毕业设计（论文）-基于单片机的多传感器火灾报警系统设计.doc

Southwest university of science and technology 本科毕业设计 论文 多传感器火灾报警系统设计 学院名称学院 专业名称 学生姓名果子狸 学号200XXXX 指导教师 二 年 月 西南科技大学本科生毕业论文I 多传感器火灾报警系统设计 摘要 从 1847 年世界上第一台火灾报警装置出现以来 随着公共消防意识的提高与传 感器技术的进步 火灾检测的特征量与界定阈值等问题已经基本解决 但是现有的研 究在很大程度上并没有解决系统适应性与准确性的矛盾 火灾报警系统的课题研究 对于开发出优秀的火灾报警系统具有重要意义 本文首先简单介绍了火灾对人类生活的影响并介绍了当今世界火灾报警系统的发展 情况 然后 介绍了一种多传感器火灾报警系统的设计 讲解了火灾报警系统的软件 功能设计并给出了系统与各个功能模块的程序流程图 之后详细讲解了系统的各功能 模块硬件及软件设计 其中硬件设计的最后部分还论述了提高系统抗干扰能力与可靠 性的一些方法 并对系统的可扩展性做了简单介绍 软件设计包括针对单片机和传感 器的数据采集与数据模糊处理 系统检测与报警程序的设计 之后对硬件进行了简单 的调试 对调试结果进行了一些分析 最后 文章对整个设计进行了概括性总结 本文的重点是系统的硬件以及模糊判断的算法设计 其中详细介绍并论述了系统所 需要实现的功能以及各个模块的设计 整个报警系统主要完成采集传感器数据 处理 信息并做出判断等功能 最后的实验结果表明 该设计能够有效解决灵敏度与报警准确率之间的矛盾 能够 达到预期的效果 本设计具有高可靠性低误报率等特点 有一定的实用价值 关键词 火灾报警 多传感器 模糊判断 权重算法设计 西南科技大学本科生毕业论文II Design of multi sensors fire alarm system Abstract Fire is a common and high onset disaster As the fire itself is highly destructive it usually causes a lost of life and property This article describes the affection of fire on human life and introduces the development of fire alarm systems today in world at first then it introduces a design of multi sensor fire alarm system explains amply about the hardware and software design of each module in system besides we did simple hardware debugging as well as some analysis of the results of the debugging at last the article sums up the entire design in general This article focuses on hardware design and fuzzy judgment algorithm design which describes and discusses amply the design and achievement of every function the system needs The alarm system is designed for sensor data acquisition information processing making judgments and so on The last part of the hardware design is also discussed some ways to improve anti jamming capability and reliability and gives a brief introduction of the system s extendibility Software design includes the design of MCU and sensors data acquisition programs data fuzzy processing programs system check it s able to achieve the desired results This design has high reliability with low false alarm rate etc but in some areas still needs further improvement and refinement Key words fire alarm multi sensors fuzzy judgment permission assign algorithm design 西南科技大学本科生毕业论文III 目 录 第 1 章 绪 论 1 1 1 