毕业设计论文_基于单片机的火灾报警系统设计.doc
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1、河南理工大学万方科技学院本科毕业论文 本 科 毕 业 设 计(论文) 题目 基于单片机的火灾报警系统设计 院 系 电气与自动化工程系 专业名称 年级班级 学生姓名 指导教师 年 月 日57摘要随着“信息时代”的到来,作为获取信息的手段传感器技术得到了显著的进步,其应用领域越来越广泛,对其要求越来越高,需求越来越迫切。传感器技术已成为衡量一个国家科学技术发展水平的重要标志之一。因此,了解并掌握各类传感器的基本结构、工作原理及特性是非常重要的。为了提高对传感器的认识和了解,尤其是对烟雾传感器的深入研究以及其用法与用途,基于实用、广泛和典型的原则而设计了本系统。本文利用单片机结合传感器技术而开发设计
2、了这一烟雾监控系统。 本论文以电阻式烟雾传感器和单片机技术为核心并与其他电子技术相结合, 设计出一种技术水平较好的烟雾报警器。其中选用MQ-2型半导体可燃气体敏感元件烟雾传感器实现烟雾的检测,具有灵敏度高、响应快、抗干扰能力强等优点,而且价格低廉,使用寿命长。选用的AT89S52单片机,其整合了A/D转换、硬件乘法器、硬件脉宽调制器等资源,具 有高速、低功耗、超强抗干扰等优点,是目前同类技术中性价比较高的产 品。以AT89S52单片机和MQ-2型半导体电阻式烟雾传感器为核心设计的烟雾报警器可实现报警、故障自诊断、浓度级别显示、报警限设置、温度显示及与温度报警值设定等功能。是一种结构简单、性能
3、稳定、使用方便、价格低廉、智能化的烟雾报警器。具有一定的实用价值。关键词:烟雾,报警器,AT89S52,传感器AbstractWith the advent of information times, as a means of accessing information - sensor technology has been significant progress, its application field is more and more extensive, the requirement is more and more high, more and more urgent ne
4、ed. The sensor technology has become a national science and technology development level of one of the important symbols. Therefore, understanding and mastering of sensors structure, working principle and characteristic is very important.In order to improve the sensor s understanding and the underst
5、anding, especially for the smoke sensor research and its usage and use, based on practical, and the principle and design the typical system. In this paper, combined with the use of single-chip sensor technology development and design of the smoke control system.In this paper, resistance type smoke s
6、ensor and single-chip microcomputer as the core technology and electronic technology, designs a technology better smoke alarm. The selection of MQ-2 type semiconductor gas sensitive element smoke sensor smoke detection, which has high sensitivity, fast response, strong anti-interference ability, and
7、 the price is low, long service life. The selection of AT89S52chip, the integration of the A / D conversion, hardware multiplier, hardware pulse width modulator and other resources, with high speed, low power, strong anti-interference and other advantages, is of similar technology neutral price comp
