一篇论文 关于火灾报警系统的设计.docx

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一篇论文关于火灾报警系统的设计

一篇论文：

关于火灾报警系统的设计

目录摘要：

11.研究背景2

1.1国内外报警系统的现状及发展情况2

1.１.1火灾报警系统发展历程2

1.１.2火灾报警系统在国外的发展情况3

1.１.3火灾报警系统在国内的发展情况31.2火灾报警系统的分类3

2系统硬件7

2.1系统硬件电路设计7

2.2核心单元电路7

2.3温度检测电路8

2.4键盘扩展电路8

2.5LCD显示电路9

2.6打印机控制电路9

2.7声光控制电路9

2.8通信接口电路9

2.9硬件电路原理图9

3系统程序流程11

3.1主程序模块11

3.2探测器扫描模块11

3.3键盘扫描模块13

3.4报警处理模块13

3.5声光控制模块13

3.6LCD显示模块15

4总结与展望17

4.1论文总结17

4.2系统测试及分析17

4.3关于消防火灾自动报警技术的展望18

谢辞19

参考文献：

20

附　　录21

酒店消防报警系统的设计马克斯加甫

摘要：

消防报警系统是智能建筑三大体系中的建筑设备管理系统的一个非常重要的子系统。

该系统包括智能建筑的火灾自动报警与消防联动控制。

该系统能对火灾发生进行早期探测和自动报警，又能根据火情位置，及时输出报警信号。

在智能楼宇中设置安装火灾报警控制系统是必不可少的消防措施。

关键词：

消防报警；火灾自动报警系统；单片机Abstract：

Fire–fightingalarmsystemisaveryimportantsubsystemofbuildingmanagementsystemwhichisoneofbigthreesysteminintelligentbuilding.Thissystemincludesfirealarmsystemandfire-fightinglinkagecontrolsystem.Itcanfindfireearlierandalarmautomatically.Accordingtothesiteoffire,itexportsthefireextinguishingsignal,startsthefireprotectiondeviceandquenchesthefire.Itisessentialthatfirealarmcontrolsystemisinstalledinintelligentbuilding.Keyword：

fire-fightingalarm；firefightingauto-alarmsystem；SCM

前言在我国，随着经济的发展和生活水平的提高，工业与民用建日趋增多，火灾发生的可能性也随之大幅提高。

另外，现代建筑物中塑料制品和玻璃的大量应用使火场内外部的求援行为困难重重。

因此，现代化的楼宇，尤其是大型宾馆、酒店、商场、图书馆、博物馆、档案馆和办公楼等公共场所，对火灾报警和自动灭火系统提出了更高的要求。

功能完善的消防设施对保障人民生命财产的安全极为重要。

网络技术、控制技术和通讯技术的高速发展为消防行业的现代化动态管理提供了机会，以网络技术为核心的信息技术为智能网络火灾报警系统的建立拓宽了发展空间，目前，消防监控己成为现代楼宇计中不可缺少的组成部分。

1.研究背景任何火灾，在其初始发展阶段，都将伴随烟雾，热量和火的生产，烟，热，光是物质燃绕的3大特征。

火灾早期预报的重要手段，就是通过安装在现场的各类火灾探测器对火灾生产的烟，热，光等火灾参量做出有效响应，发出报警信号，呼唤工作人员采取必要的灾火借拖，有效地制火灾的发生。