现今火灾报警技术发展及国内外研究概况 1 1 2 现代消防对火灾检测与报警的要求 2 1 3 课题研究的意义 3 1 4 设计工作任务及内容安排 3 第 2 章 系统方案设计 5 2 1 传感器选型方案简介 5 2 1 1 温度传感器 6 2 1 2 烟雾传感器 6 2 1 3 一氧化碳传感器 6 2 2 系统主要功能 7 2 3 系统结构与工作流程 7 2 4 小结 8 第 3 章 火灾报警系统硬件模块设计 9 3 1 单片机选型 9 3 2 模数转换电路设计 11 3 3 传感器选型 12 3 3 1 温度传感器 YH WEP 01 Pt100 12 3 3 2 烟雾传感器 HIS 07 13 3 3 3 一氧化碳传感器 ME4 CO 15 3 4 报警与显示电路设计 16 3 4 1 蜂鸣器报警电路 16 3 4 2 SMC1602A 液晶显示模块 17 3 5 电源管理模块 19 3 6 看门狗简介 20 3 7 通讯与下载电路设计 21 西南科技大学本科生毕业论文IV 3 8 小结 22 第 4 章 系统软件设计 23 4 1 火灾报警系统对软件设计的要求 23 4 2 软件开发环境简介 24 4 3 火灾报警系统软件流程 24 4 4 软件各功能模块设计 26 4 4 1 系统自检模块设计 26 4 4 2 各传感器数据采集与预处理模块 27 4 4 3 数据模糊处理与告警模块 29 4 5 小结 31 第 5 章 系统调试及遇到的问题 32 5 1 硬件功能调试 32 5 1 1 显示功能调试 32 5 1 2 蜂鸣器功能调试 34 5 1 3 A D 转换功能调试 36 5 2 系统整体运行调试 38 5 3 小结 40 结论 41 致谢 42 参考文献 43 附录 1 USING MULTIPLE SENSOR FOR DISCRIMINATING FIRE DETECTION翻译 44 附录 2 USING MULTIPLE SENSOR FOR DISCRIMINATING FIRE DETECTION原文 49 附录 3 系统电路原理图 55 附录 4 硬件实物图 56 附录 5 部分程序源代码 57 西南科技大学本科生毕业论文 1 第 1 章 绪 论 本章主要介绍了现今火灾报警技术的发展概况 现代消防对火灾检测与报警的要 求以及国内外相关的研究现状 讲述了本设计的主要内容 任务和相关安排以及本课 题的研究意义 1 1 现今火灾报警技术发展及国内外研究概况 火灾是指在时间和空间上失去控制的燃烧所造成的灾害 在各种灾害中 火灾是 最经常 最普遍地威胁公众安全和社会发展的主要灾害之一 实践证明 随着社会和经济的发展 消防工作的重要性就越来越突出 预防火灾 和减少火灾的危害 是对消防立法意义的总体概括 包括了两层含义 一是做好预防火 灾的各项工作 防止发生火灾 二是火灾绝对不发生是不可能的 而一旦发生火灾 就应当及时 有效地进行扑救 减少火灾的危害 从 1847 年美国牙科医生坎宁和缅因大学教授法莫研制出世界上第一台城镇火灾报 警装置至今 已有一百多年的历史 火灾报警系统的发展已经过了以下几个阶段 19 世纪 40 年代到 20 世纪 40 年代是火灾报警器发展的第一阶段 这期间的火灾报 警以单线感温报警为主 即通过简单的探测和报警电路判断环境温度是否超过预先设 置的阈值 由于受限于这一时期的电子技术和传感器技术 报警器的可靠性 准确性 和灵敏度均不高 20 世纪 50 年代到 70 年代则是火灾报警器发展的第二阶段 火灾报警已经由单线 制变化为多线制 多线制火灾报警器与上一代火灾报警器的区别在于火灾探测器与火 灾报警控制器之间不再是一对一而是多对一的关系 而且多线制要求每个探测器与控 制器之间使用两条以上的导线连接以保证每个探测点都能准确发出报警信号 但多线 制火灾报警系统过于复杂的设计与布线 使得安装和维护都很不方便 并且成本也比 单线制报警器高很多 20 世纪 80 年代到 20 世纪末 微处理器技术逐渐民用化并迅速普及起来 极大地 改变了火灾报警系统的设计思路 于是出现了以单片机为核心的总线制火灾报警系统 即为火灾报警器发展的第三阶段 这种自动报警系统已采用微处理器控制 探测器和 西南科技大学本科生毕业论文 2 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 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 具有系统自检及对外围器件的 故障检验等功能 现代建筑因为体量大 层数多 人员多 并使用了大量可燃材料装修 而且垂直 疏散困难很大 所以火灾危险性也很大 近十几年来 世界各国都对火灾的预防 报 警和控制进行了大量的研究 使智能型火灾报警系统的产品更新换代速度非常快 探 测器由普通探测器发展到带编码地址的探测器 信号线由原来的多线制发展到二总线 制 探测器的性能和系统的联动控制日趋完善 可靠性越来越高 在国外的产品中 分布智能系统技术得到了较为广泛的应用 这类系统的显著特 点有 多判数据火灾探测技术 完善的功能设置以适应一般场合的使用 通过编程使 探测器适应特殊的场合或环境需要 可以对自身电路及传感器进行检测 具有环境因 素补偿 故障报告功能 具有良好的可扩展性 多级判断设计提高报警的准确程度 有完善的通讯协议 