專利名稱：減光與前向散射光復(fù)合式點(diǎn)型光電感煙火災(zāi)探測器及其探測方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于火災(zāi)探測技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種減光與前向散射光復(fù)合式點(diǎn)型光 電感煙火災(zāi)探測器及其探測方法。
背景技術(shù)：
點(diǎn)型光電感煙火災(zāi)探測器是目前火災(zāi)自動探測報警領(lǐng)域產(chǎn)量最大和使用最為廣 泛的火災(zāi)探測器。點(diǎn)型光電感煙火災(zāi)探測器按傳感器原理的不同，可分為散光式(應(yīng)用煙 霧粒子對光散射原理)和減光式(應(yīng)用煙霧粒子對光路遮擋原理)兩大類。減光式感煙探 測器對于黑色煙霧有較好的響應(yīng)性，但是對于火災(zāi)初期產(chǎn)生的低濃度白色煙霧響應(yīng)靈敏度 卻較差，大大低于散光式感煙探測器。散光式感煙探測器又分為前向散光式和后向散光式 兩種，其中散射角大于90°的前向散光式感煙探測器由于結(jié)構(gòu)簡單，所以長期以來點(diǎn)型光 電感煙火災(zāi)探測器大多采用前向散光式感煙探測器，它對火災(zāi)初期產(chǎn)生的粒徑較大的白色 和灰色煙霧(如木材熱解陰燃火、棉繩陰燃火等)有較高的響應(yīng)靈敏度，而對粒徑較小的黑 色煙霧(如聚氨脂塑料明火、正庚烷明火等)響應(yīng)靈敏度卻較差；以至于在一些應(yīng)用場所， 當(dāng)火災(zāi)初期以產(chǎn)生黑煙為主時出現(xiàn)延誤報警甚至漏報事故。為了解決前向散光式感煙探測 器的這一缺陷，近年來，人們又開發(fā)出散射角小于90°、結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜的后向散光式感煙探 測器，它雖然提高了對黑色煙霧的響應(yīng)靈敏度，但是它對白色煙霧的響應(yīng)靈敏度卻大大低 于前向散光式感煙探測器。單一的減光式、前向散光式、后向散光式感煙探測器均難以對不 同顏色、不同粒徑的廣譜煙霧達(dá)到均衡靈敏響應(yīng)性能，而且也不能有效甄別煙霧、水蒸汽、 油煙及灰塵，以致在有灰塵、水蒸汽、油煙等環(huán)境中工作誤報率較高。

發(fā)明內(nèi)容
針對目前單一減光式或散光式感煙探測器對廣譜煙霧均衡靈敏響應(yīng)性能較差、誤 報率較高的現(xiàn)實(shí)問題，本發(fā)明提供一種基于不同顏色、不同粒徑的廣譜煙霧顆粒以及諸如 水蒸汽、油煙、灰塵等非煙霧顆粒對紅外光的遮擋和散射特性及其量化規(guī)律的研究成果，將 減光式和前向散光式兩種光電感煙探測器器進(jìn)行優(yōu)化組合的減光與前向散射光復(fù)合式點(diǎn) 型光電感煙火災(zāi)探測器及其探測方法。為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案，一種減光與前向散射光復(fù)合式點(diǎn) 型光電感煙火災(zāi)探測器，包括由迷宮蓋和迷宮底座組合而成的感煙迷宮，其特點(diǎn)是在所述 的感煙迷宮內(nèi)部設(shè)置有第一紅外發(fā)光管、第二紅外發(fā)光管和紅外接收管；所述的第二紅外 發(fā)光管與感煙迷宮的中心、紅外接收管之間的夾角ZC0A為123° 139°，所述的第一紅 外發(fā)光管與感煙迷宮的中心、紅外接收管之間的夾角Z BOA為180°，所述的第一紅外發(fā)光 管、第二紅外發(fā)光管和紅外接收管分別與控制電路相連接。所述的第二紅外發(fā)光管與感煙迷宮的中心、紅外接收管之間的夾角ZC0A優(yōu)選為 129° 135°。
所述的第二紅外發(fā)光管與感煙迷宮的中心、紅外接收管之間的夾角Z C0A更優(yōu)選 為 132° 。所述的迷宮蓋和迷宮底座采用電導(dǎo)率為108S/cm的導(dǎo)電ABS原料鑄塑而成。所述的控制電路包括信號處理電路、通信電路、發(fā)光控制電路、光電信號轉(zhuǎn)換電 路、信號放大及濾波電路、火災(zāi)報警控制器及電源電路，信號處理電路通過通信電路與火災(zāi) 報警控制器相連接，信號處理電路與發(fā)光控制電路相連接，光電信號轉(zhuǎn)換電路的輸出端與 信號放大及濾波電路的輸入端相連接，信號放大及濾波電路的輸出端與信號處理電路相連 接；電源電路分別與通信電路、發(fā)光控制電路、光電信號轉(zhuǎn)換電路、信號處理電路及信號放 大及濾波電路相連接。所述的發(fā)光控制電路包括第一紅外發(fā)光管、第二紅外發(fā)光管、第二十二電阻、第 二十四電阻，第一紅外發(fā)光管和第二紅外發(fā)光管的正極分別與電源的正極相連接，第二紅 外發(fā)光管的負(fù)極經(jīng)第二十二電阻與第四三極管的集電極相連接，第四三極管的發(fā)射極與地 相連接，第四三極管的基極經(jīng)第二十三電阻與單片機(jī)的控制端口相連接；第一紅外發(fā)光管 的負(fù)極經(jīng)第二十四電阻與第五三極管的集電極相連接，第五三極管的發(fā)射極與地相連接， 第五三極管的基極經(jīng)第八電阻與單片機(jī)的控制端口相連接。所述的光電信號轉(zhuǎn)換電路包括紅外接收管、第九電阻、第十電阻、第六電容及第七 電容，電源的正極經(jīng)第九電阻分別與紅外接收管的負(fù)極、第七電容的負(fù)極相連接；紅外接收 管的正極經(jīng)第十電阻與地相連接，第七電容的正極與地相連接，在第十電阻的兩端并聯(lián)有 第六電容，紅外接收管的正極與信號放大及濾波電路的輸入端相連接。