论文-烟雾探测器

1、摘要前面应该有封面，请参看毕设指导书本文经过论文检测系统，发现许多部分与网上现有文献很多部分内容相同。存在抄袭现象，该如何解释？火灾是人类面临的最大威胁之一,灾难的发生有时候无法避免，而如何提早发现危险，控制灾情，则是我们面对的一个重要课题，其中，火灾探测对防御火灾具有举足轻重的作用。而光电感烟探测器就是目前消防中使用的主要探测器之一，为此本论文设计了一款基于单片机控制的光电式烟雾报警器。传统的烟雾报警器一般是由烟雾传感器和烟雾探测芯片两部分构成，探测芯片接收到传感器信号并对其进行处理，从结果判断是否有火灾发生。这种烟雾探测器的结构简单且成本低，但它存在误报率高和环境适应能力差的缺点。为了解决

2、这一问题，我们将单片机嵌入到了报警器中，这样就可以识别传感器因环境影响而产生的干扰信号。但是这样做又带来了其它方面的问题：（1）采用一般的单片机，如51单片机，报警器的功耗会非常的大，这对于需要电池长时间供电的烟雾报警器来说是无法接受的；（2）传感器产生的模拟信号较为微弱，这一信号要经过放大、模数转换之后才能被单片机识别处理。采用独立的A/D转化电路不仅会增加系统的功耗，而且降低了系统的可靠性；（3）单片机软件设计如若不合理，将导致报警器的高误报率，且其操作控制也不甚灵活。本设计以宏晶公司的STC12C5A08AD单片机为核心器件，设计了一款烟雾报警器。并在软件设计中则采用模糊滤波算法，提高了

3、单片机对环境的监测能力和自适应能力。关键词：烟雾；报警器；STC12C5A08AD；传感器AbstractFire is the biggest threat facing by mankind, fire detection is an important part for defensive fire. photoelectric smoke detector is the use of fire in the main explorer. so Paper designed a revivification of control in the smoke alarm.Traditiona

4、l smoke detector generally smoke sensors and the detection chip, detection chip at the signal is received, determine whether a fire broke out. the smoke detector simple structure and low cost, but there is, the rate and ability to a fault in order to solve the problem, monolithic integrated circuits

5、 are embedded in alarm, to identify the sensor for environmental impact of interference signals. but it also brought the other aspects of ：(1) the general, for example, 51 monolithic integrated circuits monolithic integrated circuits, and will significantly increase of consumption, the alarm for a l

6、ong time to battery operated by the smoke detector is not acceptable ； (2)sensors the analog signals are weak, the signal to enlarge, the module will be a monolithic integrated circuits. the independent a d change the circuit is not only increase the consumption and reducing system reliability ； (3)

7、 monolithic integrated circuits software design is not reasonable, so the rates of Alarm are high, operates the control is not flexible.In such circumstances, the design company hong jing STC12C5A08AD monolithic integrated circuits design for a core element of the smoke alarm. in software design fil

8、tering used as algorithms to monolithic integrated circuits to the environment monitoring and performance. Key word: Smog；alarm apparatus； STC12C5A08AD； sensor目 录1 摘要12 Abstract2第一章 绪论51.1论文研究来源、目的和意义51.1.1论文研究来源51.1.2论文研究目的和意义51.2烟雾报警器的国内外现状61.3本论文主要任务6第二章 烟雾检测报警器的方案设计82.1烟雾检测报警器设计思路82.2烟雾传感器的选型82.

