基于單片機(jī)的倉庫防火報(bào)警系統(tǒng)設(shè)計(jì)02

1、2015屆本科畢業(yè)設(shè)計(jì)基于單片機(jī)的倉庫火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)設(shè)計(jì)院 （系） 名 稱物理與電子信息學(xué)院專 業(yè) 名 稱電子信息科學(xué)與技術(shù)學(xué) 生 姓 名學(xué) 號(hào)指 導(dǎo) 教 師完 成 時(shí) 間24基于單片機(jī)的倉庫火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)設(shè)計(jì)物理與電子信息學(xué)院 電子信息科學(xué)與技術(shù)專業(yè) 摘要：早期的火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)是通過人的觀察，例如巡邏，當(dāng)有人發(fā)現(xiàn)了火災(zāi)時(shí)，就通過喊話或鳴銅鑼通知其他的人來滅火。隨著社會(huì)的進(jìn)步，經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展,倉庫的物資越來越多，火災(zāi)報(bào)警迫在眉睫。本設(shè)計(jì)采用智能化的火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)，以AT89C51單片機(jī)作為系統(tǒng)的控制核心，結(jié)合外圍的煙霧傳感器、溫度傳感器，聲、光報(bào)警器、數(shù)碼管顯示器等電路，通過C語言編程，實(shí)現(xiàn)了對(duì)倉庫火

2、情的監(jiān)測(cè)與自動(dòng)報(bào)警。基于單片機(jī)的倉庫火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)安全可靠，誤報(bào)率較低，操作較方便，成本較低。關(guān)鍵詞：AT89C51；火災(zāi)；報(bào)警The Design of Warehouse Fire Alarm System Based on SCMCollege of Physics and Electronic Information Electronic Information Science and TechnologyAbstract：Early fire alarm system is observed by people, such as patrol, when someone discove

3、red fire, the other people on notice to the fire by shouting or beat gong. Along with social progress, rapid economic development, more and more warehouse supplies, fire alarm imminent. This design uses intelligent fire alarm system to AT89C51 SCM as the control system, combined with the periphery o

4、f the smoke sensors, temperature sensors, sound, light alarm, digital display and other circuit, through C language programming, a warehouse fire monitoring the situation with alarm. Microcontroller-based warehouse fire alarm system is safe and reliable, low false alarm rate, the operation more conv

5、enient and low cost.Key words: AT89C51; fire; alarm目 錄 摘要11 引言32 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)方案32.1 系統(tǒng)的設(shè)計(jì)目標(biāo)42.2 系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)方案43 主要元器件介紹43.1 AT89C51單片機(jī)53.2 傳感器介紹63.2.1 MQ-2煙霧傳感器63.2.2 DS18B20溫度傳感器83.3 ADC0832模數(shù)轉(zhuǎn)換器84 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)94.1 單片機(jī)最小系統(tǒng)94.2 煙霧檢測(cè)電路104.3 溫度檢測(cè)電路114.4 煙霧濃度顯示電路114.5 光報(bào)警電路124.6 聲音報(bào)警電路124.7 系統(tǒng)總電路圖135 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)155.1 系統(tǒng)主流程

6、圖155.2 煙霧濃度處理流程圖155.3 溫度采集流程圖165.4 火災(zāi)判斷與報(bào)警176 PCB板圖設(shè)計(jì)187 總結(jié)19參考文獻(xiàn)20附錄211 引言最早的火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)是通過人的觀察，例如巡邏，當(dāng)有人發(fā)現(xiàn)了火災(zāi)時(shí)，就通過喊話或鳴銅鑼通知其他的人來滅火。隨著社會(huì)的進(jìn)步，人們漸漸的研制出了高科技來預(yù)防火災(zāi)的發(fā)生，節(jié)省了很多的人力物力。當(dāng)發(fā)生火災(zāi)的時(shí)候報(bào)警設(shè)備發(fā)出報(bào)警信號(hào)，人們就可以以最快的速度到達(dá)火災(zāi)現(xiàn)場(chǎng)救火，以減輕損失，這就是火災(zāi)報(bào)警的前身?；馂?zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)已有百余年的發(fā)展歷史，19世紀(jì)40年代美國誕生的火災(zāi)報(bào)警裝置標(biāo)志著火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)首次進(jìn)入人們的視野1。1890年在英國，感溫式火災(zāi)探測(cè)器研

