火灾自动报警系统的设计毕业设计.doc

郑州交通职业学院毕业论文论文题目： 火灾自动报警系统的设计 所属系别： 信 息 工 程 系 专业班级：10大专电子信息工程技术1班 姓 名： 金 辉 学 号： 201008060830113 指导老师： 辛 运 霞 撰写日期： 2013 年 3 月摘 要目前，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。在本设计中，火灾报警系统是采用传感器、集成芯片、显示模块来设计的一种智能火灾报警系统；以集成芯片为核心，对该检测与报警系统进行整体功能分析，主要实现硬件和主要软件程序方面的设计，及浓度显示、故障检修报警线设置。首先对所选择的主要芯片作简单介绍，用分模块来实现其各个部分的功能，最后做出相应的整体原理图。关键词 单片机，传感器，火灾报警器AbsteactNow, with electronic products used in human life more and more widely, the resulting fire, more and more, we live in fire hazards lurking around everywhere. To avoid fires and reduce fire losses, we must follow the hidden dangers fire in prevention is better than disaster relief, the responsibility is extremely heavy, the concept design and improvement of automatic fire alarm system, fire nipped in the bud, the maximum reduce the loss of social wealth. In this design, fire alarm system is to use sensors, integrated chips, display module to design an intelligent fire alarm system; Integrated chip as the core, whole function analysis of the detection and alarm system, the main implementation aspects of major hardware and software design, and the concentration of display and troubleshooting alarm line set up. First choice of main chips were briefly introduced, with points module to achieve the function of its parts, finally makes the corresponding principle diagram of the whole. Key Words SCM fire alarm sensor 目录第1章 绪 论41.1概述41.2选题的背景和意义41.3火灾报警系统的发展历程51.4火灾报警系统的发展趋势51.5设计完成的工作7第2章 火灾自动报警系统整体设计方案82.1火灾产生的过程及原理82.2系统总体方案设计92.2.1系统总体功能概述92.2.2系统硬件总体架构10第3章 火灾报警系统的硬件设计113.1系统核心芯片的选择113.1.1控制芯片的选择113.1.2传感器的选择113.1.3温度传感器的选择133.1.4显示器件的选择133.2单片机的小系统电路143.3传感器的控制电路153.3.1烟雾传感器控制电路153.3.2温度传感器的控制电路163.4系统的总体设计电路16第4章 火灾报警系统的软件设计184.1 MCS-51系列单片机调试及开发工具184.2主控程序设计194.2 传感器控制程序设计204.2.1 温度传感器程序设计204.2.2 烟雾传感器程序设计204.3系统调试214.3.1单片机最小系统的调试214.3.2系统的整体调试22结 论24参考文献25致 谢26附录1：设计源程序27第1章 绪 论1.1概述火灾自动报警系统，一般由火灾探测器、区域报警器和集中报警器组成；也可以根据工程的要求同各种灭火设施和通讯装置联动，以形成中心控制系统。