利用單片機(jī)與Modem通信模塊實(shí)現(xiàn)語音數(shù)字聯(lián)網(wǎng)報(bào)警器的應(yīng)用方案

1 引 言

我國的火災(zāi)自動報(bào)警控制系統(tǒng)經(jīng)歷了從無到有、從簡單到復(fù)雜的發(fā)展過程，其智能化程度也越來越高。目前國內(nèi)廠家多偏重用于大型倉庫、商場、高級寫字樓、賓館等場所大型火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)的研發(fā)，他們采用集中區(qū)域報(bào)警控制方式，其系統(tǒng)復(fù)雜、成本較高。而在居民住宅區(qū)、機(jī)房、辦公室等小型防火單位，需要設(shè)置一種單一或區(qū)域聯(lián)網(wǎng)、廉價實(shí)用的火災(zāi)自動探測報(bào)警裝置，因此，研制一種結(jié)構(gòu)簡單、價格低廉的語音數(shù)字聯(lián)網(wǎng)火災(zāi)報(bào)警器是非常必要的。

一般小型防火單位火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)如圖1所示。現(xiàn)場火災(zāi)報(bào)警器通過對傳感器火情信息的檢測，使用智能識別算法實(shí)現(xiàn)對火災(zāi)的監(jiān)測。當(dāng)報(bào)警器監(jiān)測到火情信息后，直接通過Modem經(jīng)公用電話交換網(wǎng)迅速向消防指揮中心報(bào)告火情信息（包括火災(zāi)單位編碼、單位名稱、火情級別以及報(bào)警時間等），同時產(chǎn)生聲光報(bào)警信號，并按事先預(yù)留的電話號碼自動撥號通知單位有關(guān)負(fù)責(zé)人。消防指揮中心根據(jù)接收到的火警信息，立即在消防信息數(shù)據(jù)庫中查詢單位位置、周圍道路、交通、水源情況等基本信息，根據(jù)所獲得的信息迅速確定最佳救火方案，通過網(wǎng)絡(luò)將出警命令直接下達(dá)各消防中隊(duì)。本文將詳細(xì)介紹小型防火單位語音數(shù)字聯(lián)網(wǎng)報(bào)警器的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)。

2 報(bào)警器硬件設(shè)計(jì)

2．1 硬件組成

如圖2所示，報(bào)警器硬件由溫度煙霧信號采集模塊、聲光報(bào)警模塊以及單片機(jī)與Modem通信模塊組成。圖中1，2，3組成數(shù)據(jù)采集模塊，4，5組成聲光報(bào)警模塊，5，6，7組成與Modem通信模塊。其中，1為傳感器（包括煙感和溫感），將現(xiàn)場溫度、煙霧等非電信號轉(zhuǎn)化為電信號；2為信號調(diào)理電路，將傳感器輸出的電信號進(jìn)行調(diào)理（放大、濾波等），使之滿足A/D轉(zhuǎn)換的要求；3為A/D轉(zhuǎn)換電路，完成將溫度傳感器和煙霧傳感器輸出的模擬信號到數(shù)字信號的轉(zhuǎn)換。聲光報(bào)警模塊由單片機(jī)和報(bào)警電路組成，由單片機(jī)控制實(shí)現(xiàn)不同的聲光報(bào)警（異常報(bào)警、故障報(bào)警、火災(zāi)報(bào)警）功能。單片機(jī)與Modem通信模塊由單片機(jī)、GM16C550串行端口擴(kuò)展芯片和RS232電平轉(zhuǎn)換電路組成，實(shí)現(xiàn)報(bào)警器經(jīng)Modem與消防指揮中心的通信。下面對上述各模塊進(jìn)行簡要介紹。

2．2 溫度煙霧信號采集模塊

要準(zhǔn)確地進(jìn)行火災(zāi)報(bào)警，選擇合適的溫度和煙霧傳感器是準(zhǔn)確報(bào)警的前提。綜合考慮各因素，本文選擇集成溫度傳感器AD590和氣體傳感器TGS202用作采集系統(tǒng)的敏感元件。