7、制成功并應(yīng)用于火災(zāi)探測(cè)系統(tǒng)，標(biāo)志著火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)的發(fā)展走上正軌2。此后，隨著世界科技取得了突飛猛進(jìn)的進(jìn)步和各種新興技術(shù)的出現(xiàn)和發(fā)展，火災(zāi)監(jiān)測(cè)技術(shù)也相應(yīng)迅速發(fā)展，各種類型的火災(zāi)探測(cè)器相繼問世，火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)也在此基礎(chǔ)上蓬勃發(fā)展起來。到20世紀(jì)80年代中后期開始，隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)、控制技術(shù)、集成電路技術(shù)、傳感器技術(shù)及智能技術(shù)的快速發(fā)展，火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)步入智能化時(shí)代，各種智能型的火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)相繼出現(xiàn)，模擬量可尋址技術(shù)的應(yīng)用使得火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)的安全性、精準(zhǔn)性和智能性有了很大提高,在火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)發(fā)展史上具有里程碑的意義3。 我國火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)起步較晚，從20世紀(jì)70年代才開始研制生產(chǎn)這類產(chǎn)品。自

8、改革開放以來，高層建筑甚至超高層建筑如同雨后春筍般蓬勃發(fā)展，使得火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)的需求量迅速增加，同時(shí)也加速了火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)的技術(shù)創(chuàng)新，帶動(dòng)了這一行業(yè)的發(fā)展。隨著我國經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，如今的物資水平豐富，倉庫的火災(zāi)報(bào)警迫在眉睫。我國火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)的研發(fā)，生產(chǎn)和應(yīng)用等方面不斷地吸引了社會(huì)各界的人力、物力、財(cái)力和科技的投入,并取得了令人矚目的成就。目前倉庫應(yīng)實(shí)現(xiàn)智能化要求，其中包括實(shí)行安全防范系統(tǒng)自動(dòng)化監(jiān)控管理；倉庫的火災(zāi)、有害氣體泄漏實(shí)行自動(dòng)報(bào)警；火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)應(yīng)是以煙、溫及可燃?xì)怏w等探測(cè)器為主體。本設(shè)計(jì)采用AT89C51單片機(jī)為控制核心，配合外圍電路，利用煙霧傳感器、溫度傳感器、A/D轉(zhuǎn)換器和

9、聲、光報(bào)警電路、顯示電路，可實(shí)現(xiàn)對(duì)火災(zāi)的自動(dòng)報(bào)警。該系安全可靠，誤報(bào)率較低，操作較方便，成本較低，還可用于住宅，小區(qū)，宿舍，辦公樓等場(chǎng)所。2 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)方案2.1 系統(tǒng)的設(shè)計(jì)目標(biāo) 基于單片機(jī)的倉庫火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)設(shè)計(jì)一般由傳感器、火災(zāi)警報(bào)裝置及具有其它輔助功能的裝置組成的。它應(yīng)能在火災(zāi)初期，將燃燒時(shí)產(chǎn)生的煙霧、熱量以及光輻射等物理量，通過感溫、感煙等火災(zāi)探測(cè)器變成電信號(hào)，傳輸?shù)交馂?zāi)報(bào)警的控制器，進(jìn)行報(bào)警4。溫度傳感器把溫度信號(hào)（數(shù)字形式）發(fā)送給單片機(jī)，煙霧濃度信號(hào)是模擬信號(hào)，必須轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)發(fā)送給單片機(jī)。單片機(jī)數(shù)字信號(hào)濾波處理和數(shù)據(jù)分析之后判斷是否大于或等于預(yù)設(shè)值，即臨界溫度報(bào)警或煙塵濃度。如

