煙霧檢測的火災自動探測報警系統設計

摘要：設計了一種由離子型煙霧檢測報警器MC14468、AT89C51單片機、單片射頻收發器nRF401構成的火災自動報警系統。該系統分為檢測發送部分和接收控制部分，采用單片機的多機通信模式和串行傳輸方式實現數據的傳輸。由于引入了無線通信技術為核心的nRF401和MC14468，系統的性能大大提高，且具有較高的可靠性。
關鍵詞：煙霧檢測；MC14468；AT89C51；nRF401；火災報警

1 概述
火災作為危害人類生存的大敵，越來越受到人們的重視。而設計出具有可靠性高、實時性好的火災自動報警與消防系統是科技化社會發展的需要，也是保障人們正常生活的需要。從發展過程來看，火災自動報警技術大體可分為3類：多線型火災自動報警系統、總線型火災自動報警系統、智能型無線火災自動報警系統。目前，智能型無線火災自動報警系統是主要的研究方向。本文設計的基于煙霧檢測的火災自動探測報警系統采用比較先進的數字檢測傳感器和無線收發器件，具有智能化、可靠性強、擴展性強等特點，可以投入實際的生產。
系統檢測部分采用離子型煙霧檢測報警器MC14468，而主從機采用無線通信芯片nRF401。此種方案能夠很好地檢測到煙霧，無需專用的數模轉換芯片，也無需使用通信協議；容易擴展，可以實現火災的多地點與多點檢測、報警的功能；在硬件電路和軟件設計上也十分簡單，只需要幾塊簡單的芯片即可，大大節約了成本。此外，系統本身具有自身故障檢測的功能和較高的抗干擾能力，可防止系統發生誤報警。

2 系統總體設計
系統采用了主從式通信方式，即一個主機、多個從機，其結構圖如圖1所示。此系統的特點就是可以無限地擴展從機，只需在軟件上稍作修改即可，這就在很大程度上滿足了高樓大廈消防的需要。本系統可以分為多個子系統，各個子系統在結構上基本相似，下面就子系統的構成作具體說明。

子系統由兩部分組成：檢測發射部分和接收控制部分。二者均采用單片機控制，系統結構簡單，容易實現。檢測發射端和接收控制端選用了目前市場上已經成熟的高性能芯片，其外圍電路結構簡單、可靠實用。系統檢測裝置采用了Motorola公司生產的具有聲光報警電路的MC 14468芯片，能實現多點并行檢測，配合簡單的外圍電路可構成多點煙霧報警系統。無線收發器采用基于無線通信的nRF401型單片射頻收發器，從而達到了無線傳輸的目的，能迅速地發出報警信號，方便及時地控制火情。它采用了無線通信和FSK(頻移鍵控)調制解調技術，工作頻率穩定且抗干擾能力強，不需要對數據進行編碼，外圍電路簡單，使用方便。由于采用低發射功率和高接收靈敏度的設計方案，因此不受無線電管理條例的限制，無需辦理許可證。單片機采用AT89C51，它不但是MC14468與nRF401之間的橋梁，還起到控制各芯片時鐘周期相互配合的作用，這也是相當重要的一環。由于本系統整體結構簡單，軟件容易實現，因此不需要對AT89C51進行特別的擴展。
檢測發射部分的結構圖如圖2所示。此部分的功能主要是完成煙霧的智能檢測報警和信號的無線發射。MC14468為離子型煙霧檢測報警芯片，是目前市場上很流行的集火災檢測與報警于一體的智能傳感器。當檢測到煙霧顆粒時，它能驅動其外圍連接的壓電陶瓷蜂鳴器或壓電式揚聲器發出報警聲，與此同時，還驅動發光二極管(LED)以1 Hz的頻率閃爍發光，利用聲光報警達到煙霧報警的最佳效果。