基于煙霧檢測火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)

　　摘要：討論了用MC14468離子型煙霧檢測報(bào)警器、單片機(jī)8051、nRF401單片射頻收發(fā)器構(gòu)成的火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)。由于引入了無線通信技術(shù)和FSK（頻移鍵控）調(diào)制解調(diào)技術(shù)為核心的nRF401射頻收發(fā)器，使系統(tǒng)的性能大大提高，尤其是使系統(tǒng)報(bào)警更具實(shí)時(shí)性和可靠性。

　　關(guān)鍵詞：MC14468；8051；nRF401；FSK；火災(zāi)報(bào)警

一、前言

    現(xiàn)代建筑的特點(diǎn)是樓層不斷加高，這主要是從緩解城市用地緊張的角度出發(fā)的，同時(shí)還便于集中供電、供熱、供氣，便于集中控制和管理?，F(xiàn)在，不論是普通型（比如民用住宅）還是豪華型（比如高級賓館）的高層建筑，都日益重視防火和安全技術(shù)的普及應(yīng)用。因?yàn)槠錁菍佣?、人員密集，如果發(fā)生火災(zāi)，疏散困難，撲救也困難，勢必造成嚴(yán)重的人員傷亡和財(cái)產(chǎn)損失。為了保障高層建筑安全可靠，必須設(shè)計(jì)出具有可靠性高、實(shí)時(shí)性好的火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警與消防系統(tǒng)，其要求是：（1）當(dāng)有火情發(fā)生時(shí)，能以最快的速度檢測報(bào)警，并能檢測火情發(fā)生的具體地點(diǎn)（特定的地址編碼）；（2）經(jīng)查實(shí)確認(rèn)后，能及時(shí)的通報(bào)消防部門滅火；（3）系統(tǒng)本身應(yīng)有自身故障檢測的功能，如系統(tǒng)欠電壓報(bào)警和自檢功能等，保證自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)功能完好；（4）較高的系統(tǒng)抗干擾能力，防止系統(tǒng)發(fā)生誤報(bào)警。

    目前，雖然已經(jīng)有多種火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)，但大多還屬于脫機(jī)方式，最終要靠人來聯(lián)系消防部門，往往由于不能及時(shí)報(bào)警而造成重大損失。如果能夠以在線的方式直接工作，將很大程度上減輕財(cái)產(chǎn)損失和人員傷亡。我們正是著眼于這一問題，力圖從根本上解決脫機(jī)信號傳輸方式存在的問題，直接將信號通過無線傳輸技術(shù)發(fā)送給主控室或消防部門，達(dá)到第一時(shí)間救火、滅火的目的。

二、系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)

    本系統(tǒng)由兩部分組成：檢測發(fā)射部分和接受控制部分，其結(jié)構(gòu)如圖1和圖 2所示。二者均采用單片機(jī)控制，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，容易實(shí)現(xiàn)。由于采用了nRF401單片射頻收發(fā)器，從而達(dá)到了無線傳輸?shù)哪康?，能迅速的發(fā)出報(bào)警信號，方便及時(shí)的控制火情。檢測發(fā)射端和接收控制端選用了目前市場上已經(jīng)成熟的高性能芯片，其外圍電路結(jié)構(gòu)簡單，實(shí)現(xiàn)容易，可靠實(shí)用。系統(tǒng)由三大芯片互相配合構(gòu)成，檢測裝置采用了Motorola公司生產(chǎn)的具有聲光報(bào)警電路的MC14468芯片，能實(shí)現(xiàn)多點(diǎn)并行檢測，配合外圍電路可構(gòu)成多點(diǎn)煙霧報(bào)警系統(tǒng)，其應(yīng)用電路如圖3所示。 無線收發(fā)器采用美國Nordic公司最新推出的基于無線通信的 nRF401型單片射頻收發(fā)器，它采用了無線通信和FSK（頻移鍵控）調(diào)制解調(diào)技術(shù)，工作頻率穩(wěn)定且抗干擾能力強(qiáng)，不需要對數(shù)據(jù)進(jìn)行編碼，外圍電路簡單，使用方便，其應(yīng)用電路如圖4所示。由于采用低發(fā)射功率和高接收靈敏度的設(shè)計(jì)方案，因此不受無線電管理?xiàng)l例的限制，無須辦理許可證。nRF401的引入是本系統(tǒng)的突出特點(diǎn)之一，它極大的提高了系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性，這對安全系統(tǒng)是相當(dāng)重要的。單片機(jī)采用8051，它不但是MC14468與nRF401之間的橋梁，還起著控制各芯片時(shí)鐘周期相互配合的作用，這也是相當(dāng)重要的一環(huán)。由于本系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)簡單，軟件容易實(shí)現(xiàn)，因此不需要對8051進(jìn)行特別的擴(kuò)展。  

三、發(fā)射部分

    MC系列芯片MC14468為離子型煙霧檢測報(bào)警芯片，是目前市場上很流行的集火災(zāi)檢測與報(bào)警于一體的智能傳感器。當(dāng)檢測到煙霧顆粒時(shí)，它能驅(qū)動(dòng)其外圍連接的壓電陶瓷蜂鳴器或壓電式揚(yáng)聲器發(fā)出報(bào)警聲，與此同時(shí)，還驅(qū)動(dòng)發(fā)光二極管（LED）以1Hz的頻率閃爍發(fā)光，利用聲光報(bào)警達(dá)到煙霧報(bào)警的最佳效果。

    MC14468的1腳（檢測輸出端）直接聯(lián)接單片機(jī)的INT0，當(dāng)檢測到煙霧時(shí)，其輸出的高電平通過INT0控制單片機(jī)內(nèi)部定時(shí)器T0工作，定時(shí)90 ms，T0溢出中斷，進(jìn)入中斷服務(wù)程序，通過串口發(fā)送數(shù)據(jù)（房間號或之前對該系統(tǒng)的有意義編碼）給單片射頻收發(fā)器nRF401。在檢測到煙霧時(shí)，MC14468自身的100 mV的滯后電壓會(huì)防止其他外界因素（如飛蟲）造成的誤報(bào)警，輔以單片機(jī)產(chǎn)生90 ms的延時(shí)，更能提高系統(tǒng)的可靠性。每次T0記時(shí)開始時(shí)，要由軟件重新置初值，從而不會(huì)由于90 ms期間MC14468管腳1上的信號消失或變低而導(dǎo)致下次運(yùn)行出錯(cuò)。

    nRF401的串行口直接和單片機(jī)的串行口連接（DIN接TXD，DOUT接RXD）， TXEN端的高/低電平由軟件設(shè)置，可實(shí)現(xiàn)nRF401發(fā)射模式與接收模式之間的相互切換。當(dāng)需要發(fā)射數(shù)據(jù)時(shí)，由晶振電路產(chǎn)生的4 MHz頻率作為其內(nèi)部鎖相環(huán)的基準(zhǔn)頻率，經(jīng)鎖相環(huán)和壓控震蕩器進(jìn)行N倍頻后，中心頻率f0成為433.92 MHz或434.33 MHz（雙頻道），調(diào)制后，f=f0