8、arison high yield quality.With AT89S52 MCU and MQ-2 type semiconductor resistor type smoke sensor as the core design of the smoke alarm can alarm, fault diagnosis, concentration level display, alarm limit settings, temperature display and temperature alarm value setting and other functions. Is a kin
9、d of simple structure, stable performance, convenient operation, low price, intelligent smoke alarm. Has a certain practical value.Key words: smog, alarm, AT89S52, sensor目录1.绪论11.1 国内外研究现状11.2 课题研究背景及意义31.3本论文完成的主要工作52.火灾报警系统整体法案设计82.1 设计要求82.1.1硬件设计要求82.1.2软件设计要求82.2系统总体构架92.2.1系统硬件框图及功能描述92.2.2系统软
10、件框图及功能描述113.灾报警系统硬件设计123.1主控单片机选型及电路设计123.1.1单片机的选型123.1.2外部接口电路183.2 DS18B20测温电路。193.3报警电路203.4 四位数码管显示电路203.5报警温度设定按键电路213.6 烟雾传感器转换电路214.软件设计224.1主程序设计224.1.1 设计要求224.1.2主程序流程图224.1.3 主程序初始化流程图234.2 火灾报警系统子程序设计244.2.1 数字滤波程序244.2.2 报警程序264.2.3控制按键设计程序274.2.4检测程序275 .行性分析305.1烟雾检测报警器检定305.2实验误差分析3
11、35.3本章小结346 .结 论357 .总结37致 谢38附录41附录一 程序源代码:41附录二 电路图57附录三 PCB图581.绪论 1.1 国内外研究现状 国外一些较发达的国家,具有火灾预防、报警、扑救、善后处理等比较完善的消防体系。政府每年都要拨出大笔资金用于消防设备更新、人员培训以及消防设施维护。德国、日本、美国等国家就采用计算机与用户终端的传感器或者用户终端信号采集器相连,对火灾自动报警设备实时监控以及故障远程传输。例如:美国、加拿大、英国、澳大利亚、日本等国家在建设和应用城市火灾自动报警监控系统方面均有可供借鉴的成功经验。他们将自动火灾报警作为公共报警手段接入监控系统,并有效运
12、行多年,使消防指挥中心能够快速准确判断火灾地点、火灾类型,并调度消防部队迅速到达现场,自动报警监控系统在此起到了很大的作用。此外,这些国家在监控系统管理方面比较规范,专门成立一个监控服务机构,该机构的责任是保证火灾报警数据通信畅通,为用户服务,对用户负责,同时向消防部队传送可靠的火灾报警信息,而消防部门的主要责仔是对此类服务机构进行资质审查及监督管理。这种管理运作方式已经取得了良好的效果。火灾报警系统已有百年的历史,19世纪40年代美国诞生的火灾报警系统装置标志着火灾自动报警系统首次进入人们的视野。1890年在英国,感温式火灾探测器研制成功并应用于火灾探测系统,标志着火灾自动报警系统的发展走上
13、正轨。伺候,随着世界科技取得了突飞猛进的进步和各种新兴技术的出现和发展,火灾监测技术也相应迅速发展,各种类型的火灾探测器相继问世,并日臻完善,火灾自动报警系统也在此基础上逐渐蓬勃发展起来,其发展过程可以分为以下几个阶段:第一阶段,从19世纪40年代至20世纪40年代,火灾报警系统处于发展的初级阶段,采用个探测器主要是感温式探测器,它通过采集温度信号,然后判定是否超过设定的阀值,从而判断是否由火灾发生。这一阶段的火灾报警系统结构简单,仅靠单一的温度参量进行火灾判断。但是它易受环境中其他干扰源的影响,灵敏度低,响应速度慢,无法判断隐然火灾,也无法满足智能化火灾报警系统的要求。第二阶段,20世纪40
14、年代末,瑞士物理学家Emst Meili研究的离子感烟探测器推出以后,引起了人民对离子感烟探测器的重视,随后感烟探测器得到广泛应用,并逐渐占据了绝大部分市场,破事感温式探测器退居其次;到70年代末,光电式感烟探测器在光电技术的基础上发展起来,并很快得到大力发展,它的使用寿命长,抗干扰能力强,没有离子感烟探测器的放射性问题。在这一阶段,火灾报警系统普遍采用多线制布局方式,布线、调试、系统可靠性是系统发展的瓶颈。第三阶段,20世纪80年代初期,总线型火灾报警系统兴起,在火灾报警领域中迈出了一大步,并得到了较普遍的应用。它使得布线工作量显著减少,安装调试更加容易,更能精确报警定位。但是这一时期的火灾
15、报警系统的智能化水平不高,采用有线连接对工程要求高。第四阶段,从20世纪80年代中后期开始,随着计算机技术、控制技术、集成电路技术、传感器技术及智能技术的快速发展,火灾自动报警系统步入智能化时代,智能化火灾报警系统迅速发展起来,各种智能型的火灾报警系统相继出现。模拟量可寻址技术的应用使得火灾报警系统的安全性、精准性和智能性有了很大提高,在火灾自动报警系统发展史上具有里程碑的意义。近年来,采用无线通信方式的火灾自动报警系统在国外悄然兴起。这种系统引入了无线电通信技术,利用无线通信方式代替传统的有线通信方式,将大多的电气装置通过无线连接方式进行信息传输与控制,适用于各类建筑和场所。无线火灾自动报警