即由自动报警、自动灭火、安全疏散诱导、系统过程显示、消防档案管理等组成一个完整的消防控制系统。 火灾探测器是探测火灾的仪器，由于在火灾发生的阶段，将伴随产生烟雾、高温格火光。这些烟、热和光可以通过探测器转变为电信号报警或使自动灭火系统启动，及时扑灭火灾。 区域报警器能将所在楼层之探测器发出的信号转换为声光报警，并在屏幕上显示出火灾的房间号；同时还能监视若干楼层的集中报警器（如果监视整个大楼的则设于消防控制中心）输出信号或控制自动灭火系统。 集中报警是将接收到的信号以声光方式显示出来，其屏幕上也具体显示出着火的楼层和房间号，机上停走的时钟记录下首次报警时间性，利用本机专用电话，还可迅速发出指示和向消防队报警。此外，也可以控制有关的灭火系统或将火灾信号传输给消防控制室。1.2选题的背景和意义火灾是可燃物在时间或空间上失去控制的燃烧所造成的灾害，是威胁公众安全和社会发展的主要灾害之一。火，在给人类带来文明进步、光明和温暖的同时也在其失去控制之时给人类造成了巨大的灾难。据统计，我国70年代火灾平均损失不到2.5亿元，80年代火灾平均损失接近3.2亿元。进入90年代，特别是1993年以来，火灾造成的直接损失上升到年均十几亿元，年均死亡2000多人。严峻的事实证明，随着社会和经济的发展，社会财富日益增加，火灾给人类、社会和自然造成的危害范围不断扩大，它不仅毁坏物质财产，造成社会秩序的混乱，还直接威胁生命安全，给人们的心灵造成极大的伤害。残酷的现实让人们逐渐认识到监控预警和消防工作的重要性，良好的监控系统和及时的报警机制可以大大降低人员的上网，为社会减少不必要的损失。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，在我们生活的四周到处潜伏着火灾隐患。智能化火灾报警系统已并非传统意义上的简单的报警设备，而是融入了计算机技术、电子技术、自动控制技术、传感器的应用等各领域知识。伴随着科学技术的不断进步，火灾报警系统必将得到更快的发展。1.3火灾报警系统的发展历程 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（也为多线制），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，特别是布线工作量较大1。第二阶段：总线型火灾自动报警系统。这种自动报警系统已采用微处理器控制，其线制一般有四线制、三线制、二线制和单线制，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，此类系统已具有系统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2。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所，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3 4。1.4火灾报警系统的发展趋势面对高新技术的发展机遇和国内市场国际化的竞争挑战，消防产品向高可靠、自动化、网络化的火灾探测报警技术发展。传统火灾自动报警与现代自动报警系统的区别主要在于探测器本身的性能，其中现代自动报警系统使系统确定火灾的数据处理能力和自动化程度大为增加，减少了误报警的概率, 增加了系统可靠性，这是现代火灾探测报警技术的发展方向5。（1）智能化 火灾自动报警系统智能化是使探测系统能模仿人的思维，主动采集环境温度、湿度、灰尘、光波等数据模拟量并充分采用模糊逻辑和人工神经网络技术等进行计算处理，对各项环境数据进行对比判断，从而准确地预报和探测火灾，避免误报和漏报现象。发生火灾时，能依据探测到的各种信息对火场的范围、火势的大小、烟的浓度以及火的蔓延方向等给出详细的描述，甚至可配合电子地图进行形象显示、对出动力量和扑救方法等给出合理化建议，以实现各方面快速准确反应联动，最大限度地降低人员伤亡和财产损失，而且火灾中探测到的各种数据可作为准确判定起火原因、调查火灾事故责任的科学依据。此外，规模庞大的建筑使用全智能型火灾自动报警系统，即探测器和控制器均为智能型，分别承担不同的职能，可提高系统巡检速度、稳定性和可靠性。