消防智能疏散指示逃生系统设计.docx
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消防智能疏散指示逃生系统设计
毕业设计说明书
工程名称消防智能疏散指示逃生系统设计
专业机电一体化
班级2010级机电3班
学生姓名XX
指导教师XXX
机械与电子工程系
2013年6月10日
重庆三峡职业学院毕业设计(论文)评语及成绩
专业
班级
姓名
题目
消防智能疏散指示逃生系统设计
指导教师评语:
签字:
年月日
答辩记录及评语:
记录员:
年月日
综合成绩:
答辩小组组长签字:
系主任签字:
年月日
毕业设计任务书
专业
班级
姓名
题目
消防智能疏散指示逃生系统设计
内容
本设计是结合光标、语音、频闪,借助消防报警地火灾信息,从听觉、视觉等感观上引导人们正确逃生地消防智能疏散指示逃生系统.
本系统主要采用STC89C51单片机为主控芯片,集成信号采集、执行电路、辅助控制等模块组成.信号采集由各种传感器(光敏传感器,气敏传感器)在不同环境下进行数据采集通过A/D转换得到;A/D转换地数据传给单片机,并由单片机处理和分析,然后作出相应地执行动作.并把信息通过无线发射器传送至主控中心.执行电路在得到单片机地信号后,作出相应地动作;辅助控制主要在一些特殊情况(紧急呼叫,紧急火灾)下执行相应地辅助功能.
基本要求
1、本系统能在紧急情况(夜晚断电、火灾等)下通过高亮地蓝色led灯组成地逃生引导标志投影在地上和语音提示引导人快速逃离现场;在正常情况下,起到照明灯作用,并能检测烟雾等气体,及时给出警报;
2、熟练掌握用KeiluVision4地编程;
3、完整地电路原理图和PCB图;
4、论文不少于1万字;
重点研究问题
1.在紧急情况(夜晚断电、火灾等)下通过高亮地蓝色led灯组成地逃生引导标志投影在地上和语音提示引导人快速逃离现场;在正常情况下,起到照明灯作用,并能检测烟雾等气体,及时给出警报.
2.分机与主机(上位机)地实时数据传输.
3.各个传感器模块地协调工作问题.
4.整个系统硬件电路和软件设计问题.
主要技术指标
1、本系统地电源最好是12V2A地供电电源;
2、无线模块误差最小地波特率为9600Bps;
3、最小系统地晶振最好是11.0592MHZ;
4、传感器模块输出信号有数字量和模拟量;
5、最小系统和各个传感器模块工作电压为5V;
其它要说明地问题
无
指导教师签字:
年月日
重庆三峡职业学院毕业设计(论文)进度考核表
起止日期
毕业设计(论文)各阶段工作任务
完成情况
指导教师签字
4.14~4.19
收集和查阅与设计相关地资料
完成
4.20~4.24
学习有关地知识,并初步系统地需求分析和设计
完成
4.25~4.27
写好开题报告
完成
4.28~4.29
进一步进行系统分析和设计,同时写出设计提纲
完成
4.30~5.2
完成元件地采购
完成
5.3~5.8
电路设计
完成
5.9~5.10
电路版地设计制作
完成
5.11~5.19
系统程序地编写
完成
5.20~5.26
系统安装和调试过程
完成
5.27~5.29
撰写毕业设计说明书初稿
完成
5.29~5.31
完成第二次毕业设计说明书
完成
6.1~6.3
完成第三次毕业设计说明书
完成
6.4~6.10
完成最终毕业设计说明书准备毕业答辩
完成
备
注
注:
本表用于考核学生毕业设计(论文)地进度及完成情况,是学生毕业答辩资格认定和成绩评定地依据之一.
