火灾自动报警装置无人值守系统研究

米存存

（中国人民武装警察部队学院研究生四队，河北　廊坊）

摘要：随着现代建筑的大型化、高层化及复杂化，建筑物的消防安全问题显得越来越重要，急需一种更加易于管理、尽早发现火灾、及时准确报告火警的火灾自动报警装置。本文通过对火灾自动报警装置无人值守系统进行更深一步研究，通过提取火灾自动报警装置相关信息，并通过移动通讯网络及时自动推送到相关责任人手中，减少由于相关人员不在位而带来的重大火灾损失，进一步提高火灾防范能力，完善火灾自动报警装置无人值守情况下的运作机制，更加优化处置初期火灾的应对反应能力。

关键词：消防；自动报警；火灾防范；信息

1　引言

1.1　课题来源及背景

随着现代建筑物的大型化、高层化及复杂化，迫于火灾的种种压力，需要有一种更加易于管理、尽早发现火灾、准确报告火警的火灾自动报警装置。在现实情况中，一方面，由于受到人员和经费等多种因素的影响，在很多单位的建筑中，特别是规模较小，时间较老的建筑物内，没有按照规定在消防控制室中配备24小时的值班执勤人员，或虽有值班人员但基本无法做到24小时在岗在位；另一方面，虽然城市建筑火灾远程自动报警系统规范已推出多年，但进展缓慢，特别是老旧城区和建筑联网的就更少。基于以上需求和考虑，本人借鉴前人对于相关课题的研究方法，对火灾自动报警装置无人值守系统进行更深一步的研究和改进，通过对消防控制室火灾自动报警系统的传感器信息进行提取并进行编码，并利用移动通讯网络及时自动将采集到的火灾信息推送到相关责任人手中，使得扑救火灾，找准火点更加迅速、准确。

1.2　课题国内外研究动态

目前，国内市场已有多家生产火灾自动报警系统的企业，但生产的大多数火灾自动报警系统还都属于脱机的工作方式，火灾自动报警的智能性还不能得到很好的凸显。现如今，各建筑物中各种消防设施较为完善，安装了许多火灾探测器、自动报警系统和消防设施，虽然在早期发现火灾警情和预防火灾方面发挥了非常重要作用，但在实际使用过程中也暴露出了各种各样的问题，主要表现在警情处理、设备管理、产品质量等诸多问题上，严重影响了其功能的正常发挥。火灾自动报警技术在国外发达国家和地区早已得到应用，我国对于此项技术的应用起步于20世纪90年代中期，由于人们对火灾自动报警系统的研究越发的重视，近些年来也得到了突飞猛进的发展。目前，许多科研院所和生产厂家都在致力于研发适合我国建筑物消防现状的火灾自动报警系统，在消防部队的灭火救援和消防监督检查工作中发挥至关重要的作用。

2　系统的总体设计

本文中的火灾自动报警装置无人值守系统总体设计的硬件部分主要由51单片机（STC12C5A60S2）和GPRS模块（SIM900A）两部分组成。如图1，图2所示。软件部分由GSM串口调试助手、单片机程序写入软件（STC-ISP）和C语言编程作为理论支撑。

2.1　系统的整体设计

系统设计的总体流程图如图3所示。

火灾探测器是火灾自动报警装置无人值守系统的终端，是探测火灾的最重要的部件，主要有烟雾感应火灾探测器、温度感应火灾探测器等种类，在建筑物中一般都是烟感和温感连用的火灾探测的装置，其将采集来的火灾信号转换为模拟的电信号；火灾探测器和放大电路组成的部分电路称为报警信号采集的电路，能够将火灾报警信号进行收集；A/D转换电路是将火灾报警信号采集电路中的模拟电信号转换为可以让单片机识别的数字信号；数字信号在经过51单片机时，单片机会对数字信号进行相应的滤波处理，将分析处理后的数字信号的数值与提前对单片机设置的阈值进行比较，若大于或等于设定的阈值则发出下一步的动作指令，使自动报警系统发出报警信号并将火灾报警信息通过GPRS模块自动推送给相应的企业消防负责人。