（2）多样化 火灾探测技术的多样化。我国目前应用的火灾探测器按其响应和工作原理基本可分为感烟、感温、火焰、可燃气体探测器以及两种或几种探测器的组合等，其中，感烟探测器一枝独秀，但光纤线性感温探测技术、火焰自动探测技术、气体探测技术、静电探测技术、燃烧声波探测技术、复合式探测技术代表了火灾探测技术发展和开发应用研究的方向。此外，利用纳米粒子化学活性强、化学反应选择性好的特性，将纳米材料制成气体探测器或离子感烟探测器，用来探测有毒气体、易燃易爆气体、蒸气及烟雾的浓度并进行预警，具有反映快、准确性高的特点，目前已列为我国消防科研工作者的重点研究开发课题。以火灾自动报警系统为代表的消防安全系统与防盗安全系统联动，以实现对生命财产的安全保护，是国外火灾自动报警系统的最新发展趋势，目前最现实的技术是体型探测技术，它能很好地兼容防火与防盗两个方面，很有发展前景。设备连接方式的多样化。随着无线通信技术的成熟、完善和新型有线通信材料的研制，设备间、系统间可根据具体的环境、场所的不同而选择方便可靠的通信方式和技术，设备间可以用无线技术进行连接，形成有线、无线互补，同时新型通信材料的研制开发可弥补目前系统大多采用铜线连接存在的缺陷，而且各探测器之间也可进行数据信息传递和交流，使探测器的设置从枝状变成网状，探测器不再是各自独立的，使系统间、设备间的信息传递更方便、更可靠。（3）小型化 火灾自动报警系统的小型化是指探测部分或者说网络中的“子系统”小型化。如果火灾自动报警系统实现网络化，那么系统中的中心控制器等设备就会变得很小，甚至对较小的报警设备安装单位就可以不再独立设置，而依靠网络中的设备、服务资源进行判断、控制、报警，这样火灾自动报警系统安装、使用、管理就变得简单、省钱、方便。（4）社区化目前我国火灾自动报警系统只被安装在重要建筑上，而在美国、日本等发达国家，包括许多居民家庭都安装了火灾自动报警系统。随着我国经济的不断发展、人们安全意识的增强、火灾自动报警系统的进一步完善以及智能化程度的提高，在社区家庭特别是高级住宅积极推广应用防盗、防火联动报警装置或独立式感烟探测器，对于预防居民家庭火灾是非常必要和行之有效的措施。（5）高灵敏性以早期火灾智能预警系统为代表。该系统除采用先进的激光探测技术和独特的主动式空气采样技术以外，还采用了 “人工神经网络”算法，具有很强的适应能力、学习能力、容错能力和并行处理能力，近乎于人类的神经思维。此外，该系统的子机与主机可以进行双向智能信息交流，使整个系统的响应速度及运行能力空前提高，误报率几乎接近零，灵敏度比传统探测器高1000倍以上，能探测到物质高热分解出的微粒子，并在火灾发生前的30min 到120min预警，确保了系统的高灵敏性和高可靠性。（6）兼容性 将火灾自动报警系统与自动喷水灭火系统合二为一，增强预警和扑救功能的兼容性，降低消防工程投资，从而可以进一步扩大火灾自动报警和自动喷水灭火系统的应用范围。1.5设计完成的工作（1）任务完成的要求1.熟悉、理解课题所涉及的内容，并熟练使用各种开发工具。2.查阅相关资料，完成整个系统的硬件电路设计。3.熟悉Keil/ICC的软件开发平台，并完成该系统的软件设计。4.在软硬件设计的基础上，熟练运用Proteus系统仿真平台，并完成该系统各模块软件仿真。5.完成硬件实物与软件的联合调试。（2）任务完成的工作1. 基于AT系列单片机的火灾报警检测设计方案。2. 传感器、A/D转换芯片的选择以及与单片机的接口电路设计。3. 设计主要软件程序模块，完成软件设计。第2章 火灾自动报警系统整体设计方案2.1火灾产生的过程及原理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。根据火灾发生时产生现象的不同，可以将火灾分为慢速阴燃、明火和快速发展火焰等。阴燃就是在疏松或颗粒介质中形成的缓慢进行的热解和氧化反应，它能长时间自行维持并传播，当条件发生变化时，或者自行熄灭，或者转化为明火。明火则是火灾发生时燃烧火焰产生的热量使液体或固体的表面放出可燃气体，并形成扩散燃烧，同时发出含有红、紫外线的火焰。快速发展火焰则是火灾扩散的速度特别快，这种类型的火灾一般为空气中混有大量可燃气体。通过大量的研究表明阴燃是诱发火灾的重要原因12。总的来说，普通可燃物在燃烧时表现为以下形式：首先是产生燃烧气体，然后是烟雾，在氧气充足的条件下才能达到全部燃烧，产生火焰，发出可见光和不可见光，并散发出大量的热，使环境温度升高。