何凡：基于单片机的火灾报警系统设计
2.2 火灾报警器的类型
（1）感烟火灾探测
感烟式火灾探测器具有早期报警的效果，是目前使用最为广泛的一种探测器。感烟火灾探测器可分为离子型、光电型、电容式和半导体型等几种。其中又以离子型和光电型火灾探测器使用居多。
（2）感温火灾探测器
物质在燃烧过程中，释放出大量的热，使环境温度升高，探测器中的热敏元件发生物理变化，从而将温度信号转变成电信号，传输给火灾报警控制器，发出火灾报警信号。
由于可采用敏感元件繁多，如热敏电阻、热电偶、双金属片、易熔金属、膜盒式半导体元件等，故而感温式火灾探测器的种类也颇多。根据感热效果和结构型式，可将它们分为定温火灾探测器、差温火灾探测器和差定温复合火灾探测器。定温火灾探测器根据局部环境到达规定温度上下时开始动作。差温火灾探测器根据升温速率来动作，如果升温速率超过预定值时则发出报警信号。差定温复合火灾探测器是兼有差温、定温两种功能的感温火灾探测器。 （3）感光火灾探测器
感光火灾探测器又称为火焰探测器，仅适用于有焰燃烧，只能在起火阶段进行探测，不适合于火灾早期探测。它是一种响应火焰辐射光谱中的红外和紫外的点型火灾探测器，主要有红外火焰型和紫外火焰型两种。红外火焰探测器的探测波长为 7000 微米，紫外火焰探测器的探测波长为 4000微米。由于光辐射的传播速度快（83 × 10m /s ），且火焰探测器的传感器件接收光辐射的响应时间极短（ms 数量级），因而火焰探测器响应速度也极快。它对于环境中气流速度也没什么限制，这类探测器适用于生产、储存和运输高度易燃物质（特别是可燃液体火灾或爆炸品）的危险性场所以及昂贵设备或关键设施对火情有特殊监测需要的地方。对于起火速度快，且无烟遮蔽的明火火灾反应最为灵敏。其中紫外火焰探测器不受风雨、阳光、高湿度、气压变化、极限环境湿度等影响，能在室外使用，但在雷电及电弧光有大量紫外线产生的场所运用此设备时，必须采取一定措施以防止非火灾报警。另外，在产生火光之前就有大量烟雾产生的场合，不宜单独采用紫外火
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四川理工学院本科毕业设计（论文）
焰探测器，必须与其它感烟探测器联合使用。一般紫外火焰探测器同快速灭火系统和抑爆系统联动[8]，组成快速自动报警灭火系统和自动报警抑爆系统。 （4）图像火灾探测
对于物质燃烧产生的火焰，除了可以分析它的光谱特征外，还可以对其火焰形状进行利用，这样就产生了图像火灾探测器。火焰是高温物体，而它的周围环境则是处于常温状态。火灾火焰在发展的过程中其形状有一个不断变化和持续的过程，而普通火焰，如打火机点火、蜡烛燃烧、煤气火焰等，以及高温发光源，如白炽灯、电炉等，则没有这个变化过程。这样就形成了火灾识别和探测算法的重要基础。国内已有研究表明利用液晶片和 CCD 摄像机可对火灾图像进行有效的探测[9]。
（5）气体火灾探测
目前气体火灾探测器主要有两类：可燃气体型（主要探测对象是还原性气体）和燃烧气体产物型（主要探测对象是 CO 和 CO2）。
可燃气体通常是指城市煤气、石油液化气、汽油蒸汽、酒精蒸汽、天然气以及煤矿瓦斯等易燃易爆、有毒有害的气体。这些气体主要含有烷类、烃类、烯类、醇类、氢以及一氧化碳等成分。因此，在生产、运输、储存和使用这些气体的过程中，如果违反操作规程或设备密封质量不好，都有可能发生可燃气体泄漏现象，进而酿成火灾或爆炸事故。 针对这些可燃气体探测器主要有半导体型可燃气体探测器、载体催化型可燃气体探测器、固体电介质型可燃气体探测器、光电型可燃气体探测器等。
