基于單片機的多路火災(zāi)報警系統(tǒng)設(shè)計

1、中國地質(zhì)大學(xué)長城學(xué)院 本 科 課 程 設(shè) 計 題 目:基于單片機的多路火災(zāi)報警系統(tǒng)設(shè)計 系 別信息工程系學(xué)生姓名陳健偉專 業(yè)電子信息工程學(xué) 號04411105指導(dǎo)教師張芳芳職 稱研究生2015年 05 月 20 日基于單片機的多路火災(zāi)報警系統(tǒng)設(shè)計摘 要 當今世界，科學(xué)技術(shù)的迅猛發(fā)展給人們的日常生活帶來了極大的便利，各種電子產(chǎn)品在人們的生活中扮演著越來越重要的角色，但是在帶給人們極大便利的同時，也存在著巨大的火災(zāi)隱患。為了盡可能的避免以及減少火災(zāi)帶來的損失，要求開發(fā)和完善火災(zāi)自動報警系統(tǒng)，將火災(zāi)消滅于萌芽狀態(tài)，提高預(yù)警能力。基于此理念，本文從實際生活著手，設(shè)計了一種能夠適用多種場合的火災(zāi)智能報警

2、系統(tǒng)，該報警系統(tǒng)以at89s52單片機為控制核心，它用來接收和處理火災(zāi)探測器所反饋來的煙霧濃度信號與溫度信號，并控制報警器進行報警。該系統(tǒng)可以一直向現(xiàn)場發(fā)出信號來對溫度與煙霧濃度進行實時的監(jiān)測，并能夠及時的將監(jiān)測反饋給報警控制器，控制器會將反饋的煙霧濃度與溫度值信號與設(shè)定的閾值相比較來判斷是否有火災(zāi)發(fā)生，當現(xiàn)場煙霧濃度或者溫度異常時便會進行報警，是一種結(jié)構(gòu)相對簡單簡單、使用方便、廉價的智能化火災(zāi)報警器，具有很廣闊的前景與實用性。關(guān)鍵詞： 單片機； 智能火災(zāi)報警； 傳感器abstractin todays world, the rapid development of science and t

3、echnology brought great convenience to peoples daily life, all kinds of electronic products in peoples life plays a more and more important role, but in brings people great convenience, at the same time also there is a large fire hazards. in order to avoid and reduce fire losses, to develop and impr

4、ove the automatic fire alarm system and the fire in the bud, improve the ability of early warning. based on this idea, this text set about from the actual life, design a kind of can apply a variety of occasions of intelligent fire detection and alarm system, the alarm system at89s52 single chip micr

5、ocomputer as control core, it is used to receive and process feedback to fire detector signals with temperature, smoke concentration and alarm control alarm. can send a signal to a site to the system for real-time monitoring of temperature and smoke concentration, and be able to timely feedback will

6、 monitor to the alarm controller, the controller will feedback the smoke concentration and temperature signal is compared with the threshold set to determine whether there is a fire, when the smoke concentration or temperature anomaly will be to call the police, is a relatively simple structure, eas

7、y and convenient to use, cheap intelligent fire alarm system, has the very broad prospects and practical.keywords: single chip microcomputer; intelligent fire alarm; sensor目 錄1 緒論11.1 選題的背景及意義11.2 國內(nèi)外的發(fā)展狀況11.3 本文的主要研究內(nèi)容22 火災(zāi)報警系統(tǒng)及其整體方案設(shè)計32.1火災(zāi)報警系統(tǒng)組成及其功能32.2系統(tǒng)的總體設(shè)計方案32.2.1 系統(tǒng)的硬件總體結(jié)構(gòu)32.2.2系統(tǒng)的軟件總體結(jié)構(gòu)43 系

8、統(tǒng)的硬件選擇與設(shè)計53.1 系統(tǒng)主要硬件的選擇53.1.1 單片機的選擇53.1.2 探測器的選擇73.1.3 模數(shù)轉(zhuǎn)換器的選擇93.2 各部分電路設(shè)計103.2.1單片機外圍電路的設(shè)計103.2.2 煙霧檢測與a/d檢測電路113.2.3 報警電路113.2.4 按鍵控制電路113.2.5 顯示模塊124 系統(tǒng)的軟件設(shè)計134.1 系統(tǒng)的主程序流程134.2中斷服務(wù)程序134.3 數(shù)據(jù)采集函數(shù)144.4 報警函數(shù)154.5 按鍵處理數(shù)及數(shù)碼顯示函數(shù)165 調(diào)試及仿真185.1系統(tǒng)開發(fā)環(huán)境185.2 proteus仿真結(jié)果186 總結(jié)與展望196.1總結(jié)196.2展望19參考文獻20致 謝21

9、附錄1電路原理圖22附錄2系統(tǒng)程序22附錄3 實物圖33中國地質(zhì)大學(xué)長城學(xué)院2015屆畢業(yè)設(shè)計1 緒論1.1 選題的背景及意義火災(zāi)指的是在時間或空間上失去人為控制的燃燒所造成的災(zāi)害。在各種各樣的自然災(zāi)害當中，火災(zāi)是最為常見地威脅人類安全和社會發(fā)展的災(zāi)害之一。它無時無刻不在威脅著人類的生命財產(chǎn)安全，隨著社會的不斷進步,科學(xué)技術(shù)的日益發(fā)展，建筑朝著更加復(fù)雜與高層化發(fā)展，使得火災(zāi)發(fā)生的情況更加糟糕，帶來的損失更加的嚴重1，例如在2015年1月2號在哈爾濱市北方南勛陶瓷大市場倉庫發(fā)生的重大火災(zāi)事故，起火地點為約70平方米的一酒店用品倉庫，火災(zāi)的面積超過1.1萬平方米導(dǎo)致樓房坍塌面積達3000平方米。燃

