引言

火災嚴重威脅著(zhù)人類(lèi)的生命財產(chǎn)安全，每年我國由火災引起的災難數不勝數，然而，準確、及時(shí)的對火災進(jìn)行預測已成為迫在眉睫的事情。目前，火災探測技術(shù)是預防火災發(fā)生的最有效的手段，根據火災發(fā)生初期的跡象來(lái)判斷并進(jìn)行預測，從而使人們在第一時(shí)間對這些跡象進(jìn)行處理，有效的減少了火災的發(fā)生。普通可燃物燃燒的表現形式是：首先產(chǎn)生燃燒氣體和煙霧，在氧氣供應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(jiàn)光與不可見(jiàn)光，同時(shí)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(kāi)始，到火焰燃燒、火勢漸大，最終釀成火災的起火過(guò)程。在該系統中我們以環(huán)境溫度、煙霧濃度作為判斷火災的依據。傳統火災報警系統有結構簡(jiǎn)單、準確度低、存在誤報和漏報等問(wèn)題，針對智能建筑中火災報警系統這些問(wèn)題，本文設計了基于MSP430F149 的智能火災報警系統，該系統具有較高的可靠性、穩定性、準確度高。

硬件電路設計

該系統以單片機MSP430F149 為核心，以環(huán)境溫度、煙霧濃度作為判斷火災的依據，完成了對火災的預警。主要由單片機控制模塊、時(shí)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成。
 

圖1 系統總體結構圖

單片機微處理器

MSP430F149 是一種16 位的單片機，它具有集成度高，外圍設備豐富、超低功耗等優(yōu)點(diǎn)，在工業(yè)中有著(zhù)廣泛的應用。內部集成有8 路12 位A/D 轉換器、片內看門(mén)狗定時(shí)器、一個(gè)硬件乘法器以及48 個(gè)I/O 引腳。

溫度測量模塊

設計中采用支持“一線(xiàn)總線(xiàn)”接口、抗干擾性強、外部電路簡(jiǎn)單、精確度高的DS18B20溫度傳感器對溫度的實(shí)時(shí)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時(shí)發(fā)出報警指示音。由于單片機的I/O 口驅動(dòng)能力有限，選用PNP型晶體管2N5401 組成晶體管驅動(dòng)電路來(lái)驅動(dòng)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(shí)間、測量溫度、煙霧濃度等參數，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

本設計采用 MSP430F149 作為下位機，PC 機作為上位機，通過(guò)RS-232 將數據傳輸到PC 機上，我們可以更加方便的監測各個(gè)測量參數。電路圖如下：
 

圖5 串口通信電路

時(shí)鐘模塊

DS1302 是DALLAS 公司推出的涓流充電時(shí)鐘芯片內含有一個(gè)實(shí)時(shí)時(shí)鐘/日歷和31 字節靜態(tài)RAM 通過(guò)簡(jiǎn)單的串行接口與單片機進(jìn)行通信實(shí)時(shí)時(shí)鐘/日歷電路提供秒、分、時(shí)、日、日期、月、年的信息每月的天數和閏年的天數可自動(dòng)調整時(shí)鐘操作可通過(guò)AM/PM指示決定采用24 或12 小時(shí)格式。DS1302 與單片機之間能簡(jiǎn)單地采用同步串行的方式進(jìn)行通信僅需用到三個(gè)口線(xiàn)RES 復位、I/O 數據線(xiàn)、SCLK 串行時(shí)鐘。
 

圖6 時(shí)鐘電路

煙霧濃度測量模塊

本系統決定采用NIS-09C型離煙霧探測器，它是NEMOTO 公司專(zhuān)為檢測煙霧而精心設計的新型探測器。內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(huì )泄露。NIS-09C 屬于低功耗、靈敏度高的探測器，適用于火災報警系統中。

軟件電路設計

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

圖7 主程序流程圖

上位機軟件設計

上位機界面采用VC 進(jìn)行編程，主要是對所有節點(diǎn)的所有溫度、煙霧濃度傳感器所檢測的值進(jìn)行實(shí)時(shí)顯示，以及對上下限值的設置和超過(guò)設定值時(shí)發(fā)出報警。這樣工作人員不需到井下也可以監測到各個(gè)區域現在的情況。這樣能夠實(shí)時(shí)的、安全的、可靠的得知溫度和煙霧濃度，提前做好防范工作。

結論

火災是一種在時(shí)間和空間上失去控制的燃燒所造成的災害，由此引發(fā)的重大安全事故比比皆是，對人類(lèi)生命財產(chǎn)和社會(huì )安全構成了極大的威脅。由此可見(jiàn)，對火災進(jìn)行準確、及時(shí)、有效地報警顯得愈來(lái)愈重要，這是防火減災的重要研究課題之一。該系統提高對火災探測的快速性、準確性和對環(huán)境的適應能力，有效降低火災誤報的概率，提高了靈敏度和整個(gè)系統的智能化程度。