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1、安全监测监控技术及应用课程设计烟雾检测火灾自动报警摘 要近年来全国火灾事故频繁发生，造成人、财、物的巨大损失。以前，火灾的报警和控制都很落后，造成了巨大的损失。现在，用户对火灾报警以至自动消防系统的要求越来越高,对火灾预防的意识也越来越强烈。因此，对火灾的报警系统是很重要的。在硬件设计方面，本论文选用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，DS18B20温度传感器实现温度检测，A/D转换器实现模拟信号转换成数字信号，外加声光报警电路。外围设备，结合单片机AD89C52芯片控制电路，实现报警提示。软件方面，设计了烟雾检测以及温度检测的数据采集子程序，声光报警模块程序等。以AT8
2、9C52单片机和MQ-2型半导体电阻式烟雾传感器及数字式温度传感器为核心设计的火灾报警器可实现声光报障自诊断、报警限设置、延时报警及等功能。是一种结构简单、性能 稳定、使用方便、价格低廉、智能化的烟雾报警器，具有一定的实用价值。关键词： 报警器 烟雾传感器 温度传感器目 录目 录- 2 -第1章绪 论- 4 -1.1课题研究的目的和意义- 4 -1.2 设计要求- 5 -第2章火灾报警器系统总体设计- 6 -2.1 系统组成- 6 -2.2 系统控制方案设计- 6 -2.3 系统总体方案设计- 7 -2.3.1 系统控制器的选择- 7 -2.3.2 检测元件的选择- 7 -2.3.3 输入通道
3、方案选择- 9 -2.3.4 外围设备的选择- 9 -第3章系统硬件设计- 12 -3.1 控制单元电路设计- 12 -3.2 信号检测电路设计- 12 -3.2.1 烟雾报警器模块- 12 -3.2.2 温度报警器模块- 13 -3.2.3 光报警模块- 14 -3.2.4 声报警模块- 14 -第4章系统软件设计- 15 -4.1总体设计思想- 15 -4.1.1 系统工作原理- 15 -4.1.2 程序设计方法选择- 16 -4.2 主程序设计- 17 -4.2.1 主程序设计- 17 -4.2.2主程序初始化- 17 -4.2.3 报警子程序设计及流程图- 17 -第5章总 结- 19
4、 -参 考 文 献- 20 - 3 -安全监测监控技术及应用课程设计第1章 绪 论1.1 课题研究的目的和意义火灾自动报警系统是由触发装置、火灾报警装置、火灾警报装置以及具有其它辅助功能装置组成的，它具有能在火灾初期，将燃烧产生的烟雾、热量、火焰等物理量，通过火灾传感器器变成电信号，传输到火灾报警控制器，并同时显示出火灾发生的部位、时间等，使人们能够及时发现火灾，并及时采取有效措施，扑灭初期火灾，最大限度的减少因火灾造成的生命和财产的损失，是人们同火灾做斗争的有力工具。有关资料统计表明：凡是安装了火灾自动报警系统的场所，发生了火灾一般地说都能及早报警，不会酿成重大火灾。现代生活节奏的加快，建筑
5、物又趋向集中化，火灾报警系统就显得格外重要。在现代城市家庭里，许多人因为不懂家庭安全常识引起火灾事故，使好端端的幸福家庭转眼间毁于一旦，有的导致家破人亡，而且一旦发生居民家庭火灾，处置不当，抢救不及时，是造成人员伤亡的重要因素。此时如果有了火灾自动报警系统，能够及时通知消防及居民，就有多余的时间来逃生以及能够及时处理火灾。作为安防系统中楼宇智能化的重要组成部分，火灾报警系统是预防火灾的一项基础实施。但火灾的发生却又是不确定的因素，那么智能火灾报警系统在防止和减少火灾危害、保护人身和财产安全方面的重要作用就不断显现出来了。智能火灾自动报警控制系统具有如下特点：1.为全面有效地反映被监视环境的各种
