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1、优质文档本科毕业设计论文开题报告论文题目： 基于单片机的火灾自动报警系统的设计和开发 学 生 姓 名： 舒伟 学 号： 120706202 二级学院名称： 电子信息学院 专 业： 电子科学和技术指 导 教 师： 金步平 职 称： 探究员 合作/企业老师： 职 称： 填表日期： 2015年 12 月 23日一、前言 1.1 选题背景及意义随着科技的开展，越来越多的巨大的隐患由于工业生产和人们的日常生活而产生。为了早期发觉和通报火灾，防止和削减火灾危害，爱护人身和财产平安，须要建立火灾自动报警系统。单片机及烟雾传感器是烟雾报警器系统的两大核心。单片机好比一个桥梁，联系着传感器和报警电路设备。近几年
2、来，单片机已逐步深化应用到工农业生产各部门及人们生活的各个方面。各种类型的单片机也依据社会的需求而开发出来。单片机是器件级计算机系统，事实上它是一个微限制器或微处理器。由于它功能齐全，体积小，本钱低，因此它可以应用到全部电子系统中。同样，它也可以广泛应用于报警技术领域，使各类报警装置的功能更加完善，牢靠性大大提高，以满足社会开展的须要。而传感器作为信息技术系统的“感官”器件，假如没有“感官”感受信息，或者“感官”迟钝，都难以形成高精度、高速度的限制系统。美国曾把二十世纪八十年头称为传感技术时代，日本更是把传感技术列为十大技术之首。所以，依据报警器功能的须要，选择适宜、准确、经济的烟雾传感器和单
3、片机芯片是至关重要的。在本论文中的最主要的设计是选STC89C52单片机和MQ-2半导体气体烟雾传感器为核心器件。 目前，现代建筑都会有选择地安装不同功能的烟雾自动报警系统。因为烟雾自动报警系统是建筑物的神经系统，它能够感受、接收着发生火灾的早期信号并刚好报警，发出警报同时告知用户和周边居民。它就像是一个个称职的更夫，给居住、劳碌或是休息在家庭中的人们以极大的平安感。在火灾的早期阶段，准确的探测到火情并快速报警，对于刚好组织有序快速疏散、踊跃有效地限制火灾的扩散、快速灭火和削减火灾对居住人群的损失都具有重要的意义。本次设计一个以STC89C52单片机为核心的火灾报警器可以实现声光报警、故障自诊
4、断、浓度显示、报警限设置。是一种构造简洁、性能稳定、运用便利、价格低廉、智能化的火灾报警器，具有必须的管用价值。以下为主要实现的功能： 能够感知烟雾的浓度，到达必须的数值之后实现报警功能。 能够检测现场的温度，到达必须的数值之后实现报警功能。实现三极管驱动数码管显示当前采集模块烟物浓度和温度值功能。 实现两种报警方式可紧急报警方式和手动取消紧急报警方式。 实现可设置烟雾浓度和高温报警值功能，并在掉电状况下有掉电保存功能。 实现一旦检测到火宅释放的烟雾超过必须数值，即可进展蜂鸣器同步报警功能； 实现能够检测到温度的提升，当超过设定的报警温度时候，蜂鸣器也将产生报警功能。 1.2 基于单片机的火灾
5、自动报警系统的设计和开发的探究价值如今社会火灾事故频繁发生，为了尽可能削减生活中火灾事故的发生，就必需对烟雾进展现场实时检测，采纳先进牢靠的平安检测仪表，严密监测环境中烟雾的浓度，及早发觉事故隐患，采纳有效措施，幸免事故发生，才能确保工业平安和家庭生活平安。因此，探究烟雾的检测方法和研制烟雾报警器就成为传感器技术开展领域的一个重要课题。 二、 探究的根本内容2.1 整体设计思路本系统是一个由单片机限制的火灾烟雾浓度、温度检测系统，它将传感器输出的电压信号进展A/D转换、滤波、线性化，由单片机将电压值转换为气体浓度和温度送LED显示，并判定是否超过报警上限，假设超过，那么发出声光报警。同时用户可