引言-1-
一、系统总体设计-2-
1.1设计背景-2-
1.2设计思想-2-
1.3系统功能-2-
1.4系统总体框图-3-
1.5系统工作原理-3-
1.6系统实现方案-4-
二、系统硬件设计-4-
2.1总体模块-4-
2.1.1单片机控制模块-4-
2.1.2照明指示模块-6-
2.1.3无线收发模块-7-
2.1.4各种传感器采集模块-8-
2.1.5辅助输入模块模块-10-
2.1.4传感器模块辅助芯片-12-
三、系统软件设计-13-
3.1软件模块分析-13-
3.2分机软件模块-13-
3.2主机软件模块-18-
四、系统可靠性设计-19-
4.1系统抗干扰性设计-19-
4.1.1硬件抗干扰措施-19-
4.1.2软件抗干扰措施-19-
4.2提高元器件地可靠性-20-
4.3容错技术-20-
五、系统调试-20-
5.1整体调试分析-20-
5.2硬件单元电路调试-21-
5.2.1最小系统板调试-21-
5.2.2传感器模块调试-21-
5.2.3无线模块调试-21-
5.3软件程序调试-21-
5.3.1软件系统设置-21-
5.3.2单片机系统软件调试-22-
5.4调试过程中发现地问题及解决方法-22-
5.5联机调试-22-
六结论-23-
参考文献-23-
附录一系统原理图-25-
附录二系统PCB图-25-
附录三分机地程序-26-
致谢词-50-
消防智能疏散指示逃生系统设计
摘要:
现代建筑地高层化、大型化、多功能化及复杂化,为消防应急疏散指示逃生提出了一个新地课题.消防智能疏散指示逃生系统结合光标、语音、频闪,借助消防报警地火灾信息,从听觉、视觉等感观上引导人们正确逃生.本系统主要采用AT89C51单片机为主控芯片,集成信号采集、执行电路、辅助控制等模块组成.信号采集由各种传感器(光敏传感器,气敏传感器)在不同环境下进行数据采集通过A/D转换得到;A/D转换地数据传给单片机,并由单片机处理和分析,然后作出相应地执行动作.并把信息通过无线发射器传送至主控中心.执行电路在得到单片机地信号后,作出相应地动作;辅助控制主要在一些特殊情况(紧急呼叫,紧急火灾)下执行相应地辅助功能.
关键词:
传感器A/D转换数据无线发送模块单片机
引言
随着时代地进步,经济、科技地迅猛发展,生活质量地日益提高及社会老龄化地趋势,建筑楼宇不断追求人性化、舒适化,大量高层特大型建筑,及地下建筑地涌现导致了建筑物地通道更长、更复杂.现代地建筑已经不再是孤立地个体,错综复杂地建筑结构,即使在日常行走中,也需借助于标志指示灯或是指示牌,毋庸说在火灾发生时地混乱局面.烟在火灾发生时,由于烟雾中有很多二氧化硫、一氧化碳等有毒有害气体,当人吸入这些气体后,会导致人体缺氧、呼吸困难、思维迟钝.在这种情况下能保持清醒地时间大约为50秒左右.加之现代建筑物通道长而复杂,逃生就更困难.消防智能应急疏散指示逃生系统结合光标、语音、频闪,借助消防报警地火灾信息,从听觉、视觉等感观上引导人们正确逃生.对于消防疏散来说,怎样在火灾发生时使逃生更安全、更准确、更迅速,正是时代对建筑防灾提出地新课题.消防智能疏散指示逃生系统利用火灾报警系统对于逃生系统内地所有设备进行二十四小时不间断巡检工作状态,保证设备时刻处于最佳运行状态.消防报警系统联动,借助于现场收集到地火警信息,凭借逃生系统地逃生疏散网络,调整所有地标志指示灯或光标灯,使整个系统处在最佳地逃生状态.
消防智能疏散指示逃生系统结合光标、语音、频闪,借助消防报警地火灾信息,从听觉、视觉等感观上引导人们正确逃生.本系统主要采用HT46单片机为主控芯片,集成信号采集、执行电路、辅助控制等模块组成.信号采集由各种传感器(光敏传感器,气敏传感器)在不同环境下进行数据采集通过A/D转换得到;A/D转换地数据传给单片机,并由单片机处理和分析,然后作出相应地执行动作.并把信息通过无线发射器传送至主控中心.执行电路在得到单片机地信号后,作出相应地动作;辅助控制主要在一些特殊情况(紧急呼叫,紧急火灾)下执行相应地辅助功能.
本作品根据在现有地安全设备地不足之上,设计一款消防智能应急疏散指示逃生系统在紧急情况(夜晚断电、火灾等)下通过高亮地蓝色led灯组成地逃生引导标志投影在地上和语音提示引导人快速逃离现场;在正常情况下,起到照明灯作用,并能检测烟雾等气体,及时给出警报.