消防火灾控系统一般由火灾深测器，区域报警器和集中警报器组成，也可根据工程的要求，与各种灭火设施和通信装置进行联动，形式中心控制系统。

火灾自动报警系统包括上位机系统和下位机系统。

上位机系统是一种能接收、显示和传递火灾报警等信号的报警装置，它是火灾自动报警系统的中枢。

火灾报警探测器是监视周围环境状况的“感觉器官”，主控芯片则是系统的“大脑”，是整个系统的核心。

火灾报警控制器担负着监视探测器及系统自身的工作状况、处理火灾探测器输出的报警信号、进行声光报警、指示报警的位置、时间及执行相应的辅助控制等任务。

本文针对火灾报警系统的设计进行了深入地研究，全面阐述了研制火灾报警控制器硬件部分和软件部分的方法，因为本人能力原因，将在前期的火灾温度报警模块作重点讲述。

1.1国内外报警系统的现状及发展情况

1.１.1火灾报警系统发展历程火灾报警系统，从发展过程来看，大体可分为三个阶段。

第一阶段：

多线型火灾自动报警系统。

每个探测器除需提供两根电源线外，还需提供一根报警信号线，探测器电源由报警器提供，探测器的信号线均连接到报警显示盘上，报警时点亮相应的指示灯，如日本“日探”公司生产的CPF火灾报警系统，此类系统的功能一般以报警为主，辅以一些简单的联动功能（也为多线制），如驱动警铃等，其报警器对外围探测器无故障检测功能，只会对电源线的断线做出故障反应，安装此类系统比较繁琐，特别是校线工作量较大。

第二阶段：

总线型火灾自动报警系统。

这种自动报警系统已采用微处理器控制，其线制一般有四线制、三线制、二线制，探测器和模块均采用地址编码形式，通过总线与控制器实现信号传送，其探测器的报警形式为开关量，它的灵敏度在制造时，通过硬件决定，不可调整，此类系统可进行现场编程，并通过各种模块对各联动设备实行较复杂的控制，此类系统已具有系统自检以及对外围器件的故障检验等功能，但对故障类型不能区分，目前国内生产的火灾自动报警系统大多数为此类产品，由于此类产品具有报警和控制功能，它的施工、安装较为方便，且价格较低，已被大量使用。

第三阶段：

智能型火灾自动报警系统。

由于采用了先进的计算机控制技术，智能化程度大大提高，探测器的报警形式采用数字量，并可通过软件对其灵敏度根据使用场合、时间进行设定和调整，如可设定白天、夜间、休息日不同灵敏度。

对探测器的使用环境参数变化较大的场所，灵敏度设定相对低一些，对环境较稳定或一些重要的场所，灵敏度设定相对高一些，这一功能可提高系统的稳定性及可靠性，减少误报。

1.１.2火灾报警系统在国外的发展情况国外一些较发达的国家，具有火灾预防、报警、扑救、善后处理等比较完善的消防体系。

政府每年都要拨出大笔资金用于消防设备更新、人员培训以及消防设施维护。

德国、日本、美国等国家就采用计算机与用户终端的传感器或者用户终端信号采集器相连，对火灾自动报警设备实时监控以及故障远程传输。

例如：

美国、加拿大、英国、澳大利亚、日本等国家在建设和应用城市火灾自动报警监控系统方面均有可供借鉴的成功经验。

他们将自动火灾报警作为公共报警手段接入监控系统，并有效运行多年，使消防指挥中心能够快速准确判断火灾地点、火灾类型，并调度消防部队迅速到达现场，自动报警监控系统在此起到了很大的作用。

此外，这些国家在监控系统管理方面比较规范，专门成立一个监控服务机构，该机构的责任是保证火灾报警数据通信畅通，为用户服务，对用户负责，同时向消防部队传送可靠的火灾报警信息，而消防部门的主要责任是对此类服务机构进行资质审查及监督管理。

这种管理运作方式已经取得了良好的效果。

1.１.3火灾报警系统在国内的发展情况我国火灾报警系统起步较发达国家晚几十年，从上世纪70年代我国才开始研制生产火灾报警系统产品。

进入80年代后，国内主要厂家也多是模仿国外产品，或是引进国外技术进行生产，没有真正意义上核心技术，并且市场也刚刚开始发育。

火灾报警产品真正发展是在90年代以后，随着政府逐渐开放国门，国外企业开始大量进入中国消防市场，带来先进技术的同时也促进了市场的成熟。

这时期，我国生产火灾报警产品的企业也得到了快速发展，部分企业进行了合资生产、技术合作，取得了不菲的成绩，也造就了现今市场上许多有实力的商家，部分技术已接近或赶上了国际水平。

