網(wǎng)絡(luò)無(wú)線(xiàn)火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)

1、網(wǎng)絡(luò)無(wú)線(xiàn)火災(zāi)報(bào)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(jī)械與電氣工程學(xué)院，貴州 貴陽(yáng) ）摘要：針對(duì)當(dāng)前火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)存在的誤報(bào)漏報(bào)頻繁、智能化和化程度低、特殊惡劣條件下火災(zāi)探測(cè)報(bào)警抗干擾能力弱等問(wèn)題，本設(shè)計(jì)以STC89C52RC為核心，采用煙霧傳感器ZYMQ-2作為火災(zāi)信號(hào)檢測(cè)器，實(shí)現(xiàn)多種火災(zāi)情況的監(jiān)控報(bào)警，無(wú)線(xiàn)收發(fā)模塊RF1100-232可自動(dòng)編碼和接收火災(zāi)信號(hào)。系統(tǒng)采用智能識(shí)別算法，主機(jī)與各終端設(shè)備間通過(guò)中繼實(shí)現(xiàn)200m以上的遠(yuǎn)距離無(wú)線(xiàn)信號(hào)傳輸，主機(jī)可數(shù)字顯示火災(zāi)發(fā)生的位置、對(duì)終端被測(cè)點(diǎn)的溫度檢測(cè)、備用電池的電壓監(jiān)控和喇叭發(fā)聲報(bào)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(guò)RS232轉(zhuǎn)換實(shí)現(xiàn)用計(jì)算機(jī)監(jiān)控每火災(zāi)報(bào)警終端點(diǎn)。系統(tǒng)設(shè)計(jì)科學(xué)合理、功能全、造價(jià)低、靈敏度高、實(shí)用性強(qiáng)等特點(diǎn)。關(guān)鍵詞：STC89C52RC；ZYMQ-2傳感器；RF1100-232無(wú)線(xiàn)收發(fā)模塊；火災(zāi)報(bào)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(jì)是信息化的時(shí)代，一些在國(guó)民經(jīng)濟(jì)和社會(huì)活中起著至關(guān)重要作用的特殊場(chǎng)所，如圖文檔案信息中心、郵電通訊樞紐、集成電路生產(chǎn)車(chē)間、大型電站、糧倉(cāng)等。其內(nèi)部各種電氣

7、設(shè)備高度集中且長(zhǎng)期運(yùn)行工作，將會(huì)存在較多的火險(xiǎn)隱患，一旦發(fā)生火災(zāi)，必然會(huì)給國(guó)家造成極大的經(jīng)濟(jì)損失，給社會(huì)帶來(lái)重大影響。因此如何及時(shí)、準(zhǔn)確無(wú)誤地預(yù)測(cè)火災(zāi)險(xiǎn)情成為社會(huì)關(guān)注的一個(gè)焦點(diǎn)。本文針對(duì)火災(zāi)的特點(diǎn)，設(shè)計(jì)了一種其靈敏度好、準(zhǔn)確度高、成本低、操作簡(jiǎn)單方便，可同時(shí)實(shí)現(xiàn)對(duì)多路火災(zāi)信號(hào)進(jìn)行檢測(cè)，并進(jìn)行無(wú)線(xiàn)檢測(cè)報(bào)警的裝置，提醒終端及時(shí)采取有效的措施防范。2 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)不同場(chǎng)所火災(zāi)情況有多種多樣，但幾乎所有的火災(zāi)都會(huì)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(cè)地方檢測(cè)出發(fā)生火災(zāi)的現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境參數(shù)，用RF1100-232接收模塊接收多個(gè)探測(cè)器無(wú)線(xiàn)串行傳輸

8、的火災(zāi)信號(hào)，實(shí)現(xiàn)火災(zāi)報(bào)警。系統(tǒng)由多個(gè)無(wú)線(xiàn)終端探測(cè)點(diǎn)和中心火災(zāi)報(bào)警控制系統(tǒng)組成，如圖1所示。圖1 系統(tǒng)機(jī)構(gòu)框圖 圖4 ZYMQ-2氣體傳感器2.1 報(bào)警系統(tǒng)報(bào)警系統(tǒng)由單片機(jī)、氣體傳感器、電源模塊、收發(fā)模塊四部分組成。單片機(jī)是整個(gè)報(bào)警系統(tǒng)的核心，其工作原理是先通過(guò)ZYMQ-2傳感器(包括溫感和煙感)將現(xiàn)場(chǎng)溫度、氣體等非電信號(hào)轉(zhuǎn)化為模擬信號(hào)或數(shù)字信號(hào)。ZYMQ-2傳感器采集到火災(zāi)信號(hào)后，由單片機(jī)對(duì)該路信號(hào)進(jìn)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(hào)，接收模塊通過(guò)之前的協(xié)議進(jìn)行通訊提醒主機(jī)報(bào)警。各路終端檢測(cè)點(diǎn)對(duì)信號(hào)的編碼不一樣，由天線(xiàn)發(fā)射出去的編碼信號(hào)就代表不同檢測(cè)點(diǎn)。接收模塊接收?qǐng)?bào)警信號(hào)后送到主

