基于单片机智能火灾报警系统毕业设计Word文件下载.docx
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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设计要求
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ATME公司的AT89S52单片机作为处理器,主要完成以下工作:
★基于AT89S52的火灾报警检测设计方案。
★温度传感器AD590烟雾传感器TGS202A/D转换芯片ADC080啲选择以及
与单片机的接口电路设计。
★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。
★设计主要软件程序模块,完成软件设计。
2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。
整体电路的框图如图2.1-1所示:
图2.1-1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:
★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。
★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。
★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。
★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:
★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着减弱,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。
★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(70〜90C)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。
★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”。
3系统硬件设计
3.1核心芯片选择
★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。
根据多方面的比单片机作为控制器。
AT89S52是一个低功耗、高性能的CMOS位单片机,片内含4kBytes(ln-systemprogrammable)的可反复擦写1000次的Flash只读程序存储器,器件采用ATME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0AT89S52
的引脚图如图3.1-1所示:
图3.1-1DIP-40封装AT89S52引脚图
★集成温度传感器AD590
图3.1-2AD590应用电路
图3.1-3AD590应用电路
AD590是美国某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1A/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
得与绝对温度成正比的电压量,即10mV/K,温度0C时输出为0,温度25r时输出为2.982V。
这样便于A/D转换器采集数据。
AD590的应用电路如图图3.1-3所示。
★气体传感器TGS-202
火灾中气体烟雾主要是CO2和COTGS202气体传感器能探测CO,CO甲烷,
煤气等多种气体,它灵敏度高,稳定性好,适合于火灾中气体的探测。
如上图所示,
当TGS202探测到CO或CO时,传感器的内阻变小,V迅速上升。
选择适当的电阻
阻值,使得当气体浓度达到一定程度(如CO浓度达到0.06%)时,VA端获得适当的
TGS3O5
电压(设为3V)o电路图如图3.1-4所示。
图3.1-4TGS202检测电路
★数码管驱动芯片ICM7218
ICM7218是INTERSIL公司生产的一种性能价格比较高的通用8位LED数码管驱
动电路,28脚双列封装,是一种多功能LED数码管驱动芯片,可与多种单片机接口使
用。
ICM7218的输出可直接驱动LED显示器,不需外接驱动电路,工作电压为+5V,其构
成的显示电路结构简单,使用方便。
同样由单片机向ICM7218写控制字及数据,编程部
分像给外部RAM!
数据一样简单。
当单片机写入模式控制字后,ICM7218以约定的方式接收显示数据并将数据写入静
态显示RAM中0数据接收结束,ICM7218在扫描控制电路的控制下,
按设定的译码模式,
以动态扫描显示方式向段显示驱动器和位控驱动器发出控制信号,
直到下一个控制字写
入前,不停地进行动态显示工作0其引脚图和内部框图如图3.1-5
图3.1-5ICM7218引脚图及内部框图
所示0
3.2单片机外围接口电路
AT89S52单片机
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