AD590是美國Analog Devices公司生產(chǎn)的一種電流型二端溫度傳感器。電路如圖3所示。由于AD590是電流型溫度傳感器，他的輸出同絕對溫度成正比，即1μA/k，而數(shù)模轉(zhuǎn)換芯片ADC0809的輸入要求是電壓量，所以在AD590的負(fù)極接出一個10 kΩ的電阻R1和一個100Ω的可調(diào)電阻W，將電流量變?yōu)殡妷毫克腿階DC0809。通過調(diào)節(jié)可調(diào)電阻，便可在輸出端VT獲得與絕對溫度成正比的電壓量，即10 mV/K。

火災(zāi)中氣體煙霧主要是CO2和CO。TGS202氣體傳感器能探測CO2，CO，甲烷、煤氣等多種氣體，他靈敏度高，穩(wěn)定性好，適合于火災(zāi)中氣體的探測。如圖4所示，當(dāng)TGS202探測到CO2或CO時，傳感器的內(nèi)阻變小，VA迅速上升。選擇適當(dāng)?shù)碾娮枳柚?，使得?dāng)氣體濃度達(dá)到一定程度（如CO濃度達(dá)到0．06％）時，VA端獲得適當(dāng)?shù)碾妷海ㄔO(shè)為3 V）。

A/D轉(zhuǎn)換電路采用了常用的8位8通道數(shù)模轉(zhuǎn)換專用芯片ADC0809，電路如圖5所示。溫度、煙霧傳感器的輸出分別接到ADC0809的IN0和IN1。ADC0809的通道選擇地址A，B，C分別由89C51的P0．0～P0．2經(jīng)地址鎖存器74LS373輸出提供。當(dāng)P2.7=0時，與寫信號WR共同選通ADC0809。圖中ALE信號與ST信號連在一起，在WR信 號的前沿寫入地址信號，在其后沿啟動轉(zhuǎn)換。例如，輸出地址7FF8H可選通通道IN0，實(shí)現(xiàn)對溫度傳感器輸出的模擬量進(jìn)行轉(zhuǎn)換；輸出地址7FF9H可選通通道IN1，實(shí)現(xiàn)對煙霧傳感器輸出的模擬量進(jìn)行轉(zhuǎn)換。圖中ADC0809的轉(zhuǎn)換結(jié)束狀態(tài)信號EOC接到89C51的INT1引腳，當(dāng)A/D轉(zhuǎn)換完成后，EOC變?yōu)楦唠娖?，表示轉(zhuǎn)換結(jié)束，產(chǎn)生中斷。在中斷服務(wù)程序中，將轉(zhuǎn)換好的數(shù)據(jù)送到指定的存儲單元。

2．3 聲光報(bào)警模塊

聲光報(bào)警電路在單片機(jī)P1口的控制下，可以根據(jù)不同情況（火災(zāi)、異常、故障）發(fā)出不同的聲光報(bào)警信號。聲音信號由專用語音芯片提供。通過給語音芯片的S1和S2端輸入不同的邏輯電平（00，01，10，11），便可以獲得4種不同的聲音信號。由單片機(jī)的P1．0和P1．1控制。另外該芯片還需要一個選通信號，由P1．3提供。只有當(dāng)該信號為高電平時，芯片才會根據(jù)S1和S2端的控制信號發(fā)出不同的報(bào)警聲，否則不會發(fā)聲報(bào)警。

由P1口的P1．4～P1．7分別控制4個發(fā)光二極管，予以光報(bào)警，如圖6所示。P1．4～P1．7控制的燈依次為綠色（正常信號燈）、黃色（故障信號燈）、紅色（異常信號燈）和紅色（火災(zāi)信號燈）。當(dāng)這些輸出端輸出低電平時，對應(yīng)的信號燈便會發(fā)光報(bào)警。

2．4 單片機(jī)與Modem通信模塊

當(dāng)報(bào)警器監(jiān)測到火災(zāi)信息后，除了在火災(zāi)現(xiàn)場產(chǎn)生聲光報(bào)警信號外，還需要將火災(zāi)信息按事先預(yù)留的電話號碼自動撥號通知單位有關(guān)人員，并迅速上報(bào)消防指揮中心，為此，系統(tǒng)設(shè)計(jì)了單片機(jī)與Modem通訊模塊，該模塊由單片機(jī)、GM16C550串行端口擴(kuò)展芯片和RS232電平轉(zhuǎn)換電路組成。限于篇幅，對通訊模塊的硬件電路及編程不做詳細(xì)論述。

