毕业设计（论文）-餐饮业烟道防火系统设计.pdf

题目餐 饮 业 烟 道 防 火 系 统 设 计 学生姓名王川学号1213024006 所在学院物 理 与 电 信 工 程 学 院 专业班级通 信1 2 0 1班 指导教师傅明星 完成地点物 电 学 院 实 验 教 学 中 心 20 1 6 年 6 月 3 日 餐饮业烟道防火系统设计 作者：王川 （陕理工物电学院 通信工程 专业 1201 班，陕西 汉中 723003） 指导老师：傅明星 摘要近年来,酒店、宾馆、食堂厨房烟道火灾频发,由此造成巨大的财产损失和人员伤亡,及时有效监测烟道环 境状况,在第一时间发现火情,并采取自动灭火措施是有效避免财产及人员损失的重要保证。本设计以传感器和单片 机为基础，设计烟道防火系统，该系统以 STC89C52 单片机为控制器件，利用 DS18B20 检测温度、利用 MQ-2 型烟雾 传感器检测烟雾浓度，系统电路包括采集及前置放大电路、模数转换电路、单片机小系统、显示电路、声光报警电 路、安全保护电路、继电器控制电路等构成，可实现温度和烟雾浓度自动检测功能，具有异常状况声光报警、自动 排烟和消防灭火等功能。经实验测试，该系统能够探测浓度为 100ppm-10000ppm 烟雾，探测温度范围能达到-55 -+125，完全满足油烟道内部环境，能够及时有效的对油烟道进行实时监控。 关键词烟雾报警器；单片机；传感器；油烟道 Design of flue fire protection system in catering industry The author:Wang chuan （Grade12,Class 1,Major Communication engineering,Shaanxi University of Technology,Hanzhong 723003,Shaanxi） Tutor:Fu Mingxing Abstract:In recent years, the hotel, the guesthouse, the dining room kitchen flue fire frequency, which caused huge property losses and casualties, timely and effective monitoring flue environment, find the fire in the first place, and automatic fire extinguishing measures is effective to avoid the important guarantee of property and personnel losses. This design based on the sensor and MCU, design the flue fire prevention system, the system with STC89C52 single-chip microcomputer as the control device, using DS18B20 detection temperature, using MQ - 2 type smoke sensor to detect smoke concentration, the system includes acquisition and preamplifier circuit, analog-to-digital conversion circuit and singlechip processor system, display circuit, sound and light alarm circuit, protection circuit and relay control circuit, which can realize automatic detection function, temperature and smoke concentration with abnormalities in the sound and light alarm, automatic exhaust smoke and fire extinguishing, etc. Through experimental test, the system can detect smoke concentration to 100 PPM to 10000 PPM, detection temperature range can reach - 55 to + 125 , fully meet the lampblack internal environment, able to timely and effective of the real-time monitoring. Key words:The smoke alarm; MCU; sensor;oil pipe 目录 1 绪论1 1.1 选题背景1 1.2设计概述 1 1.3烟雾报警器的国内外现状.2 1.4烟雾报警器的发展趋势2 1.5设计任务分析3 2 总体方案设计.4 2.1MQ-2 半导体气体烟雾传感器4 2.2. STC89C52 单片机简介5 2.3DSl8B20 简介.6 2.4温度采集模块6 3 系统的硬件电路.7 3.1单片机最小系统7 3.2单片机的时钟电路与复位电路设计.7 3.3烟雾检测 AD 采集电路.8 3.4显示模块 8 3.5声音报警电路9 3.6按键控制电路9 3.7电源模块 9 3.8DS18B20 接口电路11 4 系统软件的设计.12 5 硬件调试及调试中遇到的问题13 总结14 致谢15 参考文献 16 附件 A: 外文翻译.17 附件 B：总体原理图设计. 