寄存器等的设定。当检测到有烟雾时，先由定时器T0定时90 ms,在此期间，T0溢出中断，开始发送数据，经由nRF401的PCB天线发射出去。INT0被设置为下降沿触发。当接收控制端接收到收据时，回送握手信号，以示发送下一帧数据，同时控制压电陶瓷蜂鸣器报警，并控制LED显示数据。TXEN端的高/低电平由软件设置，可实现nRF401发射模式与接收模式之间的相互切换。

　　程序主要采用汇编语言，运用自上而下的设计思想，总体分为两部分，如流程图5所示。整个软件系统有主程序和中断程序、显示程序、延时程序等子程序。主程序主要是对系统的初始化以及检测处理，中断程序主要是发送数据并通过nRF401发射出去，显示模块实现的功能是接收数据并送LED显示，同时启动报警，延时程序是为了nRF401的发射模式与接收模式之间相互切换时序的需要。

　　六、结论

　　综上所述，由MC14468、8051、nRF401三大芯片组成的火灾自动报警系统，具有功能强、灵活性高、可靠性好、抗干扰能力强、实时性高等优点，系统整体结构简单、容易实现、实用方便，符合安全系统的要求。