烟雾检测的火灾自动探测报警系统设计

摘要：设计了一种由离子型烟雾检测报警器MC14468、AT89C51单片机、单片射频收发器nRF401构成的火灾自动报警系统。该系统分为检测发送部分和接收控制部分，采用单片机的多机通信模式和串行传输方式实现数据的传输。由于引入了无线通信技术为核心的nRF401和MC14468，系统的性能大大提高，且具有较高的可靠性。
关键词：烟雾检测；MC14468；AT89C51；nRF401；火灾报警

1 概述
火灾作为危害人类生存的大敌，越来越受到人们的重视。而设计出具有可靠性高、实时性好的火灾自动报警与消防系统是科技化社会发展的需要，也是保障人们正常生活的需要。从发展过程来看，火灾自动报警技术大体可分为3类：多线型火灾自动报警系统、总线型火灾自动报警系统、智能型无线火灾自动报警系统。目前，智能型无线火灾自动报警系统是主要的研究方向。本文设计的基于烟雾检测的火灾自动探测报警系统采用比较先进的数字检测传感器和无线收发器件，具有智能化、可靠性强、扩展性强等特点，可以投入实际的生产。
系统检测部分采用离子型烟雾检测报警器MC14468，而主从机采用无线通信芯片nRF401。此种方案能够很好地检测到烟雾，无需专用的数模转换芯片，也无需使用通信协议；容易扩展，可以实现火灾的多地点与多点检测、报警的功能；在硬件电路和软件设计上也十分简单，只需要几块简单的芯片即可，大大节约了成本。此外，系统本身具有自身故障检测的功能和较高的抗干扰能力，可防止系统发生误报警。

2 系统总体设计
系统采用了主从式通信方式，即一个主机、多个从机，其结构图如图1所示。此系统的特点就是可以无限地扩展从机，只需在软件上稍作修改即可，这就在很大程度上满足了高楼大厦消防的需要。本系统可以分为多个子系统，各个子系统在结构上基本相似，下面就子系统的构成作具体说明。

子系统由两部分组成：检测发射部分和接收控制部分。二者均采用单片机控制，系统结构简单，容易实现。检测发射端和接收控制端选用了目前市场上已经成熟的高性能芯片，其外围电路结构简单、可靠实用。系统检测装置采用了Motorola公司生产的具有声光报警电路的MC 14468芯片，能实现多点并行检测，配合简单的外围电路可构成多点烟雾报警系统。无线收发器采用基于无线通信的nRF401型单片射频收发器，从而达到了无线传输的目的，能迅速地发出报警信号，方便及时地控制火情。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。由于采用低发射功率和高接收灵敏度的设计方案，因此不受无线电管理条例的限制，无需办理许可证。单片机采用AT89C51，它不但是MC14468与nRF401之间的桥梁，还起到控制各芯片时钟周期相互配合的作用，这也是相当重要的一环。由于本系统整体结构简单，软件容易实现，因此不需要对AT89C51进行特别的扩展。
检测发射部分的结构图如图2所示。此部分的功能主要是完成烟雾的智能检测报警和信号的无线发射。MC14468为离子型烟雾检测报警芯片，是目前市场上很流行的集火灾检测与报警于一体的智能传感器。当检测到烟雾颗粒时，它能驱动其外围连接的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1 Hz的频率闪烁发光，利用声光报警达到烟雾报警的最佳效果。