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烟雾检测火灾报警系统的设计


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文章编号:100¥4570(20q7)08—2-0093.-.02

单片机开发与应用

烟雾检测火灾报警系统的设计
The System Design of Smog Detection and Fire Giving
an

Alarm

,(I

.天津市河北工业大学o_河北工程大学)陈悦1刁若菲2刘志伟1常鸿飞1
CHEN YUE DIAO RUOFEI LIU ZHIWEl CHANG HONGFEI

摘要:本文讨论了基于MCl4468离子型烟雾检测报警嚣、单片机805]、单片射频收发嚣构成的托盘自动报警系统。由于jI八 了无拽通信技奉和瑷调制解调技术为挂心的BRF401射藕牧炭嚣,使系统的性舡太走提高,光其曼使系统报警要鼻实时性 _和可靠性。 关键词:MCl4468;8051;nl理401:火灾报警 文献标识码逸

中图分类号:删1
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Abstract:Thls paper&∞,usaes the chip frequency emiRer.

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function is greatly improved,∞peci山y the words:MCl4468.8051。nRF401,fire Oving all alarm

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1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。现在.不论是普通型(比如民用住宅)还是豪 华型(比如高级宾馆)的高层建筑。都日益重视防火和安全技术 的普及应用。因为其楼层多、人员密集,如果发生火灾,疏散困 难,扑救也困难,势必造成严重的人员伤亡和财产损失。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 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,最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。如果能够以在线的方式直接工作.将很大 程度上减轻财产损失和人员伤亡。本文着眼于这一向题,力图 从根本上解决脱机信号传输方式存在的问题,直接将信号通 过无线传输技术发送给主控室或消坊部门.达到第一时间救 火、灭火的目的。 图2接收控制端框图


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nRF40I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,方便及时的控镧火情。 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Mote∞h公司生产的具有声 光报警电路的MCl4468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公司最新推出的基于无线通信的 nR9401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。 由于采用低发射功率和高接收灵敏度的设计方案,因此不受无 线电管理条例的限制。无须办理许可证o nRF40I的引入是本系 统的突出特点之一。它极大的提高了系统的实时性,这对安全系 统是相当重要的。单片机采用8051,它不但是MCl4468与 nRF40I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。由于本系统整体结构简单,软件容 易实现,因此不需要对8051进行特别的扩展。

2硬件结构

3发射部分
图1发射控制端框图 阵悦:研究生 基金项目:河北省自然基金(6e00S4) MC系列芯片MCl4468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

万   方数据

@一蝴峰局订蠲号:8糊360.元/-年一93—

单片机开发与应用

中文核心期刊‘撤计算机信息'(嵌入式与SOC)2007年第23卷第8_2期 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。

压电式扬声器发出报警声,与此同时,还驱动发光二极管 (LED)以lHz的频率闪烁发光,利用声光报警达到烟雾报警的 最佳效果。

5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1D定时90ms,在此期间,如一直能检测到烟雾,确认有火

情存在,∞溢出中断,开始发送数据(可以是火情地址编码),
经由nRFd01的PCB天线发射出去。INT0被设置为下降沿触 发.如果90 ms期问MCl4468管脚1信号消失或变低,都会引 起外部INT0中断,计数器重新置韧值。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。并控翩LED显示数据;如没接收到,即检测发射端 投接收到应答信号,则重新发送.直到接收到为止。TXEN端的 高/低电平由软件设置,可实现nRFdOl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nRF40t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。

 
MCl4468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INTO控制单片机内部定

时器伯工作,定时90ms,TO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.MCl4468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。每次m 记时开始时,要由软件重新置初值,从而不会由于90 ms期间 MCl4468管脚1上的信号消失或变低而导致下次运行出错。 nRF401的串行口直接和单片机的串行口连接(DIN接 TXD,DOUT接RXD).TXEN端的高/低电平由软件设置,可宴 现nRF∞I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4MHz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,中心频率仍成 为们3.92 MHz或434.33 MHz(双频道).调制后,f--frO± Af-'郅O±15 kHz(该芯片调制度为±15 kHz).最后经功率放大 器放大后从PCB天线上发射出去。
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桁测发射端流稃嘲

接收控制端流桦崮

4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,nRF40I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 一94—360克,年邮局订阅号:82-946

