AT89C51 图2-2 火警报警系统硬件结构图
P2.4~P2.7 P2.3 P2.2 BS212 P1.0~P1.3 P1.4 P1.5 P1.6 4 74LS48 7 P2.0 报警电路 8243 CS PROG P2 4 8243 CS PROG P2 16 16 2.3 本章小结
本章主要介绍了火警报警系统的系统总体结构，并且就系统的要求说明了系统工作过程中各个模块的参数和指标，在章节的最后还介绍了系统的主要特征。在下一个章节中，将根据系统的工作指标就系统的硬件设计进行详细的说明。
8
第三章 系统硬件设计
宾馆火警自动报警系统硬件的设计在2.2中已经作了初步的探讨，本章将继续讲述该系统硬件的设计并予以深化。
3.1 硬件组成
通过对火警情况的分析，本设计采用如图3-1所示的硬件组成，报警器硬件由烟雾信号采集模块，声光报警模块以及联动消防模块组成。图中1，2，3组成数据采集模块，4，5组成声光报警模块，5，6组成联动消防装置。其中，1为传感器，将现场烟雾浓度这一非电信号转化为电信号；2为信号调理电路，将传感器输出的电信号进行调理（放大、滤波等），使之满足比较转换电路的要求；3为比较转换电路，完成将烟雾传感器输出的模拟信号转换为数字信号。声光报警模块由单片机和报警电路组成，由单片机控制实现不同的声光报警（异常报警、故障报警、火警报警）功能。下面对上述的各模块进行详细的介绍。
1 烟 雾 传 感 器 信 号 处 理 2 比 较 转 换 3 4声 光 报 警 系 统 5 单片机系统 AT89C51
6 联 动 消 防 装 置 图3-1 火警自动报警系统硬件框图
3.2 烟雾信号采集模块
图3-1中1，2，3组成烟雾数据采集模块，将现场烟雾浓度这一非电信号转化为电信号，并以数字量的形式送给单片机。
3.2.1 离子感烟传感器工作原理
9
离子感烟传感器是应用放射性同位素组成的火警报警专用传感器，其传感灵
敏度高，可靠性好，目前已经得到广泛应用。
离子感烟传感器由两个电离室组成，外电离室有空与外界相通，烟雾可进入电离室，而内电离室是密封的，烟雾不能进入。由于烟雾进入外电离室，使内外两电离室离子电流不同，传感器就输出与烟雾成正比的传感信号。
离子感烟传感器的工作原理如图3-2所示。
VECBVB开关电路OA
图3-2 离子感烟探测器工作原理图
在正常工作状态下，放射源发出的射线电离了电离室的空气，便有电流从A经B流向C，这时电离室是一个典型的电阻元件。初始条件下，在B点的电位Vb是相对稳定的，烟雾进入AB之间的检测室时，电离状态发生变化，导致AB之间的电阻阻值变化，而BC间组成的参照室因不感觉烟的存在，基本保持阻值初始状态不变，根据欧姆定律，在B点上分压值发生相应的变化，这一变化经过电路放大，做为火警信号输出，从而实现烟信号到电信号的转变。在电极之间放有α放射源241镅，由于它持续不断地放射出α射线，α粒子以高速运动，撞击空气分子，从而使极板间空气分子电离为正离子和负离子(电子)，这样电极之间原来不导电的空气具有了导电性，实现这个过程的装置我们称它为电离室。
如果在极板P1和P2间加上一个电压E，极板间原来做杂乱无章运动的正负离子，此时在电场的作用下，正负离子做有规则的运动。正离子向负极运动，负离子向正极运动，从而形成了电离电流I。施加的电压E愈高，则电离电流愈大。当电离电流增加到一定值时，外加电压再增高，电离电流也会增加，此电流称之为饱和电流Is，如图3-3所示。
电离室又可分为双极性和单极性两种.整个电离室全部α射线所照射，电离
10
室内的空气都被电离，我们把这种电离室称为双极性电离室。
所谓单极性电离室，是指电离室局部被α射线所照射，使一部分形成电离区，而未被a射线所照射的部分则为非电离区。这样在同一个电离室内分为两个性质不同区域。如图3-4所示。我们把这个非电离区称为主探测区
电离电流 I 饱和电流
外加电压 E 图3-3 电离电流和电压的关系
图3-4 单极性电离室工作原理
一般离子感烟探测器的电离室均设计成单极性的，因为当发生火警时烟雾进
11
入电离室后，单极性电离室要比双极性电离室的电离电流变化大，也就是说可以得到较大的电压变化量，从而可以提高离子感烟探测器的灵敏度.在实际的离子感烟探测器设计中，是将两个单极性电离室串联起来，一个作为检测电离室(也叫外电离室)，结构上做成烟雾容易进入的型式;另一个作为补偿电离室(也叫内电离室)，做成烟粒子很难进入，而空气又能缓慢进入的结构型式.电离室采用这种串联的方式，主要是为了减少环境温度、湿度、气压等自然条件的变化对电离电流的影响，提高离子感烟探测器的环境使用能力和稳定性。
如图3-5所示：
补偿电离室 U1 开关电路 U2 回路电压U
检测电离室 图3-5 检测电离室和补偿电离室示意图
当外电离室进入燃烧生成物或者烟雾时，部分正离子和负离子被吸附到燃烧生成物和烟雾颗粒上，（燃烧生成物或者烟雾要比离子大1000倍左右），所以它们在电场中的速度就比原来要慢的多，并且在移动中还有部分正负离子中和，这样到达正负极板的离子数量想对减少，即离子电流变小。烟雾数量越多，离子电流就越小。而内电离室是封闭的，无烟尘离子进入，离子电流是恒定的。内电离室与外电离室是串连的，如图3-6所示。无烟雾时，A点电位约为1/2E。若有烟雾，外电离室的离子电流减小，等效电阻增加，A点电位下降，其下降程度与烟雾数量成正比。有烟雾和无烟雾时其电位差可达1V以上。
12