基于单片机的火灾报警控制系统毕业论文

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1、 参考资料 基于单片机的火灾报警控制基于单片机的火灾报警控制 系统毕业论文系统毕业论文 目 录 绪 论 1 1 烟雾检测报警器的方案设计 3 1 1 火灾报警控制器设计思路 3 1 2 烟雾传感器的选型 3 1 2 1 烟雾传感器介绍 3 1 2 2 烟雾传感器选型 5 1 2 3 MQ 2 型烟雾传感器的工作原理 6 1 2 4 MQ 2 型传感器的特性及主要技术指标 7 1 3 火灾报警控制器整体设计方案 8 1 3 1 火灾报警控制器的工作原理 8 1 3 2 火灾报警控制器的结构 8 1 3 3 火灾报警控制器的主要性能指标 9 1 4 本章小结 10 2 系统设计 11 2 1 系统

2、功能 11 2 2 系统框图 11 2 3 单片机的介绍 11 2 4 DS18B20 的介绍 16 2 4 1 DS18B20 的介绍 16 2 4 2 DS18B20 温度传感器与单片机的接口电路 21 2 4 3 DS18B20 的控制方法 22 2 5 1602LCD 液晶显示屏 24 2 5 1 LCD1602 主要技术参数 24 2 5 2 LCD1602 引脚说明 25 参考资料 2 5 3 控制指令说明 25 3 硬件设计 27 3 1 单片机最小系统电路 27 3 2 DS18B20 测温电路 27 3 3 报警电路 28 3 4 液晶显示电路 29 3 5 报警温度设定按键

3、电路 29 3 6 烟雾传感器转换电路 30 3 7 控制电路设计 31 4 软件设计 33 4 1 主程设计及流程图 33 4 2 主程序初始化流程图 34 4 3 中位置平均滤波法数字滤波子程序设计及流程图 35 4 4 插值法线性化处理子程序设计及流程图 36 4 5 烟雾子程序设计及流程图 38 4 6 报警子程序设计及流程图 39 4 7 控制按键子程序设计及流程图 40 4 8 本章小结 41 5 实验检定及误差分析 42 5 1 烟雾检测报警器检定 42 5 1 1 爆炸下限概念介绍 42 5 1 2 实验数据分析 43 5 2 实验误差分析 45 5 3 本章小结 46 结 论

4、 47 致 谢 48 参考文献 49 附录 A 50 附录 B 51 附录 C 52 参考资料 毕业论文本装订顺序 71 参考资料 绪 论 该系统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火灾报警控制器 是为了早期发现和通报火灾并控制火情 防 止和减少火灾危害 保护人身和财产安全 保卫社会主义现代化建设 防止火灾引起 燃烧 爆炸等事故 造成严重的经济损失 甚至危及生命安全 1 课题背景 1 人们对生活质量要求的提高和人们安防意识的提高 都说水火无情 火灾是比较常见的灾害之一 为了能早期发现和通报火灾 防 止和减少火灾带来的危害 保护人身和财产安全 为

5、了能及早发现隐患 避免事故发生 并采取有效措施 实施控制 就必须对 烟雾进行实时检测 采用先进并可靠的安全检测装置 因此 研制烟雾报警控制器和 烟雾的检测方法就成为传感器技术发展领域的一个重要课题 2 广阔的市场前景 由于我国是一个人口大国 而煤气和电器基本覆盖全国 据不完全统计 我国 煤气管道使用人数约为 4 亿 可想而知该火灾报警控制器的需求量有多大 在不久的 将来相信这个需求量还会不断增加 另外 随着农村经济的发展 沼气的使用数量也不断增多 到目前为止 全国 沼气池数量多达 2000 万个 这就为火灾报警控制器提供了巨大的市场 可见 火灾报 警控制器具有十分广阔的市场前景 2 国外火灾报

6、警控制器的发展现状 随着人们安全意识的加强和对火灾所带来的危害的恐惧 国外从上世纪 20 年代 初开始从事研究和开发烟雾传感器 并得到政府安全部门的大力支持 所以发展非常 快 据统计 1996 2002 年美国当地烟雾传感器年均增长率高达 30 随着科技的不断 发展 传感器生产工艺水平也逐步提高 日益精炼集成的传感器 使得火灾报警控制 器的体积也逐渐变小 提高了火灾报警控制器的便携性和使用率 日本于 1963 年 5 月自主研发了第一台家用燃气泄漏报警器 该报警器可检测燃 气 一氧化碳等气体 在当时该仪器使用非常广泛 也取得了很大的成功 为以后的 参考资料 发展奠定了良好的基础 我国从事烟雾报