6、以自己设定报警上限和定时时间，运用户可以依据实际状况便利的驾驭平安状况。烟雾报警器是能够检测环境中的烟雾浓度，并具有报警功能的仪器。该报警系统的最根本组成局部应包括：信号采集模数转换电路、单片机限制电路、字符显示电路、声光报警电路和平安爱护电路等局部组成。 为适应家庭和工业等场所对可燃性易爆烟雾平安性要求，设计的烟雾报警器具有显示报警状态。报警器采纳延时的工作方式，烟雾检测报警器以STC89C52单片机为限制核心，选用MQ-2半导体气体烟雾传感器采集烟雾浓度信息，协作外围电路构成烟雾报警系统。本设计包括硬件和软件设计两个局部。从设计的要求来分析该设计须包含如下构造：烟雾检测局部、STC89C5
7、2单片机主控局部、报警局部，AD采集四大局部。电路总体设计框图如图1所示。 电源开关 电源 STC89C52 单片机AD采集电路显示电路报警电路按键限制 图1 总体设计框图处理器采纳51系列单片机STC89C52。整个系统是在系统软件限制下工作的。设置在监测点上的烟雾检测探头将检测到的烟雾变换成电信号，送出模拟信号，给AD采集电路采集。在单片机内，经软件查询、识别判决等环节实时发出烟雾报警状态限制信号。驱动蜂鸣器及报警指示灯报警。2.2 器材的选择和简介2.2.1 烟雾检测传感器选型烟雾传感器是测量装置和限制系统的首要环节。而烟雾报警器的信号采集由烟雾传感器负责。烟雾传感器能够将气体的种类及其
8、浓度有关的信息转换为电信号，依据这些电信号的强弱就可以获得和待测气体在环境中存在的状况有关的信息，从而到达检测、监控、报警的功能。可以说，没有准确牢靠的传感器，就没有准确牢靠的自动检测、限制和报警系统。烟雾传感器作为报警器中不行缺少的核心器件，它确定了所采集的烟雾浓度信号的准确性和牢靠性。烟雾传感器内部构造如图2所示。 图 2 烟雾传感器及其构造图烟雾传感器是模拟传感器。它能将空气中的烟雾浓度变量转换成有必须对应关系的输出信号的装置。烟雾传感器就是通过监测环境中烟雾的浓度来实现火灾防范的。当烟雾探头遇到烟雾或某些特定的气体，烟雾探头内部阻值发生改变，产生一个模拟值，从而对其进展限制。烟雾传感器
9、利用烟雾敏感元件的电阻受烟雾主要是可燃颗粒浓度影响阻值改变的原理向单片机发送烟雾浓度相应的模拟信号。在智能建筑中对火灾探测器的应用主要以感烟火灾探测器选用为主。随着传感器生产工艺水平逐步提高，传感器日益小型化、集成度不断增大，使得烟雾探测器的体积也渐渐变小，提高了烟雾探测器的便携性，更加利于生产、运输和市场推广。目前，烟雾传感器广泛应用在城市安防、小区、工厂、公司、学校、家庭、别墅、仓库、资源、石油、化工、燃气输配等众多领域。在国内的产品中，无论哪家生产的烟雾探测器，都可以探测到火灾的发生，都具有比拟高的灵敏度，而且在安装中都比拟简洁。但是，由于各生产的设备不行通用，独立为正，不但不行彼此相互
10、代替，更不行以相互通讯。使得用户面对众多厂家生产的烟雾探测器感到不知所措。而这也正是国内产品市场的一个重大缺陷。1烟雾传感器的分类从构成气体传感器材料的形态上通常将它们分为干式和湿式气体传感器。由于对不同气体的检测方法不尽一样，目前主要的方法有：利用半导体气体器件检测的电气法；运用电极和电解液对气体进展检测的电化学法；利用气体对光的折射率或光汲取等特性来检测气体的光学法。 2烟雾传感器应满足的根本条件 一个烟雾传感器可以是单功能的，也可以是多功能的；可以是单一的实体，也可以是由多个不同功能传感器组成的阵列。但是，任何一个完整的烟雾传感器都必需具备以下条件： (a)能选择性地检测某种单一烟雾，而
