基于单片机的火灾自动警报系统论文.docx

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基于单片机的火灾自动警报系统论文

基于单片机的火灾自动报警系统

BasedOnSCMAutomaticFireAlarmSystem

毕业论文（设计、创作）开题报告

（由学生本人认真填写）

学号

姓名

导师姓名

职称

开题时间

2009年12月1日

课题题目

基于单片机的火灾自动报警系统

课题来源

□导师指定□自定■其他来源

课题的目的、意义以及和本课题有关的国内外现状分析：

1．目的：

本系统以单片机为主控单元，能够及时监测到系统故障和环境中有无火灾，火灾一旦发生将实现声光报警，并采取有效措施控制火情的发展，将火灾消灭在萌芽状态，以确保人身财产安全，最大限度地减少损失。

2．意义：

本系统是一个由单片机控制的火灾烟雾浓度、温度检测系统，它将传感器输出地电压信号进行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，并判断是否超过报警上限，若超过，则发出声光报警。

同时用户可以自己设定报警上限和定时时间，使用户可以根据实际情况方便的掌握安全状况。

3．现状：

自本世纪80年代开始，随着电子产品在人类生活中的使用越来越广泛，由此引起的火灾也越来越多，在我们生活的四周到处潜伏着火灾隐患。

智能化火灾报警系统已并非传统意义上的简单的报警设备，而是融入了计算机技术、电子技术、自动控制技术、传感器的应用等各领域知识。

伴随着科学技术的不断进步，火灾报警系统必将得到更快的发展。

研究目标、研究内容和准备解决的问题：

1．目标：

通过设计一个以AT89S52单片机为核心的火灾报警器可以实现声光报警、故障自诊断、浓度显示、报警限设置、延时报警及与上位机串口通信等功能。

是一种结构简单、性能稳定、使用方便、价格低廉、智能化的火灾报警器，具有一定的实用价值。

2．内容：

对该检测与报警系统进行整体功能分析，主要实现硬件和主要软件程序方面的设计，对其所选择的主要芯片作简单介绍，分模块来实现其各个部分的功能，做出相应的整体原理图

3．准备解决的问题：

如何设计一种火灾检测与报警系统，可以通过气体传感器实时获取可燃气体浓度、温度传感器获得火灾现场温度，并通过LED显示，当浓度或温度超过限定值时则报警。

以方便人们更好的掌握安全状况，提高生活质量。

拟采取的方法、技术或设计（开发）工具：

本设计将实现基于单片机的火灾自动报警系统的硬件设计和主要的软件程序设计，采用Protel99SE进行硬件原理图设计，采用keilUvision2仿真开发系统进行软件程序的开发。

