1、目錄 TOC o 1-5 h z 封面1任務(wù)書(shū).2 HYPERLINK l bookmark4 o Current Document 摘要4 HYPERLINK l bookmark7 o Current Document 第一章設(shè)計(jì)方案論證4 HYPERLINK l bookmark10 o Current Document 1.1設(shè)計(jì)的應(yīng)用意義41.2方案的構(gòu)思和論證5 HYPERLINK l bookmark13 o Current Document 1.3總體設(shè)計(jì)方案框圖及分析5 HYPERLINK l bookmark16 o Current Document 第二章硬件電路設(shè)計(jì)62

2、.1系統(tǒng)的組成62.2火災(zāi)探測(cè)器6 HYPERLINK l bookmark19 o Current Document 2.3單元電路設(shè)計(jì)與原理分析72.3.1感煙式火災(zāi)報(bào)警電路及工作原理72.3.2感溫式火災(zāi)報(bào)警電路及工作原理9第三章設(shè)計(jì)總結(jié)10 HYPERLINK l bookmark25 o Current Document 參考文獻(xiàn)11摘要本論文主要對(duì)火災(zāi)報(bào)警模塊深入研究，選用煙霧傳感器、溫度傳感器等多個(gè) 傳感器作為敏感元件，結(jié)合信息融合技術(shù)，全面闡述了研制火災(zāi)報(bào)警控制器硬件 部分和軟件部分的方法。采用protel99繪制電路圖并在實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行實(shí)物制作， 證明整個(gè)系統(tǒng)電路設(shè)計(jì)合理，性能安

3、全可靠。本設(shè)計(jì)使用了多種火災(zāi)探測(cè)器，對(duì) 設(shè)計(jì)出完整的火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)提供了必要的幫助關(guān)鍵詞：火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)；煙霧傳感器；溫度傳感器；電路設(shè)計(jì)第一章設(shè)計(jì)方案論證1.1設(shè)計(jì)的應(yīng)用意義火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)是各行各業(yè)必需的一種安全系統(tǒng)，可靠的監(jiān)測(cè)是該系統(tǒng)的重要 環(huán)節(jié)?，F(xiàn)代化的建筑規(guī)模大、標(biāo)準(zhǔn)高、人員密集、設(shè)備眾多、對(duì)防火要求極高。隨 著我國(guó)經(jīng)濟(jì)建設(shè)的發(fā)展，各種高層建筑、大中型商業(yè)建筑、廠房不斷涌現(xiàn)，對(duì)防 火報(bào)警系統(tǒng)提出了更嚴(yán)格的要求。為了早發(fā)現(xiàn)和通報(bào)火災(zāi)，防止和減少火災(zāi)危害， 有效保護(hù)人身財(cái)產(chǎn)安全，保衛(wèi)社會(huì)主義現(xiàn)代化建設(shè)，在現(xiàn)代化的工業(yè)民用建筑、 賓館、圖書(shū)館、辦公樓、科研和商業(yè)部門(mén)等，火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)已成為必不可

4、少 的設(shè)施。電氣工程設(shè)計(jì)、安裝和使用是否正確不僅直接影響到建筑的消防安全而 且也直接關(guān)系到各種消防設(shè)施能否直接發(fā)揮作用。因此，火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)的設(shè)計(jì)及 設(shè)備選型顯得更為重要。隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，人民生活水平大幅度提高，現(xiàn)代建筑不斷增多， 隨之火災(zāi)隱患亦隨之增加，各種生產(chǎn)、辦公以及居住場(chǎng)所火災(zāi)大增，塑料制品和 雙層玻璃的大量應(yīng)用，使火場(chǎng)的外部救援困難重重?；馂?zāi)一旦發(fā)生，將對(duì)人的生 命財(cái)產(chǎn)造成極大的危害?，F(xiàn)代建筑具有智能化的時(shí)代特征，火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)探 測(cè)火災(zāi)隱患，肩負(fù)安全防范重任，在現(xiàn)代智能建筑中起著極其重要的安全保障作 用。因此，設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單實(shí)用的火災(zāi)報(bào)警控制系統(tǒng)有著防止和減少火災(zāi)危害、保護(hù)人 身