11、对共存的其它烟雾不响应或低响应； (b)对被测烟雾具有较高的灵敏度，能有效地检测允许范围内的烟雾浓度；(c)对检测信号响应速度快，重复性好；(d)长期工作稳定性好； (e)运用寿命长； (f)制造本钱低，运用和维护便利。3常见的烟雾探测器种类及工作原理 (a)半导体烟雾传感器半导体气敏传感器半导体烟雾传感器包括用氧化物半导体陶瓷材料作为敏感体制作的烟雾传感器，以及用单晶半导体器件制作的烟雾传感器。半导体烟雾传感器是利用气体在半导体外表的氧化和复原反响导致敏感元件阻值改变而制成的。遵照敏感机理分类，半导体烟雾传感器可分为电阻式和非电阻式。当半导体接触到气体时，半导体的电阻值将发生改变，利用传感器
12、输出端阻值的改变来测定或限制气体的有关参数，这种类型的传感器称为电阻式半导体气敏传感器；当MOS场效应管在接触到气体时，场效应管的电压将随四周气体状态的不同而发生改变，利用这种原理制成的传感器被称为非电阻式半导体气敏传感器。 自1962年半导体金属氧化物烟雾传感器问世以来，由于具有灵敏度高、响应快、输出信号强、耐久性强、构造简洁、体积小、修理便利、价格廉价等诸多优点，得到了广泛的应用。但是其最大的缺点就是选择性较差。该传感器己成为世界上产量最大、运用最广的烟雾传感器之一。b光电式感烟传感器 光电式感烟传感器由光源、光敏元件和电子开关组成。平常光源发出的光，通过透镜射到光敏元件上，电路维持正常，
13、假如有烟雾从中阻隔，到达光敏元件上的光就显著减弱，于是光敏元件就把光强的改变变成电的改变，利用光散射原理对火灾初期产生的烟雾进展探测，并刚好发出报警信号。遵照光源不同，可分为一般光电式、激光光电式、紫外光光电式和红外光光电式等4种。光电式感烟探测器开展很快，种类不断增多，就其功能而言，它能实现早期火灾报警，除应用于大型建筑物内部外，还特殊适用于电气火灾危急性较大的场所，如计算机房、仪器仪表室和电缆沟、隧道等处。依据报警器检测烟雾种类的不同要求，很多场合都会选择运用半导体烟雾传感器。经过比照众多烟雾传感器的应用特性，发觉半导体烟雾传感器的优点更加突出。半导体烟雾传感器具有灵敏度高、响应快、体积小
14、、构造简洁，运用便利、价格廉价等优点，且不会发生探头阻缓及中毒现象，维护本钱较低，因而得到广泛应用。因此，本设计中的烟雾传感器选用MQ-2半导体气体烟雾传感器。cMQ-2半导体气体烟雾传感器MQ-2半导体传感器是以清洁空气中电导率较低的金属氧化物二氧化锡(SnO2)为主体的N型半导体气敏元件。当传感器所处环境中存在烟雾气体时，传感器的电导率随空气中烟雾气体浓度的增加而增大。在设计报警器时只有运用简洁的电路即可将电导率的改变转换为和该气体浓度相对应的输出信号。该传感器具备一般半导体烟雾传感器灵敏度高、电导率改变大、响应和复原时间短、抗干扰实力强、输出信号大、寿命长和工作稳定等优点，在市面上应用特
15、别广泛。MQ-2气敏元件的构造如图2所示，由微型AL2O3陶瓷管、SnO2 敏感层，测量电极和加热器构成的敏感元件固定在塑料或不锈钢制成的腔体内，加热器为气敏元件供应了必要的工作条件。封装好的气敏元件有只针状管脚，其中个用于信号取出，个用于供应加热电流。MQ-2半导体气体烟雾传感器适用于烟雾、自然气、煤气、氢气、烷类气体、汽油、煤油、乙炔、氨气等的检测，对可燃性气体的CH4、C4H10、H2等的检测很志向。这种传感器在较宽的浓度范围内对烟雾气体有良好的灵敏度，能够检测多种可燃性气体，特别适合应用在家庭的气体泄漏报警器中。是一款便携式气体检测器，特别适合多种应用的低本钱传感器。其技术指标如表1所示。表1 MQ-2的技术指标加热电压Vh AC或DC 50.2V 回路电压Vc负载电阴Rl清洁空气中电阻 Ra 灵敏度S=Ra/Rdg响应时间(trec)复原时间(trec)元件功耗检测范围