36 附件 C：程序源代码.37 附件 D：实物图.45 附录 E：仿真图.46 陕西理工学院毕业设计 第 1 页 共 46 页 1 绪论 1.11.1 选题背景选题背景 伴随着我国经济的快速发展和城市建设规模的不断扩大,餐饮服务业也得到了迅速的发展。 酒店、 饭店、 食堂这些餐饮场所成指数形式增长导致了由餐饮业厨房产生的油烟量越来越多,由此产生的烟 道火灾也频频发生。2005 年 2 月 14 日云南昆明新昆阁饭店因厨房排烟风管未及时清理积油，导致 油锅火温过高引燃抽油烟机中的积油，从而产生了一场火灾的发生。由于出警及时,虽然没有造成太 大的人员伤亡,但由于该建筑地处闹市区,火灾造成了极度的恐慌。2006 年 3 月 2 日就在广东广州的 世昌大酒店，后厨厨师不慎将火星溅入与炉具相邻的烟囱，导致烟囱起火，并引燃附近的电缆导致 通信中断，损失估计上千万元。2006 年 3 月 25 日,地处杭州繁华商业中心地带的武林广场西侧杭州 剧院发生火灾,黑烟滚滚， 差不多有二三十米高,经过 16 辆消防车 45 分钟的奋力扑救,才使火情得到 控制。由于这场火灾发生在杭州最繁华的商业区,对整个杭州产生了很大的震动,造成了极坏的社会 影响。根据事后分析是由于杭州剧院裙房二楼巴西利亚烧烤店厨房烟道引起的一场火灾。2009 年 10 月 21 号，就在海南三亚金银岛酒店由于排油烟道起火，消防部队出动了 30 名官兵，才将火情控制 住，如果不是消防官兵的及时救援，将会产生无法估算的后果。此外,2003 年 4 月,仅仅一个北京市， 由于餐饮业烟道发生的火灾就多达 20 多起。2004 年长春市餐饮场所仅厨房排油烟机引起的火灾事 故就达 100 余起。在上海、南京、苏州、包头、广州等这些一线城市也频频被报道出由于油烟道发 生多起火灾事故。由于酒店、饭店、宾馆、食堂等都是人员流动性非常大并且人口数量非常密集的 场所,特别是处于商业繁华地段的宾馆、 酒店等,一旦发生火灾,不仅容易造成巨大的财产损失和人员 伤亡,而且会产生极其恶劣的社会影响,特别像杭州这样的国际知名旅游城市,这样的火灾对于城市 形象的影响更大 1。 近年来,随着高效烹饪设备的发展和高自燃温度油的使用,烹饪区火灾对生命和财产的潜在风险 不断增加,统计数字表明,在酒店和餐馆等发生的所有火灾中,超过一半都起源于厨房。 由于对建筑成 本的考虑，导致建筑设计具有一定的局限性,大型酒店、饭店、食堂等建筑的厨房产生的油烟通常不 能直接排至室外,而是通过油烟机和风机,将灶具燃烧废气和灶台烟气一并通过管道和风机排出房。 油烟道的设计范围是从灶具和锅台上方的排气口到室外,一般排烟道长度都超过了 10m。在灶台附近 通常不采取专门的防火措施,风机极易将高温油烟气和带有火星的灶具燃烧废气同时吸入油烟道,使 得烟道中的油垢发生分解产生可燃气体，从而导致烟道发生火灾 1。更加严重的是如果发生在油烟 道中的火灾没有及时被发现并且没有及时得到控制，那么火势将会蔓延到整栋建筑，更有可能造成 周围整个区域都发生火灾,造成更大范围的火灾，造成无法弥补的后果。为了减少这类事故的发生， 就必须对油烟雾进行现场实时检测，采用先进可靠的安全检测仪表，严密监测烟道环境中烟雾的浓 度和油烟道中的温度， 及早发现事故隐患，采取有效措施，避免事故发生，才能确保餐饮业建筑物 安全和每个人的生命安全。因此，研究烟雾的检测方法与研制烟雾报警器和自动消防就成为传感器 技术发展领域的一个重要课题。 1.21.2 设计概述设计概述 设计此消防系统的两大核心是火灾报警和火灾处理。单片机、烟雾传感器、温度传感器是此系 统用到重要器件。单片机好比是联系着传感器和报警电路等设备一坐桥梁。近几年，人们的生产和 生活也随着单片机的发展得到快速提高。在社会需求的驱使下，各种类型，各种型号的单片机被开 发出来。单片机它实际上就是一个控制器，相当于计算机中的 CPU，它属于器件级计算机系统，它 像 CPU 具有体积小功能齐全等特点，除此之外它的造价成本也低，因此，它被应用到所有电子系统 中。当然，如果将它运用到消防系统中，可以大幅度提高消防系统可靠性和准确性，使得整个消防 系统更加的完善，从而更大程度的保护了人们的生命安全及财产损失。而传感器作为信息技术系统 的“感官”元件，它就像我们的皮肤和神经系统一样，可以直观的感受整个环境状况，如果这个“感 官”元件像人一样感受不到任何信息，或者“感官”迟钝，都将无法控制整个系统的正常运行。美 国曾把二十世纪八十年代称为传感技术时代，日本更是把传感技术列为十大技术之首。所以，根据 陕西理工学院毕业设计 第 2 页 共 46 页 火灾报警器和火灾处理功能的需要，选择合适、精确、经济的烟雾传感器、温度传感器和单片机芯 片是至关重要的。