起火过程中，起初和阴燃两个阶段所占的时间比较长，虽然产生大量的烟雾，但是环境温度不太高，若探测器就应该从此阶段开始进行探测，就可以火灾损失控制在最小限度。火焰燃烧后，迅速蔓延，产生大量的热使得环境温度升高，如果能将这时能够探测到有效地温度值，就可以比较及时地控制火灾。起火过程曲线如图2.1所示6。图2.1起火过程曲线图2.2系统总体方案设计2.2.1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2.2所示 ：传感器放大电路A/D转换单片机状态指示灯声音报警浓度显示按键串口通信图2.2整体电路图2.2.2系统硬件总体架构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7图2.3系统结构图单片机是整个报警系统的核心，系统的工作原理是：先通过传感器 (包括温感和烟感)将现场温度、烟雾等非电信号转化为电信号，调理电路将传感器输出的电信号进行调理(放大、滤波等)，使之满足A /D转换的要求 ,最后由A /D转换电路 ,完成将温度传感器和烟雾传感器输出的模拟信号到数字信号的转换，单片机判断现场是否发生火灾。如果发生火灾，系统以声光的形式报警。本文设计的用于小型防火单位的单片机火灾报警系统具有以下特点: (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7 。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。第3章 火灾报警系统的硬件设计3.1系统核心芯片的选择3.1.1控制芯片的选择 单片机是本系统的核心部件，一方面它要接收来自传感器的各种浓度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，控制后续电路的相应工作；同时，查询是否有键按下的命令。在单片机实现的功能中，将模数转换后的信号做数字滤波，再进行线性化处理，然后送显示，这一过程的软件实现，需要单片机有较快的运算速度，使仪表监测人员能够观测到实时的烟雾浓度，并进行相应处理。同时，在能够满足报警器设计的计算速度及接口数的要求的同类型单片机中，要考虑选择价格低廉且体积轻巧的机型，在保证了报警器的精确性、可靠性及抗干扰性的基础上，能够不提高成本，缩小体积。根据系统的复杂程度分析，系统最终实现的是对六路信号的处理的分析，因此所使用的单片机也不会需要很多的引脚，再从经济价格上分析，纵观所有的单片机控制芯片，51单片机是比较便宜的一类，另一方面，51单片机也有40个引脚，完全能够满足系统的需要，所以在控制芯片的选择上采用AT89C52作为系统的主控芯片。3.1.2传感器的选择对各类火灾检测传感器进行比较后，根据设计本系统的实际情况出发，系统采用离子感烟传感器和温度传感器。离子感烟传感器是一种室内安装的探测器，可以探测可见和不可见的烟雾，具有对火灾进行早期预报功能8。在火灾发生初期，当进入离子感烟探头中采样室的烟浓度超过由参考室的门限值时，离子感烟探头底座上的指示灯将点亮，同时送出报警电压信号。在输入回路中，离子感烟探测器内的接口电路十分关键。通过探测器接口电路可以将探头报警电压信号转变为不同频率的电信号传送到控制器，由控制器判别处理，确定火灾位置报警9。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，是检测电路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。在火灾发生前往往伴随着烟雾的产生，因此，我们就需要选择一种能够及时检测空气中烟雾含量的传感器来进行火灾发生的预警。根据设计要求和查阅相关资料，烟雾传感器选择为MQ-2型普通气敏烟雾传感器。MQ-2在较宽的浓度范围内对可燃气体有良好的灵敏度，对液化气、丙烷、氢气 的灵敏度较高，长寿命、低成本，简单的驱动电路即可。可用于家庭用气体泄漏报警器，工业用可燃气体报警器，便携式气体检测器。表3.1 MQ-2的标准工作条件符号参数名称技术条件备注Vc回路电压24VDCVH加热电压5.0V0.2VACorDCRL负载电阻可调RH加热电阻313室温PH加热功耗900mW MQ-2气敏元件的结构和外形如图3.1所示(结构 A 或 B), 由微型Al2O3陶瓷管、SnO2 敏感层,测量电极和加热器构成的敏感元件固定在塑料或不锈钢制成的腔体内，加热器为气敏元件提供了必要的工作条件。