低功耗 同国外相比 国内在火灾报警系统的研究上还是有一定的差距的 现在国内火灾报警技术也将重点放在了分布智能系统上 也有相当多优秀的产品 出现 但国内铲平普遍存在的缺乏核心技术的问题使得国内产品和国外的产品相比之 下还是存在诸如可靠性 稳定性差 探测器信号处理方法单一 智能化程度低 未能 很好解决探测器灵敏度和误报率之间矛盾等问题 1 2 现代消防对火灾检测与报警的要求 由于城市规模日益扩大 高层建筑 地下建筑 公共娱乐场所及大型综合性建筑 越来越多 建筑布局及功能日益复杂 用火 用电 用气和化学物品的应用日益广泛 火灾的复杂性 危险性大大增加 但是城市的消防站 消防供水 消防通信 消防通 道等公共消防设施的建设却发展缓慢 远远不能满足现代防火 灭火的需要 使社会 抗御火灾的能力相当薄弱 因此现代消防建设对火灾检测与报警的要求也与日俱增 主要体现在以下几点 第一 高层 超高层建筑对消防设施的要求 这类高层建筑的火灾一般有如下几 个特点 多采用大跨度钢架结构和灵活的环境布置 使建筑物开间和隔墙布置复杂 随着建筑高度增加 在起火前室内外温差所形成的热风压大 起火后由于温度变化而 西南科技大学本科生毕业论文 3 引起烟气运动的风火压大 因而火灾使烟气弥漫 扩散迅速 为了加强艺术效果和舒 适性的要求 装饰材料多种多样 且多为易燃或可燃材料 建筑内大量使用各种电气 设备 电气设备配电线路和信息数据通信布线系统密如蛛网 一旦发生火灾 会迅速 蔓延 建筑内人员众多 一旦发生火灾 疏散难度大 建筑多是多用途的综合性大楼 从而造成安全疏散通道曲折隐藏 由此可见 现代化高层建筑对火灾报警系统在火灾 整体的检测灵敏度 多样化检测标准 准确度 可靠性以及极端条件下系统工作稳定 性有了更多的要求 第二 工厂 企业都有大型或特大型的仓库 用以存放各种材料 设备 一旦仓 库失火 将给工厂 企业带来巨大的经济损失 甚至导致工厂 企业的停产 而这些 仓库又往往存在面积大 货物货架高 死角多等对火灾监视不利的因素 此外 各种 有毒或特殊材料的特点也对火灾监测有很大影响 所以 也要通过火灾报警系统来克 服这些不利因素 对仓库进行有效的火灾监视 第三 由于火灾发生的可能性很大程度上取决于环境因素 因此火灾报警系统需 要不仅能对固定环境的活在进行监测 更要能够针对不同环境条件下变化环境中的火 灾隐患进行监控 这对报警系统的智能化以及传感器技术提出了新的要求 1 3 课题研究的意义 上文中已经提到过 我国火灾报警系统技术的主要不足之处在于缺乏自己的核心 技术 因此如何设计一个具有自己独创元素的系统将不仅有利于提高系统设计水平 也能够为以后更多消防检测系统的设计提供很多优秀的参考 而这里面包括硬件设计 的独创性和软件系统的设计独创性两方面 结合现代消防对火灾检测与报警系统的要求 报警系统的设计应根据上述三点要 求对系统进行优化设计 除了完成通常环境下监视传感器及系统自身的工作状况 处 理各个传感器输出的报警信号 进行正确的示警与警示信息及执行相应的辅助控制等 功能以外 还需要在设计系统软件时考虑到不同环境下系统功能的适应性与稳定性 1 4 设计工作任务及内容安排 根据现今国内外火灾报警系统的设计理念 针对现有火灾报警器存在的不足 我 设计了一种基于多传感器技术的火灾报警系统 该设计的主要工作任务包括 系统硬件设计 包括火灾报警系统的控制器主板设计和其中各部分元件的选型 西南科技大学本科生毕业论文 4 电路板的设计与绘制 传感器及相关电路的设计 系统软件设计 包括火灾报警系统主程序设计 各个功能模块的程序设计 数据 收集与模糊判断算法设计以及系统自检程序的设计 本文的内容安排如下 第一章 简单介绍的火灾报警的背景以及现今火灾报警技术的国内外研究现状 以及全文内容的安排 第二章 描述火灾报警系统的主板设计方案 包括各功能模块和芯片的选型以及 详细说明 第三章 详细讲解该系统各个模块的设计思路和工作电路原理 分析实现各个功 能的方法和设计特点 第四章 详细介绍了整个火灾报警系统的软件设计思想 实现各个功能的模块程 序设计 以及系统工作的软件流程 第五章 对完成的系统原型进行了简单的一些调试 并在调试过程中发现并解决 软件漏洞 改进系统的设计 并对系统做了简单的环境稳定性测试 西南科技大学本科生毕业论文 5 第 2 章 系统方案设计 本章主要针对该火灾报警系统的设计所需的元器件 系统需要实现的功能与设计 要求以及系统工作流程等问题 本系统属于分布式多传感器火灾报警系统 与传统火 灾报警系统相比有以下优点 第一 多判数据处理 由于系统使用多传感器监测 因此系统对火灾的检测也是 基于多判数据处理的 将系统中的多个传感器采集到的数据送入 MCU 统一处理 将多 组参数进行组合判断 使各个传感器互为补充 能让系统根据同一时刻各传感器返回 的信息准确区分火灾险情与干扰源 拓宽了检测范围 提高了灵敏度 同时还能获得 较低的误警率 第二 实时环境数据监测与模糊判断 传感器的输出并非是其对环境信息的连续 检测结果 而是根据其检测周期有间隔地输出 因此传统火灾报警系统就存在检测的 实时性问题 而基于单片机和多传感器的本系统使用 MCU 对数据进行处理 可达到对 传感器输出的信号及环境数据进行实时监测的效果 与此同时 本系统并不完全依赖 数据阈值的判断 而是加入了带有持续时间检测的模糊判断 能够有效区分火灾与干 扰源 