一、前言

　　現(xiàn)代建筑的特點是樓層不斷加高，這主要是從緩解城市用地緊張的角度出發(fā)的，同時還便于集中供電、供熱、供氣，便于集中控制和管理。為了保障高層建筑安全可靠，必須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(tǒng)，其要求是：（1）當有火情發(fā)生時，能以快的速度檢測報警，并能檢測火情發(fā)生的具體地點；（2）經查實確認后，能及時的通報消防部門滅火；（3）系統(tǒng)本身應有自身故障檢測的功能，保證自動報警系統(tǒng)功能完好；（4）較高的系統(tǒng)抗干擾能力，防止系統(tǒng)發(fā)生誤報警。

　　火災自動報警系統(tǒng)是由觸發(fā)裝置、火災報警裝置、火災警報裝置以及具有其它輔助功能裝置組成的，它具有能在火災初期，將燃燒產生的煙霧、熱量、火焰等物理量，通過火災探測器變成電信號，傳輸?shù)交馂膱缶刂破鳎⑼瑫r顯示出火災發(fā)生的部位、時間等，使人們能夠及時發(fā)現(xiàn)火災，并及時采取有效措施，撲滅初期火災，限度的減少因火災造成的生命和財產的損失，是人們同火災做斗爭的有力工具。

　　有關資料統(tǒng)計表明：凡是安裝了火災自動報警系統(tǒng)的場所，發(fā)生了火災一股地說都能及早報警，不會釀成重大火災。在我們交通港航系統(tǒng)許多重要的辦公樓、倉庫、變電站、控制中心，500總噸以上的各種船舶都根據(jù)國家標準《高層民用建筑設計防火規(guī)范》、《建筑設計肪火規(guī)范》以及國際海事組織《SOLAS公約》等有關條文安裝了火災自動報警系統(tǒng)，在消防安全保衛(wèi)工作中發(fā)揮了重要作用。

　　目前，雖然已經有多種火災自動報警系統(tǒng)，但大多還屬于脫機方式，終要靠人來聯(lián)系消防部門，往往由于不能及時報警而造成重大損失。

　　二、系統(tǒng)的總體結構

　　本系統(tǒng)由兩部分組成：檢測發(fā)射部分和接受控制部分，其結構如圖1和圖 2所示。二者均采用單片機控制，系統(tǒng)結構簡單，容易實現(xiàn)。由于采用了nRF401單片射頻收發(fā)器，從而達到了無線傳輸?shù)哪康?，能迅速的發(fā)出報警信號，方便及時的控制火情。檢測發(fā)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，實現(xiàn)容易，可靠實用。系統(tǒng)由三大芯片互相配合構成，檢測裝置采用了Motorola公司生產的具有聲光報警電路的MC14468芯片，能實現(xiàn)多點并行檢測，配合外圍電路可構成多點煙霧報警系統(tǒng)，其應用電路如圖3所示。無線收發(fā)器采用美國Nordic公司推出的基于無線通信的 nRF401型單片射頻收發(fā)器，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(wěn)定且抗干擾能力強，不需要對數(shù)據(jù)進行編碼，外圍電路簡單，使用方便，其應用電路如圖4所示。單片機采用8051,它不但是MC14468與nRF401之間的橋梁，還起著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(huán)。

　　三、發(fā)射部分

　　MC系列芯片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(fā)出報警聲，利用聲光報警達到煙霧報警的效果。

　　MC14468的1腳（檢測輸出端）直接聯(lián)接單片機的INT0,當檢測到煙霧時，其輸出的高電平通過INT0控制單片機內部定時器T0工作，定時90 ms,T0溢出中斷，進入中斷服務程序，通過串口發(fā)送數(shù)據(jù)（房間號或之前對該系統(tǒng)的有意義編碼）給單片射頻收發(fā)器nRF401.在檢測到煙霧時，MC14468自身的100 mV的滯后電壓會防止其他外界因素（如飛蟲）造成的誤報警，輔以單片機產生90 ms的延時，更能提高系統(tǒng)的可靠性。

　　nRF401的串行口直接和單片機的串行口連接， TXEN端的高/低電平由軟件設置，可實現(xiàn)nRF401發(fā)射模式與接收模式之間的相互切換。當需要發(fā)射數(shù)據(jù)時，由晶振電路產生的4 MHz頻率作為其內部鎖相環(huán)的基準頻率，經鎖相環(huán)和壓控震蕩器進行N倍頻后，中心頻率f0成為433.92 MHz或434.33 MHz（雙頻道），調制后，f=f0±△f=f0±15 kHz,經功率放大器放大后從PCB天線上發(fā)射出去。

　　四、接收部分

　　nRF401從PCB天線上接收到調頻信號時，單片機置TXEN端為低電平，功率放大器被關斷從而進入接收狀態(tài)。調頻信號依次經低噪聲放大器放大，經混頻器（其作用是抵消本機發(fā)送器與接收器之間的高頻干擾）變成中頻，再經帶通濾波器濾波和調制器解調后，成為數(shù)據(jù)輸出。這時單片機切換到發(fā)射模式，回送握手信號，nRF401把得到的數(shù)據(jù)輸送給單片機，經處理后從P1口輸出到LED上顯示（火情來源地信息），同時驅動報警器報警。

　　相比于檢測發(fā)射端電路，接收控制端電路更簡單。各管腳引線方法兩者基本相同，只是軟件實現(xiàn)稍有不同。它可直接采用多位LED顯示，不用擴展任何接口。

　　五、系統(tǒng)軟件設計

　　初始化主要是指對定時器工作方式寄存器、中斷允許寄存器、串口工作方式寄存器等的設定。當檢測到有煙霧時，先由定時器T0定時90 ms,在此期間，T0溢出中斷，開始發(fā)送數(shù)據(jù)，經由nRF401的PCB天線發(fā)射出去。INT0被設置為下降沿觸發(fā)。當接收控制端接收到收據(jù)時，回送握手信號，以示發(fā)送下一幀數(shù)據(jù)，同時控制壓電陶瓷蜂鳴器報警，并控制LED顯示數(shù)據(jù)。TXEN端的高/低電平由軟件設置，可實現(xiàn)nRF401發(fā)射模式與接收模式之間的相互切換。

　　程序主要采用匯編語言，運用自上而下的設計思想，總體分為兩部分，如流程圖5所示。整個軟件系統(tǒng)有主程序和中斷程序、顯示程序、延時程序等子程序。主程序主要是對系統(tǒng)的初始化以及檢測處理，中斷程序主要是發(fā)送數(shù)據(jù)并通過nRF401發(fā)射出去，顯示模塊實現(xiàn)的功能是接收數(shù)據(jù)并送LED顯示，同時啟動報警，延時程序是為了nRF401的發(fā)射模式與接收模式之間相互切換時序的需要。

　　六、結論

　　綜上所述，由MC14468、8051、nRF401三大芯片組成的火災自動報警系統(tǒng)，具有功能強、靈活性高、可靠性好、抗干擾能力強、實時性高等優(yōu)點，系統(tǒng)整體結構簡單、容易實現(xiàn)、實用方便，符合安全系統(tǒng)的要求。