網(wǎng)絡(luò)無線火災(zāi)報警系統(tǒng)

1、網(wǎng)絡(luò)無線火災(zāi)報警系統(tǒng)沈一航 范偉 鄭紹華 段周興 曾昊 田志（貴州師范大學(xué)機械與電氣工程學(xué)院，貴州 貴陽 ）摘要：針對當(dāng)前火災(zāi)自動報警系統(tǒng)存在的誤報漏報頻繁、智能化和化程度低、特殊惡劣條件下火災(zāi)探測報警抗干擾能力弱等問題，本設(shè)計以STC89C52RC為核心，采用煙霧傳感器ZYMQ-2作為火災(zāi)信號檢測器，實現(xiàn)多種火災(zāi)情況的監(jiān)控報警，無線收發(fā)模塊RF1100-232可自動編碼和接收火災(zāi)信號。系統(tǒng)采用智能識別算法，主機與各終端設(shè)備間通過中繼實現(xiàn)200m以上的遠距離無線信號傳輸，主機可數(shù)字顯示火災(zāi)發(fā)生的位置、對終端被測點的溫度檢測、備用電池的電壓監(jiān)控和喇叭發(fā)聲報警。除此之外，為了增加系統(tǒng)的應(yīng)用范圍，P

2、C的COM口可通過RS232轉(zhuǎn)換實現(xiàn)用計算機監(jiān)控每火災(zāi)報警終端點。系統(tǒng)設(shè)計科學(xué)合理、功能全、造價低、靈敏度高、實用性強等特點。關(guān)鍵詞：STC89C52RC；ZYMQ-2傳感器；RF1100-232無線收發(fā)模塊；火災(zāi)報警Network Wireless Fire Alarm SystemShenYiHang FanWei ZhengShaoHua ZengHao DuanZhouXing TianZhiGuiding teacher: ZhengYu ZhengXiaoQian (guizhou normal university machinery and electrical enginee

3、ring institute, guizhou guiyang )Abstract: the system based on single-chip microcomputer STC89C52RC as the core design of network site wireless fire alarm system. Using smoke sensor ZYMQ - 2 as fire signal tester, wireless transceiver module RF1100-232 through more than 200m relief realize remote wi

4、reless transmitting multi-channel fire encoded signal and receive fire signal. System using intelligent identification algorithm to realize the variety of fire alarm, but digital display monitor the position of fire, and horn an alarm. This system can be applied to many occasions, and through the ZY

5、MQ - 2 gas sensors to collect family or a factory methane, liquid hydrogen, smoke, fire information such as, to meet different needs. In addition, in order to increase the system application scope, system also expanded the host to end be point temperature detection, a spare battery voltage monitorin

6、g. This system has the design of scientific, rational, complete functions, low cost, high sensitivity and practicability etc. Keywords: STC89C52RC; ZYMQ - 2 sensors; RF1100-232 wireless transceiver module; Fire alarm1 引言21世紀是信息化的時代，一些在國民經(jīng)濟和社會活中起著至關(guān)重要作用的特殊場所，如圖文檔案信息中心、郵電通訊樞紐、集成電路生產(chǎn)車間、大型電站、糧倉等。其內(nèi)部各種電氣

7、設(shè)備高度集中且長期運行工作，將會存在較多的火險隱患，一旦發(fā)生火災(zāi)，必然會給國家造成極大的經(jīng)濟損失，給社會帶來重大影響。因此如何及時、準確無誤地預(yù)測火災(zāi)險情成為社會關(guān)注的一個焦點。本文針對火災(zāi)的特點，設(shè)計了一種其靈敏度好、準確度高、成本低、操作簡單方便，可同時實現(xiàn)對多路火災(zāi)信號進行檢測，并進行無線檢測報警的裝置，提醒終端及時采取有效的措施防范。2 系統(tǒng)硬件設(shè)計不同場所火災(zāi)情況有多種多樣，但幾乎所有的火災(zāi)都會伴隨有大量的煙塵產(chǎn)生和環(huán)境溫度的升高。本文抓住火災(zāi)發(fā)生的共性，選取ZYMQ-2氣體傳感器放在不同的檢測地方檢測出發(fā)生火災(zāi)的現(xiàn)場環(huán)境參數(shù)，用RF1100-232接收模塊接收多個探測器無線串行傳輸

