毕业设计（论文）-基于quartusii的火警报警系统设计与仿真

大学本科毕业论文I毕业设计基于QUARTUSII的火警报警系统设计与仿真学校班级学号指导老师大学本科毕业论文II目录摘要1ABSTRACT211现今火灾报警技术发展及国内外研究概况312现代消防对火灾检测与报警的要求413课题研究的意义414设计工作任务及内容安排5第2章系统方案设计621火灾报警系统对设计的要求622系统开发环境简介623系统方案设计7231传感器选型方案简介8232系统主要功能9第3章火灾报警系统模块设计1131控制器系统设计方案1132主要电路模块设计分析12321数据采集转换电路设计12322火灾分析判断模块设计15323火灾等级显示指示模块设计17324传感器的选型173242烟雾传感器HIS0718325放大电路的设计20326报警与显示电路设计21327电源管理模块2233小结23第4章控制器各功能模块实现的VHDL源程序2441A/D转换模块的VHDL程序2442火灾等级显示指示VHDL程序2643火灾分析判断的VHDL程序2644火灾报警系统顶层模块电路的VHDL实现28第5章系统的仿真与调试3151功能调试31511在调显示功能调试31512逻辑判断分析功能调试31513蜂鸣器功能调试31514A/D转换功能调试3152系统整体运行调试3153小结31结论32致谢33参考文献34附录35大学本科毕业论文III附录1系统电路连接图35大学本科毕业论文1摘要从1847年世界上第一台火灾报警装置出现以来，随着公共消防意识的提高与传感器技术的进步，火灾检测的特征量与界定阈值等问题已经基本解决，但是现有的研究在很大程度上并没有解决系统适应性与准确性的矛盾。火灾报警系统的课题研究，对于开发出优秀的火灾报警系统具有重要意义。本文首先简单介绍了火灾对人类生活的影响并介绍了当今世界火灾报警系统的发展情况；然后，介绍了一种多传感器火灾报警系统的设计，讲解了火灾报警系统的软件功能设计并给出了系统与各个功能模块的程序流程图；之后详细讲解了系统的各功能模块的设计，其中设计的最后部分还论述了提高系统抗干扰能力与可靠性的一些方法，并对系统的可扩展性做了简单介绍，软件设计包括针对单片机和传感器的数据采集与数据模糊处理、系统检测与报警程序的设计；之后对硬件进行了简单的调试，对调试结果进行了一些分析；最后，文章对整个设计进行了概括性总结。本文的重点是系统的硬件以及模糊判断的算法设计，其中详细介绍并论述了系统所需要实现的功能以及各个模块的设计，整个报警系统主要完成采集传感器数据、处理信息并做出判断等功能。最后的实验结果表明，该设计能够有效解决灵敏度与报警准确率之间的矛盾，能够达到预期的效果。本设计具有高可靠性低误报率等特点，有一定的实用价值。关键词火灾报警；多传感器；模糊判断；权重算法设计大学本科毕业论文2大学本科毕业论文3ABSTRACTFIREISACOMMONANDHIGHONSETDISASTERASTHEFIREITSELFISHIGHLYDESTRUCTIVE,ITUSUALLYCAUSESALOSTOFLIFEANDPROPERTYTHISARTICLEDESCRIBESTHEAFFECTIONOFFIREONHUMANLIFEANDINTRODUCESTHEDEVELOPMENTOFFIREALARMSYSTEMSTODAYINWORLDATFIRSTTHEN,ITINTRODUCESADESIGNOFMULTISENSORFIREALARMSYSTEM,EXPLAINSAMPLYABOUTTHEHARDWAREANDSOFTWAREDESIGNOFEACHMODULEINSYSTEMBESIDES,WEDIDSIMPLEHARDWAREDEBUGGING,ASWELLASSOMEANALYSISOFTHERESULTSOFTHEDEBUGGINGATLAST,THEARTICLESUMSUPTHEENTIREDESIGNINGENERALTHISARTICLEFOCUSESONHARDWAREDESIGNANDFUZZYJUDGMENTALGORITHMDESIGN,WHICHDESCRIBESANDDISCUSSESAMPLYTHEDESIGNANDACHIEVEMENTOFEVERYFUNCTIONTHESYSTEMNEEDSTHEALARMSYSTEMISDESIGNEDFORSENSORDATAACQUISITION,INFORMATIONPROCESSING,MAKINGJUDGMENTSANDSOONTHELASTPARTOFTHEHARDWAREDESIGNISALSODISCUSSEDSOMEWAYSTOIMPROVEANTIJAMMINGCAPABILITYANDRELIABILITY,ANDGIVESABRIEFINTRODUCTIONOFTHESYSTEMSEXTENDIBILITYSOFTWAREDESIGNINCLUDESTHEDESIGNOFMCUANDSENSORSDATAACQUISITIONPROGRAMS,DATAFUZZYPROCESSINGPROGRAMS,SYSTEMCHECKITSABLETOACHIEVETHEDESIREDRESULTSTHISDESIGNHASHIGHRELIABILITYWITHLOWFALSEALARMRATE,ETC,BUTINSOMEAREASSTILLNEEDSFURTHERIMPROVEMENTANDREFINEMENTKEYWORDSFIREALARM,MULTISENSORS,FUZZYJUDGMENT,PERMISSIONASSIGNALGORITHMDESIGN大学本科毕业论文4第1章绪论本章主要介绍了现今火灾报警技术的发展概况，现代消防对火灾检测与报警的要求以及国内外相关的研究现状，讲述了本设计的主要内容、任务和相关安排以及本课题的研究意义。11现今火灾报警技术发展及国内外研究概况火灾是指在时间和空间上失去控制的燃烧所造成的灾害。在各种灾害中，火灾是最经常、最普遍地威胁公众安全和社会发展的主要灾害之一。实践证明，随着社会和经济的发展，消防工作的重要性就越来越突出。“预防火灾和减少火灾的危害”是对消防立法意义的总体概括，包括了两层含义一是做好预防火灾的各项工作，防止发生火灾；二是火灾绝对不发生是不可能的，而一旦发生火灾，就应当及时、有效地进行扑救，减少火灾的危害。从1847年美国牙科医生坎宁和缅因大学教授法莫研制出世界上第一台城镇火灾报警装置至今，已有一百多年的历史。火灾报警系统的发展已经过了以下几个阶段19世纪40年代到20世纪40年代是火灾报警器发展的第一阶段，这期间的火灾报警以单线感温报警为主，即通过简单的探测和报警电路判断环境温度是否超过预先设置的阈值，由于受限于这一时期的电子技术和传感器技术，报警器的可靠性、准确性和灵敏度均不高。20世纪50年代到70年代则是火灾报警器发展的第二阶段，火灾报警已经由单线制变化为多线制。多线制火灾报警器与上一代火灾报警器的区别在于火灾探测器与火灾报警控制器之间不再是一对一而是多对一的关系，而且多线制要求每个探测器与控制器之间使用两条以上的导线连接以保证每个探测点都能准确发出报警信号。但多线制火灾报警系统过于复杂的设计与布线，使得安装和维护都很不方便，并且成本也比单线制报警器高很多。20世纪80年代到20世纪末，微处理器技术逐渐民用化并迅速普及起来，极大地改变了火灾报警系统的设计思路，于是出现了以单片机为核心的总线制火灾报警系统。即为火灾报警器发展的第三阶段。这种自动报警系统已采用微处理器控制，探测器和模块均采用地址编码形式，通过总线与控制器实现信号传送，此类系统可进行现场编程，并通过各种模块对各联动设备实行较复杂的控制，具有系统自检及对外围器件的故障检验等功能。