所述的信號放大及濾波電路包括第一級放大器、第二級放大器，第二級放大器的 正向輸入端一路經(jīng)第五電容與第一級放大器的輸出端相連接，另一路經(jīng)第十三電阻與地相 連接，第一級放大器的正向輸入端為信號放大及濾波電路的輸入端，第一級放大器的反向 輸入端經(jīng)第十一電阻與地相連接，在第一級放大器的反向輸入端與輸出端之間并聯(lián)有第 十二電阻和第十二電容；第二級放大器的輸出端與單片機(jī)的輸入端相連接；第二級放大器 的反向輸入端經(jīng)第十四電阻與地相連接，在第二級放大器的反向輸入端與輸出端之間并聯(lián) 有第十五電阻和第十三電容。所述的通信電路包括通信接收電路和通信回答電路，所述的通信接收電路包括 第十八電阻、第十九電阻、第二十電阻、第二十一電阻、第三電容、第四電容和第三三極管， 電源的正極經(jīng)第二十一電阻與第三三極管的集電極相連接，第三三極管的發(fā)射極與地相連 接；第三三極管的集電極與單片機(jī)的輸入/輸出端口相連接，在電源的正極與第三三極管 的基極之間連接有第二十電阻，在第三三極管的集電極與發(fā)射極之間連接有第四電容，在 第三三極管的基極與發(fā)射極之間連接有第十九電阻；第三三極管的基極依次經(jīng)第十八電 阻、第三電容與天線相連接；所述的通信回答電路包括第十六電阻、第二三極管和第十七電 阻，第二三極管的基極經(jīng)第十六電阻與單片機(jī)的輸入/輸出端口相連接，第二三極管的發(fā) 射極與地相連接，第二三極管的集電極經(jīng)第十七電阻與天線相連接。所述的信號處理電路由單片機(jī)及其外圍電路組成。所述的減光與前向散射光復(fù)合式點(diǎn)型光電感煙火災(zāi)探測器的探測方法，包括如下 步驟步驟一進(jìn)行初始化；
步驟二 判斷延時1秒的時間是否到了，若是，則執(zhí)行步驟三，若否，則返回執(zhí)行步
驟二；步驟三令第二紅外發(fā)光管C點(diǎn)亮100 u S，并同時采樣前向散射感煙當(dāng)前值Qn ；步驟四延時300ii S ；步驟五令第一紅外發(fā)光管B點(diǎn)亮100 u S，并同時采樣減光感煙當(dāng)前值Jn ；步驟六判斷間隔4小時初值補(bǔ)償時間是否到了，若是，則執(zhí)行步驟七，若否，則轉(zhuǎn) 去執(zhí)行步驟十一；步驟七判斷前向散射感煙A/D當(dāng)前值與前向散射感煙A/D初值的差值的絕對值 是否小于或等于前向散射感煙初值補(bǔ)償判斷值，若是，則執(zhí)行步驟八，若否，則轉(zhuǎn)去執(zhí)行步 驟九；步驟八將前向散射感煙A/D當(dāng)前值賦值給前向散射感煙A/D初值；步驟九判斷減光感煙A/D當(dāng)前值與減光感煙A/D初值的差值的絕對值是否小于 或等于減光感煙初值補(bǔ)償判斷值，若是，則執(zhí)行步驟十，若否，則轉(zhuǎn)去執(zhí)行步驟十一；步驟十將減光感煙A/D當(dāng)前值賦值給減光感煙A/D初值；步驟十一判斷前向散射感煙A/D當(dāng)前值是否大于或等于824，若是，則轉(zhuǎn)去執(zhí)行 步驟十八，若否，則執(zhí)行步驟十二 ；步驟十二 判斷減光感煙A/D當(dāng)前值是否小于或等于90，若是，則轉(zhuǎn)去執(zhí)行步驟 十八，若否，則執(zhí)行步驟十三；步驟十三判斷前向散射感煙A/D當(dāng)前值與前向散射感煙A/D初值的差值是否大 于或等于220，若是，則轉(zhuǎn)去執(zhí)行步驟十八，若否，則執(zhí)行步驟十四；步驟十四判斷減光感煙A/D初值與減光感煙A/D當(dāng)前值的差值是否大于或等于 56，若是，則轉(zhuǎn)去執(zhí)行步驟十八，若否，則執(zhí)行步驟十五；步驟十五判斷前向散射感煙A/D當(dāng)前值與前向散射感煙A/D初值的差值是否大 于或等于112，且減光感煙A/D初值與減光感煙A/D當(dāng)前值的差值是否大于或等于24 ；若 是，則轉(zhuǎn)去執(zhí)行步驟十八，若否，則執(zhí)行步驟十六；步驟十六判斷前向散射感煙A/D當(dāng)前值與前向散射感煙A/D初值的差值是否大 于或等于60，且減光感煙A/D初值與減光感煙A/D當(dāng)前值的差值是否大于或等于35 ；若是， 則轉(zhuǎn)去執(zhí)行步驟十八，若否，則執(zhí)行步驟十七；步驟十七令連續(xù)符合計數(shù)K的計數(shù)清零，轉(zhuǎn)去執(zhí)行步驟二十；步驟十八判斷連續(xù)符合計數(shù)K = K+1是否大于或等于6.，若是，則執(zhí)行步驟 十九，若否，則轉(zhuǎn)去執(zhí)行步驟二十；步驟十九置火災(zāi)報警狀態(tài)，并轉(zhuǎn)去執(zhí)行步驟二 ；步驟二十置正常監(jiān)視狀態(tài)，并轉(zhuǎn)去執(zhí)行步驟二。本發(fā)明的探測器的工作原理如下減光與前向散射光復(fù)合式點(diǎn)型光電感煙火災(zāi)探測器內(nèi)設(shè)有2個紅外發(fā)光管B、C， 紅外發(fā)光管B、C分別與1個紅外接收管A構(gòu)成了減光式和前向散光式兩種感煙探測光路。 2個紅外發(fā)光管B、C由單片機(jī)分時控制發(fā)光，紅外接收管A同步接收紅外光強(qiáng)度信號。