8、的火災(zāi)信號，實現(xiàn)火災(zāi)報警。系統(tǒng)由多個無線終端探測點和中心火災(zāi)報警控制系統(tǒng)組成，如圖1所示。圖1 系統(tǒng)機構(gòu)框圖 圖4 ZYMQ-2氣體傳感器2.1 報警系統(tǒng)報警系統(tǒng)由單片機、氣體傳感器、電源模塊、收發(fā)模塊四部分組成。單片機是整個報警系統(tǒng)的核心，其工作原理是先通過ZYMQ-2傳感器(包括溫感和煙感)將現(xiàn)場溫度、氣體等非電信號轉(zhuǎn)化為模擬信號或數(shù)字信號。ZYMQ-2傳感器采集到火災(zāi)信號后，由單片機對該路信號進行編碼，再將信息串行傳送給發(fā)送模塊發(fā)射火災(zāi)信號，接收模塊通過之前的協(xié)議進行通訊提醒主機報警。各路終端檢測點對信號的編碼不一樣，由天線發(fā)射出去的編碼信號就代表不同檢測點。接收模塊接收報警信號后送到主

9、機顯示檢測點，并驅(qū)動蜂鳴器發(fā)聲報警。發(fā)射電路原理框圖、接收電路原理框圖分別如圖2、3所示。2.2 器件的選擇及單元電路工作原理2.2.1 傳感器工作原理ZYMQ-2氣體傳感器是由微型AL2O3陶瓷管、SnO2敏感層、測量電極加熱器構(gòu)成的敏感元件，固定在不銹鋼制成的腔體內(nèi)，加熱器為氣敏元件提供了條件。如圖4所示。該傳感器有4支管腳，其中2支用于信號的取出，其余的兩支為電源腳，提供加熱電流。ZYMQ-2氣體傳感器可應(yīng)用于家居和工廠的各種氣體泄漏檢測，適宜于液化氫，甲烷，丁烷，丙烷，氫氣，煙霧等的探測；其特點如下：具有信號輸出指示；雙路信號輸出（模擬量輸出及TTL電平輸出）；TTL輸出有效信號為低電

10、平（當(dāng)輸出低電平時信號燈亮，可直接接單片機）；模擬量輸出05V電壓，濃度越高電壓越高；對液化氣，天然氣，城市煤氣有較好的靈敏度；具有長期的使用壽命和可靠的穩(wěn)定性；快速的響應(yīng)恢復(fù)特性。ZYMQ-2氣體傳感器有兩個信號輸出端口，即AOUT和DOUT。AOUT端口是模擬電壓輸出端，可檢測環(huán)境參數(shù)的濃度變化，DOUT端口是TTL電平輸出端，根據(jù)環(huán)境參數(shù)的變化輸出高低電平，調(diào)節(jié)可調(diào)電阻進行靈敏度的調(diào)節(jié)。本系統(tǒng)中用DOUT端口接單片機的P3.3口，正常時DOUT端口輸出高電平，當(dāng)環(huán)境參數(shù)滿足傳感器檢測范圍內(nèi)時，DOUT端口立即變?yōu)榈碗娖叫盘?，使P3.3口置0。2.2.2 RF1100-232無線收發(fā)傳輸模