5、安全和財(cái)產(chǎn)安全的重要意義。在人們的生產(chǎn)過(guò)程中或日常生活中，火災(zāi)也時(shí)有發(fā)生，它會(huì)給人們帶來(lái)巨大 的災(zāi)害和損失。因此，正確采取預(yù)防火災(zāi)的手段是人類(lèi)與火災(zāi)做斗爭(zhēng)的重要課題， 本設(shè)計(jì)將對(duì)火災(zāi)的探測(cè)與報(bào)警模塊進(jìn)行介紹?；馂?zāi)自動(dòng)報(bào)警器能夠在火災(zāi)初期，將燃燒產(chǎn)生的煙霧、熱量和光輻射等物理 量，通過(guò)感煙、感溫和感光等火災(zāi)探測(cè)器變成電信號(hào)，傳輸?shù)交馂?zāi)報(bào)警控制器， 及時(shí)發(fā)出報(bào)警信號(hào)并確定火災(zāi)發(fā)生的部位，提醒人們及時(shí)采取措施消滅火災(zāi)，減 少損失。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)也在不斷的更新，目前火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)有 智能型、全總線型和綜合型等，這些系統(tǒng)能夠?qū)φ麄€(gè)火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警進(jìn)行檢測(cè)。但 是目前在實(shí)際工程中傳統(tǒng)型的區(qū)域報(bào)

6、警系統(tǒng)、集中報(bào)警系統(tǒng)、和控制中心報(bào)警系 統(tǒng)仍被廣泛運(yùn)用。安裝在檢測(cè)區(qū)域的探測(cè)器不斷的向所監(jiān)測(cè)的現(xiàn)場(chǎng)發(fā)出巡檢信號(hào)， 監(jiān)視現(xiàn)場(chǎng)的煙霧濃度、溫度等，并不斷反饋給報(bào)警控制器，控制器接收到的信號(hào) 與內(nèi)存的正常定值進(jìn)行比較，判斷火災(zāi)是否發(fā)生。當(dāng)火災(zāi)發(fā)生時(shí)，發(fā)出聲光報(bào)警， 及時(shí)提醒人們疏散和采取滅火措施。1.3總體設(shè)計(jì)方案框圖及分析本系統(tǒng)的總體框圖如圖1所示，現(xiàn)對(duì)該圖進(jìn)行簡(jiǎn)要說(shuō)明:傳感器模塊信號(hào)處理模報(bào)警模塊圖1系統(tǒng)總體框圖本框圖由傳感器模塊、信號(hào)處理和報(bào)警模塊三大部分組。各個(gè)組成部分有著 不同的功能，成傳感器模塊主要由溫度探測(cè)器和煙霧探測(cè)器組成，主要負(fù)責(zé)采集 周?chē)h(huán)境信息；信號(hào)處理部分將傳感器的輸出信號(hào)進(jìn)

7、行加工處理，再傳給中央控 制單元；中央控制單元接收并處理，輸出報(bào)警信號(hào)；報(bào)警模塊接收到信號(hào)發(fā)出警 報(bào)，及時(shí)提醒人們火災(zāi)的發(fā)生；通信模塊接收到中央控制單元傳過(guò)來(lái)的信號(hào)，自 動(dòng)將火災(zāi)發(fā)生情況傳輸出去。第2章硬件電路設(shè)計(jì)火災(zāi)煙霧報(bào)警系統(tǒng)的基本功能是通過(guò)監(jiān)測(cè)周?chē)h(huán)境的煙霧濃度和其他災(zāi)情信 號(hào)而進(jìn)行火災(zāi)報(bào)警，呼吁人們及時(shí)采取有效措施消滅火源，減少損失?；馂?zāi)報(bào)警系統(tǒng)是建筑防火綜合監(jiān)控系統(tǒng)，由火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)和消防控制系統(tǒng)組 成。在實(shí)際工程應(yīng)用中，系統(tǒng)的組成是多種多樣的，設(shè)備的多少、設(shè)備的種類(lèi)都 有很大的差別。但是，決定系統(tǒng)特征的是火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)和聯(lián)動(dòng)消防控制系統(tǒng) 的實(shí)施方式?；馂?zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)一般由探測(cè)器、信