一、系统总体设计
1.1设计背景
目前就现代建筑而言,越来越趋向于高层化、大型化、多功能化及复杂化.单有火灾探测与自动报警系统地设置还不够完善.我们都意识到了火灾报警系统在现代智能建筑中所起地重要安全保障作用,当前火灾报警系统地发展已经到了相当地水平,可以灵敏地探测到火灾,并且具有防灾和灭火地功能.但是,随着人们对自身安全意识地加强.对安全地关注不再仅仅停留在借助外力地防灾和灭火上,除此之外在火灾现场,能进行能动地逃生地恰恰是逃生者本人.然而,火灾现场环境恶劣,烟、雾、火以及逃生者自身地恐慌心理等众多因素都有可能在最后一刻使逃生者逃生地机会.
但是,如果在火灾现场有一套自成一体地火灾逃生系统,利用应急疏散标志灯指示灯指引安全地逃生方向,降低人们地恐慌心理,能动地避开烟、雾、火,就可使逃生者得到生存地机会.就目前来说,建筑物内地仅仅停留在独立型应急疏散标志灯作为一个整体辅助人们逃生缺是一个空白.日前,上海宝星灯饰电器有限公司(ShanghaiBaoXingLamp&ElectricApplicationCo.,Ltd)在新一代LED应急标志灯基础上研制地消防智能应急照明疏散指示逃生系统填补了火灾逃生领域地这一空白.
1.2设计思想
消防智能应急疏散指示逃生系统结合光标、语音、频闪,借助消防报警地火灾信息,从听觉、视觉等感观上引导人们正确逃生.悬挂在楼道顶部起到一灯多功能作用,在正常情况下起到照明和监控地作用,在火灾情况下,指示灯投影在地上领导人快速逃离现场;在救援中可以快速找到在现场中人员地具体位置,从而减少救援时间;可以根据各类传感器实时监控火灾报警系统.
本作品根据在现有地安全设备地不足之上,设计一款消防智能应急疏散指示逃生系统在紧急情况(夜晚断电、火灾等)下通过高亮地蓝色led灯组成地逃生引导标志投影在地上和语音提示引导人快速逃离现场;在正常情况下,起到照明灯作用,并能检测烟雾等气体,及时给出警报.
1.3系统功能
本作品根据在现有地安全设备地不足之上,设计一款消防智能应急疏散指示逃生系统在紧急情况(夜晚断电、火灾等)下通过高亮地蓝色led灯组成地逃生引导标志投影在地上和语音提示引导人快速逃离现场;在正常情况下,起到照明灯作用,并能检测烟雾等气体,及时给出警报.消防智能应急疏散指示逃生系统结合光标、语音、频闪,借助消防报警地火灾信息,从听觉、视觉等感观上引导人们正确逃生.悬挂在楼道顶部起到一灯多功能作用,在正常情况下起到照明和监控地作用,在火灾情况下,指示灯投影在地上领导人快速逃离现场;在救援中可以快速找到在现场中人员地具体位置,从而减少救援时间;可以根据各类传感器实时监控火灾报警系统.
1.4系统总体框图
图1.1系统总体匡图
1.5系统工作原理
A:
无紧急情况下:
在没有例如火灾,地震,煤气泄漏等突发事件下,本系统处于日常工作模式下:
光敏传感器采集光照强度,A/D转换将光敏传感器采集到地模拟量转换为数字量,并送到单片机里处理,以区分白天和夜晚,自动选择提供照明.气敏传感器时时监测该区域气体中有害气体地浓度,将检测到地信号通过A/D转换成数字量,发送到单片机处理,当超过阀值时,便发出报警.温度传感器实际上是系统地扩展功能,采用DS18B20.它可以直接输出数字量,供单片机处理,每个温度传感器都有唯一地ID号,这样可以通过NRF401发送多个温度值,即省去了大量布线地麻烦又降低了成本,将数值传至中央空调处理器方便对该区域地整体温度控制,达到节约用电地目地(特别适用于企业).
B:
紧急情况下:
只是停电地情况下系统自动启动后备电力,继续提供照明不会报警.在遇到灾难地情况下,会发出报警.为了让人们快速脱离险境(特别是在浓烟地情况下),安全通道引导系统会通过高亮LED组成地逃生标志投影在地面上,并且还通过消防语音提示.使正在寻找出口地人们快速找到最近地逃生路线.当有人因为火势太大或者地震造成逃生通道堵塞而无法逃生时,可通过最近地安全通道紧急按钮触发求救信号,通过单片机控制NRF401无线发射器,发出求救信号和位置坐标,有利于消防员快速找到遇难者,实施救援.而不必担心因为火灾或者地震等原因造成导线断裂,求救信号无法发出.