10、燒40多個小時火災(zāi)才得到控制。總共造成了5名消防戰(zhàn)士犧牲，13人受傷，造成了巨大的損失。殘酷的現(xiàn)實擺在面前，人們必須提高對火災(zāi)預(yù)警和消防工作的認識，火災(zāi)的檢測預(yù)防工作已迫在眉睫，找尋一種能夠及時有效的預(yù)防火災(zāi)發(fā)生的方法已經(jīng)成為當下迫切需要解決的問題。為了將人類財產(chǎn)損失降低到最小需要設(shè)計一種比較完善的火災(zāi)預(yù)防與監(jiān)測系統(tǒng)，基于單片機的多路火災(zāi)報警系統(tǒng)就是在這樣的背景下而研究出來的，隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，其功能、技術(shù)水平都在不斷地完善與提高，該系統(tǒng)能夠較快的發(fā)現(xiàn)火災(zāi)的早期特征，從而能將火災(zāi)消滅在萌芽當中，降低損失。1.2 國內(nèi)外的發(fā)展狀況在1980年前后，我國的火災(zāi)智能報警系統(tǒng)行業(yè)剛剛處于起步階段，當

11、時生產(chǎn)報警器的廠家多是模仿國外或者是引進國外的技術(shù)來進行生產(chǎn)，沒有真正的核心技術(shù)。改革開放后，隨著國外的廠家入駐我國帶來先進的技術(shù)同時也促進了該市場的成熟，我國的消防企業(yè)趁此機會也可以學(xué)習(xí)國外的先進技術(shù)，經(jīng)過30幾年的進步，我國的火災(zāi)報警系統(tǒng)已經(jīng)成為具有一定的規(guī)模、較為成熟的行業(yè)2。其智能化水平也越來越高，價格也越來越低廉，基本上符合我國的國情。但是大部分的智能火災(zāi)報警系統(tǒng)大多數(shù)分布不智能、靈敏性差、可靠性低、編程復(fù)雜等缺點在大規(guī)模應(yīng)用到市場之前還有很多亟待解決的問題。在1940年左右，美國的科學(xué)家發(fā)明了一種火災(zāi)報警裝置，該裝置大體上具備了現(xiàn)在報警系統(tǒng)的功能，從此火災(zāi)報警系統(tǒng)開始進入人類的視野

12、。此后，經(jīng)過40多年的研發(fā)在1980年由英國科學(xué)家率先研究出來了溫感式火災(zāi)探測器，這是人類火災(zāi)報警技術(shù)上的一大突破，此后火災(zāi)報警系統(tǒng)步入了高速發(fā)展的道路3。伴隨著科學(xué)技術(shù)的不斷進步以及高新材料的不斷出現(xiàn)使得其得到了長遠的發(fā)展，人們以市場為導(dǎo)向不斷的研發(fā)與尋找新的技術(shù)來不斷的完善火災(zāi)報警系統(tǒng)。主要表現(xiàn)為用新材料來代替探測系統(tǒng)從而提高靈敏度，采用更加可靠的核心元器件來提高產(chǎn)品的可靠性，以減少誤報率等等?；馂?zāi)報警器日趨完善，從而獲得了長足的發(fā)展成為當代消防技術(shù)中不可缺少的并且具有廣闊發(fā)展前景的手段。1.3 本文的主要研究內(nèi)容火災(zāi)現(xiàn)已經(jīng)成為我國高發(fā)性以及破壞性最強的災(zāi)害之一，給人們的生產(chǎn)生活帶來巨大的

13、威脅，如今，建筑都朝著大型化、高層化以及繁雜化的方向發(fā)展，給消防工作帶來巨大的困難，尤其是人員密集、物品堆放聚集的倉庫等地方，一旦發(fā)生火災(zāi)，后果將不堪設(shè)想4。因此，防火是當下的重中之重，有些火災(zāi)發(fā)生慢，隨著溫度和濕度的變化，容易使易燃物達到著火點并產(chǎn)生煙霧和明火，若不在此時控制后果將不堪設(shè)想，有些火災(zāi)則發(fā)生的比較快，能夠在瞬間變成不可控制的大火。所以提早發(fā)現(xiàn)火災(zāi)隱情，將火災(zāi)撲滅在早期能夠有效的降低甚至防止巨大損失的產(chǎn)生。本系統(tǒng)研究的是在一般情況下的火災(zāi)，這種火災(zāi)發(fā)生較為緩慢，并且會伴隨著溫度的異常、煙霧的濃度變化等等，通過對現(xiàn)場的溫度、煙霧、火光等不斷的監(jiān)測來判斷火災(zāi)是否產(chǎn)生。2 火災(zāi)報警系統(tǒng)

14、及其整體方案設(shè)計2.1 火災(zāi)報警系統(tǒng)組成及其功能火災(zāi)自動報警系統(tǒng)是為了可以使人類盡早發(fā)現(xiàn)火情，并且能夠及時有效地采取各種措施來進控制和撲滅。目前的火災(zāi)報警系統(tǒng)大多數(shù)都是由傳感器、控制器、信號單元處理電路和報警系統(tǒng)組成；火災(zāi)傳感器是探測火災(zāi)的儀器，當火災(zāi)剛發(fā)生時，會產(chǎn)生煙霧、高溫和火光。探測器檢測到這些后可以將其轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦藕蛨缶?，從而使人們能夠及時發(fā)現(xiàn)火情從而將其消滅在初期5。系統(tǒng)的整體的框圖如圖1所示。單片機煙霧傳感器聲光報警 顯示按鍵放大電路a/d轉(zhuǎn)換電路溫度傳感器圖1整體框圖煙霧傳感器與溫度傳感器將監(jiān)測到的各種非電信號轉(zhuǎn)換成電信號再經(jīng)過調(diào)理放大處理后送到a/d轉(zhuǎn)換電路將其轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號送到

