火灾自动报警系统毕业课程设计

任务书本文采用气体传感器、温度传感、AT89S52单片机以及LED显示灯模块设计了一种智能火灾报警器，可以实现声光报警、故障自诊断、浓度显示、报警限设置、延时报警及与上位机串口通信等功能。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。本系统采用ATMEL公司的AT89S52单片机作为处理器，主要完成以下工作1基于AT89S52的火灾报警检测设计方案。2温度传感器AD590、烟雾传感器TGS202、A/D转换芯片ADC0809的选择以及与单片机的接口电路设计。3LED数码管驱动芯片ICM7218与单片机的接口电路及其与数码管的硬件连接。4设计主要软件程序模块，完成软件设计。目录第1章绪论111选题背景及意义1第2章火灾自动报警系统的工作原理221系统总体功能概述222火灾探测器的原理3第3章系统硬件设计5531单片机外围接口电路832信号处理电路933A/D转换模块1034声音报警电路1135数码管显示电路1236报警器故障自诊断14第4章系统软件设计1541主程序流程图1542主程序初始化流程图1643滤波子程序1644线性化子程序1745报警子程序1946键盘处理子程序21结论22致谢23参考文献24第1章绪论11选题背景及意义严峻的事实证明，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。第2章火灾自动报警系统的工作原理21系统总体功能概述火灾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。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。区域报警器将接收到火警信号后经分析处理发出声光报警信号，警示消防控制中心的值班人员，并在屏幕上显示出火灾的房间号。集中报警是将接收到的信号以声光形式表现出来，其屏幕上也显示出着火的楼层和房间号，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。整体电路的框图如图21所示22火灾探测器的原理火灾探测器主要分感烟、感温、光辐射三大类（1）感烟探测器。一种是离子感烟探测器，它在内外电离室里面有放射源镅241，电离产生的正负离子，在电场的作用下各向正负电极移动。在正常的情况下，内外电离室的电流、电压都是稳定的。（2）感温探测器。一种是运用金属热胀冷缩的特性。正常的情况下，探测器的电路断开，当温度升到一定值时，由于金属膨胀、延伸，导体接通，于是发出了信号。（3）光辐射探测器。一种是红外光辐射探测器。物质在燃烧时，由化学反应产生闪烁的红外光辐射使硫化铅红外光敏元件感应，转变成电信号，经放大后，就能向人们报警。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21系统原理及组成框图第三章系统硬件设计31单片机外围接口电路AT89S52单片机外围接口电路如图35所示，主要包括1晶振电路内部时钟电路的晶振频率一般选择在4MHZ12MHZ之间（该设计选用6MHZ），外接两个谐振电容。该电容的典型值为30PF,该设计选用33PF。2复位电路单片机复位采用按键高电平复位，而单片机在平时则复位端为低电平03直流电源图35单片机外围接口电路32信号处理电路图36信号处理电路123456ABCD654321DCBATITLENUMBERREVISIONSIZEBDATE21MAY2010SHEETOFFILEFPROTELMYDESIGN2DDBDRAWNBYR20KR20KR100KC01UFD1VI321411LM324AVCCVO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36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。34A/D转换模块经气敏传感器所检测的电压信号为模拟信号，无法直接被单片机所识别，所以在经过放大电路后对信号进行A/D装换，将模拟信号转化为数字信号输入单片机。图37A/D转换电路33声音报警电路由AT89S52的21脚实现声音报警控制。当可燃性气体浓度或温度超过限定值时，将P20置为低电平，三极管导通，扬声器发出鸣叫报警。