9、2.1烟雾传感器介绍82.2.2烟雾传感器的选定122.3烟雾检测报警器整体设计方案122.3.1烟雾检测报警器工作原理122.3.2烟雾检测报警器的结构132.3.3烟雾检测报警器的功能142.3.4烟雾检测报警器的主要技术指标142.4本章小结15第三章 烟雾检测报警器的硬件设计163.1单片机的选型163.1.1单片机的选择163.1.2 STC12C5A08AD单片机的特点173.2烟雾检测报警器硬件电路设计193.2.1信号采集及前置放大电路193.2.2声音报警电路203.2.3数码管显示电路203.2.4状态指示灯及控制键电路213.2.5报警器故障自诊断电路223.2.6温度检

10、测电路223.3本章小结23第四章 烟雾检测报警器的软件设计244.1 STC12系列单片机调试及开发工具244.2烟雾检测报警器软件流程及设计244.2.1主程序设计及流程图254.2.2主程序初始化流程图264.2.3中位值平均滤波法数字滤波子程序设计及流程图274.2.4插值法线性化处理子程序设计及流程图284.2.5报警子程序设计及流程图294.2.6控制按键设计子程序及流程图304.3本章小结31第五章 烟雾探测器实验测试325.1红外线光电传感器探头信号测试325.2烟雾探测器检测电路的实验测试335.3烟雾探测器系统测试33结 论34致 谢36参考文献37附 录391 绪论格式与

11、请参看毕设指导书不同，下面还有很多1.1论文研究来源、目的和意义 1.1.1论文研究来源 随着科技的进步和经济建设的发展,各类型的建筑物对火灾自动报警控制系统提出了更高的要求。特别是目前正在我国逐步兴起的智能建筑中,就更是如此。据估计，近两年火灾自动报警和消防联动控制系统的年需求量约达20多亿元人民币。,在一些场合下,如在人们经常活动的办公室、旅馆、家庭等场所,光电型烟雾传感器的性能完全满足要求,甚至对木制品、棉织物、纸张等物质阴燃烟雾的传感性能上优于离子传感器。因此,由光电型烟雾传感器构成的探测器在国际上迅速发展。在我国的应用也越趋广泛,可以预测,下一世纪,它将取代离子感烟探测器而成为火灾探

12、测的主导产品。 1.1.2论文研究目的和意义 为了尽早发现和通报火灾，防止和减少火灾危害，保护人身和财产安全，防止火灾引起燃烧、爆炸等事故，造成更严重的经济损失，甚至危及生命安全，本论文设计了较为实用的光电式烟雾报警器。烟雾检测报警装置是能够检测环境中的烟雾浓度并具有报警功能的仪器。该报警装置是石油化学工业、有气体泄漏可能的生产工厂及家庭防火防爆必备的仪器。烟雾报警器属于中华人民共和国强制检定的工作计量器具目录中第46项，它归类于物理化学计量器具。建筑设计防火规范(GBJ16-87)第10.3.2条明确规定:“散发可燃烟雾、可燃蒸汽的甲类厂房和场所，应设置烟雾浓度检测报警装置”。2003年12

13、月，国家执行新的烟雾探测器标准(GB 15322-2003)可燃烟雾探测器，2004年10月国家颁布可燃烟雾检测报警器规程JJG693-2004，研究新型、性能稳定、准确监测可燃性气体，并合乎国家相关规定的报警器具有极其重要的意义。1.2烟雾报警器的国内外现状 20世纪三十年代初，国外便开始了对烟雾报警器的开发与研究，由于人们的安全意识提高及政府方面的推动，烟雾报警器的发展十分迅速。而且随着传感器的制作水平的提高，传感器的体积日益减小，集成度提高，从而使烟雾检测仪的体积也逐渐变小，这样就提高了烟雾传感器的便携性，有利于产品的生产，运输以及使用推广。我国大约在七十年代初，开始了对烟雾报警器的研制

14、，由于当时环境及其他条件限制，其技术主要是建立在国外先进的制作工艺以及传感器研发的基础上，进行再研究开发，经过几十年的发展，也逐渐形成了自己的特色。现在，市场上可选择的烟雾报警器品种已相当齐全，由单一的烟雾报警方面开始延伸到其他如有毒气体报警等方面，精确性，实用性，便携性各方面的品质都有相当的提高，涵盖了工业，民用，及各种公共场所等各种场所的应用，表明了我国的烟雾报警器制作工艺基本已成熟。1.3本论文主要任务 本篇论文是烟雾报警器的研制，主要基本部分和扩展部分：(1)基本部分 (a)对系统进行整体的规划及结构设计。(b)以STC12C5A08AD单片机为中央处理器，对硬件电路进行设计，使其具备

