火灾自动报警系统的设计开题报告

中 北 大 学 信 息 商 务 学 院 毕业设计开题报告 学学 生生 姓姓 名：名：严飞飞 学学 号：号： 11050643X36 学学 院院、系系 ：信息与通信工程系 专专 业业 ：电子信息工程 设设 计计 题题 目目：火灾自动报警系统的设计 指指 导导 教教 师师:张敏娟 2015 年 3 月 15 日 毕毕 业业 设设 计计 开开 题题 报报 告告 1结合毕业设计情况，根据所查阅的文献资料，撰写 2000 字左右的文献 综述： 文文 献献 综综 述述 1.11.1 研究的目的和意义研究的目的和意义 1.1.1 引言 随着我国经济建设的发展，高层建筑成了城市的主要标志，高层建筑中的各种通讯 线路、动力和照明线路、以及各种系统中的线路纵横交错，致使火灾的发生概率也在大 幅度的增加。加之现代建筑的封闭性较强，一旦发生火灾，整个大楼就像一个大的火炉， 给灭火带来了巨大的难度，对火灾发生后及时的发现、及时控制的要求促使了火灾自动 报警产品的应运而生。加之现代计算机技术、通讯网络技术和自动控制技术的飞速发展 又为人类实现更加理想化的生活提供了可能。 智能型火灾报警应运而生了，智能型火灾报警系统是一个集信号检测、传输、处理 和控制于一体的控制系统，代表了当前火灾报警系统的发展方向。所以随着科学技术的 迅猛发展以及国内外经济的迅速增长，市场上迫切而需要一种容量大、性能优越、可靠 性高、便于安装、使用和维护的智能型火灾报警控制系统。1 1.1.2 研究的目的与意义 我国的火灾自动报警控制系统经历了从无到有、从简单到复杂的发展过程，其智能化 程度也越来越高。目前国产火灾自动报警系统均采用汉字显示，价格低廉，适合我国国情， 但是火灾自动报警系统由于多数没有分布智能，可靠性低，且产品没有形成系列化、品种 不全，产品的外观也较差，编程复杂，调试不方便，设备兼容性差。 国外产品多数具有分布智能，可靠性高，产品具有系列化、品种 ，产品外观美观。缺 点是多数没有汉化，操作维护不便，价格较高，设备兼容性差。 根据以上的分析，开发具有国际先进水平的火灾自动报警设备、价格介于进口设备和 国产设备之间，从而具有很高的性能价格比。因此，研制一种结构简单、价格低廉的智能 型火灾报警器是非常必要的。2 1.21.2 国内外研究现状国内外研究现状 2 （1）目前使用中的火灾探测报替系统一般都备有用于指示设备运行状态或控制自动消防 设备的输出接点。监控终端正是利用这些无源或有源输出接点，通过检测电流、电压或通 断的方法实现对火灾探测报警设备运行和报替状态的监测。模拟量监测方式由于其简单有 效，易于实现，目前被广泛采用。但采用此种方式.只能了解火灾探测报警系统设备的简单 工作状态(如运行、故障、报警等)、尚不能满足当前消防部门的消防安全监管需求。有烟 雾传感器，它的特点是与烟雾接触时其表面电导率发生变化并通过 A/D 转化送到控制系统； 温度传感器，其特点是精度高并且适应于各种环境。3 （2）通过串行数据通信(RS-232, RS-422, RS-485 等方式)进行数据采集的方式可以很 好地弥补模拟量监测方式的不足。利用火灾探测报警系统的对外串行数据通信接口，监控 终端可以与其实现数据互通互联，通过剖析火灾探测报警设备的数据通信协议，可以从输 出数据中得到被监测设备详细准确的报警部位、报警类型、系统运行状态、故障信息、工 作记录等信息 这些信息为判别火警真伪、了解报警点位置、掌握设备具体运行情况带来极 大方便，从而在实现缩短报警时间，准确迅速扑救火灾方面提供了可靠技术保障。但由于 火灾探测报警系统设备生产厂家众多，型号多样，其对外数据通信协议没有统一的标准规 范，通信协议的纷繁复杂给监控终端应用串行通信方式进行数据采集带来了极大不便，这 已成为严重制约火灾自动报警监控联网系统推广应用的难点间题。在火灾自动报警监控联 网技术领域，提高监控终端对众多型号火灾探测报警系统设备输出数据通信协议的兼容性， 尚需进一步深人研究，以获得较为满意的解决。4 (3)无线传感器网络主要由三个部分组成：节点、网关和软件。空间分布的测量节点通过 与传感器连接对周围环境进行监控。监测到的数据无线发送至网关，网关可以与有线系统 相连接，这样就能使用软件对数据进行采集、加工、分析和显示。5 (4)国内外火灾自动报警系统的研究 我国火灾报警系统起步较晚，自改革开放以来，高层建筑甚至超高层建筑如同雨后春笋， 蓬勃发展，使得火灾自动报警系统的需求量迅速增加，同时也催生了火灾自动报警系统的 技术创新，带动了这一行业的蓬勃发展。在我国，采用的无线通信方式的火灾自动报警系 统日益受到重视。