基于单片机的火灾报警器

宿州学院 微机应用课程设计报告 课题名称：基于单片机的火灾报警系统 专业： 自动化 班级： 10 自动化（1）班 姓名： 学号: 2010080746 地点： 工 C310 时间： 2013-6-8 指导老师：李文艺 汪材印 李娜 设 计 任 务 书 设计目的： 目前，随着电子产品在人类生活中的使用越来越广泛，由此引起的火灾也 越来越多，在我们生活得四周到处潜伏着火灾隐患。为了避免火灾以及减少火 灾造成的损失，我们必须按照“隐患险于明火，防患胜于救灾，责任重于泰山” 的概念设计和完善火灾自动报警系统，将火灾消灭在萌芽状态，最大限度地减 少社会财富的损失。 设计要求： 本文设计了一种基于单片机AT89C52、AD转换器ADC0808、 集成温度传感 器AD590 和气体传感器TGS202等,利用多传感器信息融合技术,完成语音报警的 实用、可靠的单片机语音自动报警系统,着重讲述了该系统的组成形式及工作原 理。实践表明,单片机技术在系统报警和其它一些自动控制领域中有着广泛的应 用前景。 该系统能自动完成对布测点检测，确认火警后能自动报警，并显示火情情 况。本系统可安装在各防火单位，它负责不断地向所监视的现场发车巡检信号， 监视现场的温度、浓度等，并不断反馈给报警控制器，控制器将接到的信号与 内存的正常整定值比较、判断确定火灾。当发生火灾时，可实现语音报警、故 障自诊断、浓度显示、报警限设置、延时报警等，是一种结构简单、性能稳定、 使用方便、价格低廉、智能化的烟雾传感器，具有一定的实用价值。 1、设计方案； 1.1、火灾产生原理及过程 火灾是一种失去人为控制的由燃烧造成的灾害，产生火灾的基本要素是可 燃物、助燃物和点火源。可燃物以气态、液态和固态三种形态存在，助燃物通 常是空气中的氧气。根据可燃气体与空气混合方式不同有两种燃烧方式，如果 在燃烧前，可燃气就与空气均匀混和，则称之为预混燃烧；如果可燃气体和空 气分别进入燃烧区边混合边燃烧，则称之为扩散燃烧。液体和固体是凝聚态物 质，难与空气均匀混合，它们燃烧的基本过程是当从外部获取一定的能量时， 液体或固体先蒸发成蒸汽或分解出可燃气体(如 CO、H2等)的分子团、灰烬和未 燃烧的物质颗粒悬浮在空气中，称之为气溶胶。一般气溶胶的分子较小(直径 0.01m)。在产生气溶胶的同时，产生分子较大(直径 0.01 一 10m)的液体或固 体微粒，称为烟雾。可燃气体与空气混合，在较强火源作用下产生预混燃烧。 着火后，燃烧产生的热量使液体或固体的表面继续放出可燃气体，并形成扩散 燃烧。同时，发出含有红、紫外线的火焰，散发出大量的热量11。这些热量通 过可燃物的直接燃烧、热传导、热辐射和热对流，使火从起火部位向周围蔓延， 导致了火势的扩大，形成火灾。其中的气溶胶、烟雾、火焰和热量都称为火灾 参量，通过对这些参量的测定便可确定是否存在火灾。 1.2、系统总体功能概述 火灾报警系统一般由火灾探测器、报警器组成。火灾探测器通过对火灾发 出的物理、化学现象气（燃烧气体）、烟（烟雾粒子）、热（温度）、光 （火焰）的探测，将探测到的火情信号转化成火警电信号传递给火灾报警控制 器。报警器将接收到火警信号后经分析处理发出报警信号，警示消防控制中心 的值班人员，并在屏幕上显示出火灾的位置。整体电路的框图如图所示 ： 图 1-1 电路整体框图 2、硬件电路设计 2.1、系统硬件总体构架 报警系统主要由数据采集模块、单片机控制模块、声光报警模块组成。图 2.3 为火灾报警系统的结构框图 图 2-1 结构框图 2.2、硬件设计选择特点 2.2.1、AD590 温度传感器 AD590 是美国 Analog Devices 公司生产的一种电流型二端温度传感器。电 路如图 3-1 所示。由于 AD590 是电流型温度传感器，他的输出同绝对温度成正 比，即 1A/k，而数模转换芯片 ADC0809 的输入要求是电压量2，所以在 AD590 的负极接出一个 1k 的电阻 R 和一个 100 的可调电阻 W ，将电流量 变为电压量送入 ADC0808。通过调节可调电阻，便可在输出端 VT 获得与绝对 温度成正比的电压量，即 10 mV/K。 传感器 放 大 电 路 A/D 转换 单片机 状态指示灯 声音报警 指标正常 按键 串口通信 图 2-2 AD590 应用电路图 AD590 有以下特点： 1、AD590 的测温范围-55+150。 2、AD590 的电源电压范围为 4V-30V。