预期成果：

1．毕业设计成果

系统整体框图、整体原理图、模块原理图、主要程序模块

2．毕业论文

进度计划：

2009.12.1-2010.3.5：

查找资料、搜集相关素材

2010.3.6-2010.3.26：

完成需求分析

2010.3.27-2010.4.7：

完成概要设计

2010.4.8-2010.4.15：

完成详细设计

2010.4.16-2010.4.28：

完成编码

2010.4.29-2010.5.4：

完成软件测试

2010.5.5-2010.5.15：

整理资料、撰写毕业论文

2010.5.16-2010.5.20：

根据导师要求，完善毕业设计和论文

指导教师对选题报告的意见：

指导教师签名：

2009年12月1日

毕业论文（设计、创作）任务书

题目名称火灾报警系统

学院

计算机与信息工程学院

学生姓名

所学专业

自动化

学号

毕业论文（设计、创作）要求

1、硬件设计：

完成系统的硬件电路图设计

2、软件设计：

完成主程序及各模块程序流程图

3、撰写论文：

完成论文撰写

毕业论文（设计、创作）进度安排

2009.12.1-2010.3.5：

查找资料、搜集相关素材

2010.3.6-2010.3.26：

完成需求分析

2010.3.27-2010.4.7：

完成概要设计

2010.4.8-2010.4.15：

完成详细设计

2010.4.16-2010.4.28：

完成编码

2010.4.29-2010.5.4：

完成软件测试

2010.5.5-2010.5.15：

整理资料、撰写毕业论文

2010.5.16-2010.5.20：

根据导师要求，完善毕业设计和论文

三、需收集的资料和指导性参考文献

[1]孙育才，MCS-51系列单片微型计算机及其应用，第4版，东南大学出版社，2006

[2]王庆，Protel99SE&DXP电路设计教程，电子工业出版社，2008

[3]康华光，电子技术基础模拟部分，第4版，高等教育出版社,2006

[4]刘军，单片机原理与接口技术，华东理工大学出版社，2006

[5]赖寿宏，微型计算机控制技术，机械工业出版社，2009．

[6]李中望，一种智能火灾报警系统的设计方案，安防科技，2008

[7]王忠民，基于单片机的语音数字联网火灾报警器设计，现代电子技术，2004，27（10）

[8]AtmelCorporation8-bitMicrocontrollerwith8KBytesIn-SystemProgrammableFlashAT89S52

指导教师签名：

2009年12月8日

河南大学2010届毕业设计（论文、创作）中期检查表

题目名称：

火灾报警系统

学院

计算机与信息工程学院

学生

姓名

所学专业

自动化

学号

毕业论文

一、毕业论文（设计、创作）进展情况

现已搜集了大量有关系统硬件及软件设计的资料，并查阅了有关的书籍，画出了系统硬件的整体框图及电路原理图，并画写出了一些主要程序模块的程序流程图。

后续工作是写出系统软件代码

二、毕业论文（设计、创作）存在问题及解决方案

存在的问题：

已画出的系统原理图还不够完善，不能实现按键复位功能，软件部分按键扫描子程序的程序流程图还存在问题。

解决方案：

继续查找有关资料，完善硬件原理图及解决子程序中出现的问题。

三、指导教师对学生毕业论文（设计、创作）进展方面的评语

该生在做毕业设计的期间，积极认真，能够及时分析和解决遇到的各种问题。

但是在数据捕获模块的数据显示存在界面冻结现象，希望在后续的工作期间，很好的解决这些问题。

指导教师签名2010年4月10日

毕业论文（设计、创作）综合成绩表

（一）

学院名称：

计算机与信息工程学院

学号

毕业论文

姓名

专业

自动化

指导教师

综合得分

论文题目

基于单片机的火灾自动报警系统

指导教师评语及得分

指导教师评语

该生的课题选择立意新，论文叙述条理清晰、详略得当，并按时完成了项目所要求的功能，是一篇优秀的本科论文。

评分项目分值

指导教师对毕业论文（设计、创作）评分

撰写开题报告、文献综述15

调查研究查阅整理资料10

学习态度与规范要求10

数据处理、文字表达10

论文（设计、创作）质量和创新意识

55

合计

100

得分

指导教师签名

2010年5月20日

评阅教师评语及评分

评阅教师评语

该生论文语句流畅，论点明确，思路清晰，符合本科论文的要求。

评分项目分值

评阅毕业论文（设计、创作）评分

撰写开题报告、文献综述

15

调查研究查阅整理资料

10

学习态度与规范要求

10

数据处理、文字表达

10

论文（设计、创作）质量和创新意识

55

合计

100

得分

评阅教师签名

2010年5月22日

此表由教师填写

毕业论文（设计、创作）综合成绩表

（二）

学号

毕业论文

姓名

所在学院

计算机与信息工程学院

答辩委员会评语及评分

答辩委员会评语

该生答辩过程中思路清晰，反应敏捷，论文结构合理，条理清楚，达到本科毕业设计和毕业论文要求的标准，经答辩小组评议，同意通过论文答辩。

答辩委员签字：

2010年5月25日

评分项目分值

论文答辩小组评分

答辩情况

论文质量

合计

（100）

内容表

达情况

（15）

答辩问题

情况

（25）

规范要求与

文字表达

（20）

论文（设计、创作）质量和创新意识（40）

得分

答辩委员会主任签字：

2010年5月25日

毕业论文（设计、创作）成绩综合评定：

分

综合评定等级：

备注：

一、论文的质量评定，应包括对论文的语言表达、结构层次、逻辑性理论分析、设计计算、分析和概括能力及在论文中是否有新的见解或创新性成果等做出评价。

从论文来看学生掌握本专业基础理论和基本技能的程度。

二、成绩评定采用结构评分法，即由指导教师、评阅教师和答辩委员会分别给分（以百分计），评阅教师得分乘以20%加上指导教师得分乘以20%加上答辩委员会得分乘以60%即综合成绩。