6、细微变化，智能系统采用了设有专用芯片的模拟量传感器，对温度和灰尘等影响实施自动补偿，对电干扰及线路分布参数的影响进行自动处理，从而为实现各种智能特性、解决无灾误报和准确报警奠定了技术基础；2.系统采用主从式网络结构，解决了对不同工程的适应性，又提高了运行的可靠性；3.利用全总线计算机通信技术，既完成了总线报警，又实现了总线联动控制，彻底避免了控制输出与执行机构之间的长距离穿线布管，大大方便了系统布线设计和现场施工；4.系统采用大容量的控制矩阵和交叉查寻软件包，以软件编程代替了硬件组合，提高了消防联动的灵活性和可修改性；5.具有丰富的自诊断功能，为系统维护及正常运行提供了有利条件。在如今社会快速
7、的发展中，智能火灾报警系统的应用范围不断的扩大，因为火灾对人类的危害性很大，所以智能报警系统对消防机构及时扑灭火灾、减少人员伤亡和财产损失具有十分重要的现实意义。1.2 设计要求技术指标要求：1.当室内温度高于50或烟雾浓度大于20%LED时进行报警(声光报警)。 2.如果出现硬件故障(如传感器遗落、内部元器件损坏等)，能发出故障报警。 3.如果只有一种参数出现异常(如烟雾浓度过大或是温度较高)，能发出异常报警信号，令值班人员到现场处理。 4.如果烟雾和温度同时出现异常，则说明有火灾，发出火灾警报，并及时将火灾信息上报消防指挥中心。 工作电压：220伏或110伏环境温度：零下10度到零上45度
8、静态电流：小于15毫安检测烟雾的浓度：0.05%检测温度范围：0-100（0.5）完成方案设计及论证、硬件设计、软件设计。第2章 火灾报警器系统总体设计2.1 系统组成一个完整的火灾报警器系统，必须包含以下几个部分：系统控制模块，火灾探测模块，数据转换模块以及报警模块。本设计以单片机作为系统的控制核心，以传感器作为其测温装置，来实现火灾报警系统的设计。改设计可以对室内外温度进行以及烟雾实时采集和检测，当所测温度或者烟雾高于临界温度时自动报警。温度信号或者烟雾浓度信号采集电路将温度信号或者烟雾浓度信号以数字信号的形式送入单片机。单片机对该数字信号进行滤波处理，并对处理后的数据进行分析，是否大于或
9、等于某个预设值，即报警临界温度或者烟雾浓度。如果大于则启动报警电路发出报警声音，反之则为正常状态。2.2 系统控制方案设计火灾报警系统主要实现对火灾现场的测试工作，从而启动火灾报警系统。其主要由烟雾传感数据采集程序、温度传感数据采集程序、声光报警程序等三个部分组成。其中，烟雾传感数据采集程序完成对烟雾浓度的采集并进行数据转换；温度采集程序显示对现场的温度进行采集；报警程序设置报警的下限，当外界指标超出限制时，将进行声光报警。其系统控制方案的设计原理图如下：图2-1 智能火灾报警系统结构原理框图2.3 系统总体方案设计2.3.1 系统控制器的选择：对于系统控制器的选型，要求控制器的功能强大，可靠
10、性高，性价比高，精度和响应速度高。基于上述要求，本设计选用单片机作为其控制系统。单片机的特点 ：（1）高集成度，体积小，高可靠性 单片机将各功能部件集成在一块晶体芯片上，集成度很高，体积自然也是最小的。芯片本身是按工业测控环境要求设计的，内部布线很短，其抗工业噪音性能优于一般通用的CPU。单片机程序指令，常数及表格等固化在ROM中不易破坏，许多信号通道均在一个芯片内，故可靠性高。 （2）控制功能强 为了满足对对象的控制要求，单片机的指令系统均有极丰富的条件:分支转移能力，I/O口的逻辑操作及位处理能力，非常适用于专门的控制功能。 （3）低电压，低功耗，便于生产便携式产品 为了满足广泛使用于便携
