楼宇自控-安防设计

摘 要:随着人们生活水平的提高和居住环境的改善,人们对楼宇安防的要求也日益提高。安防主要包括防火、防盗、防雷电等,然而火灾是当前国内外普遍关注的灾难性问题，由于目前装修用料和方式也越趋多样化，因此对火灾自动报警系统设计提出了更高、更严格的要求。

关键字：传感器，报警器

中图分类号: TU855文献标识码：A文章编号：T2012-08（01）9502

1防火自动报警系统的设计

1.1 火灾自动报警系统的构成

（1）火灾探测器分类：火灾探测器的种类很多，而且可以有多种分类方法。一般根据被测的火灾参数特征，响应被测火灾参数的方法和原理，敏感组件的种类及分布特征划分：感烟火灾探测器，感温火灾探测器，感光火灾探测器，可燃气体火灾探测器。

（2）火灾探测器的选用：根据火灾的特点选用探头时，应符合下述要求：①对火灾初期有阴燃阶段，产生大量的烟和少量的热，很少或没有火焰辐射的，选用感烟探头；②对火灾发展迅速，产生大量热、烟和火焰辐射的，选用感烟探头、感温探头、火焰探头或它们的组合； ③对情况复杂或火灾形成特点不可预料的，可进行模拟实验，根据实验选用适宜的探头。

在不同高度的房间设置火灾探测器时见表1。

表1 不同高度适用不同类别的探测器

（3）探测器设计：本文选择集成温度传感器AD590和气体传感器TGS202用作采集系统的敏感元件。

火灾中气体烟雾主要是CO2和CO。TGS202气体传感器能探测CO2，CO，甲烷、煤气等多种气体，它灵敏度高，稳定性好，适合于火灾中气体的探测。当TGS202探测到CO2或CO时，传感器的内阻变小，VA迅速上升。选择适当的电阻阻值，使得当气体浓度达到一定程度(如CO浓度达到0.06％)时，VA端获得适当的电压(设为3 V)。

1.2火灾报警控制器

火灾报警控制器就是自动报警系统的重要组成部分，它的先进性是现代建筑防火系统的重要标志。火灾报警控制器接收火灾探测器送来的火警信号，经过处理后认定火灾，发出火警信号。一方面启动火灾报警装置，发出声光报警等；另一方面启动灭火装置，用以驱动各种灭火设备，同时也启动联锁减灾系统，用以驱动各种减灾设备。

1.3火灾警报装置

声报警模块， 声报警电路在单片机P1口的控制下。声音信号由一简单的报警电路发出，P1.0接晶体管的基极输入端，当P1.0输出高电平1是，晶体管导通，蜂鸣器两端获得约+5V电压而鸣叫，当输出为低电平0时，晶体管截止，蜂鸣器停止发声。

光报警模块，由P1口的P1．4～P1．7分别控制4个发光二极管，予以光报警，如图1所示。P1．4～P1．7控制的灯依次为绿色(正常信号灯)、黄色(故障信号灯)、红色(异常信号灯)和红色(火灾信号灯)。当这些输出端输出低电平时，对应的信号灯便会发光报警。

图1光报警器

1.4电源

火灾自动报警系统属于消防用电设备，其主电源应当采用消防电源，备用电采用蓄电池。系统电源除为火灾报警控制器供电外，还为与系统相关的消防控制设备等供电。

2系统的总体结构和软硬件件设计

2.1火灾报警系统（图2）

图2系统结构框图

2.2  报警器硬件设计

2.2.1  硬件组成

如图3所示的报警器硬件由温度烟雾信号采集模块、声光报警模块以及单片机与Modem通信模块组成。图中1，2，组成数据采集模块，3，4组成声光报警模块，5，6组成与Modem通信模块。其中，1为传感器(包括烟感和温感)，将现场温度、烟雾等非电信号转化为电信号； 2为A/D转换电路，完成将温度传感器和烟雾传感器输出的模拟信号到数字信号的转换。声光报警模块由单片机和报警电路组成，由单片机控制实现不同的声光报警(异常报警、故障报警、火灾报警)功能。单片机与Modem通信模块由单片机、GM16C550串行端口扩展芯片和RS232电平转换电路组成，实现报警器经Modem与消防指挥中心的通信。