封装好的气敏元件有6只针状管脚，其中4个用于信号取出，2个用于提供加热电流。 部件材料1气体敏感层二氧化锡2电极金（Au）3测量电极引线铂（Pt）4加热器镍铬合金（Ni-Cr）5陶瓷管 三氧化二铝6防爆网100目双层不锈钢（SUB316）7卡环镀镍铜材（Ni-Cu）8基座胶木或尼龙9针状管脚镀镍铜材（Ni-Cu）图3.1MQ-2气敏元件的结构和外形3.1.3温度传感器的选择系统中的温度传感器采用的是DS18B20芯片，其特点是采用独特的单总线接口方式，只需要一条总线接口就可以实现多点通信，简化了分布式温度传感应用。该器件无需外部元件，可用数据总线供电，电压范围为3.0V至5.5V，无需备用电源，测量温度范围为-55至+125。精度为0.5。DS18B20的方框图如图3.2所示15。图3.2的方框图示出了DS1820的主要部件。DS18B20有三个主要数字部件：1）64位激光ROM，2）温度传感器，3）非易失性温度报警触发器TH和TL。器件用如下方式从单线通讯线上汲取能量：在信号线处于高电平期间把能量储存在内部电容里，在信号线处于低电平期间消耗电容上的电能工作，直到高电平到来再给寄生电源（电容）充电。DS18B20也可用外部5V电源供电。图3.2DS18B20的方框图3.1.4显示器件的选择1602液晶也叫1602字符型液晶，它是一种专门用来显示字母、数字、符号等的点阵型液晶模块，它有若干个5X7或者5X11等点阵字符位组成，每个点阵字符位都可以显示一个字符。本设计的显示器件采用1602液晶. 1602采用标准的16脚接口，其中：第1脚：VSS为电源地 ;第2脚：VDD接5V电源正极;第3脚：V0为液晶显示器对比度调整端，接正电源时对比度最弱，接地电源时对比度最高（对比度过高时会 产生“鬼影”，使用时可以通过一个10K的电位器调整对比度）;第4脚：RS为寄存器选择，高电平1时选择数据寄存器、低电平0时选择指令寄存器;第5脚：RW为读写信号线，高电平(1)时进行读操作，低电平(0)时进行写操作;第6脚：E(或EN)端为使能(enable)端。 第714脚：D0D7为8位双向数据端;第1516脚：空脚或背灯电源;15脚背光正极;16脚背光负极。 图3.31602液晶引脚图3.2单片机的小系统电路基于单片机的火灾报警系统中单片机使用的ATMEL公司的AT89C52芯片。该芯片是一个低电压，高性能CMOS 8位单片机，片内含8kB的可反复擦写的Flash只读程序存储器和256bytes的随机存取数据存储器(RAM)，采用高密度、非易失性存储技术生产，兼容标准MCS-51指令系统，片内置通用8位中央处理器和Flash存储单元单片机小系统电路如图3.4所示。图中X1、C1和C2共同构成单片机的时钟电路，为单片机的工作提供精准的11.0592MHz的工作时钟。X1为石英晶体振荡器，振荡器的频率范转通常选择在1.2MHz12MHz之间。C1和C2为微调电容，其典型值为30pF。U1（AT89C52）内部有一个用于构成振荡器的高增益反相放大器，该高增益反相放大器的输入端为19脚（XTAL1），输出端为18脚（XTAL2）。图3.4中S1、C3、R9和R10共同构成单片机的复位电路，复位是单片机的初始化操作，只要给单片机的9脚（RST）加上2个机器周期心上的高电平信号，就可以使单片机复位。复位引脚RST通过一个斯密特触发器与复位电路相连，斯密特触发器的输出电平由复位电路采样一次，然后才能得到内部复位操作所需要的信号18。该复位电路既可完成上电自动复位，也可以完成手动复位，上电自动复位是通过电容C3的充电来实现的。手动复位是通过按键S1实现的，利用RC微分电路产生的正脉冲实现对单片机的手动复位。图3.4单片机最小系统电路3.3传感器的控制电路3.3.1烟雾传感器控制电路在烟雾检测电路中传感器使用的是汉威电子的MQ-2型烟雾传感器。其基本测试电路如图3.5所示。 图3.5烟雾传感器控制电路图3.5中VH为加热器电压，VC为测试电压。其中VH用于为传感器提供特定的工作温度。VC则是用于测定与传感器串联的负载电阻RL上的电压VRL。这种传感器具有轻微的极性，VC需用直流电源。在满足传感器电性能要求的前提下，VC和VH可以共用同一个电源电路19。为更好利用传感器的性能，需要选择恰当的RL值。MQ-2型烟雾传感器的典型应用电路如图3.6所示。