电源电压可在 4V-6V 范围变化，电流 变化 1，相当于温度变化 1K。AD590 可以承受 44V 正向电压和 20V 反向电 T IA 压，因而器件反接也不会损坏。 3、输出电阻为 710M； 4、精度高。AD590 共有 I、J、K、L、M 五档，其中 M 档精度最高，在- 55+150范围内，非线形误差0.3。 2.2.2、TGS202 气体传感器 火灾中气体烟雾主要是 CO2 和 CO。TGS202 气体传感器能探测 CO2, CO, 甲 烷、煤气等多种气体,他灵敏度高,稳定性好,适合于火灾中气体的探测。如图 3-2 所示,当 TGS202 探测到 CO2或 CO 时,传感器的内阻变小,VA迅速上升。选择 适当的电阻阻值,使得当气体浓度达到一定程度(如 CO 浓度达到 0106%)时,VA 端获得适当的电压。 图图图 2-3 TGS202 应用电路图 2.2.3、硬件设计特点 (1)能对室内烟雾(CO2, CO) 及温度突变进行报警,具有声、光双重报警功 能。 (2)系统故障报警功能。当系统出现硬件故障时，能发出故障报警信号。 (3)异常报警功能。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，引起人们注意，尽可能避免火灾的发生。 (4)火灾报警功能。一旦真出现火灾(烟雾和温度同时出现异常)时，能立即 发出语音、光火灾警报。据类似本系统的报警器现场模拟实验表明, 本系统安 全可靠, 误报率低。且由于其体积小、操作维护方便、成本低廉等, 具有广阔的 应用前景。 3、软件设计； 为了便于系统维护和功能扩充，采用了模块化程序设计方法，系统各个模 块的具体功能都是通过子程序调用实现的。本系统主要包括数据采集子程序、 火灾判断与报警子程序等，系统程序流程图如图 2.4 所示。 图 2.4 程序流程图 为了降低误报率，系统采用多次采集、多次判断的方法。每次数据采集后根 据得到的数据对现场情况进行判断，然后综合多次判断结果做出最终的火情判 断。主程序是一个无限循环体，其流程是：首先在上电之后系统的各部分包括 单片机各个端口输入输出的设置、外围驱动电路和数据存储电路等完成初始化， 其次是对芯片内的程序进行初始化，接下来执行火灾报警系统中的数据采集任 务，数据通信任务和查询判断任务。 根据火灾报警系统中所使用的探测器种类的不同，火灾报警系统可以分为 以下四种： sbit P1_0= P10;/温度上限灯控制 sbit P1_1= P11;/温度正常 sbit P1_2= P12;/辐射上限灯控制 sbit P1_3= P13;/温度正常 sbit P1_4= P14;/烟雾上限灯控制 sbit P1_5= P15;/烟雾正常 sbit P1_6= P16;/ sbit P1_7= P17;/报警铃控制 （1）感温型火灾报警系统 由于火灾发生时燃烧物会产生大量的热量，使得周围温度迅速变化。感温 型火灾报警系统就是通过判断周围温度变化而产生响应的火灾报警系统，再把 温度的变化转换为电信号以达到判断报警的目的。根据探测温度参数的不同， 一般可以将感温型火灾报警系统分为定温式、温差式等几种。 (2)感烟型火灾报警系统 烟雾是早期火灾的重要特征之一。在火灾发生的初期，由于温度比较低， 许多物质都处于阴燃阶段，产生大量的烟雾。感烟型火灾报警系统就是对空气 中可见或不可见的烟雾粒子进行探测，然后将烟雾浓度的变化转换为电信号来 触发报警。感烟型火灾报警系统主要有激光感烟式、光电感烟式和离子感烟式 等。 （3）感光型火灾报警系统 物质燃烧不但会产生烟雾和热量，同时也会产生可见或不可见的光辐射。 感光型火灾报警系统就是通过响应火灾中产生的光特性，即扩散火焰的光强度 和闪烁频率，来触发报警系统的。根据感应的敏感波长，可以将感光型火灾报 警系统分为对波长较短的光辐射敏感的紫外报警系统和对波长较长的光辐射敏 感的红外报警系统。 （4）复合型火灾报警系统 如果报警系统同时对温度、烟雾和光辐射中的两种或两种以上参数做出响 应，那么它就是复合型火灾报警系统。目前复合型火灾报警系统有感温感烟型、 感烟感光型、感温感光型等多种形式。 4、系统测试与结果分析； 4.1、信号处理电路 图 4-1 信号处理电路 由于传感器输出的模拟信号比较微弱，且含有干扰信号，所以系统需要将 信号进行放大、过滤 。对于传感器输出的模拟信号，一般要用运算放大器对其 进行调理或放大，以满足 A/D 转换器对输入模拟量幅值及极性的要求。在本报 警器电路中，同样要对两类传感器的输出信号进行放大调理。