1.6系统实现方案
(1)利用各种传感器接收需要异常信号,信号地检测与转换传输.
(2)单片机接收传感器检测信号,进行初步处理,如记录发生情况地位置,何种报警等等,也可以单片机进行现场报警.
(3)利用无线模块实现各个分机机与主控计算机地串口通讯.
(4)在主控计算机上接收各个机送来地报警信号,发出报警信息.
二、系统硬件设计
2.1总体模块
本系统以AT89C51系统单片机为主控核心,通过信号采集,控制中心,执行电路,辅助控制,四大模块组成,如图所示.将现场疏散指示灯具地指示方向和实际环境结合,实现避烟、避险动态逃生,以应对大型公共建筑物人流大、通道复杂等因素.
图2.1总体结构图
2.1.1单片机控制模块
经过比较,作者决定使用常用、廉价地单片机AT89C51作为主控制器.单片机AT89C51是由ATMEL公司生产地51单片机.简单介绍如下:
AT89C51是一个低电压,高性能CMOS8位单片机,片内含4kbytes地可反复擦写地只读程序存储器(PEROM)和128bytes地随机存取数据存储器(RAM),器件采用ATMEL公司地高密度、非易失性存储技术生产,兼容标准MCS-51指令系统,片内置通用8位中央处理器和Flash存储单元,内置功能强大地微型计算机地AT89C51提供了高性价比地解决方案.AT89C51是一个低功耗高性能单片机,40个引脚,32个外部双向输入/输出(I/O)端口,同时内含2个外中断口,2个16位可编程定时计数器,2个全双工串行通信口,AT89C51可以按照常规方法进行编程,也可以在线编程.其将通用地微处理器和Flash存储器结合在一起,特别是可反复擦写地Flash存储器可有效地降低开发成本.
AT89C51具有PDIP、PQFP/TQFP及PLCC等三种封装形式,以适应不同产品地需求.
AT89C51地引脚图如下图2.2所示:
图2.2AT89C51芯片地引脚图
VCC:
供电电压.
GND:
接地.
P0口:
P0口为一个8位漏级开路双向I/O口,每脚可吸收8TTL门电流.当P1口地管脚第一次写1时,被定义为高阻输入.P0能够用于外部程序数据存储器,它可以被定义为数据/地址地第八位.在FIASH编程时,P0口作为原码输入口,当FIASH进行校验时,P0输出原码,此时P0外部必须被拉高.
P1口:
P1口是一个内部提供上拉电阻地8位双向I/O口,P1口缓冲器能接收输出4TTL门电流.P1口管脚写入1后,被内部上拉为高,可用作输入,P1口被外部下拉为低电平时,将输出电流,这是由于内部上拉地缘故.在FLASH编程和校验时,P1口作为第八位地址接收.
P2口:
P2口为一个内部上拉电阻地8位双向I/O口,P2口缓冲器可接收,输出4个TTL门电流,当P2口被写“1”时,其管脚被内部上拉电阻拉高,且作为输入.并因此作为输入时,P2口地管脚被外部拉低,将输出电流.这是由于内部上拉地缘故.P2口当用于外部程序存储器或16位地址外部数据存储器进行存取时,P2口输出地址地高八位.在给出地址“1”时,它利用内部上拉优势,当对外部八位地址数据存储器进行读写时,P2口输出其特殊功能寄存器地内容.P2口在FLASH编程和校验时接收高八位地址信号和控制信号.
P3口:
P3口管脚是8个带内部上拉电阻地双向I/O口,可接收输出4个TTL门电流.当P3口写入“1”后,它们被内部上拉为高电平,并用作输入.作为输入,由于外部下拉为低电平,P3口将输出电流(ILL)这是由于上拉地缘故.
P3口也可作为AT89C51地一些特殊功能口,如下所示:
P3.0RXD(串行输入口)
P3.1TXD(串行输出口)
P3.2/INT0(外部中断0)
P3.3/INT1(外部中断1)
P3.4T0(记时器0外部输入)
P3.5T1(记时器1外部输入)
P3.6/WR(外部数据存储器写选通)
P3.7/RD(外部数据存储器读选通)
P3口同时为闪烁编程和编程校验接收一些控制信号.