前 向散射光感煙工作原理是當(dāng)探測器中無煙霧時，紅外接收管A僅能接收到紅外發(fā)光管C發(fā) 射光的微弱光強(qiáng)；當(dāng)有煙霧進(jìn)入探測器時，由于光線遇到煙粒子發(fā)生前向散射效應(yīng)，使紅外接收管A收到的光強(qiáng)度增大，進(jìn)入探測器中的煙粒子越多(煙濃度越大)，紅外接收管A收 到的光強(qiáng)度則越大，經(jīng)光/電信號轉(zhuǎn)換后達(dá)到火災(zāi)感煙探測的目的，前向散光式感煙具有 對粒徑較大的白色煙霧響應(yīng)靈敏的特性。減光感煙工作原理是當(dāng)探測器中無煙霧時，由紅 外發(fā)光管B發(fā)出的光線不受遮擋的照射到紅外接收管A，當(dāng)有煙霧進(jìn)入探測器時，由于煙霧 對光線有遮擋作用，使照射到紅外接收管A的光強(qiáng)度減弱，進(jìn)入探測器中的煙粒子越多(煙 濃度越大)，則紅外接收管A收到的光強(qiáng)度越衰減，從而達(dá)到火災(zāi)感煙探測的目的，減光式 感煙具有對黑色煙霧響應(yīng)靈敏的特性。本發(fā)明的有益效果1.廣譜感煙本發(fā)明的探測器對不同顏色、不同粒徑的煙霧顆粒有良好的均衡靈敏響應(yīng)性能， 特別是對物質(zhì)陰燃產(chǎn)生的常溫黑色煙霧具有更靈敏的探測特性，在工程應(yīng)用中能夠有效提 高早期火災(zāi)探測報警能力，根絕火災(zāi)產(chǎn)生黑煙場所出現(xiàn)漏報或延誤報警的危險情況。2.低誤報率 本發(fā)明的探測器由2個紅外發(fā)光管和1個紅外接收管構(gòu)成了前向散射光和減光兩 種感煙探測光路，并通過大量實(shí)驗(yàn)掌握了典型煙霧顆粒及非煙霧顆粒在該探測器中對紅外 光的散射特性和量化規(guī)律，采取算法處理技術(shù)有效甄別煙霧、水蒸汽、油煙及灰塵等，從而 大大降低了探測器受環(huán)境因素影響的誤報率。3.良好的性價比由于采取了以下措施，使本發(fā)明的探測器成本略低于目前國產(chǎn)的單一前向散射或 后向散射式點(diǎn)型光電感煙火災(zāi)探測器。(1)本發(fā)明的探測器的迷宮蓋和迷宮底座采用電導(dǎo) 率為108S/cm的導(dǎo)電ABS原料鑄塑而成，具有本質(zhì)屏蔽電磁波和抗靜電干擾的作用，可省卻 傳統(tǒng)的銅質(zhì)或不銹鋼屏蔽罩；(2)采用電子編(地址)碼和可編程總線通信技術(shù)，節(jié)省了 8 位撥碼開關(guān)和專用通信芯片；(3)本發(fā)明的探測電路與普通單一傳感方式的光電感煙探測 電路相比僅增加1個紅外發(fā)光管。4.與系統(tǒng)兼容靈活本發(fā)明的探測器采用軟件編程的方式可支持任何總線通信協(xié)議，通過編程、無需 改動探測器硬件電路和結(jié)構(gòu)即可與任何廠家的火災(zāi)報警控制器廣域兼容。本發(fā)明的探測器綜合了火災(zāi)自動探測報警多傳感、多判據(jù)智能算法處理技術(shù)，它 在本質(zhì)上對粒徑較小的黑色煙霧和粒徑較大的淺色煙霧有著良好的均衡靈敏響應(yīng)性能，特 別是對火災(zāi)初期物質(zhì)陰燃產(chǎn)生的常溫黑色煙霧有更靈敏的探測特性，是一種具有廣譜煙霧 探測性能的新型光電感煙火災(zāi)探測器，在降低誤報、杜絕漏報火災(zāi)、提高火災(zāi)早期探測報警 性能等方面優(yōu)于傳統(tǒng)(單一的前向散光式、后向散光式或減光式)的點(diǎn)型光電感煙火災(zāi)探 測器。本發(fā)明的探測器總體技術(shù)水平和綜合性能達(dá)到了二十一世紀(jì)初國際先進(jìn)水平，國 外同類產(chǎn)品的銷售價格較高(在50美元以上)，而本發(fā)明的探測器成本低廉，僅在30元 人民幣以內(nèi)。本發(fā)明的探測器的開發(fā)和應(yīng)用，為我國復(fù)雜建筑場所提供了急需的火災(zāi)探測 報警新技術(shù)、新產(chǎn)品，對減少火災(zāi)的損失，保衛(wèi)人民生命財產(chǎn)安全和經(jīng)濟(jì)建設(shè)將起到重大作 用。它的投產(chǎn)和推廣應(yīng)用不僅可以滿足我國對消防安全的新需求，還可替代進(jìn)口產(chǎn)品，為國 家節(jié)省大量外匯，將產(chǎn)生顯著的社會經(jīng)濟(jì)效益。


圖1為本發(fā)明的探測器的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為本發(fā)明的探測器的控制電路的電路原理框圖；圖3為本發(fā)明的探測器的控制電路中發(fā)光控制電路的電路原理圖；圖4為本發(fā)明的探測器的控制電路中光電信號轉(zhuǎn)換電路的電路原理圖；圖5為本發(fā)明的探測器的控制電路中信號放大及濾波電路的電路原理圖；圖6為本發(fā)明的探測器的控制電路中通信電路的電路原理圖；圖7為本發(fā)明的探測器的探測方法的程序流程圖；圖1中，1-紅外接收管，2-迷宮蓋，3-感煙迷宮的中心，4-感煙迷宮，5-第一紅外 發(fā)光管，6-迷宮底座，7-第二紅外發(fā)光管。