图3报警硬件组成

图3所示，中心控制系统采用了单片机AT89C51芯片，它包括一个8位的80C51微处理器，4个8位并行I/O端口P0-P3，每个端口即可以用作输入，也可以用做输出。具有5个中断源，两个中断优先级的中断控制系统等。芯片内部有一个高增益反相放大器，用于构成振荡器。反相放大器的输入端为XTAL1，输出端为XTAL2，两端跨接石英晶体及两个电容就可以构成稳定的自激振荡器。电容器C1和C2通常取30pF左右，可稳定频率并对振荡器频率有微调作用.和其他为处理器一样，89C51单片机在启动时需要复位。本文选用手动复位。既指通过接通一按钮开关，使单片机进入复位状态。复位电路虽然简单，但作用非常重要。

A/D转换电路采用了常用的8位8通道数模转换专用芯片ADC0809，电路如图4所示。温度、烟雾传感器的输出分别接到ADC0809的IN0和IN1。ADC0809的通道选择地址A，B，C分别由89C51的P0．0～P0．2经地址锁存器74LS373输出提供。由ALE锁存通道号地址后让ST有效,当P2.7=0时，与写信号WR共同选通ADC0809。图中ALE信号与ST信号连在一起，在WR信 号的上升沿写入地址信号，在其下降沿启动A/D转换。

EOC: 转换结束信号；

OE: 输出允许控制端；

ST: 启动信号；

ADDA-ADDC: 模拟开关地址.存入地址锁存器,ALE=0时地址被锁存；

ALE: 地址锁存信号.有低到高电平是,把三位地址信号送入通道号地址锁存器,并经译码器得到地址输出。

图4 主控电路

2.2.2单片机与Modem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、MAX232芯片组成。

MAX232芯片是MAX公司生产的，包含两路接收器和驱动器的IC芯片，适用于各种EIA/TIA-232-E和V.28/V.24的通信接口。MAX232芯片内部有一个电源电压变换器，可以把输入的+5V电平转换为RS-232C输出电平所需的正或负10V电压。尤其适用于没有±12V的单电源系统。MAX232的工作温度范围为0℃～70℃，MAX232I的工作温度范围为-40℃～85℃。其适应性强，而其价格适中，硬件接口简单，所以被广泛的使用。

3 报警器软件程序设计

监控程序流程图如图5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。

图5 流程图

3.1数据采集子程序

数据采集部分的程序设计包括：驱动ADC0809的IN0和IN1进行A/D转换，分别由子程序ADC1(温度转换)和ADC2(烟雾浓度转换)完成；单片机接收转换好的数据，存入指定内存单元，由INT1中断服务程序完成。每次驱动A/D转换后等待外部中断1，中断到来说明A/D转换已经完成，通过中断服务程序读取转换得到的数据。

3.2火灾判断与报警程序

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。数据在内部RAM存储单元中的存放情况如表2所示。具体判断方法如下：

对温度和烟雾进行了两次数据采集与判断。温度≥100℃，温度异常，置标志位为1，否则为0；烟雾(CO，CO2)浓度≥0.06％，烟雾浓度异常，置标志位为1，否则为0。

根据温度和烟雾的异常标志位判断现场情况 。2个标志位均为0，表示情况正常，给53H或56H单元送00H；2个中仅有1个为1，表示情况异常，送01H；2个均为1，表示有火灾发生，送02H。

综合两次情况做最后判断，并予以报警。若53H和56H中数据不相同，说明是误报，调故障报警子程序；否则按该单元中的数据调相应的报警子程序。

00H为情况正常，返回。

01H为情况异常，调异常报警子程序。

02H为现场有火灾，调火灾报警子程序，并向消防中心报告火情。

表2数据采集

4结束语

为了能够很好地继承消防自控系统已经具备的优势，显而易见，应进一步增强消防智能区域控制器的能力，使它具备能够汇入其它骨干控制网络的能力，同时具有分布式系统的一些特点，增加数据的传输能力，作为整个楼宇自控系统有机的一部分，从而完成整个楼宇的智能控制。 ．参考文献：

[1] 火灾自动报警系统设计规范. GB50116-98. 56-61 [2] 建筑设计防火规范. GBJ 16-87. 2001. 134-150 [3] 民用建筑电气设计规范. JGJ/T 16-92. 30-31 [4] 全国民用建筑工程设计技术措施－电气. 2003. 163-167 [5] 高层民用建筑设计防火规范. GB50045-95. 193-194 [6] 李朝青.单片机原理及接口技术. 北京：航空航天出版, 92-96

[7] Hobson C S. Charge Transfer Devices. New York: Wiley, 1978.96-107

[8] Barbe D F. Charge-Coupled Devices. New York: Springer-Verlag,1980.19- 32

[9] 汪永华. 建筑电气.北京：机械工业出版社, 222-224

作者简介：房晓川（1982—），男，助理工程师。2007年毕业于青岛理工大学自动化专业，现山东省天元安装工程有限公司从事工程项目管理工作。

注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。