在本论文中的最主要的设计是选 STC89C52 单片、MQ-2 半导体气体烟雾传感器和 DS18B20 温度传感器作为核心器件。 目前，现代建筑都会有选择地安装不同功能的烟雾自动报警及消防系统。因为烟雾自动报警系 统是建筑物的神经系统，它能够感受、接收着发生火灾的早期信号并及时报警，发出警报同时告知 用户。它就像是一个个称职的丈夫，给居住、忙碌或是休息在家庭中的人们以极大的安全感。在火 灾的发生的临界状态之前，精准的探测到火情并及时报警，可以及时有效地控制火灾的蔓延并且快 速灭火，最大程度的减少财产损失和保证人们的生命安全。 1.31.3 烟雾报警器的国内外现状烟雾报警器的国内外现状 国外对从烟雾传感器的研究及开发是从 20 世纪 30 年代开始的，且得到发展迅速，一方面是因 为人们安全意识增强，对环境安全性和生活舒适性要求提高，市场需求要求变高；另一方面是因为 传感器市场增长受到政府安全法规的推动。据有关数据统计，美 国 1996 年2002 年烟雾传感器年 均增长率为 30%左右。随着传感器生产工艺水平不断提高，传感器的集成度不断的提升，使传感器 体积日益趋于小型化，使得检测烟雾的仪器体积也逐渐变小，从而使携带起来更加的便携，也便于 生产和运输，为市场进一步的推广奠定了基础。 1963 年 5 月，日本开发完成第一台接触燃烧式家用燃气泄漏报警器，次年 12 月其改良产品问 世，改良的报警器可以检测燃气、一氧化碳等气体，可以安装在浴室或者采用集中监视。 我国在 70 年代初期开始研制烟雾报警器， 在引进国外先进的传感器技术和先进的生产工艺基础 上，进行研究与开发形成自己的特色，从单一的炼油系统扩展到几乎所有危险作业环境的各种类型， 报警器生产型号多样、品种较齐全，产量也在不断增加。近年来，在烟雾选择性和产品稳定性上也 有很大进步。 燃气报警器可分为民用火灾烟雾报警器、工业用烟雾报警器、 有毒有害烟雾报警器三大系列产 品。 (1)民用火灾烟雾报警器 民用火灾烟雾报警器为居民家庭用的火灾报警器,一般安装在厨房，遇到火灾产生的烟雾时时， 报警器可发出声光报警，或同时伴有数字显示，同时联动 外部设备。有的报警器可自动开启排风扇 和水泵，把烟雾排出室外并且同时进行灭火 11。 (2) 工业用烟雾报警器及有毒有害烟雾报警器 工业用烟雾报警器及有毒有害烟雾报警器只是检测探头有差异，它们原理和应用中都很相近。 工业用燃气报警器及有毒烟雾报警器根据检测环境的不同，也可分为检漏仪、控制器和探测器。 检漏仪的体积较小，可随身携带或手持，主要应用于燃气管理的查漏与巡检。若有燃气泄漏， 检漏仪便会发出声光报警，同时数字显示烟雾浓度，以便及时采取安全措施，防止爆炸等恶性事故 的发生。控制器与探测器结合使用，可在防爆现场长期监测烟雾的浓度。 探测器安装在防爆现场，控制器壁挂在值班室等有人值守的地方，二者采用屏蔽电缆线连接。 当在现场的探测器探测到燃气泄漏之后，通过屏蔽电缆线将信号传到控制器，控制器发出声光报警， 同时启动排风装置或关闭电磁阀切断气源，以确保安全 11。此种仪器广泛应用于液化气站、汽车加 油站、锅炉房等工业场所。 1.41.4 烟雾报警器的发展趋势烟雾报警器的发展趋势 面对人类社会经济与技术急速发展的时代，伴随着电子、计算机、通讯和现代控制技术的迅速 发展，现代火灾自动报警应用技术发展趋势正在向着全总线制、软件编程、网络化、智能化、多样 化、小型化、社区化、蓝牙技术无线化、高灵敏化、综合化等方面发展。 针对当前烟雾自动报警系统存在的通讯协议不一致，系统误报、漏报频繁，智能化程度低，网 络化程度低、特殊恶劣环境的烟雾探测报警抗干扰等问题较为突出的现象，提出在符合国家消防规 范的基础下采用统一、标准、开放的通讯协议。通过对新技术、新工艺、新材料和新设备的应用研 究，对系统方案、设备选型的优化组合，改进烟雾自动报警系统的工作性能、减少维护费用和维护 陕西理工学院毕业设计 第 3 页 共 46 页 要求，向着高可靠性、高灵敏性、低误报率、系统网络化、技术智能化方向发展，为更好的预防和 遏制建筑火灾提供了强有力的保障，从而更好的保护国家和人民的生命、财产安全。 1.51.5 设计任务分析设计任务分析 本篇论文是烟雾报警器及火灾自动灭火系统的研制： (1)烟道消防系统的总体规划和结构设计。 (2)以 STC89C52 单片机为中央处理器，对硬件电路进行设计和改进，使其功能更加完善。系统 硬件电路主要分为烟雾浓度检测电路、温度检测电路、声音报警电路、指示灯电路、数码管显示电 路、水泵电路部分。 (3)对系统软件进行编制。按照软件实现的功能，主要分为主程序、初始化子程序、烟雾浓度显 示子程序、温度显示子程序、水泵启动程序、报警子程序、报警限值设置子程序。在程序的编写过 程中，加入了详细的文字注释，以便于后期的改进与维护。 (4)硬件电路与软件的综合调试。 陕西理工学院毕业设计 第 4 页 共 46 页 2 总体方案设计 此烟道消防系统主要由烟雾报警和灭火系统组成。烟雾报警器是能够检测环境中的烟雾浓度， 并具有报警功能。该报警系统的最基本组成部分应包括：信号采集模数转换电路、单片机控制电路、 字符显示电路、声光报警电路和安全保护电路等部分组成；灭火系统主要是通过单片机对水泵进行 控制，从而达到灭火效果。 为适应餐饮业烟道的特殊环境对可燃性易爆烟雾安全性要求，设计的烟雾报警器具有显示报警 状态。