10、果溫度或煙霧濃度大則觸發(fā)報(bào)警電路，開始發(fā)出報(bào)警，則顯示非正常狀態(tài)，否則這是一個(gè)正常的狀態(tài)。2.2 系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)方案基于單片機(jī)的倉庫火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)設(shè)計(jì)，由單片機(jī)、單片機(jī)最小系統(tǒng)、傳感器、顯示器和報(bào)警模塊組成。由于AT89C51單片機(jī)不具有模數(shù)轉(zhuǎn)換功能，所以煙霧傳感器必須將煙霧濃度信號(hào)（模擬形式）通過A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成數(shù)字形式，溫度傳感器將溫度信號(hào)（數(shù)字形式）發(fā)送給單片機(jī)。單片機(jī)數(shù)字信號(hào)濾波處理和數(shù)據(jù)分析之后判斷是否大于或等于預(yù)設(shè)值，如果煙霧濃度或溫度大于預(yù)設(shè)值則觸發(fā)報(bào)警電路，發(fā)出聲、光報(bào)警。基于單片機(jī)的倉庫防火報(bào)警系統(tǒng)原理框圖如圖1所示。溫度檢測(cè)晶振電路煙霧檢測(cè)A/D轉(zhuǎn)換復(fù)位電路煙霧濃度顯示狀態(tài)

11、指示燈聲音報(bào)警AT89C51圖1 基于單片機(jī)的倉庫防火報(bào)警系統(tǒng)原理框圖3 主要元器件介紹3.1 AT89C51單片機(jī) 自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)的核心器件是單片機(jī)，它是整個(gè)系統(tǒng)的“心臟”，由它來接收?qǐng)?bào)警信號(hào)并控制、協(xié)調(diào)各功能模塊的正常工作。市面上有很多種類的單片機(jī)，在該設(shè)計(jì)中可使用AT89C2051、STC89C51、AT89S51和凌陽公司生產(chǎn)的16位單片機(jī)等。在選擇單片機(jī)的時(shí)候要考慮許多因素，一般來說在選取單片機(jī)時(shí)從下面幾個(gè)方面考慮：性能、存儲(chǔ)器、運(yùn)行速度、I/O口、定時(shí)/計(jì)數(shù)器、串行接口、模擬電路功能、工作電壓、功耗、封裝形式、抗干擾性、保密性。考慮到系統(tǒng)的功能和經(jīng)濟(jì)性等因素，采用的是40引腳的AT8

12、9C51系列單片機(jī)，作為核心控制CPU。由ATMEL公司生產(chǎn)的MCS-51系列單片機(jī)AT89C51型號(hào)單片機(jī)是一種低功耗、高性能的8位CMOS微型處理器芯片。片內(nèi)帶有4KB的EEPROM程序存儲(chǔ)器，與工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的89C51指令兼容。AT89C51單片機(jī)引腳圖如圖2所示：圖2 AT89C51單片機(jī)引腳圖AT89C51單片機(jī)主要的工作特性5：（1）內(nèi)含4KB的Flash存儲(chǔ)器，擦寫次數(shù)1000次；（2）內(nèi)含128字節(jié)的RAM；（3）具有32根可編程I/O線；（4）具有2個(gè)16位可編程定時(shí)器；（5）具有5個(gè)中斷源、2級(jí)優(yōu)先權(quán)的中斷結(jié)構(gòu)；（6）具有1個(gè)全雙工的可編程串行通信接口；（7）具有1個(gè)數(shù)據(jù)指針D

13、PTR；（8）兩種低功耗工作模式，即空閑模式和掉電模式；（9）具有可編程的3級(jí)程序鎖定位；（10）AT89C51的工作電源電壓為5（1+0.2）V典型值為5V；（11）AT89C51最高工作頻率為24MHZ。3.2 傳感器介紹為了能及時(shí)有效地發(fā)現(xiàn)火災(zāi)，必須做好關(guān)鍵的第一步，即火災(zāi)傳感器的選擇。經(jīng)過對(duì)火災(zāi)發(fā)展的過程分析，發(fā)現(xiàn)火災(zāi)一般有3個(gè)階段，即早期火災(zāi)的陰燃、中期溫度上升階段和后期發(fā)光爆炸階段。若火災(zāi)在陰燃階段，會(huì)產(chǎn)生大量的煙、少量的熱和很少量的光輻射；中期上升階段宜采用溫度傳感器；如果火勢(shì)進(jìn)一步發(fā)展，就會(huì)產(chǎn)生很強(qiáng)的光輻射，此時(shí)宜采用感光傳感器進(jìn)行監(jiān)測(cè)6。其中煙霧傳感器不僅可探測(cè)一般火情，對(duì)陰