1.2火灾报警系统的分类火灾报警系统根据需要可划分为区域报警系统、集中报警系统和控制中心报警系统。

区域报警系统是由火灾探测器、受动火灾报警按钮、区域控制器等组成。

区域可以视为一栋楼或几层楼的范围，在区域报警系统中应设置一台区域控制器，最多设置不应超过三台区域控制器。

集中报警控系统是由火灾探测器、手动火灾报警按钮、区域报警控制器、集中报警控制器等组成。

在集中报警系统中应设置一台集中报警控制器和两台以上的区域报警控制器。

集中报警控制器应设置专用值班室或消防值班室内，由专人看守。

控制中心报警系统是由火灾探测器、手动火灾报警按钮、区域报警控制器、集中报警控制器、消防控制设备等组成。

系统中应至少设置一台集中报警控制器和相关的消防控制设备设置在值班室，其他部位的集中报警控制器应将火灾报警信号和消防联动控制信号均送至消防控制值班室。

1.3火灾报警探测器物质燃烧，就必然有热量释放出来，环境温度升高，而在燃烧速度非常缓慢的情况下，这种热（温度）是不容易鉴别出来的。

物质在燃烧开始阶段，首先释放出来的是燃烧气体，比如：

单分子的CO和CO2等气体。

其次还有悬浮在空气中较大的分子团、灰烬和未燃烧的物质颗粒，这些悬浮物称为气溶胶，粒子直径一般字0.01μm左右。

烟雾是人的肉眼可见的燃烧生成物，其粒子直径为0.01—10μm的液体或固体微粒称之为烟雾。

不管是燃烧气体还是烟雾它们都有很大的流动性，能潜入建筑物的任何空间。

由于有些气体和烟雾有毒性，所以，它对人的生命有特别大的威胁。

据统计，在火灾中约有70%死者的死亡就是这些燃烧气体和烟雾造成的。

火焰是物质着火时产生的灼热发光的气体部分。

物质燃烧到发光阶段，是物质的全然阶段。

在这阶段中，火焰热辐射含有大量的红外线和紫外线。

从物质燃烧的基本概念出发，选择合适的火灾探测器是一个非常重要的环节，因为任何一种探测器都不是万能的，每一种探测器有一定的环境适应性，也可以说有一定的局限性。

要想有效地发挥各种火灾探测器的作用，就要掌握各种火灾探测器的探测原理，以及它的适用场所，只有这样才能真正发挥它们作用。

对于普通可燃烧物质的表现形式，首先是产生燃烧气体，然后是烟雾，在氧气供应充分的条件下，才能达到全部燃烧，产生火焰，并散发出大量的热，使环境温度升高（起火过程曲线如图1-1所示）。

图1-1起火过程曲线如图1-1所示，起火过程中，总是前两个阶段所占有的时间比较长，这是燃烧的开始阶段。

如果要把火灾损失控制在最小限度，保证人身不受伤亡，那么火灾的探测器就应该从此阶段开始进行为宜。

因为此阶段尽管产生了大量的七溶胶和烟雾，充满建筑内的空间，但环境温度并不高，尚未蔓延发展到严重的程度。

由于火灾发生时，会产生烟雾、高温和火光等现象，探测器对这些很敏感。

当有烟雾、火光、高温产生时，它就改变平时的正常状态，引起电流、电压或机械部分发生变化或位移，信号经过放大，送入控制器，并以声、光等形式发出警报信号，显示火灾的部位、地点。

1.4火灾探测器的分类探测器是火灾报警系统的现场探测部件，它的好坏直接关系到整个系统是否正常运行。

当火灾发生时，把因火灾产生的各种非电量参数（如烟，温度等参数）变成电量参数传送给控制器。

其特点是模拟量传输，跟随各种非电量参数（如烟、温度等参数）变化而变化。

火灾探测器根据火灾发生时所表现出来的物理现象可以分为：

气敏型、感温型、感烟型、感光型、感声型五大类。

在每个大类中，又可以根据物理效应分为不同的八大类，如图1-2所示。

图1-2火灾探测器分类

1.5火灾探测器的性能比较由于建筑结构和功能的多元化，为了准确、及时地探测火灾，并进行报警，对火灾探测器提出了更高的要求。

选择火灾探测器时必须充分考虑火灾探测器的性能、建筑空间形状、火灾特点和可能发生的危险。

下面就一些常用火灾探测器和使用场合作一比较。

感温探测器：

感温探测器一般分为定温式、差温式和差定温式三种类型，单一的感温探测器由于灵敏度低，探测速度慢，尤其对阴燃情况不响应，误报率高。

感烟探测器：

感烟探测器又可分为离子感烟探测器和光电感烟探测器，其中离子感烟探测器具有非常好的早期报警功能，即使在环境条件不太好的场所也会有较好的探测效果，它一般适用于极高的房屋或空心花板或地下室中，感烟探测器适用于火灾前期及早期，产生大量的烟和少量的热，很少或没有火焰辐射，但它不能区分火灾信号与非火灾的厨房烟、水蒸气等信号，所以误报率较高。

