基于单片机的火灾报警器方案设计书1.docx
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基于单片机的火灾报警器方案设计书1
毕业设计(论文)
课题名称基于单片机的火灾报警器设计
年级2008级
系别计算机科学与技术
专业应用电子
班级一班
姓名穆磊学号0801030130
指导教师赵鹏
西安高新科技职业学院毕业设计(论文)成绩评议
姓名
穆磊
年级
2008级
系别
计算机科学与技术
专业
应用电子
题目
基于单片机的火灾报警器设计
指导教师评阅意见
成绩评定:
指导教师:
年月日
评阅教师意见
评阅教师:
年月日
答辩小组意见
答辩小组负责人:
年月日
毕业设计(论文)任务书
本任务书下达给:
姓名:
穆磊年级2008级系计算机科学与技术专业应用电子
设计题目:
1.毕业设计(论文)任务及要求(包括设计或论文的主要内容、主要技术指标,并根据题目性质对学生提出具体要求)
设计命题:
基于单片机的火灾报警器设计
主要内容:
本系统使用AT89C51单片机,选用集成温度传感器AD590和气体传感器TGS202作为敏感元件,利用多传感器信息融合技术,开发了可用于小型单位火灾报警的语音数字联网报警器。
具有灵敏度高、响应快、抗干扰能力强等优点
2.重点研究的问题及原始资料及依据(包括设计或论文的工作基础、研究条件、应用环境等)
可用于小型单位火灾报警的语音数字联网报警器。
主要利用单片机并结合传感器技术而开发设计的一款烟雾监控系统。
3.主要参考资料、文献,其他要说明的问题
[1]徐惠民,安德宁.单片微型计算机原理、接口及应用.第二版.北京:
北京邮电大学出版社.2000
[2]王福瑞.单片微机测控系统设计大全[M].北京:
北京航空航天大学出版社,1998
[3]李东生.Protel99SE电路设计技术入门与应用.第一版.北京:
电子工业出版社.2002
[4]彭为.黄科,雷道仲.单片机典型系统设计实例精讲.北京:
电子工业出版社.2006
下达任务日期:
年月日
要求完成日期:
年月日
答辩日期:
年月日
指导教师:
西安高新科技职业学院毕业论文(设计)指导及答辩记录
论文(设计)题目
基于单片机的火灾报警器设计
学生姓名
穆磊
专业班级
08级应用电子
指导教师
赵鹏
毕业论文指导记录(注明指导过程摘要及日期)
1.论文的选题以及写论文时应注意的事项。
指导阅读相关资料,并指点写作方法。
2011.4.15
2.对我的论文提纲的提出修改意见,并在构思论文的框架、行文及思想表达上给于补充.从而我在整理上完成论文初稿。
2011.4.21
3.审阅初稿,老师对初稿作出修改,提示论文观点存在的问题,调整文章布局,在行文、语言表达等提出修改。
2011.5.2
毕业论文答辩记录(注明答辩过程摘要、结果及日期)
摘要
本课题是烟雾报警器的设计。
主要利用单片机并结合传感器技术而开发设计的一款烟雾监控系统。
本系统使用AT89S51单片机,选用集成温度传感器AD590和气体传感器TGS202作为敏感元件,利用多传感器信息融合技术,开发了可用于小型单位火灾报警的语音数字联网报警器。
,具有灵敏度高、响应快、抗干扰能力强等优点,而且价格低廉,使用寿命长等特点。
关键词:
单片机,传感器,烟雾报警器
一:
绪论
(一)火灾探测技术
火灾作为一种在时空上失去控制的燃烧所引发的灾害,对人类生命财产和社会安全构成了极大的威胁。
由此引发的重大安全事故比皆是,所以人类一直也未停止过对它的研究。
火灾的发生和发展是一个非常复杂的非平稳过程,它除了自身的物理化学变化以外还会受到许多外界的千扰,火灾一旦产生便以接触式(物质流)和非接触式〔能量流)的形式向外释放能量。
接触式形式包括可燃气体、燃烧气体和烟雾、气溶胶等。
非接触式如声音、辐射等。
火灾探测技术就是利用敏感元件将火灾中出现的物理化学特征转换为另外一种易于处理的物理量。
各种探测器对应的火灾物理参量及探测器如图1-1所示。
图1-1各种探测器对应的火灾物理参量及探测器
(二)火灾探测器的发展趋势
消防报警产品是一个系列产品,包括火灾探测设备、信息传输设备、报警分析控制器、消防控制联动。
是物理传感技术、自动控制、计算机技术、数据传输和管理、智能楼宇等技术的综合集成,属于高新技术。