15、基本的要求功能。系统硬件电路主要分为前置放大电路、按键电路、串口通信电路、蜂鸣器报警电路、指示灯电路、液晶显示电路六个部分。 (c)系统的软件编制。按照软件实现的功能，主要分为主程序与初始化子程序、键盘处理子程序、滤波子程序等子程序。(d)硬件电路和软件程序的逐步完善与调试。 (2)扩展部分 参差不齐 (a)为提高报警装置的准确性，设计中加入了基于D18B20的温度检测装置，以提高报警器精度，确保可靠。2 烟雾检测报警器的方案设计2.1烟雾检测报警器设计思路光电感烟探测器主要由一支红外发射管和一支红外接收管组成,由于发射管并不是正对着接收管,而且两者之间还有意识地设置了挡光设施,所以平时接收管

16、并不能接受到发射管发出的红外光(传感器具有迷宫设计使外界光线无法进入传感器内部)。当探测器内渗入烟颗粒后,由于颗粒对红外光线产生散射作用,使一部分光线散射至接收管位置。接收管接收到红外光后产生光电流,完成烟颗粒信号与电流信号的转换工作,再由电子学线路完成电流的放大与信号处理传送工作。渗入传感器的烟雾颗粒越多,散射光越强,相应产生的光电流也就越强,由此光电流的强度便可反映进入探测器内部烟雾浓度的大小,当光电流达到一定的强度就可以认为烟雾浓度达到了一定的浓度,即可发出火灾报警信号,这就是光电式烟雾报警器的基本原理。普通的光电感烟探测器,一般采用前向散射式结构,这种探测器的发射管与接收管间的夹角约在

17、120°135°左右,对白烟颗粒前向散射有较高的灵敏度。2.2烟雾传感器的选型 光红外线烟雾探测器单元的系统构成见图2.2，红外烟雾探测器发出的烟雾信息经过电路的滤波和放大等处理环节，送入A/D转换单元进行数字化处理，经由单片机信息处理系统进行实时采样判别，若发现火情，单片机输出报警信息，实现单点工作。 图2.2 光红外线烟雾探测器单元的系统构成与毕设指导书要求格式不同 2.2.1烟雾传感器的简单介绍 (1)烟雾传感器的分类 烟雾传感器种类繁多，从检测原理上可以分为利用物理化学，物理，电化学三种性质研制出的烟雾传感器，比较常见的有半导体烟雾传感器，热导传感器，电势型气体传感

18、器等。由于气体种类繁多，性能差异较大，所以单一类型的气敏传感器不可能检测所有的气体，而只能检测某一类特定性质的气体。而对于同一种气体，也可用不同的方法来测量。下表列出各种气体敏感元件检测方式、原理及气体分析方法的特性、适用对象等。表2.1检测方式检测范围%检测对象检测原理特点简介半导体式0.01-5大部分气体、蒸气（主要是还原性气体）金属氧化物表面欺负气体分子或与吸附气体反应引起半导体电导率的变化灵敏度高，响应快，结构简单，价廉；选择性、稳定性、可靠性差 接触燃烧式0.1-5等可燃气体根据气体的接触燃烧热所引起的检测元件的闻声和电阻变化测气体体积的浓度响应迅速，结构简单，价格较低，灵敏度、可靠

19、性较好；稳定性较差固体电解质式-准许体积浓度无机气体（等）利用气体引起的固体电解质电动势变化检测气体体积浓度灵敏度、选择性、稳定性、可靠性较好，成本较高，可定量化光干涉式0.1-100大部分气体、蒸气以气体对光的折射差别所引起的干涉条纹移动量来检测灵敏度、稳定性、可靠性较好，成本较高，维护不便热导率式0.1-100大部分气体、蒸气由于气体的热导率不同，会导致检测元件的温度和电阻 ，以此测量气体的体积浓度灵敏度、选择性、稳定性、可靠性较好，成本较高，维护不便红外线吸收式0.1-100异核分子气体根据气体的红外线吸收光谱的波长不同和吸收量差异来检测气体的种类和体积浓度选择性、可靠性、稳定性较好；灵

