别墅防火灭火系统的设计

西南科技大学毕业设计（论文）开题报告

学院	信息工程学院		专业班级	电子1102班
姓名	王睿奇君子门		学号	20115349
题目	别墅防火、灭火系统的设计			题目类型		应用研究
一、选题背景及依据（简述国内外研究现状、生产需求状况，说明选题目的、意义，列出主要参考文献）随着社会的发展，城市工业进程的加快，更多高新密集型产业的集中，火灾隐患也愈加显得突出，带来的损失也愈加的巨大。在各种灾害中，火灾是最经常、最普遍地威胁公众安全和社会发展的主要灾害之一。人类能够对火进行利用和控制，是文明进步的一个重要标志。所以说人类使用火的历史与同火灾作斗争的历史是相伴相生的，人们在用火的同时，不断总结火灾发生的规律，尽可能地减少火灾及其对人类造成的危害。据统计，当今世界共有220余个国家，总计65亿人口。全世界每年发生火灾约800万~900万起，每年死于火灾的人数约8万~9万人。仅从死亡的人数，可以看出每年更多的物质损失更是不可计数。因此，无论是国外，还是近些年来的国内，已经逐渐对这方面加大了防范意识。对于有些自然类型或是一些不可避免的，我们只能从预防和尽量减少损失的角度来考虑，而一些小范围和建筑内部，如别墅，则是需要一个完善、简约的自动灭火系统，防范于未然，这样可以大大减少每年因居室内部的疏忽而导致火灾发生的概率。近年来，随着城市的发展和人们物质文化水平的提高，在较发达的城市及风景区出现了为数不少的花园式别墅宅。花园式别墅住宅目前在我国还处于初级发展阶段，就防火安全的角度看，应该重视它的防火安全性。但目前我国尚无针对此类建筑防火安全的专业建筑防火规范，只能参照《建筑设计防火规范》中的有关款项；由于别墅住宅冲使用功能及装修档次上和普通的民用建筑区别较大，因此，我认为应该在别墅住宅设计中考虑其特有的防火安全要求。别墅住宅类型建筑共同的特点是：单体建筑面积不大，通常每栋别墅建筑面积在二百到三百平方米之间；层数和高度较低，别墅住宅普遍为二至三层建筑，高度在十五米以下；室内装修豪华，装修过程中大量使用可燃材料，单位空间内火灾负荷较大；别墅住宅均属于高档住宅，有使用房间多而室内人员少的特点，不容易发现早期火灾；别墅区内的别墅住宅的分布及道路、水源都不适合火灾时消防人员和车辆的展开。由此看来，别墅的防火安全系统的设计的确应受到重视。火灾的自动报警系统在早期的火灾发现方面发挥着不可替代的作用。在现行的《建筑设计防火规范》中，对于别墅住宅类建筑没有明确的要求，即属于可装可不装的情况。从实际工程汇总可以看出，北京地区多数别墅小区安装了火灾自动报警系统。在已安装了火灾自动报警系统的别墅校区中情况也不尽相同，根据火灾报警系统中所使用的探测器种类的不同，火灾报警系统可以分为以下四种：（1）感温型火灾报警系统由于火灾发生时燃烧物会产生大量的热量，使得周围温度迅速变化。感温型火灾报警系统就是通过判断周围温度变化而产生响应的火灾报警系统，再把温度的变化转换为电信号以达到判断报警的目的。根据探测温度参数的不同，一般可以将感温型火灾报警系统分为定温式、温差式等几种。（2）感烟型火灾报警系统烟雾是早期火灾的重要特征之一。在火灾发生的初期，由于温度比较低，许多物质都处于阴燃阶段，产生大量的烟雾。感烟型火灾报警系统就是对空气中可见或不可见的烟雾粒子进行探测，然后将烟雾浓度的变化转换为电信号来触发报警。感烟型火灾报警系统主要有激光感烟式、光电感烟式和离子感烟式等。（3）感光型火灾报警系统物质燃烧不但会产生烟雾和热量，同时也会产生可见或不可见的光辐射。感光型火灾报警系统就是通过响应火灾中产生的光特性，即扩散火焰的光强度和闪烁频率，来触发报警系统的。