依托中国多年的基本建设的发展,这个行业也得到发展,具备了和国外知名企业抗衡的能力。
在目前中国许多冠名以高新技术的行业中,中国企业大多做的是下游的制造和服务,分取极少一部分的利润,象消防报警产品那样又拥有自我知识产权,又拥有大量市场的行业其实是很少的。
近几年来,单片机已逐步深入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根据社会的需求而开发出来。
单片机是器件级计算机系统,实际上它是一个微控制器或微处理器。
由于它功能齐全,体积小,成本低,因此它可以应用到任何电子系统中去,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,可靠性大大提高,以满足社会发展的需要。
(三)火灾探测原理及功能
火灾探测能力是火灾信号强度和传感器灵敏度的函数。
本文采用高灵敏度的温度传感器与气体传感器作为探测器,报警系统将传感器输出的电信号经滤波放大处理后送入A/D转换器,得到的数字信号由单片机进行处理分析,当程序判断存在火灾危险时启动声光报警。
本文研制的火灾自动报警系统主要包括火灾探测器、报警控制器等部分。
主要实现以下功能:
利用烟雾传感器对室内烟雾及温度突变进行报警,能进行区域报警;上述两种传感器中一种动作,表明有异常现象,发生异常报警信号;如同时动作说明有火灾,发生火灾报警。
二:
部分器件简介
(一)烟雾传感器
烟雾传感器就是通过监测烟雾的浓度来实现火灾防范的,烟雾报警器内部采用离子式烟雾传感,离子式烟雾传感器是一种技术先进,工作稳定可靠的传感器,被广泛运用到各种消防报警系统中,性能远优于气敏电阻类的火灾报警器。
它在内外电离室里面有放射源镅241,电离产生的正、负离子,在电场的作用下各自向正负电极移动。
在正常的情况下,内外电离室的电流、电压都是稳定的。
一旦有烟雾窜逃外电离室。
干扰了带电粒子的正常运动,电流,电压就会有所改变,破坏了内外电离室之间的平衡,于是无线发射器发出无线报警信号,通知远方的接收主机,将报警信息传递出去。
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。
1.光电烟雾报警IC种类
BL59A/S10---兼容MC145010---连续式报警
BL59A/S12---兼容MC145012---间歇式报警
BL59A66---兼容A5366---连续式报警带静音功能
BL59A65---兼容A5348---间歇式报警带静音功能
A.连续式报警
BL59A10,BL59A66报警波形,间隙较短,发声波形占空比50%。
B.间歇式报警
BL59A12,BL59A65报警波形,有间隙和停顿,发声波形占空比20%。
C.BL59A66光电烟雾报警器
光电烟雾报警器的传感器是一个暗盒(俗称迷宫),里面嵌入一个红外发光管和一个红外接受管。
正常无烟状况下,发光管发出的红外光是无法被接受管接受到的,但一旦有烟雾产生,当烟雾进入迷宫后,烟雾粒子会将部分红外光散射到接受管上,从而产生电流。
烟雾越浓,接受管接收到的红外光越强,达到一定浓度后,报警器就会进入报警状态。
2.离子烟雾报警IC
BL59A18---兼容MC145018---间歇式报警
离子烟雾报警器是通过测量空气中的正负电荷的平衡来工作的。
这种报警器的传感器是一个离子室。
内部,有一小片放射性物质(离子源),这种物质能在感应室内流动的空气中产生一股微小的电流。
当烟雾粒子进入到感应室后,就会扰乱那里的正负电荷的平衡,同时也会使这股电流发生变化。
当烟雾逐渐加重,正负电荷的不平衡性就会加强。
当这种平衡性达到一定的限度,就会进入报警状态。
3.KT-601型便携式可燃气体检测仪
本仪器采用了当今世界先进的催化燃烧(英国city),灵敏度高可靠性好;内部采用Motorola军用级超低功耗单片机控制,大容量镍氢可充电池,超长待机;贴片化封装,可靠美观;超大液晶屏幕显示,清晰直观;具有二级声、光、振动报警功能,对电源欠压、预设气体浓度报警等报警功能能够及时、准确、直观的报警提示;外观采用高强度ABS工程塑料,时尚外形设计,美观、手感好、耐用。
A.主要功能
*可设置高、低两个报警点,屏幕显示报警类别
*标定浓度值可以调整,方便用户标定
*电池欠压报警、显示