电路图如上图 4- 1 所示，运算放大器接成电压放大电路。从传感器采集过来的微弱电压信号， 经过电压放大器的放大，得到较强的模拟电压信号。采样时，把相应的模拟电 压信号从 Vi 端送进 LM324A 进行放大处理后，从 Vo 端输出送入 A/D 转换电路。 4.2、数据采集电路 本设计中的 A/D 使用的是通用 8 位芯片 ADC0808，烟雾、温度、辐射传感 器的输出端经过放大电路后分别接到 ADC0808 的 IN0、IN1 和 IN2。 ADC0808 的 通道选择地址由 80C52 的 P0.0P0.2 经地址锁存器 74LS373 输出提供。 由于软件未找到温度、烟雾、辐射传感器，故用电阻来模拟输入量的变化。 图 4-2 模拟输入信号变化 图 4-3 仿真图 5、结论 火灾报警器可保障生产与生活的安全，避免火灾和爆炸事故以及煤气中毒 的发生，它是防火、防爆和安全生产所必备的仪器，具有广阔的市场空间与发 展前景。 本论文是在对烟雾、温度传感器和报警技术进行深入研究的基础上，全面 比较国内外同类产品的技术特点，合理地确定系统的设计方案，并对仪器的整 体设计和各个组成部分进行了详细的分析和设计。 本次毕业设计经过努力，整个系统实现了预期的目标。本系统通过设计一 个以 80C51 单片机为核心的火灾报警器可以实现语音报警、温度浓度显示、报 警限设置、延时报警等功能。是一种结构简单、性能稳定、使用方便、价格低 廉、智能化的火灾报警器，具有一定的实用价值。本报警器电路结构简单、可 维护性好。由于实现了对普通环境中烟雾浓度和温度的实时监控，因此具有非 常普遍的意义，能广泛应用于居民家庭、企事业单位等多方面的安全防范。 但是也存在不少的不足。由于电源的波动，传感器的电气特性等问题，使 得 A/D 转换结果有时波动很大，这样就可能出现误报警。由于时间的关系，系 统中本应具有的串行通信的功能没有实现，而只是实现了烟雾浓度、温度显示。 由于上述缺点的存在,此系统不是很完善，还有待进一步改进。 通过这次设计，更加深入的理解和掌握了这方面的知识，对本专业的认识 也更加深入，使自己对本专业更加的热爱，对本科阶段四年的学习做了进一步 的总结，更加明确了自己学习的目标和方向。在设计过程中，自己也学到了许 多新的知识，有很多感悟和体验心得。而且，对工程设计的流程和步骤有了清 晰的认识，为自己日后的学习和研究打下了坚实的基础。 附录 1、程序 #include #include #define uchar unsigned char #define uint unsigned int /*ADC0808 的地址*/ #define ADC_0808 XBYTE0x7fff /*采样值保存位置，分别为温度，辐射，烟雾*/ uchar SAMP3=0x00,0x00,0x00; /*各个警限值，分别为温度上限值，辐射上限值，烟雾上限值*/ uchar LIMIT3=0x40,0x40,0x40; /*报警铃开/关标志，0-开，1-关*/ bit ALARM=0; uchar DETECT;/保存消除报警铃时的值 /*P3 口定义*/ sbit ADC_EOC = P30;/ AD 转换后产生一个正脉冲 sbit LS_373 =P31; /*P1 口定义*/ sbit P1_0= P10;/温度上限灯控制 sbit P1_1= P11;/温度正常 sbit P1_2= P12;/辐射上限灯控制 sbit P1_3= P13;/温度正常 sbit P1_4= P14;/烟雾上限灯控制 sbit P1_5= P15;/烟雾正常 sbit P1_6= P16;/ sbit P1_7= P17;/报警铃控制 /*函数原型申明*/ void Delay500ms(void); void InitInt0(void); void main() uchar i; P1=0x20; InitInt0(); while (1) for(i=0;iLIMIT0)/温度上限超过 P1_0=1; P1_1=0; else P1_0=0; P1_1=1; break; case 1: if(SAMP1LIMIT1) /辐射上限值超过 P1_2=1; P1_3=0; else P1_2=0; P1_3=1; break; case 2: if(SAMP2LIMIT2) /烟雾上限限值超过 P1_4=1; P1_5=0; else P1_4=0; P1_5=1