气体探测器：

气体探测器适用于散发可燃气体和可燃蒸汽的场所。

但由于气体探测器探测对像CO易与还原气体发生化学反应，因而在有还原气体的场所可能发生误报警。

图像探测器：

目前研制出的图像火灾探测器有烟雾图像探测器、火焰图像探测器、激光图像感烟探测器等，他们都非常适合于商场大空间建筑。

但烟雾图像火灾探测器对不规则物体或相似图像可能发生误报警;而火焰图像探测器则对高温物体或太阳光照射可能发生误报警；激光图像感烟火灾探测器则由于其良好的探测性能，发生误报警的概率小，非常适合商场建筑的火灾探测。

红外火焰探测器和紫外火焰探测器：

由于能够辐射出红外线的不仅仅是火灾的火焰，一些高温物体的表面，如:

炉子、太阳等都能发出与火焰红外线频带相吻合的红外线，因而这些并非火灾的红外源就容易使单波段红外火焰探测器产生误报警，紫外火焰探测器灵敏度高（毫秒级），反应快，适合在火灾时有强烈的火焰辐射、无阴燃阶段且需对火焰做出快速反应的场合，但当环境中有紫外辐射、高温物体或有太阳光直射时可能要发出误报警动作，因此，紫外火焰探测器不宜用于火焰出现前有浓烟扩散或有阳光直射的地方。

任何一种火灾探测器都只是针对火灾中同时出现的多种物理量中的一种进行探测，不可避免的受到环境中某些相似因素的影响，从而导致误报警（误报警是指在非火灾情况下，火灾探测器发出的报警），表1-1列出了几类火灾探测器误报警的部分环境因素。

表1-1误报警原因火灾中物理量探测器类型识别模式误报警因素接触型CO、CO2气体探测器接触还原气体温度感温探测器气体或温度变化固体颗粒感烟探测器灰尘、水滴、小昆虫静电探测器静电非接触型辐射光火焰探测器闪烁频率照明、太阳光燃烧音声音探测器功耗谱强度生活、生产噪音烟雾形状图像探测器颜色、边缘不规则物体、相似色火焰形状图像探测器辐射能量区别高温物体、太阳光照射解决误报警问题已成为提高火灾探测器准确性的关键所在，减少和降低误报警，有以下几条比较有效的途径：