现代建筑因为体量大、层数多、人员多，并使用了大量可燃材料装修，而且垂直疏散困难很大，所以火灾危险性也很大。近十几年来，世界各国都对火灾的预防、报警和控制进行了大量的研究，使智能型火灾报警系统的产品更新换代速度非常快。探测器由普通探测器发展到带编码地址的探测器，信号线由原来的多线制发展到二总线制，探测器的性能和系统的联动控制日趋完善，可靠性越来越高。在国外的产品中，分布智能系统技术得到了较为广泛的应用，这类系统的显著特点有多判数据火灾探测技术，完善的功能设置以适应一般场合的使用，通过编程使探测器适应特殊的场合或环境需要，可以对自身电路及传感器进行检测，具有环境因素补偿，故障报告功能，具有良好的可扩展性，多级判断设计提高报警的准确程度，有完善的通讯协议，低功耗。同国外相比，国内在火灾报警系统的研究上还是有一定的差距的。现在国内大学本科毕业论文5火灾报警技术也将重点放在了分布智能系统上，也有相当多优秀的产品出现，但国内铲平普遍存在的缺乏核心技术的问题使得国内产品和国外的产品相比之下还是存在诸如可靠性、稳定性差、探测器信号处理方法单一，智能化程度低、未能很好解决探测器灵敏度和误报率之间矛盾等问题。12现代消防对火灾检测与报警的要求由于城市规模日益扩大，高层建筑、地下建筑、公共娱乐场所及大型综合性建筑越来越多，建筑布局及功能日益复杂，用火、用电、用气和化学物品的应用日益广泛，火灾的复杂性、危险性大大增加。但是城市的消防站、消防供水、消防通信、消防通道等公共消防设施的建设却发展缓慢，远远不能满足现代防火、灭火的需要，使社会抗御火灾的能力相当薄弱。因此现代消防建设对火灾检测与报警的要求也与日俱增，主要体现在以下几点第一，高层、超高层建筑对消防设施的要求。这类高层建筑的火灾一般有如下几个特点多采用大跨度钢架结构和灵活的环境布置，使建筑物开间和隔墙布置复杂，随着建筑高度增加，在起火前室内外温差所形成的热风压大，起火后由于温度变化而引起烟气运动的风火压大，因而火灾使烟气弥漫、扩散迅速；为了加强艺术效果和舒适性的要求，装饰材料多种多样，且多为易燃或可燃材料；建筑内大量使用各种电气设备，电气设备配电线路和信息数据通信布线系统密如蛛网，一旦发生火灾，会迅速蔓延；建筑内人员众多，一旦发生火灾，疏散难度大；建筑多是多用途的综合性大楼，从而造成安全疏散通道曲折隐藏。由此可见，现代化高层建筑对火灾报警系统在火灾整体的检测灵敏度、多样化检测标准、准确度、可靠性以及极端条件下系统工作稳定性有了更多的要求。第二，工厂、企业都有大型或特大型的仓库，用以存放各种材料、设备，一旦仓库失火，将给工厂、企业带来巨大的经济损失，甚至导致工厂、企业的停产。而这些仓库又往往存在面积大、货物货架高、死角多等对火灾监视不利的因素，此外，各种有毒或特殊材料的特点也对火灾监测有很大影响。所以，也要通过火灾报警系统来克服这些不利因素，对仓库进行有效的火灾监视。第三，由于火灾发生的可能性很大程度上取决于环境因素，因此火灾报警系统需要不仅能对固定环境的活在进行监测，更要能够针对不同环境条件下变化环境中的火灾隐患进行监控，这对报警系统的智能化以及传感器技术提出了新的要求。13课题研究的意义火灾也给人类带来了巨大的灾难,在我们生活的四周到处潜伏着火灾隐患。为了避免火灾,人类在减少引起火灾的因素同时,也尽力在发生火灾时，及时报警，并采取有效措施控制火情的发展，将火灾消灭在萌芽状态,以确保人身安全。最大限度地减少社会财富的损失。上文中已经提到过，我国火灾报警系统技术的主要不足之处在于缺乏自己的核心技术，因此如何设计一个具有自己独创元素的系统将不仅有利于提高系统设计水平，也能够为以后更多消防检测系统的设计提供很多优秀的参考。对应火警报警系统而言，务必要通过有效的方法保证其在任何环境下，都能最大程度的可靠工作。EDA技术已成为现代电子系统设计和电子产品研制开发的最有效的工具,是电子工程师们使用的一种基本工具。基于EDA技术的数字电路相比于基于MCU的数字电路,稳定性更好,容错性更宽泛,速度也更快。