16、系统起初仅用于特殊场合,如博物馆、名胜古迹等不宜布线的场合,而且其价格也比较高。随着科技进步和元器件成本的降低,无线火灾自动报警系统的研发和生成成本也随之降低,它在性能和价格上都具有很强的竞争力,其市场潜力已经崭露头角。在我国,采用的无线通信方式的火灾自动报警系统日益受到重视。由于其具有安装简便、对建筑物无损坏作业、灵活性好,易于扩展等优点,适用于许多场合,如名胜古迹、体育馆、博物馆、展览中心、处于施工阶段的建筑物、医院等。火灾自动报警系统的智能性主要体现在火灾判决和统筹管理方面,一般分为分散式、集中式和分布式,分散式系统由非智能型控制器若干智能型探测节点组成,由探测节点完成火灾状态的判断;集
17、中式系统由智能型控制器和若干非智能探测节点构成,探测节点仅将火灾参量传送给控制器,由控制器智能地判断火灾状态;分布式系统的控制器和探测节点均为智能型,也是今后火灾自动报警系统的发展方向。1.2 课题研究背景及意义在各种灾害中,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。火灾是世界上发生频率较高的一种灾害,几乎每天都有火灾发生,据联合国“世界火灾统计中心(wFsC)2000统计资料”,全球每年约发生火灾600万至700万次,全球每年死于火灾的人数约为65000人至75000人。欧洲和北美发生的火灾较多,死亡人数却相对较少,这与欧美发达国家的生活水平高以及消防设施完善有关;亚洲居住
18、人数最多,发生火灾次数较少,但死亡人数较多,这与亚洲经济发展程度不高、消防设施不完善等因素有关。火灾早已成为我国常发性和破坏性以及影响力最强的灾害之一。火灾是世界上发生频率较高的一种灾害,几乎每天都有火灾发生。据统计,我国70年代火灾年平均损失不到2.5亿元,80年代火灾年平均损失接近3.2亿元。进入90年代,特别是1993年以来,火灾造成的直接财产损失上升到年均十几亿元,年均死亡2000多人。随着经济和城市建设的快速发展,城市高层、地下以及大型综合性建筑日益增多,火灾隐患也大大增加,火灾发生的数量及其造成的损失呈逐年上升趋势。一旦发生火灾,将对人的生命和财产造成极大的危害。严峻的事实证明,随
19、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,还直接危胁生命安全,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伤亡,为社会减少不必要的损失。火灾自动报警系统(FAS)就是为了满足这一需求而研制出的,并且其自身的技术水平也在随着人们需求的不断地提高,在功能、结构、形式等方面不断地完善。火灾作为危害人类生存的大敌,越来越受到人们的重视。一旦发生火灾。将对人的生命财产造成极大的危害,于是人们开始寻求一种早期发现火灾的方法,以便控制和扑灭火
20、灾,减少损失,保障生命安全。火灾报警系统就是为了满足这一需求而研制出来的,并越来越被人们所接受,其自身技术水平也随着人们需求的不断提高,在功能、结构、形式等方面不断地完善。火灾自动报警系统能迅速监测火情,可发现人们不易发觉的火灾早期特征,可将火灾带来的生命财产损失降到最低限度。火灾发生的早期,会使得燃烧物质分解,析出大量的有毒气体CO,人们可能在毫无察觉火情的情况下就发生了CO中毒,从而无力逃生,火灾自动报警系统可监测到CO浓度的变化,为人们提供CO浓度超标报警信息,通知人们及时疏散。火灾自动报警系统可作为城市消防系统的单元,通过城市消防专用网与城市消防报警中心联网,及时将报警信息传递到消防报
21、警中心,城市消防报警中心会自动查找到火灾发生的位置,并为消防队员制定消防路线图,以便消防队员可以迅速抵达火灾地点10。火灾自动报警系统能对火灾进行实时监测和准确报警,有着防止和减少火灾危害、保护人身安全和财产安全的重要意义,有着很大的经济效益和社会效益。1.3本论文完成的主要工作本文采用烟雾传感器、温度传感器、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
22、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、离子烟雾传感器、A/D转换芯片ADC0809的选择以及与单片机的接口电路设计。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。本论文是在对烟雾、温度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,合理地确定系统的设计方案,并对仪器的整体设计和各个组成部分进行了详细的分析和设计。本次毕业设计经过努力,整个系统实现了预期的目标。本系统通过设计一个以80C51单片机为核心的火灾报警器可
23、以实现语音报警、温度浓度显示、报警限设置、延时报警等功能。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。本报警器电路结构简单、可维护性好。由于实现了对普通环境中烟雾浓度和温度的实时监控,因此具有非常普遍的意义,能广泛应用于居民家庭、企事业单位等多方面的安全防范。但是也存在不少的不足。由于电源的波动,传感器的电气特性等问题,使得A/D转换结果有时波动很大,这样就可能出现误报警。由于时间的关系,系统中本应具有的串行通信的功能没有实现,而只是实现了烟雾浓度、温度显示。由于上述缺点的存在,此系统不是很完善,还有待进一步改进。通过这次设计,更加深入的理解和掌握了这
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