14、燃火的探測(cè)效果較好，主要用于火情早期各種燃燒的煙霧顆粒進(jìn)行探測(cè)，這一點(diǎn)就彌補(bǔ)了溫度傳感器對(duì)陰燃火不敏感，響應(yīng)速度慢以及不能區(qū)分是火災(zāi)的熱還是環(huán)境或人為因素的熱等缺點(diǎn)?？梢蕴街缙诨馂?zāi)煙霧中的可燃?xì)怏w濃度，這樣就大大降低了各種環(huán)境因素的干擾，提高了報(bào)警的可信度。在倉庫的火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)設(shè)計(jì)中只探討早期和中期火災(zāi)的報(bào)警系統(tǒng)，采用感煙、感溫傳感器相結(jié)合的方式。3.2.1 MQ-2煙霧傳感器 基于單片機(jī)的倉庫防火報(bào)警系統(tǒng)采用的是二氧化錫半導(dǎo)體氣敏材料的傳感器，型號(hào)為MQ-2，這種傳感器是N型半導(dǎo)體表面離子式。MQ-2煙霧傳感器所使用的氣敏材料是在清潔空氣中電導(dǎo)率較低的二氧化錫(SnO2)。給傳感器一個(gè)預(yù)熱

15、電源（五伏直流電源），但溫度加熱到200300溫度時(shí)候，空氣中的氧氣被二氧化錫所吸附，氧氣變成負(fù)離子吸附在表面，這樣半導(dǎo)體中的電子就會(huì)減少，從而導(dǎo)電能力減弱，使電阻值增加。是利用這一點(diǎn)把煙霧的濃度的信息轉(zhuǎn)化成電信號(hào)，當(dāng)傳感器所處環(huán)境中存在可燃?xì)怏w時(shí)，煙霧的濃度越大，電阻率就會(huì)變小電阻就減小，導(dǎo)電率上升。MQ2煙霧傳感器可檢測(cè)出多種可燃性氣體，尤其對(duì)液化氣、丙烷和氫氣的靈敏度高，對(duì)天然氣和其他可燃蒸汽的檢測(cè)也很理想，是一款適合多種應(yīng)用的低成本傳感器,其顯著的優(yōu)點(diǎn)是在較寬的濃度范圍內(nèi)對(duì)可燃?xì)怏w有良好的靈敏度6。MQ-2煙霧傳感器實(shí)物圖及引腳圖如圖3所示。圖3 MQ-2煙霧傳感器實(shí)物圖及引腳圖傳感器

16、的特性及主要技術(shù)指標(biāo)：（1） MQ-2型傳感器的一般特點(diǎn)： MQ-2型傳感器對(duì)天然氣、液化石油氣等煙霧有很高的靈敏度，尤其對(duì)烷類煙霧更為敏感。 MQ-2型傳感器具有良好的重復(fù)性和長期的穩(wěn)定性。初始穩(wěn)定,響應(yīng)時(shí)間短，長時(shí)間工作性能好。 MQ-2型傳感器具有良好的抗干擾性，可準(zhǔn)確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。 電路設(shè)計(jì)電壓范圍寬，24V以下均可；加熱電壓5±0.2V。（2）MQ-2型傳感器的特性參數(shù)： 回路電壓：(Vc) 524V。 取樣電阻：(RL) 0.120K。 加熱電壓：(VH)5±0.2V。 加熱功率：(P)約750mW。 靈敏度：以甲烷為例R