2 1 传感器选型方案简介 对火灾报警系统来说 传感器的性能在整个系统的工作效能上有着举足轻重的作 用 因此传感器的选型尤为重要 根据本系统的设计要求 使用温度传感器 一氧化 碳传感器和烟雾传感器 设计中这三种传感器均为模拟信号传感器 通过放大整形电 路与 A D 转换后作为送入 MCU 处理的数据 本设计中对传感器的性能有着如下要求 烟雾检测 0 5 英尺 误差 10 温度检测 0 200 误差 4 一氧化碳 0 500ppm 误差 5ppm 这些性能指标即设计中各传感器的选型的主要依据 其次在选型中也应考虑到元 件性价比的因素 在满足性能指标的基础上尽可能提高元件性能 西南科技大学本科生毕业论文 6 2 1 1 温度传感器 本设计使用高精度热电偶温度传感器 YH WEP 01 Pt100 其形为薄膜铂电阻 是 用真空沉积的薄膜技术把铂膜溅射在陶瓷基片上 膜厚在 2 m 以内 用玻璃烧结料把 Ni 或 Pd 引线固定 经激光调阻制成的薄膜元件 传感器工作时因环境温度的变化 使自身内阻发生相应变化 在固定电流下转化为一定的电压 经过放大整形后送入 A D 转换 成为能被单片机识别的温度数据信号 测量范围 50 500 R0 1000 工作电流 0 5mA 线性度 0 17 测 量误差 0 10 0 0017 t 外形结构 5 0 2 0 金属壳封装 延长线 0 5 10 0 由上述性能指标可知该传感器符合设计的性能要求 同时其体积小巧 温感灵敏 且误差很小 适合火灾检测的温度测量 2 1 2 烟雾传感器 本设计使用的烟雾传感器为离子式烟雾传感器 HIS 07 该传感器是基于类比最佳 性能设计的单源双室 DSCB 型电离室 电离室中安装的电离源为 Am 241 专用于感烟 探测 当流经内外电离室的电子流不平衡时 集电极充电直到电离电流达到平衡 在 无烟或无燃烧物时 集电极除手电离电流潮汐影响外保持平衡电位 当烟雾进入外电 离室时对电离电流产生影响 使电离电流下降 集电极重新充电直到新的平衡电位 这时的电位变化经整形后送入 A D 转换 即可得到烟雾浓度的数据 测量范围 0 5 工作电压 9V 测量误差 0 1V UL217 标准大气中输出 电压 5 6 0 4V 工作湿度 95 RH 棉芯 2 foot 烟灵敏度 0 6 0 1V 集电极平 衡电位 5 5 0 3V 绝缘体漏电电流 0 5pA 电离源活度 0 5 Ci 18Kbq 10 电 离室 25cm 处辐射剂量率 0 03mGy 年 由上述性能指标可知该传感器符合设计的性能要求 HIS 07 传感器的生产制作符 合 GB4715 93 国家标准 采用单源双室结构 体积小 便于安装 在适用范围的环境 条件下集电极平衡电位变化值基本在参数范围内 稳定性较高 集电极平衡电位一致 性好 响应时间较短 适于火灾检测中的烟雾测量 2 1 3 一氧化碳传感器 本设计使用的一氧化碳传感器为 ME4 CO 型电化学传感器 该传感器根据电化学 的原理工作 利用待测气体在电解池中工作电极上的电化学氧化过程 通过电子线路 西南科技大学本科生毕业论文 7 将电解池的工作电极和参比电极恒定在一个适当的电位 在该电位下可以发生待测气 体的电化学氧化 由于氧在氧化和还原反应时所产生的法拉第电流很小 可以忽略不 计 于是待测气体电化学反应所产生的电流与其浓度成正比并遵循法拉第定律 于是 通过将电流转换为电压信号并整形方法送入 A D 转换就可以确定一氧化碳气体的浓度 数据 测量范围 0 1500ppm 工作电压 9V 测量误差 0 08 0 02uA ppm 零点漂 移 20 40 9ppm 工作湿度 15 95 RH 响应时间 25s 分辨率 1ppm 稳定性 5 年 重复性 2 输出值 由上述性能指标可知该传感器符合设计的性能要求 ME4 CO 传感器对 CO 有很 高的灵敏度 具有良好的重复性和长期的稳定性 抗干扰特性良好 适合是用于火灾 环境下的一氧化碳气体检测 2 2 系统主要功能 本设计的火灾报警系统具有以下几个功能 1 火灾检测 传感器返回的数据经单片机判断为火灾时 发出火灾报警信号 并 显示于显示器上 2 分类示警 单片机根据传感器返回的环境信息 结合不同类型火灾或气体泄漏 的特征判断示警类型并显示 3 故障检测与告警 单片机在工作时对各个传感器的工作状态进行检测 当发现 传感器无响应时发出故障信号 并显示具体故障消息 4 外部设备控制 当系统做出火灾判断时能同时启动相应外部设备如灭火工具等 2 3 系统结构与工作流程 该火灾报警系统由图 2 1 中所示的几个部分构成 传感器安装于检测现场 通过 导线连接到主板传感器驱动电路 传感器返回的信号送到整形电路后转换为 0 5V 的电 平信号 由 A D 转换芯片转换为数字信号送入单片机 其中若有使用的数字式传感器 如 18B20 等 则不需要连接驱动电路与整形电路而直接连接单片机 系统的其他部分均安装在主板上 单片机接收到来自各传感器的数据后将数值显 西南科技大学本科生毕业论文 8 示于液晶屏 并根据事先制定好的规则判断是否有火灾情况 如果有火灾情况则将报 警信息显示 同时驱动蜂鸣器发出声音报警 并可以在需要的情况下启动外部设备 图图 2 1 火灾报警系统整体结构框图火灾报警系统整体结构框图 为了提高系统的可靠性 系统在硬件设计上采用了一些措施 设计系统的时候 