11、塊RF1100-232無線收發(fā)模塊是TI公司的CC1101低功耗無線通信芯片，最大發(fā)射功率可達10mW。模塊工作于433MHz頻段，該頻段為免費ISM頻段免許可證使用（420MHz440MHz）。基于FSK的調(diào)制方式，該芯片采用高效前向糾錯和信道交織編碼技術(shù)，提高了數(shù)據(jù)抗隨機干擾和突發(fā)干擾的能力，在信道誤碼率為10-2時，可得到實際誤碼率10-510-6。另外單個模塊傳輸距離遠，1200bps傳輸距離最大可達200m，支持透明數(shù)據(jù)傳輸，擁有256個可編程信道。RF1100-232模塊使用寬電源輸入設(shè)計，直流電源供電，其工作電壓范圍+2.7V+5.5V。RF1100-232無線收發(fā)模塊提供TTL

12、電平接口，直接連接串口設(shè)備。如需連接PC的RS232口（需要調(diào)試底層軟件，或通過PC遠程控制終端設(shè)備），可連接TTL轉(zhuǎn)RS232的電平轉(zhuǎn)換板。 RF1100-232是半雙工工作的，收發(fā)一體模塊，即每個模塊既可以收，也可以發(fā)。如果要發(fā)送數(shù)據(jù)，只需要把該字節(jié)數(shù)據(jù)通過串口寫入模塊，模塊收到該字節(jié)數(shù)據(jù)就通過無線發(fā)出； 如果收到無線數(shù)據(jù)，則模塊自動把該字節(jié)數(shù)據(jù)從串口送出 ；一次連續(xù)發(fā)的數(shù)據(jù)或字符串長度不要大于30，也就是說如果數(shù)據(jù)長度大于30， 則需要分開發(fā)送。該模塊的4腳（Rxd）接單片機的P3.1（Txd）口,5腳(Txd)接單片機的P3.0（Rxd）口，3腳和6腳接電源，剩余兩腳未用。當(dāng)P3.4口

13、=0時，單片機通過串口與該模塊通訊。終端收發(fā)模塊自動進行編碼和發(fā)送數(shù)據(jù)，主機收發(fā)模塊進行信號的接收和譯碼。 2.3 顯示、報警電路顯示電路和報警電路如圖5、6所示。為了節(jié)約單片機系統(tǒng)資源，剩下的I/O口用于驅(qū)動顯示電路。由于動態(tài)掃描的方式占用CPU資源，有延時作用，且掃描顯示的數(shù)據(jù)較暗同時影響串行傳輸?shù)牟ㄌ芈?，為此本系統(tǒng)采用靜態(tài)掃描的方式驅(qū)動4位數(shù)碼管。P2.0P2.3作為4為數(shù)碼管的位選端，P0.0P0.6掃描4位數(shù)碼管的七段。正常情況下P2.0P2.3，P2.4口為高電平，三極管Q1Q5處于截止?fàn)顟B(tài)，當(dāng)收到火災(zāi)信號后，P2.0P2.3，P3.4立即變?yōu)榈碗娖?，三極管Q1Q5導(dǎo)通，進行數(shù)碼管

14、的位選，同時P0.0P0.6開始掃描數(shù)碼管顯示編號提醒火災(zāi)發(fā)生的位置，蜂鳴器得電發(fā)聲報警。SB為報警確認(解警)按鍵接終端監(jiān)測點的P3.4口。圖5 顯示電路 圖6 報警電路圖 2.4 供電系統(tǒng) 電源適配器輸出5V/1A，為系統(tǒng)提供穩(wěn)定的電壓。如圖7所示。此外，為了保證系統(tǒng)能穩(wěn)定、可靠的火災(zāi)報警，另給系統(tǒng)加上了直流備用電源。正常工作狀態(tài)下電源適配器的電壓為5V，而直流電源端的電壓為4.8V，使得直流電源端二極管處于截止?fàn)顟B(tài)，整個系統(tǒng)由電源適配器供電。當(dāng)火災(zāi)情況發(fā)生時，若交流線路被燒斷或線路停電，則直流電源端的電壓大于電源適配器端的電壓，二極管導(dǎo)通，直流電源為整個系統(tǒng)供電。圖7 供電系統(tǒng)框圖 圖8

