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從發(fā)展過程來看，消防報警系統(tǒng)大體可分為多線型自動報警系統(tǒng)、總線型自動報警系統(tǒng)和智能型自動報警系統(tǒng)三個階段_。其技術發(fā)展的趨勢是實現火災檢測智能化，信號傳輸網絡化，報警控制自動化，技術規(guī)范標準化。目前，國內外有許多類型的智能化自動報警系統(tǒng)，其中大部分因造價高或安裝調試等因素限制只應用到部分重點場所和建筑物。而無線報警系統(tǒng)具有隱蔽性好，安裝方便等優(yōu)點而備受青睞。以此，開發(fā)智能化無線火災實時報警系統(tǒng)具有廣闊的應用前景和實用價值?；馂牡膶崟r自動檢測是實現智能化自動報警系統(tǒng)的核心技術，主要將解決三個方面的問題：一是通過對環(huán)境的實時監(jiān)測判斷是否有火災發(fā)生；二是檢測到的信號如何保證實時準確的進行無線傳輸；三是采集到的各監(jiān)測點的信息進行分析處理實施準確報警和起火點定位。

1火災的實時監(jiān)測與傳感技術研究

針對火災的實時自動檢測技術所要解決的三個問題，首要問題是如何通過對環(huán)境的實時監(jiān)測準確地判斷是否有火災發(fā)生。實質是通過哪種傳感器采集什么物理量來反映火情?研究資料表明盡管火災有多種多樣，但幾乎所有的火災都會伴有大量的煙霧和溫度的升高。所以通常選擇煙霧和溫度作為被檢測參量實現火災報警。煙霧傳感器種類繁多，從檢測原理上可分為三大類：

1)利用物理化學性質的煙霧傳感器：如半導體煙霧傳感器、接觸燃燒煙霧傳感器等。

2)利用物理性質的煙霧傳感器：如熱導煙霧傳感器、光干涉?zhèn)鞲衅?、紅外傳感器等。

3)利用電化學性質的煙霧傳感器：如電流型煙霧傳感器、電勢型氣體傳感器等。

通過對半導體、固體電解質等6種煙霧傳感器進行性價比分析的基礎上，本系統(tǒng)采用的是紅外光電煙霧傳感器。紅外傳感器通常用兩束紅外光進行煙霧測量，主光束通過測量元件內的目標煙霧，參考光束通過比較元件內的參考煙霧。在測量和比較元件中，紅外射線被煙霧有選擇的吸收了。未吸收的紅外光由光電探測器測量，產生一個正比于目標煙霧濃度的差分信號。非擴散式紅外探測器NDIR(Non．disper—siveIR)是其中的一種，所有的未吸收光全部以最小的擴散和損耗被記錄下來。不同的煙霧吸收不同波長的IR，所以傳感器根據目標煙霧而調整，典型應用包括測量CO和CO、冷凍劑煙霧和一些易燃氣。由于非碳氫化合物易燃煙霧(如氫)不吸收電磁譜中IR部分的能量，所以這種傳感器可以精確地測量碳氫化合物，并具有最小的交叉靈敏度，而且不受其他煙霧的腐蝕以及高濃度目標煙霧的影響。本系統(tǒng)具體選用的是符合GB50116—98標準探測器保護面積為60rrf的光電煙霧探測器模塊。而溫度傳感器選用測溫范圍一55℃～+125℃，測溫分辨率0．5℃的DS18B20數字溫度傳感器。通過兩類傳感器，實時監(jiān)測目標環(huán)境的煙霧濃度和溫度。檢測到的煙霧濃度和溫度兩個技術參數后，對于是否有火災發(fā)生，采用單片機為最小系統(tǒng)實現數據采集、分析和處理。煙霧信號采集電路將煙霧濃度信號轉化為模擬的電信號。單片機內部白帶的AD將從煙霧傳感器輸出的模擬信號轉化為數字信號，并對此處理后的數據進行分析，判定是否大于或等于某個預設值(即報警限)，若大于則單片機控制射頻模塊向主機發(fā)送報警信號，反之則為正常狀態(tài)。根據系統(tǒng)對主控單片機要求，綜合考慮選擇STC12C5A16S2單片機。煙霧濃度測定時數據的準確性問題是難題之一。由于終端供電電源抖動和外界干擾對采樣系統(tǒng)造成影響。針對測定煙霧濃度時數據產生的抖動、尖峰等問題，硬件設計時采用了防電磁干擾技術，軟件采用了中值濾波方法減小對測定值的影響。