3 報(bào)警器監(jiān)控程序設(shè)計(jì)

監(jiān)控程序流程圖如圖7所示。系統(tǒng)復(fù)位后，首先要進(jìn)行初始化，包括對各個控制用寄存器的初始化、設(shè)置中斷服務(wù)程序的入口地址、設(shè)置堆棧等。

為了便于系統(tǒng)維護(hù)和功能擴(kuò)充，采用了模塊化程序設(shè)計(jì)方法，系統(tǒng)各個模塊的具體功能都是通過子程序調(diào)用實(shí)現(xiàn)的。本系統(tǒng)主要包括數(shù)據(jù)采集子程序、火災(zāi)判斷與報(bào)警子程序以及Modem通訊子程序等。

3．1 數(shù)據(jù)采集子程序

數(shù)據(jù)采集部分的程序設(shè)計(jì)包括：驅(qū)動ADC0809的IN0和IN1進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換，分別由子程序ADC1（溫度轉(zhuǎn)換）和ADC2（煙霧濃度轉(zhuǎn)換）完成；單片機(jī)接收轉(zhuǎn)換好的數(shù)據(jù)，存入指定內(nèi)存單元，由INT1中斷服務(wù)程序完成。每次驅(qū)動A/D轉(zhuǎn)換后等待外部中斷1，中斷到來說明A/D轉(zhuǎn)換已經(jīng)完成，通過中斷服務(wù)程序讀取轉(zhuǎn)換得到的數(shù)據(jù)。

3．2 火災(zāi)判斷與報(bào)警程序

為了降低誤報(bào)率，系統(tǒng)采用了多次采集、多次判斷的方法。每次數(shù)據(jù)采集后根據(jù)得到的數(shù)據(jù)對現(xiàn)場情況進(jìn)行判斷：00H表示正常、01H表示異常、02H表示火災(zāi)；然后綜合多次判斷結(jié)果做出最終的火情判斷。數(shù)據(jù)在內(nèi)部RAM存儲單元中的存放情況如表1所示。具體判斷方法如下：

（1）對溫度和煙霧進(jìn)行了兩次數(shù)據(jù)采集與判斷

溫度≥100℃，溫度異常，置標(biāo)志位為1，否則為0；煙霧（CO，CO2）濃度≥0．06％，煙霧濃度異常，置標(biāo)志位為1，否則為0。

（2）根據(jù)溫度和煙霧的異常標(biāo)志位判斷現(xiàn)場情況

2個標(biāo)志位均為0，表示情況正常，給53H或56H單元送00H；2個中僅有1個為1，表示情況異常，送01H；2個均為1，表示有火災(zāi)發(fā)生，送02H。

（3）綜合兩次情況做最后判斷，并予以報(bào)警

若53H和56H中數(shù)據(jù)不相同，說明是誤報(bào)，調(diào)故障報(bào)警子程序；否則按該單元中的數(shù)據(jù)調(diào)相應(yīng)的報(bào)警子程序。

00H為情況正常，返回。

01H為情況異常，調(diào)異常報(bào)警子程序。

02H為現(xiàn)場有火災(zāi)，調(diào)火災(zāi)報(bào)警子程序，并向消防中心報(bào)告火情。

4 結(jié) 語

本文研制的用于小型防火單位的語音數(shù)字聯(lián)網(wǎng)火災(zāi)報(bào)警器具有以下特點(diǎn)：

（1）能對室內(nèi)煙霧（CO2，CO）及溫度突變進(jìn)行報(bào)警（聲光報(bào)警）。

（2）如果出現(xiàn)硬件故障（如傳感器遺落、內(nèi)部元器件損壞等），能發(fā)出故障報(bào)警。

（3）如果只有一種參數(shù)出現(xiàn)異常（如煙霧濃度過大或是溫度較高），能發(fā)出異常報(bào)警信號，令值班人員到現(xiàn)場處理。

（4）如果煙霧和溫度同時出現(xiàn)異常，則說明有火災(zāi)，發(fā)出火災(zāi)警報(bào)，并及時將火災(zāi)信息上報(bào)消防指揮中心。

現(xiàn)場模擬實(shí)驗(yàn)表明，本系統(tǒng)安全可靠，誤報(bào)率低。且由于其體積小、操作維護(hù)方便、成本低廉等，具有廣闊的應(yīng)用前景。

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