其电路原理图如图38所示。图38声音报警电路图35数码管显示电路数据采集进来并被成功地由模拟量转化为数字量后，就被传送到系统的显示模块，让人们更直接地观察到相关数据。在本系统中，对LED进行的是动态扫描，除了给显示器提供段的输入之外，还要对显示器进行位控制。显示器的第一位显示所选择的通道号，而后三位则显示该通道传送进来的相应的数字量。图39数码管显示电路图35状态指示灯及控制键电路123456ABCD654321DCBATITLENUMBERREVISIONSIZEBDATE18MAY2010SHEETOFFILECPROGRAMFILESDESIGNEXPLORER99SELIBRARYSCHMYDESIGN5DDBDAWNBYD1红D2红D3红R5470R4470R3470VCCP22P23P24图310状态指示灯电路图311控制按键连接示意图P21S1功能转换键，按此键则开始键盘控制。P25S2加，按此键则温度设定值加一度或烟雾浓度增加001。P26S3减，按此键则温度设定减少一度或烟雾浓度减少001。RSTS4复位键，使系统复位。36报警器故障自诊断判断传感器电源连接情况。在传感器的地端串联一个电阻R，当传感器正常连接时，电阻和传感器分压，此时电阻两端有微弱的电压，单片机可以通过P21口检测到如果如果传感器电源连接不正常，则会产生断路，检测到电阻两端电压为0。第4章系统软件设计41主程序流程图主程序流程图如图41所示Y开始初始化传感器预热、故障检测键盘处理报警限设置报警子程序平均值法滤波线性化处理设置指示灯状态YN是否按下模式切换A/D转换N是否超过报警限浓度显示图41主程序流程图42主程序初始化流程图主程序初始化流程图如图32所示。这部分实现的功能包括各种I/O输入输出状态的设定、寄存器初始化、中断使能等。首先设定定时器工作方式，然后开系统中断，以便响应中断定时，及时对气体浓度和温度进行采样。然后关闭蜂鸣器，开启绿灯，设置报警限初值。开始定时器初始化开中断关闭蜂鸣器，打开绿灯设定初值YN是否保持报警初值返回图42主程序初始化流程图43滤波子程序开始设定采样次数调用A/D采样求第二个到第九个采样值的累加和将累加和求平均值送入寄存器NY已达到设定次数将采样值排序图44滤波子程序流程图44线性化子程序根据分段线性插值法求输入单片机的某一电压值对应的烟雾浓度的公式如下式中，N为所分区间个数，FX为实际烟雾检测浓度，X为实际气体检测浓度对应的电压值，XI是区间的下限浓度对应电压值，XI1是区间的上限浓度对应电压值，FXI为区间下限烟雾浓度值，FXI1为区间上限烟雾浓度值。分段插值法线性化程序流程图如图45所示图45线性化子程序开始读取滤波电压X查表并确定X所在电压区间求电压值X与所在区间下限差MXI求X所在区间的上下限浓度值的差ZFXI1FXI求上下限电压值的差XDI1XI求Z与XD的比KZ/XD求出K与X的和SKXM求出FXFXIS保存浓度值返回45报警子程序当烟雾浓度或温度值超过报警限设定值时，蜂鸣器发声，对应通道的红灯闪亮，以提示操作人员采取安全对策或自动控制相关安全装置，从而保障生产安全，避免火灾和爆炸事故的发生。为防止误报，在程序设计上，对烟雾浓度和温度进行快速重复检测和延时报警，以区别出时管道中烟雾的泄露，还是由于暂时打开阀门产生的可燃烟雾的微量散失，防止误报。报警子程序流程图如图46所示。图46报警子程序流程图NYNYY开始读取处理后的气体浓度值或温度值延迟20秒后采集一组数据YN是否烟雾浓度006或温度100传感器故障自诊断传感器有问题返回启动故障报警复位键是否按下烟雾浓度006或温度100温度100N启动火灾报警46键盘处理子程序按键处理子程序流程图如图47所示。开始扫描键值是否有键按下延时10MS消抖是否有键按下提取键值调用键盘处理子程序结束NNYYY图47键盘处理子程序流程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。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。参考文献1孙育才，MCS51系列单片微型计算机及其应用，第4版，东南大学出版社，20062王庆，PROTEL99SEDXP电路设计教程，电子工业出版社，20083康华光，电子技术基础模拟部分，第4版，高等教育出版社,20064