8、號(hào)電路和自動(dòng)報(bào)警裝置三部分 組成。火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)是觸發(fā)器件、火災(zāi)報(bào)警裝置以及具有其他輔助功能的裝置 組成的系統(tǒng)，是人們?yōu)榱嗽缙诎l(fā)現(xiàn)并通報(bào)火災(zāi)以便及時(shí)采取有效措施，控制和撲 滅火災(zāi)而設(shè)置在建筑中或其他場(chǎng)所的一種自動(dòng)消防設(shè)施，是人們對(duì)戰(zhàn)火災(zāi)的有力 工具。此外，火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，必須遵循國(guó)家有關(guān)方針、政策、規(guī)范和公 安消防部門(mén)的有關(guān)法規(guī)，針對(duì)保護(hù)對(duì)象的特點(diǎn)，做到安全可靠、技術(shù)先進(jìn)、經(jīng)濟(jì) 合理、使用方便。2.2火災(zāi)探測(cè)器火災(zāi)探測(cè)器是火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)的傳感部分，是組成各種火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng) 的重要組件，稱(chēng)為火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)的“感覺(jué)器官”。它能對(duì)火災(zāi)參數(shù)（如煙霧、 溫度、氣體濃度等）響應(yīng)，并自動(dòng)產(chǎn)生

9、火災(zāi)報(bào)警信號(hào)或向控制和指示設(shè)備發(fā)出信 號(hào)的裝置。它是火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)中的關(guān)鍵元件，它的穩(wěn)定性、可靠性和靈敏度 等技術(shù)指標(biāo)會(huì)受到諸多因素的影響，因此對(duì)火災(zāi)探測(cè)器的選擇和布置應(yīng)該嚴(yán)格按 照規(guī)范進(jìn)行。火災(zāi)探測(cè)與報(bào)警時(shí)火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)的基礎(chǔ)和核心，主要實(shí)現(xiàn)火災(zāi)參數(shù)的檢測(cè)和數(shù)據(jù) 處理，為消防控制系統(tǒng)提供相關(guān)的輸入信號(hào)，燃燒伴隨有煙、光、熱的現(xiàn)象，高 溫、高熱、強(qiáng)光、強(qiáng)輻射等便成為火災(zāi)的基本特征?；馂?zāi)探測(cè)器就是基于以上基 本特征，獲取火災(zāi)發(fā)生出去的信息，把這種信息轉(zhuǎn)化為電信號(hào)進(jìn)行處理，目前火 災(zāi)探測(cè)器主要有感煙式、感溫式和感光式三大類(lèi)，分別基于火災(zāi)的溫度、產(chǎn)生的 煙氣、火焰光譜特征。為了提高報(bào)警準(zhǔn)確性，在此基