具體實(shí)施例方式如圖1所示，一種減光與前向散射光復(fù)合式點(diǎn)型光電感煙火災(zāi)探測器，包括由迷 宮蓋2和迷宮底座6組合而成的感煙迷宮4，在所述的感煙迷宮4內(nèi)部設(shè)置有第一紅外發(fā)光 管5、第二紅外發(fā)光管7和紅外接收管1 ；所述的第二紅外發(fā)光管7與感煙迷宮的中心3、紅 外接收管1之間的夾角Z C0A為132°，所述的第一紅外發(fā)光管5與感煙迷宮的中心3、紅 外接收管1之間的夾角Z BOA為180°，所述的第一紅外發(fā)光管5、第二紅外發(fā)光管7和紅 外接收管1分別與控制電路相連接。所述的迷宮蓋2和迷宮底座6采用電導(dǎo)率為108S/cm的導(dǎo)電ABS原料鑄塑而成， 具有本質(zhì)屏蔽電磁波和抗靜電干擾的作用，可省卻傳統(tǒng)的銅質(zhì)或不銹鋼屏蔽罩。所述的感 煙迷宮4可有效防止外界環(huán)境光線及昆蟲等干擾源進(jìn)入本發(fā)明的探測器內(nèi)。如圖2所示，所述的控制電路包括信號處理電路、通信電路、發(fā)光控制電路、光電 信號轉(zhuǎn)換電路、信號放大及濾波電路、火災(zāi)報警控制器及電源電路，信號處理電路通過通信 電路與火災(zāi)報警控制器相連接，信號處理電路與發(fā)光控制電路相連接，光電信號轉(zhuǎn)換電路 的輸出端與信號放大及濾波電路的輸入端相連接，信號放大及濾波電路的輸出端與信號處 理電路相連接；電源電路分別與通信電路、發(fā)光控制電路、光電信號轉(zhuǎn)換電路、信號處理電 路及信號放大及濾波電路相連接。如圖3所示，所述的發(fā)光控制電路包括第一紅外發(fā)光管A、第二紅外發(fā)光管B、第 二十二電阻R22、第二十四電阻R24，第一紅外發(fā)光管A和第二紅外發(fā)光管B的正極分別與 電源的正極相連接，第二紅外發(fā)光管B的負(fù)極經(jīng)第二十二電阻R22與第四三極管T4的集電 極相連接，第四三極管T4的發(fā)射極與地相連接，第四三極管T4的基極經(jīng)第二十三電阻R23 與單片機(jī)U1的控制端口 RC4相連接；第一紅外發(fā)光管A的負(fù)極經(jīng)第二十四電阻R24與第 五三極管T5的集電極相連接，第五三極管T5的發(fā)射極與地相連接，第五三極管T5的基極 經(jīng)第八電阻R8與單片機(jī)U1的控制端口 RC3相連接。在發(fā)光控制電路中，由限流電阻R24、 R22分別控制紅外發(fā)光管A、B的發(fā)光強(qiáng)度，由單片機(jī)U1的輸出端RC3、RC4分時控制紅外發(fā) 光管A、B的發(fā)光狀態(tài)，將脈沖發(fā)光方式調(diào)制為lOOy S/S，即每秒發(fā)光100微秒，從而可確 保紅外發(fā)光管工作壽命高達(dá)100年以上。如圖4所示，所述的光電信號轉(zhuǎn)換電路包括紅外接收管C、第九電阻R9、第十電阻R10、第六電容C6及第七電容C7，電源的正極經(jīng)第九電阻R9分別與紅外接收管C的負(fù)極、 第七電容C7的負(fù)極相連接；紅外接收管C的正極經(jīng)第十電阻R10與地相連接，第七電容C7 的正極與地相連接，在第十電阻R10的兩端并聯(lián)有第六電容C6，紅外接收管C的正極與信 號放大及濾波電路的輸入端SI相連接。光電信號轉(zhuǎn)換電路能夠?qū)⒔邮盏降募t外光強(qiáng)度信 號轉(zhuǎn)換為電壓輸出信號SI，單片機(jī)U1對紅外發(fā)光管A、B采取分時發(fā)光控制，并同步采集SI 放大信號ADI，從而將前向散射感煙信號和后向散射感煙信號區(qū)分開來，C7和C6起穩(wěn)壓和 濾波作用。 如圖5所示，所述的信號放大及濾波電路包括第一級放大器F1、第二級放大器F2， 第二級放大器F2的正向輸入端一路經(jīng)第五電容C5與第一級放大器F1的輸出端相連接，另 一路經(jīng)第十三電阻R13與地相連接，第一級放大器F1的正向輸入端為信號放大及濾波電路 的輸入端SI，第一級放大器F1的反向輸入端經(jīng)第十一電阻R11與地相連接，在第一級放大 器F1的反向輸入端與輸出端之間并聯(lián)有第十二電阻R12和第十二電容C12 ；第二級放大器 F2的輸出端與單片機(jī)U1的輸入端ADI相連接；第二級放大器F2的反向輸入端經(jīng)第十四電 阻R14與地相連接，在第二級放大器F2的反向輸入端與輸出端之間并聯(lián)有第十五電阻R15 和第十三電容C13。光電信號轉(zhuǎn)換電路的輸出信號SI經(jīng)兩級放大后的ADI電壓信號由單片 機(jī)U1的輸入端RA0接收，單片機(jī)U1內(nèi)含8位二進(jìn)制A/D轉(zhuǎn)換器，能夠?qū)DI電壓信號線性 轉(zhuǎn)換為分辨率為0 255的數(shù)字信號，第一級放大倍數(shù)由R12/R11的比值決定，C5和R13能 夠過濾掉第一級放大信號中的本底直流電壓成份，允許通過感煙探測脈沖信號；濾波后的 第一級放大信號再進(jìn)行第二級放大，第二級放大倍數(shù)由R15/R14的比值決定，使輸出的ADI 電壓信號為0. 30V 4. 70V, C12、C13起抑制SI瞬態(tài)干擾信號的作用。如圖6所示，所述的通信電路包括通信接收電路和通信回答電路，所述的通信接 收電路包括第十八電阻R18、第十九電阻R19、第二十電阻R20、第二十一電阻R21、第三電容 C3、第四電容C4和第三三極管T3，電源的正極經(jīng)第二十一電阻R21與第三三極管T3的集 電極相連接，第三三極管T3的發(fā)射極與地相連接；第三三極管T3的集電極與單片機(jī)U1的 輸入/輸出端口 RC0相連接，在電源的正極與第三三極管T3的基極之間連接有第二十電阻 R20，在第三三極管T3的集電極與發(fā)射極之間連接有第四電容C4，在第三三極管T3的基極 與發(fā)射極之間連接有第十九電阻R19;第三三極管T3的基極依次經(jīng)第十八電阻R18、第三電 容C3與天線L+相連接；所述的通信回答電路包括第十六電阻R16、第二三極管T2和第十七 電阻R17，第二三極管T2的基極經(jīng)第十六電阻R16與單片機(jī)U1的輸入/輸出端口 RC5相連 接，第二三極管T2的發(fā)射極與地相連接，第二三極管T2的集電極經(jīng)第十七電阻R17與天線 L+相連接。