17、0(air)/RS (0.1%CH4)5。 響應(yīng)時(shí)間：Tres10秒。 恢復(fù)時(shí)間：Trec30秒。 （3）引腳說明： A1或A2為輸出的一端。 H為加熱接線段。 B1或B2為輸出另一端。3.2.2 DS18B20溫度傳感器溫度傳感器使用數(shù)字溫度傳感器DS18B20，它只有三個(gè)引腳，其精度可精確到0.0625，可進(jìn)行環(huán)境溫度的測(cè)量。DS18B20是美國Dallas公司生產(chǎn)的單總線數(shù)字溫度傳感器，可將溫度信號(hào)直接轉(zhuǎn)換成串行數(shù)字信號(hào)供微處理器處理，而且可在一條總線上掛接多個(gè)DS18B20芯片，構(gòu)成多點(diǎn)溫度檢測(cè)系統(tǒng)無需任何外加硬件7。是將溫度傳感器和信號(hào)調(diào)理電路集成在一塊芯片中，節(jié)省了外圍硬件，應(yīng)用非

18、常方便。DS18B20溫度傳感器可提供912位溫度讀數(shù)，讀取或?qū)懭?DS18B20的信息僅需一根總線，總線本身可向所有掛接的DS18B20芯片提供電源，無需額外電源8。DS18B20能實(shí)用很寬泛的電壓，使用電壓范圍是3.0V5.5V，可以測(cè)量的溫度范圍是-55+125，當(dāng)溫度在-10+85的范圍內(nèi)它的精度為±0.5。DS18B20的測(cè)溫原理是利用溫敏振蕩器的頻率隨溫度變化的關(guān)系，把溫度信號(hào)直接轉(zhuǎn)換為串行數(shù)字信號(hào)，通過內(nèi)部計(jì)數(shù)器對(duì)受溫度影響的振蕩器周期的計(jì)數(shù)可實(shí)現(xiàn)溫度測(cè)量。DS18B20溫度傳感器引腳圖如圖4所示DS18B201 2 3 GND I/O VDD圖4 DS18B20溫度傳

19、感器DS18B20引腳說明（1）DQ是數(shù)字信號(hào)的輸出/輸入端；（2）GND是電源接地；（3）VDD是芯片電源供電的輸入端。3.3 ADC0832模數(shù)轉(zhuǎn)換器 A/D轉(zhuǎn)換器的種類很多，就位數(shù)來分有8位、10位、12位、16位等。位數(shù)越高，其分辨率也越高，但價(jià)格也越貴。而就其結(jié)構(gòu)而言，有單一的A/D轉(zhuǎn)換器，有內(nèi)含多路開關(guān)的A/D轉(zhuǎn)換器。基于單片機(jī)的倉庫火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)設(shè)計(jì)選用的是ADC0832模數(shù)轉(zhuǎn)換器。ADC0832為8位分辨率A/D轉(zhuǎn)換芯片，其最高分辨可達(dá)256級(jí)，可以適應(yīng)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(shí)間僅為32S，工作頻率是25

20、0KHZ。有兩個(gè)輸入模擬量的通道，有兩個(gè)數(shù)據(jù)的輸出能夠?qū)?shù)據(jù)進(jìn)行校驗(yàn)，這樣能把轉(zhuǎn)換的數(shù)據(jù)誤差率降低。芯片的轉(zhuǎn)換速度也比較快而且穩(wěn)定。獨(dú)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，能夠很方便的選擇通道。ADC0832的引腳圖如圖5所示。圖5 ADC0832模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片引腳圖芯片接口說明：（1） CS：片選使能，低電平芯片使能（2） CHO：模擬輸入通道0，或作為IN+/-使用（3） CH1：模擬輸入通道1，或作為IN+/-使用（4） GND：芯片參考零電位（地）（5） DI：數(shù)據(jù)信號(hào)輸入，選擇通道控制（6） D0：數(shù)據(jù)信號(hào)輸出，轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)輸出（7） CLK：芯片時(shí)鐘