2.2　系统的硬件选择

2.2.1　51单片机的选择

单片机又称单片微型计算机，包含中央处理器（CPU）、随机处理器（RAM）、只读存储器（ROM）、中断系统、定时/计数器以及输入/输出口（I/O）电路等主要微型机部件，将这些部件全部集中到一块集成的芯片上，使其在体积上更加小型，功能实现更加单一使用起来也非常便捷。单片机主要应用在控制领域，用来实现各种测试和控制功能。本文研发的系统正是利用单片机的这种性能，通过C语言进行程序的编译，在烧写的程序中设定初始的阈值，当火灾发生后，信息采集电路将火灾信息转换为单片机可以识别的电信号，其值就可以与提前设定的阈值进行比较，若大于或等于设定值即控制下一步的运作。

2.2.2　GPRS模块的选择

当前市场上GPRS模块产品型号较多，西门子、华为、simcom等模块在国内技术发展不断成熟，文档资料也比较详细。通过对各种类型模块的性能比较，最终选择了SIM900A模块作为此系统的装置。GPRS模块（SIM900A）属于双频GSM/GPRS模块，采用SMT封装形式，仅适用于中国市场，模块具有性能稳定，性价比高，外观精巧的特点，能够满足各类的设计需求。SIM900A采用工业标准接口，工作频率为GSM/GPRS850/900/1800/1900MHz，可以低功耗实现语音、SMS、数据和传真信息的传输，能适用于各类设计的需求，尤其适用于紧凑性产品的设计需求。通过利用GSM短消息功能可以实现数据通信功能，实现报警信号的传输。用GPRS模块组成的火灾自动报警装置无人值守系统具有性价比高，不需要为系统设置专用的传输网络，直接可以利用电信的运营商提供的通信业务就可以实现火灾报警信号的传输功能。

2.3　系统的软件选择

（1）编程语言的选择。通过对51单片机和GPRS模块相关资料的收集和学习，了解到51单片机所使用的编程语言主要是汇编语言和C语言两种方式。与编程语言相比，C语言比汇编语在功能上、结构性、可读性、可维护性上有更加明显的优势。C语言是在20世纪70年代初被发明出来的，它是一种结构化的语言，编写出的程序层次较为清晰，方便与按照模块化的方式将程序组织起来，较其他编程语言更加方便维护和管理，同时也方便实现各类复杂的数据结构，C语言由于可以实现对硬件的编程操作，它将高级语言的功能和低级语言的功能融合在了一起，非常适合单片机系统的编程与开发，所以本系统采用了C语言的编程方式。

（2）单片机编译器软件的选择。通过查看51单片机（STC12C5A60S2）的有关知识了解到，单片机的编译器软件有许多种但最比较常用的单片机编译器软件是uVision3集成开发环境，uVision3提供了强大的项目管理功能，可以更加方便地进行结构化多模块程序设计。mVision3内部集成器件数据库储存了多种型号的单片机资源信息，通过它可以自动来设置编译器、汇编器及调试器。它的内部还集成了源程序的编辑器，可以让用户在编译程序的过程中设置程序调试断点，便于用户在进行程序调试时快速检查和修改程序，在进行仿真调试时还支持软件模拟仿真，使用户的程序开发效率极大提高，其次，为用户也节省了购买昂贵硬件仿真器的费用。

（3）GPRS模块串口调试软件选择。本系统所选用的GPRS模块是SIM900A开发板，其使用串口通信的方式和外部连接，通过串口数据的交换就可以使SIM900A开发板执行命令，在使用前必须进行串口调试，进行设置串口通信的接口和波特率校验位，检测通信的正确性。在此系统中所使用的串口调试软件为GSM串口调试助手，如图4所示。

