隨著家庭裝修的現代化和電氣化， 火災以及煤氣中毒現象越來越容易發生，并且也越來越不易控制，而且發生火災時所產生的有毒氣體也更加危害人們的身體健康和社會環境。在現代化的城市里，家庭已不是有血緣關系的幾個人的組成這一概念，在消防學的概念里，它已和樓棟以及整個社區交織在一起，因為一家失火，萬人受災，它們的聯系可想而知。因此在家庭安全方面， 人們不得不整日提心吊膽，從而更期望有高性能的探測器能夠保護他們生命和財產的安全。
    1．概述 本文試圖尋找一種完全不同于現有探測技術的新探測技術，以更可靠的探測到火災，以及危害人民生命的CO濃度含量，更有效的保護生命和財產的安全。

    從大量物質燃燒產生的氣味中，我們可以“嗅”到CO氣體，通過研究，發現CO和煙粒子的產生有著某種互補現象，正是從這一現象中，導致了CO火災探測新技術的產生。其實，這種現象的研究，在國外已經進行了十多年，并在最近取得了理論和實際應用的突破。可以說，我國在這方面的研究才剛剛起步，還需要做大量切實的基礎性工作。與此同時，我們還注意到每個冬季，在我國城市，特別是北方城市家庭之中，都會發生很多煤氣中毒的案例，其中原因很多，但主要原因是缺乏一種高性能的探測煤氣中CO濃度含量的手段，因為我們國家還在大量使用管道煤氣、或直接使用煤炭，這些都直接或間接的導致了煤氣中毒事件的發生。因此在研究 CO火災探測器的過程中，我們試圖利用探測CO濃度含量的氣敏元件的特殊性能，探測到危害人體的CO，提前給出警報提示。使人們能夠從煤氣中毒的恐懼中解脫出來。在研究歐洲實驗火TF5和TF6的特性后，我們又給自己提出了新的問題，因為這兩種物質在燃燒后所產生的CO氣體含量很低，分別為 23ppm和18ppm。在某些特殊場合，如煤氣站或沒有充分燃燒的煤爐等，CO含量與此相當，但是這兩種物質在燃燒時不是產生大量的濃煙，就是產生大量熱量，即使在燃燒的早期，煙霧濃度和環境溫度的變化也很大，因此我們引入光電感煙、二極管感溫以及電化式感氣三復合技術，以期提高火災探測性能， 達到擴展火災探測范圍、提高探測靈敏度和實現零誤報的目的。 

    我們把光電感煙火災探測、CO超濃度探測和溫度探測技術復合在一起， 也是對目前火災探測領域在多元復合探測方面的一個新的補充、說明我們的火災探測不但要關注火的情況，更要以人為本，更多的解決對人的安全保護，CO超濃度探測正是以此為根據走上了與火災探測復合的道路。

    在我們研究SH9933三元智能探側報警器的過程中，還同時對其探測火災的靈敏度做了背景調查，如火災類型房間通風和安裝位置的影響，可能的誤報源等。另外，對CO火災探測器耐不同工作環境影響的能力也進行了實地調查，還對典型和極端的安裝部位做了大量的驗證性實驗，系統考核了SH9933三元智能探測報警器保護生命和財產的可靠性。

    2．SH9933三元智能探測報警器的研究 在我們的記憶中，總是留存有火災的氣味。正是對火災氣味的研究，把物質燃燒產生的CO氣體引入了火災探測領域，這是火災探測的一個突破。在考察研究物質的燃燒時，注意到幾乎每種物質均要產生不充分燃燒的CO氣體，在陰燃或悶燒階段的火災更是如此。我們知道CO氣體比空氣輕，擴散性比煙霧強，特別是許多常用感煙方法的誤報源并不產生CO氣體，因此將CO傳感器引入火災探測，構成復合火災探測器，既可以實現火災的前期報警，又能極大的改善報警性能，減少誤報，同時還極大的擴展了火災的探測類型，能夠均衡地探測到幾乎各種火災。

    我們從下表中可以看到歐洲實驗火結束時的CO濃度值：實驗表明，幾乎所有火災都會產生一氧化碳氣體，大多數歐洲實驗火的CO濃度均超過正常大氣中甚至是CO濃度較高場所的含量。由此得出結論：將CO傳感器引入火災探測器可以大大提高火災探測的性能。

實驗火 TF1 TF2 TF3 TF4 TF5 TF6 TF7
CO（ppm） 38 105 230 45 23 18 31

    由于光電感煙和感溫探測火災的技術已經相對成熟，我們公司也有高性能的SH9432系列產品面市，同時，可燃氣體探測技術也起步較早。因此SH9933三元智能探測報警器的關鍵就是CO探測技術和火災探測復合算法的實現。下面具體就這兩個方面進行闡述，并對硬件原理做一簡要說明，最后對通信適配器技術進行了技術探討。

    CO傳感器種類很多，目前主要應用在火災探測方面的有電化式和電熱式兩大類 �？紤]到探測的性能以及常態功耗兩方面的因素，SH9933首先選擇了電化式CO傳感器，它能夠高線性的探測到大范圍的CO氣體，響應時間很短， 而且功耗低，不受其它氣體以及環境變化的影響，可以很好的滿足UL2034標準和可燃氣體國標意見稿。它的特殊三元復合探測功能，使它能在幾乎各種防火工程中得到應用。