（1）避免和减少环境因素对误报警的影响。

该方法着眼于引起误报警的环境因素，通过改进探测器结构设计和规定使用条件入手来减低误报警。

（2）考察参量变化与实际火灾过程的比较。

该方法着眼于识别方式，通过模拟方式监测某一物理参量的变化历程，并与实验所得火灾过程相应物理参量变化曲线相比较，由此来判断是否发生火灾。

这种方法需要大量的火灾实验数据为基础。

（3）改单一物理参量监测为多参量复合监测，降低误报警。

实行多参量复合监测要依据所在建筑及火灾特点（或火灾数据）取舍物理量，既可减低火灾误报警，又能保证经济和技术上可行。

（4）寻找适当的信号处理算法，如：

复合趋势算法、模糊逻辑算法和人工神经网络算法等，在提高灵敏度的同时将误报率降低到极限。

1.6火灾探测器的标定火灾探测器安放的环境复杂多变，对被探测的环境变量的阀值要求就不一样。

在火灾探测器安装之前，必须要对它们进行标定。

标定的目的是根据具体要求设定火灾探测器的阀值。

对离子感烟探测器来说，环境变量比较单一。

烟进入的直接效果是改变栅极电压，而栅极电压是离子室的端电压和离子室的机械结构及放射源决定的。

由于机械件几何结构的精密性，可以做到准确的放射源配对，从而得到足够准确的分压比。

阈值与烟浓度的模拟就可以简单地由设定控制离子室的端电压来达到足够的精度。

离子型探头的标定技术易于掌握，实现比较容易。

标定的准确性对能否使火灾探测器发挥应有的效能非常重要。

虽然人们对离子型中的放射源的隐忧一直存在，但是由于离子型探头的标定易于掌握和实现，所以很多用户采用离子型。

2系统硬件通过上面的叙述可知，消防火灾自动报警控制系统主要应具有以下功能。

（1）火灾自动检测报警功能，当接收到火灾探测器送来的火灾报警信号后，应立即由监控状态转为报警状态，发出报警信号；火警指标灯亮，音响装置发出火警信号，显示报警房间号，并记录报警时问，如有必要还打印报警信息。

（2）断线故障自动报警功能，当深测器到火灾报警控制器之间的连线短路或落时，应发出相应的报警信号。

（3）自验功能，为保证每个深测器及报警控制器单元电路始终处于正常工作状态，报警控制器应设自验按键，供值班工作人员随时对系统功能进行检查。

（4）火警优先功能，如果系统正于故障报警状态发生火警信号或两者同时发生时，应优先置为火警状态。

（5）联动功能，系统应具有手动，自动方式启动消防灾火设备，实拖灭火功能。

（6）其他，如过压保护，过流保护，备用电源自动充电，欠压报警等功能。

2.1系统硬件电路设计在硬件系统中主要由核心单元路，温度检测电路，键盘扩展电路，LCD显示电路，打印机输出电路，声光控制电路，通信接口电路等单元组成，如图2-1所示。

图2-1硬件电路

2.2核心单元电路综合考虑系统扩展方便性、系统工作可靠性、性价比等因素，系统主机芯片采用MCS-51系列的8051芯片，程序存储器的芯片用2764芯片（EPROM）,扩展的数据存储器选用6264。

由于系统扩展单元电路较多，为编址方便，采用74HC138译码器芯片产生片选信号。

PO口的地址锁存采用74HC373锁存器。

程序存储器2764芯片的地址映像为0000H-1FFFH,数据存储器6264芯片的地址映像为0000H-1FFFH。

8051的4个并行I/0口功能分配如下。

P0口；外接程序存储器和数据存储器地址的低位字节（总线低8位），并作为数据总线分时对程序存储器，数据存储器，扩展的外设进行读写操作。

P1口；P1.O脚用于串行通信的收发控制，P1.1脚用于检测打印机的忙/闲工作状态，P1.2脚用于报警声音输出，其余管脚悬空。

P2口；P2.0-P2.4是程序存储器和数据存储器的高位地址线；P2.5-P2.7连接74HC138的输入脚，用于产生片选信号。

P3口；所有8个管脚均使用其第二功能。

INTO用于ADC0809芯片的中断请求输入；WR与RD用于扩展的外设和数据存储的读写选通控制。

2.3温度检测电路系统对现场火情的检测是采用温感元件实现的，当现场温度达到设定阀值时，即向8051申请中断，8051接收到中断请求信号后，转去处理并触发报警。

检测的核心部件（R31）为铂电阻温感电阻测温元件，它具有温度系数分散性小，精度高，灵敏度高的特点。

将检测值通过电路进行信号放大，并送摸/数转换器ADC0809转换为数字信号8051。

电路的参考检测温度与电路输出值，见表2-1。

表2-１参考检测温度与输出表温度/℃R/ΩLM741/V3.0100.000.0064.0125.161.25128.0149.842.5195.0174.043.75256.0197.765.00核检测单元电路使用元器件较多，使生产成本提高。

另外ADC0809芯片可以连接的检测回路较少且检测电路与ADC0809芯片的距离不能太远，因此在实际使用中会受到一定限制。

2.4键盘扩展电路本系统采用8255A扩展键盘，这种方案需要8051不断打描键盘。

该键盘由16个按键组成，分别是；0-9共10个数字键、复位键、消音键、查询/打印键、消除键、功能设置键、辅助键等。

当系统外于报警或导常状态时，按下复位键系统恢复到正常控状态。

此时，显示屏仅显示“HZJBOK!

”，清空当前报警信息，关闭报警声音，火警、故障及消音指示灯熄灭。

如果在报警状态下，按下消音键，则声音关闭，同时消音指示灯亮，再次按下该键，声音开启，同时消音指示灯熄灭。

如果在正常状态下按该键，则对系统的工作无任何影响。

查询/打印键：

按下该键会弹出二级菜单Checkprint。

按数字键1就可以进入信息查询子菜单，此时屏幕显示：

fireerrorclose按下1-3数字键中的各键，就可以分别查询到火警信息、故障信息、回路关闭信息。

如果在查询/打印选择状态下按下数字键2，就可以打印历史记录。

与信息查询相同，在信息打印选项中也会弹出以下菜单：

fireerrorclose按下1-3数字键中的各键，就可以分别查询到火警信息、故障信息、回路关闭信息。

清除键：

主要用于菜单操作中逐级由下级菜单向上级菜单返回。

功能设置键：

可以完成探测回路的开启/关闭、回路的再编码、系统自检等操作。

系统键盘是通过8255A芯片与8051相连的。

因此要实现对键盘的管理必须使用8255A。

8255A的端口地址分别为：

端口端口地址A口4000HB口4001HC口4002H命令口4003H

2.5LCD显示电路本系统采用MDLS16265B字符型LCD显示器，其内置大规模集成电路HC4478芯片作为主控电路，可以方便地与8051实现连续。

LCD的端口地址分别为：

端口端口地址写命令口8000H读状态口8200H写数据口8100H读数据口8300H

2.6打印机控制电路在消防火灾控制系统中，需要将系统运行情况及报警信息打印输出，以便于事故追查和信息存档。

本系统可以通过端口地址6000H将需要打印的数据或发送到打印机的命令传送给打印机。

2.7声光控制电路为了表明报警类别及唤起人们注意，在发生火情或系统出现异常时，分别有相应声光指示。

2.8通信接口电路这部分电路主要是为了与上位机连接，已实现更强的控制功能而设置的。

2.9硬件电路原理图消防火灾自动报警控制系统硬件电路如图2-2、图2-3所示。

图2-18051与存储器、译码器连接图2-28051与外接设备的连接

3系统程序流程

3.1主程序模块程序的执行从主程序开始。

在这段程序中首先判断系统的启动类型，针对不同情况做出相应的处理。

如果是上电复位，则对内外数据存储器各单元清零，并初始化T0、T1、外部中断0、串行通信，然后以循环查询方式扫描键盘。

处理显示。

如果是手动复位或自动复位则直接转入主程序入口处扫描键盘、处理显示。

按照火警优先的原则，外部中断0设定为高优先级中断。

T0用于产生指定频率的波形控制扬声器发出报警信号。

定时器T1以中断方式产生时钟所需的定时信号。

程序流程如图3-1.图3-1系统主程序流程图

3.2探测器扫描模块ADC0809按照一定的周期扫描各检测回路，并在扫描一个回路结束后向8051发出中断请求信号。

由于它所连接的外部中断0是高优先级中断，因此其提出的中断请求总会被立即响应。

8051响应中断后读取获得的检测值，如果检测值小于设定阀值（64°）则通知ADC0809继续扫描下一个回路。

如果检测值大于设定阀值则发出火警信号，置位相关标志位，并将报警信息存入指定存储区，然后打印报警信息。

程序流程图如图4-2所示。

图4-2　探测器扫描模块程序流程图在探测器扫描模块中调用的火警处理子程序，其程序流程如图4-3所示。

图4-3火警报警处理程序流程图

3.3键盘扫描模块本系统使用的键盘为矩阵式非编码键盘，因此要通过软件来解决按键的识别、消除抖动、产生键的编码等问题。

其流程图如图3-4所示。

图3-4键盘处理程序流程图3.4报警处理模块一旦发现火情或某项检测部位的单元电路出现故障，系统立即由正常状态转为报警状态，此时LCD显示屏显报警的具体位置，同时相应的发光二级管发出指示，并且扬声器也要发出报警声，如有必要还要将报警信息打印输出。

3.5声光控制模块这部分程序主要用来控制发光二