15、單片機中，單片機將其與設(shè)定好的值相比較來判斷是否發(fā)生異常，若發(fā)生異常則進行報警。2.2 系統(tǒng)的總體設(shè)計方案2.2.1 系統(tǒng)的硬件總體結(jié)構(gòu)一個完善的火災(zāi)報警系統(tǒng)應(yīng)該由系統(tǒng)控制模塊、信號探測模塊以及報警模塊組成。在本設(shè)計中以單片機作為其核心控制模塊，以溫度探測器、煙霧探測器作為其信號探測模塊來組成火災(zāi)報警系統(tǒng)。當現(xiàn)場的溫度發(fā)生異?；蛘邿熿F濃度異常時，信號探測模塊將采集到的溫度和煙霧等非電信號轉(zhuǎn)換成電信號，通過信號調(diào)理電路以及放大電路進行調(diào)理與放大、濾波等處理后再經(jīng)過a/d轉(zhuǎn)換電路，將模擬信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號送到單片機，然后再由單片機進行判斷是否超過內(nèi)存中設(shè)定的值，若超過則進行報警。結(jié)構(gòu)框圖由圖2所示

16、。傳感器 調(diào)理電路 a/d轉(zhuǎn)換單片機聲光報警煙霧、溫度顯示 圖2 系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)框圖2.2.2 系統(tǒng)的軟件總體結(jié)構(gòu)由于模塊化的設(shè)計方式有著便于維護、擴充等功能，故本系統(tǒng)設(shè)計也是采用的模塊化設(shè)計。各個模塊的具體功能都是通過子程序的調(diào)用進行實現(xiàn)的。本系統(tǒng)的子程序包括：信號采集模塊、數(shù)據(jù)判斷模塊、報警模塊等組成。具體流程圖如圖3所示。 信號采集判斷 火災(zāi)報警報警判斷斷 初始化 圖3 系統(tǒng)流程圖首先系統(tǒng)先進行初始化，初始化完成之后單片機開始接收煙霧、溫度探測器傳過來的信號，再與內(nèi)存中設(shè)定的閾值相比較，若是大于則進行報警，若無異常則繼續(xù)接收信號。3 系統(tǒng)的硬件選擇與設(shè)計3.1 系統(tǒng)主要硬件的選擇3.1.1

17、 單片機的選擇（1）單片機的比較單片機作為本系統(tǒng)的核心元器件，在本系統(tǒng)中扮演著非常重要的角色，所以在選擇型號的時候必須慎重。目前市場上的單片機種類很多，品種繁雜。主流的包括英特爾公司推出的8051系列單片機、atmel公司在90年代推出的avr系列單片機、ti公司推出的msp430單片機以及microchip公司推出的pic單片機等6。這其中使用最廣、最具影響力的當屬英特爾公司的8051系列單片機，該系列單片機具有優(yōu)良的性能價格比、通暢的供貨渠道、國產(chǎn)低價的仿真器、較全的技術(shù)資料而較早的占據(jù)了國內(nèi)的市場，并為廣大程序員所熟悉。由于該系列的單片機應(yīng)用早、影響很大，已經(jīng)成為事實上的業(yè)界標準。后來許

18、多生產(chǎn)廠家與英特爾在該領(lǐng)域合作推出相同類型的單片機，雖然各個廠家都在不斷的改變制造工藝，不斷地添加新的功能，但是內(nèi)核卻是一樣的，這一類型的單片機內(nèi)部指令與管腳完全兼容，在使用中都是可以互換的，故后來人們將這一類與8051內(nèi)核相同的單片機統(tǒng)稱為“51系列單片機”7。發(fā)展到現(xiàn)在不斷地有廠家完善與添加新的功能，在這些廠家中要算 atmel公司的推出的at89s52更為實用些，at89s52是一種帶4k字節(jié)閃爍可編程可擦除的高性能cmos8位微處理器。該器件采用的是高密度非易失存儲器制造技術(shù)進行制造，完全兼容mcs-51系列單片機的指令集與輸出管腳。利用單個芯片將多功能8位cpu以及閃爍存儲器集成，所

19、以該單片機可以稱作是一種高效的微控制器。綜合考慮，本系統(tǒng)決定選用at89s52作為核心控制元件。（2） 關(guān)于at89s52at89s52是atmel公司生產(chǎn)的一種低功耗、高性能cmos8位微控制器，具有 8k 在系統(tǒng)可編程flash存儲器。at89s52雖然使用的是mcs-51的內(nèi)核，但做了很多方面的改進使得芯片具有傳統(tǒng)51單片機所不具備的新功能。在單芯片上，擁有靈巧的8 位cpu和在系統(tǒng)可編程flash，使得at89s52為眾多嵌入式控制應(yīng)用系統(tǒng)提供高靈活、超有效的解決方案。其主要性能有：1、與mcs-51單片機產(chǎn)品兼容。2、8k字節(jié)能夠在系統(tǒng)中可編程的flash存儲器。3、1000次擦寫周

20、期。4、全靜態(tài)操作：0hz-33mhz。5、三級加密程序存儲器。6、32個可編程i/o口線。7、三個16位定時器/計數(shù)器。8、8個中斷源。9、全雙工uart串行通道。10、低功耗空閑和掉電模式。11、掉電后中斷可喚醒。12、看門狗定時器。13、雙數(shù)據(jù)指針。14、掉電標識符8。引腳圖如圖4所示：圖4 at89s52引腳圖該單片機的p0 口p0口是一個8位漏極開路的雙向i/o口。作為輸出口，每位能驅(qū)動8個ttl邏輯電平。對p0端口寫“1”時，引腳用作高阻抗輸入。當訪問外部程序和數(shù)據(jù)存儲器時，p0口也被作為低8位地址/數(shù)據(jù)復(fù)用。在這種模式下，p0不具有內(nèi)部上拉電阻。在flash編程時，p0口也用來接