根据感应的敏感波长，可以将感光型火灾报警系统分为对波长较短的光辐射敏感的紫外报警系统和对波长较长的光辐射敏感的红外报警系统。新河东狮吼下载（4）复合型火灾报警系统如果报警系统同时对温度、烟雾和光辐射中的两种或两种以上参数做出响应，那么它就是复合型火灾报警系统。目前复合型火灾报警系统有感温感烟型、感烟感光型、感温感光型等多种形式。根据我的了解有的别墅内只设置了一个探测器。我认为，别墅内存在大量可燃物，用电设备及电量较多，极易发生诸如电器失火等火灾，并造成迅速蔓延。因此，有必要设置多重火灾自动报警系统。既然设置火灾自动报警系统是以早期火灾为目的，就该根据具体房间使用的功能不同，在不同房间分别设置不同类型的探测器。一栋别墅设置一个探测器大大降低了早期火灾发现的可靠性。应该在客厅、卧室及普通用房内设置感烟探测器，在厨房设置感温探测器，并在设置探测器的点同时设置声光报警器，使用户能及时发现火警并采取相应措施，以将火灾损失减小到最小。参考文献： [1]NIKE微博.张小明. 探究基于单片机的温度控制. 中国知网, 2015. [2]．邵婷婷,高瑛,亓宏涛. 基于单片机的智能火灾报警系统设计．中国知网，2015． [3]．刘焕成.工程配景下的单片机原理及体系计划[M].北京:清华大学出书社,2008: 196-225 [4]．康华光．模拟电子技术基础.高等教育出版社.2003． [5]．康华光．数字电子技术基础.高等教育出版社.2003. [6]．孙传友,孙晓斌．测控系统原理与设计．北京：北京航空航天大学出版社，2007． [7]．陈有卿.报警集成电路和报警器制作实例[M].北京:人民邮电出版社,2005: 25 周荣汉[8]．王亮,刑达波.基于无线传感器网络的温度采集系统研究[J]. 中国科技信息，2012(16)． [9]．谭浩强．C语言设计（第四版）[M]．北京：清华大学出版社，2012． [10]．姜志海,黄玉清,刘连鑫．单片机原理及应用．北京：电子工业出版社，2013． [11]．曹志刚,钱亚生．现代通信原理．北京：清华大学出版社，2013．
二、主要研究（设计）内容、研究（设计）思想及工作方法或工作流程 1．设计内容本设计采用烟雾传感器、温度传感器、AT89S52单片机、LED显示灯模块以及消防联动模块设计了一种智能火灾报警器，可以实现火情监测、声光报警、消防联动等功能。是一种结构简单、性能稳定、使用方便、价格低廉、智能化的火灾报警器，具有一定的实用价值。 2．设计思想本课题设计思路是根据烟雾、温度检测报警器的功能特点来展开，即它能够检测环境中的烟雾浓度及温度，具有报警功能，其最基本组成部分包括烟雾信号采集电路，温度监测电路，模数转换电路、单片机控制电路。烟雾信号采集电路和温度采集电路分别由烟雾传感器和温度传感器及模拟放大电路组成，将烟雾信号及温度信号转化为模拟的电信号。模数转换电路将从烟雾检测电路送出的模拟信号转换成单片机可识别的数字信号后送入单片机。然后单片机对该数字信号进行处理，并对处理后的数据进行分析，是否大于或等于某个预设值,也就是报警限，如果大于则启动报警电路发出报警声音，反之则为正常状态。即当烟雾含量或温度超过单片机内部设定的标准上限值，将引起蜂鸣器警报，同时启动联动自动灭火装置。但是有一点值得注意，那就是警报会一直响。所以，必须设定一个按键控制功能，要经过按键取消警报才会消失，而且让它过一段时间后重新开始检测，继续工作。系统总体设计框图报警电路及联动装置单片机从整体上设计本系统框图，总体框图如图所示。传感器 A/D 转换器按键控制在上图所示的系统总框图中，主要包括传感器检测模块、模数转换模块、按键控制、报警模块及消防联动模块。