不能只考虑正常状态的运行 对于干扰源也要有所考虑 由于可能会有因某些特定原 因产生的类似火灾的干扰源触发报警系统 如果用通常的处理方法 需要大量的判断 时间 可能会造成硬件的损坏 为了解决这样的情况 对系统做出如下设计 若检测 到单一传感器的数据迅速变化 则检测其余传感器是否检测到触发火灾相应的数据变 化 同时判断结果是否到达报警阈值 如果没有检测到相应变化则视为干扰源 并根 据设置的阀值直接报警 2 4 小结 本章针对各个传感器的选型方案和工作参数 对系统的主要功能和工作流程等问 题进行了简单描述 使读者对整个火灾报警系统有了一个整体了解 为整个系统的设 计介绍开头 STC89C52RC 单片机 A D转换 放大整形 放大整形 放大整形 传感器驱动电路 数字传感器外部设备 状态示警 温度 uint temp for i 1 i i j if buffer j 1 buffer j temp buffer j 1 buffer j 1 buffer j buffer j temp 对数组进行处理 去掉最大值和最小值 中间的二十个值再来求平均值 temp 0 for i 5 i 25 i temp buffer i temp uint float temp 20 0 5 return temp uint AD Filter void uint Date Buffer 30 0 temp uchar i for i 0 i 30 i 西南科技大学本科生毕业论文 29 Date Buffer i AD Change delay 148 延时 1 毫秒采集一次 这里可以根据工作需要调整时间 temp Average Date Buffer return temp 4 4 3 数据模糊处理与告警模块 本设计为了解决许多火灾报警系统存在的误警及适应性问题 设计了基于权重分 配与时间积累的模糊判断算法 通过设置全局变量 当数据超过系统警戒阈值时 根 据各数据的权值进行累加运算 当全局变量的累加值增长到一定程度时 依据各个数 据的增长比例来判断告警类型或采取相应行为 整个数据处理与分析的流程图如图 4 4 所示 总体评估值按权值累加 达到示警阈值 评估值低于阈值 总体评估值自减 解除警戒 分析数据比例 是 是 数据达到警戒值 否 否 读取传感器数据 符合气体警告 符合暗火警告 符合明火警告 显示对应气体类型警告 显示暗火警告 启动蜂鸣器报警 显示明火警告 启动蜂鸣器报警 否 显示其他异常警告 是 否 是 否 是 西南科技大学本科生毕业论文 30 图图 4 4 数据处理判断与报警模块流程图数据处理判断与报警模块流程图 本设计对于告警类型的判断标准设计并不是非常详细 判断标准是基于马里兰大 学 James A Milke 所著论文 Using multiple sensor for discriminating fire detection 中对 各种可燃物在燃烧时的温度 烟雾 一氧化碳等数据的变化的记录设计的 并没有通 过本地实际的燃烧数据统计来验证 所以可能会存在一定的误差 相关的数据分析图 见图 4 5 和图 4 6 图图 4 5 各种可燃物燃烧中的一氧化碳浓度上升率各种可燃物燃烧中的一氧化碳浓度上升率 1 西南科技大学本科生毕业论文 31 图图 4 6 各种可燃物在燃烧中的二氧化碳记录各种可燃物在燃烧中的二氧化碳记录 1 另外在设计程序时 为了便于调试和系统运行状态监测 设计了如下一段命令作 为 DEBUG 代码 L1602 char 1 1 temp 1000 10 48 L1602 char 1 2 temp 100 10 48 L1602 char 1 3 temp 10 10 48 L1602 char 1 4 temp 10 48 L1602 char 1 6 tmp h 100 10 48 L1602 char 1 7 tmp h 10 10 48 L1602 char 1 8 tmp h 10 48 L1602 char 1 10 gas h 100 10 48 L1602 char 1 11 gas h 10 10 48 L1602 char 1 12 gas h 10 48 L1602 char 1 14 smk h 100 10 48 L1602 char 1 15 smk h 10 10 48 L1602 char 1 16 smk h 10 48 这段代码的功能是分别将数据总体评估数值 温度累加值 一氧化碳累加值和烟 雾浓度累加值显示到 1602 显示屏上 当系统运行和告警时能清晰地看见各项数值的增 减情况 方便调试与改错 4 5 小结 本章介绍火灾探测器单片机系统软件流程 传感器信息采集及预处理模块 模糊 判断与示警模块软件设计 比较详细的说明了各个模块程序的流程图和实现功能 使 整个系统在软件系统的支持下完全实现了火灾报警的功能 西南科技大学本科生毕业论文 32 第 5 章 系统调试及遇到的问题 单片机系统的硬件调试和软件调试是不能分开的 许多硬件错误是在软件调试中 被发现和纠正的 在硬件设计中需要在保证电路的可行性 之后就可以通过下载程序 到系统中进行调试了 系统的调试不仅是对系统功能的检验 也是对系统在运行中可 能出现的问题的检测 并针对问题做出可行的解决方案 5 1 硬件功能调试 5 1 1 显示功能调试 