烟雾报警器方法、装置和烟雾报警设备的研究

烟雾报警器方法、装置和烟雾报警设备的研究

陈茂桃 ,徐华伟

赛特威尔电子股份有限公司  浙江省宁波市315000

摘要：本文论述了烟雾报警器的方法、装置、设备及存储介质，方法包括：获取烟雾报警设备中的补偿值；获取烟雾报警设备中的烟雾值增量；判断烟雾报警设备是否处于污染或衰减状态；若烟雾报警设备处于污染或衰减状态，则基于污染或衰减状态对烟雾报警设备中的标定校烟值总增量进行修正，得到修正报警值增量，其中，标定校烟值总增量为烟雾报警器的标定报警值与标定偏置信号值的差值；判断烟雾值增量是否大于或等于修正报警值增量；若烟雾值增量大于或等于修正报警值增量，则发出报警信息。通过补偿值对标定校烟值总增量进行补偿，达到防误报，延长产品寿命的目的。

关键词：烟雾报警器，方法，装置、烟雾报警设备，研究

引言

烟雾报警器从使用的传感器的角度可分为离子烟雾报警器和光电烟雾报警器等，其中光电烟雾报警器内有一个光学迷宫，该光学迷宫由发射管、接收管和迷宫室组成。迷宫室结构为比较复杂的光线反射、折射面或筋组成，烟雾进入这个特殊的结构腔体后，可以反映烟雾浓度。无烟时，红外接收管接收不到红外发射管发出的红外光，当有烟尘进入光学迷宫时，通过折射、反射，接收管接收到红外光，智能报警电路判断采集的烟雾浓度是否超过报警阈值，若是则发出警报。但是，当迷宫进入蚊虫或灰尘后，导致光路反射变化，导致改变了迷宫在洁净空气时的初始洁净值，当初始洁净值上升到报警阈值时就会发生误报，或者当初始洁净值下降到标定洁净值后会发生报警迟钝甚至不报警，存在受污染后导致误报率高的问题。

1.烟雾报警的专业术语解释

本文对烟雾报警器的术语进行定义，烟雾报警设备标定偏置电压B1、洁净值C1和报警值A1均为标定值；实时偏置电压B2和实时采样烟值 C2均为实时值；A2为补偿报警值；△C1＝C1-B1为标定洁净值增量，△A1＝A1-C1为标定校烟值增量，△AB＝△A1+△C1为标定烟值总增量，△C2＝C2-B2为实时烟值增量，C为补偿值，△C2min1、C2min1为每隔5分钟记录的最小值，SM_RISE_CNT为1小时内每隔 5min升烟次数。

2、烟雾报警器方法、装置的设计原理

烟雾报警器的报警方法，烟雾报警器包括：单片机MCU、偏置电压电路、信号放大电路、光电接收电路、光电发射电路和声光报警电路；偏置电压电路的输入端连接至单片机MCU的信号输出端，信号放大电路的偏置信号输入端连接至偏置电压电路的输出端，信号放大电路的烟雾信号输入端连接至光电接收电路的输出端，信号放大电路的输出端连接至单片机MCU的输入端，光电发射电路的输入端连接至单片机MCU的烟雾传感输出端，光电发射电路的输出端连接至光电接收电路的输入端，声光报警电路的输入端连接至单片机MCU的声光报警输出端。

烟雾传感器用于采集烟雾值，单片机 MCU用于确定是否依据补偿值对标定校烟值总增量进行修正，当需要将修正后的修正报警值增量与烟雾值增量进行比较，或者当不需要修正时，将烟雾增量值与设置的标定校烟值总增量进行比较；并当烟雾值增量不小于修正报警值增量或标定校烟值总增量时，单片机MCU控制声光报警电路输出声光报警信号。标定校烟值总增量可以由烟雾报警器的标定报警值与烟雾传感器的发射管未开启时根据偏置电压电路计算的第一偏置信号值的差值确定。烟雾值增量可以由单片机MCU根据经过信号放大电路放大后的烟雾值与烟雾传感器的发射管未开启时当前实时测得的烟雾报警器根据偏置电压电路计算的第二偏置信号的差值确定。