所述的通信接收電路能夠?qū)⑸衔粰C(jī)，如火災(zāi)報警控制器等總線傳輸來的由高電 平24V和低電平16V組成的載波通信信號，相應(yīng)轉(zhuǎn)換為高電平5V和低電平0V的信號，并由 單片機(jī)U1的輸入端RC0接收并譯碼；單片機(jī)U1按照上位機(jī)的通信命令，再通過通信回答電 路向上位機(jī)回答探測器當(dāng)前的火災(zāi)報警、故障、正常監(jiān)視等狀態(tài)信息，也能夠按照上位機(jī)的 命令傳輸探測器的感煙模擬量、類型碼、設(shè)定地址碼等信息。所述的信號處理電路由單片機(jī)及其外圍電路組成。所述的單片機(jī)主要包括10位 二進(jìn)制A/D轉(zhuǎn)換器、定時器、計數(shù)器、12個具備獨(dú)立方向控制的I/O引腳、隨機(jī)存貯器RAM、 可讀/寫非易失性存貯器EEPR0M、程序存貯器EPR0M等。10位二進(jìn)制A/D轉(zhuǎn)換器能夠?qū)?ADI的0. 00V 4. 70V電壓信號線性轉(zhuǎn)換為0 1023的數(shù)字信號，10位高分辨率A/D轉(zhuǎn)換器為識別煙霧濃度的細(xì)微變化和開發(fā)感煙火災(zāi)探測多判據(jù)算法處理技術(shù)提供了硬件支持?；诘湫蜔熿F顆粒以及非煙霧顆粒對紅外光前向散射和減光特性及其量化規(guī)律 的實(shí)驗(yàn)研究，表明光散射特性對于粒徑較大的白色或灰色煙霧有較強(qiáng)的前向散射效應(yīng)。 如圖1所示，前向散射角ZC0A為123° 139°對粒徑較大的淺色煙霧響應(yīng)靈敏度較高， 其中ZC0A取132 士 3°為最佳；所以，本發(fā)明的探測器將前向散射角ZC0A設(shè)定為132°。 而減光特性是對于粒徑較小的黑色煙霧呈較強(qiáng)的光衰減效應(yīng)，發(fā)光管與接收管間距越大、 并且發(fā)光面與受光面對準(zhǔn)度越好，則對煙霧的響應(yīng)靈敏度越高；所以，本發(fā)明的探測器的減 光結(jié)構(gòu)設(shè)計為將第一紅外發(fā)光管B與紅外接收管A分設(shè)在感煙迷宮的左上角和右下角， 并用管座結(jié)構(gòu)件將第一紅外發(fā)光管B和紅外接收管A固定在對角直線上，即Z BOA設(shè)定為 180°。本發(fā)明的探測器通過編程開發(fā)了電子編碼技術(shù)、可編程總線通信技術(shù)和算法處理 技術(shù)，使本發(fā)明的探測器以良好的性價比、兼容性和可靠性實(shí)現(xiàn)了智能判斷火災(zāi)、實(shí)時信息 傳輸?shù)裙δ?。可編程總線通信技術(shù)本發(fā)明的探測器用軟件編程的方式支持任何總線通信協(xié) 議，通過編程、無需改動探測器硬件電路便可與任何廠家的火災(zāi)報警控制器兼容工作。本發(fā) 明的探測器可編程總線通信技術(shù)，解決了以往總線制探測器只能與固定廠家、固定品牌、固 定通信協(xié)議的火災(zāi)報警控制器配套工作，而不能廣域兼容的問題。算法處理技術(shù)本發(fā)明的探測器的算法處理技術(shù)是基于典型煙霧顆粒以及非煙霧 顆粒對紅外光前向散射和減光特性及其量化規(guī)律的實(shí)驗(yàn)研究成果，采取了初值補(bǔ)償以及前 向散射與減光感煙多傳感/多判據(jù)的火災(zāi)判斷方法，其中火災(zāi)感煙探測報警靈敏度滿足國 家標(biāo)準(zhǔn)GB4715-2005中規(guī)定的靈敏級別，而對水蒸汽、油煙及灰塵等非火災(zāi)煙霧顆粒又有 較強(qiáng)的甄別能力?？偩€制探測器電子編碼技術(shù)通過人為操作電子編碼器(為本發(fā)明的探測器配套 開發(fā)的電子編碼專用裝置)可對探測器設(shè)置1 255之一的地址碼，當(dāng)探測器中的單片機(jī) 收到電子編碼器傳輸?shù)牡刂吩O(shè)定命令時，即將該設(shè)定地址碼保存在單片機(jī)非易失性存貯器 EEPR0M中，探測器與火災(zāi)報警控制器聯(lián)網(wǎng)運(yùn)行中，每個探測器實(shí)時接收由控制器二總線傳 輸?shù)牡刂沸畔⒉⑴c本探測器的設(shè)定地址相比較，如果地址判斷一致則向控制器回答本探測 器的當(dāng)前狀態(tài)信息，如果地址判斷不一致則不作回答。這種電子編碼總線通信技術(shù)可省卻 以往總線制探測器需用8位撥碼開關(guān)的硬件開銷。如圖7所示，所述的減光與前向散射光復(fù)合式點(diǎn)型光電感煙火災(zāi)探測器的探測方 法，包括如下步驟步驟一進(jìn)行初始化；步驟二 判斷延時1秒的時間是否到了，若是，則執(zhí)行步驟三，若否，則返回執(zhí)行步
驟二；步驟三令第二紅外發(fā)光管C點(diǎn)亮100 u S，并同時采樣前向散射感煙當(dāng)前值Qn ；步驟四延時300ii S ；步驟五令第一紅外發(fā)光管B點(diǎn)亮100 u S，并同時采樣減光感煙當(dāng)前值Jn ；步驟六判斷間隔4小時初值補(bǔ)償時間是否到了，若是，則執(zhí)行步驟七，若否，則轉(zhuǎn) 去執(zhí)行步驟十一；