显示功能对整个系统的正常运行有着极其重要的作用 不仅关系到运行状态的检 测 警示信息的显示 还关系到系统的调式和维护 所以显示功能的正常与否显得很 重要 在调试中 使用了一段简单的程序来检测 1602 显示模块能否正常的工作 include define uchar unsigned char define uint unsigned int sbit E P2 7 1602 使能引脚 sbit RW P2 6 1602 读写引脚 sbit RS P2 5 1602 数据 命令选择引脚 void delay int i j for i 0 i 10 i for j 0 j 2 j void enable uchar del P0 Convert del RS 0 RW 0 西南科技大学本科生毕业论文 33 E 0 delay E 1 delay void write uchar del P0 Convert del RS 1 RW 0 E 0 delay E 1 delay void L1602 init void enable 0 x01 enable 0 x38 enable 0 x0c enable 0 x06 enable 0 xd0 void L1602 char uchar hang uchar lie char sign uchar a if hang 1 a 0 x80 if hang 2 a 0 xc0 a a lie 1 enable a 西南科技大学本科生毕业论文 34 write sign void L1602 string uchar hang uchar lie uchar p uchar a if hang 1 a 0 x80 if hang 2 a 0 xc0 a a lie 1 enable a while 1 if p 0 break write p p void Main uchar i 48 L1602 init L1602 string 1 1 1234560123456789 L1602 string 2 1 ABCDEDGHIJKLMNOP while 1 这一段程序的功能是在显示模块上的两行分别显示字符串 1234560123456789 和 ABCDEDGHIJKLMNOP 如果显示模块功能正常则会显示出正常的两行字符 反之 则不会显示或出现乱码 在调试过程中 程序下载后进行系统调试 在显示器上能正常显示该两行字符 可知该显示模块功能正常 5 1 2 蜂鸣器功能调试 蜂鸣器在本设计中的作用主要在于发出警报声响以提示操作人员 蜂鸣器发声的 原理是使用单片机的定时器定时 按照一定音调所对应的频率产生驱动信号并使用另 西南科技大学本科生毕业论文 35 一个计时器控制发音的持续时间 使蜂鸣器发出对应频率和长短的声音 调试蜂鸣器模块使用一下一段程序 unsigned char code SONG 0 x26 0 x20 0 x20 0 x20 0 x20 0 x20 0 x26 0 x10 0 x20 0 x10 20 0 x80 0 x26 0 x20 0 x30 0 x20 0 x30 0 x20 0 x39 0 x10 0 x30 0 x10 0 x30 0 x80 0 x26 0 x20 0 x20 0 x20 0 x20 0 x20 0 x1c 0 x20 0 x2 0 0 x80 0 x2b 0 x20 0 x26 0 x20 0 x20 0 x20 0 x2b 0 x10 0 x26 0 x10 0 x2b 0 x80 0 x26 0 x20 0 x30 0 x 20 0 x30 0 x20 0 x39 0 x10 0 x26 0 x10 0 x26 0 x60 0 x40 0 x10 0 x39 0 x10 0 x26 0 x20 0 x30 0 x20 0 x30 0 x20 0 x39 0 x10 0 x26 0 x10 0 x26 0 x80 0 x26 0 x20 0 x2b 0 x10 0 x2b 0 x10 void Play Song uchar i uchar Temp1 Temp2 uint Addr Count 0 中断计数器清 0 Addr i 217 while 1 Temp1 SONG Addr if Temp1 0 xFF 休止符 TR0 0 Delay xMs 100 else if Temp1 0 x00 歌曲结束符 return else Temp2 SONG Addr TR0 1 while 1 西南科技大学本科生毕业论文 36 Speak Speak Delay xMs Temp1 if Temp2 Count Count 0 break void Main Time0 Init 定时器 0 中断初始化 while 1 Play Song 0 这一段程序的功能是使用蜂鸣器演奏歌曲 祝你平安 中的一段音乐 其中音符 的频率根据标准音频表设计 由于单片机使用 12MHz 的晶振 计时器将以方式一产生 10ms 的定时中断 定时器初始值为 D8F0H 之后在播放调用过程中配合循环产生相应 的节拍时间 功能调试时 该程序能够成功驱动蜂鸣器发出歌曲的声音 故证明蜂鸣器报警模 块工作正常 5 1 3 A D 转换功能调试 A D 转换与系统采集各个传感器的数据直接相关 