（4）单片机程序写入软件的选择。本系统所采用的单片机程序写入软件为STC-ISP.exe。通过此软件可以实现将编写好的程序进行烧写进单片机。单片机程序写入软件如图5所示。

3　系统功能的实现

3.1　应用程序的仿真调试

为了检验使用C语言编写的单片机程序代码是否正确，必须通过应用程序的仿真调试，通过仿真调试发现程序代码中所存在的错误，在单片机实际使用过程中绝大部分的程序都必须要经过反复的仿真调试才能确保程序的正确性，为更好地实现单片机功能做好准备。在打开的工程窗口中在菜单栏中选择调试按钮，进入调试状态，如图6所示。

进入调试状态后，下拉菜单中的按键都可以使用，在调试时还可以使用单步执行调试、全速执行调试和断点设置三种方式来检验程序的正确性，当出现问题是即会出现报错，以此来快速确定错误的位置，方便及时改正错误。程序调试完毕后，确认无误时还可以用mVision3集成开发环境来仿真程序的结果，在工程窗口的菜单中按下“外围设备”按钮在下拉菜单中选取I/O Ports和Port 1打开Port1 I/O观察窗口，查看程序的运行结果。如图7所示。

3.2　系统功能的实现

使用C语言编程，在编译器软件μVision3中对单片机进行程序的编写并将程序烧写到单片机中，单片机就可以按照既定的编写程序来执行命令；通过GSM串口调试助手对GPRS模块进行串口的调试，实现火灾报警信息的发送。这两个步骤完成后即可进行51单片机与GPRS模块的对接，使用51单片机的串口进行火灾报警信号的采集。在消防控制室的消防控制柜中利用其对外串行通信接口实现火灾报警信号的互通互联，通过51单片机进行对采集来的报警信号进行火警真伪的判别，了解报警器报警点的位置信息，掌握设备具体运行状况，从而来缩短火灾报警时间，为准确查明火点、迅速扑灭火灾提供更加可靠的技术保障。

4　结论

火灾自动报警技术的发展紧密联系着人民群众的生命财产安全，在安全工程领域起着举足轻重的作用。随着科学技术的不断发展，火灾安全技术的要求也发生了根本性的变化，火灾自动报警技术将面临着更大的挑战。本文设计的火灾自动报警装置无人值守系统使用STC12C5A60S2型号单片机作为主控制器，以多种传感器以及无线通信GPRS模块为载体，使火灾自动报警装置更加小型化、轻量化和智能化。通过此火灾自动报警装置无人值守系统实现了基本的的火灾自动报警、火灾信息的准确提取、缩短了火灾报警时间，即使消防控制室值班员临时不在位时，也能通过此装置将火灾危险信息推送到相关消防负责人手中，让辖区消防安全重点单位更加安全，将火灾自动报警采集到的详细信息发送，使灭火救援救援人员更快找准火点，尽早扑灭火灾打下坚实的基础。

火灾自动报警装置无人值守系统主要以辖区消防安全重点单位出发，分析以往火灾自动报警系统装置的运作机制，得出问题和不足，再从装置的硬件出发，设计出火灾自动报警装置无人值守系统的的总体框图，然后再对系统需要的硬件和系统功能实现所需的软件进行分析阐述。本文所设计的火灾自动报警装置无人值守系统可以很好地实现火灾自动报警功能，将火灾的详细信息进行采集并实现自动推送的功能。但是由于资源有限，能够采集到的消防控制室的消防控制柜中的数据还不够完整，有很多重要的火灾信息不能够通过本装置进行充分的采集。但是，火灾自动报警系统实现小型化、智能化和轻量化是科学技术的发展趋势，随着城市建设规模的不断扩大和人民群众的消防安全意识不断增强，火灾自动报警装置无人值守系统必将得到进一步推广应用，成为消防安全报警领域中新的增长点。

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