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步驟七判斷前向散射感煙A/D當(dāng)前值與前向散射感煙A/D初值的差值的絕對值 是否小于或等于前向散射感煙初值補(bǔ)償判斷值，若是，則執(zhí)行步驟八，若否，則轉(zhuǎn)去執(zhí)行步 驟九；步驟八將前向散射感煙A/D當(dāng)前值賦值給前向散射感煙A/D初值；步驟九判斷減光感煙A/D當(dāng)前值與減光感煙A/D初值的差值的絕對值是否小于 或等于減光感煙初值補(bǔ)償判斷值，若是，則執(zhí)行步驟十，若否，則轉(zhuǎn)去執(zhí)行步驟十一；步驟十將減光感煙A/D當(dāng)前值賦值給減光感煙A/D初值；步驟十一判斷前向散射感煙A/D當(dāng)前值是否大于或等于824，若是，則轉(zhuǎn)去執(zhí)行 步驟十八，若否，則執(zhí)行步驟十二 ；步驟十二 判斷減光感煙A/D當(dāng)前值是否小于或等于90，若是，則轉(zhuǎn)去執(zhí)行步驟 十八，若否，則執(zhí)行步驟十三；步驟十三判斷前向散射感煙A/D當(dāng)前值與前向散射感煙A/D初值的差值是否大 于或等于220，若是，則轉(zhuǎn)去執(zhí)行步驟十八，若否，則執(zhí)行步驟十四；步驟十四判斷減光感煙A/D初值與減光感煙A/D當(dāng)前值的差值是否大于或等于 56，若是，則轉(zhuǎn)去執(zhí)行步驟十八，若否，則執(zhí)行步驟十五；步驟十五判斷前向散射感煙A/D當(dāng)前值與前向散射感煙A/D初值的差值是否大 于或等于112，且減光感煙A/D初值與減光感煙A/D當(dāng)前值的差值是否大于或等于24 ；若 是，則轉(zhuǎn)去執(zhí)行步驟十八，若否，則執(zhí)行步驟十六；步驟十六判斷前向散射感煙A/D當(dāng)前值與前向散射感煙A/D初值的差值是否大 于或等于60，且減光感煙A/D初值與減光感煙A/D當(dāng)前值的差值是否大于或等于35 ；若是， 則轉(zhuǎn)去執(zhí)行步驟十八，若否，則執(zhí)行步驟十七；步驟十七令連續(xù)符合計數(shù)K的計數(shù)清零，轉(zhuǎn)去執(zhí)行步驟二十；步驟十八判斷連續(xù)符合計數(shù)K = K+1是否大于或等于6.，若是，則執(zhí)行步驟 十九，若否，則轉(zhuǎn)去執(zhí)行步驟二十；步驟十九置火災(zāi)報警狀態(tài)，并轉(zhuǎn)去執(zhí)行步驟二 ；步驟二十置正常監(jiān)視狀態(tài)，并轉(zhuǎn)去執(zhí)行步驟二。本發(fā)明的探測器上電后，單片機(jī)先進(jìn)行初始化；然后，單片機(jī)對2個紅外發(fā)光管B、 C采取100 u S/S (每秒發(fā)光100微秒)分時發(fā)光控制，并同步采集前向散射感煙A/D當(dāng)前值 Qn和減光感煙A/D當(dāng)前值Jn。單片機(jī)每間隔4小時對前向散射感煙A/D初值和減光感煙 A/D初值進(jìn)行以下補(bǔ)償算法處理若前向散射感煙值| Qn-Qo | ^ Qr，則Qn — Qo ；若前向散射感煙值| Qn-Qo | > Qr,則Qo保持不變；其中，Qn 前向散射感煙A/D當(dāng)前值；Qo 前向散射感煙A/D初值；Qr 前向散射感 煙初值補(bǔ)償判斷值；若減光感煙值| Jn-Jo |彡Jr,則Jn - Jo ；若減光感煙值| Jn-Jo | > Jr,則Jo保持不變；其中，Jn 減光感煙A/D當(dāng)前值；Jo 減光感煙A/D初值；Jr 減光感煙初值補(bǔ)償判 斷值。本發(fā)明的探測器采用的前向散射感煙與減光感煙多傳感/多判據(jù)的火災(zāi)判斷方法1、若Qn≥824，則預(yù)判有火警；2、若Jn ≤ 90，則預(yù)判有火警；3、若(Qn-Qo)≥220，則預(yù)判有火警；4、若(Jo-Jn)≥56，則預(yù)判有火警；5、若(Qn-Qo)≥112且(Jo-Jn)≥24，則預(yù)判有火警；6、若(Qn-Qo)≥60且(Jo-Jn)≥35，則預(yù)判有火警；7、符合上述1 6條件之一，且連續(xù)符合計數(shù)≥6，則確定為火警；如果上述1 6條件無一符合或者連續(xù)符合計數(shù)小于6次，則置正常監(jiān)視狀態(tài)；如 果上述1 6條件至少其一符合，并且連續(xù)符合計數(shù)累加值K達(dá)到6次以上，則置火災(zāi)報警 狀態(tài)，并保持該狀態(tài)直至復(fù)位。本發(fā)明的探測器可達(dá)到以下主要技術(shù)參數(shù)和性能指標(biāo)1、本發(fā)明的探測器可與任何廠家生產(chǎn)的二總線制火災(zāi)報警控制器兼容工作；2、本發(fā)明的探測器工作監(jiān)視電流1)總線供電為DC24V，探測器內(nèi)部電路工作電壓為DC5V，探測器監(jiān)視電流小于 1. 10mA ；2)總線供電為DC24V，探測器內(nèi)部電路工作電壓為DC3V，探測器監(jiān)視電流小于 0. 45mA ；3、探測器響應(yīng)閾值(標(biāo)準(zhǔn)煙箱試驗(yàn)):M = 0. 35 0. 40db/m ；4、火災(zāi)探測響應(yīng)靈敏度(按照國家標(biāo)準(zhǔn)GB4715-2005規(guī)定的四種標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)火對4 只探測器進(jìn)行燃燒試驗(yàn)的報警響應(yīng)閾值)1)SH1-木材熱解陰燃火(白色煙霧)M = 0. 55 1. 38db/m，Y = 0. 22 0. 75 ；2)SH2-棉繩陰燃火(灰色煙霧):M = 0. 86 1. 59db/m, Y = 1. 35 2. 80 ；3) SH1-聚氨脂塑料火(黑色煙霧):M = 0. 32 0. 55db/m，Y = 0. 72 1. 53 ；4) SH1-正庚烷火(黑色煙霧):M = 0. 45 0. 62db/m, Y = 2. 10 2. 85 ；5、本發(fā)明的探測器對水蒸汽、油煙及灰塵等非火災(zāi)煙霧顆粒又有較強(qiáng)的甄別能 力，誤報率比單一的前向散射光電感煙火災(zāi)探測器降低四分之三以上、比單一的后向散射 光電感煙火災(zāi)探測器降低四分之二以上。