只有保证 A D 转换的正常工作 才能使系统具有可行性 在对 A D 模块的调试过程中 将 A D 转换芯片的输入端通过 分压式接法的可调电阻连接于稳压电源 通过改变电阻器的阻值 观测 A D 转换结果 的变化 部分代码如下 sbit AD Out P3 4 sbit CS P1 4 sbit AD In P1 3 sbit E P2 7 sbit RW P2 6 sbit RS P2 5 uchar AD Change void uchar i temp 0 AD In 0 nop nop CS 0 nop nop nop nop if AD Out 1 temp 1 西南科技大学本科生毕业论文 37 for i 0 i 8 i AD In 1 nop nop AD In 0 nop nop if i 7 temp temp 1 if AD Out 1 temp 1 CS 1 return temp uint AD Filter uint Date Buffer 30 0 temp uchar i for i 0 i 30 i Date Buffer i AD Change Delay 1 延时 1 毫秒采集一次 temp Average Date Buffer return temp void Main void uint i 0 temp uint j L1602 init L1602 string 1 1 AD TLC549 TEST L1602 string 2 1 0 00V P2 0 x00 P1 0 xff while 1 temp AD Filter 西南科技大学本科生毕业论文 38 j temp 5 256 L1602 char 2 6 j 100 10 48 L1602 char 2 8 j 10 10 48 L1602 char 2 9 j 10 48 这段程序的功能是 测量 A D 芯片输入端输入的电压值 0 5V 并通过 1602 显示模 块显示出来 调试过程中 对比万用表测得的数据来判断 A D 转换的准确性 通过 A D 算法得到的数据 观测测量结果可得 A D 转换结果存在约 0 02V 的误差 其原因 来自于两方面 一是 A D 芯片的最小测量增加值是 0 0196V 另外一个原因在于 main 函 数中 测得值 temp 和电压数值 j 是整型变量 而运算过程中的产生的小数部分会被直 接约去 造成了一定的误差 根据设计要求 由这两个原因产生的误差不影响系统的 工作状态 故 A D 转换模块工作正常 5 2 系统整体运行调试 系统运行中一共有多种报警方式及警告级别 在整体运行调试中 将通过使系统 处于各种环境条件下进行行为测试 整个测试过程及系统行为记录见表 5 1 其中由于 一氧化碳的测试具有一定危险性 调试时使用模拟电压输入代替传感器电压信号 表表 5 1 系统整体运行调试行为记录系统整体运行调试行为记录 温度示数 CO 示数 ppm 烟雾示数 inch 屏幕显示蜂鸣器鸣响 2000 0各数据示数否 3000 0各数据示数否 4000 0各数据示数否 5000 0各数据示数否 6000 0tmp warning 否 7000 0tmp warning 否 8000 0tmp warning 否 21400 0各数据示数否 20700 0各数据示数否 201000 0各数据示数否 201300 0各数据示数否 西南科技大学本科生毕业论文 39 191600 0CO warning 否 201900 0CO warning 否 202200 0CO warning 否 2000 2各数据示数否 2000 5各数据示数否 2000 8各数据示数否 2101 1各数据示数否 2001 4smk warning 否 2001 7smk warning 否 2002 0smk warning 否 201302 0smk warning 否 201602 4noflame warning 是 191902 5noflame warning 是 30502 5smk warning 否 40802 6smk warning 否 501202 6noflame warning 是 601602 7Inflame warning 是 701902 7Inflame warning 是 802202 7Inflame warning 是 此外 还进行了系统自检功能的调试 在系统启动前拔去不同的传感器模拟传感 器故障 在系统运行后检测能否如预期一样检测到传感器的异常 运行记录见表 5 2 表表 5 2 系统自检行为记录系统自检行为记录 各传感器状态 插入 拔出 温度传感器CO 传感器烟雾传感器 屏幕显示 插入插入插入无 进入读数显示 插入插入拔出smk ERROR 插入拔出插入CO ERROR 插入拔出拔出CO ERROR 拔出插入插入tmp ERROR 西南科技大学本科生毕业论文 40 拔出插入拔出tmp ERROR 拔出拔出插入tmp ERROR 拔出拔出拔出tmp ERROR 观察表 5 2 可见 如同系统自检模块的软件流程设计 开机后系统将依次检测温 度传感器 一氧化碳传感器和烟雾传感器 系统在检测到任何一个传感器异常后会在 显示消息后挂起而不会再检测其余传感器 这样的顺序检测设计使传感器的检测产生 了优先级 