评估等级按优、良、中、差划分，优90-100分；良76-89分；中60-75分；差60分以下。

三、评分由专业教研室或院组织专门评分小组（不少于5人），根据指导教师和答辩委员会意见决定每个学生的分数，在有争议时，应由答辩委员会进行表决。

四、毕业论文答辩工作结束后，各院应于6月20日前向教务处推荐优秀论文以汇编成册，推荐的篇数为按当年学院毕业生人数的1.5%篇。

五、各院亦可根据本专业的不同情况，制定相应的具有自己特色的内容。

须报教务处备案。

六、书写格式要求：

1.目录；

2.内容提要须书写200左右汉字，开题报告（文科除外）的内容要根据不同专业的课题任务要求，阐述查阅文献、文案论证、解题思路、工作步骤等；

3.正文（含引言、结论等）；

4.参考文献（或资料）

河南大学本科生毕业论文（设计、创作）承诺书

论文题目

基于单片机的火灾自动报警系统

姓名

所学专业

自动化

学号

毕业论文

完成时间

2010年5月20日

指导教师姓名职称

（副教授）

承诺内容：

1．本毕业论文（设计、创作）是学生在导师的指导下独立完成的，没有抄袭、剽窃他人成果，没有请人代做，若在毕业论文（设计、创作）的各种检查、评比中被发现有以上行为，愿按学校有关规定接受处理，并承担相应的法律责任。

2．学校有权保留并向上级有关部门送交本毕业论文（设计、创作）的复印件和磁盘。

备注：

学生签名：

指导教师签名：

2010年5月20日2010年5月20日

说明：

学生毕业论文（设计、创作）如有保密等要求，请在备注中明确，承诺内容第2条即以备注为准。

摘要

目前，随着电子产品在人类生活中的使用越来越广泛，由此引起的火灾也越来越多，在我们生活得四周到处潜伏着火灾隐患。

为了避免火灾以及减少火灾造成的损失，我们必须按照“隐患险于明火，防患胜于救灾，责任重于泰山”的概念设计和完善火灾自动报警系统，将火灾消灭在萌芽状态，最大限度地减少社会财富的损失。

本系统可安装在各防火单位，它负责不断地向所监视的现场发车巡检信号，监视现场的温度、浓度等，并不断反馈给报警控制器，控制器将接到的信号与内存的正常整定值比较、判断确定火灾。

当发生火灾时，可实现声光报警、故障自诊断、浓度显示、报警限设置、延时报警及与上位机串口通信等，是一种结构简单、性能稳定、使用方便、价格低廉、智能化的烟雾传感器，具有一定的实用价值。

关键词单片机火灾报警传感器

ABSTRACT

Now,withelectronicproductsusedinhumanlifemoreandmorewidely,theresultingfire,moreandmore,weliveinfirehazardslurkingaroundeverywhere.Toavoidfiresandreducefirelosses,wemustfollowthe"hiddendangersfireinpreventionisbetterthandisasterrelief,theresponsibilityisextremelyheavy,"theconceptdesignandimprovementofautomaticfirealarmsystem,firenippedinthebud,themaximumreducethelossofsocialwealth.

Thesystemcanbeinstalledinallfireunits,whichisresponsibleforcontinuouslymonitoringthesitetostarttheinspectionsignal,monitorthesiteoftemperature,concentration,andcontinuousfeedbacktothealarmcontroller,thecontrollerwillreceivethesignalandthenormalmemorysettingvaluewasdeterminedbycomparingtodeterminethefire.Whenfireoccurs,canachievesoundandlightalarm,faultdiagnosis,concentrationdisplay,alarmlimitsettings,delayalarmandserialcommunicationwiththehostcomputerisasimplestructure,stableperformance,easytouse,inexpensive,intelligentsmokesensor,hassomepracticalvalue.