因此，开发一种基于EDA技术和大规模可编程逻辑器件的火警报警系统有着非常现实的意大学本科毕业论文6义14设计工作任务及内容安排根据现今国内外火灾报警系统的设计理念，针对现有火灾报警器存在的不足，我设计了一种多传感器检测基于QUARTUSII平台利用EDA技术的一款火警报警系统并进行了仿真试验。该设计的主要工作任务包括传感器的选型。包括火灾报警系统中各传感器的选型及其放大电路设计与绘制，传感器及各模块电路的连接设计。系统中央控制器设计。包括火灾报警系统主控程序设计，各个功能模块的程序设计，数据收集与模糊判断算法设计。对整个设计系统各功能模块进行仿真调试试验。本文的内容安排如下第一章，简单介绍的火灾报警的背景以及现今火灾报警技术的国内外研究现状，以及全文内容的安排。第二章，描述火灾报警系统的设计方案，包括传感器的选型以及详细说明系统功能及开发平台的介绍。第三章，详细讲解该系统各个模块的设计思路和工作电路原理，分析实现各个功能的设计方法。第四章，详细介绍了整个火灾报警系统的编程设计思想，实现各个功能的模块程序设计。第五章，对完成的系统原型进行了简单的一些调试，并在调试过程中发现并解决软件漏洞，改进系统的设计。并对系统做简单的环境稳定性测试。大学本科毕业论文7第2章系统方案设计21火灾报警系统对设计的要求火灾会给带来巨大的生命财产损失，为此设计的火灾报警系统不仅需要能够实现火灾监控与报警功能，还需要能在火灾环境下正常工作，即火灾报警系统不仅需要有良好的硬件性能，其软件也需要满足运行环境对稳定性、兼容性和即时性要求，下面分别介绍这几个要求的具体内容。1软件运行稳定性由于火灾报警系统的工作环境相比其它类型电子系统更为复杂，往往在火灾中会处于高温、高辐射或由电气火灾引起的电磁干扰下，而这些环境因素对系统运行稳定性的影响是巨大的。在设计系统时，除了硬件选型时选择抗干扰性能优异的元件之外，在系统设计时也需要从程序运行稳定性的角度进行相关设计。2兼容性上一点中已经说到，火灾报警系统常工作于极端环境下，因此其硬件尤其是传感器等易损耗部件的更换会经常发生，而当没有同样型号的配件时，通常也只能用同类型器件替换，此时除了涉及到兼容性问题。在设计时，不仅需要考虑到硬件的兼容性（工作电压、电流、信号强度等），在软件方面同样需要顾及到软件系统与替换器件的兼容性（信号格式、工作周期等），以保证系统能正常运行。3数据处理即时性火灾发生时，能不能及时进行火灾告警将直接影响能否控制火灾规模、减少火灾造成的生命财产损失。因此系统信息处理的即时性也相当重要，除了硬件设计方面尽量降低信号延迟、减少硬件环节意之外，设计一个有效率的数据处理算法显得相当重要。但是数据处理算法的设计又不能一味采用高速处理算法，在同样的硬件环境下，随着处理速度的提高，误警率会呈对数形式提高，所以在软件中数据处理算法要在权衡准确性与速度的前提下做出相对最优的设计。22系统开发环境简介QUARTUSIIDESIGN是最高级和复杂的，用于SYSTEMONAPROGRAMMABLECHIPSOPC的设计环境。QUARTUSIIDESIGN提供完善的TIMINGCLOSURE和LOGICLOCK基于块的设计流程。QUARTUSIIDESIGN是唯一一个包括以TIMINGCLOSURE和基于块的设计流为基本特征的PROGRAMMABLELOGICDEVICEPLD的软件。QUARTUSII设计软件改进了性能、提升了功能性、解决了潜在的设计延迟等，在工业领域率先提供FPGA与MASKPROGRAMMEDDEVICES开发的统一工作流程。ALTERAQUARTUSII作为一种可编程逻辑的设计环境,由于其强大的设计能力和直观易用的接口，越来越受到数字系统设计者的欢迎。ALTERAQUARTUSII（30和更高版本）设计软件是业界唯一提供FPGA和固定功能HARDCOPY器件统一设计流程的设计工具。