单片机烟火报警课程设计.doc

河南机电高等专科学校课程设计报告河南机电高等专科学校课程设计报告课程名称： 计算机控制技术 题 目：烟雾火灾报警器 专业班级：计控082 姓 名：李玉星 学 号：081413222 成 绩：2010年12 月20 日第一章 系统分析 1.1 功能简介 火灾报警控制系统是在火灾初起时，通过报警通知人员抢救，将火灾消灭在萌芽状态，从而避免重大损失，是目前公共场合常用的一种消防设备。火灾报警系统是由测温传感器、测温电路、测烟传感器、测烟电路和控制电路组成。当所检测环境温度超过规定温度时，产生温升信号，发出温升报警；当有烟雾信号产生时，发出烟雾报警；当两信号同时产生时，就认为有火灾发生，发出火灾报警信号。火灾报警电路要求比较严格，为防止传感器到控制电路之间发生电力断线、接触不良、传感器丢失等问题，设有电路故障自动检测回路。当发生上述情况之一时，电路故障检测系统发出电路故障报警，以防止火灾报警失误。向系统定时输出一个矩形波，然后在信号检测端检测该信号的变化。图所示微电路故障检测和火灾探测工作波形图，电路故障检测和火灾探测是分时进行操作的。检查线 故障监测 火灾控制 信号线 电路正常 电路故障 信号线 温升或烟信号信号线显然，在检查线上输出矩形波，在该波形的高电平期间，进行电路故障监测。此时检测信号线上的变化，如果信号线上输出高电平，表明电路无故障，否则有故障。根据信号线的不同来区分测温电路故障还是测烟电路故障。在检查线输出的波形低电平期间，进行火灾探测，此时监测信号线的变化，如果测温信号线为高电平，则进行温升报警；如果测烟信号线为高电平，则要进行烟雾报警；如果两个信号线均为高电平，则认为有火灾发生，进行火灾报警；如果两个线均为低电平，则表明正常，不报警。1.2 方案选择 烟雾检测报警器是能够检测环境中的烟雾浓度，并具有报警功能的仪器，仪器的最基本组成部分应包括：烟雾信号采集电路、模数转换电路、单片机控制电路。烟雾信号采集电路一般由烟雾传感器和模拟放大电路组成，将烟雾信 号转化为模拟的电信号。模数转换电路将从烟雾检测电路送出的模拟信号 转换成单片机可识别的数字信号后送入单片机。单片机对该数字信号进行 滤波处理，并对处理后的数据进行分析，是否大于或等于某个预设值(也 就是报警限)，如果大于则启动报警电路发出报警声音，反之则为正常状 态。为方便检测与监控，使仪器测试人员及用户能够直观地观察到环境中 的可燃烟雾浓度值，可将浓度值送到显示屏中。方便调节报警限，可以加 入按键。为使报警装置更加完善，可以在声音报警基础上，加入光闪报警， 变化的光信号可以引起用户注意，弥补嘈杂环境中声音报警的局限。以上 是根据报警器应具备的功能，提出的整体设计思路。另外烟雾传感器属于气敏传感器，是气-电变换器，它将可燃性气 体在空气中的含量(即浓度)转化成电压或者电流信号，通过A/D转换电路 将模拟量转换成数字量后送到单片机，进而由单片机完成数据处理、浓度 处理及报警控制等工作。传感器作为烟雾检测报警器的信号采集部分，是仪表的核心组成部分之一。由此可见，传感器的选型是非常重要的。首先，传感器送来的烟雾浓度对应的微小的电压信号经过放大，转化成较大的电压信号送入8051单片机；然后，在浓度比较，对数据进行线性化处理， 将数字化电压信号转化成为对应的十进制浓度值；最后，将实际可燃性气 体浓度送入液晶，并判断浓度值是否超出报警限，当浓度处于正常状态绿 灯长亮，当烟雾浓度超出设定的限定值时，发出声音报警并伴随红 灯闪亮。另外由于烟雾传感器需要在加热状态下工作，温度越高，反应越 快，响应时间和恢复时间就越快。为提高响应时间，保证传感器准确地、 稳定地工作，报警器需要向烟雾传感器持续输出一个5V的电压。为了保 证其可靠性，在输出5V的电压的同时，进行故障监测。当传感器加热丝 或电缆线和传感器断线或接触不良时，进行故障报警，发出声光报警信号。 当然几种状态的报警信号是各不相同的。 第二章硬件电路设计 2.1 烟雾检测报警器的结构 为适应家庭和工业等场所对可燃性易爆烟雾安全性要求，设计的可燃性烟雾报警仪应不仅能在较宽的温度范围工作，而且应具有显示可燃烟雾浓度、故障自检、延时报警功能及可接计算机进行现场远测和实时控制等功能。其目标是在传统的烟雾报警仪的基础上，尽量提高准确性，降低成本，缩小体积。 报警器系统结构框图如图所示，系统以单片机为核心，配合外围电路共同完成信号采集、浓度显示、时间显示、状态显示、声音及闪烁报警、按键输入、故障自检等功能。报警器采用巡检的工作方式，进行两级 报警值设定，并发出不同的光、声信号。系统应采用高性能的单片机，要求工作稳定、测量精度高、通用性强、功耗低，保证报警器的精确性及可 靠性，而且最好体积小，成本低，有利于减少报警器的体积，降低报警器 的成本。烟雾检测报警器结构框图(1)自诊断故障报警功能 当传感器加热丝或者电缆线发生断线或者接触不良的情况时，报警器发出警报，并且黄色指示灯闪烁，提醒用户检查传感器或者电路线接触情况，及时排除故障，保证安全。 (2)烟雾浓度显示通过液晶屏显示可燃烟雾的浓度值，并且可以切换到设置状态，通过键盘设置或者更改报警限值，以便于用户或检测人员随时观测烟雾浓度及更改报警限。 (3)烟雾报警功能 当烟雾浓度连续20秒取值都在报警限值之上，蜂鸣器开始报警，且声音越来越急促，并且伴随红灯闪烁。因为人对变化的信号更为敏 感，所以变化的声音及灯光更容易引起用户的注意。 (4)防止报警器误报功能 快速重复检测及延时报警可以区别出是管道中可燃烟雾的泄漏，还是由于打开阀门时的微量烟雾的散失。 (5) 看门狗自检单片机状态功能 (6) 调用单片机中的看门狗程序，定时检查单片机工作状态，一旦发现单片机出现死循环状态，立即复位，保证报警器工作正常。 (6)与上位机通讯功能 可以实现与计算机串口通讯，对报警器采取统一控制，以及便于采集 和处理数据，也可以在计算机上更改报警限值等。 (7)自动控制相关安全装置的扩展功能 留有继电器接口，可以带动排风扇或大功率蜂鸣器，也可以控制管道电子阀门，可在报警的同时自动启动相关安全装置。 2.2 烟雾检测报警器的硬件设计在报警仪的设计中，单片机是其核心部件。它一方面要接收来自传感 器送来的烟雾浓度对应的模拟信号和故障检测信号，另一方面要对 两种信号分别进行处理，控制后续电路进行相应动作；与此同时查询是否 有键按下的请求。在单片机完成这些的工作中，尤其是信号处理中，比较 浓度值后送入显示的软件实现比较复杂，要求单片机具备较快的运算速 度，使检测人员能够较准确地观测到烟雾浓度，并根据情况做进行 相应处理。并且也要考虑选择低价实用的机型第三章烟雾检测报警器的软件设计3.1主程序设计及流程图 主程序流程图如图4.1所示。首先要给传感器预热三分钟，因为MQ-2型半导体电阻式烟雾传感器在不通电存放一段时间后，再次通电时，传感器不能立即正常采集烟雾信息，需要一段时间预热。程序初始化结束后，系统进入监控状态。本论文的主程序设计先对传感器预热三分钟， 预热同时，对传感器加热丝故障检测，采用软件方式检测传感器加热丝或 电缆线是否断线或者接触不良。 8051单片机对传感器检测的烟雾浓度信号进行A/D转 换、平均值法滤波、线性化处理后，将浓度值与报警限设定值相比较，判断是否报警。同时送入段式液晶显示烟雾浓度值。主程序还包括状态指示灯及按键功能设置，中断子程序等，使报警器功能更加完善，给用户带来便利。火灾报警控制器的性能指标每台报警控制器的探测回路有8 个,即可同时监测8 个区域。单路探测长度为700 m ,每路定位精度均为1 m。 3.2主程序初始化流程图主程序初始化流程图如图所示。给传感器预热后，程序开始执行 初始化子程序，这部分实现的功能包括各种I/O口输入输出状态的设定、 寄存器初始化、中断使能等。首先设定定时初值50ms，利用IAP写入EEPROM，作为取值间隔。然后设置定时器0，选择方式1。方式1状态下定时器的工作寄存器TH1、TL1是全16位参与操作。接下来定时器0中断允许位置1，打开定时器0，关闭蜂鸣器，开启绿灯，设置报警限初 值。 单片机火灾探测程序流程图如下所示 探测P1.2=0 探测P1.2=1 读烟，温信号 读烟，温信号 有异常？有故障？ Y N N Y 都异常？ Y 故障报警YN火灾报警异常报警 单片机火灾探测程序流程图 第四章总结烟雾检测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。在系统单片机控制电路的设计上，采用了8051单片机作为核心芯片，充分利用了其高速数据处理能力和丰富的片内外设，实现了仪器的小型化和智能化。使仪器具有结构简单、性能稳定、体积小、成本低等优点。由于烟雾传感器需要在加热状态下工作，温度越高，反应越快，响应时间和恢复时间就越快。为提高响应时伺，保证传感器准确地、稳定地工作，需要向烟雾传感器持续供给5V的加热电压。为了保证传感器加热工作的可靠性，当传感器加热丝断线或传感器接触不良时，能够进行故障报警。 在本次课程设计中，我遇到了很多难题，由于得到老师、同学的热心指导，使我克服了很多困难同时还帮助我解决烟雾火灾报警课程设计中遇到的许多问题。还不断向我传授分析问题和解决问题的办法，并指出了正确的努力方向，使我在设计过程中少走很多弯路。在这里感谢老师、同学的指导和帮助，并致以诚挚的谢意！ 附录A附录B 编程如下 MAIN： SETB P1.2 ;电路故障监测阶段 JNB P1.0, D1 ;测温电路故障则跳转 SETB P1.5 ;无测温故障 JNB P1.1 , D2 ;测验电路故障则跳转 SETB P1.6 ;无测烟故障 SJMP D3 D1: CLR P1.5 ;测温电路故障报警 SJMP D3 D2: CLR P1.6 ;测烟电路故障报警 D3 ACALL YS ;调延时子程序 CLR P1.2 ;温烟