20、敏度低，成本高，维护不便 参差不齐 (2)烟雾传感器需满足的基本条件：可以实现单点工作，也可联动工作。单一的烟雾传感器需要具备的功能有能够针对性地检测单种烟雾，并在检测范围内对其有较高的灵敏度，对信号响应速度快，稳定性好，使用寿命长，最好能兼顾成本的低廉，与使用维护方面的方便。 2.2.2烟雾传感器的选定化工，冶金，石油，油库等比较容易发生可燃烟雾泄露的场所，是烟雾探测报警器的主要应用场所，根据烟雾检测种类的要求，一般使用的烟雾传感器有接触燃烧式与半导体式两种。使用这两类烟雾探测器时，必须考虑其探头的阻缓与中毒的问题，阻缓是烟雾与空气的混合物中含有硫化氢等含硫物质的同时无焰燃烧，有部分固态物质

21、便会附着于催化元件表面，阻塞载体的微孔，引起响应缓慢，滞缓，灵敏度降低等问题。中毒则是空气中若含有硅烷一类物质，会使催化元件产生无法逆转的中毒，导致灵敏度迅速丧失。防止这些情况的最好方法便是经常对传感器进行检测与维护，但是这无形中增加了人员的工作量，也加大了其维护成本。而光电式烟雾传感器并不存在这些问题，而且拥有灵敏度高，抗干扰性好，响应速度快，价格低廉，使用方便等优点，相对的维护成本也较低，相信以后光电式烟雾传感器会成为主流产品。2.3烟雾检测报警器整体设计方案 2.3.1烟雾检测报警器工作原理 本论文中的烟雾检测报警器以STC12C5A08AD单片机为控制核心，采用红外线光电传感器采集烟雾

22、信息。首先，将烟雾探测器送来的与烟雾浓度相对应的微小电压信号放大，转化成较大的电压信号送入STC12C5A08AD单片机；然后，在单片机内部进行模数转换与浓度比较，并对数据进行线性化处理，将数字化电压信号转化成对应的十进制浓度值；最后，将得到的烟雾浓度送入液晶显示模块。同时判断浓度值是否超过报警限值，浓度若处于正常状态时，绿灯长亮。而烟雾浓度超出设定限值时，则发出报警并红灯闪亮。另外烟雾传感器需工作于加热状态，温度越高，反应就越快，响应和恢复时间也就越快。为了提高反应速度，保证探测器准确稳定地工作，单片机需向传感器稳定输出一个5V的电压。并在输出5V的电压同时，进行故障监测，保证其可靠性。另外

23、传感器加热丝或电路断线或接触不良时，也需要故障报警，发出相应的报警信号。 2.3.2烟雾检测报警器的结构 报警器系统结构框图如图2.3所示，系统以STC12C5A08AD单片机为核心，控制各个电路一起完成信号的采集、按键输入、浓度状态显示、输出报警、故障自检等功能。报警器采用巡检的方式工作，设定了两级报警值，各种不同状态能够发出不同的光、声信号，方便确认报警器情况。图2.3 可燃性气体检测报警器结构框图2.3.3烟雾检测报警器的功能说明(1)烟雾报警功能 当烟雾浓度连续20S采样取值都超出报警限值时，蜂鸣器开始报警。(2)烟雾浓度显示 液晶屏可显示烟雾浓度值，并可切换至设置状态，通过键盘设置报

24、警限值。(3)防止报警器误报与自诊断故障报警功能 通过重复迅速检测与延时报警，判断是否只是烟雾的微量泄漏，防止误报。 当探测器的加热丝、电路电线发生断线或接触不良的时候，烟雾报警器发出 警报，伴随黄色指示灯闪烁，提醒用户检查报警器与电路电线的接触情况， 及时排除故障，保证报警器稳定工作。 (4)自检单片机状态的看门狗功能 调用STC12C5A08AD中的看门狗程序，定时检查单片机的工作状态，如若 发现单片机出现死循环状态，马上复位，以保证报警器的正常工作。 3 烟雾检测报警器的硬件设计单片机是烟雾检测报警器的核心部件，它要接收来自传感器的烟雾浓度的模拟信号和故障检测信号，另外还要对两种信号分别