火灾发生的气态燃烧产物主要成分为 H2O、一氧化碳 CO、二氧化碳CO2、碳氢化合物（CxHy）。一般情况下，CO 和 CO2在空气中的含量极低。只有在燃烧发生时才会产生大量的 CO 和 CO2。这些气体比烟雾粒子产生得早，在感烟火灾探测器尚未发出报警信号前已达到相当大的浓度。所以，针对这两种气体进行监测将会在很大程度上反映出环境中有燃烧现象发生，而且早期报警的效果比感烟探测器好。
（6）燃烧声音火灾探测
声音火灾探测器利用燃烧所特有的次声波现象制成的声音传感器。物质在燃
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烧过程中，会放出大量的热能，对周围空气进行加热，使得空气膨胀，形成压力声波，其频率仅有数赫兹。这种超低频（次声波）的声音现象为物质燃烧所共有。且在这个频率范围内，日常杂音很少，所以，可以在很大程度上避免环境对探测器的干扰。
2.3 技术实现的方法
火灾报警系统是由火灾探测部分和报警部分组成。火灾探测器通过对火灾发出的物理、化学现象——气（燃烧气体）、烟（烟雾粒子）、热（温度）、光（火焰）的探测，将探测到的火情信号转化成火警电信号传递给火灾报警控制器。报警器将接收到火警信号后经分析处理发出报警信号，警示消防控制中心的值班人员，并在屏幕上显示出火灾的位置，整体电路的框图如图2-2所示 ：
单 声音报警 片 状态指示灯 AD放 传感器 大器转换器 通信接口 2.3.1系统硬件结构
该火灾报警系统主要由数据采集模块、控制模块、声光报警模块组成。单片机是此报警系统的核心，其原理是通过现场的传感器（烟感和温感）将非电信号变成电信号，再通过信号调理电路进行调理（放大、滤波等），使之满足A/D转换器的要求，最后A/D转换器在将模拟信号转化为数字信号 ，在由单片机判断现场是否发生火灾。如果发生火灾，就以声光进行报警。
本文设计的用于小型防火单位的单片机火灾报警系统具有以下特点：
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图2-2 火灾报警系统的原理图
机 温度显示 按键 四川理工学院本科毕业设计（论文）
（1）能对室内烟雾（CO2，CO） 及温度突变进行报警，具有声、光双重报警功能。
（2）系统故障报警功能。当系统出现硬件故障时，能发出故障报警信号。 （3）异常报警功能。当环境出现异常(如烟雾浓度过大或是温度较高)时，能发出异常报警信号，引起人们注意，尽可能避免火灾的发生。
（4）火灾报警功能。一旦真出现火灾（烟雾和温度同时出现异常）时，能立即发出语音、光火灾警报[9] 。据类似本系统的报警器现场模拟实验表明，本系统安全可靠，误报率低。且由于其体积小、操作维护方便、成本低廉等，具有广阔的应用前景。
2.3.2系统软件方案
开始 初始化 温度烟雾信号采集 正常 N 报警判断
Y 火灾报警 图2-3 程序流程图
为了便于系统维护和功能扩充，采用了模块化程序设计方法，系统各个模块的具体功能都是通过子程序调用实现的。本系统主要包括数据采集子程序、火灾判断与报警子程序等，系统程序流程图如图2-3所示。
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为了降低误报率，系统采用多次采集、多次判断的方法。每次数据采集后根据得到的数据对现场情况进行判断，然后综合多次判断结果做出最终的火情判断。主程序是一个无限循环体，其流程是：首先在上电之后系统的各部分包括单片机各个端口输入输出的设置、外围驱动电路和数据存储电路等完成初始化，其次是对芯片内的程序进行初始化，接下来执行火灾报警系统中的数据采集任务，数据通信任务和查询判断任务。
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