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1、 电气信息工程学院单片机课程设计报告电气信息工程学院单片机课程设计报告火灾自动探测报警系统设计火灾自动探测报警系统设计学院（系）学院（系）: : 年级专业：年级专业： 学学 号：号： 学生姓名：学生姓名： 指导教师：指导教师： 目目 录录1 摘要及关键词 .12 绪论.23 火灾自动报警系统整体方案设计 .23.1 火灾产生原理及过程 .23.2 系统总体方案设 .33.2.1 系统硬件总体构架.33.2.2 系统软件总体构架.43.3 系统主要器件的选择 .53.3.1 火灾探测器的选择.53.3.2 单片机及 A/D 转换芯片的选择.84 火灾自动报警系统硬件设计.94.1 前段信号调理电
2、路.94.2 晶振电路与复位电路 .104.2.1 单片机最小系统及声光报警电路 .104.3 数据采集电路.125 火灾报警系统程序设计.155.1 火灾报警系统程序设计 .155.1.1 数据采集程序 .155.1.2 火灾判断与报警程序 .166 总结.18附录 1 系统程序 .19附录 2 系统仿真原理图 .22参考文献.28致谢.29第1页 共 25 页摘要摘要火灾是生活中常见的灾害之一，如果我们能在火灾发生且能控制的时候，就发出警报，然后及时的做出反应，就能减少损失，使火灾造成的影响降到最小。产生火灾的基本要素是可燃物、助燃物和点火源。可燃物以气态、液态和固态三种形态存在，助燃物通
3、常是空气中的氧气。燃烧产生气溶胶的同时，产生分子较大的液体或固体微粒，称为烟雾。可燃气体与空气混合，在较强火源作用下产生预混燃烧。着火后，燃烧产生的热量使液体或固体的表面继续放出可燃气体，并形成扩散燃烧。同时，发出含有红、紫外线的火焰，散发出大量的热量。其中的气溶胶、烟雾、火焰和热量都称为火灾参量，通过对这些参量的测定便可确定是否存在火灾。本课程设计主要针对温度和烟雾的检测，通过传感器和 ADC0808 的共同转化为数字量，连接到单片机上，与设定阈值进行比较，从而判断是否发生火灾。关键词：关键词：温度 烟雾 数码转换 单片机 编程 报警 原理图第2页 共 25 页2 2 绪论绪论2.12.1
4、课题研究的背景和意义课题研究的背景和意义在各种灾害中，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。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，
5、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。火灾自动报警系统能对火灾进行实时监测和准确报警，
6、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。3 3 火灾自动报警系统整体方案设计火灾自动报警系统整体方案设计3.13.1 火灾产生原理及过程火灾产生原理及过程火灾是一种失去人为控制的由燃烧造成的灾害，产生火灾的基本要素是可燃物、助燃物和点火源。可燃物以气态、液态和固态三种形态存在，助燃物通常是空气中的氧气。根据可燃气体与空气混合方式不同有两种燃烧方式，如果在燃烧前，可燃气就与空气均匀混和，则称之为预混燃烧；如果可燃气体和空气分别进入燃烧区边混合边第3页 共 25 页燃烧，则称之为扩散燃烧。液体和固体是凝聚态物质，难与空气均匀混合，它们燃烧的基本过程是
7、当从外部获取一定的能量时，液体或固体先蒸发成蒸汽或分解出可燃气体(如 CO、H2等)的分子团、灰烬和未燃烧的物质颗粒悬浮在空气中，称之为气溶胶。一般气溶胶的分子较小(直径 0.01m)。在产生气溶胶的同时，产生分子较大(直径 0.01一 10m)的液体或固体微粒，称为烟雾。可燃气体与空气混合，在较强火源作用下产生预混燃烧。着火后，燃烧产生的热量使液体或固体的表面继续放出可燃气体，并形成扩散燃烧。同时，发出含有红、紫外线的火焰，散发出大量的热量。这些热量通过可燃物的直接燃烧、热传导、热辐射和热对流，使火从起火部位向周围蔓延，导致了火势的扩大，形成火灾。其中的气溶胶、烟雾、火焰和热量都称为火灾参量