本系统以气敏传感器来检测空气中烟雾的浓度、温度传感器来检测室内的温度，再经过模数转换成数字信号，再经过单片机的处理，即与设定值进行比较，当烟雾含量或温度超过单片机内部设定的上限值，将引起蜂鸣器警报，同时启动联动自动灭火装置。按键控制则为取消报警，便于重新检测。芯片AT89S52 在火灾报警器的设计中，单片机是其核心部件。它一方面要接收来自传感器送来的温度、烟雾对应的模拟信号和故障检测信号，另一方面要对这两种信号分别进行处理，以控制后续电路进行相应动作；与此同时查询是否有键按下的请求。在单片机完成这些工作的过程中，尤其是信号处理中，比较浓度值后送入显示的软件实现比较复杂，要求单片机具备较快的运算速度，使检测人员能够较准确地观测到烟雾浓度，并根据情况进行相应的处理。并且也要考虑选择低价实用的机型，并为研制同一系列的低功耗产品做准备。根据多方面的比较，本设计选用ATMEL公司的AT89S52单片机作为控制器。 AT89S52是一个低功耗、高性能的CMOS 8位单片机，片内含4k Bytes(In-system programmable)的可反复擦写1000次的Flash 只读程序存储器，器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存储技术制造兼容标准MCS-51指令系统及80C51引脚结构。芯片内集成了通用8位中央处理器和ISP Flash存储单元，功能强大的计算机AT89S52可为许多嵌入式控制应用系统提供高性价比的解决方案。集成温度传感器 AD590是美国Analog Devices公司生产的一种电流型二端传感器，电路如图所示。由于AD590是电流型温度传感器，它的输出同绝对温度成正比，及1 A∕K，，而数模转换芯片ADC0809的输入要求是电压量，所以在AD590的负极接出一个10千欧的电阻R1和一个100欧的可调电阻W，将电流量变为电压量送入ADC080。通过调节可调电阻便可在输出端VT获得与绝对温度成正比的电压量，即10mV∕K,温度0℃时输出为0，温度25℃时输出为2.982V。这样便于A/D转换器采集数据。气体传感器火灾中气体烟雾主要是CO2和CO，TGS202气体传感器能探测CO2，CO，甲烷，煤气等多种气体，它灵敏度高，稳定性好，适合于火灾中气体的探测。当TGS202探测到CO2或CO时，传感器的内阻变小，VA迅速上升。选择适当的电阻阻值，使得当气体浓度达到一定程度（如CO浓度达到0.06﹪）时，VA端获得适当的电压（设为3V）。单片机外围接口电路 1.晶振电路：内部时钟电路的晶振频率一般选择在4MHZ~12MHZ之间，外接两个谐振电容。 2.复位电路：单片机复位采用按键高电平复位，而单片机在平时则复位端为低电平0. 3.直流电源信号处理电路对于传感器输出的模拟信号，一般要用运算放大器对其进行调理或放大，以满足A/D转换器对输入模拟量幅值及极性的要求。在本报警器电路中，同样要对两类传感器的输出信号进行放大调理。运算放大器接成电压放大电路。从传感器采集过来的微弱电压信号，经过电压放大器的放大，得到较强的模拟电压信号。采样时，把相应的模拟电压信号从Vi端送进LM324A进行放大处理后，从Vo端输出送入A/D转换电路。 A/D转换模块经气敏传感器所检测的电压信号为模拟信号，无法直接被单片机所识别，所以在经过放大电路后对信号进行A/D装换，将模拟信号转化为数字信号输入单片机。 A/D转换电路采用了常用的8位8通道数模转换常用芯片ADC0809，烟雾、温度传感器的输出端分别接到ADC0809的IN0和IN1。ADC0809的通道选择地址由AT89S52的P0.0～P0.2经地址锁存器74LS373输出提供。当P2.7=0时，与写信号WR共同选通ADC0809。