25、进行处理，控制后续电路进行的相应工作；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LCD显示，这一过程的软件实现，需要单片机有较快的运算速度，保证报警器的实时性和可靠性。同时，在所有能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，经过多方比较，本设计选择了宏晶科技生产的STC12系列单片机。 3.1单片机的选型 3.1.1单片机的选择 单片机我们接触较多的要算8051系列及STC系列，8051单片机系列的特点是应用普遍，价格低，容易上手等，而由MICROCHIP公司开发出的STC系列单片

26、机的突出特点就是能耗低，指令集精简，可靠性高，抗干扰性好。但是这两种芯片都有着自己的缺点，8051单片机运行速度慢，功耗且大，不适合采用电池供电的报警器设计，而STC系列则是存在溢出隐患的问题，STC单片机程序嵌套只能在八层之内（包括中断，以C语言为例），考虑到汇编语言确定采用可读性与可移植性都比较高的C语言，需要另选一种速度快于51单片机，功耗低，且能避免汇编溢出问题的单片，经多方比较与找寻，选择了宏晶科技推出的STC12系列单片机，STC12系列单片具有高速，高可靠性，宽低压，低功耗，超强抗干扰，无法解密，芯片内部自带看门狗等特点，是新一代8051单片机。其指令代码完全兼容传统的8051，

27、速度却要快上8-12倍。 3.1.2 STC12C5A08AD单片机的特点 STC12C5A08AD单片机较以往的单片机提高了工作效率，使系统的可靠性、抗干扰能力得到了显著改善，而且进一步小型化和便携化。其内部集成的Flash几乎拥有现代追求个性化的用户所需要的掉电后数据不丢失、快速的数据存取时间、电可擦除、容量大、在线可编程、足够多的擦写次数、价格低廉和高可靠性等所有优点。STC12C5A08AD单片机的管 脚结构如图3.1所示。图3.1 STC12C5A08AD单片机管脚图STC12C5A08AD单片机具有特点：Flash存储器大小为08KB，具有掉电保护功能。所有PCA模块都可以作为PM

28、W输出。单片机自带24个I/O引脚，均可设置成四种工作类型，使I/O口与功能 口复用，另外，其端口电气特性也非常突出。STC125A08AD是十位精度的A/D转换，速度可达100KHZ，转换口为P1口， 可完成电池电压检测，按键扫描，温度检测等功能。仿真开发工具简单，只要一个用于连接并口的仿真器与一套PC环境下的调试软件即可，无需外加编程电压。3.2烟雾检测报警器硬件电路设计 3.2.1烟雾探测电路 烟雾探测采用光电传感器，传感器及放大电路如图1所示。传感器电路主要由红外发射管D1和红外接收管D2构成，探测信号经过放大之后被单片机接收。 D1和D2被置于光电感应室（俗称：迷宫）中，二者之间设有

29、障碍，D1发射的红外线无法被D2直接接收，而有烟雾渗入迷宫时，红外线经烟雾折射可以后被D2接收，从而转化成电信号，由此来检测烟雾的存在与否。单片机相隔一段时间便由I/O端口P1.6输出高、低电平，以控制D1发射和停止发射红外线，探测烟雾。传感器间歇工作，以降低功耗。集成运放的电源则由单片机经P1.5提供。另外只有在传感器工作时，运放才相应地对接收信号进行放大，避免连续工作而增加功耗。图3.2前置放大电路图 3.2.2声音报警电路 声音报警电路图如图3.3所示。声音报警电路采用了KM3712x型蜂鸣器，相比普通蜂鸣器来说体积较大，声音更响亮，适用于民用报警器电路。当STC12C5A08AD的17

