基于单片机的智能火灾报警专业系统设计.doc
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1、摘 要科学技术飞速发展和进步给大家生活带来了前所未有便利,如电力技术迅猛发展和应用等,使大家衣食住行条件得到了极大改善。然而其负面作用也随之凸显出来,如多种电子产品,易燃装饰材料等我们身边常常接触到部分一般生活用具,为火灾发生埋下了巨大隐患,大家在享受科技带来便利之外无时不在受到潜在火灾威胁。所谓水火无情,为了避免火灾和降低火灾造成损失,让大家生活愈加安宁,残酷现实和触目惊心教训要求我们必需设计和完善火灾自动报警系统,提升火灾预警和早期处理水平,将火灾消亡在萌芽状态,最大程度地降低社会财富损失。基于此,本文从生活中实际情况着手,设计了一个适适用于多个公共场所基于单片机火灾智能报警系统。该火灾报
2、警系统是以AT89C51单片机作为控制中心,接收、处理火灾探测器输出烟雾浓度信号、温度信号,并进行声光报警。它经过不停向现场发射巡检信号来监视现场温度、烟雾浓度等,并不停反馈给报警控制器,控制器将接到信号和内存正常整定值比较、判定确定是否有火灾发生。关键词:AT89C51单片机;智能报警;传感器;目 录第一章 绪论1第二章 火灾报警系统及其整体方案设计22.1 火灾发生时特点22.2火灾报警系统功效及其类型22.3 本系统总体方案设计42.3.1 本设计研究范围42.3.2 系统硬件总体结构42.3.3 系统软件总体结构5第三章 系统硬件选择和设计73.1 关键芯片选择73.1.1 单片机选择
3、73.1.2 模数转换芯片选择83.2 传感器选择113.2.1火灾探测器分类113.2.2 温度探测器选定113.2.3 烟雾传感器选择133.3 各电路模块设计163.3.1单片机外围接口电路163.3.2 A/D转换电路173.3.3 烟雾信号调理电路193.3.4 光报警电路203.3.5 声报警电路203.3.6 报警器故障自诊疗21第四章 火灾报警系统软件设计224.1 火灾报警系统程序设计244.1.1主程序步骤图224.1.2 主程序初始化步骤图224.1.3数据采集子程序234.1.4 火灾判定和报警程序244.1.5 滤波子程序25第五章 功效仿真验证分析275.1相关仿真
4、和编程软件275.2 Protues仿真原理图27第六张 总结28致 谢29参考文件30附 录31第一章 绪论在多种灾难中,火灾是公共安全和社会发展面临最常见和最广泛威胁之一。 它威胁到大家健康,生命和财产安全,一旦发生火灾,就能够使成千上万财产立即成为灰烬,损失是大约5倍地震,第二是干旱和洪水。残酷现实让大家逐步认识到监控预警和消防工作关键性。火灾监测预防工作已变得日益紧迫,寻求一个立即有效预防火灾产生方法已经变成大家迫切需要处理问题。良好监控系统和立即报警机制能够大大降低人员伤亡,为社会降低无须要损失。智能火灾自动报警系统就是为了满足这一需求而研制出,而且其本身技术水平也在伴随大家需求不停
5、地提升,在功效、结构、形式等方面不停地完善。基于社会和经济方面需求,本课题意在开发一个能够对监测点实时监控、报警智能火灾报警系统。第二章 火灾报警系统及其整体方案设计2.1 火灾发生时特点火灾是一个失去人为控制由燃烧造成灾难,产生火灾基础要素是可燃物、助燃物和点火源。它们燃烧基础过程是当从外部获取一定能量时,液体或固体先蒸发成蒸汽或分解出可燃气体(如CO、H2等)分子团、灰烬和未燃烧物质颗粒悬浮在空气中,称之为气溶胶。在产生气溶胶同时,产生分子较大液体或固体微粒,称为烟雾。着火后,燃烧产生热量使液体或固体表面继续放出可燃气体,并形成扩散燃烧。同时,发出含有红、紫外线火焰,散发出大量热量,形成火
6、灾。起火过程曲线图2-1所表示。图2-1 起火过程曲线2.2 火灾报警系统功效及其类型火灾报警系统通常由火灾探测器、区域报警器和集中报警器组成。火灾探测器经过对火灾发出物理、化学现象气(燃烧气体)、烟(烟雾粒子)、热(温度)、光(火焰)探测,将探测到火情信号转化成火警电信号传输给火灾报警控制器。区域报警器将接收到火警信号后经分析处剪发出声光报警信号,警示消防控制中心值班人员,并在屏幕上显示出火灾房间号。集中报警是将接收到信号以声光形式表现出来,其屏幕上也显示出着火楼层和房间号,利用本机专用电话还可快速发出指示和向消防队报警。另外,也能够控制相关灭火系统或将火灾信号传输给消防控制室。整体电路框图