毛一

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6结论

综上所述,由MCl4468、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。

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万   方数据

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嵌入式系统应用

;若计数值大于100,则关闭总阀的

自动阀

5结语
本文的创新点在于从实用角度出发,将GSM技术和实时监 测技术融为一体,设计了自动控制和报警系统。适用于无人值 守情况下的供水管骑泄漏自动控制和报警,经仿真环境反复测 试证明,该系统具有准确可靠、性能良好等优点,能在很大程度 上减少和避免因供水管泄演丽带来盼损失,实用价值很高。 参考文献 【IISIEMENS TC35i
Siemens



TLDAXIAO:MOV A,TLO CJNE A,#64H,DAXIA02 DAXIA02:JNC CLOOSE UMP CHSHH

Cellular EIlgitie AT Command Set

Version[M]:01.00.2003
【2]SIEMENS TC35/TC37 Hardware Interfaee Description
Vision

04.00【M】29.05.2002 『31程全,李向东.基于GSM模块与AT89C51的接口设计及应用 Ⅲ微计算机信息.2006.1—1
【4JGSMll.1l Vision 6.2 0fMl。05,1999

作者筒介:张玲娟(1976.8一),女,河北行唐人,讲师,硕士。主要 研究方向:高校物理教育、自动控制及嵌入式系统与应用。 围5程序流程图
4.2

Biography:Zbang Ling-Juan f1976’^Female than),Xing-Ta,-19
He..-Bei.Lector,Master’B degree,Maia research area:Physics education

GSM控制模块主体清单:
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0fcollege.autocontrol and embedded systern.

(06,sooo河北廊坊廊坊师范学院物理与电子信息学院物理
系1张玲捐 (Physics Department,Physics aid Electronics Academe, Langfang Teachers CollegeJ.angfaug Hebel 06S000)
Zhang LingJuan

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P1.7

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通讯地垃:(065000廊坊师范学院物理与电子信息学院物理系)
张玲娟

擞稿日期之∞7矗23X修稿日期:20077.25)
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止接第94页)
;设置待发信息为“LEAK!” 本文创新点:是引入了无线通信技术和以调制解调技术为 核心的nRF401射频收发器,使系统的性能大大提高,尤其是使 系统报警更具实时性和可靠性。 参考文献: 【l】沙占友.集成化智能传感器原理与应用瞰】.北京:电子工业 出版社.2004. 【2]余锡存,曹国华.单片机原理及接口技术【M】.西安:西安电子 科技大学出版社.2002 [3】刘亚利,谭振华,高世伟.微计算机信息IM]2005,32:1-3. 作者简介:陈悦0980.11-),男,研究生,邯郸人,从事控锶工程方 面的研究。
Biograpby:Chen Yue(1980.11一).Inale,舒adIIate student,tom in H口dan,mainly e“gage the research of control engineering.

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4.3自动闯控制模块主体清单:

(300D0天津夭津市河北工业大学自动化系)陈悦刘志伟
常鸿飞 (056021河北河北工程大学文学院公共外语第兰教学部) 刁若菲 ‘Aatomatfon Department,Hebei University of Technology

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通讯地址:(300130天津天津市红桥区丁宇沽河北工业大学

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441信箱)陈悦
(收稿日期:2007 6.23X修稿日期:2007.7.25)

万   方数据

@嗽目邮局订阅号:82-946

360元『年一31—

烟雾检测火灾报警系统的设计
作者: 作者单位: 陈悦, 刁若菲, 刘志伟, 常鸿飞, CHEN YUE, DIAO RUOFEI, LIU ZHIWEI, CHANG HONGFEI 陈悦,刘志伟,常鸿飞,CHEN YUE,LIU ZHIWEI,CHANG HONGFEI(天津市河北工业大学自动化系 ,天津,300130), 刁若菲,DIAO RUOFEI(河北工程大学文学院公共外语第三教学部,河北 ,056021) 微计算机信息 MICROCOMPUTER INFORMATION 2007,23(23) 1次

刊名: 英文刊名: 年,卷(期): 被引用次数:

参考文献(3条) 1.刘亚利;谭振华;高世伟 单片机在温控系统中的应用[期刊论文]-微计算机信息 2005(32) 2.余锡存;曹国华 单片机原理及接口技术 2002 3.沙占友 集成化智能传感器原理与应用 2004

引证文献(1条) 1.刘鹏.王鉴.霍富功.贺鹏飞 基于视频的烟焰检测方法研究[期刊论文]-传感器世界 2010(10)

本文链接:http://d.g.wanfangdata.com.cn/Periodical_wjsjxx200723036.aspx


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