21、收指令字節(jié)；在程序校驗時，輸出指令字節(jié)。程序校驗時，需要外部上拉電阻。該單片機的p1 口 p1 口是一個具有內(nèi)部上拉電阻的8 位雙向i/o 口，p1 輸出緩沖器可以驅(qū)動4 個ttl 邏輯電平。 此外，p1.0和p1.1分別作定時器/計數(shù)器2的外部計數(shù)輸入（p1.0/t2）和定時器/計數(shù)器2 的觸發(fā)輸入（p1.1/t2ex）。 在flash編程和校驗時，p1口接收低8位地址字節(jié)。引腳的第二功能：p1.0 t2（定時器/計數(shù)器t2的外部計數(shù)輸入），時鐘輸出p1.1 t2ex（定時器/計數(shù)器t2的捕捉/重載觸發(fā)信號和方向控制）p1.5 mosi（在系統(tǒng)編程用）p1.6 miso（在系統(tǒng)編程用）p1.

22、7 sck（在系統(tǒng)編程用）該單片機的p2 口p2 口是一個具有內(nèi)部上拉電阻的8 位雙向i/o 口，p2 輸出緩沖器能驅(qū)動4 個ttl邏輯電平。該單片機的p3 口表1 p3口個引腳功能圖口線 特殊功能 信號名稱 p3.0 rxd 串行輸入口 p3.1 txd 串行輸出口 p3.2 外部中斷0輸入口 p3.3 外部中斷1輸入口 p3.4 t0 定時器0外部輸入口 p3.5 t1 定時器1外部輸入口 p3.6 寫選通輸出口 p3.7 讀選通輸出口 3.1.2 探測器的選擇火災(zāi)探測器在火災(zāi)報警系統(tǒng)中起著相當重要的作用，它負責對現(xiàn)場進行監(jiān)測來確定有沒有火災(zāi)的發(fā)生，一旦周圍環(huán)境出現(xiàn)了火情，那么探測器就會收

23、集火災(zāi)初期所產(chǎn)生的異常煙霧、溫度等物理量，并且將其轉(zhuǎn)換成電信號向系統(tǒng)的其它相關(guān)電路傳送。所以說，探測器相當于系統(tǒng)中的“感覺器官”，起著至關(guān)重要的作用，它的好壞直接關(guān)系到了火災(zāi)報警系統(tǒng)能否正常的運作。按照對現(xiàn)場的信息采集類型火災(zāi)探測器可以分為：感煙探測器、感溫探測器、火焰探測器、特殊氣體探測器9。（1）感煙探測器感煙型火災(zāi)探測器是一種能夠響應(yīng)燃燒或熱解產(chǎn)生的固體或液體微粒的火災(zāi)探測器，是目前使用最廣的一種火災(zāi)探測器。因為它能探測到物質(zhì)燃燒初期所產(chǎn)生的氣溶膠或煙霧粒子的濃度，因此有的國家稱感煙火災(zāi)探測器為早期發(fā)現(xiàn)探測器。常見的感煙火災(zāi)探測器有離子型、光電型等幾種。（2）感溫探測器當火災(zāi)發(fā)生的時候，

24、燃燒物體會產(chǎn)生大量的熱使周圍的環(huán)境溫度迅速升高，從而造成了溫度的異常，而溫感探測器則能夠迅速響應(yīng)這種異常，并且能夠?qū)⑵滢D(zhuǎn)換成電信號及時的進行傳遞以達到報警的目的。（3）火焰探測器這種探測器又可以稱之為感光式探測器，當火災(zāi)發(fā)生時伴隨著會產(chǎn)生大量的光，而火焰探測器則能夠探測到這些光和火焰的閃爍頻率，并可以將其轉(zhuǎn)換成電信號及時進行傳遞。（4）特殊氣體探測器特殊氣體包括有烷類、醇類、烯類、苯類等氣體，該探測器適用于存在這些特殊氣體的危險場所，尤其是在石化、冶金、煤礦等行業(yè)，該探測器能夠連續(xù)探測空氣中特殊氣體的含量，若周圍的氣體含量一旦超出所設(shè)定的濃度值，則會迅速做出反應(yīng)，將其轉(zhuǎn)換成電信號并及時進行傳遞

25、。是保證人身財產(chǎn)安全的理想監(jiān)測儀器。本系統(tǒng)只涉及到溫度與煙霧這兩項的指標參數(shù)與報警器的關(guān)系，故其它幾種探測器不與探討。1. 溫度探測器的選擇溫度探測器是利用熱敏的方式來對周圍的溫度環(huán)境進行檢測的裝置，依據(jù)其對檢測參數(shù)的不同，可以將其分為定溫式、差溫式、差定溫式幾種。ds18b20是由美國達斯拉半導(dǎo)體公司生產(chǎn)的單線數(shù)字溫度傳感器芯片，為目前常用的溫度傳感器，該傳感器是世界上第一片支持“一線總線”接口的溫度傳感器，利用“一線總線”獨特并且使用的特點，用戶可以更加簡單方便的組建傳感器網(wǎng)絡(luò)。該傳感器抗干擾能力強、體積小、精確度高，在實際應(yīng)用中能夠?qū)崿F(xiàn)良好的測溫效果。其主要特性為： 獨特的單線接口技術(shù)，