7、图2-2所表示及其类型。传感器放大电路A/D转换微型计算机状态指示灯声音报警浓度温度显示按键串口通信图2-2 智能火灾报警系统框图火灾报警系统,通常由火灾探测器、联动单元和控制器三部分组成。由火灾探测器首先探测到火灾萌芽以后经过联动单元传输至控制器分析其形势从而实现是否报警。火灾报警系统除了含有预防报警之外,还有遥控检测功效,它能够依据总台监测预防要求而有所对其功效模块进行远程调整。2.3 本系统总体方案设计2.3.1 本设计研究范围本文关键研究是通常场所下火灾预警和应对,这类火灾发生比较缓慢,发生之前伴随有温度非正常改变,火苗出现之前烟雾等有害气体产生。方案包含到现场温度检测,烟雾浓度检测,
8、不一样险情不一样灯光显示等。该火灾报警系统是以AT89C51单片机作为控制中心,接收、处理火灾探测器输出烟雾浓度信号、温度信号,并进行声光报警。当现场烟雾或温度发生异常,或发生火灾时,报警系统会产生对应报警信号。本文设计用于小型防火单位单片机火灾报警系统含有以下特点:(1)能对室内烟雾(CO2,CO)及温度突变进行报警,含有声、光双重报警功效。(2)系统故障报警功效。当系统出现硬件故障时,能发出故障报警信号。(3)异常报警功效。当环境出现异常(如烟雾浓度过大或是温度较高)时,能发出异常报警信号,引发大家注意,尽可能避免火灾发生。(4)火灾报警功效。一旦真出现火灾(烟雾和温度同时出现异常)时,能
9、立即发出声光警报。据类似本系统报警器现场模拟试验表明,本系统安全可靠,误报率低。且因为其体积小、操作维护方便、成本低廉等,含有宽广应用前景。2.3.2 系统硬件总体结构(1)硬件系统组成一个完整火灾报警系统,必需包含以下多个部分:系统控制模块,火灾探测模块,数据转换模块和报警模块。本设计一单片机作为控制系统关键,以传感器作为其测温装置,来实现火灾报警系统设计。该设计能够对室内外温度和烟雾实时采集可检测,当所测温度或烟雾浓度高于临界温度时自动报警。温度信号或烟雾浓度信号采集电路将温度信号或烟雾浓度信号以数字信号形式送入单片机。单片机对该数字信号进行滤波处理,并对处理后数据进行分析,是否大于或等于
10、某个预设值,即报警临界温度或烟雾浓度。假如大于则开启报警电路发出报警声音和显示非正常状态,反之则为正常状态。(2)硬件系统控制方案设计报警系统关键由数据采集模块、单片机控制模块、声光报警模块组成。图2-3为火灾报警系统结构框图。图2-3 火灾报警系统总体结构框图2.3.3 系统软件总体结构为了便于系统维护和功效扩充,采取了模块化程序设计方法,系统各个模块具体功效全部是经过子程序调用实现。本系统关键包含数据采集子程序、火灾判定和报警子程序等,系统程序步骤图图2-4所表示。图2-4 程序步骤图第三章 系统硬件选择和设计3.1 关键芯片选择3.1.1 单片机选择(1)单片机比较单片机是报警系统关键部
11、件,首先它要接收来自传感器烟雾浓度和温度模拟信号数字信号和故障检测信号,其次要对两种信号分别进行处理,控制后续电路对应工作;同时,查询是否有键按下命令。在单片机实现功效中,将模数转换后信号做数字滤波,再进行线性化处理,这一过程软件实现,需要单片机有较快运算速度,使仪表监测人员能够观察到实时烟雾浓度,并进行对应处理。AT89C51单片机应用普遍,工具多,易上手,片源广,价格低,且适合民用、商用,用途更广泛。综合以上见解,本论文选定AC89C51作为本系统关键。(2)相关AT89C51本设计控制芯片使用是ATMEL企业生产AT89C51,AT89C51是一个带4K字节闪烁可编程可擦除只读存放器(F
12、PEROM)和128字节随机存取数据存放器(RAM)低电压,高性能CMOS8位微处理器,俗称单片机。AT89C51引脚图图3-1所表示。芯片能够根据常规方法进行编程,也能够在线编程,其将通用微处理器和Flash存放器结合在一起,尤其是可反复擦写Flash存放器可有效地降低开发成本。图3-1 AT89C51引脚图3.1.2 模数转换芯片选择模数转换(ADC)亦称模拟一数字转换,和数/模(D/A)转换相反,是将连续模拟量(如象元灰阶、电压、电流等)经过取样转换成离散数字量。比如,对图象扫描后,形成象元列阵,把每个象元亮度(灰阶)转换成对应数字表示,即经模/数转换后,组成数字图象。通常有电子式模/数