*自动校准功能,降低检测误差
*传感器故障自检功能
*二级声、光、振动报警功能,不易忽略
*开机自检功能,并具有自诊断和自修复功能
*密码管理功能,重要操作需要输入密码,有效防止误操作
*本质安全型仪器
B.技术指标
*适用气体:
可燃气体(CH4,C3H8,H2)
*检测范围:
0-100%L
*报警方式:
低报警 :
0.6秒的间断声报警音并带有光闪烁高报警 :
0.25秒的间断声报警音和振动并带有光闪烁
*指示方式:
LCD显示实时数据及系统状态
*电源电压:
DC2.4V(镍氢可充电池,1500mAh)
*充电时间:
4-6h
*工作环境:
温度-25℃~50℃,湿度≤85%RH无结露
*响应时间:
t<30s
*工作时间:
可燃气体≥8小时连续
*传感器寿命:
2年
4.MF8892型烟雾检测仪
*报警灵敏度:
1级
*监视面积:
20平方M*消耗功率:
监视状态<20uA,报警状态<20mA
*LED指示:
监视状态LED每40秒闪一次,报警状态LED每1秒闪一次
*报警输出:
无线发射输出,LED每1秒闪一次
*使用环境条件:
室内,环境温度-10~45℃,相对湿度≤95%
*电池:
9V,型号6F22
*自动检测:
每1.67秒自检一次,
*重量(不含电池):
100g*外形尺寸:
直径110mm,高度35mm
5.KING-01型可燃气体检测仪
*电源:
9V咸性电池或碳性电池
*工作电流:
静态电流小于10UA,工作电流在20-25UA之间。
*烟雾灵敏度:
符合UL的217号标准。
*工作温度:
40oF-120oF(-4℃-50℃)。
*气体介面温度:
10%-90%。
*蜂鸣器声量能级:
10英尺处为85分贝。
*电池寿命:
1年。
6.GS-1型火警报警器
A.主要功能
*自动校准功能,降低检测误差
*二级声、光、振动报警功能,不易忽略
*本质安全型仪器
*电源:
5V咸性电池或碳性电池
*工作电流:
静态电流小于10UA,工作电流在20-25mA之间。
*工作温度:
15℃-200。
B.技术指标
*报警灵敏度:
1级
*监视面积:
50平方M
*消耗功率:
监视状态<10mW,报警状态<150mW
*适用气体:
各种可燃气体
*检测范围:
0-100%LEL
*报警方式:
蜂鸣器发出1Hz的报警信号
*指示方式:
液晶显示屏幕显示警告标示符及系统状态
*响应时间:
t<5s
(二)主控制器AT89S51
1.MSC-51芯片资源简介
89S51是MCS-51系列单片机的典型产品,我们就这一代表性的机型进行系统的讲解。
89S51单片机包含中央处理器、程序存储器(ROM)、数据存储器(RAM)、定时/计数器、并行接口、串行接口和中断系统等几大单元及数据总线、地址总线和控制总线等三大总线,现在我们分别加以说明:
图3.1单片机内部结构示意图
A.中央处理器
中央处理器(CPU)是整个单片机的核心部件,是8位数据宽度的处理器,能处理8位二进制数据或代码,CPU负责控制、指挥和调度整个单元系统协调的工作,完成运算和控制输入输出功能等操作。
B.数据存储器(RAM)
89S51内部有128个8位用户数据存储单元和128个专用寄存器单元,它们是统一编址的,专用寄存器只能用于存放控制指令数据,用户只能访问,而不能用于存放用户数据,所以,用户能使用的RAM只有128个,可存放读写的数据,运算的中间结果或用户定义的字型表。
C.程序存储器(ROM)
89S51共有4KB掩膜ROM,最大可扩展64K字节,用于存放用户程序,原始数据或表格。
D.定时/计数器:
89S51有两个16位的可编程定时/计数器,以实现定时或计数产生中断用于控制程序转向。
E.并行输入输出(I/O)口:
89S51共有4组8位I/O口(P0、P1、P2或P3),用于对外部数据的传输。
F.中断系统
89S51具备较完善的中断功能,有两个外中断、两个定时/计数器中断和一个串行中断,可满足不同的控制要求,并具有2级的优先级别选择。
2.单片机的引脚
89S51单片机内部总线是单总线结构,即数据总线和地址总线是公用的.89S51有40条引脚,与其他51系列单片机引脚是兼容的.这40条引脚可分为I/O接口线、电源线、控制线、外接晶体线4部分.89S51单片机为双列直插式封装结构,如图3.2所示.