26、僅需要一條口線就可以實現(xiàn)與單片機進行雙向通信。 在實際應(yīng)用中不需要任何的外圍元器件就可以實現(xiàn)溫度的測量。 可通過數(shù)據(jù)線來供電，電壓的范圍在3.05.5v。 用戶定義的，非易失性的溫度警告設(shè)置，用戶可以自行設(shè)定告警的上下限溫度。 溫范圍55125，在-10+85時精度為0.5。 可以程序設(shè)定為912位分辨率，對應(yīng)的可分辨溫度分別為0.5、0.25、0.125和0.0625，從而可以可實現(xiàn)高精度測溫。 在9位分辨率時最多在93.75ms內(nèi)把溫度轉(zhuǎn)換為數(shù)字，12位分辨率時最多在750ms內(nèi)把溫度值轉(zhuǎn)換為數(shù)字，速度更快。 測量結(jié)果直接輸出數(shù)字溫度信號，以一線總線串行傳送給cpu，同時可傳送crc校驗碼

27、，具有極強的抗干擾糾錯能力。 負壓特性：當電源的正負極接反時，芯片只是不能夠正常的進行工作而不是燒毀。2. 煙霧傳感器的選擇1）煙霧傳感器的簡介以及原理煙霧傳感器屬于氣敏傳感器，是一種模擬的傳感器，它可以將空氣中的可燃性氣體信號轉(zhuǎn)換成電信號進行傳遞。煙霧傳感器是利用煙霧敏感元件的電阻受煙霧（主要是可燃顆粒）濃度影響從而使其阻值發(fā)生相應(yīng)變化的原理向單片機發(fā)送煙霧濃度相應(yīng)的模擬信號。煙霧傳感器是火災(zāi)報警系統(tǒng)的“先頭兵”，起著非常重要的作用，單片機正是通過傳感器送過來的電信號強弱來判斷可燃性氣體在環(huán)境中的濃度情況，從而進行相關(guān)的監(jiān)測、報警功能。所以說精確可靠的煙霧傳感器對于報警系統(tǒng)非常的重要。2）煙

28、霧傳感器的分類離子式煙霧傳感器:該煙霧報警器內(nèi)部采用離子式煙霧傳感，離子式煙霧傳感器是一種技術(shù)先進，工作穩(wěn)定可靠的傳感器，被廣泛運用到各消防報警系統(tǒng)中，性能遠優(yōu)于氣敏電阻類的火災(zāi)報警器。光電式煙霧傳感器：光電煙霧報警器內(nèi)有一個光學(xué)迷宮，安裝有紅外對管，無煙時紅外接收管收不到紅外發(fā)射管發(fā)出的紅外光，當煙塵進入光學(xué)迷宮時，通過折射、反射，接收管接收到紅外光，智能報警電路判斷是否超過閾值，如果超過發(fā)出警報。紅、紫外火焰探測器：該類型的探測器靈敏度高，反應(yīng)快，能夠在火災(zāi)初期時候依據(jù)火焰輻射出來的紅外線做出快速的反應(yīng)，考慮到在發(fā)生火災(zāi)時可以輻射出紅外線的不僅僅是火焰，高溫物體或者陽光也是可以的，所以容易

29、產(chǎn)生誤報，該傳感器不適用在火災(zāi)發(fā)生前有高溫物體或者光照的地方。煙霧濃度是火災(zāi)發(fā)生時的特性參數(shù)之一，考慮到在火災(zāi)發(fā)生時會伴有大量煙霧，并且本設(shè)計面向的是一般場合下的火災(zāi)情況加之價格等因素決定使用mq-2氣體傳感器。3. 關(guān)于mq-2氣體傳感器mq-2型煙霧傳感器屬于半導(dǎo)體氣敏傳感器，所使用的氣敏材料為在清潔空氣中電導(dǎo)率較低的二氧化錫，屬于表面離子式n型半導(dǎo)體。當周圍環(huán)境中存在可燃性氣體時，二氧化錫吸附空氣中的氧，形成氧的負離子吸附，從而使傳感器的電導(dǎo)率隨之增加。利用這樣的變化就可以獲得這種煙霧濃度大小的信息，電導(dǎo)率越大則證明傳感器周圍環(huán)境的煙霧濃度越大。該傳感器對煤氣、液化氣等煙霧有著很不錯的靈

30、敏度，特別是對烷類煙霧有著更高的敏感度，其具有良好的抗干擾性，可準確的排除有刺激性非可燃性煙霧的干擾信息，例如酒精和煙霧等等?？捎糜诩彝ズ凸S的氣體泄漏檢測裝置，在市面上應(yīng)用十分廣泛。其特點如下： 廣泛的探測范圍。 高靈敏度/快速響應(yīng)恢復(fù)。 優(yōu)異的穩(wěn)定性/壽命長。 簡單的驅(qū)動電路。由于氣敏元器件的特性，當煙霧探測器剛剛工作的時候，其內(nèi)阻會很小，需要運行一段時間后才能恢復(fù)到穩(wěn)定的工作狀態(tài)，所以在系統(tǒng)運行時候先要進行預(yù)熱幾分鐘再進行使用，以避免誤報。3.1.3 模數(shù)轉(zhuǎn)換器的選擇（1）a/d轉(zhuǎn)換器的介紹模數(shù)轉(zhuǎn)換器即a/d轉(zhuǎn)換器，或簡稱adc。通常是指一個將模擬信號轉(zhuǎn)變?yōu)閿?shù)字信號的電子元件。通常的模數(shù)