工程师使用同样的低价位工具对STRATIXFPGA进行功能验证和原型设计，又可以设计HARDCOPYSTRATIX器件用于批量成品。系统设计者现在能够用QUARTUSII软件评估HARDCOPYSTRATIX器件的性能和功耗，相应地进行最大吞吐量设计。大学本科毕业论文8ALTERA的QUARTUSII可编程逻辑软件属于第四代PLD开发平台。该平台支持一个工作组环境下的设计要求，其中包括支持基于INTERNET的协作设计。QUARTUS平台与CADENCE、EXEMPLARLOGIC、MENTORGRAPHICS、SYNOPSYS和SYNPLICITY等EDA供应商的开发工具相兼容。改进了软件的LOGICLOCK模块设计功能，增添了FASTFIT编译选项，推进了网络编辑性能，而且提升了调试能力。支持MAX7000/MAX3000等乘积项器件20版QUARTUSII设计软件现在除了支持ALTERA的APEX20KE，APEX20KC，APEXII，ARM的EXCALIBUR嵌入处理器方案，MERCURY，FLEX10KE和ACEX1K之外，还支持MAX3000A，MAX7000系列乘积项器件。MAX3000A和MAX7000设计者现在可以使用QUARTUSII设计软件中才有的所有强大的功能。软件体积缩小，运行速度加快QUARTUSII20安装软件为290M,完全安装为700M,如果定制安装，不选择EXCALIBUR嵌入处理器，则安装所需空间为460M,比QUARTUSII11版本减少一半以上的空间要求，却能支持ALTERA全部芯片的开发。同时软件的装载，编译，仿真速度比11版本大大加快。LOGICLOCK设计流程把性能提升15QUARTUSII20设计软件通过增强层次LOGICLOCK模块级设计方式，将性能平均改善15。LOGICLOCK设计流程把整个模块的放置交由设计者控制，如果必要的话，可以采用辅助平面布置。LOGICLOCK设计流程运行设计者单独地优化和锁定每个模块的性能，在大型SOPC设计的构建过程中也保持整个系统的性能。20版QUARTUSII设计软件把新的LOGICLOCK设计流程算法集成到未来的ALTERA器件中，该算法充分利用了模块级设计的优势。采用快速适配选项缩短编译时间QUARTUSII20增加了一个新的快速适配编译选项，选择中这个选项，将会比缺省设置要缩短50的编译时间。快速适配功能保留了最佳性能的设置，加快了编译过程。这样布局适配算法反复的次数更少，编译速度更快，对设计性能的影响最小。新的功能减小了系统级验证20版QUARTUSII设计软件引入了新的功能，加快验证过程，这通常是SOPC设计流程中最漫长的阶段。在最初的编译时间中，新的SIGNALPROBE技术允许用户在保留设计最初布线，时限和设计文件的同时把内部节点引到未用的管脚进行分析。SIGNALPROBE技术完成了现有SIGNALTAP嵌入逻辑分析的功能。而且，设计者能够使用新版本中提供的HDL测试模板快速地开发HDL仿真矢量。20版QUARTUSII设计软件也可以自动地从QUARTUSII仿真器波形文件中创建完整的HDL测试平台。20版QUARTUSII设计软件也支持高速I/O设计，生成专用I/O缓冲信息规范（IBIS）模型导入到常用的EDA信号集成工具中。IBIS模型根据设计中每个管脚的I/O标准设置来定制，简化第三方工具的分析。23系统方案设计本节主要针对该火灾报警系统的设计所需的元器件、系统需要实现的功能与设计要求以及系统工作流程等问题。本系统属于分布式多传感器火灾报警系统，与传统火灾报警系统相比有以下优点大学本科毕业论文9第一，多判数据处理。由于系统使用多传感器监测，因此系统对火灾的检测也是基于多判数据处理的，将系统中的多个传感器采集到的数据送入控制模块统一处理，将多组参数进行组合判断，使各个传感器互为补充，能让系统根据同一时刻各传感器返回的信息准确区分火灾险情与干扰源，拓宽了检测范围，提高了灵敏度，同时还能获得较低的误警率。