10、礎(chǔ)上出現(xiàn)了感煙、感溫和感 光相結(jié)合的復(fù)合式探測(cè)器。除此之外，近年來(lái)還出現(xiàn)了圖像式和空氣采樣式火災(zāi) 探測(cè)器。圖像式探測(cè)器通過(guò)攝像采集監(jiān)控區(qū)域的光輻射圖像，然后通過(guò)圖像識(shí)別 技術(shù)判斷火災(zāi)的發(fā)生，具有較強(qiáng)的識(shí)別和抗干擾能力?？諝獠蓸邮教綔y(cè)器則通過(guò) 對(duì)空氣粒子采集，分析特定粒徑粒子的濃度來(lái)判斷火災(zāi)的發(fā)生，大大提高了探測(cè) 器的靈敏度，解決了早期火災(zāi)預(yù)報(bào)困難的問(wèn)題，為大家的生命和財(cái)產(chǎn)安全做出了 保證。對(duì)火災(zāi)的探測(cè)是以物質(zhì)在燃燒過(guò)程中產(chǎn)生的各種物理和化學(xué)現(xiàn)象為依據(jù)的，并以 早期發(fā)現(xiàn)火災(zāi)為前提。因?yàn)榛馂?zāi)的早期發(fā)現(xiàn)，是充分發(fā)揮措施、減少火災(zāi)損失、 保護(hù)生命財(cái)產(chǎn)安全的重要條件?；馂?zāi)探測(cè)的方法從原理上可分為：溫度探

11、測(cè)法、火焰探測(cè)法及可燃?xì)怏w檢測(cè)法。 目前使用得較多的火災(zāi)探測(cè)器有感溫式、感煙式、感光式、可燃?xì)怏w探測(cè)式等類(lèi) 型，而在每種類(lèi)型中又可分為不同的形式。在實(shí)際使用時(shí)，可根據(jù)不同的防火場(chǎng) 所去選擇合適的方法，以發(fā)揮火災(zāi)探測(cè)器的效能，有效地探測(cè)火災(zāi)，從而實(shí)現(xiàn)早 發(fā)現(xiàn)早報(bào)警的目的?；馂?zāi)報(bào)警控制器的種類(lèi)繁多，根據(jù)不同的方法可分為不同的類(lèi)別：火災(zāi)報(bào)警控制器按監(jiān)控區(qū)域分可分為區(qū)域型和集中型和控制中心報(bào)警 系統(tǒng)。區(qū)域報(bào)警控制器是負(fù)責(zé)對(duì)一個(gè)報(bào)警區(qū)域進(jìn)行火災(zāi)監(jiān)測(cè)的自動(dòng)工作裝置。 一個(gè)報(bào)警區(qū)域包括很多個(gè)探測(cè)區(qū)域（或稱(chēng)探測(cè)部位）。一個(gè)探測(cè)區(qū)域可有一個(gè) 或幾個(gè)探測(cè)器進(jìn)行火災(zāi)監(jiān)測(cè)，同一個(gè)探測(cè)區(qū)域的若干個(gè)探測(cè)器是互相并聯(lián)的，

12、共同占用一個(gè)部位編號(hào)，同一個(gè)探測(cè)區(qū)域允許并聯(lián)的探測(cè)器數(shù)量視產(chǎn)品型號(hào) 不同而有所不同，少則五、六個(gè)，多則二三十個(gè)。根據(jù)火災(zāi)報(bào)警控制器的工作原理不同可分為感煙式火災(zāi)報(bào)警控制器、 感光式火災(zāi)報(bào)警控制器和感溫式火災(zāi)報(bào)警控制器。他們分別是通過(guò)對(duì)被監(jiān)測(cè) 場(chǎng)所的煙霧濃度、光輻射、溫度變化等因素的監(jiān)視而進(jìn)行工作的。2.3單元電路設(shè)計(jì)與原理分析2.3.1感煙式火災(zāi)報(bào)警電路及工作原理火災(zāi)發(fā)展過(guò)程大致可分為初期階段、發(fā)展階段和衰減階段，感煙火災(zāi)探測(cè)器 的功能在于：在初燃生煙階段，能自動(dòng)接收到信號(hào)并傳送給處理單元，最終發(fā)出 報(bào)警信號(hào)，以期將火撲滅在未成災(zāi)害之前。根據(jù)結(jié)構(gòu)不同，感煙探測(cè)器可分為離 子感煙探測(cè)器和光電感煙