图3.289S51引脚分配图
3.89S51单机的电源线
(1)VCC:
+5V电源线。
电源线
(2)GND:
接地线。
4.89S51单片机的外接晶体引脚
(1)XTAL1:
片内振荡器反相放大器的输入端和内部时钟工作的输入端。
采用内部振荡器时,它接外部石英晶体和微调电容的一个引脚。
(2)XTAL2:
片内振荡器反相放大器的输出端,接外部石英晶体和微调电容的另一端。
采用外部振荡器时,该引脚悬空。
外接晶体引脚。
80C51单片机内部有一个高增益反相放大器,用于构成振荡器。
反相放大器的输入端为XTAL1,输出端为XTAL2,分别是80C51的19脚和18脚。
在XTAL1和XTAL2两端跨接石英晶体及两个电容就可以构成稳定的自激振荡器。
如图2所示:
图2振荡电路
石英晶振起振后要能在XTAL2线上输出一个3V左右的正弦波,使MCS-51片内的OCS电路按石英晶振相同频率自激震荡。
通常,OCS的输出时钟频率fosc为0.5MHZ~16MHZ,典型值为12MHZ电容器C1和C2通常取30pF左右,对震荡频率有微调作用。
调节它们可以达到微调震荡周期fosc的目的。
5.89S51单片机的控制线
(1)RST:
复位输入端,高电平有效。
(2)ALE/PROG:
地址锁存允许/编程线。
(3)PSEN:
外部程序存储器的读选通线。
(4)EA/Vpp:
片外ROM允许访问端/编程电源端。
6.89S51单片机复位方式
复位是单片机的初始化操作。
其主要功能是把程序计数器PC值初始化为0000H,使单片机从0000H单元开始执行程序。
除了进入系统的正常初始化之外,程序运行出错或操作错误使系统处于死锁状态时,为摆脱困境,也需要按复位键重新启动单片机。
RST引脚是复位信号的输入端,高电平有效,其有效时间应持续24个震荡周期(即两个机器周期)以上。
若使频率为6MHZ的晶振,则复位信号持续时间超过4μs才能完成复位操作。
复位操作由上电复位和按键手动复为两种方式。
上电自动复位是通过外部复位电路的电容充电来实现的,其电路如图所示。
只要电源VCC的上电时间不超过1ms,就可以实现自动上电复位,即接通电源就完成了系统的复位初始化。
按键手动复位分为电平方式和脉冲方式两种。
其中,电平复位是复位端通过电阻与VCC电源接通而实现的。
脉冲复位是利用RC微分电路产生的正脉冲来实现的。
复位电路虽然简单,但其作用非常重要。
一个单片机系统能复正常运行,首先要检查是否能复位成功。
单片机在开机时或在工作中因干扰而使程序失控,或工作中程序处于某种死循环状态,在这种情况下都需要复位.复位的作用是使中央处理器CPU以及其他功能部件都恢复到一个确定的初始状态,并从这个状态重新开始工作.
89S51单片机的复位靠外部电路实现,信号由RESET(RST)引脚输入,高电平有效,在振荡器工作时,只要保持RST引脚高电平两个机器周期,单片机即复位.复位后,PC程序计数器的内容为0000H,片内RAM中内容不变.复位电路一般有上电复位、手动开关复位和自动复位电路3种,如图3.3所示.