第二，实时环境数据监测与模糊判断。传感器的输出并非是其对环境信息的连续检测结果，而是根据其检测周期有间隔地输出，因此传统火灾报警系统就存在检测的实时性问题，而基于EDA技术和多传感器的本系统使用硬件描述语言（VHDL）对数据进行处理，可达到对传感器输出的信号及环境数据进行实时监测的效果；与此同时，本系统并不完全依赖数据阈值的判断，而是加入了带有持续时间检测的模糊判断，能够有效区分火灾与干扰源。231传感器选型方案简介对火灾报警系统来说，传感器的性能在整个系统的工作效能上有着举足轻重的作用，因此传感器的选型尤为重要，根据本系统的设计要求，使用温度传感器、一氧化碳传感器和烟雾传感器。设计中这三种传感器均为模拟信号传感器，通过放大整形电路与A/D转换后作为送入MCU处理的数据。本设计中对传感器的性能有着如下要求烟雾检测05/英尺，误差10；温度检测0200，误差4；一氧化碳0500PPM，误差5PPM。这些性能指标即设计中各传感器的选型的主要依据，其次在选型中也应考虑到元件性价比的因素，在满足性能指标的基础上尽可能提高元件性能。2311温度传感器本设计使用高精度热电偶温度传感器YHWEP01/PT100，其形为薄膜铂电阻，是用真空沉积的薄膜技术把铂膜溅射在陶瓷基片上。膜厚在2M以内，用玻璃烧结料把NI（或PD）引线固定，经激光调阻制成的薄膜元件。传感器工作时因环境温度的变化，使自身内阻发生相应变化，在固定电流下转化为一定的电压，经过放大整形后送入A/D转换，成为能被单片机识别的温度数据信号。测量范围50500；R01000；工作电流05MA；线性度017；测量误差01000017|T|；外形结构5020金属壳封装；延长线05100。由上述性能指标可知该传感器符合设计的性能要求，同时其体积小巧、温感灵敏且误差很小，适合火灾检测的温度测量。2312烟雾传感器本设计使用的烟雾传感器为离子式烟雾传感器HIS07，该传感器是基于类比最佳性能设计的单源双室DSCB型电离室，电离室中安装的电离源为AM241，专用于感烟探测。当流经内外电离室的电子流不平衡时，集电极充电直到电离电流达到平衡，在无烟或无燃烧物时，集电极除手电离电流潮汐影响外保持平衡电位。当烟雾进入外电离室时对电离电流产生影响，使电离电流下降，集电极重新充电直到新的平衡电位，这时的电位变化经整形后送入A/D转换，即可得到烟雾浓度的数据。测量范围05；工作电压9V；测量误差01V；UL217标准大气中输出电压5604V；工作湿度95RH；棉芯2/FOOT烟灵敏度大学本科毕业论文100601V；集电极平衡电位5503V；绝缘体漏电电流05PA；电离源活度05CI18KBQ10；电离室25CM处辐射剂量率003MGY/年。由上述性能指标可知该传感器符合设计的性能要求，HIS07传感器的生产制作符合GB471593国家标准，采用单源双室结构，体积小，便于安装；在适用范围的环境条件下集电极平衡电位变化值基本在参数范围内，稳定性较高；集电极平衡电位一致性好，响应时间较短，适于火灾检测中的烟雾测量。2313一氧化碳传感器本设计使用的一氧化碳传感器为ME4CO型电化学传感器，该传感器根据电化学的原理工作，利用待测气体在电解池中工作电极上的电化学氧化过程，通过电子线路将电解池的工作电极和参比电极恒定在一个适当的电位，在该电位下可以发生待测气体的电化学氧化，由于氧在氧化和还原反应时所产生的法拉第电流很小，可以忽略不计，于是待测气体电化学反应所产生的电流与其浓度成正比并遵循法拉第定律。于是通过将电流转换为电压信号并整形方法送入A/D转换就可以确定一氧化碳气体的浓度数据。测量范围01500PPM；工作电压9V；测量误差008002UA/PPM；零点漂移20409PPM；工作湿度1595RH；响应时间3026TD60NYYY382LELECLDHAND，该信号色优判断，其电路框图如右图（37）。