报警器采用延时的工作方式，烟雾检测报警器以 STC89C52 单片机为控制核心，选用 MQ-2 半 导体气体烟雾传感器采集烟雾浓度信息，配合外围电路构成烟雾报警系统。本设计包括硬件和软件 设计两个部分。 从设计的要求来分析该设计须包含如下结构：烟雾检测部分、STC89C52 单片机主控部分、温度 检测、报警部分、AD 采集、灭火控制六大部分。电路总题框图如图 2.1 所示： 图 2.1 总体设计框图 处理器采用 51 系列单片机 STC89C52。整个系统是在系统软件控制下工作的。设置在监测点上 的烟雾检测探头将检测到的烟雾变换成电信号，送出模拟信号，给 AD 采集电路采集。在单片机内， 经软件查询、识别判决等环节实时发出烟雾报警状态控制信号。驱动蜂鸣器及报警指示灯报警，并 且此时灭火电机也被驱动进行工作。 2.12.1 MQ-2MQ-2 半导体气体烟雾传感器半导体气体烟雾传感器 MQ-2 半导体传感器是以清洁空气中电导率较低的金属氧化物二氧化锡(SnO2)为主体的 N 型半导 体气敏元件。当传感器所处环境中存在烟雾气体时，传感器的电导率随空气中烟雾气体浓度的增加 而增大。在设计报警器时只有使用简单的电路即可将电导率的变化转换为与该气体浓度相对应的输 出信号 12。该传感器具备一般半导体烟雾传感器灵敏度高、电导率变化大、响应和恢复时间短、抗 干扰能力强、输出信号大、寿命长和工作稳定等优点，在市面上应用十分广泛。 二氧化锡(SnO2)半导体气敏元件特点： (a)SnO2 材料的物理、化学稳定性较好，与其他类型气敏元件相比，SnO2 气敏元件寿命长、稳 定性好、耐腐蚀性强。 (b)SnO2 气敏元件对气体检测是可逆的，而且吸附、脱离时间短，可连续长时间使用。 (c)SnO2 气敏元件结构简单，成本低，可靠行较高，机械性能良好。 MQ-2 气敏元件的结构如图 2.2 所示，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 好的气敏元件有只针状管脚，其中个用于信号取出，个用于提供加热电流。 MQ-2 半导体气体烟雾传感器适用于烟雾、天然气、煤气、氢气、烷类气体、汽油、煤油、乙炔、 氨气等的检测，对可燃性气体的（CH4、C4H10、H2 等）的检测很理想。这种传感器在较宽的浓度范 围内对烟雾气体有良好的灵敏度，能够检测多种可燃性气体，十分适合应用在家庭的气体泄漏报警 陕西理工学院毕业设计 第 5 页 共 46 页 器中。是一款便携式气体检测器，非常适合多种应用的低成本传感器。其技术指标表 2.1。 表 2.1MQ-2 的技术指标 图 2.2 烟雾传感器及其结构图 由于物理量和测量范围的不同，传感器的工作机理和结构就不同。MQ-2 烟雾传感器输出的是模 拟信号。必须通过 ADC0832 进行 A/D 转换，当信号的数值符合 A/D 转换器的输入等级时，可以不用 放大器放大；当信号的数值不符合 A/D 转换器的输入等级时，就需要放大器放大。 设计时应注意，气敏元件开机通电时，其内阻很小，需要进行预热，才能恢复到原来的稳定状 态。因此，QM-2 气体传感器需开机预热几分钟，才可投入使用，以免造成误报。 2.2.2.2. STC89C52STC89C52 单片机简介单片机简介 STC89C52 是一种低功耗、高性能 CMOS8 位微控制器，具有 8K 可编程 Flash 存储器。使用高密 度非易失性存储器技术制造，与工业 80C51 产品指令和引脚完全兼容。片上 Flash 允许程序存储器 在线可编程，亦适于常规编程器。在单芯片上，拥有灵巧的 8 位 CPU 和在系统可编程 Flash，使得 STC89C52 为众多嵌入式控制应用系统提供高灵活、 超有效的解决方案。 STC89C52 具有以下标准功能： 加热电压（Vh）AC 或 DC 50.2V 回路电压（Vc） 负载电阴（Rl） 清洁空气中电阻 （Ra） 灵敏度（S=Ra/Rdg） 响应时间(trec) 恢复时间(trec) 元件功耗 检测范围 使用寿命 最大 DC 24V 2K 2000 K 4(在 1000ppmC4H10 中) 10S 30S 0.7W 5010000ppm 2 年 陕西理工学院毕业设计 第 6 页 共 46 页 8k 字节 Flash，256 字节 RAM，32 位 I/O 口线，看门狗定时器，2 个数据指针，三个 16 位定时器/ 计数器，一个 6 向量 2 级中断结构，全双工串行口，片内晶振及时钟电路。另外，STC89C52 可降至 0Hz 静态逻辑操作，支持 2 种软件可选择节电模式。空闲模式下，CPU 停止工作，允许 RAM、定时器 /计数器、串口、中断继续工作。掉电保护方式下，RAM 内容被保存，振荡器被冻结，单片机一切工 作停止，直到下一个中断或硬件复位为止。这一模块以单片机为中心把程序代码烧进去然后外围接 上复位电路、振荡电路、键盘控制、LED 显示电路、报警电路等子模块。 2.32.3DSl8B20DSl8B20 简介简介 DSl8B20 温度传感器是美国 DALLAS 半导体公司继 DSl820 之后最新推出的智能改进型智能温度 传感器。 与传统的热敏电阻相比， 他能够直接读出被测温度并且可根据要求通过简单的编程实现 9 l2 位的数字直读方式。