图3.6 MQ-2型烟雾传感器的典型应用电路3.3.2温度传感器的控制电路DS18B20是美国Maxim公司生产的单总线数字温度传感器，它可以把温度信号直接转换成串行数字信号供单片机处理，特别适合构成多点温度巡回检系统。由于每片DS18B20都含有惟一的产品号，所以从理论上来说，在一条总线上可以挂接任意多个DS18B20芯片。从DS18B20读出或写入信息仅需一根口线，读/写及温度变换功率来源于数据总线，总线本身也可以向所挂接的DS18B20供电，而无需额外电源。DS18B20提供9位温度读数，构成多点温度检测系统而无需任何外围硬件。DS18B20与单片机连接电路图如图3.7所示。 图3.7 DS18B20与单片机连接电路图3.4系统的总体设计电路系统总体电路主要由传感器数据采集电路、声光报警电路、按键控制电路和显示电路等组成。基于单片机的火灾报警系统总体电路图如图3.8所示。图3.8 基于单片机的火灾报警系统的总体电路图图3.8中，LCD用于实时显示被测环境中的温度并显示当前的报警信息；开关S3用于测试系统的工作状态，当按下S3后，系统便会发出声光报警信号；开关S4用于清除系统的报警状态。当系统正常运行时，发光二极管LED2常亮，LCD显示器实时的显示被检测系统的温度。当温度传感器或烟雾传感器检测到被检测环境有异常时，便会启动报警系统，并通过LCD显示器显示出报警信息，同时扬声器发出响亮的报警声，发光二极管LED3闪烁，以提醒值班人员注意。第4章 火灾报警系统的软件设计4.1 MCS-51系列单片机调试及开发工具（1）Proteus 7简介Protues软件是英国Labcenter electronics公司出版的EDA工具软件。它不仅具有其它EDA工具软件的仿真功能，还能仿真单片机及外围器件。它是目前最好的仿真单片机及外围器件的工具。虽然目前国内推广刚起步，但已受到单片机爱好者、从事单片机教学的教师、致力于单片机开发应用的科技工作者的青睐。Proteus是世界上著名的EDA工具(仿真软件)，从原理图布图、代码调试到单片机与外围电路协同仿真，一键切换到PCB设计，真正实现了从概念到产品的完整设计。是目前世界上唯一将电路仿真软件、PCB设计软件和虚拟模型仿真软件三合一的设计平台，其处理器模型支持8051、HC11、PIC10/12/16/18/24/30/DsPIC33、AVR、ARM、8086和MSP430等，2010年即将增加Cortex和DSP系列处理器，并持续增加其他系列处理器模型。在编译方面，它也支持IAR、Keil和MPLAB等多种编译。Proteus 7的功能特点：Protues软件具有其它EDA工具软件（例：multisim）的功能。这些功能是：原理布图、PCB自动或人工布线、SPICE电路仿真。 革命性的特点：（1）互动的电路仿真。用户甚至可以实时采用诸如RAM，ROM，键盘，马达，LED，LCD，AD/DA，部分SPI器件，部分IIC器件。（2）仿真处理器及其外围电路。可以仿真51系列、AVR、PIC、ARM、等常用主流单片机。还可以直接在基于原理图的虚拟原型上编程，再配合显示及输出，能看到运行后输入输出的效果。配合系统配置的虚拟逻辑分析仪、示波器等，Protues建立了完备的电子设计开发环境。(2) Keil uVision4简介Keil C51是美国Keil Software公司出品的51系列兼容单片机C语言软件开发系统，与汇编相比，C语言在功能上、结构性、可读性、可维护性上有明显的优势，因而易学易用。Keil提供了包括C编译器、宏汇编、连接器、库管理和一个功能强大的仿真调试器等在内的完整开发方案，通过一个集成开发环境（uVision）将这些部分组合在一起。运行Keil软件需要WIN98、NT、WIN2000、WINXP等操作系统。使用C语言编程，那么Keil几乎就是你的不二之选，即使不使用C语言而仅用汇编语言编程，其方便易用的集成环境、强大的软件仿真调试工具也会令你事半功倍。Keil的优点：1.Keil C51生成的目标代码效率非常之高，多数语句生成的汇编代码很紧凑，容易理解。在开发大型软件时更能体现高级语言的优势。2.与汇编相比，C语言在功能上、结构性、可读性、可维护性上有明显的优势，因而易学易用。用过汇编语言后再使用C来开发，体会更加深刻。 Keil C51软件提供丰富的库函数和功能强大的集成开发调试工具，全Windows界面。