引言

火災(zāi)嚴(yán)重威脅著人類的生命財產(chǎn)安全，每年我國由火災(zāi)引起的災(zāi)難數(shù)不勝數(shù)，然而，準(zhǔn)確、及時的對火災(zāi)進行預(yù)測已成為迫在眉睫的事情。目前，火災(zāi)探測技術(shù)是預(yù)防火災(zāi)發(fā)生的最有效的手段，根據(jù)火災(zāi)發(fā)生初期的跡象來判斷并進行預(yù)測，從而使人們在第一時間對這些跡象進行處理，有效的減少了火災(zāi)的發(fā)生。普通可燃物燃燒的表現(xiàn)形式是：首先產(chǎn)生燃燒氣體和煙霧，在氧氣供應(yīng)充足的條件下才能達到完全燃燒，產(chǎn)生火焰并發(fā)出一些可見光與不可見光，同時釋放大量的熱，使得環(huán)境溫度升高。普通可燃物由初起陰燃階段開始，到火焰燃燒、火勢漸大，最終釀成火災(zāi)的起火過程。在該系統(tǒng)中我們以環(huán)境溫度、煙霧濃度作為判斷火災(zāi)的依據(jù)。傳統(tǒng)火災(zāi)報警系統(tǒng)有結(jié)構(gòu)簡單、準(zhǔn)確度低、存在誤報和漏報等問題，針對智能建筑中火災(zāi)報警系統(tǒng)這些問題，本文設(shè)計了基于MSP430F149 的智能火災(zāi)報警系統(tǒng)，該系統(tǒng)具有較高的可靠性、穩(wěn)定性、準(zhǔn)確度高。

硬件電路設(shè)計

該系統(tǒng)以單片機MSP430F149 為核心，以環(huán)境溫度、煙霧濃度作為判斷火災(zāi)的依據(jù)，完成了對火災(zāi)的預(yù)警。主要由單片機控制模塊、時鐘模塊、煙霧濃度測量模塊、DS18B20溫度測量模塊、聲光報警模塊、1602 液晶顯示模塊和電源構(gòu)成。
 

圖1 系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)圖

單片機微處理器

MSP430F149 是一種16 位的單片機，它具有集成度高，外圍設(shè)備豐富、超低功耗等優(yōu)點，在工業(yè)中有著廣泛的應(yīng)用。內(nèi)部集成有8 路12 位A/D 轉(zhuǎn)換器、片內(nèi)看門狗定時器、一個硬件乘法器以及48 個I/O 引腳。

溫度測量模塊

設(shè)計中采用支持“一線總線”接口、抗干擾性強、外部電路簡單、精確度高的DS18B20溫度傳感器對溫度的實時測量。其中，DS18B20 管腳2 即DQ 接在MSP430F149 的P2.0管腳，如圖所示。
 

圖2 溫度測量

聲光報警模塊

蜂鳴器在微處理器判斷為火災(zāi)時發(fā)出報警指示音。由于單片機的I/O 口驅(qū)動能力有限，選用PNP型晶體管2N5401 組成晶體管驅(qū)動電路來驅(qū)動壓電式蜂鳴器。
 

圖3 聲光報警模塊圖

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1602液晶顯示模塊

在液晶模塊上顯示時間、測量溫度、煙霧濃度等參數(shù)，以便我們更加方便的讀出目前溫度值、煙霧濃度值。
 

圖4 1602 液晶顯示模塊圖

串口通信模塊

本設(shè)計采用 MSP430F149 作為下位機，PC 機作為上位機，通過RS-232 將數(shù)據(jù)傳輸?shù)絇C 機上，我們可以更加方便的監(jiān)測各個測量參數(shù)。電路圖如下：
 

圖5 串口通信電路

時鐘模塊

DS1302 是DALLAS 公司推出的涓流充電時鐘芯片內(nèi)含有一個實時時鐘/日歷和31 字節(jié)靜態(tài)RAM 通過簡單的串行接口與單片機進行通信實時時鐘/日歷電路提供秒、分、時、日、日期、月、年的信息每月的天數(shù)和閏年的天數(shù)可自動調(diào)整時鐘操作可通過AM/PM指示決定采用24 或12 小時格式。DS1302 與單片機之間能簡單地采用同步串行的方式進行通信僅需用到三個口線RES 復(fù)位、I/O 數(shù)據(jù)線、SCLK 串行時鐘。
 

圖6 時鐘電路

煙霧濃度測量模塊

本系統(tǒng)決定采用NIS-09C型離煙霧探測器，它是NEMOTO 公司專為檢測煙霧而精心設(shè)計的新型探測器。內(nèi)部使用了微量的放射性物質(zhì)镅241，傳感器本身被金屬制電極所覆蓋，放射性物質(zhì)不會泄露。NIS-09C 屬于低功耗、靈敏度高的探測器，適用于火災(zāi)報警系統(tǒng)中。

軟件電路設(shè)計

系統(tǒng)軟件流程圖上電后首先對單片機、1602 和DS1302 進行初始化，初始化完成后，對溫度和煙霧濃度進行測量，將測量值與設(shè)定值進行比較，如果超出設(shè)定范圍，則進行報警，如果未超出，則在液晶上顯示時間、溫度值和煙霧濃度值。
 

圖7 主程序流程圖

上位機軟件設(shè)計

上位機界面采用VC 進行編程，主要是對所有節(jié)點的所有溫度、煙霧濃度傳感器所檢測的值進行實時顯示，以及對上下限值的設(shè)置和超過設(shè)定值時發(fā)出報警。這樣工作人員不需到井下也可以監(jiān)測到各個區(qū)域現(xiàn)在的情況。這樣能夠?qū)崟r的、安全的、可靠的得知溫度和煙霧濃度，提前做好防范工作。

結(jié)論

火災(zāi)是一種在時間和空間上失去控制的燃燒所造成的災(zāi)害，由此引發(fā)的重大安全事故比比皆是，對人類生命財產(chǎn)和社會安全構(gòu)成了極大的威脅。由此可見，對火災(zāi)進行準(zhǔn)確、及時、有效地報警顯得愈來愈重要，這是防火減災(zāi)的重要研究課題之一。該系統(tǒng)提高對火災(zāi)探測的快速性、準(zhǔn)確性和對環(huán)境的適應(yīng)能力，有效降低火災(zāi)誤報的概率，提高了靈敏度和整個系統(tǒng)的智能化程度。