權(quán)利要求
一種減光與前向散射光復(fù)合式點(diǎn)型光電感煙火災(zāi)探測器，包括由迷宮蓋和迷宮底座組合而成的感煙迷宮，其特征在于在所述的感煙迷宮內(nèi)部設(shè)置有第一紅外發(fā)光管、第二紅外發(fā)光管和紅外接收管；所述的第二紅外發(fā)光管與感煙迷宮的中心、紅外接收管之間的夾角∠COA為123°～139°，所述的第一紅外發(fā)光管與感煙迷宮的中心、紅外接收管之間的夾角∠BOA為180°，所述的第一紅外發(fā)光管、第二紅外發(fā)光管和紅外接收管分別與控制電路相連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種減光與前向散射光復(fù)合式點(diǎn)型光電感煙火災(zāi)探測器， 其特征在于所述的第二紅外發(fā)光管與感煙迷宮的中心、紅外接收管之間的夾角ZC0A為 129° 135°。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種減光與前向散射光復(fù)合式點(diǎn)型光電感煙火災(zāi)探測器， 其特征在于所述的第二紅外發(fā)光管與感煙迷宮的中心、紅外接收管之間的夾角ZC0A為 132°。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種減光與前向散射光復(fù)合式點(diǎn)型光電感煙火災(zāi)探測器，其 特征在于所述的迷宮蓋和迷宮底座采用電導(dǎo)率為108S/cm的導(dǎo)電ABS原料鑄塑而成。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種減光與前向散射光復(fù)合式點(diǎn)型光電感煙火災(zāi)探測器， 其特征在于所述的控制電路包括信號處理電路、通信電路、發(fā)光控制電路、光電信號轉(zhuǎn)換電 路、信號放大及濾波電路、火災(zāi)報警控制器及電源電路，信號處理電路通過通信電路與火災(zāi) 報警控制器相連接，信號處理電路與發(fā)光控制電路相連接，光電信號轉(zhuǎn)換電路的輸出端與 信號放大及濾波電路的輸入端相連接，信號放大及濾波電路的輸出端與信號處理電路相連 接；電源電路分別與通信電路、發(fā)光控制電路、光電信號轉(zhuǎn)換電路、信號處理電路及信號放 大及濾波電路相連接。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種減光與前向散射光復(fù)合式點(diǎn)型光電感煙火災(zāi)探測器， 其特征在于所述的發(fā)光控制電路包括第一紅外發(fā)光管、第二紅外發(fā)光管、第二十二電阻、第 二十四電阻，第一紅外發(fā)光管和第二紅外發(fā)光管的正極分別與電源的正極相連接，第二紅 外發(fā)光管的負(fù)極經(jīng)第二十二電阻與第四三極管的集電極相連接，第四三極管的發(fā)射極與地 相連接，第四三極管的基極經(jīng)第二十三電阻與單片機(jī)的控制端口相連接；第一紅外發(fā)光管 的負(fù)極經(jīng)第二十四電阻與第五三極管的集電極相連接，第五三極管的發(fā)射極與地相連接， 第五三極管的基極經(jīng)第八電阻與單片機(jī)的控制端口相連接。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種減光與前向散射光復(fù)合式點(diǎn)型光電感煙火災(zāi)探測器，其 特征在于所述的光電信號轉(zhuǎn)換電路包括紅外接收管、第九電阻、第十電阻、第六電容及第七 電容，電源的正極經(jīng)第九電阻分別與紅外接收管的負(fù)極、第七電容的負(fù)極相連接；紅外接收 管的正極經(jīng)第十電阻與地相連接，第七電容的正極與地相連接，在第十電阻的兩端并聯(lián)有 第六電容，紅外接收管的正極與信號放大及濾波電路的輸入端相連接。
8.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種減光與前向散射光復(fù)合式點(diǎn)型光電感煙火災(zāi)探測器， 其特征在于所述的信號放大及濾波電路包括第一級放大器、第二級放大器，第二級放大器 的正向輸入端一路經(jīng)第五電容與第一級放大器的輸出端相連接，另一路經(jīng)第十三電阻與地 相連接，第一級放大器的正向輸入端為信號放大及濾波電路的輸入端，第一級放大器的反 向輸入端經(jīng)第十一電阻與地相連接，在第一級放大器的反向輸入端與輸出端之間并聯(lián)有第 十二電阻和第十二電容；第二級放大器的輸出端與單片機(jī)的輸入端相連接；第二級放大器的反向輸入端經(jīng)第十四電阻與地相連接，在第二級放大器的反向輸入端與輸出端之間并聯(lián) 有第十五電阻和第十三電容。