4.2主控程序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。本系统主要包括主程序、温度数据采集子程序、烟雾数据采集子程序、火灾判断与报警子程序等。主程序的流程图如图4.1所示。图4.1主程序的流程图火灾报警系统软件的基本功能如下：(1) 要能够对每个火灾探测器进行管理，在软件运行过程中，可以随时在界面上观察火灾探测器的工作状态。(2) 要能够准确判明发生火灾或故障的火灾探测器的位置，并且在界面上显示相关报警信息，提示操作人员进行处理。如果发生了火灾，系统除了在屏幕上显示出报警信息，并发出声光报警信号。(3) 软件还具有人工手动测试按键，当按下此按键时，可以对系统的工作状态进行测试。4.2 传感器控制程序设计程序开始运行时，首先采集烟雾传感和温度传感器的信号，经过信号处理以后，判断当前使用的结果是否可以明显判断有火灾发生。如果能判断起火，则输出火警信号，并将火警发生情况通知火灾报警控制器，并在控制器上做相应处理。4.2.1 温度传感器程序设计温度传感器程序设计流程图如图4-2所示。在主控程序完成初始化以后，温度传感器首先对环境温度进行采集，并将采集到的数据进行处理。程序对处理后的数据与当前设定的预警范围进行比较，当温度值超出这一预警范围后便会发出报警信号，主控程序对这一报警信号处理后发出声光报警信息。图4.2 温度传感器程序设计流程图4.2.2 烟雾传感器程序设计烟雾传感器程序设计流程图如图4.3所示。在程序开始以后，烟雾传感器首先对环境烟雾浓度信息进行采集，并将采集到的数据进行处理。当烟雾浓度达到一定值的时候，烟雾传感器处理电路便会输出报警信号，主控程序对这一报警信号处理后发出声光报警信息。图4.3 烟雾传感器程序设计流程图4.3系统调试4.3.1单片机最小系统的调试在调试最小系统前把电路先调试好然后再将将发光二极管与单片机的P1.2口相连，如图4.4所示。将下列程序编译后下载到单片机中，打开单片机电源，此时LED3应闪烁，其闪烁频率近似为1Hz。如果LED3不闪烁，首先应用万用表测试单片机的供电电压是否正常，如果单片机的供电电压正常，则表明单片机的供电部分无故障。接下来用示波器测试单片机的晶振是否起振，将示波器的探头接到单片机的18脚，如果晶振X1起振，则可在示波器上观察到频率为11.0592MHz的正弦波形，如果观察不到该波形则应着重检查单片机的晶振电路，看是否有元件虚焊。图4.4 发光二极管与单片机连接图#includesbit D1=P12;unsigned long int a;void main() while(1) a=23500;D1=0;while(a-);a=23500;D1=1;while(a-);4.3.2系统的整体调试系统的整体电路图如图3.8所示,仿真图如图4.5所示图4.5火灾报警系统的仿真图在完成电源部分和单片机小系统部分调试并确保正确无误后便可以对整个系统进行调试。首先按照图3-8所示的电路图将系统连接好，并确保连接无误后方可对系统上电。将系统整体程序下载到单片机，上电以后液晶显示器首先显示“Initializing System!”。系统完成初始化以后发光二极管LED1熄灭，发光二极管LED2点亮，表明烟雾传感器工作正常，可以准确的检测环境中的烟雾浓度，同时液晶显示器上会动态的显示出环境的温度。当按下测试开关S3后，火灾报警发光二极管LED3点亮，液晶显示器显示出报警信息，同时系统发出报警声，以提醒工作人员注意有火灾险情发生。按下消音开关S4可以清除当前报警信息。完成上述测试工作以后表明系统整体工作正常。（1）温度传感器报警性能的调试为了演示方便，系统设置的温度报警范围为大于30，当系统处于正常工作状态时，液晶显示器实时的显示出环境的温度，此时可以用手握住DS18B20温度传器，使测试的温度值升高，当测试的温度值高于30时，系统便会发出声光报警信息，同时液晶显示器显示出“Tmp Fire Alarm!”字样。仿真图如下图4.6 图4.6温度报警仿真图（2）烟雾传感器报警性能的调试对烟雾传感器报警性能的调试有两种方法：一种方法是点燃一支香烟，将香烟靠近烟雾传感器，使烟雾传感器周围的烟雾浓度迅速升高，当烟雾浓度高于系统设置值时，系统就会发出声光报警信号，同时液晶显示器显示出“Smk Fire Alarm!”字样。另一种方法是按下烟雾传感器处理电路中的TEST按键，当按下TEST按键后，就会触发系统发出烟雾火灾报警。仿真图如下。