7、警的时间比较晚 但是发展速度却非常快 最早主要是通过引 进国外比较先进的传感器设备和生产技术 在不断探索和研究下 才慢慢有了自己的 特色产品 现如今烟雾传感器的品种繁多 性能优良 在世界围也有一定的地位 3 课题完成可行性分析 火灾检测控制系统是一个多种技术相互渗透的综合系统 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 1 硬件设计上 采用 MQ 2 型半导体电阻式烟雾传感器 其检测精度很高 2 显示技术上 采用 LCD 显示浓度级别和温度级别大大提高了显示效果 3 通信传输方式上 采用数字化技术使得可靠性

8、得到很大的加强 4 性能方面 具有高速 低功耗 超强抗干扰等优点 4 论文的组织结构 本文共分为三个大部分 第一部分 系统设计与结构 主要阐述了系统的设计思路和大体组成结构 其中各部分的材料选型是该部分的 重点 第二部分 系统硬件设计部分 这部分详细介绍了硬件部分电路的组成和各组成部分的工作原理 包括 DS18B20 测温电路 报警电路 液晶显示电路 报警温度设定按键电路 烟雾传感器转 换电路和控制电路 第三部分 系统软件设计部分 软件部分对各部分结构的程序进行流程化讲述 其中涉及 主程序的初始化 烟 雾子程序 报警子程序 控制按键子程序等 参考资料 1火灾报警控制器的方案设计 页眉 1 1

9、火灾报警控制器设计思路 火灾报警控制器是能够检测环境中的温度和烟雾浓度 并具有诊断报警和自动 采取控制功能的设备 设备一般由以下几部分组成 单片机处理电路 外部控制电路 烟 雾信号采集电路 模数转换电路 首先由烟雾传感器采集的烟雾信号经过本身转化为模拟电信号 该模拟信号经 过模数转换电路转换成单片机可识别的数字信号后再送入单片机中 由单片机对该数 字信号进行滤波处理和数据分析 判断其数值是否超出某个预设值 也就是报警值 如果大于则触发报警电路并发出报警声音 另外使用 LCD 显示屏显示烟雾浓度和温度 使得该仪器更加直观 为了方便调节报警限 可以加入调节按键 在事故发生之后 控制电路自动开启排风

10、扇或水 把烟雾排出室外并控制火势 以上是根据报警控制器 应具备的功能 提出的整体设计思路 单片机和烟雾传感器是火灾报警控制器的两大核心 根据报警器功能的需要 选 择合适 精确 经济的烟雾传感器和单片机芯片是至关重要的 烟雾传感器的选型在 下一节详细介绍 单片机作为硬件电路的核心 它的选型将在第三章详述 1 2 烟雾传感器的选型 烟雾传感器是气 电变换器 即将收集到的烟雾气体信号通过 A D 转换电路将模拟 信号转换成电信号送入单片机处理器 之后由单片机进行数据处理工作 属于气敏传 感器 传感器作为烟雾检测报警器的信号采集部分 是仪表的重要组成部分之一 因 此 传感器的选型是非常重要的 1 2

11、1 烟雾传感器介绍 1 烟雾传感器的分类 烟雾传感器种类繁多 根据检测原理上可以分为三大类 物理化学性质型烟雾传感器 物理性质型烟雾传感器 电化学性质型烟雾传感器 2 一个烟雾传感器应具备的条件有 参考资料 a 对检测烟雾响应速度快 重复性好 b 能在多种气体共存的情况下选择某种单一烟雾 而对其它气体不响应 c 对被测烟雾具有较高的检测灵敏度 d 使用寿命长 稳定性好 制造成本低 便于使用与维护 3 常见烟雾传感器简介 下面对工业上常用的几种烟雾传感器作简单介绍 a 电化学传感器 电化学传感器通过膜电极和电解质封装成 烟雾浓度信号将电解液分解成阴阳带 电离子 通过电极将信号传播 它的优点是 稳

