烟雾超标报警自动排气电路的设计与制作学士学位论文.docx

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烟雾超标报警自动排气电路的设计与制作学士学位论文

烟雾超标报警自动排气电路的设计与制作

[摘要]为了有效的降低火灾带来的损失，利用单片机AT89S51设计了一种烟雾超标报警自动排气电路。

它主要由单片机最小系统、烟雾检测电路、语音报警电路、自动排气电路等组成。

软件用C语言编写程序，在keil中进行程序的编译并下载到AT89S51芯片中。

先用proteus进行硬件仿真，通过后将下载的单片机和相关元器件焊接在PCB板上，上电后可以实现烟雾检测，语音报警和自动排气控制等功能。

[关键词]单片机；烟雾检测电路；语音报警电路；自动排气电路

Designandproductionofexcessivesmokealarmandautomaticexhaustcircuit

[Abstract]Inordertoreducefirelosses,theexcessivesmokealarmandautomaticexhaustcircuitisdesignedusingMCUAT89S51,whichismainlycomposedofMCUminimumsystem,smokedetectioncircuit,avoicealarmcircuit,automaticexhaustcircuit.etc.ThesoftwarewaswritteninClanguage,theprogramiscompiledontheKeilenvironmentanddownloadedtoAT89S51chip.ThehardwarepartissimulationintheProteusenvironment,whenpassingthrough,theMCUwhicharedownloadedandsomerelatedcomponentsareweldedinthePCBboard,onelectrifyingitcanbeachievedthatthesmokedetection,thevoicealarmcircuitandtheautomaticexhaustcontrolfuctions,etc..

[Keywords]MCU,Smokedetectioncircuit,Voicealarmcircuit,Automaticexhaustcircuit

毕业设计（论文）原创性声明和使用授权说明

原创性声明

本人郑重承诺：

所呈交的毕业设计（论文），是我个人在指导教师的指导下进行的研究工作及取得的成果。

尽我所知，除文中特别加以标注和致谢的地方外，不包含其他人或组织已经发表或公布过的研究成果，也不包含我为获得及其它教育机构的学位或学历而使用过的材料。

对本研究提供过帮助和做出过贡献的个人或集体，均已在文中作了明确的说明并表示了谢意。

作者签名：

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使用授权说明

本人完全了解大学关于收集、保存、使用毕业设计（论文）的规定，即：

按照学校要求提交毕业设计（论文）的印刷本和电子版本；学校有权保存毕业设计（论文）的印刷本和电子版，并提供目录检索与阅览服务；学校可以采用影印、缩印、数字化或其它复制手段保存论文；在不以赢利为目的前提下，学校可以公布论文的部分或全部内容。

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学位论文原创性声明

本人郑重声明：

所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成果。

除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。

对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。

本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。

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日期：

年月日

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本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。

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涉密论文按学校规定处理。

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日期：

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1.引言

随着现在家庭中家用电器的使用量逐渐增加，用电量也随之增加。

而用电量的大幅增加也会增高火灾发生的频率。

如果在一般家庭中发生火灾，就会很大程度上出现扑救不及时的情况。

由于许多场合缺乏灭火器材以及人们在逃生时的惊慌失措，和外界逃生环境迟缓等不利因素，最终就会给人们的生活和财产带来重大的损失。

美国消防协会（NFPA）强调烟雾报警器在拯救生命方面发挥着越来越重要的作用，NFPA指出美国家庭火灾死亡人数的40％是由于未安装报警器造成的[4]。

随着经济的发展、大量楼宇的建成与使用，用于保障人身和财产安全的火灾报警系统显得越来越必要。

但火灾报警系统设置后,往往会发觉系统有些不尽如人意的地方。

如:

探测器经常误报警,经常演绎“狼来了”的故事,使得消防值班人员饱受困扰。

排除了设备质量不过关等情况后,我们发现这些情况往往是由于探测设备受到干扰而造成的。

下面将从火灾探测器的工作原理和结构入手,逐步分析探测器的部分和主要干扰来源，并对由此产生的误报警提出一些改进的方法。

火灾探测器的工作原理火灾探测器顾名思义就是探测是否有火灾可能或火灾正在发生的设备,根据火灾的特点及其产生物（例如:

烟、热、火焰等）的特性，可分为：

烟雾探测器、温度探测器及火焰探测器三类。

其中烟雾探测器和温度探测器用的地方占绝大部分[8]。

研究烟雾超标报警和自动排气电路对减低火灾损失有着非常重要的现实意义。

目前，火灾自动报警控制系统已广泛应用于商场、仓库、宾馆等场所，采用集中报警控制方式的总线控制系统。

随着人们生活水平及家居环境的提高，廉价实用的火灾自动报警器将进入家庭，而且需求量很大[3]。

（1）研究现状

随着经济的发展、大量楼宇的建成与使用，用于保障人身和财产安全的火灾报警系统显得越来越必要。

但火灾报警系统设置后,往往会发觉系统有些不尽如人意的地方。

如:

探测器经常误报警,经常演绎“狼来了”的故事,使得消防值班人员饱受困扰。

排除了设备质量不过关等情况后,我们发现这些情况往往是由于探测设备受到干扰而造成的。

下面将从火灾探测器的工作原理和结构入手,逐步分析探测器的部分和主要干扰来源，并对由此产生的误报警提出一些改进的方法。

火灾探测器的工作原理火灾探测器顾名思义就是探测是否有火灾可能或火灾正在发生的设备,根据火灾的特点及其产生物（例如:

烟、热、火焰等）的特性，可分为：

感烟探测器、感温探测器及火焰探测器三类。

其中感烟探测器和感温探测器用到的地方占绝大部分[8]。

我国烟雾超标报警自动排气工程应用技术实现了较快发展，但由于在实际应用中，烟雾超标报警系统的通讯协议不一致，烟雾超标报警自动排气工程技术水平还相对落后，还存在着一些比较突出的问题。

如适用范围过小、智能化程度低、网络化程度低、组件连接方式有待改善、烟雾超标报警自动排气系统误报、漏报问题较多、超早期烟雾探测报警技术应用还几乎处于空白。

（2）发展趋势

针对当前烟雾超标报警自动排气系统存在的误报漏报频繁、智能化和网络化程度低、特殊恶劣条件下烟雾探测报警抗干扰能力弱等问题，烟雾超标报警自动排气系统应用技术应进一步着眼于当前国际发展的新形势，加快更新改造进程，加强对数字技术和新工艺、新材料的应用，改进系统能力，使烟雾超标报警自动排气系统应用技术向着高可靠、低误报和网络化、智能化方向发展。

新技术、新工艺、新材料和新设备的应用研究势在必行[7]。

（3）课题研究意义

烟雾超标报警器的意义在于可以实现对普通环境中烟雾浓度进行实时检测，以减少烟雾有毒气体对人体的伤害，通过报警来警示人们所处环境的烟雾浓度过高，并通过单片机来控制环境的有毒气体浓度，如完成开风扇通风、切断有毒气体来源等由单片机控制的部分。

现在家具产品多种多样，智能化、小型化的节能、绿色、安全产品越来越受到普通大众的青睐。

该设计以其小型化、智能化并且设计的电路系统简洁明了、电路构成简单、易于维护、实用性强等特点能够广泛的应用于居民、企事业单位等多方面的安全防范。

（4）论文结构

论文主要从方案论证及选择、硬件电路设计、系统软件设计、制作与调试等几大方面来介绍烟雾超标报警点的设计和制作过程。

其中方案论证及选择主要从三种可以实现烟雾超标报警自动排气功能的方案中选择一个成本低、易操作、系统性能较高的方案。

硬件电路设计主要是针对选择的方案进行具体的电路设计。

其中主要设计的电路包括：

单片机最小系统电路，烟雾检测电路，语音报警电路，自动报警电路等以及一些外围辅助电路。

系统软件设计则主要是设计单片机进行控制所需要的相关程序，这部分程序采用C语言进行编写。

最后的制作与调试主要是进行硬件仿真与制作，并对硬件进行相关功能的测试，检测是否能达到设计所要实现的功能。

最后对全文进行概括的总结，并提出相关扩展功能，有待进一步完善。

2．方案论证及选择

2.1方案一：

基于SOPC设计的烟雾超标报警自动排气电路

基于SOPC设计的烟雾超标报警自动排气电路原理框图如图2.1所示。

图2.1基于SOPC设计的烟雾超标报警自动排气电路原理框图

基于SOPC的烟雾报警系统。

SOPC（System-on-a-Programmable-Chip）可编程片上系统。

SOPC是在一块硅片上利用可编程逻辑技术来设计和开发一个完整的可编程片上系统。

可编程片上系统（SOPC）是一种特殊的嵌入式开发系统。

SOPC可编程片上系统其整个系统主要逻辑功能是由单个芯片完成之间的共同作用来完成的；SOPC可编程片上系统是可以自主进行编程的系统，具有灵活的可裁减、可扩充、可升级的自主编程设计方式，同时也可以在软硬件方面实现系统的可编程功能。

QuartusⅡ是最高级和复杂的用于SOPC的设计环境。

QuartusⅡ可编程逻辑软件属于第四代PLD开发平台。

QuartusⅡ平台支持一个工作组环境下的设计要求，其中包括支持基于Internet的协作设计。

该系统由图中所示的几个部分构成。

烟雾传感器安装于检测现场，通过导线连接到主板传感器的驱动电路，传感器检测的信号送到放大电路将信号进行放大，A/D转换电路将放大后的信号转换为0~5V的电平信号，并由A/D转换芯片将转换的数字信号送入SOPC控制器。

系统的其它部分均安装在主板上，SOPC控制器接受到来自传感器的数据后将数值显示，并根据事先定制好的规则判断烟雾是否超标，如果有烟雾超标则将发出报警信息，并驱动语音报警电路发出报警，同时驱动自动排气电路开始工作。

2.2方案二：

基于放大器和比较器设计的烟雾超标报警自动排气电路

基于放大器和比较器的设计的烟雾超标报警自动排气电路原理框图如图2.2所示。

图2.2基于放大器和比较器的设计的烟雾超标报警自动排气电路原理框图

电化学传感器的工作原理是：

电化学传感器内部的物理结构可以与被测气体发生反应，能产生与检测空气中气体的浓度成正比的电信号来工作。

电化学传感器主要包括两部分：

传感电极（又称工作电极）和反向电极。

传感电极和反向电极中有一层薄的电解层，这层薄的电解层将传感电极和反电极隔开。

空气中的待检测气体通过网孔与传感器内部结构能够发生一定的化学反应反应，这种反应会形成一层憎水屏障，这层憎水屏障就会形成一种电极表面。

这样就完成了传感器的传感电极与空气中某种气体的发生的电化学反应。

电化学反应会形成一定的电信号，这种电信号就可以防止传感器中的电解质泄漏出传感器。

空气中的待检测气体透过网