先级别最高，当该信号为高电平时，系统给出报警信号ALARM驱动报警。否则,系统根据数据读取控制信号ELECT，读取数据DATA并与系统设定值进行比较判断灾情，若有灾情给出相应的报警信号ALARM输出,驱动报警装置进行灾情警报。并根据比较结果给出温度、烟雾浓度、一氧化碳浓度的指示信号LEDA、LEDB、LEDC。火灾分析判断电路的数据处理判断逻辑流程如下图38所示ACDEFGPB图（39）LED数码管大学本科毕业论文19323火灾等级显示指示模块设计火灾等级显示电路的实质其实就是一个简单的LED共阴极显示模块的一译码器。七段数码管常用的一般8字型ABCDEFGP,其中P为小数点，共阳极LED高电平有效，如右图38所示。在本设计中不需要用到小数点位，因此用位宽为7的矢量表示7段数码管即可。右图39是火灾等级显示指示控制电路模块框图，GRADE为火灾等级输入信号，根据此信号系统给出等级显示驱动信号SEG，同时，输出相应的等级指示信号灯的指示信号GREENLED、BLUELED、YELLOWLED、REDLED。324传感器的选型3241温度传感器YHWEP01/PT100YHWEP01/PT100传感器为本设计采用的高精度热电偶温度传感器。传感器工作时因环境温度的变化，使自身内阻发生相应变化产生相应，经过放大整形后送入A/D转换，成为能被控制器识别的温度数据信号。其实物图见图（311），相关参数如表32所示。图311YHWEP01/PT100温度传感器实物图表32YHWEP01/PT100温度传感器工作参由热电偶的温度计算公式型号外形尺寸R0/延长线/CM测量范围/误差/温度系数YHWEP011000YHWEP0250201050010可加长5050001000017|T|0003925ACDEFGPB图（39）LED数码管大学本科毕业论文2031其中，R0是0时的电偶内阻，阻值1000；温度系数0003925。由此可得，当温度为200时，电偶内阻RT|T2001785，又知电偶在T0时工作电流为05MA，驱动电压为5V，故选用9K电阻作为负载电阻，即图312传感器检测电路中的电阻RH，电阻RT则为YHWEP01/PT100热电偶。图312温度检测电路原理图3242烟雾传感器HIS07HIS07烟雾传感器是日本为检测烟雾而设计的新型传感器，是为专用于烟雾检测的传感器实物图及外形尺寸见图313及图314，其特性参数如表33所示。图313HIS07烟雾传感器实物图图314HIS07烟雾传感器工程样图9KTINA/D转换模块REFREFOUT5V1V05VMCURTRH大学本科毕业论文21表33HIS07烟雾传感器工作参数注测试条件根据UL217标准，风速01M/S根据传感器的特性，其输出值正好是5V左右，因此不需要额外的放大电路，直接由A/D转换即可得到需要的数字信号，烟雾检测的电路原理图如图315所示。图315烟雾检测电路原理图3243一氧化碳传感器ME4COME4CO传感器属于电化学型传感器，对电解容纳室作了重新设计，减少了电解液泄露的风险，体积小，大幅度的减低了成本。输出信号直线性、重复再现性优越、不受湿度影响、电池可驱动。传感器检测烟雾的原理由以下反应式描述COH2OCO22H2E此时生成的电子分布在检知电极，氢离子分布在电极旁边的电解液中，形成两层电。在此检知电极和对向电极同外部电路相结合时，电子从检知电极向对向电极流动。氢离子在电解液中移动接受对向侧电子，发生如下化学反应生成水。4HO24E2H2O其实物图与主要性能参数分别如图316和表34所示。