火灾报警器设计

毛敏

摘要：以检测是否有火灾为目的，本文采用红外对管作为烟雾检测传感器，把烟雾转化为电信号，根据红外光敏二极管接收到的烟雾信号输出相应的电信号来驱动大功率报警器报警。通过试验，该系统能够快速做出反应，适用于需要监测火灾的场合。

关键词：火灾；传感器；检测；报警器

中图分类号：TP212.14 文献标识码：A 文章编号：1009-3044（2018）28-0258-02

Design of Fire Alarm

MAO Min

（Shan xi Institute of Technology， Xian 710300，China）

Abstract：To detect whether there is a fire， for the purpose of this article uses the infrared to the tube as smoke detection sensor， the smoke is converted into electrical signals， the Arduino Uno microprocessor according to the received infrared light activated triode smoke signal output corresponding electrical signal to drive the high power alarm. Through the test， the system can respond in 2 seconds， which is suitable for monitoring fire.

Key words： Fire； Sensor； Detection；Alarm；Arduino

为了早期发现通报火灾，并及时采取有效措施，控制和扑灭火灾。本文主要对火灾报警器做了进一步设计，在出现烟雾的时候，及时发出告警信号，警报器结构单一化，成本较低，可以基于小电流驱动大功率。

1 工作原理

在物质燃烧中，经常出现一些现象。其一，热量，导致环境整体温度有所上升，利用温度传感器做进一步测量。然而，在燃烧速度较慢时，火灾初期环境温度的升高程度辨别难度较大。其二，可燃性气体，在有机物燃烧初期，释放大量可燃性气体，即一氧化碳等等，可以通过气敏进行检测。其三，烟雾，实际上就是人们可以利用肉眼观察到的微小悬浮性颗粒。烟雾的流动性非常强，能够进入传感器内部，其是有效检测火灾的主要方式，可以利用反射式光电传感器做详细检测。其四，火焰，通过紫外管做全面检测，但是，需要借助带通滤波器，确保只有检测紫外线的抖动信号通过，避免太阳照射。反射式烟雾报警器的原理图具体如图1所示。

在不存在烟雾的时候，因为红外对管处于垂直状态，烟雾室内部带有黑色的吸光材料，因此，红外LED所发出的红外光，难以及时传达到红外光敏二极管中去。而在烟雾进入烟雾室之后，固体粒子会对红外光产生漫反射，导致一些红外光进入光敏二极管中。

2 光电烟雾传感器

所谓光电烟雾报警器实际上就是内部含有光学迷宫，并安装了红外对管，在无烟状态下，接收管不会接收到红外光，但是在烟雾进入光学迷宫的时候，以折射或反射形式，都会接收到红外光，智能报警电路对其阈值状态进行判断，一旦超出，就会及时报警。而光电烟雾传感器主要划分为减光式和散射光式两大类，其中，减光式在正常状态时，受光器收到发光器发出的光量。在有烟雾状态时，发光器发射光受烟雾阻碍，导致受光器难以全面接收光量，光电流大大下降，这时探测器就会及时发出警报。而散射光式在正常状态时，受光器无法接收到发光器发射的光，所以，无法产生光电流。在发生火灾的时候，烟雾进入检测室中，受烟粒子作用，导致发射光出现漫射，其被受光器接收，导致其阻碍改变，产生光电流，以此将烟雾信号转换成电信号，探测器接收信号对警报进行判断。

3 烟雾传感器功能

3.1 报警模式

烟雾传感器利用硬件跳线方式，合理选择报警模式，即触发长报模式、自动报警模式。其一，触发长报模式，在有火警方式的时候，报警器将开关信号输出给检测主机，基于人为辅助能力，才能够将警报解除。其二，自动报警模式，是在有火警方式的时候，报警器将开关信号输出给检测主机，在烟雾消散时，自动报警器关闭为检测主机提供的信号，这时报警信号就会中断。

3.2 输出开关信号方式

报警器检测主机可以接受两种开关信号，即常开的与常闭的。设置烟雾传感器为常开信号，在没有烟雾的时候，开关断开，在检测到烟雾的时候，开关闭合，这样一来，报警主机便可以检测到报警信号。常闭信号则相反。

3.3 确定设计方案

以节约成本为基础，采取一次性烧写单片机芯片，价格控制在0.6元左右，其他外围元器件与PCB板价格控制在8-10元，方案经济且可行。

4 硬件设计

4.1 宽电压电源设计

采用可以兼容直流与交流的电源设计，输入电压范围控制在7-35V。电源稳压电路如图2所示，其中，L1和L2属于交直流输入端，Q8和Q9构成桥式整流，而Q4、Q5、Q10、D1构成串联稳压电路，电压则由二极管决定。其中，D1是一个12V稳压二极管，因此，串联稳压电压是12V，电压经过5V的三端稳压器件稳定在5V提高给其他电路工作。稳压电路相对简单，经过验证，在交直流输入电压情况下，可以稳定运转。

4.2 红外信号发射电路

采用一对光电对射管，发射電路具体如图3所示，其中seout端与单片机的IO管脚相连接，单片机控制发射电路，允许发射管发出红外光电信号，在seout处于低电平的状态时，允许发射红外光电信号，高电平的状态时，则禁止。

4.3 红外信号接收电路

红外接收电路具体如图4所示，D2为红外光电信号接收管，在尚未接受到信号时，内阻大约为6-8K，在接受到红外光电信号的时候，内阻快速缩减，大约在2-3Ω。因为D2内阻缩减，Q3基极转变为低电平Q3，C与E导通，Q6获得基极偏流导通，C极电位明显降低，也就是单片机外部中断位置的管脚成为低电平，根据电平判断所接收的电信号，执行处理命令。

5 结语

总而言之，红外光对管烟雾报警器设计，其不仅成本较低，技术指标与国家相关标准相符。而且，目前已经实现了产品化，并已经大量生产应用于安防报警系统中去，效果显著。在这一设计基础上，还可以进一步完善、优化为脱离报警主机的独立烟雾传感报警器，这样一来，可以更加有效的应用于各个行业，其效果也十分良好。

参考文献：

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【通联编辑：光文玲】