21、輸入（8） Vcc/REF：電源輸入及參考電壓輸入（復(fù)用）4 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)4.1 單片機(jī)最小系統(tǒng)（1）晶振電路晶振電路是給單片機(jī)工作提供時(shí)鐘信號(hào)的，芯片內(nèi)部有一個(gè)高增益的反相放大器用于形成內(nèi)部的振蕩器。引腳XTAL1是這個(gè)放大器的輸入端子，XTAL2是這個(gè)放大器的輸出端子。在片外的陶瓷諧振器或者是石英晶體作為反饋元件和放大器形成了一個(gè)自激振蕩器。AT89C51晶振電路使用的是石英晶體，電容選擇的是三十皮法。（2）復(fù)位電路復(fù)位電路的基本功能是：當(dāng)系統(tǒng)得電的時(shí)候提供一個(gè)復(fù)位信號(hào)，當(dāng)系統(tǒng)穩(wěn)定的時(shí)候在撤銷復(fù)位信號(hào)。單片的有兩種復(fù)位方式，一種是手動(dòng)按鈕復(fù)位，另一種是上電復(fù)位，本設(shè)計(jì)的復(fù)位采用的是手動(dòng)復(fù)位

22、。手動(dòng)復(fù)位是在需要復(fù)位的時(shí)候按下按鈕使復(fù)位端子加上高電平，復(fù)位電路中S1為手動(dòng)復(fù)位開關(guān)，電容C3可避免高頻諧波對(duì)電路的干擾。AT89C51單片機(jī)最小系統(tǒng)如圖6所示。 圖6 AT89C51單片機(jī)最小系統(tǒng)4.2 煙霧檢測(cè)電路當(dāng)煙霧濃度上升的時(shí)候，煙霧傳感器將煙霧的濃度轉(zhuǎn)換成電壓信號(hào)，經(jīng)過模數(shù)轉(zhuǎn)換器把有效信號(hào)傳遞給AT89C51單片機(jī)。但是煙霧傳感器是在溫度很高的情況才能正常的工作，所以在報(bào)警系統(tǒng)必須有預(yù)熱的時(shí)間，才能發(fā)揮正常的作用。 ADC0832是的5號(hào)和6號(hào)引腳由于不同時(shí)有效，為了節(jié)省單片機(jī)的接口所以連接在一起使用，當(dāng)此引腳輸入的串行數(shù)據(jù)是1、0的時(shí)候則是選擇的通道0，當(dāng)輸入的是1、1的時(shí)候選

23、擇的是通道1，當(dāng)輸入的是0、0的時(shí)候通道0接模擬信號(hào)的正相輸入端，通道1接輸入信號(hào)的負(fù)相。當(dāng)引腳的串行數(shù)據(jù)是0、1的時(shí)候0通道接入的是模擬信號(hào)的負(fù)相輸入端，1通道接入的是正相。本設(shè)計(jì)只用一個(gè)通道，所以單片機(jī)的P37口首先給轉(zhuǎn)換芯片一個(gè)低電平，激活芯片，然后再給芯片5、6號(hào)引腳一個(gè)1、0的信號(hào)，選中通道0。倉庫火災(zāi)報(bào)警的煙霧檢測(cè)電路如圖7所示。圖7 煙霧檢測(cè)電路 報(bào)警器故障自診斷判斷傳感器電源連接情況，在傳感器的地端串聯(lián)一個(gè)電阻R，當(dāng)傳感器正常連接時(shí)，電阻和傳感器分壓，此時(shí)電阻兩端有微弱的電壓，如果傳感器電源連接不正常，則會(huì)產(chǎn)生斷路，檢測(cè)到電阻兩端電壓為0V。4.3 溫度檢測(cè)電路 DS18B20

24、將檢測(cè)的溫度信號(hào)（數(shù)字信號(hào)）發(fā)送給單片機(jī)，溫度檢測(cè)電路圖如圖8所示。圖8 溫度檢測(cè)電路4.4 煙霧濃度顯示電路 LED數(shù)碼管是一種半導(dǎo)體的發(fā)光器件，它的組成是發(fā)光二極管，通過點(diǎn)亮不同的二極管來顯示所需要的數(shù)字，可以顯示09的數(shù)字。數(shù)碼管根據(jù)發(fā)光二極管的數(shù)量可分為七段數(shù)碼管和八段數(shù)碼管。八段數(shù)碼管比七段數(shù)碼管多一個(gè)小數(shù)點(diǎn)，根據(jù)可以顯示的八的個(gè)數(shù)可分為一位、兩位、四位等。根據(jù)二極管的連接方式可分為共陰極和共陽極。其中共陰極指的是數(shù)碼管之中的發(fā)光二極管所有的陰極都連接在一起，同理共陽極是指所有的陽極都連接在一起形成一個(gè)公共端。共陽極的數(shù)碼管，控制端輸入的是低電平相應(yīng)的發(fā)光二極管就會(huì)發(fā)光，輸入端是高電