9.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種減光與前向散射光復(fù)合式點(diǎn)型光電感煙火災(zāi)探測器， 其特征在于所述的通信電路包括通信接收電路和通信回答電路，所述的通信接收電路包括 第十八電阻、第十九電阻、第二十電阻、第二十一電阻、第三電容、第四電容和第三三極管， 電源的正極經(jīng)第二十一電阻與第三三極管的集電極相連接，第三三極管的發(fā)射極與地相連 接；第三三極管的集電極與單片機(jī)的輸入/輸出端口相連接，在電源的正極與第三三極管 的基極之間連接有第二十電阻，在第三三極管的集電極與發(fā)射極之間連接有第四電容，在 第三三極管的基極與發(fā)射極之間連接有第十九電阻；第三三極管的基極依次經(jīng)第十八電 阻、第三電容與天線相連接；所述的通信回答電路包括第十六電阻、第二三極管和第十七電 阻，第二三極管的基極經(jīng)第十六電阻與單片機(jī)的輸入/輸出端口相連接，第二三極管的發(fā) 射極與地相連接，第二三極管的集電極經(jīng)第十七電阻與天線相連接。
10.權(quán)利要求1所述的減光與前向散射光復(fù)合式點(diǎn)型光電感煙火災(zāi)探測器的探測方 法，其特征在于，包括如下步驟步驟一進(jìn)行初始化；步驟二 判斷延時1秒的時間是否到了，若是，則執(zhí)行步驟三，若否，則返回執(zhí)行步驟--；步驟三令第二紅外發(fā)光管C點(diǎn)亮100 u S，并同時采樣前向散射感煙當(dāng)前值Qn ； 步驟四延時300iiS ；步驟五令第一紅外發(fā)光管B點(diǎn)亮100 u S，并同時采樣減光感煙當(dāng)前值Jn ； 步驟六判斷間隔4小時初值補(bǔ)償時間是否到了，若是，則執(zhí)行步驟七，若否，則轉(zhuǎn)去執(zhí) 行步驟十一；步驟七判斷前向散射感煙A/D當(dāng)前值與前向散射感煙A/D初值的差值的絕對值是 否小于或等于前向散射感煙初值補(bǔ)償判斷值，若是，則執(zhí)行步驟八，若否，則轉(zhuǎn)去執(zhí)行步驟 九；步驟八將前向散射感煙A/D當(dāng)前值賦值給前向散射感煙A/D初值； 步驟九判斷減光感煙A/D當(dāng)前值與減光感煙A/D初值的差值的絕對值是否小于或等 于減光感煙初值補(bǔ)償判斷值，若是，則執(zhí)行步驟十，若否，則轉(zhuǎn)去執(zhí)行步驟十一； 步驟十將減光感煙A/D當(dāng)前值賦值給減光感煙A/D初值；步驟十一判斷前向散射感煙A/D當(dāng)前值是否大于或等于824，若是，則轉(zhuǎn)去執(zhí)行步驟 十八，若否，則執(zhí)行步驟十二；步驟十二 判斷減光感煙A/D當(dāng)前值是否小于或等于90，若是，則轉(zhuǎn)去執(zhí)行步驟十八， 若否，則執(zhí)行步驟十三；步驟十三判斷前向散射感煙A/D當(dāng)前值與前向散射感煙A/D初值的差值是否大于或 等于220，若是，則轉(zhuǎn)去執(zhí)行步驟十八，若否，則執(zhí)行步驟十四；步驟十四判斷減光感煙A/D初值與減光感煙A/D當(dāng)前值的差值是否大于或等于56， 若是，則轉(zhuǎn)去執(zhí)行步驟十八，若否，則執(zhí)行步驟十五；步驟十五判斷前向散射感煙A/D當(dāng)前值與前向散射感煙A/D初值的差值是否大于或 等于112，且減光感煙A/D初值與減光感煙A/D當(dāng)前值的差值是否大于或等于24 ；若是，則轉(zhuǎn)去執(zhí)行步驟十八，若否，則執(zhí)行步驟十六；步驟十六判斷前向散射感煙A/D當(dāng)前值與前向散射感煙A/D初值的差值是否大于或 等于60，且減光感煙A/D初值與減光感煙A/D當(dāng)前值的差值是否大于或等于35 ；若是，則轉(zhuǎn) 去執(zhí)行步驟十八，若否，則執(zhí)行步驟十七；步驟十七令連續(xù)符合計數(shù)K的計數(shù)清零，轉(zhuǎn)去執(zhí)行步驟二十； 步驟十八判斷連續(xù)符合計數(shù)K = K+1是否大于或等于6.，若是，則執(zhí)行步驟十九，若 否，則轉(zhuǎn)去執(zhí)行步驟二十；步驟十九置火災(zāi)報警狀態(tài)，并轉(zhuǎn)去執(zhí)行步驟二 ； 步驟二十置正常監(jiān)視狀態(tài)，并轉(zhuǎn)去執(zhí)行步驟二。
全文摘要
減光與前向散射光復(fù)合式點(diǎn)型光電感煙火災(zāi)探測器及其探測方法，屬于火災(zāi)探測技術(shù)領(lǐng)域。本發(fā)明的探測器包括感煙迷宮，其特點(diǎn)是在感煙迷宮內(nèi)部設(shè)置有第一紅外發(fā)光管、第二紅外發(fā)光管和紅外接收管；第二紅外發(fā)光管與感煙迷宮的中心、紅外接收管之間的夾角∠COA為123°～139°，第一紅外發(fā)光管與感煙迷宮的中心、紅外接收管之間的夾角∠BOA為180°，第一紅外發(fā)光管、第二紅外發(fā)光管和紅外接收管分別與控制電路相連接。探測方法令紅外發(fā)光管C點(diǎn)亮100μS，并同時采樣前向散射感煙當(dāng)前值；令紅外發(fā)光管B點(diǎn)亮100μS，并同時采樣減光感煙當(dāng)前值；進(jìn)行前向散射感煙與減光感煙多傳感/多判據(jù)的火災(zāi)判斷，間隔4小時進(jìn)行初值補(bǔ)償。
文檔編號G08B17/107GK101859469SQ201010172159
公開日2010年10月13日 申請日期2010年5月14日 優(yōu)先權(quán)日2010年5月14日
發(fā)明者劉凱, 楊波, 翁立堅 申請人:公安部沈陽消防研究所