可以分别存 93.75ms 和 750ms 内完成 9 位和 12 位的数字量，并且从 DSl8B20 读出的信息或写入 DSl8B20 的信息仅需要一根口线(单线接口)读写， 温度变换功率来源于数据总线， 总线本身也可以向所挂接 DSl8B20 供电，而无需额外电源。因而使用 DSl8B20 可使系统结构更趋简 单，可靠性更高。他在测温精度，转换时间，传输距离，本文系统地介绍了基于 DS18B20 的温度测 量控制系统的组成、设计方案、电路原理、程序设计过程。DS18B20 多点温度测量系统是以 AT89C52 单片机作为控制核心，智能温度传感器 DS18B20 为控制对象，用数码管显示，运用 C 语言实现系统 的各种功能。 2.42.4温度采集模块温度采集模块 方案 1： 采用 PT100 作为测温电路的温度传感器。PT100 传感器是利用铂电阻的阻值随温度变化而变化、 并呈一定函数关系的特性来进行测温的，具有抗振动、稳定性好、准确度高、耐高压等优点。但使 用起来比较复杂。 方案 2： 采用 DS18B20 作为测温电路的温度传感器。DS18B20 的数字温度输出通过 “ 一线 ” 总线 （ 1-Wire 是一种独特的数字信号总线协议，它将独特的电源线和信号线复合在一起，仅使用一条 口线；每个芯片唯一编码，支持联网寻址、零功耗等待等，是所需硬件连线最少的一种总线）这种 独特的方式，可以使多个 DS18B20 方便地组建成传感器网络，为整个测量系统的建立和组合提供了 更大可能性。它在测温精度、转换时间、传输距离、分辨率等方面比其他温度传感器有了很大的进 步，给用户带来了更方便的使用和更令人满意的效果。 通过比较，DS18B20 直接输出数字温度值，不需要校正，因此选择方案 2。 陕西理工学院毕业设计 第 7 页 共 46 页 3 系统的硬件电路 3.13.1 单片机最小系统单片机最小系统 单片机的基本组成如图 3.1 所示。 图 3.1 信号处理模块 复位电路、时钟电路和单片机共同组成了单片机最小系统。 STC89C52 单片机的工作电压范围：4V-5.5V,所以通常给单片机外界 5V 直流电源。40 引脚接电 源正极，20 引脚地端。 复位电路就是确定单片机的工作起始状态，完成单片机的启动过程。一般分为三种模式，有上 电复位，手动复位，混合复位，上电复位就是单片机接通电源时产生复位信号，完成单片机启动确 定单片机起始工作状态;手动复位就是手动按键产生复位信号，完成单片机启动，确定单片机的初始 状态，通常在“死机”或者混乱时使用手动复位，即可实现单片机重启，混合复位就是将这两种复 位方式结合在一起，此次设计的烟道消防系统就是使用的混合复位。 时钟电路就是振荡电路，是向单片机提供一个正弦波信号作为基准，决定单片机的执行速度。 3.2 单片机的时钟电路与复位电路设计 本系统采用 STC 系统列单片机，相比其他系列单片机具有很多优点。一般 STC 单片机资源比其 他单片机要多，而且执行速度快；STC 系列单片机使用串口对单片机进行烧写,下载程序较为方便； STC89C52 单片机内部集成了看门狗电路；且具有很强抗干扰能力。 本系统采用内部方式的时钟电路和加电自复位的复位电路，如下图 3.2 图 3.3 所示： 图3.2 时钟电路图3.3 复位电路 由于单片机 P0 口内部不含上拉电阻，为高阻态，不能正常地输出高/低电平，因而该组 I/O 口 在使用时必须外接上拉电阻。 3.33.3 烟雾检测烟雾检测 ADAD 采集电路采集电路 烟雾浓度检测采用 MQ-2 传感器。经过 ADC0832 采集后就可以得到各种烟雾浓度下的电压值。从 而设定出理想的烟雾强度报警值。电路如图 3.4 所示 陕西理工学院毕业设计 第 8 页 共 46 页 图 3.4 烟雾浓度采集电路 3.43.4 显示模块显示模块 显示采用数码管显示，显示电路如图 3.5 图 3.5 数码管显示 陕西理工学院毕业设计 第 9 页 共 46 页 3.53.5 声音报警电路声音报警电路 电路通过三极管基极串连一个电阻与单片机 P36 端口连接从而达到控制蜂鸣器是否报警。 图 3.6 声音报警电路图 3.63.6 按键控制电路按键控制电路 本电路设计了四个按键，一个设置键、一个加键、一个减键、一个紧急报警键，当遇到紧急情 况时，可按下紧急报警键，蜂鸣器进行报警；可以按下设置键对烟雾浓度和温度的报警预设值进行 设置。如图 3.7 所示 图 3.7 消音按键连接电路图 陕西理工学院毕业设计 第 10 页 共 46 页 3.73.7 电源模块电源模块 因为能够通过很多种方式对此消防系统供电，我们通过各种优缺对比，最终，采用 USB 数据线 对系统进行供电。 方案 1： 直接做个 5V 电源对此消防系统供电。 方案 2： 采用电脑 USB 数据线做电源，经过实验系统验证，在整个系统工作过程中，每个模块都能稳定 运行。 经过对比采用 USB 数据线供电，不仅成本低，而且更加方便. 电源接口电路如图 3.8，其中 P1 为 USB 接口，SW1 为电源开关。D1 为电源指示灯。 