13、探測(cè)器。離子感煙式火災(zāi)探測(cè)器工作原理：采用空氣離化火災(zāi)探測(cè)方法構(gòu)成和工作的， 他是利用放射形同位素釋放的高能量a射線將局部空間的空氣電離產(chǎn)生正、負(fù)離 子，在外加電壓的作用下形成離子電流，當(dāng)火災(zāi)產(chǎn)生的煙霧及燃燒產(chǎn)物即煙霧氣 溶膠進(jìn)入電力空間（一般稱(chēng)為電離室）時(shí)，比表面積較大的煙霧粒子將吸附其中 的帶電離子，產(chǎn)生離子電流變化，經(jīng)電子線路加以檢測(cè)，從而獲得與煙濃度有直 接關(guān)系的電信號(hào)，用于火災(zāi)確認(rèn)和報(bào)警。光電感煙火災(zāi)探測(cè)器的工作原理是一 感光電極處于激光照射下發(fā)生電信號(hào)，當(dāng)火災(zāi)煙霧遮蔽激光時(shí)，電極失電， 發(fā)出報(bào)警信號(hào)。光電感煙探測(cè)器工作原理：點(diǎn)型光電感煙探測(cè)器的紅外發(fā)光元件與光敏元件（光子接收元件）

14、在其探測(cè)室內(nèi)的設(shè)置通常是偏置設(shè)計(jì)。二者之間的 距離般在20-25mm .在正常無(wú)煙的監(jiān)視狀態(tài)下，敏元件接收不到任何光， 包括紅外發(fā)光元件發(fā)出的光。在煙粒子進(jìn)入探測(cè)室內(nèi)時(shí).紅外發(fā)光元件發(fā)出 的光則被煙粒子散射或反射到光敏元件上，并在收到充足光信號(hào)時(shí)，便發(fā)出 火災(zāi)報(bào)警，這種火災(zāi)探測(cè)方法通常被稱(chēng)做煙散射光法。點(diǎn)型光電感煙探鍘器 通常不采用煙減光原理工作.因?yàn)闊o(wú)煙和火災(zāi)情況之間的典型差別僅有0.09% 變化這種小的變化會(huì)使探測(cè)器極易受到外部環(huán)境的不利影響。由于在辦公樓中相對(duì)比較干燥，沒(méi)有大量的粉塵和水霧干擾而且沒(méi)有 腐蝕氣體的侵蝕，故選用離子感煙式探測(cè)器即煙霧濃度檢測(cè)傳感器更為合理。 本次選用的是煙霧

15、濃度檢測(cè)傳感器MS5100如圖4所示，它有四個(gè)腳，兩個(gè) 腳是接電源給傳感器加熱，另外兩個(gè)腳接穩(wěn)定電壓。圖4煙霧濃度檢測(cè)傳感器MS5100簡(jiǎn)易煙霧報(bào)警電路圖如圖4所示:圖2感煙式火災(zāi)報(bào)警電路這是一個(gè)簡(jiǎn)易的煙霧火災(zāi)報(bào)警電路，其工作原理基于煙霧傳感器的感煙特性。 電源部分采用變壓器T降壓、VD1和VD2整流器、C1濾波以及VD3穩(wěn)流，獲得 10V直流電壓供傳感器使用。實(shí)物圖如圖5所示：圖3感煙式火災(zāi)報(bào)警電路實(shí)物圖2.3.2感溫式火災(zāi)報(bào)警電路設(shè)計(jì)火災(zāi)時(shí)物質(zhì)的燃燒產(chǎn)生大量的熱量，使周?chē)鷾囟劝l(fā)生變化。感 溫式火災(zāi)探測(cè)器是對(duì)警戒范圍中某一點(diǎn)或某一線路周?chē)鷾囟茸兓?時(shí)響應(yīng)的火災(zāi)探測(cè)器。它是將溫度的變化轉(zhuǎn)換為電