其中ALE信号与ST信号连在一起，在WR信号的前沿写入地址信号，在其后沿启动转换。ADC0809转换结束状态信号EOC接到AT89S52的INT1引脚，当A/D转换完成后，EOC变为高电平，表示转换结束，产生中断。在中断服务程序中，将转换好的数据送到指定的存储单元。由于ADC0809片内无时钟，故利用8051提供的地址锁存使能信号ALE经D触发器二分频后获得时钟。因为ALE信号的频率是单片机时钟频率的1/6，如果时钟频率为6MHZ，则ALE信号的频率为1MHZ，经二分频后为500KHZ，与ADC0809的典型值吻合。声光报警电路由AT89S52的21脚实现声音报警控制。当可燃性气体浓度或温度超过限定值时，将P2.0置为低电平，三极管导通，扬声器发出鸣叫报警。消防联动模块消防联动装置的设计在火灾自动灭火系统的总体设计中占据了重要的位置。它决定了自动灭火的成败。本设计中的消防联动装置用的是电磁阀控制，其工作原理简单，操作简单，经济实用。用单片机AT89S52控制24V直流电磁换向阀运动，信号通过单片机端口送出，经三极管的开关放大作用，接直流固态继电器，然后接负载，因为电磁阀是感性负载，其两端并联一个二极管。消防联动灭火装置在不同的环境，其各项参数不是恒定值，但工作原理及过程基本相同，所以所选择的元件符号、类型及电阻值等在这里就不必选定列出了。在实际的工程环境下可以根据实际情况去选定。在自动灭火系统中，消防联动应具备以下功能：火灾报警后停止有关部位风机，关闭防火阀，接收和显示相应的反馈信号；起动有关部位防烟、排烟风机(包括正压送风机)和排烟阀，接收并显示其反馈信号；控制防烟垂壁等防烟设施。接通火灾事故照明灯和疏散指示灯，切断有关部位的非消防电源，应按照疏散顺序接通火灾警报装置和火灾事故广播，并应确保设置的对内外的消防通信设备良好有效，应能解除所有疏散通道上的门禁控制功能。更为重要的是本课题研究的系统的主要目的是有效地自动灭火。消防联动中，消防控制室对室内消火栓系统，能控制消防泵的起停，显示起泵按钮的位置，显示消防水池的水位状态、消防水泵的电源状态，显示消防泵的工作状态、故障状态。灭火措施有以下几种：自动喷水灭火系统，能控制系统的启停、显示报警阀、闸阀及水流指示器的工作状态，显示消防水池的水位状态、消防水泵的电源状态，显示喷淋泵的工作状态、故障状态。气体灭火系统，显示系统的手动、自动工作状态；在报警、喷射各阶段，控制室应有相应的声、光警报信号，并能手动切除声响信号；在延时阶段，应自动关闭防火门窗，停止通风空调系统，关闭有关部位的防火阀；被保护场所主要进入口处，应设置手动紧急启、停控制按钮；主要出入口上方应设气体灭火剂喷放指示标志灯及相应的声、光警报信号；宜在防护区外的适当部位设置气体灭火控制盘的组合分配系统及单元控制系统；气体灭火系统防护区的报警、喷放及防火门、通风空调等设备的状态信号应送至消防控制室。泡沫灭火系统，能控制泡沫泵及消防泵的启停，控制泡沫灭火系统有关电动阀门的开启、关闭，显示系统的工作状态。干粉末灭火系统，能控制系统的启停，显示系统的工作状态。常开防火门的控制，应满足在门任一侧的火灾探测器报警后，防火门应自动关闭，防火门关闭信号应送到消防控制室。
三、毕业设计（论文）工作进度安排 2015.3月前查阅相关资料，选定方案； 2015.3.28 提交毕业论文开题报告； 2015.4月初确定设计细节，开始分模块进行最终设计； 2015.5月完成软硬件电路安装，通过系统联调； 2015.6月完成毕业设计论文并准备答辩。
指导教师意见	指导教师签字___________ 年月日
院系毕业设计领mmpp 导小组审核意见	难度	综合训练程度			是否隶属科研项目
	裂隙水教学院长（公章）___________ 年月日