12、定性好 反映快速 准确和可定量检测 但是使用寿命比较短 它主要适用于有毒烟雾检测 国际大多数气体检测使用的是这 种类型的传感器 b 半导体烟雾传感器 半导体烟雾传感器包括使用氧化物半导体陶瓷材料作为敏感系统的烟雾传感器 使 用单晶半导体装置制造烟雾传感器 自1962年以来 半导体金属氧化物烟雾传感器出现 以来 由于其耐久性强 响应快 灵敏度高 输出信号强 价格低廉 结构简单等诸多优 点 得到了广泛的应用 传感器已成为世界上产量最大 使用最广泛的一个烟雾传感器 其按照敏感机理分类 可分为电阻式和电阻式 c 接触燃烧式传感器 当可燃烟雾接触催化容覆盖传感器表面伴随氧化反应和燃烧现象 所以命名为接触

13、 燃烧式传感器 接触燃烧式烟雾传感器检测元件通常铂系金属线 使用铂丝通电 保持 高温 300 C 到 400 C 若接触到烟雾 会在金属催化层燃烧 因此铂温度将上升 铂电阻 值也在不断上升 通过测量铂电阻变化值 我们可以知道烟雾的浓度 d 固体电解质烟雾传感器 固体电解质烟雾传感器使用固体电解质气敏材料的气敏元件 其原理是利用气体敏 感材料在穿过烟雾产生电阻 测量形成电动势和测量气体浓度 由于这种传感器电导率 高灵敏度和良好的选择性 因此广泛的应用 几乎打进矿业 环保 石油化工等领域 它 参考资料 是仅次于半导体烟雾传感器输出另一种传感器 但这种传感器制造成本较高 感烟探测 围是有限的 但在测

14、试领域的环境污染有优势 不同的烟雾吸收不同波长的 IR 所以传感器根据目标烟雾而调整 典型应用包括 测量 CO 和 CO2 冷冻剂烟雾和一些易燃气 由于非碳氢化合物易燃烟雾 如氢 不吸收 电磁谱中 IR 部分的能量 所以这种传感器可以精确地测量碳氢化合物 并具有最小的 交叉灵敏度 而且不受其它烟雾的腐蚀以及高浓度目标烟雾的影响 1 2 2 烟雾传感器的选定 由于火灾报警控制器的应用场所主要集中在油库 冶金 石油液化气站 化工 喷漆作业等易发生可燃烟雾泄漏的场所 基于该种类的要求 一般选用接触燃烧式烟 雾传感器和半导体烟雾传感器 使用接触燃烧式传感器的弊端是在无焰燃烧的时 空气与烟雾的混合物中含

15、有 硫物质的情况下 有些固态物质会附着在催化元件表面 阻塞载体的微孔 以至于影 响其灵敏度 导致反应滞缓 这称之为阻缓 虽然将阻缓的传感器重新放回新鲜空气 环境中会得到某种程度的恢复 如果传感器长期暴露在这样的环境中 会导致其灵敏 度的不断下降 最终传感器丧失检测烟雾的能力 另外如果环境空气中含有硅烷之类 的物质时 则传感器会使催化元件产生不可逆转的中毒 以致灵敏度很快就丧失 所 以当怀疑检测环境中存在这些物质时 对传感器探头进行标定 是必不可少的 因此 经常对传感器进行维护和标定 是保证其能正常工作和准确程度的必要的 途径 该传感器一般在两个月左右进行一次重新校准 然而这种经常性对传感器的维

16、 护 无形当中增加了工作人员的工作量 同时加大了传感器的维护成本 半导体烟雾传感器的性能主要看其灵敏度 选择性 和稳定性 半导体烟雾传感 器包括用单晶半导体器件制作的烟雾传感器以及用氧化物半导体陶瓷材料作为敏感体 制作的烟雾传感器 半导体烟雾传感器具有使用方便 结构简单 灵敏度高 体积小 响应快 价格便宜等优点 因而得到广泛应用 通过对上述两种传感器的比较 半导体烟雾传感器的优点更加明显 价格便宜 灵敏度高 响应快 使用方便 抗干扰性好 且不会发生探头阻缓和中毒现象 维护 成本低等 所以 本设计作为报警器烟雾信息采集部分的核心采用半导体烟雾传感器 参考资料 而在众多半导体气体传感器中 MQ 2 型烟雾传感器又具有突出的性能 该型号的传感 器具备大多数半导体烟雾传感器所具备的特性 灵敏度高 抗干扰能力强 响应快 寿命长等优点 1 2 3 MQ 2 型烟雾传感器的工作原理 半导体烟雾传感器包括用用单晶半导体器件制作的烟雾传感器烟雾传感器以及半导 体陶瓷材料作为敏感体制作的氧化物 按敏感机理分类 它可分为电阻型和非电阻型 半导体气敏元件也有 P 型和 N 型之分 P 型阻值随烟雾浓度的增大而