2火災實時監(jiān)測信號的無線傳輸與通信技術研究

本系統(tǒng)基于無線通信技術并融合傳感器技術和智能控制技術，總體設計采用分布式控制的思想，將硬件系統(tǒng)規(guī)劃為多路檢測終端和集中控制主機兩大部分。硬件系統(tǒng)組成框圖如圖1所示。硬件系統(tǒng)設定單主機對應多路檢測終端的一對多無線通信系統(tǒng)。這樣既可以節(jié)省硬件資源又可以實現檢測終端數量按用戶需求而隨意增減。單路檢測終端具有環(huán)境狀態(tài)檢測、數據處理和無線收發(fā)三大功能。集中控制主機以中控單元為核心具有儀器操控、無線收發(fā)、報警指示、遠程控制及工作狀態(tài)指示等功能。無線通信模塊采用工作于2．4GHz～2．5GHzISM頻段并融合了增強型ShockBurst技術的nRF24L01單片射頻收發(fā)器件，其內置頻率合成器、功率放大器、晶體振蕩器、調制器等功能模塊。nRF24LO1在一對多的工作模式下，如何實現有序通信是系統(tǒng)設計面l臨的一大技術難題。因為多路終端無線發(fā)射為同一個頻率，若同時發(fā)射自然會引起主機接收時信道堵塞。經過研究發(fā)現采用群發(fā)單收的方法可以避免這個問題，核心是通過軟件通信協(xié)議的設定確保通信暢通。傳輸數據時主機是一對多廣播式，終端向主機發(fā)送數據時則為一對一，這樣不會發(fā)生信道的堵塞現象。雖然不能完成嚴格的同時收發(fā)數據，但是采用這種方法后，接受兩個數據的時間間隔可以控制在毫秒量級上，等同于一對多的同時接受，完全可以滿足系統(tǒng)的設計需要。

3信息處理技術研究

在圖1系統(tǒng)所規(guī)劃的集中控制主機硬件組成中，其內核是中控單元。一方面它要控制無線收發(fā)模塊以群發(fā)單收的方式實現對多路檢測終端狀態(tài)的巡檢；另一方面要對巡檢信號處理的同時負責人機交互和遠程控制。這就需要單片機有較快的運算速度。本系統(tǒng)選用STM32F103V8處理器，其內部采用ARMCortex-M3，32位的RISC內核，工作頻率為72MHz，內置高速存儲器，豐富的增強I／O端口和聯(lián)接到兩條APB總線的外設。狀態(tài)顯示采用人機交換模組，通過串口連接一個240320分辨率彩色液晶屏，實現人機交互彩色界面顯示如圖2所示。報警指示采用災情報警模塊，選用專用閃光報警燈和警笛，當煙霧濃度超過報警或人為按下報警按鈕時，聲光報警觸發(fā)使得紅色報警燈閃爍并伴有警笛鳴響，需要人工解除聲光報警。

4結論

本智能無線火災報警系統(tǒng)總體設計采用分布式控制的思想，系統(tǒng)基于無線通信技術并融合傳感器技術，實現了集中控制主機與多路監(jiān)控終端之間串行半雙工無線群發(fā)單收的通信模式。通過技術創(chuàng)新解決了煙霧與溫度傳感、信息的無線傳輸與通信、信息處理等關鍵技術，實現硬件與軟件系統(tǒng)的優(yōu)化設計。