    電化式CO傳感器的電化學原理示意圖如圖1所示： 將兩個電極插入到電解質中，CO分子與水在一個電極上發生反應，并產生二氧化碳、氫離子和電子，氫離子在另一電極與氧氣發生反應產生水分子。實際的反應是CO與02反應產生C02， 同時一個電極得到2個電子，另一電極 失去兩個電子，由此在兩個電極間產生電子流。電化式CO傳感器正是靠輸出正比于CO擴散氣體濃度的電流準確的探測到環境的CO擴散濃度。

    微處理器精確控制輸入、輸出模塊的電源，我們采用了特殊應用器件和電路設計，保證了整個電路的微功耗。另外我們還在軟件中進行了處理，讓基本功能電路以特定的工作模式進行工作，從而大大降低了整機功耗，經實測整機平均工作電流小于100uA，這樣的工作電流保證了一節高能理電池能夠穩定的工作近30000小時。CO火災信號、煙霧信號、溫度信號以及CO濃度信號經放大和模數轉換后被采集到微處理器進行智能化處理，給出早期火警信號和CO毒氣警報。同時系統還對所有重要部件的工作情況進行了監控，一旦功能電路出現故障可及時報警維修，以防帶病工作。

    對于早期CO火災信號、光電感煙信號、環境溫度信號以及CO超濃度信號，采用一般門限比較方法進行火災判斷根本不可能實現預期的目標。在實際設計中，我們應用了多輸入變量復合偏置濾波算法以及多輸入變量的平滑響應技術，它是將單輸入的偏置濾波算法擴展到了多輸入條件，使濾波器可以綜合多種火災信號特征進行火災危險程度的判斷，因而具有很高的探測效率和可靠性。

    我們總體上仍采用神經網絡與模糊系統相結合的火災復合探側算法。這里用前饋型網絡結構，輸入信號經過預處理，再進入神經網絡作進一步處理， 神經網絡的輸出再進入模糊系統，經模糊邏輯判決后輸出判決結果。

    火災探測信號處理主要是利用模糊神經網絡進行，整個探測系統的信號處理部分還包括了火災參數提取、濾波模糊化以及模糊判決等，傳感器獲得火災參數的模擬量不直接作為神經網絡的輸入，而是規一化到[0，1]區間。預處理部分還包括采用修正趨勢算法提取趨勢特征， 對要計算趨勢特征的變量進行低通濾波，保留信號的輪廓，再進行趨勢提取。模糊邏輯火災判決器對神經網絡的輸出進行二次判決，給出報警與否以及報警類別的判決結果。在實現火災的復合報警之外，SH9933還可以實現CO超濃度報警。

    在研究SH9933的過程中，為了使家庭在無人時能夠把火災或其它警情及時通知家人、緊鄰或直接拔通119、110 等應急電話。我們提出了無人監控的概念，采用了雙絞線通信和無線通信等兩種新模式，它們均通過適配器與電話直接連通，實現在出現火情時自動撥打預先設定的手機號碼或緊急電話的功能。

    SH9933三元智能探測報警器采用高能理電池供電，含有多個傳感元件， 探測獨立濃度、CO火災信號以及CO超濃度的變化量大小和快慢，經過模糊和神經網絡處理，及時通過雙絞線或以無線的方式傳送給適配器以作進一步的處理。

    SH9933三元智能探測報警器經常向適配器發出短的傳輸。這種約持續1/8秒的數據傳輸將包含編號、器件狀態、查錯算法，環境參數變化等。為了擴展多探測器集成，每個探測器都自有內務編碼以示區別。

    另外，SH9933三元智能探測報警器探測到故障狀態(電池電量降低、器件拆除、內部故障)或火災狀態時，傳感器將立即把這個信息發送到適配器。探測器以隨機模式多次發送該信息，以保證該信號與其他傳輸不發生沖突。一旦常規傳輸被漏掉，適配器將標記一個故障。當無線適配器收到故障信號時，便進行處理，并決定是否發送信息， 啟動系統上的其他設施，比如聲光報警、撥號呼叫、聯動啟動等。

    在與適配器進行無線通信時，必須要考慮到信號的干擾。的確，有些無線設備時常用無線報警設備的相同頻率發射。如果干擾信號的強度特別高，則能堵塞無線報警系統。在設計中， 考慮如果出現堵塞，就讓無線報警系統產生一個故障。

    3．應用 盛華SH9933有自成系統的SH9933基本型、用雙絞線與適配器相連的SH9933A型和通過無線方式與適配器通信的SH9933B型三類。盛華SH9933基本型安裝簡便，只需將其固定在墻上或天花板上(離地面高度＞2m，距熱源 ＞2m)，不需連接任何導線。

    SH9933A及SH9933B可通過電話自動報警，其安裝方式如下：SH9933A有線報警型探測器的安裝與獨立式相同，通信接口的安裝如圖2A所示：

    SH9933B型無線報警型探測器的安裝與基本型相同，通信接口的安裝如圖2B所示：

    目前，盛華3H9933系列三元智能探測報警器均已批量生產，并全面推向市場。它不但能靈敏的探測到家庭煤氣的泄漏，還能無誤報的報出幾乎各種燃燒的早期火災。在幾例普通家庭和防火工程中都得到了極佳驗證。