30、脚(P3.7)置1时，三极管Q6导通，蜂鸣器报警。图3.3声音报警电路图 3.2.3数码管显示电路 报警器浓度显示采用共阳数码管来显示浓度。 图3.11 数码管结构图 3.2.4状态指示灯及控制键电路 状态指示灯及控制键电路图如图3.5，图3.6所示。使用单片机STC12C5A08AD的18脚(P1.0)、12脚(P2.4)、13脚(P2.5)来控制输出状态指示灯。状态灯显示设定：(1) 绿灯常亮，表示环境正常。(2) 黄灯闪亮，表示传感器的加热丝或电路电线可能断线，接触不良。(3) 红灯闪亮，表示环境中烟雾浓度到达报警值，可能发生火灾。 环境的烟雾浓度超过报警限时，报警器会发出报警信号，人员

31、到达现场后，如若发现环境正常，按下按键关闭报警器的报警。如若烟雾浓度再次超过报警限值，报警器会再次报警以提醒用户。图3.5 状态指示灯电路图图3.6 控制按键连接示意图 3.2.5低压检测电路 在报警器长时间工作后，提供报警器电压的电池电压会逐渐降低，直至无法保证报警器的正常运作，报警器作为预警器具要严格避免此种情况发生，所以设计了电源低压自动检测部分。将经A/D转换后的电压信号与预设的安全电压阈值进行比较，判断电源电压是否过低。图3.7所示系统供电电池电压由VDD表示，设计选用9V电池供电，经变压提供5V电压。图3.7低压检测电路 3.2.6温度检测电路为提高报警器的报警精度，设计中加入了由

32、DS18B20组成的温度检测和显示电路，DS18B20采用单总线专用技术，与微机接口连接灵活；测温精度高，测温范围为-55+125，固有测温分辨率05C；转换精度及转换时间可通过简单的编程来控制；内含64位激光修正的只读存储器ROM；用户可通过编程设定温度的上、下限数值；具有多种封装形式。图3.8温度检测电路4 烟雾检测报警器的软件设计4.1 STC12系列单片机调试及开发工具 本系统软件编程使用Keil C51软件。该软件提供丰富的库函数和功能强大的集成开发调试工具，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。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

33、显的优势。因此我们选用C语言来编写程序。本系统采用STC12系列单片机，使用宏晶科技STC单片机专用下载软件，通过单片机的RXD和TXD进行程序下载。下载器可以选择专用的USB转TTL小板，也可以选择USB转COM线。用户可以通过调试环境软件的人机对话界面，检查或修改Flash芯片内的各种存储器、寄存器的数据。 4.2烟雾检测报警器软件流程及设计 4.2.1主程序设计及流程图 主程序流程图如图4.1所示。本系统的软件部分主要解决检测烟雾传感器的烟雾浓度信号的问题，然后解决信号的AD转换，数字滤波，线性化处理，段式液晶浓度显示，按键功能，以及报警器声光警报等问题。 本系统流程为：单片机先采集传感

34、器信息，然后将采集的信息进行A/D转换、平均值法滤波和线性化处理后，显示在数码管上，并将浓度值与报警值进行比较，判断是否报警。系统还包括状态指示和按键功能等，完善了报警器功能。图4.1 主程序流程图 4.2.2主程序初始化流程图首先预热传感器，然后执行初始化子程序。初始化子程序主要实现各种I/O口输入输出状态的设定、 寄存器初始化、中断使能等功能。设定定时初值50ms，然后设为定时器0，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)。接下来设置定时器0中断允许位置为1，打开定时器0，关闭蜂鸣器，开启绿灯，设置报警限初值。到此初始化设置完毕。主程序初始化流程图如图4.2