由于其具有安装简便、对建筑物无损坏作业、灵活性好，易于扩展等优 点，适用于许多场合，如名胜古迹、体育馆、博物馆、展览中心、处于施工阶段的建筑物、 医院等。火灾自动报警系统的智能性主要体现在火灾判决和统筹管理方面，一般分为分散 式、集中式和分布式，分布式系统由非智能型控制器若干智能型探测节点组成，由探测节 点完成火灾状态的判断；集中式系统由智能型控制器和若干非智能探测节点组成，探测节 点仅将火灾参量传送给控制器，由控制器智能地判断火灾状态；分布式系统的控制器和探 测节点均为智能型，也是今后火灾自动报警系统的发展方向。6 现在，不论是普通型（比如民用住宅）还是豪华型（比如高级宾馆的高层建筑，都日 益重视防火和安全技术的普及应用。因为其楼层多、人员密集，如果发生火灾，疏散困难， 扑救也困难，势必造成严重的人员伤亡和财产损失。为了保障高层建筑安全可靠，必须设 计出具有可靠性高、实时性好的火灾自动报警与消防系统，其要求是：（1）当有火情发生 时，能以最快的速度检测报警，并能检测火情发生的具体地点（特定的地址编码） ；（2） 经查实确认后，能及时的通报消防部门灭火；（3）系统本身应有自身故障检测的功能，如 系统欠电压报警和自检功能等，保证自动报警系统功能完好；（4）较高的系统抗干扰能力， 防止系统发生误报警。7 为了能够及时的发现火灾隐患，将一切的损失降低，研发火灾报警系统的目的也是如此。 火灾探测器分为感烟探测器，感温探测器和光辐射探测器三大类。本设计按照功能分为探 测器模块、控制器模块和报警器模块三部分。其中探测器模块能够有效地识别火灾信息， 减少误报；单片机是主控制模块为实现对火灾情况进行实时、准确、快速的控制；报警模 块是完成火灾报警和显示信息功能。因此，火灾报警系统能够帮助我们及时的发现火灾隐 患，有效的控制火灾，具有一定的意义。8 国内外火灾报警系统，从发展过程来看，大体可分为三个阶段。 第一阶段：多线型火灾自动报警系统。每个探测器除需提供两根电源线外，还需提供一 根报警信号线，探测器电源由报警器提供，探测器的信号线均连接到报警显示盘上，报警 时点亮相应的指示灯。如日本“日探”公司生产的 CPF 火灾报警系统，此类系统的功能一 般以报警为主，辅以一些简单的联动功能，如驱动警铃等，其报警器对外围探测器无故障 检测功能，只会对电源线的断线做出故障反应，安装此类系统比较繁琐，特别是校线工作 量较大。9 第二阶段：总线型火灾自动报警系统。这种自动报警系统自己采用微处理器控制，其 线制一般有四线制、三线制、二线制，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，其探测器的报警形式为开关量，它的灵敏度在制造时，通过硬件决定， 不可调整，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， 此类系统已具有自检以及对外围器件的故障检验等功能，但对故障类型不能区分，目前国 4 内生产的火灾自动报警系统大多数为此类产品，由于此类产品具有报警和控制功能，它的 施工、安装较为方便，且价格较低，已被大量使用。10 第三阶段：智能型火灾自动报警系统。由于采用了先进的计算机控制技术，智能化程度 大大提高，探测器的报警形式采用数字量，并可通过软件对其灵敏度根据使用场合，时间 进行设定和调整，如可设定白天、夜间、休息日不同灵敏度。对探测器的使用环境参数变 化较大的场所，灵敏度设定相对低一些，对环境较稳定或一些重要的场合，灵敏度设定相 对高一些，这一功能可提高系统的稳定性及可靠性，减少误报。11 1.1.3 3 研究方法研究方法 本设计由火灾检测模块、控制模块和声光报警模块组成。火灾检测模块包括烟雾检测和 温度检测；控制模块由单片机 AT-89C51 为主控制器进行信息的处理；声光报警器分为声音 报警和光报警。当检测到烟雾和温度时，通过检测模块将信息传递到单片机控制模块进行 信息的处理再传送到报警器使其发出警报并通过红色 LED 灯发光报警。通过探测到的烟雾 信息经处理传输到单片机控制模块，由于会有温度的变化因此温度探测器所获取的信息也 会传输到单片机中经过控制模块对信息的处理将此信息送到声光报警器模块中使其及时的 判断并发出警报使人们及时的发现火灾情况作出相关的措施。12 参考文献：参考文献： 1邹永艳. 高层民用建筑火灾自动报警系统的设计浅见J. 科技创新导报, 2008 (18): 65-65. 2石冀军. 火灾自动报警监控通讯及联网技术的应用与发展J. 中国职业安全卫生管理 体系认证, 2005 (4): 67-70. 3李友化. 火灾自动报警技术的应用现状及研究发展趋势J. 现代商贸工业, 2007, 19(7): 195-196. 4廉保旺.