9、機(jī)顯示檢測(cè)點(diǎn)，并驅(qū)動(dòng)蜂鳴器發(fā)聲報(bào)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(cè)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(hào)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(chǎng)的各種氣體泄漏檢測(cè)，適宜于液化氫，甲烷，丁烷，丙烷，氫氣，煙霧等的探測(cè)；其特點(diǎn)如下：具有信號(hào)輸出指示；雙路信號(hào)輸出（模擬量輸出及TTL電平輸出）；TTL輸出有效信號(hào)為低電

10、平（當(dāng)輸出低電平時(shí)信號(hào)燈亮，可直接接單片機(jī)）；模擬量輸出05V電壓，濃度越高電壓越高；對(duì)液化氣，天然氣，城市煤氣有較好的靈敏度；具有長(zhǎng)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(gè)信號(hào)輸出端口，即AOUT和DOUT。AOUT端口是模擬電壓輸出端，可檢測(cè)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(jìn)行靈敏度的調(diào)節(jié)。本系統(tǒng)中用DOUT端口接單片機(jī)的P3.3口，正常時(shí)DOUT端口輸出高電平，當(dāng)環(huán)境參數(shù)滿(mǎn)足傳感器檢測(cè)范圍內(nèi)時(shí)，DOUT端口立即變?yōu)榈碗娖叫盘?hào)，使P3.3口置0。2.2.2 RF1100-232無(wú)線(xiàn)收發(fā)傳輸模

11、塊RF1100-232無(wú)線(xiàn)收發(fā)模塊是TI公司的CC1101低功耗無(wú)線(xiàn)通信芯片，最大發(fā)射功率可達(dá)10mW。模塊工作于433MHz頻段，該頻段為免費(fèi)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(cuò)和信道交織編碼技術(shù)，提高了數(shù)據(jù)抗隨機(jī)干擾和突發(fā)干擾的能力，在信道誤碼率為10-2時(shí)，可得到實(shí)際誤碼率10-510-6。另外單個(gè)模塊傳輸距離遠(yuǎn)，1200bps傳輸距離最大可達(dá)200m，支持透明數(shù)據(jù)傳輸，擁有256個(gè)可編程信道。RF1100-232模塊使用寬電源輸入設(shè)計(jì)，直流電源供電，其工作電壓范圍+2.7V+5.5V。RF1100-232無(wú)線(xiàn)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(guò)PC遠(yuǎn)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(gè)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(guò)串口寫(xiě)入模塊，模塊收到該字節(jié)數(shù)據(jù)就通過(guò)無(wú)線(xiàn)發(fā)出； 如果收到無(wú)線(xiàn)數(shù)據(jù)，則模塊自動(dòng)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(zhǎng)度不要大于30，也就是說(shuō)如果數(shù)據(jù)長(zhǎng)度大于30， 則需要分開(kāi)發(fā)送。該模塊的4腳（Rxd）接單片機(jī)的P3.1（Txd）口,5腳(Txd)接單片機(jī)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(shí)，單片機(jī)通過(guò)串口與該模塊通訊。終端收發(fā)模塊自動(dòng)進(jìn)行編碼和發(fā)送數(shù)據(jù)，主機(jī)收發(fā)模塊進(jìn)行信號(hào)的接收和譯碼。 2.3 顯示、報(bào)警電路顯示電路和報(bào)警電路如圖5、6所示。為了節(jié)約單片機(jī)系統(tǒng)資源，剩下的I/O口用于驅(qū)動(dòng)顯示電路。由于動(dòng)態(tài)掃描的方式占用CPU資源，有延時(shí)作用，且掃描顯示的數(shù)據(jù)較暗同時(shí)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(dòng)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(hào)后，P2.0P2.3，P3.4立即變?yōu)榈碗娖?，三極管Q1Q5導(dǎo)通，進(jìn)行數(shù)碼管