25、平的時(shí)候相應(yīng)的二極管就熄滅，本設(shè)計(jì)選擇的是共陽極數(shù)碼管。煙霧濃度顯示電路如圖9所示。圖9 煙霧濃度顯示電路4.5 光報(bào)警電路 光報(bào)警電路是根據(jù)單片機(jī)所給電壓，確定LED燈中的電流流向，以驅(qū)動(dòng)燈發(fā)光。圖中當(dāng)單片機(jī)為低電平時(shí)，小燈是亮的；高電平時(shí)，小燈滅。光報(bào)警電路如圖10所示。 圖10 光報(bào)警電路4.6 聲音報(bào)警電路當(dāng)單片機(jī)給電路一個(gè)低電平時(shí)，蜂鳴器報(bào)警。聲音報(bào)警電路如圖11所示圖11 聲報(bào)警電路4.7 系統(tǒng)總電路圖 系統(tǒng)總電路圖如圖12所示。 圖12 系統(tǒng)總電路圖5 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)5.1 系統(tǒng)主流程圖火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)是采用AT89C51作為控制芯片，主要功能模塊包括：控制I/O端口、邏輯判斷處理、驅(qū)

26、動(dòng)外部電路等，該部分是火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)智能化的集中體現(xiàn)。開始主程序是一個(gè)無限循環(huán)的，它的流程是：當(dāng)系統(tǒng)得電后，系統(tǒng)的各個(gè)部分包含單片機(jī)的各個(gè)功能模塊都將進(jìn)行初始化，然后就進(jìn)行火災(zāi)報(bào)警的數(shù)據(jù)采集的部分，然后開始判斷是否有火災(zāi)發(fā)生，最后進(jìn)行報(bào)警程序。當(dāng)初始完成，D1、D2都不發(fā)光，只有D3發(fā)光，蜂鳴器也不會(huì)發(fā)出報(bào)警。主程序流程圖如圖13所示。初始化第一次煙霧溫度信號(hào)采集判斷報(bào)警？ N第二次煙霧溫度信號(hào)采集判斷 Y 正常報(bào)警？異常報(bào)警 N Y 手動(dòng)復(fù)位火 災(zāi) 報(bào) 警圖13 系統(tǒng)主流程圖5.2 煙霧濃度處理流程圖 煙霧濃度處理流程圖如圖14所示。開始ADC0832初始化 數(shù)據(jù)采集大于上限? N Y 結(jié)束圖

27、14 煙霧濃度處理流程圖5.3 溫度采集流程圖溫度采集流程圖如圖15所示。移入溫度暫存器返回開始跳過ROM發(fā)送讀取命令讀取操作，驗(yàn)證CRCCRC校驗(yàn)正？ DS18B20復(fù)位 N YY 圖15 溫度采集流程圖5.4 火災(zāi)判斷與報(bào)警（1）火災(zāi)報(bào)警數(shù)據(jù)的處理方法基于單片機(jī)的倉庫火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)中使用的是煙霧傳感器MQ-2和溫度傳感器DS18B20，本次設(shè)計(jì)中設(shè)定的溫度值是60，煙霧報(bào)警的濃度是3.2%FS，經(jīng)過換算最后得到的煙霧傳感器的輸出的臨界電壓值是4.6V。（2）火災(zāi)判斷與報(bào)警系統(tǒng)對(duì)煙霧進(jìn)行了兩次測(cè)量然后進(jìn)行比較判斷，每次信號(hào)采集完成之后得到的數(shù)據(jù)和設(shè)定的閾值進(jìn)行比較，當(dāng)溫度大于等于60的時(shí)候，溫