16、信號(hào)以達(dá)到報(bào)警 目的。感溫式火災(zāi)探測(cè)器可以根據(jù)其作用原理分為三大類(lèi)：定溫式火災(zāi)探測(cè)器、 差溫式火災(zāi)探測(cè)器、差定溫式火災(zāi)探測(cè)器。定溫式火災(zāi)探測(cè)器定溫式火災(zāi)探測(cè)器是在規(guī)定時(shí)間內(nèi)，火災(zāi)引起的溫度上升超過(guò)某個(gè)定值時(shí)啟 動(dòng)報(bào)警的火災(zāi)探測(cè)器。他有點(diǎn)型和線型兩種結(jié)構(gòu)形式。目前常用的定溫式火災(zāi)探測(cè)器有雙金屬、易熔合金和熱敏電阻幾種形式。差溫式火災(zāi)探測(cè)器差溫式火災(zāi)探測(cè)器是在規(guī)定時(shí)間內(nèi)，火災(zāi)引起的溫度上升速率超過(guò)某個(gè)規(guī)定 值時(shí)啟動(dòng)報(bào)警的火災(zāi)探測(cè)器。他有點(diǎn)型和線型良種結(jié)構(gòu)。消防工程中常用的差溫式火災(zāi)探測(cè)器多是點(diǎn)型結(jié)構(gòu)，差溫元件多采用空氣膜 盒和熱敏電阻。差定溫式火災(zāi)探測(cè)器差定溫式火災(zāi)探測(cè)器結(jié)合了定溫式和差溫式兩種感

17、溫作用原理并將兩種探 測(cè)器結(jié)構(gòu)結(jié)合在一起。在消防工程中，常見(jiàn)的差定溫式火災(zāi)探測(cè)器是將定溫式、 差溫式兩種感溫火災(zāi)探測(cè)器組裝結(jié)合在一起，兼有兩者的功能，若其中某一功能 失效，則另一種功能仍然起作用。因此，大大提高了火災(zāi)監(jiān)測(cè)的可靠性。差定溫式火災(zāi)探測(cè)器根據(jù)其工作原理，還可以分為機(jī)械式和電子式兩種。電 子式差定溫火災(zāi)探測(cè)器在當(dāng)前火災(zāi)探測(cè)報(bào)警及消防聯(lián)動(dòng)控制系統(tǒng)中用的比較普 遍。他的定溫探測(cè)和差溫探測(cè)兩部分都是由半導(dǎo)體電子電路來(lái)實(shí)現(xiàn)的。由于在辦公樓中正常情況下溫度相對(duì)比較穩(wěn)定，平時(shí)不會(huì)有大幅的波動(dòng)，故 在此次設(shè)計(jì)中選用，定溫式火災(zāi)探測(cè)器作為敏感元件。由此設(shè)計(jì)出的報(bào)警電路圖 如圖5所示：感溫式火災(zāi)報(bào)警器的電路圖如圖4所示，使它設(shè)定在60r左右然后置于需 要監(jiān)視的地方。當(dāng)被監(jiān)視場(chǎng)地的溫度低于設(shè)定溫度時(shí)，A、B端之間呈開(kāi)路狀態(tài)， VT1因基極為低電位為截止，繼電器K1不工作，電鈴B無(wú)報(bào)警聲發(fā)出。當(dāng)被監(jiān) 測(cè)場(chǎng)所發(fā)生火災(zāi)時(shí)，周?chē)鷫木硿囟壬?。?dāng)溫度達(dá)到設(shè)定溫度時(shí)，A、B之間呈 導(dǎo)通狀態(tài)，VT1也導(dǎo)通，繼電器K1工作，電鈴B發(fā)出報(bào)警聲。圖4感溫式報(bào)警器電路圖參考文獻(xiàn)GB50045-9