11、式系统，许多单片机内的工作电压仅为1.8V3.6V，而工作电流仅为数百微安。 （4）易扩展 片内具有计算机正常运行所必需的部件。芯片外部有许多供扩展用的三总线及并行、串行输入/输出管脚，很容易构成各种规模的计算机应用系统。 （5）优异的性能价格比2.3.2 检测元件的选择：1根据系统的设计要求及控制结构图，需要检测火灾现场的温度。对于温度传感器的选型，要求传感器的测温精度高、响应速度快、抗干扰力好、可靠性高。基于上述要求，本设计选用DS18B20传感器最为系统采集温度信号用的传感器。 DS18B20单线数字温度传感器，即“一线器件”，其具有独特的优点： （1）采用单总线的接口方式与微处理器连接
12、时仅需要一条口线即可实现微处理器与DS18B20的双向通讯。单总线具有经济性好，抗干扰能力强，适合于恶劣环境的现场温度测量，使用方便等优点，使用户可轻松地组建传感器网络，为测量系统的构建引入全新概念。（2）测量温度范围宽，测量精度高。DS18B20 的测量范围为-55-125 ；在-10-85 范围内，精度为0.5 。 （3）在使用中不需要任何外围元器件即可实现测温。 （4）多点组网功能。多个DS18B20可以并联在惟一的三线上，实现多点测温。（5） 供电方式灵活。DS18B20可以通过内部寄生电路从数据线上获取电源。因此，当数据线上的时序满足一定的要求时，可以不接外电源，从而使系统结构更趋简
13、单，可靠性更高。 （6）测量参数可配置。DS18B20的测量分辨率可通过程序设定9-12位。 （7）负压特性。电源极性接反时，温度计不会因发热而烧毁，但不能正常工作。 （8）掉电保护功能。DS18B20内部含有EEPROM，在系统掉电以后，它仍可保存分辨率及报警温度的设定值。 DS18B20 具有体积更小、适用电压更宽、更经济、可选更小的封装方式，更宽的电压适用范围，适合于构建自己的经济的测温系统，因此也就被设计者们所青睐。2根据系统的设计要求及控制结构图，需要检测火灾现场的烟雾浓度。对于烟雾传感器的选型，要求传感器的基于灵敏度高、响应快、抗干扰能力强等优点，而且价格低廉，使用寿命长。上述要求
14、本设计选用MQ-2型半导体可燃气体敏感元件烟雾传感器作为系统采集烟雾信号用的传感器。MQ-2型半导体可燃气体传感器所使用的气敏材料是在清洁空气中电导率较低的二氧化锡(SnO2)。当传感器所处环境中存在可燃气体时，传感器的电导率随空气中可燃气体浓度的增加而增大。使用简单的电路即可将电导率的变化转换为与该气体浓度相对应的输出信号。MQ-2半导体可燃气体传感器对液化气、丙烷、氢气的灵敏度高，对天然气和其它可燃蒸汽的检测也很理想。这种传感器可检测多种可燃性气体，是一款适合多种应用的低成本传感器。（1）在较宽的浓度范围内对可燃气体有良好的灵敏度 （2）对液化气、丙烷、氢气的灵敏度较高 （3）长寿命、低成
15、本 （4）简单的驱动电路即可 （5）家庭用气体泄漏报警器（6）工业用可燃气体报警器（7）便携式气体检测器 可用于家庭和工厂的气体泄漏监测装置， 适宜于液化气、丁烷、丙烷、甲烷、酒精、氢气、烟雾等的探测。灵敏度调整：MQ-2型气敏元件对不同种类、不同浓度的气体有不同的电阻值因此，在使用此类型气敏元件时，灵敏度的调整是很重要的。2.3.3 输入通道方案选择根据设计方案，需将外界测得的温度和烟雾等模拟量输入转化成数字量。本设计采用了A/D转换器，可以将多路模拟量进行转化，因而省略了多路开关。A/D转换器的种类很多，就位数来分，有8位，10位，12位，16位等。位数越高，其分辨率也越高，但价格也越贵。而就其结构而言，有单一的A/D转换器，有内含多路开关的A/D转换器。根据设计需要，确定转换器的位数为8位。2.3.4 外围设备的选择1.显示器的选择。根据本文的系统要求选择LED作为显示装置。LED（Light Emitti