灵敏度特性电源电压特性湿度特性烟雾浓度/英尺输出电压V误差V电源电压V输出电压V湿度RH输出V056040633033057505153050301956046056004250050601128007905450434705090215100085温度特性4440512021813010温度输出V54205140205150425560045058504HVCRLVHGNDHIS07TLC549REFREFOUTMCU5V9V大学本科毕业论文22图316ME4CO一氧化碳传感器实物图表34ME4CO一氧化碳传感器性能参数325放大电路的设计由于传感器输出电压很小达不到系统工作的要求，所以在传感器检测电路的设中加入了放大电路，同时出于对可调整性与可更换性的考虑，设计如图317所示可调倍率放大电路。产品类型电化学气敏元件分辨率1PPM塑料封装（ME4）使用压力范围标准大气压10产品封装0500PPM响应时间（T90）ALE0ALE0ALE0ALE0ALE0ALE0ALE0ALE0SEGSEGSEGSEGSEGTDATACDATASDATANULLENDCASEELSEADCSTART“00111100”THENA“00011010”THEN大学本科毕业论文30B“10000010”THENCALARMALARMALARMALARMALARMALARMALARMALARMADCRST,CLKCLKIN,EOCADCEOC,STADCST,ALEADCALE,OEADCOE,ADDADCADDU2LEDDISPLAYPORTMAPRSTREST,CLKCLKIN,GRADEALARM,GREENLEDGLED,BLUELEDBLED,YELLOWLEDYLED,REDLEDRLED,SEGLEDDRIVERU3LOGICJUDGEPORTMAPCLKCLKIN,DATAADCDATA,ELECTADCADD,EOCADCEOC,HANDHANDWORK,ALARMALARMNEWS,TLEDLEDA,SLEDLEDB,CLEDLEDCENDARCHITECTUREBEHAVE大学本科毕业论文33第5章系统的仿真与调试系统的调试和传感器等硬件部分的测试是不能分开的，许多硬件错误是在软件调试中被发现和纠正的。在设计中需要在保证电路的可行性，之后就可以通过下载程序到系统中进行调试了，系统的调试不仅是对系统功能的检验，也是对系统在运行中可能出现的问题的检测，并针对问题做出可行的解决方案。51功能调试511在调显示功能调试512逻辑判断分析功能调试认为的将分别将三个参数调高以对逻辑电路模块功能进行测试。若能正常得到指示灯信号，说明模块工作正常。513蜂鸣器功能调试蜂鸣器在本设计中的作用主要在于发出警报声响以提示操作人员，蜂鸣器发声是由控制器产生的驱动信号驱动并根据外部给的频率信号发出不同声音。功能调试时，能够成功驱动蜂鸣器发出声音，故证明蜂鸣器报警模块工作正常。514A/D转换功能调试A/D转换与系统采集各个传感器的数据直接相关，只有保证A/D转换的正常工作，才能使系统具有可行性，在对A/D模块的调试过程中，将A/D转换芯片的输入端通过分压式接法的可调电阻连接于稳压电源，通过改变电阻器的阻值，观测A/D转换结果的变化，52系统整体运行调试对系统整体进行连线调试53小结本章大致介绍了各模块的功能调试与系统整体运行的调试，对在调试中发现了一些存在的误差情况从软件设计上进行了一些修改，但整体运行仍存在着一定误差。但系统总体能够实现火灾检测与报警的完整功能，并可以正常运行，达到了设计要求。（在仿真试验过程中由于仿真软件版本问题不能正常显示仿真图形无法截到仿真图，部分程序调试均能正常运行。）大学本科毕业论文34结论火灾报警系统对现代建筑起着极其重要的安全保障作用，研制火灾报警系统的目的是改变我国防火报警技术的落后现状，提高我国防火报警产品的水平。本文对火灾报警系统进行了深入的分析，设计了火灾报警系统，该报警系统能接收、显示和传递火灾报警信号。从开始对整个题目分析，到最后的设计完成整个系统的过程中，我对EDA技术和接口技术、测控系统原理及设计的有了更深刻的认识。以为EDA技术为核心，结合接口电路理论和硬件描述语言（VHDL）知识设计出了本系统。系统中采用了温度传感器YHWEP01/P