8、，通过对这些参量的测定便可确定是否存在火灾。总的来说，普通可燃物在燃烧时表现为以下形式：首先是产生燃烧气体，然后是烟雾，在氧气充足的条件下才能达到全部燃烧，产生火焰，发出可见光和不可见光，并散发出大量的热，使环境温度升高。起火过程中，起初和阴燃两个阶段所占的时间比较长，虽然产生大量的烟雾，但是环境温度不太高，若探测器就应该从此阶段开始进行探测，就可以火灾损失控制在最小限度。3.23.2 系统总体方案设计系统总体方案设计3.2.13.2.1 系统硬件总体构架系统硬件总体构架报警系统主要由数据采集模块、单片机控制模块、声光报警模块组成。图 2.2 为火灾报警系统的结构框图。图 2.2 系统结构框图
9、单片机是整个报警系统的核心，系统的工作原理是：先通过传感器 (包括温感和烟感)将现场温度、烟雾等非电信号转化为电信号，调理电路将传感器输出的电信号进第4页 共 25 页行调理(放大、滤波等)，使之满足 A /D 转换的要求 ,最后由 A /D 转换电路 ,完成将温度传感器和烟雾传感器输出的模拟信号到数字信号的转换，单片机判断现场是否发生火灾。如果发生火灾，系统以声光的形式报警。本火灾自动报警系统具有以下功能：(1)声、光双重报警功能。(2)异常报警功能。当环境出现异常(如烟雾浓度过大或是温度较高)时，能发出异常报警信号，引起人们注意，尽可能避免火灾的发生。(3)火灾报警功能。一旦真出现火灾(烟
10、雾和温度同时出现异常)时，能立即发出声光火灾警报。3.2.23.2.2 系统软件总体构架系统软件总体构架为了便于系统维护和功能扩充，采用了模块化程序设计方法，系统各个模块的具体功能都是通过子程序调用实现的。本系统主要包括数据采集子程序、火灾判断与报警子程序等，系统程序流程图如图 2.3 所示。图 2.3 程序流程图为了降低误报率，系统采用了多次采集、多次判断的方法。每次数据采集后根据得到的数据对现场情况进行判断，然后综合多次判断结果做出最终的火情判断。主程序是一个无限循环体，其流程是：首先在上电之后系统的各部分包括单片机各个端口输入输出的设置、外围驱动电路和数据存储电路等完成初始化，其次是对芯
11、片内的程序进行初始化，接下来执行火灾报警系统中的数据采集任务，数据通信任务和查询判第5页 共 25 页断任务。3.33.3 系统主要器件的选择系统主要器件的选择3.3.13.3.1 火灾探测器的选择火灾探测器的选择1）探测器简介(l)感温探测器感温探测器一般分为定温式和差温式。单一的感温探测器灵敏度低、探测速度慢、探测范围小，尤其对阴燃情况不响应，因此不适用于火灾早期的探测，而在设计时往往安装在不宜安装感烟探测器的区域。(2)感烟探测器感烟探测器可以分为离子感烟探测器和光电感烟探测器。感烟探测器具有非常好的早期报警功能，即使在不太好的环境条件场所也会有比较好的探测效果，它一般适用于极高的房屋或
12、空心花板或地下室中。感烟探测器适用于火灾前期及早期，产生大量的烟和少量的热，但它不能区分火灾信号与非火灾信号，如厨房烟、水蒸气等，所以误报率较高。烟雾浓度是火灾的特性参数之一，在较大范围的监视场所，烟雾探测一直被广泛使用的火灾探测方法。火灾中会产生大量的热，温度也是火灾的另一特性参数，和环境温度相比火灾的温升是很明显的，所以温度也被用来进行火灾探测。然而烟雾探测器在受到外界非火灾的干扰信号会产生误报警，且对于某些黑烟的探测并不敏感。温度探测器可以很好地补充烟雾探测器造成的漏报，但由于只有在燃烧的后两个阶段才会发生明显的变化，报警的响应时间慢。因此根据以上情况以及本系统的要求，采用感烟探测器和感温探测器相结合的多传感器探测方法，可以发挥各自的优势、弥补不足之处，在火灾发生的早期就能够更加准确的报警。2）烟雾探测器感烟探测器采用的是日本 NEMOTO 公司生产 NIS-09C 离子型感烟探测器，内部有微量的放射性物质媚(Am)241，探测器被金属电极覆盖，放射能不会泄露。它对白色、灰白和黑色烟雾都有良好的响应，但其受环境湿度影响较大。符合美国 UL217