14、的位選，同時(shí)P0.0P0.6開(kāi)始掃描數(shù)碼管顯示編號(hào)提醒火災(zāi)發(fā)生的位置，蜂鳴器得電發(fā)聲報(bào)警。SB為報(bào)警確認(rèn)(解警)按鍵接終端監(jiān)測(cè)點(diǎn)的P3.4口。圖5 顯示電路 圖6 報(bào)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(bào)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(gè)系統(tǒng)由電源適配器供電。當(dāng)火災(zāi)情況發(fā)生時(shí)，若交流線(xiàn)路被燒斷或線(xiàn)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(gè)系統(tǒng)供電。圖7 供電系統(tǒng)框圖 圖8

15、 電池電壓檢測(cè)電路2.5電池電壓檢測(cè)電路電池電壓檢測(cè)電路的作用是隨時(shí)檢測(cè)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(shí)，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?，輸出高電平。此時(shí)單片機(jī)P3.2檢測(cè)到高電平后，由終端向主機(jī)發(fā)送電池電壓跌落報(bào)警信號(hào)，并指出是哪路線(xiàn)路電源問(wèn)題，提醒工作人員更換電池。3 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)采用C語(yǔ)言編程實(shí)現(xiàn)整個(gè)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(jì)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(cè)電路采集信號(hào)，若P3.2或P3.3為高電平，則終端自動(dòng)通過(guò)RF1100-232無(wú)線(xiàn)收發(fā)模塊編碼和發(fā)送將該信號(hào)。主機(jī)如果不能對(duì)終端進(jìn)行訪(fǎng)問(wèn)，則通過(guò)中繼表查詢(xún)能與主機(jī)通訊的終端設(shè)備器，訪(fǎng)問(wèn)該終端被測(cè)點(diǎn)。主機(jī)的RF1100-232無(wú)線(xiàn)收發(fā)模塊收到某一路有火情、者備用電池電量不足、手動(dòng)報(bào)警信號(hào)后，驅(qū)動(dòng)顯示電路工作和驅(qū)動(dòng)蜂鳴器報(bào)警。圖9 終端主程序流程圖圖10 主機(jī)監(jiān)控主程序流程圖 4 結(jié)束語(yǔ)采用ZYMQ-2氣體傳感器可應(yīng)用于家居和工廠(chǎng)的氣體泄漏檢測(cè)裝置。適宜于液化氫，甲烷，丁烷，丙烷，氫氣，煙霧等的探測(cè)。代替了多種傳感

17、器的檢測(cè)，節(jié)約了整個(gè)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(jī)。使系統(tǒng)設(shè)計(jì)不復(fù)雜，提高了火災(zāi)報(bào)警的準(zhǔn)確性。多路火災(zāi)同時(shí)檢測(cè)，各個(gè)被測(cè)點(diǎn)之間能相互訪(fǎng)問(wèn)，通過(guò)中繼實(shí)現(xiàn)200m以上的遠(yuǎn)距離串行數(shù)據(jù)傳輸，節(jié)省了傳輸導(dǎo)線(xiàn)和裝置，火災(zāi)發(fā)生的時(shí)候容易損壞傳輸線(xiàn)路，現(xiàn)場(chǎng)的檢測(cè)信號(hào)往往不能傳輸?shù)奖O(jiān)測(cè)室，所以無(wú)線(xiàn)有利于提高整個(gè)報(bào)警系統(tǒng)的可靠性。系統(tǒng)還能在監(jiān)測(cè)室里的接收裝置接收信號(hào)后，數(shù)碼顯示出是哪一路發(fā)生了火災(zāi)或者是哪一個(gè)被測(cè)點(diǎn)的備用電源電壓降低。實(shí)現(xiàn)了一點(diǎn)同時(shí)對(duì)多點(diǎn)的檢測(cè)，提高了報(bào)警的效率。參考文獻(xiàn)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(rùn)，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(wú)線(xiàn)報(bào)警器的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)J.現(xiàn)代電子技術(shù)，2006.4黃繼昌，適用報(bào)警電路M北京：人民郵電出版社,2008.5趙德安，單片機(jī)原理與應(yīng)用M北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2009.6全新實(shí)用電路集粹叢書(shū)編輯委員會(huì)，燈光控制應(yīng)用電路集粹M，機(jī)械工業(yè)出版社，20057馬家辰，等.MCS-51單片機(jī)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(jì)算