图1为烟雾报警方法的流程示意图，方法包括以下步骤：（1）S301获取烟雾报警设备中的补偿值。其中，补偿值可以通过标定偏置信号值与图2中的第一偏置信号值的差值进行确定，比如，假设标定偏置信号值为B1，标定偏置信号值加上补偿值C，得到第一偏置信号值B1+C，其中，标定偏置信号值为已知的出厂标定，第一偏置信号值为通过图2偏置电压电路检测到的已知信息，因此，可以计算得到补偿值。当然，补偿值也可以是第一偏置信号值与标定偏置信号值的差值乘以一个补偿系数得到。（2）S302获取烟雾报警设备中的烟雾值增量，烟雾值增量用于表示在当前空气条件下烟雾报警设备的污染程度。烟雾值增量可以由单片机MCU根据经过信号放大电路放大后的烟雾值与烟雾传感器的发射管未开启时当前实时测得的烟雾报警设备根据偏执电压电路计算的第二偏置电压的差值确定。烟雾值增量的获取可以是实时或定时检测烟雾报警设备中的烟雾值增量并进行记录，文中的烟雾采集可以为8S每次，30分钟内有225次采集动作，1个小时有450次采集动作。（3）S303判断烟雾报警设备是否处于污染或衰减状态。在步骤S303中，污染状态指的是烟雾报警设备中的迷宫被污染，即会使采样烟值大于实际烟值，实际烟值为C2，则采样烟值为 C2+X，当X大于标定报警值A1与实际烟值C2的差值时，则会不停的报警。衰减状态指的是烟雾报警设备中的迷宫被清洁，会使采样烟值小于实际烟值，即实际烟值为C2，则采样烟值为C2－X，这样，会使实际的报警值为A1+X，当X足够大，会在发生火灾时，造成达不到报警值，从而不报警的问题。

图1烟雾报警方法的流程示意图

其中（4）S304烟雾报警设备处于污染或衰减状态，则基于污染或衰减状态对烟雾报警设备中的标定校烟值总增量进行修正，得到修正报警值增量，其中，标定校烟值总增量为烟雾报警器的标定报警值与标定偏置信号值的差值。在步骤S304中，修正报警值增量为修正后的标定校烟值总增量，标定报警值与标定偏置信号值为出厂时进行标定的，假设标定报警值为A1，标定偏置信号值为B1，则标定校烟值总增量为A1-B1，污染状态下的修正报警值增量为A1-B1-C，衰减状态下的修正报警值增量为A1-B1+C。（5）S305判断烟雾值增量是否大于或等于所述修正报警值增量。其中，修正报警值增量可以是由步骤S304中得到，假设标定报警值为A1，标定偏置信号值为B1，则标定校烟值总增量为A1-B1，污染状态下的修正报警值增量为A1-B1-C，衰减状态下的修正报警值增量为A1-B1+C，假设烟雾值增量为△C2＝C2-B2，其中，C2为采样烟值，B2为第二偏置信号值，烟雾值增量与修正报警值增量的判断可以是，处于污染状态时，判断△C2≥△ A1+△C1–C是否成立，处于衰减状态时，判断△C2≥△A1+△C1+C，△A1为标定校烟值增量(也可称为标定报警值增量)，△A1＝A1-C1，C1 为标定洁净值，△C1为标定洁净值增量，△C1＝C1-B1，代入整理后得到，烟雾值增量与修正报警值增量的判断可以是，处于污染状态时，判断△C2≥ A1-B1-C是否成立，处于衰减状态时，判断△C2≥A1-B1+C。（6）S306烟雾值增量大于或等于修正报警值增量，则发出报警信息。在烟雾值增量大于或等于修正报警值增量的情况下，说明外部烟雾浓度增加，需要进行报警，则向声光报警电路发出控制指令，使声光报警电路进行报警。

3、烟雾报警设备

图2为烟雾报警方法中污染补偿流程示意图

如果加入污染补偿后，保证报警增量不变，报警阈值抬高后将不会导致误报，灵敏度与初始灵敏度基本保持一致。图2为烟雾报警方法中污染补偿流程示意图，具体为：

（1）S1300用于采集偏置电压值B2和烟雾值C2，并获得实时烟雾值增量△C2＝C2-B2；S1301用于记录最小采样增量值△C2min2；本步骤中根据第一预设时间，例如5分钟内依据步骤S501采集的多个偏置电压值B2和与偏执电压值B2对应的烟雾值C2，计算对应的多个烟雾值增量△C2＝C2-B2，确定最小的采样增量值△C2min2；