35、所示。 图4.2主程序初始化流程图 4.2.3中位值平均滤波法数字滤波子程序设计及流程图 在对烟雾浓度采样时，可能会遇到尖脉冲干扰的现象。干扰的消除可以采用一般的平均值法，也可以采用中位值平均滤波法。如果采用一般的平均值法，则干扰将“平均”到计算结果上去，故平均值法不易消除由于脉冲干扰而引起的烟雾浓度采样值的偏差。为采取中位值平均滤波法(又称防脉冲干扰平均滤波法)，先对N个采样数据进行比较，去掉其中的最大值和最小值，然后计算余下的N2个数据的算术平均值。这种方法既可滤去脉冲干扰又可滤去小的随机干扰。保证报警器检测烟雾浓度的准确性，减小误报、错报的可能。 因此选用中位值平均滤波法进行尖脉冲的处理

36、。在实际应用中，N可取任何值，但为了加快测量计算速度，本论文数字滤波的设计中N取10。即调用A/D连续进行10次采样，去掉其中的最大值和最小值，计算其余8个值的平均值，将这个平均值送入寄存器。中位值平均滤波法的程序流程图如图4.3所示。图4.3 中位值平均滤波法程序流程图 4.2.4插值法线性化处理子程序设计及流程图 尽管许多烟雾报警器采用单片机来处理信号，由于对信号的处理不够合理，存在较高的误报率。本报警器在信号数据处理的程序设计上采用了模糊推理滤波的思想，以提高系统的自适应能力，从而降低误报率。火灾现场的环境复杂，采集的信号也具有很大的随机性，传感器探测到的烟雾参数是无法预知和不确定的。为

37、了能快速探测火灾并且降低误报率，需要将环境变化和探测器系统内部噪声对烟雾参数产生的干扰送入A/D转换，并将A/D输出的数据经滤波处理。模糊数学中的模糊逻辑理论较好地解决了采用精确计算和布尔逻辑难以确定的问题，因此在软件设计中，信号数据处理程序采用了模糊逻辑算法以解决外界干扰的模糊性和报警阈值变化之间的关系，从而达到提高探测器可靠性的目的。模糊化隶属度函数如下： 式中，A为反应火灾出现可能性的模糊量，f(x)为相应的隶属度。外界环境的干扰信号带来的影响是瞬态的，可采用窗口移动滤波法来提高抗干扰能力。滤波函数如下： 窗口大小取值为5，当连续有5次f(x)值不为零时，计算K值，判断K值是否超过阈值K

38、0，如果K大于或等于K0时立即报警，否则不报警。在上述信号数据处理过程中，模糊量A是一个与温度相关的值。报警器在探测烟雾的同时，还通过温度传感器对现场环境温度进行监测。A与温度的对应关系表预先存入单片机中，单片机根据监测到的环境温度来查找该关系表，以确定A的值。阈值B0 、B1 和K0 是3个关系报警器精度的量，需合理设置，以大幅降低误报率。图4.4 分段插值法线形化程序流程图 4.2.5报警子程序设计及流程图 当烟雾浓度超过报警设定值时，报警器发出一种近似警笛的声音，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，

39、在程序设计上，对烟雾浓度进行快速重复检测和延时报警，以区别出是管道中烟雾的泄漏，还是由于暂短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4.7所示。图4.7报警子程序流程图 4.2.7模糊控制子程序模糊控制处理子程序流程图如图4.8所示。图4.8 键盘处理子程序4.3本章小结 本章阐述了烟雾报警器的软件设计。首先介绍了软件编程的开发环境和工具的选择，这里我们选择STC12系列单片机，应用KEIL C51编程器和STC单片机专用下载软件来完成系统的开发。 然后按照实现的功能，详细地设计并叙述了几个主要部分软件设计流程，包括主程序，主程序初始化，中位值平均滤波法数字滤波子程序，

40、插值法线性化处理子程序，烟雾浓度显示子程序，报警子程序，模糊控制子程序等。5 烟雾探测器实验测试5.1红外线光电传感器探头信号测试本题目在研究设计过程中进行了多层次的实验测试，首先是在红外线传感器探头方面的测试。为此专门制作了测试模型，主要用来测试红外光电发射和接收元件在正常工作条件下，对一般可燃物烟雾的敏感性，并测试发射管和接收管在什么角度会得到较高的灵敏度。该测试模型是先制作一个不透光的圆筒，在筒的周围同一水平高度的圆周上钻出若干小孔，将红外发射管固定在筒的中间，并使之与驱动电路接通，处于发射工作状态。先将接收管固定在与发射管相对的位置，并将接收管与检测电路接通，处于接收状态，在接收电路的