31、轉(zhuǎn)換器是將一個輸入電壓信號轉(zhuǎn)換為一個輸出的數(shù)字信號。由于數(shù)字信號本身不具有實際意義，僅僅表示一個相對大小。故任何一個模數(shù)轉(zhuǎn)換器都需要一個參考模擬量作為轉(zhuǎn)換的標準，比較常見的參考標準為最大的可轉(zhuǎn)換信號大小。而輸出的數(shù)字量則表示輸入信號相對于參考信號的大小。a/d轉(zhuǎn)換的作用是將時間連續(xù)、幅值也連續(xù)的模擬量轉(zhuǎn)換為時間離散、幅值也離散的數(shù)字信號，因此a/d轉(zhuǎn)換一般要經(jīng)過取樣、保持、量化及編碼4個過程。在實際電路中，這些過程有的是合并進行的，例如取樣和保持，量化和編碼往往都是在轉(zhuǎn)換過程中同時實現(xiàn)的。a/d轉(zhuǎn)換器的主要參數(shù)為：轉(zhuǎn)換精度與轉(zhuǎn)換時間。其中轉(zhuǎn)換精度又包括分辨率和轉(zhuǎn)換誤差。目前市場上的a/d轉(zhuǎn)換器

32、種類很多，其中adc0832是美國國家半導(dǎo)體公司生產(chǎn)的一種8 位分辨率、雙通道a/d轉(zhuǎn)換芯片。由于它體積小，兼容性，性價比高而深受單片機愛好者及企業(yè)歡迎，其目前已經(jīng)有很高的普及率。（2） 關(guān)于adc0832adc0832為8位分辨率a/d轉(zhuǎn)換芯片,其最高分辨率可達256級,可以適用一般的模擬量轉(zhuǎn)換要求.其內(nèi)部電源輸入與參考電壓的復(fù)用,使得芯片的模擬電壓輸入在05v之間。芯片轉(zhuǎn)換時間僅為32us,據(jù)有雙數(shù)據(jù)輸出可作為數(shù)據(jù)效驗，以減少數(shù)據(jù)誤差，轉(zhuǎn)換速度快且穩(wěn)定性能強。獨立的芯片使能輸入，使多器件掛接和處理器控制變的更加方便。通過di數(shù)據(jù)輸入端，可以輕易的實現(xiàn)通道功能的選擇。主要特性有： 8位分辨率

33、。 雙通道a/d轉(zhuǎn)換。 輸入輸出電平與ttl/coms相兼容。 5v電源供電時輸入電壓在05v之間。 工作頻率為250khz，轉(zhuǎn)換時間為32us。 一般功耗僅為15mw。 8p、14p-dip（雙列直插）、picc多種封裝。3.2 各部分電路設(shè)計3.2.1單片機外圍電路的設(shè)計（1） 時鐘電路由于單片機的內(nèi)部都是由很多的諸如觸發(fā)器等構(gòu)成的時序電路來組成的，所以要是想讓單片機一步一步有節(jié)奏的進行工作，就需要時鐘電路來提供必要的時鐘來驅(qū)。在具體工作的時候，單片機的外部需要接上振蕩器來提供高頻脈沖，該脈沖經(jīng)過進一步的分頻處理以后，就可以成為單片機內(nèi)部的時鐘信號，并作為單片機內(nèi)部協(xié)調(diào)各方面工作的控制信號

34、。一個機器周期一共是有12個振蕩周期，所以加入外接石英晶體振蕩器的振蕩頻率為12mhz，那么一個振蕩周期則為1/12us。電路圖如圖5所示。圖5 時鐘電路（2）復(fù)位電路復(fù)位電路，就是可以將電路恢復(fù)到起始狀態(tài)，進行初始化操作。單片機在最初進入工作的時候需要進行一次初始化的處理，以便回到原始狀態(tài)，重新進行計算10。另外，若是程序在運行當中出現(xiàn)了錯誤或者人為的操作失誤時，也需要進行復(fù)位操作。復(fù)位電路在剛開始通電的時候，電容中是沒有電壓的并且其電阻的阻值很低，通電后電容的兩端電壓會慢慢的上升，復(fù)位腳的電平由低上升到了高電位，從而引起了內(nèi)部電路的復(fù)位工作，這個就是單片機的上電復(fù)位，若按下復(fù)位按鍵時，電容

35、的兩端又會放電，電容又回到了0v，這就是手動復(fù)位。本系統(tǒng)采用的是手動按鍵進行復(fù)位操作。電路圖如圖6所示。圖6 復(fù)位電路3.2.2 煙霧檢測與a/d檢測電路煙霧傳感器將采集到的煙霧濃度信號轉(zhuǎn)換成電信號接著將其傳送到a/d轉(zhuǎn)換電路,adc0832將模擬信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號發(fā)給單片機,其中d0、d1口并聯(lián)在一起接單片機的p3.3口，cs端接單片機的p3.5口，轉(zhuǎn)換時需將cs輸入端變?yōu)榈碗娖?。電路圖如圖7所示。圖7 煙霧a/d檢測電路3.2.3 報警電路電路通過三極管串聯(lián)一個電阻外加個蜂鳴器與單片機p3.6端口連接，當輸出為高電平時報警器就會報警。電路圖如圖8所示。圖8 報警電路3.2.4 按鍵控制電路

36、為了更加方便的進行操作，在進行設(shè)時添加了四個物理按鍵，分別為設(shè)置鍵、加鍵、減鍵和緊急報警按鍵并分別與單片機的p2.3、p2.2、p2.1、p2.0口相連接，設(shè)置鍵可以對煙霧濃度或者是溫度臨界值進行設(shè)置，緊急報警按鍵是為了應(yīng)對突發(fā)事件。電路圖如圖9所示。圖9 按鍵電路3.2.5 顯示模塊煙霧、溫度濃度值的顯示采用七段數(shù)碼管顯示與單片機的p1口相連接。顯示模塊電路圖如圖10所示。圖10 顯示模塊4 系統(tǒng)的軟件設(shè)計4.1 系統(tǒng)的主程序流程由于氣敏元器件的特性，當煙霧探測器剛剛工作的時候，其內(nèi)阻會很小，需要運行一段時間后才能恢復(fù)到穩(wěn)定的工作狀態(tài)，所以在系統(tǒng)運行時候先要進行預(yù)熱幾分鐘再進行使用，以避免誤