28、度異常，設(shè)置寄存器的變量是1，否則是0；當(dāng)煙霧的濃度大于等于3.2%FS時(shí)，煙霧濃度異常，設(shè)置寄存器的變量是1，否則是0，這樣綜合兩次的寄存器的變量就能判斷現(xiàn)場(chǎng)是否有火災(zāi)發(fā)生。當(dāng)兩個(gè)寄存器都是0的時(shí)候，表示情況是正常的，當(dāng)兩個(gè)寄存器有一個(gè)是1就說明情況異常，當(dāng)兩個(gè)都是1的時(shí)候，說明有火災(zāi)發(fā)生。系統(tǒng)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行報(bào)警，報(bào)警過后再進(jìn)行信號(hào)采集，再一次進(jìn)行采集現(xiàn)場(chǎng)的溫度和信號(hào)進(jìn)行判斷，然后系統(tǒng)做出判斷結(jié)果。當(dāng)系統(tǒng)狀態(tài)為00時(shí)，表示正常。當(dāng)系統(tǒng)狀態(tài)為01時(shí)候D1燈亮，表示溫度異常，P14變?yōu)榈碗娖?，同時(shí)P34口變?yōu)榈碗娖剑澍Q器報(bào)警。當(dāng)系統(tǒng)狀態(tài)為10時(shí)候D2燈亮，表示煙霧濃度異常，P15口變?yōu)榈碗娖?，同時(shí)

29、P34口變?yōu)榈碗娖?，蜂鳴器報(bào)警。當(dāng)系統(tǒng)狀態(tài)為11時(shí)候D1、D2燈同時(shí)亮，表示煙霧濃度異常，P14口變?yōu)榈碗娖?，P15口變?yōu)榈碗娖?，同時(shí)P34口變?yōu)榈碗娖?，蜂鳴器報(bào)警。6 PCB板圖設(shè)計(jì) 基于單片機(jī)的倉庫火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)的PCB板圖設(shè)計(jì)如圖16，17所示圖17 PCB板圖（1）圖18 PCB板圖（2）7 總結(jié)本文設(shè)計(jì)的基于單片機(jī)AT89C51的倉庫火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)，不同于傳統(tǒng)的使用單一傳感器的探測(cè)報(bào)警，采用了溫度傳感器DS18B20和煙霧傳感器MQ-2相結(jié)合的多傳感器探測(cè)方法，使系統(tǒng)靈敏度高、響應(yīng)時(shí)間短，在火災(zāi)發(fā)生的早期就能準(zhǔn)確的報(bào)警。系統(tǒng)在采集溫度煙霧信號(hào)時(shí)，采用多次采集，多次判斷的方法，降低了誤

30、報(bào)率。以AT89C51單片機(jī)作為系統(tǒng)的控制器安全可靠，誤報(bào)率低，操作方便，成本較低。本設(shè)計(jì)還存在許多需要完善和作進(jìn)一步研究的問題：（1）本文使用的DS18B20在保證精確度的情況下可以并聯(lián)使用8個(gè)，可以實(shí)現(xiàn)多點(diǎn)測(cè)溫。（2）可以設(shè)置聯(lián)動(dòng)裝置，當(dāng)有險(xiǎn)情發(fā)生時(shí)不僅能發(fā)出報(bào)警信號(hào)，而且能驅(qū)動(dòng)相應(yīng)的滅火裝置進(jìn)行滅火，在火災(zāi)發(fā)生的早期及時(shí)控制險(xiǎn)情的蔓延。但這種情況下提高報(bào)警系統(tǒng)的精確度，降低誤報(bào)率是應(yīng)該考慮研究的主要難題。（3）火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)沒有聯(lián)網(wǎng)，可以使用GSM模塊進(jìn)行信息的無線傳送，這樣能夠及時(shí)將險(xiǎn)情信息發(fā)送至消防指揮中心。參考文獻(xiàn)1 S.M. Lo, C.M. Zhao, M. Liu, A. Co

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