图4.7 烟雾报警仿真图结 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，该报警系统能够准确无误的发出报警信号，对通过LCD显示出当前的报警信息，为火灾预测报警提供了很大的便利。本文完成了如下工作：1设计了火灾报警系统的控制器。该控制器具有烟雾检测，温度检测和声光报警等功能，并采用LCD显示器进行报警系统所需各种信息显示。2完成了火灾报警温度传感器的设计。该温度传感器采用的是DS18B20单总线式通信协议，实现了对被测环境温度信息的检测。3完成了火灾报警烟雾传感器的设计。该传感器采用的是汉威电子的MQ-2型烟雾传感器，通过对被测环境中烟雾信息的监测，判断是否有火灾发生。本文设计的火灾报警系统能有效地防止和减少火灾危害，为社会发展提供安全保障，其完成对保护人身安全和财产安全具有现实意义。参考文献1 花铁森. 消防报警产品和系统的技术现状与市场J. 安防科技, 2003, (6): 4-12.2 Stephenson, M.D. Automatic Fire Detection Systems. Wiring Installations and Supplies, 1985, 31(3): 239-243.3 李宏文, 张向阳. 建筑物火灾监控系统的智能化发展J. 工程设计CAD与智能建筑, 2002, (2): 21-25.4 宋中才. 智能建筑中火灾自动报警系统的设计J. 重庆邮电学院学报(自然科学版), 2003, (9): 96-98.5 张忠. 火灾报警系统的应用与集成D. 上海: 上海交通大学, 2008.6 范维澄.中国火灾科学基础研究概况J.火灾科学，2005，6:57 62.7 缪顺兵，熊光明，李永萍，鲁霞.自动火灾报警系统设计与研究J.装备制造技术.2006.4：90 92.8 曾杰. 鼓励保险介入深化消防监督J. 消防技术与产品信息, 2001, (3): 38-40.9 李引擎, 边久荣等. 建筑安全防火设计手册M. 郑州: 河南科学技术出版社, 1998: 186-187, 194-200.10 于智洋.浅析智能建筑中火灾自动报警系统的设计J.潜江:江汉石油科技，2008,2:6264.11 雍静,李北海,杨岳.建筑智能化技术M.北京:科学出版社,2008.12 丁璐,李春华,杨戍.火灾探测技术的分析J.煤矿现代化.2007(4):29 31.13 于智洋.浅析智能建筑中火灾自动报警系统的设计J.潜江:江汉石油科技，2008,2:6264.14 魏锋.论火灾报警系统的应用及发展J.科学之友.2006,9:11 1215 沈传锋. 32位ARM 嵌入式火灾报警控制器的研究J. 消防技术与产品信息, 2007, (01): 40-42.致 谢在毕业设计期间，我的指导老师辛运霞给了我热心的指导。自始至终关心督促毕业设计进程和进度。帮助解决毕业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，并指出了正确的方向，使我在毕业设计过程中少走很多弯路。另一方面，还要感谢孙金全和李中阳在我遇到困难时, 给予我技术上的支持和精神上的鼓励。在此，谨向你们致以衷心的谢意！其次，感谢我的室友和同学三年来对我学习、生活上的关心和帮助！最后，要感谢的是我的父母，他们不仅培养了我认真专注的精神，让我在漫长的人生旅途中受益匪浅，而且也为我能够顺利的完成毕业论文提供了巨大的支持与帮助。在未来的日子里，我会更加努力的学习和工作，不辜负父母对我的殷殷期望！我一定会好好孝敬和报答他们！感谢党和国家对我的教育，感谢学院三年来对我的栽培！附录1：设计源程序#include #define uchar unsigned char#define uint unsigned intsbit lcd_rs=P35;sbit lcden=P34;sbit lcd_wr = P36;sbit DS18B20_DQ=P11;sbit LED2=P13;sbit LED3=P12;sbit S3=P33;/测试按键sbit S4=P32;/消单按键sbit beep=P16;sbit MQ_2=P10;bit flag; /测试标志位bit flag2;bit flag3;bit DS18B20=1;uchar code table0=Initializing!;uchar code table2=System is OK!;ucha