37、報。流程圖如下圖11所示：是 程序初始化傳感器預(yù)熱處理開始 單片機處理，判斷否超過設(shè)定報警值a/d轉(zhuǎn)換 進入報警子程序信號采集否圖11 主程序流程圖在整個的報警系統(tǒng)運行工作中，首先先進行復(fù)位初始化，等傳感器預(yù)熱完畢后由溫度、煙霧探測器進行采集然后將采集到的煙霧濃度信號與溫度信號經(jīng)模數(shù)轉(zhuǎn)換處理后，再傳送到單片機進行分析處理，進而來判斷判斷是否超過設(shè)定的報警值，若超過則啟動報警程序，若沒有超過則繼續(xù)接收數(shù)據(jù)。4.2中斷服務(wù)程序中斷服務(wù)程序的流程圖如圖12所示：初始化中斷服務(wù)顯示信號采集圖12 中斷程序流程圖在單片機中，中斷程序有著十分重要的作用，它能夠讓cpu能夠?qū)ν话l(fā)的事件進行及時的響應(yīng)。系統(tǒng)首

38、先進行初始化，初始化結(jié)束后便可以進行中斷，時間間隔大概1s左右會對煙霧濃度和溫度進行一次的采集，然后會將數(shù)據(jù)送入顯示程序中等待中斷退出然后進行顯示。中斷中同時判斷是否需要進行報警。中斷程序為：void time0_int() interrupt 1static uchar value;th0 = 0xf8;tl0 = 0x30; / 2msvalue +; display(); if(value % 150 = 0)flag_300ms = 1; /300msvalue = 0; ea =1;4.3 數(shù)據(jù)采集函數(shù)數(shù)據(jù)采集函數(shù)的流程圖如圖13所示： 初始化傳感器預(yù)熱單片機寄存器模數(shù)轉(zhuǎn)換圖13 數(shù)

39、據(jù)采集程序流程圖系統(tǒng)開始后，首先進行初始化以及煙霧傳感器預(yù)熱，完畢后單片機會驅(qū)動adc0832對采集到的溫度及煙霧信號進行模數(shù)轉(zhuǎn)換，再將數(shù)據(jù)傳送到單片機，單片機將轉(zhuǎn)換好的數(shù)據(jù)存入到寄存器中。數(shù)據(jù)采集函數(shù)為： temperature = read_temp(); dengji = ad0832read(1,0); dengji = dengji * 10 / 250; if(menu_1 = 0) if(temperature = 99) temperature = 99;4.4 報警函數(shù)報警函數(shù)的流程圖如圖14所示。初始化傳感器預(yù)熱模數(shù)轉(zhuǎn)換單片機報警器圖14 報警程序流程圖信號采集后跟設(shè)定的閾

40、值相比較，若超出則進行報警。報警函數(shù)為：void clock_h_l()static uchar value;if(dengji = s_dengji) | (temperature = s_temp) | (shoudong = 1)value +;if(value = 2)value = 10;beep = beep; else if(dengji s_dengji) & (temperature = 3)menu_1 = 0;if(menu_1 = 1)/設(shè)置高溫報警if(menu_1 = 2)/設(shè)置煙物報警5 調(diào)試及仿真5.1系統(tǒng)開發(fā)環(huán)境本設(shè)計先在keil c51軟件中進行程序的開發(fā)，

41、檢測無誤后再用protues軟件進行仿真調(diào)試。（1）keil c 簡介keil c51是由美國keil software公司研發(fā)推出的c語言軟件開發(fā)系統(tǒng)，該軟件無論是在功能方面還是在可讀性上都非常的強大，很適合剛接觸c語言的人來使用。keil能夠完美的兼容51系列單片機在目前的編譯系統(tǒng)中很受歡迎。（2）proteus簡介proteus軟件是英國labcenter公司推出的電路分析與仿真軟件，該軟件使用方便、元器件庫龐大而且易于上手。它具有極為強大的原理圖到pcb板的設(shè)計功能，該產(chǎn)品克服了以往同類軟件的沒有物理原型不能進行仿真的缺點，只要能夠繪制出原理圖就可以利用它來進行系統(tǒng)的測試，非常的方便1

42、1。proteus軟件能夠很好地仿真單片機等其他的外圍元器件，在仿真軟件領(lǐng)域占著非常重要的位置，受到眾多單片機愛好者的歡迎。5.2 proteus仿真結(jié)果假定發(fā)生火情，溫度與煙霧超過所設(shè)定的閾值，仿真圖如圖16所示。圖16 仿真結(jié)果6 總結(jié)與展望6.1總結(jié)本設(shè)計是在參照目前主流火災(zāi)報警系統(tǒng)的基礎(chǔ)上結(jié)合當下的實際情況而進行設(shè)計的。本系統(tǒng)擯棄了以前單一傳感器報警的設(shè)計，采用的是煙霧傳感器跟溫度傳感器相結(jié)合的多路探測技術(shù)，能夠使系統(tǒng)靈敏度更高，響應(yīng)時間更短，在火災(zāi)發(fā)生的初期就可以準確的報警。本設(shè)計主要由煙霧、溫度采集電路和單片機控制電路組成，傳感器的選擇遵循靈敏度高、適用范圍廣、成本低的原則來進行對