Keywords：

SCMfirealarmsensor

第1章绪论

1.1选题背景及意义

火灾是可燃物在时间或空间上失去控制的燃烧所造成的灾害，是威胁公众安全和社会发展的主要灾害之一。

火，在给人类带来文明进步、光明和温暖的同时也在其失去控制之时给人类造成了巨大的灾难。

据统计，我国70年代火灾平均损失不到2.5亿元，80年代火灾平均损失接近3.2亿元。

进入90年代，特别是1993年以来，火灾造成的直接损失上升到年均十几亿元，年均死亡2000多人。

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，还直接威胁生命安全，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，良好的监控系统和及时的报警机制可以大大降低人员的上网，为社会减少不必要的损失。

随着电子产品在人类生活中的使用越来越广泛，由此引起的火灾也越来越多，在我们生活的四周到处潜伏着火灾隐患。

智能化火灾报警系统已并非传统意义上的简单的报警设备，而是融入了计算机技术、电子技术、自动控制技术、传感器的应用等各领域知识。

伴随着科学技术的不断进步，火灾报警系统必将得到更快的发展。

1.2本文所做的工作

本文采用气体传感器、温度传感器、AT89S52单片机以及LED显示灯模块设计了一种智能火灾报警器，可以实现声光报警、故障自诊断、浓度显示、报警限设置、延时报警及与上位机串口通信等功能。

是一种结构简单、性能稳定、使用方便、价格低廉、智能化的火灾报警器，具有一定的实用价值。

本系统采用ATMEL公司的AT89S52单片机作为处理器，主要完成以下工作：

1.基于AT89S52的火灾报警检测设计方案。

2.温度传感器AD590、烟雾传感器TGS202、A/D转换芯片ADC0809的选择以及与单片机的接口电路设计。

3.LED数码管驱动芯片ICM7218与单片机的接口电路及其与数码管的硬件连接。

4.设计主要软件程序模块，完成软件设计。

第2章火灾自动报警系统的工作原理

2.1系统总体功能概述

火灾报警系统一般由火灾探测器、区域报警器和集中报警器组成。

火灾探测器通过对火灾发出的物理、化学现象——气（燃烧气体）、烟（烟雾粒子）、热（温度）、光（火焰）的探测，将探测到的火情信号转化成火警电信号传递给火灾报警控制器。

区域报警器将接收到火警信号后经分析处理发出声光报警信号，警示消防控制中心的值班人员，并在屏幕上显示出火灾的房间号。

集中报警是将接收到的信号以声光形式表现出来，其屏幕上也显示出着火的楼层和房间号，利用本机专用电话还可迅速发出指示和向消防队报警。

此外，也可以控制有关的灭火系统或将火灾信号传输给消防控制室。

整体电路的框图如图2-1所示：

图2-1系统原理及组成框图

2.2火灾报警系统的类型

根据火灾报警系统中所使用的探测器种类的不同，火灾报警系统可以分为以下四种：

（1）感温型火灾报警系统

由于火灾发生时燃烧物会产生大量的热量，使得周围温度迅速变化。

感温型火灾报警系统就是通过判断周围温度变化而产生响应的火灾报警系统，再把温度的变化转换为电信号以达到判断报警的目的。

根据探测温度参数的不同，一般可以将感温型火灾报警系统分为定温式、温差式等几种。

（2）感烟型火灾报警系统

烟雾是早期火灾的重要特征之一。

在火灾发生的初期，由于温度比较低，许多物质都处于阴燃阶段，产生大量的烟雾。

感烟型火灾报警系统就是对空气中可见或不可见的烟雾粒子进行探测，然后将烟雾浓度的变化转换为电信号来触发报警。

感烟型火灾报警系统主要有激光感烟式、光电感烟式和离子感烟式等。

（3）感光型火灾报警系统

物质燃烧不但会产生烟雾和热量，同时也会产生可见或不可见的光辐射。

感光型火灾报警系统就是通过响应火灾中产生的光特性，即扩散火焰的光强度和闪烁频率，来触发报警系统的。

根据感应的敏感波长，可以将感光型火灾报警系统分为对波长较短的光辐射敏感的紫外报警系统和对波长较长的光辐射敏感的红外报警系统。

（4）复合型火灾报警系统

如果报警系统同时对温度、烟雾和光辐射中的两种或两种以上参数做出响应，那么它就是复合型火灾报警系统。

目前复合型火灾报警系统有感温感烟型、感烟感光型、感温感光型等多种形式。

2.3火灾探测器的原理

火灾发生时，必然会伴随着产生烟雾、高温和火光，探测器对这些都很敏感。

当有烟雾、高温、火光产生的时候，它就改变平时的正常状态，引起电流、电压或机械部分发生变化或位移，再通过放大、传输等过程发出警报声，有的还能同时发出灯光信号并显示发生火灾的部位、地点。