a.上电复位电路b.手动复位电路c.自动复位电路
图3.3单片机复位电路
三:
报警系统设计
(一)硬件电路设计
1.单片机最小系统
图3.1单片机最小系统
2.气敏检测系统
由于生产厂家等等原因,离子室的参数会有所不同。
因此必须外接并联电阻改变13脚的电位,以达到一定烟雾浓度报警的目的。
离子室的输出电平加到检测报警器负端;比较器正端为13脚经内部电阻分压得到的比较器门限电压。
因此13脚对6脚并联电阻,会使V13上升,使灵敏度上升;
13脚对4脚并联电阻,会使V13下降,使灵敏度降低。
并联电阻数百千欧姆至数兆欧姆。
图3.2气敏传感器特性曲线
3.电源电路
图3.2电源电路
4.报警驱动电路
图3.3LM386驱动电路
(二)系统软件设计
1.软件流程图
否
是
2.程序清单
#include
#include"SoundPlay.h"
voidDelay1ms(unsignedintcount)
{
unsignedinti,j。
for(i=0。
i i++) for(j=0。 j<120。 j++)。 } //*****************************Music****************************************************** //老男孩.MP3 unsignedcharcodeMusic_Girl[]={0x17,0x02,0x17,0x03,0x18,0x03,0x19,0x02,0x15,0x03, 0x16,0x03,0x17,0x03,0x17,0x03,0x17,0x03,0x18,0x03, 0x19,0x02,0x16,0x03,0x17,0x03,0x18,0x02,0x18,0x03, 0x17,0x03,0x15,0x02,0x18,0x03,0x17,0x03,0x18,0x02, 0x10,0x03,0x15,0x03,0x16,0x02,0x15,0x03,0x16,0x03, 0x17,0x02,0x17,0x03,0x18,0x03,0x19,0x02,0x1A,0x03, 0x1B,0x03,0x1F,0x03,0x1F,0x03,0x17,0x03,0x18,0x03, 0x19,0x02,0x16,0x03,0x17,0x03,0x18,0x03,0x17,0x03, 0x18,0x03,0x1F,0x03,0x1F,0x02,0x16,0x03,0x17,0x03, 0x18,0x03,0x17,0x03,0x18,0x03,0x20,0x03,0x20,0x02, 0x1F,0x03,0x1B,0x03,0x1F,0x66,0x20,0x03,0x21,0x03, 0x20,0x03,0x1F,0x03,0x1B,0x03,0x1F,0x66,0x1F,0x03, 0x1B,0x03,0x19,0x03,0x19,0x03,0x15,0x03,0x1A,0x66, 0x1A,0x03,0x19,0x03,0x15,0x03,0x15,0x03,0x17,0x03, 0x16,0x66,0x17,0x04,0x18,0x04,0x18,0x03,0x19,0x03, 0x1F,0x03,0x1B,0x03,0x1F,0x66,0x20,0x03,0x21,0x03, 0x20,0x03,0x1F,0x03,0x1B,0x03,0x1F,0x66,0x1F,0x03, 0x1B,0x03,0x19,0x03,0x19,0x03,0x15,0x03,0x1A,0x66, 0x1A,0x03,0x19,0x03,0x19,0x03,0x1F,0x03,0x1B,0x03, 0x1F,0x00,0x1A,0x03,0x1A,0x03,0x1A,0x03,0x1B,0x03, 0x1B,0x03,0x1A,0x03,0x19,0x03,0x19,0x02,0x17,0x03, 0x15,0x17,0x15,0x03,0x16,0x03,0x17,0x03,0x18,0x03, 0x17,0x04,0x18,0x0E,0x18,0x03,0x17,0x04,0x18,0x0E, 0x18,0x66,0x17,0x03,0x18,0x03,0x17,0x03,0x18,0x03, 0x20,0x03,0x20,0x02,0x1F,0x03,0x1B,0x03,0x1F,0x66, 0x20,0x03,0x21,0x03,0x20,0x03,0x1F,0x03,0x1B,0x03, 0x1F,0x66,0x1F,0x04,0x1B,0x0E,0x1B,0x03,0x19,0x03, 0x19,0x03,0x15,0x03,0x1A,0x66,0x1A,0x03,0x19,0x03, 0x15,0x03,0x15,0x03,0x17,0x03,0x16,0x66,0x17,0x04, 0x18,0x04,0x18,0x03,0x19,0x03,0x1F,0x03,0x1B,0x03, 0x1F,0x66,0x20,0x03,0x21,0x03,0x20,0x03,0x1F,0x03, 0x1B,0x03,0x1F,0x66,0x1F,0x03,0x1B,0x03,0x19,0x03, 0x19,0x03,0x15,0x03,0x1A,0x66,0x1A,0x03,0x19,0x03, 0x19,0x03,0x1F,0x03,0x1B,0x03,0x1F,0x00,0x18,0x02, 0x18,0x03,0x1A,0x03,0x19,0x0D,0x15,0x03,0x15,0x02, 0x18,0x66,0x16,0x02,0x17,0x02,0x15,0x00,0x00,0x00}。 //海阔天空.MP3 unsignedcharcodeMusic_Same[]={0x0F,0x01,0x15,0x02,0x16,0x02,0x17,0x66,0x18,0x03, 0x17,0x02,0x15,0x02,0x16,0x01,0x15,0x02,0x10,0x02, 0x15,0x00,0x0F,0x01,0x15,0x02,0x16,0x02,0x17,0x02, 0x17,0x03,0x18,0x03,0x19,0x02,0x15,0x02,0x18,0x66, 0x17,0x03,0x19,0x02,0x16,0x03,0x17,0x03,0x16,0x00, 0x17,0x01,0x19,0x02,0x1B,0x02,0x1B,0x7
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- 关 键 词:
- 基于 单片机 火灾 报警器 方案设计