主动型火灾报警控制系统

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1、主动型火灾报警控制系统　　摘要：介绍了笔者研制的一种主动型火灾自动报警控制系统。该系统基于单片机构造，采取了一套独特的整体解决方案：主动式报警、分布式控制和多主式通讯；其主要特点为：低功耗，模拟量，报警迅速和抗干扰能力强。分布式智能报警系统可克服传统的被动型报警系统的弊端，系目前国内外主要研究方向。本系统已形成产品，获得广泛地好评。　　关键词：单片机　　式中　Au——放大电路的放大倍数；　　　S——烟雾浓度。　　经过适当放大,获得的微秒级信号由采样保持模块保持，受门限电路监控，当信号大于某一预定值时，触发单片机的外部中断源，单片机开始采样信号，

2、采样完毕，控制泻放电路清除采样信号。　　3　AD转换及火警的辨识　　AD转换模块通过单片机内置集成模拟比较器并辅以相应软件算法实现，参见文献［1］。硬件电路如图4所示，其中RC模数转换器由二个电阻和一个电容构成。微控制器的输出端对电容C交替地进行充放电，电容C同时连接到内部比较器的同相输入端上，待测未知电压加在内部比较器的反相输入端上，微控制器测量电容上的电压与待测电压相等的时间，则未知电压是测得的时间的函数。　　电容上的电压由指数方程给出：　　VC＝VCC　　式中　VC——t时刻电容上的电压；　　　VCC——电压源；　　　RC——电阻和电容值

3、的乘积，也称作网络的“时间参数”。　　使用RC转换法的第一个问题，是不使用浮点运算和超越函数来解指数方程的困难性。以一个压缩的时间角度看，指数曲线的大部分变直，从而考虑将其近似为一条直线。但是这个设想由于曲线上各个点的斜率的持续变化而失效，并产生一明显的偏差，即使曲线非常接近VCC的渐近线时，也无助于问题的解决。　　而如果用一个可查询表来映射每个采样时间间隔的预定值，微控制器就不必实时地解该指数方程。该方法允许在简化转换软件时，按照实际需要来编码和格式化数据，且可利用数据中存在的对称性来减小表的大小。　　第二个问题是由于元件值的变化产生的显著误

4、差。通常当电容上的电压减小时，电容上电压的变化也减小。为此可利用电容充/放电周期的对称性，来减小元件值变化对转换精度的影响。具体地说，就是当电压低于VCC/2时用周期中的充电部分测量，当电压高于VCC/2时用周期的放电部分测量，可使最大误差降低到VCC/2点处的误差。　　在分配元件值时，必须首先确定比较器采样输出的时间间隔，采样周期应尽可能地短，以获得最大的转换精度和最小的转换时间。采样周期受限于执行必需的代码所需的时间，由微控制器的时钟速率决定。但是较频繁的采样又会影响电路的功耗指标，这表明采样周期的选择还牵涉到一个经验值的问题。　　时间常数

5、(RC)影响电容充/放电波形的形状：在电容开始充电或放电时，波形非常陡，随着时间增加而逐渐趋缓。因此必须选择适当的值，使波形的陡峭部分在希望的分辨率下是可解的。充电波形的陡峭部分发生在原点附近，放电部分的陡峭部分发生在VCC附近，为此可利用波形的对称性，在波形的两个部分中使用同一个时间常数来测量。　　连接到微控制器管脚11的上拉电阻R1，为微控制器提供内部上拉小电流，对电容充/放电周期中充电部分的RC网络时间常数具有不利影响，将在充/放电波形中产生一对称波形，它产生转换错误，故需对电阻值的选择给出一个附加的限制——令上拉电阻R1的值远远小于R2

6、的值——即可减小电容充放电路径不同所产生的影响。　　时间常数(RC)，是所要求的转换器分辨率的函数，决定了电容充放电周期的长短，其所需的时间越长，测量循环的采样数也越多，并且查询表的入口数越多。　　电容充放电周期计算的电压的缩减表如表1所示。电压的顺序，前半部分升序，后半部分降序，电容电压的轨迹定义了表的入口的顺序。　　每半个周期的采样数多于达到范围值V所需的数目，这样设置允许存在“快＂周期，它在每半个周期中最后一个采样前就达到了标称的中值。值得指出的是，计算出的采样点N=0和N=1的电压间的差值小于希望的分辨率V，但是相邻采样点的电压差值随着

7、N增大而减小，这反映了电路中电压和时间的非线性关系。　　由于功耗指标要求，单片机平时处于节电状态，由门限监控电路监控，当超过预定值时产生中断唤醒，单片机进入上述采样分析状态，通过智能化分析软件对所获数据进行处理，辨识火警。　　4　通讯模块　　通讯模块包括发送/接收电路和通讯软件两部分。本系统采用两总线制，由两根总线传输电源并载波串行信号。　　接收电路采用电阻直接耦合方式，通过反相器从总线上接收数据。　　R4=R3，R2>R1。二极管、电容和电阻R2、R4提供了参考点，通过R1和R3的分压关系耦合信号，提供给单片机的串行输入口RXD。　　发送电路

8、亦采用直接耦合方式，但是为了保护系统，使用了光电隔离芯片。光电耦合芯片采用快速响应器件，并提供足够大的瞬间电流。放大电路可以瞬间拉低总线到12V。