图 3.8 电源接口电路图 3.83.8 DS18B20DS18B20 接口电路接口电路 图 3.9 温度传感器接口电路图 陕西理工学院毕业设计 第 11 页 共 46 页 DS18B20 有六条控制命令; 温度转换 44H 启动 DS18B20 进行温度转换读暂存器,BEH 读暂存器 9 个字节内容写暂存器,4EH 将数据写入暂存器的 TH、TL 字节复制暂存器,48H 把暂存器的 TH、TL 字节写到 E2RAM 中重新调 E2RAM,B8H 把 E2RAM 中的 TH、TL 字节写到暂存器 TH、TL 字节,读电源供电方式是 B4H 启动 DS18B20 发送电源供电方式的信号给主 CPU,CPU 对 DS18B20 的访问流程是： 先对 DS18B20 初始化， 再进行 ROM 操作命令，最后才能对存储器操作，数据操作。DS18B20 每一步操作都要遵循严格的工作时序和通 信协议。如主机控制 DS18B20 完成温度转换这一过程，根据 DS18B20 的通讯协议，须经三个步骤： 每一次读写之前都要对 DS18B20 进行复位，复位成功后发送一条 ROM 指令，最后发送 RAM 指令，这 样才能对 DS18B20 进行预定的操作。 陕西理工学院毕业设计 第 12 页 共 46 页 4 系统软件的设计 主程序设计流程图如图 4.1 所示。首先要进行程序初始化，接下来需要对传感器进行预热,因为 MQ-2 型半导体电阻式烟雾传感器内阻非常的小，灵敏度非常的高，在不通电存放一段时间后，再次 通电时，传感器不能及时正常采集烟雾信息，需要一段时间预热。程序初始化结束后，系统进入监 控状态，通过烟雾浓度传感器和温度传感器对烟雾浓度和温度进行检查，烟雾浓度数值通过 AD 转换 再通过单片机在 LED 上显示出来，温度数值可以直接通过单片机在 LED 上显示出来，当烟雾浓度和 温度采集出来后再与预设值进行对比，从而判断是否报警，如果大于预设值就启动报警子程序，同 事，灭火子程序也同事启动，如果小于预设值，返回到信号采集，进行轮回，不间断的实时信号采 集。 否 是 图 4.1 主程序流程图 在整个报警系统工作中，除过烟雾浓度温度信息经 ADC0832 转换处理后，由单片机进行分析处 理，判断系统是否启动报警。主程序还包括 LED 八段式数码管浓度字符和温度显示功能、手动报警 功能、报警浓度和温度设定功能，中断子程序等，使报警器功能更加完善，给用户带来便利。 系统主程序及各个功能子程序祥见附录 C. 开始 程序初始化 传感器预热处理 信号采集 A/D 转换 单片机处理，判断 是否超过设定报 警值。 进入报警子程序 灭火程序启动 陕西理工学院毕业设计 第 13 页 共 46 页 5 硬件调试及调试中遇到的问题 第一步为目测。单片机应用系统电路全部手工焊接在有洞洞的万能板上，因此对每一个焊点都 要进行仔细的检查。检查它是否有虚焊、是否有毛剌等。 第二步为万用表测试。先用万用表复测目测中认为可疑的连线或接点，查看它们的通断状态是 否与设计规定相符，再检查各种电源线与地线之间是否有短路现象。 第三步为加电检查。当系统加电时，首先检查所有插座或器件引脚的电源端是否有符合要求的 电压值，接地端电压值是否接近零，接固定电平的引脚端是否电平正确。 第四步是联机检查。在对硬件电路调试过程中，还遇到了不少问题，第一次把所有的元件都焊 上去后，都准备调试了，才发现正负极的插针离得太近了，不容易接电源，本不该犯的错误，这些 都是由于自己的粗心大意造成的，所以说，做任何事情都必需经过“三思而后行”，来不得半点的 马虎，否则浪费了时间和精力。 陕西理工学院毕业设计 第 14 页 共 46 页 总结 烟雾检测报警及灭火装置可保障人么生产与生活的安全，能够有效防止和控制火灾和爆炸事故 的发生，它不仅仅在餐饮业烟道消防中有着不可或缺的作用，同时，它也可以应用到家庭防火检查 和处理中，不仅如此，在它的基础上可以开发出更加智能的消防系统，比如增加一个无线模块，当 有火灾发生时，用户第一时间就能接收到报警短信，因此，对此类消防系统的研究有着广阔的发展 前景。 本论文在对烟雾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，对各个模块进行合理的选型确定系统的整体设计方案。并对整个消防系统和各个子系统进行了 详细的设计与分析。 本论文设计的消防系统主要由烟雾信号采集电路与单片机控制电路两大部分构成。根据设计要 求、使用环境、成本等因素，选用 MQ-2 型半导体电阻式烟雾传感器对烟雾浓度进行检测。该传感器 是对以烷类烟雾为主的多种烟雾有良好敏感特性的广谱型半导体敏感器件。它的灵敏度适中，具有 响应与恢复特性好， 长期工作稳定性、 重现性、 不易受环境影响及抗温湿度影响等优点。 选用 DS18B20 对烟雾温度进行检测，它是一款我们非常常见的温度传感器，它有独特的单线借口，只需一个接口 引脚即可完成通信，不需要外部元件，在 1s 能把温度变成数字以 9 位数字值方式值读出温度，最主 要的就是用户可以自己定义非易失性的温度告警设置并且不需要备份电源，数据线供电即可。 在系统单片机控制电路的设计上，选择了具有高集成度，高性能，高兼容，低成本的 STC89C52 单片机作为核心控制器件，充分利用了其高速数据处理能力和丰富的片内外设，实现了此烟道消防 系统的小型化和智能化。使其具有结构简单、性能稳定、体积小、成本低等优点。由于烟雾传感器 内阻非常小，非常敏感，必须在加热状态下工作，温度越高，电导率越大，反应越快，响应时间和 恢复时间就越快。