43、比選擇。在單片機的選擇上對比了2種51系列的單片機以后最終選擇了目前市場上主流的at89s52單片機，該單片不僅有著at系列單片機的全部功能，并且還添加了很多新的功能，價格也更加的低廉。當然本設(shè)計還存在著很多不足之處，例如說要是對煙霧傳感器的要求更高、在可以增加預(yù)算的情況下可以選擇靈敏度更高的離子型煙感探測器，在有些火災(zāi)發(fā)生時還伴有劇烈的爆炸，這種情況溫度會升高的比較快，然而ds18b20的測溫范圍為55+125，所以在這一種情況下并不適用，還可以在火災(zāi)報警器的后段增加個遠程發(fā)送功能，即利用無線技術(shù)在有火災(zāi)發(fā)生時可以向消防部門發(fā)送信息等等。至此，我的論文也就要告一段落了，從設(shè)計到完成，自己學(xué)到

44、了很多以前沒有學(xué)到過的東西，讓我更加清楚的意識到自己所掌握的知識水平，了解自己的短處。從這次的設(shè)計中培養(yǎng)了我獨立思考的能力，進一步的提高了我在實際設(shè)計中研究、發(fā)現(xiàn)以及解決問題的能力。同時也發(fā)現(xiàn)了自己很多的不足之處，有待進一步的學(xué)習(xí)和發(fā)展，讓自己更能適應(yīng)以后的工作和生活。6.2展望二十一世紀科學(xué)技術(shù)發(fā)展迅速，使得計算機技術(shù)、微電子技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)得到更加長遠的發(fā)展?；馂?zāi)報警系統(tǒng)的更新變化也是巨大的，總的來看主要包括：技術(shù)的創(chuàng)新、新型材料的應(yīng)用、更加智能化等等。新型材料的不斷被發(fā)現(xiàn)使得火災(zāi)報警系統(tǒng)的探測器更加的靈敏，單片機廠商技術(shù)的不斷革新，新功能的不斷推出，運用網(wǎng)絡(luò)技術(shù)可以使報警器將火災(zāi)險情通過g

45、sm模塊進行傳送，運用新技術(shù)增加聯(lián)動裝置可以實現(xiàn)自行滅火等等。未來的火災(zāi)報警系統(tǒng)會更加的智能、功能更加的齊全，進一步降低甚至杜絕火災(zāi)的出現(xiàn)。參考文獻1 李中望.一種智能火災(zāi)報警系統(tǒng)的設(shè)計方案.安防科技,2012.2 王釗.智能型火災(zāi)報警系統(tǒng)的設(shè)計與研究:(碩士學(xué)位論文).西安理工大學(xué),2010.3 張向亮.智能建筑火災(zāi)自動報警系統(tǒng)的設(shè)計與研究:(碩士學(xué)位論文)武漢理工大學(xué),2010.4 雍靜,李北海,楊岳等.建筑智能化技術(shù)m.北京:科學(xué)出版社,2011.5 黃鳳娟.單片機火災(zāi)報警系統(tǒng)的設(shè)計j,安徽電子信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報,2012年第 1期.6 陳海宴.51單片機原理及應(yīng)用m.北京航空航天大學(xué)

46、出版社,2010.7 高峰.單片微型計算機原理與接口技術(shù)m.北京：科學(xué)出版社,2013. 8 李增國.傳感器與檢測技術(shù)m.北京:北京航空航天大學(xué)出版社,2013.9 賴壽宏微型計算機控制技術(shù)m.機械工業(yè)出版社，2012.10 朱清慧. protues教程電子線路設(shè)計、制版與仿真（第二版）m.北京：清華大學(xué)出版社,2011.11 石明江,顧亞雄,張禾,.單片機原理與應(yīng)用課程教學(xué)改革與實踐j.計算機教育,2011.12 許超,吳新杰,張丹,.基于proteus和keil的單片機課程教學(xué)改革j.遼寧大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版),2011.13 黃天錄,張專成.基于mcs-51單片機的現(xiàn)場總線型分布式火災(zāi)報

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48、and barriersj.tqm journal.2008.18 g.edward suh, charles wodonnell,srinivas devadas,aegis:a single-chip secure processor, ieee design and test of computers.2008,24（6）57058019 v.yu.teplov,a.v.anisimov.thermostatting system using a single-chip microcomputer and thermoelectric modules based on the pelti

49、er effectj ,2002.20 goldman jm, petterson mt, kopotic rj, barker sj.masimosignal extraction pulse oximetry j.j clin monit comput.2000;16(7):7 5-83.致 謝至此，論文的寫作也將落下帷幕。我的大學(xué)生活也即將結(jié)束。在本次畢業(yè)論文中，感謝我的導(dǎo)師張芳芳老師，從開題報告開始到設(shè)計結(jié)束一直關(guān)心我的進程，幫助我解決了好多問題，并傳授了很多分析與解決問題的方法，指出了正確的方向，使我少走了不少彎路，才能夠使我順利的完成此次畢業(yè)論文，在這里非常感謝老師的指導(dǎo)。四年的大

50、學(xué)生活轉(zhuǎn)眼即逝，在這段時間里身邊的同學(xué)給予我非常多的幫助，讓我在迷茫不知所措的時候能夠得到安慰，在此謝謝他們的陪伴。附錄1 電路原理圖附錄2 系統(tǒng)程序#include /調(diào)用單片機頭文件#define uchar unsigned char /無符號字符型 宏定義變量范圍0255#define uint unsigned int /無符號整型 宏定義變量范圍065535#include #include eeprom52.h/數(shù)碼管段選定義 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9uchar code smg_du=0xc0,0xf9,0xa4,0xb0,0x99,0x92,0x82,0xf8,0x80,0x90, 0x88,0x83,0xc6,0xa1,0x86,0x8e,0xff; /斷碼/數(shù)碼管位選定義uchar code smg_we=0x7f,0xbf,0xdf,0xef;uchar dis_smg8 =