13、转换和机电式模/数转换二种。在遥感中常见于图象传输,存贮和将图象形式转换成数字形式处理。A/D转换器种类很多,就位数来分,有8位、10位、12位、16位等。位数越高,其分辨率也越高,但价格也越贵。而就其结构而言,有单一A/D转换器,有内含多路开关A/D转换器。美国Analog Device企业生产8位逐次迫近式模数转换器ADC0809转换速率高,自带三态输出缓冲电路,可直接和多种经典8位或16位微处理器相连而无需附加逻辑接口电路,且能和CMOS及TTL兼容。是现在中国应用最为广泛,价格适中A/D转换器。综合以上多种条件和原因,也依据本设计需要,我选择A/D转换器是ADC0809。3.2 传感器
14、选择3.2.1火灾探测器分类火灾探测器是火灾报警系统现场探测部件,它好坏直接关系到整个系统是否正常运行,它是整个系统最为关键部件,是识别火灾是否发生专门仪器。在发生火灾时,探测器经过把火灾发生时产生多种非电量参数(如烟、气体浓度等)转化成电量参数从而得到统一测量参数,然后再传送给控制器。其特点是实时性,正确性。其能够实时跟随多种非电量参数改变而改变。火灾探测器依据火灾发生时所产生物理现象能够分为:感温型、感烟型、图光型、感声型、气敏型五大类。本文仅探讨现场温度和烟雾这两项和火灾发生相关指标检测,其它和火灾相关原因本文未予探讨。3.2.2 温度探测器选定(1)本设计温度探测器选择条件依据监测温度
15、参数不一样,通常见于工业和民用建筑中温度探测器有定温式、差温式、差定温式等多个。. 定温式探测器。定温式探测器是在要求时间内,火灾引发温度上升超出某个定值时开启报警火灾探测器。它有线型和点型两种结构。. 差温式探测器。差温式探测器是在要求时间内,火灾引发温度上升速率超出某个要求值时开启报警火灾探测器。它也有线型和点型两种结构。. 差定温式探测器。差定温式探测器结合了定温和差温两种作用原理并将两种探测器结构组合在一起。差定温式探测器通常多是膜盒式或热敏半导体电阻式等点型组合式探测器。在温度传感器选型过程中考虑原因:被测对象温度是否需统计、报警和自动控制,是否需要远距离测量和传送。测温范围大小和精
16、度要求。测温元件大小是否合适。在被测对象温度随时间改变场所,测温元件滞后能否适应测温要求。综合以上多个原因,经对比,本文温度探测器使用DS18B20数字温度传感器,其引脚和实物样式图3-4所表示。()相关DS18B20DS18B20数字温度传感器接线方便,封装成后可应用于多个场所,如管道式,螺纹式,磁铁吸附式,不锈钢 封装式,型号多个多样,有LTM8877,LTM8874等。. DS18B20关键特征:适应电压范围更宽,电压范围:3.05.5V,在寄生电源方法下可由数 据线图3-2 DS18B20数字温度传感器引脚图供电。2独特单线接口方法,DS18B20在和微处理器连接时仅需要一条口线即可实
17、现微处理器和DS18B20双向通讯。DS18B20支持多点组网功效,多个DS18B20能够并联在唯一三线上,实现组网多点测温。DS18B20在使用中不需要任何外围元件,全部 传感元件及转换电路集成在形如一只三极管集成电路内。温范围55+125,在-10+85时精度为0.5。可编程分辨率为912位,对应可分辨温度分别为0.5、0.25、0.125和0.0625,可实现高精度测温。在9位分辨率时最多在 93.75ms内把温度转换为数字,12位分辨率时最多在750ms内把温度值转换为数字,速度愈加快。. S18B20外形和内部结构。DS18B20内部结构关键由四部分组成:64位光刻ROM 、温度传感
18、器、非挥发温度报警触发器TH和TL、配置寄存器。. DS18B20引脚定义:DQ为数字信号输入/输出端;GND为电源地;VDD为外接供电电源输入端(在寄生电源接线方法时接地)。3.2.3 烟雾传感器选择()烟雾传感器比较分析. 离子式烟雾传感器该烟雾报警器内部采取离子式烟雾传感,离子式烟雾传感器是一个技术优异,工作稳定可靠传感器,被广泛利用到各消防报警系统中,性能远优于气敏电阻类火灾报警器。. 光电式烟雾传感器光电烟雾报警器内有一个光学迷宫,安装有红外对管,无烟时红外接收管收不到红外发射管发出红外光,当烟尘进入光学迷宫时,经过折射、反射,接收管接收到红外光,智能报警电路判定是否超出阈值,假如超
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