即温度传感器优先级最高 一氧化碳传感器其次 最后是烟雾传感器 因 此有了如表 5 2 中所示的提示模式 5 3 小结 本章大致介绍了各硬件模块的功能调试与系统整体运行的调试结果 对在调试中 发现了一些存在的误差情况从软件设计上进行了一些修改 但整体运行仍存在着一定 误差 此外系统自检中对传感器的检测方式仍没有适当的算法将检测改为并行模式 但系统总体能够实现火灾检测与报警的完整功能 并可以正常运行 达到了设计要求 西南科技大学本科生毕业论文 41 结论 火灾报警系统对现代建筑起着极其重要的安全保障作用 研制火灾报警系统的目 的是改变我国防火报警技术的落后现状 提高我国防火报警产品的水平 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 该报警系统能接收 显示和传递 火灾报警信号 从开始对整个题目分析 到最后的设计完成整个系统的过程中 我对 单片机技术和接口技术 测控系统原理及设计的有了更深刻的认识 以 STC89C52RC 单片机核心 结合接口电路理论和汇编语言知识设计出了本系统 系统中采用了温度传感器 YH WEP 01 Pt100 烟雾传感器 HIS 07 一氧化碳传感 器 ME4 CO 三种传感器 可以利用传感器之间的互补作用来大大减小整个系统的误差 采用了一种改进的差动放大电路 使得放大倍数可连续性的调整 同时也保证了不同 传感器放大倍数不同的要求 降低了系统成本 采用蜂鸣器与液晶显示报警 达到及 时告知使用处理现场事故 疏散人群的目的 系统设置了自检功能 能够检测传感器 工作状态以及时通知操作人员更换故障传感器 在确定方案之后 对部分电路采取了试验板焊接测试 保证以后的电路可以实现 联调 在设计过程中 我学到了很多新的东西 并且把以前学的不好的知识又重新巩固 了一遍 虽然还达不到随便使用的程度 但还是进一步加深了理解与认识 由于要查 阅很多资料 还使我开阔了眼界 拓展了思路 实践中 我能熟练地运用 Protel99se Office2003 等应用软件 通过完成毕业设计我初步明白了怎样把所学的知 识运用到实践中来 终于能够做到学以致用 同时也大大提高了我的动手能力和实践 能力以及社会经验 西南科技大学本科生毕业论文 42 致谢 西南科技大学本科生毕业论文 43 参考文献 1 Jacob Y Wong Santa Barbara Fire detection using spatially cooperative multi sensor input technique P US patent 5079422 1992 1 7 2 James A Mike Using multiple sensors for discriminating fire detection A US University of Maryland 1999 2 3 Hall J R The latest statistics on U S home smoke detectors J Fire Journal 1989 83 39 41 4 Hugh Eva Eric F Lambin Remote Sensing of Biomass Burning in Tropical Regions Samp ing Issues and Multisensor Approch J REMOTE SENS ENVIRON 1998 64 292 315 5 姜志海 黄玉清 刘连鑫 冯占英 单片机原理机应用 M 北京 电子工业出版社 2009 1 6 李磊民 刘成安 路桥收费自动化系统 A 四川 西南科技大学 2007 7 黄贤武 郑筱霞 传感器原理与应用 第二版 M 北京 高等教育出版社 2006 3 8 康华光 陈大钦 张林 电子技术基础模拟部分 第五版 M 北京 高等教育出版社 2006 12 9 弘微科技有限公司 SST89 系列单片机教程 EB OL 2009 8 1 10 汤正华等 多传感器探测器在火灾探测中的应用 J 传感器技术 2001 20 3 33 38 11 张红兰 李扬 基于多传感器的智能火灾报警器的设计 A 广州 广东工业大学 2009 1 8 12 郭瑞璜 美国住宅用火灾报警器的普及状况 J 消防技术与产品信息 1998 07 48 49 13 曹君 火灾报警系统设计 A 黑龙江 哈尔滨理工大学 2006 12 12 14 张开逊 多信息源火灾报警器 R 北京机械工业自动化研究所 1997 西南科技大学本科生毕业论文 44 附录 附录 1 硬件实物图 西南科技大学本科生毕业论文 45 123456 A B C D 654321 D C B A T itle Num berRevisionSize B Date 30 Apr 2010Sheet of File E 图图图图 图图图 Fire Alert ddbDrawn By 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 2021 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 P10 P11 P12 P13 P14 P15 P16 P17 RESET RX D P30 T X D P31 IN T0 P32 IN T1 P33