为提高响应速度，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。 烟雾报警器能在较宽的温度范围工作， 可将烟雾浓度和温度显示用 LED 数码管显示。 当烟雾的浓度和温度达到或高于预设值时，发出报警，水泵驱动进行灭火。 通过现场标定及测试，分析烟雾浓度信号的实验数据，计算本报警器显示烟雾浓度与实际浓度 之间的误差为 2.45%LEL，在所规定误差范围5%LEL 之内，温度误差在1，满足检测要求，并且 当发生报警时，消防水泵能够在报警的同时进行喷水灭火，达到了预期的设计效果。 到目前为止我的毕业设计也即将告一段落了，在这次的毕业设计中，自己也学习到了很多以前 没有没有经历过的知识，让我更加清楚了理论知识和实践能力的差别了，了解到自己的短处，培养 了我的独立思考能力，进一步提高了自己在实际设计过程中研究问题、发现问题、解决问题的能力， 同时，也发现了自己的不足之处，和一些问题的存在，并有待进一步学习和发展，让自己在未来的 工作和学习之中更快的适应和提高自己。 陕西理工学院毕业设计 第 15 页 共 46 页 致谢 在完成本设计的写作过程中，我十分感谢我的指导老师王老师和傅老师。从选题到完成设计， 老师一直都是很悉心的给我讲解着在设计中遇到的各种问题，循循善诱，严格把关，帮助我开拓设 计思路，并不断地鼓舞着我，使我感到信心倍增，让我非常积极地投入到设计中，不断地完成设计 中的一个个部分。在此，再次感谢老师在设计上不断地给与我帮助，让我在大学里的最后一次的学 习过程中，充分感受到了自己对学习的兴趣和热情，使我能够圆满地完成自己的毕业设计。 大学生活马上就要结束，对我来说也就是学生时代就要过去了，马上就要走出校园，面对社会 了，心里有些憧憬又有些胆怯。回想大学四年的时光，仿佛尽在昨天。最后，我还要感谢在我大学 四年的学习期间给我极大关心和支持的家人、各位老师以及我的同学和朋友。是你们在生活和学习 上不断给与我支持、帮助和无微不至的关怀，是你们不断地给与了我信心，让我在人生中一次次坚 强地走下去。 陕西理工学院毕业设计 第 16 页 共 46 页 参考文献 1谢正文.餐饮业烟道油垢自燃发火机理及细水雾自动灭火系统研究D.中南大学博士学位论文.2011 2陆聆泉.F 类火的灭火研究J.消防科学与技术. 2009(05):349-353 3张田莉.餐饮经营单位厨房油烟道火灾成因及防控对策研究A.2010 中国消防协会科学技术年集 集.2010:212-214 4胡立勇.浅谈宾馆、饭店厨房的火灾危险性及应对措施J.郧阳师范高等专科学校学报.2012,32 (4):116-118 5吴易平.厨房火灾危险性分析与专用灭火装置J.消防科学与技术.2007(04): 406 -408 6罗启才.抽油烟管道火灾的勘查认定消防科学与技术.2003,22(6):544-545 7 李静,赵馄浅.谈商业厨房烹饪设备火灾及设置自动灭火装置.J. 消防科学与技术 2007,26(4)：406-408 8 李新华.通风空调系统风管中聚集物的燃烧特性及对建筑火灾的影响研究D, 湖南:湖南大学,2007.4 9 谢正文,袁巧.曲方消除油垢热分析实验噪音方法和热动力学研究,化学工程J,2010,38(6):33-37 10 谢正文,袁巧.曲方餐饮业烟道油垢燃烧特性及动力学模型,安全与环境学报J,2009,9(6):128-131 11 王猛.燃气报警器的分类与选择J，2007 12 王鹏彪.无线传感器网络消防报警系统的设计J，2015,10 13 PUCILL, P.M.: Fire hazard protection, detection and monitoring systems, Sea. Con, 2, Proceedings of Symposium on ADV in offshore and terminal measurement and control systems, Brighton, England, March 1979, pp. 353-363 14 Electronic Industries Association :Interface between data terminal equipment and data communication equipment employing serialbinary data interchange (EIA Standard RS-232, Washington, DC, 1969) 陕西理工学院毕业设计 第 17 页 共 46 页 附件 A:外文翻译 外文文献原稿和译文外文文献原稿和译文 原原稿稿 Multiple single-chip microcomputer approach to fire detection and monitoring system A.J. AI-Khalili, MSc, PhD D. AI-Khalili, MSc, PhD M.S. Khassem, MSc IndexingIndexing termterm : Hazards, Design, Plant condition monitoring Abstract:Abstract: A complete system for fire detection and alarm monitoring has been proposed for complex plants. The system uses multiple single chip architecture attached to a party line. The control algorithm is based on a two-level hierarchy of decision making, thus the complexity is distributed. A complete circuit diagram is given for the local and the central station with requirements for the software structure. The design is kept in general form such that it can be adapted to a multitude of plant configurations. It is particularly shown how new developments in technology, especially CMOS single chip devices, are incorporated in the system design to reduce the complexity of the overall hardware, e.g. by decomposing the system such that lower levels of hierarchy are able to have some autonomy in decision making, and thus a more complex decision is solved in a simple distributed method. 陕西理工学院毕业设计 第 18 页 共 46 页 1 1 IntroductionIntroduction Regulatory requirements for most high risk plants andbuildings mandate the installation offiredetectionandwarningsystemsforallsensitiveareasoftheplantor thebuilding.Most fire codes state the requirementfor monitoring and control specifically related to a typeof a plant or building such as chemical plants, petroleum,nuclear plants, residential high-rises etc. A general conclusionof these codes can be specified as the followingrequirements : (a) The source of all detector signals should be exactlyidentifiable by the central station (b) An extra path of communication between the centralstation and all local controllers (c) Direct means of control of alarm and centralequipment by the central station (d) Means of communication between the centralstation and the fire department (e) Availability of emergency power supply.The codes usually also specify the types and frequency oftests for all equipment. Afire detection and alarm system is a combination ofdevices designed to signal an alarm in case of a fire. Thesystem may also accomplish fan control, fire door hold orrelease, elevator recall, emergency lighting control andother emergency functions. These additional functionssupplement the basic system which consists of detectionand alarm devices and central control unit. Technology has an i