（2）S1302用于判断5分钟计时是否结束，若是，则进入步骤S1303，若否，则进入步骤S1304；S1304判断△C2min2是否小于等于△C1-d，若是则进入步骤S1305，若否则转入步骤S1307；其中，d为固定常数值，d取值范围一般为30mV-50mV以上的AD值，取值过大就不易启动补偿程序，取值过小补偿没有太大意义。S1305用于记录衰减次数SM_DOWN_CNT加1，其中，衰减次数具体指采样迷宫洁净空气值变小次数。S1306：5分钟计数器清零，1小时计数器清零；S1307：判断30分钟计时时间是否结束，若是，则转入步骤S1308；若否，则转入步骤S1304；S1308：衰减次数SM_DOWN_CNT是否大于等于60，若是则进入步骤S1309，若否，则转入步骤S1310；其中烟雾采集为8S每次，30分钟内有225次采集动作，如果在此期间衰减次数大于等于60次，认为迷宫信号衰减。这里的60次也可以是小于225且大于225*20％＝45的值。

（3）S1309：设置衰减标志位C＝(△C1-△C2min2)*Y后进入步骤S1311；其中，Y是衰减补偿系数，要求2>Y>1,数字过小补偿效果不好，过大会过补偿引起误报。S1310：清衰减标志位C＝0；S1311：计数器清零SM_DOWN_CNT＝0；S1312：判断△C2min2是否大于等于△C1+d，若是，则进入步骤S1313；若否，则结束；S1313：判断(△C2min2-△C2min1)是否大于等于△A1/32；若是，则进入步骤S1315，若否，则进入步骤S1314；其中，△C2min1的初始值为第一次采样烟值增量。S1314：判断污染次数SM_RISE_CNT是否大于等于a，若是，则进入步骤S1316，若否，则进入步骤S1317；其中，a的取值范围为(2～6)，优选为3。S1315：污染次数SM_RISE_CNT加1；S1316：污染次数SM_RISE_CNT减1；S1317：令△C2min1＝△C2min2来实现数值的更新；

（4）S1318：判断1h计时时间是否结束，若是则进入步骤S1319，若否，则结束；

（5）S1319：1h计时器清零；

（6）S1320：判断污染次数SM_RISE_CN是否等于零，若是，则进入步骤S1321，若否，则进入步骤S1322；S1321：C＝(△C2min2-△C1)*X设置污染标志位后结束；其中，X是污染补偿系数，要求1>X>0.5，数字过小补偿效果不好，过大会过补偿引起误报。S1322：将污染标志位C＝0清零后结束。每隔5分钟记录的最小值：△C2min1，△C2min2。

烟雾报警装置的结构它包括：第一获取模块用于获取烟雾报警设备中的补偿值；第二获取模块用于获取烟雾报警设备中的烟雾值增量，烟雾值增量用于表示在当前空气条件下所述烟雾报警设备的污染程度；第一判断模块包括检测子模块和判断子模块，用于判断烟雾报警设备是否处于污染或衰减状态；修正模块用于烟雾报警设备处于污染或衰减状态，则基于污染或衰减状态对烟雾报警设备中的标定校烟值总增量进行修正，得到修正报警值增量，其中，标定校烟值总增量为烟雾报警器的标定报警值与标定偏置信号值的差值；第二判断模块用于判断所述烟雾值增量是否大于或等于修正报警值增量；报警模块用于若烟雾值增量大于或等于所述修正报警值增量，则发出报警信息。

结语

本文中获取烟雾报警设备中的补偿值；获取烟雾报警设备中的烟雾值增量，烟雾值增量用于表示在当前空气条件下烟雾报警设备的污染程度；判断烟雾报警设备是否处于污染或衰减状态；若烟雾报警设备处于污染或衰减状态，则基于污染或衰减状态对所述烟雾报警设备中的标定校烟值总增量进行修正，得到修正 报警值增量，其中，标定校烟值总增量为所述烟雾报警器的标定报警值与标定偏置信号值的差值；判断烟雾值增量是否大于或等于所述修正报警值增量；若烟雾值增量大于或等于所述修正报警值增量，则发出报警信息。根据烟雾报警设备的污染或衰减状态对标定校烟值总增量进行修正，使用修正后的修正报警值增量与烟雾值增量进行比较，通过补偿值对标定校烟值总增量进行补偿，可以避免烟雾报警器脏污时的污染干扰。

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