41、输出端接入毫伏表，测试不同材料时的信号幅度，测试结果见表5.1。下一步将红外接收管分别固定在筒周围的不同孔中进行测试，读取不同角度时的信号幅度，其结果见表5.1和表5.2。表5.1传感器烟雾敏感性测试 从上述测试结果可以看出，此红外线传感器对一般可燃物产生的烟雾有较好的敏感性，可以得到毫伏级的有效信号。表5.2散射角与信号幅度的关系测试 实验证明，该传感器的前向散射灵敏度较高。5.2烟雾探测器检测电路的实验测试烟雾探测器检测电路设计完成后，将红外传感器与之相连，进行输出信号幅度检测，测试结果见表5.3。 表5.3探测器检测电路分次实验测试记录表 从表5.3可以看出，烟雾探测器检测电路对烟雾信息

42、有较大的信号幅度，足以满足后续电路的处理要求。5.3烟雾探测器系统测试在探测器单片机部分程序设计完成后，与硬件部分进行了连接调试，在系统工作正常后，又进行了多次的系统烟雾检测实验，其测试结果见表5.4表5.4探测器系统试验汇总表测试结果表明，该探测器系统灵敏度较高，工作稳定。结 论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，结合国内外同类产品的技术特点，合理地确定系统的设计方案。在对仪器的整体设计和各个组成部分进行了详细分析的基础上，设计了由烟雾信号采集电路与单片机控制电路两大部分构成的烟雾传感器。烟雾传感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

43、安全生产所必备的仪器，具有广阔的市场空间与发展前景。 应用程序以C语言编写，充分利用芯片资源，提高了测量精度和代码执行效率，减小了代码容量，采用中位值平均数字滤波算法对经A/D转换后的数字信号进行滤波处理。这种方法既可滤去脉冲干扰又可滤去小的随机干扰，不但最大限度地排除现场噪声干扰，降低烟雾报警器误报概率，而且易于在单片机中实现。 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2.55%LEL，在所规定误差范围±5%LEL之内，满足检测要求，达到了预期的设计效果的结论。致谢 在学位论文设计的过程中，我得到了导师高小能老师的精心指导和大力

44、支持。高小能老师学识渊博，治学严谨，经验丰富，指导有方，使我受益匪浅。在设计中，我不仅完善了知识结构，提高了专业能力，还学到了认真务实，精益求精的治学精神。高老师勤奋敬业，平易近人，诲人不倦的优良作风深深地感召着我。在论文完稿之时，本人对导师高小能表示崇高的敬意和最诚挚的感谢!同时、非常感谢电控学院的相关老师和同学，在论文题目研究和实验过程中、得到了他们的大力支持和帮助。在题目研究和论文撰写过程中，参阅了大量的著作和论文，在这里对这些作者一并表示敬意和感谢。值此机会，还要感谢相关产品的研究和应用单位给予的大力支持和帮助。参考文献1陈连生. 可燃烟雾探测器及其设置安装要领J. 石油工程建设. 1

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51、(5): 6466 28曹乐南, 霍大勇. 单片机与PC机串行通信的实现J. 中国科技信息, 2006(11): 192, 203 附 录（1）部分程序如下：/-void IntTimer0() interrupt 1 /定时器中断程序if(yure_biao=0)jia1+;YS=YS;if(jia1>=200) /定时10Sjia1=0;jia2+;if(jia2>=30)/定时5分 30jia2=0;yure_biao=1;YS=1;if(start_biao=0)&&(over_biao=0)&&(bao_biao=1)&&(clear_biao=0)/采集定时程序jia3+;if(jia3>=20)/定时1Sjia3=0;start_biao=1;if(clear_biao=1) /清除报警显示jia5+; xscout=0;RS=1;if(jia5>=200)jia5=0;jia6+;if(jia6&