火灾探测器主要分感烟、感温、光辐射三大类：

（1）感烟探测器。

一种是离子感烟探测器，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、电压就有所改变，破坏了内外电离室之间的平衡，于是就发出了信号。

还有一种叫光电感应探测器，它有一个发光元件和一个光敏元件，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，如果有烟雾从中阻隔，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变化变成电的变化，通过放大电路向人们报警。

还有一种叫管道抽吸式感烟探测器，他的工作原理与光电感应探测器中另一种散射型相似，通过烟雾的反射或散射产生光敏电流，主要用在船舶上。

近年来还出现了激光感烟探测器，它也是利用光电感应原理，不同的是光源改用激光束。

这种探测器采用半导体器件，体积小、价格低、耐震动、寿命长，很有发展前途。

（2）感温探测器。

一种是运用金属热胀冷缩的特性。

正常的情况下，探测器的电路断开，当温度升到一定值时，由于金属膨胀、延伸，导体接通，于是发出了信号。

一种是利用某些金属易熔的特性，在探测器里固定一块低熔点合金，当温度升到它的熔点（70～90℃）时，金属熔化，借助弹簧的作用力，使触头相碰，电路接通，发出信号。

这两种探测器都属定温型，即当外界温度超过某一限值时就会报警；还有一类是差温型，升温的速度超过特定值时，便会感应报警。

如将两者结合起来，便成为差定温组合式。

（3）光辐射探测器。

一种是红外光辐射探测器。

物质在燃烧时，由化学反应产生闪烁的红外光辐射使硫化铅红外光敏元件感应，转变成电信号，经放大后，就能向人们报警。

另一种是紫外光辐射探测器，则利用有机化合物燃烧时，火光中的紫外光，使紫外光敏管的电极激发出离子，通过继电器等，就能打开开关电路报警。

火灾报警器是重要的安全设备，一切重要的场所，如大型物资仓库、隧道、大型船舶、高层建筑都应该安装。

它还可以与自动灭火设备一起组成自动报警、自动灭火的“自动消防队”。

第3章系统硬件设计

3.1核心芯片选择

1.芯片AT89S52

在火灾报警器的设计中，单片机是其核心部件。

它一方面要接收来自传感器送来的温度、烟雾对应的模拟信号和故障检测信号，另一方面要对这两种信号分别进行处理，以控制后续电路进行相应动作；与此同时查询是否有键按下的请求。

在单片机完成这些工作的过程中，尤其是信号处理中，比较浓度值后送入显示的软件实现比较复杂，要求单片机具备较快的运算速度，使检测人员能够较准确地观测到烟雾浓度，并根据情况进行相应的处理。

并且也要考虑选择低价实用的机型，并为研制同一系列的低功耗产品做准备。

根据多方面的比较，本设计选用ATMEL公司的AT89S52单片机作为控制器。

AT89S52是一个低功耗、高性能的CMOS8位单片机，片内含4kBytes（In-systemprogrammable）的可反复擦写1000次的Flash只读程序存储器，器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存储技术制造兼容标准MCS-51指令系统及80C51引脚结构。

芯片内集成了通用8位中央处理器和ISPFlash存储单元，功能强大的计算机AT89S52可为许多嵌入式控制应用系统提供高性价比的解决方案。

AT89S52片内集成256字节程序运行空间、8K字节Flash存储空间，支持最大64K外部存储扩展。

根据不同的运行速度和功耗的要求，时钟频率可以设置在0-33M之间。

片内资源有4组I/O控制端口、3个定时器、8个中断、软件设置低能耗模式、看门狗和断电保护。

可以在4V到5.5V宽电压范围内正常工作。

不断发展的半导体工艺也让该单片机的功耗不断降低。

根据本次设计的具体情况，采用双列直插DIP-40封装。

AT89S52的引脚图如图3-1所示：

图3-1DIP-40封装AT89S52引脚图

2、集成温度传感器AD590

图3-2AD590应用电路

AD590是美国AnalogDevices公司生产的一种电流型二端传感器，电路如图所示。

由于AD590是电流型温度传感器，它的输出同绝对温度成正比，及1

A∕K，，而数模转换芯片ADC0809的输入要求是电压量，所以在AD590的负极接出一个10千欧的电阻R1和一个100欧的可调电阻W，将电流量变为电压量送入ADC080。

通过调节可调电阻便可在输出端V

获得与绝