烟雾测试火灾预警

基于烟雾检测火灾自动报警系统用MC14468离子型烟雾检测报警器、单片机8051、nRF401单片射频收发器构成火灾自动报警系统。由于引入了无线通信技术和FSK(频移键控)调制解调技术为核心nRF401射频收发器，使系统性能大大提高，尤其是使系统报警更具实时性和可靠性。

现代建筑特点是楼层不断加高，这主要是从缓解城市用地紧张角度出发，同时还便于集中供电、供热、供气，便于集中控制和管理。现在，不论是普通型(比如民用住宅)还是豪华型(比如高级宾馆)高层建筑，都日益重视防火和安全技术普及应用。因为其楼层多、人员密集，如果发生火灾，疏散困难，扑救也困难，势必造成严重人员伤亡和财产损失。为了保障高层建筑安全可靠，必须设计出具有可靠性高、实时性火灾自动报警与消防系统，其要求是:(1)当有火情发生时，能以最快速度检测报警，并能检测火情发生具体地点(特定地址编码);(2)经查实确认后，能及时通报消防部门灭火;(3)系统本身应有自身故障检测功能，如系统欠电压报警和自检功能等，保证自动报警系统功能完;(4)较高系统抗干扰能力，防止系统发生误报警。目前，虽然已经有多种火灾自动报警系统，但大多还属于脱机方式，最终要靠人来联系消防部门，往往由于不能及时报警而造成重大损失。如果能够以在线方式直接工作，将很大程度上减轻财产损失和人员伤亡。我们正是着眼于这一问题，力图从根本上解决脱机信号传输方式存在问题，直接将信号通过无线传输技术发送给主控室或消防部门，达到第一时间救火、灭火目。

本系统由两部分组成:检测发射部分和接受控制部分，其结构如图1和图2所示。二者均采用单片机控制，系统结构简单，容易实现。由于采用了nRF401单片射频收发器，从而达到了无线传输目，能迅速发出报警信号，方便及时控制火情。检测发射端和接收控制端选用了目前市场上已经成熟高性能芯片，其外围电路结构简单，实现容易，可靠实用。系统由三大芯片互相配合构成，检测装置采用了Motorola公司生产具有声光报警电路MC14468芯片，能实现多点并行检测，配合外围电路可构成多点烟雾报警系统，其应用电路如图3所示。无线收发器采用美国Nordic公司最新推出基于无线通信nRF401型单片射频收发器，它采用了无线通信和FSK(频移键控)调制解调技术，工作频率稳定且抗干扰能力强，不需要对数据进行编码，外围电路简单，使用方便，其应用电路如图4所示。由于采用低发射功率和高接收灵敏度设计方案，因此不受无线电管理条例限制，无须办理许可证。nRF401引入是本系统突出特点之一，它极大提高了系统实时性，这对安全系统是相当重要。单片机采用8051，它不但是MC14468与nRF401之间桥梁，还起着控制各芯片时钟周期相互配合作用，这也是相当重要一环。由于本系统整体结构简单，软件容易实现，因此不需要对8051进行特别扩展。

MC系列芯片MC14468为离子型烟雾检测报警芯片，是目前市场上很流行集火灾检测与报警于一体智能传感器。当检测到烟雾颗粒时，它能驱动其外围连接压电陶瓷蜂鸣器或压电式扬声器发出报警声，与此同时，还驱动发光二极管(LED)以1Hz频率闪烁发光，利用声光报警达到烟雾报警最佳效果。 MC144681脚(检测输出端)直接联接单片机INT0，当检测到烟雾时，其输出高电平通过INT0控制单片机内部定时器T0工作，定时90ms，T0溢出中断，进入中断服务程序，通过串口发送数据(房间号或之前对该系统有意义编码)给单片射频收发器nRF401。在检测到烟雾时，MC14468自身100mV滞后电压会防止其他外界因素(如飞虫)造成误报警，辅以单片机产生90ms延时，更能提高系统可靠性。每次T0记时开始时，要由软件重新置初值，从而不会由于90ms期间MC14468管脚1上信号消失或变低而导致下次运行出错。nRF401串行口直接和单片机串行口连接(DIN接TXD，DOUT接RXD)，TXEN端高/低电平由软件设置，可实现nRF401发射模式与接收模式之间相互切换。当需要发射数据时，由晶振电路产生4MHz频率作为其内部锁相环基准频率，经锁相环和压控震荡器进行N倍频后，中心频率f0成为433.92MHz或434.33MHz(双频道)，调制后，f=f0±△f=f0±15kHz(该芯片调制度为±15kHz)，最后经功率放大器放大后从PCB天线上发射出去。

nRF401从PCB天线上接收到调频信号时，单片机置TXEN端为低电平，功率放大器被关断从而进入接收状态。调频信号依次经低噪声放大器放大，经混频器(其作用是抵消本机发送器与接收器之间高频干扰)变成中频，再经带通滤波器滤波和调制器解调后，成为数据输出。这时单片机切换到发射模式，回送握手信号，nRF401把得到数据输送给单片机，经处理后从P1口输出到LED上显示(火情来源地信息)，同时驱动报警器报警。相比于检测发射端电路，接收控制端电路更简单。各管脚引线方法两者基本相同，只是软件实现稍有不同。它可直接采用多位LED显示，不用扩展任何接口。

初始化主要是指对定时器工作方式寄存器、中断允许寄存器、串口工作方式寄存器等设定。当检测到有烟雾时，先由定时器T0定时90ms，在此期间，如一直能检测到烟雾，确认有火情存在，T0溢出中断，开始发送数据(可以是火情地址编码)，经由nRF401PCB天线发射出去。INT0被设置为下降沿触发，如果90ms期间MC14468管脚1信号消失或变低，都会引起外部INT0中断，计数器重新置初值。当接收控制端接收到收据时，回送握手信号，以示发送下一帧数据，同时控制压电陶瓷蜂鸣器报警，并控制LED显示数据;如没接收到，即检测发射端没接收到应答信号，则重新发送，直到接收到为止。TXEN端高/低电平由软件设置，可实现nRF401发射模式与接收模式之间相互切换。程序主要采用汇编语言，运用自上而下设计思想，总体分为两部分，如流程图5所示。整个软件系统有主程序和中断程序、显示程序、延时程序等子程序。主程序主要是对系统初始化以及检测处理，中断程序主要是发送数据并通过nRF401发射出去，显示模块实现功能是接收数据并送LED显示，同时启动报警，延时程序是为了nRF401发射模式与接收模式之间相互切换时序需要。 由MC14468、8051、nRF401三大芯片组成火灾自动报警系统，具有功能强、灵活性高、可靠性、抗干扰能力强、实时性高等优点，系统整体结构简单、容易实现、实用方便，符合安全系统要求。