15、 電池電壓檢測電路2.5電池電壓檢測電路電池電壓檢測電路的作用是隨時檢測備用直流電源電壓跌落，以保證系統(tǒng)能正常工作。電路圖8所示。該電路由穩(wěn)壓管D1，晶體管Q1及電阻R1組成。當(dāng)電池電壓在正常情況下，穩(wěn)壓管D1處于擊穿狀態(tài)，晶體管Q1導(dǎo)通，輸出低電平。當(dāng)電電到終止電壓時，穩(wěn)壓管D1處于截止?fàn)顟B(tài)，晶體管Q1由導(dǎo)通變?yōu)榻刂梗敵龈唠娖?。此時單片機P3.2檢測到高電平后，由終端向主機發(fā)送電池電壓跌落報警信號，并指出是哪路線路電源問題，提醒工作人員更換電池。3 系統(tǒng)軟件設(shè)計采用C語言編程實現(xiàn)整個系統(tǒng)控制。主程序的流程圖如圖9和圖10所示。采用模塊化設(shè)計方法，并在Keil uVision3環(huán)境下調(diào)試。系

16、統(tǒng)上電后完成初始化，使STC89C52RC復(fù)位。終端設(shè)備器的氣體傳感器和電池電壓檢測電路采集信號，若P3.2或P3.3為高電平，則終端自動通過RF1100-232無線收發(fā)模塊編碼和發(fā)送將該信號。主機如果不能對終端進行訪問，則通過中繼表查詢能與主機通訊的終端設(shè)備器，訪問該終端被測點。主機的RF1100-232無線收發(fā)模塊收到某一路有火情、者備用電池電量不足、手動報警信號后，驅(qū)動顯示電路工作和驅(qū)動蜂鳴器報警。圖9 終端主程序流程圖圖10 主機監(jiān)控主程序流程圖 4 結(jié)束語采用ZYMQ-2氣體傳感器可應(yīng)用于家居和工廠的氣體泄漏檢測裝置。適宜于液化氫，甲烷，丁烷，丙烷，氫氣，煙霧等的探測。代替了多種傳感

17、器的檢測，節(jié)約了整個系統(tǒng)的成本。該傳感器不用外加A/D轉(zhuǎn)換器，模擬量輸出及TTL電平輸出，可直接連接單片機。使系統(tǒng)設(shè)計不復(fù)雜，提高了火災(zāi)報警的準確性。多路火災(zāi)同時檢測，各個被測點之間能相互訪問，通過中繼實現(xiàn)200m以上的遠距離串行數(shù)據(jù)傳輸，節(jié)省了傳輸導(dǎo)線和裝置，火災(zāi)發(fā)生的時候容易損壞傳輸線路，現(xiàn)場的檢測信號往往不能傳輸?shù)奖O(jiān)測室，所以無線有利于提高整個報警系統(tǒng)的可靠性。系統(tǒng)還能在監(jiān)測室里的接收裝置接收信號后，數(shù)碼顯示出是哪一路發(fā)生了火災(zāi)或者是哪一個被測點的備用電源電壓降低。實現(xiàn)了一點同時對多點的檢測，提高了報警的效率。參考文獻1何道清，傳感器與傳感器技術(shù)M北京：科學(xué)出版社，20042張紅潤，傳感器應(yīng)用300例M北京：航空航天大學(xué)出版社，2008.3崔占琴，馬虎山一種無線報警器的設(shè)計與實現(xiàn)J.現(xiàn)代電子技術(shù)，2006.4黃繼昌，適用報警電路M北京：人民郵電出版社,2008.5趙德安，單片機原理與應(yīng)用M北京：機械工業(yè)出版社，2009.6全新實用電路集粹叢書編輯委員會，燈光控制應(yīng)用電路集粹M，機械工業(yè)出版社，20057馬家辰，等.MCS-51單片機原理及接口技術(shù)M.哈爾濱：哈爾濱工業(yè)出版社，1997.8呂能元，等. MCS-51單片微型計算