智能火灾报警控制系统设计与实现J，西北工业大学学报，1999,17(4):521- 5241. 5彭军.传感器与检测技术.西安电子科技大学出版社，2003：263-315. 6绍顺兵, 熊光明, 李永萍,等.自动火灾报警系统设计与研究J. 装备制造技术, 2006 (4). 7杜建华, 张认成. 火灾探测器的研究现状与发展趋势J. 消防技术与产品信息, 2004,7: 10-15. 8李丽敏, 玄子玉, 张玲玉. 单片机控制的火灾报警控制器J. 自动化技术与应用, 2008, 27(3): 88-90. 9熊辉. 浅谈火灾自动报警及消防联动控制系统的配置J. 中国高新技术企业, 2009 (15): 71-72. 10李权威, 秦俊. 基于 CAN 总线的分布式智能火灾监控系统的设计与实现J. 消防科 学与技术, 2006, 1. 11徐东升. 智能建筑中火灾自动报警系统的设计J. 河北职业技术学院学报, 2006, 6(1): 12-13. 12郑郁正.单片机原理与应用.四川大学出版社，2003: 25-56。 13余国卫, 谭延军. 基于 AT89S52 单片机的火灾自动报警系统J. 微处理机, 2006, 10(5): 123-125. 14吕津.一种新颖的火灾自动报警控制器的硬件设计D.成都：四川大学，2003。 15 Wang Xi huai, Xiao Jianmei,Bao Minzhong. Multi-sensor Fire Detection Algorithm for Ship Fire Alarm System Using Neural Fuzzy NetworkJ.Signal Processing Proceedings. 2000(3):1602-1605。 6 16胡汉才.单片机原理及接口技术M.北京：清华大学出版社，2006。 17胡皓, 王兴. 基于烟雾检测火灾自动报警系统J. 传感器世界, 2004, 10(12): 32- 34. 18盛建 自动消防报警系统 M天津大学出版社 1999 19赵亮 单片机应用系统设计与产品开发M 人民邮电出版社 2004 毕毕 业业 设设 计计 开开 题题 报报 告告 本课题要研究或解决的问题和拟采用的研究手段（途径）： 2.12.1 本课题要研究的问题本课题要研究的问题 火灾自动报警及消防联动系统,作为智能建筑中的一个重要子系统, 其重要性是众所 周知的。要在智能建筑中创造一个安全舒适的环境,消防安全是其中的一个重要的方面。 火灾自动报警及消防联动系统,作为火灾的先期预报、火灾的及时扑灭、保障人身和财产 安全,起到了不可替代的作用。 火灾自动报警系统是人们为了早期发现火灾，并及时采 取有效措施，控制和扑灭火灾，而设置在建筑物中或其他场所的一种自动消防设施，是 人类同火灾作斗争的有力工具。本课题着眼于硬件的设计与研究。 2.22.2 本课题要解决的问题、本课题要解决的问题、 （1）解决烟雾与温度的采集 （2）解决单片机怎样接受和处理来自火灾探测器的信息 （3）解决怎样利用无线技术控制火灾报警系统 2.32.3 本课题拟采用的研究手段本课题拟采用的研究手段 本设计是以无线传感网络为基础，火灾探测器作为网络中的节点，可按照具体的需求 安装在任意位置。控制器首先上电，构建无线环境，然后布置在各处的无线火灾探测器逐 个加入网络，获得控制器的分配的网络地址，按照控制器的整体调度开始运行。 本系统由火灾检测模块、A/D 转换模块、信号处理模块、声光报警模块和灭火装置 模 块组成。火灾检测模块由温度检测和步进电机构成，其温度传感器选用 AD590，烟雾传感 器选用 MQ-2 烟雾传感器。A/D 转换模块选用常用的模数转换芯片 ADC0809。声光报警模块 分为声音报警和光报警，声音报警模块由 LM386 运放器及音响设备组成。光报警模块采用 高亮度红色光 LED 闪烁实现。灭火装置模块由步进电机。通过对烟雾和温度的检测来启动 报警和消防联动。基于上述的原理要求我们来设计硬件框图 方框图如下图所示： 8 图 1 硬件原理图 1、各模块元器件及其功能： (1)AT-89C51 单片机 信息处理控制模块式本设计的核心，根据本系统功能的要求，采用 AT89C51 单片机作 为系统中心控制模块。AT89C51 单片机接受经 ADC0809 转换后的温度和烟雾数字信号，根 据程序作出判断，控制报警电路。 (2)温度传感器 AD590 AD590 广泛应用于不同的温度测量场合，由于其精度高、价格低、线性好，常用于测 温和热电偶的冷端补偿。 (3)烟雾传感器 MQ-2 MQ-2 型烟雾传感器属于二氧化锡半导体气敏材料，属于表面离子式 N 型半导体。当 处于 200-300温度时，