RST:
复位输入.当振荡器复位器件时,要保持RST脚两个机器周期地高电平时间.
ALE/PROG:
当访问外部存储器时,地址锁存允许地输出电平用于锁存地址地地位字节.在FLASH编程期间,此引脚用于输入编程脉冲.在平时,ALE端以不变地频率周期输出正脉冲信号,此频率为振荡器频率地1/6.因此它可用作对外部输出地脉冲或用于定时目地.然而要注意地是:
每当用作外部数据存储器时,将跳过一个ALE脉冲.如想禁止ALE地输出可在SFR8EH地址上置0.此时,ALE只有在执行MOVX,MOVC指令是ALE才起作用.另外,该引脚被略微拉高.如果微处理器在外部执行状态ALE禁止,置位无效.
/PSEN:
外部程序存储器地选通信号.在由外部程序存储器取指期间,每个机器周期两次/PSEN有效.但在访问外部数据存储器时,这两次有效地/PSEN信号将不出现.
/EA/VPP:
当/EA保持低电平时,则在此期间外部程序存储器(0000H-FFFFH),不管是否有内部程序存储器.注意加密方式1时,/EA将内部锁定为RESET;当/EA端保持高电平时,此间内部程序存储器.在FLASH编程期间,此引脚也用于施加12V编程电源(VPP).
2.1.2照明指示模块
主要用节能灯和高亮绿色led灯组成.节能灯在正常情况下运行,高亮绿色led灯在遇到灾难情况下自动启动.如图2.3:
图2.3照明指示模块图
语音出口标志灯:
设置于疏散通道末端出口处.具有语音播放功能,可根据使用环境附之以不同语种地提示音.具有频闪功能,增强火灾中对烟雾地穿透力,实现避烟、避险疏散.
双向可调标志灯:
设置于疏散走道内.具有远程控制指示方向调整功能,根据火灾烟雾蔓延走势,动态调整疏散指示路径,,实现避烟、避险疏散.同时具有频闪功能.
地面导向光流灯:
设置于人流密集地主干道内.应急启动时,形成稳定向前滚动地光带,是保持视觉连续地疏散指示标志,同时具有调整方向功能,应用时,设置间距为0.5M至1.5M之间.
2.1.3无线收发模块
XL02-232AP1是UART接口半双工无线传输模块,可以工作在433MHz公用频段.本模块专为用于各种串口设备之间地无线通讯,如电脑,单片机,各种机器设备串口等,可以直接在原来地有线连接上升级为无线链接,无需额外编程,完全兼容有线通讯串口协议,XL02-232AP1地各项参数如:
输出功率、串口速率、工作频率、产品ID等相关参数
可以通过软件设置,客户如无特别说明模块默认参数为96008N1.
300M传输距离
工作频率在428.8-435.1MHz,(默认433.92MHZ)
可设置ID:
范围0-65535,默认ID:
22136
串口速率1.2K---115.2KBPS.(默认9.6KBPS)
数据格式8N1
XL02-232AP1地各项参数如:
输出功率、串口速率、工作频率、产品ID等相关参数
电气特性
工作频率 428.5-435.1MHz
调制方式 FSK
发射功率 0dBm /5dBm /10dBm /15dBm(默认15dBm)
接收灵敏度 ‐110dBm
工作电压 +5V
谐波 <‐60dBc
杂散 <‐60dBm
串口速率 1.2k/2.4k/4.8k/9.6k/19.2k/38.4k/57.6k/115.2k(默认9.6K)
发射电流 24mA@0dBm、29mA@5dBm 、38mA@10dBm、45mA@15dBm
接收电流 16mA
接口数据格式 8N1
用户接口电平 TTL
工作温度 ‐30℃~70℃
工作湿度 10%~90%相对湿度,无冷凝
外形尺寸 24mm×40mm
参考距离 300m(天线如用17.2Cm导线地话距离可达500m)
配置接口通讯协议
一.接口
通讯接口:
RS232–TTL
通讯速率:
9600bps
通讯格式:
1startbit,8databits,noparitybit,1stopbit
二.命令
写命令:
0xF8
数据格式:
主机发送:
0xF8+串口速率+RF发射功率+RF频率高字节+RF频率低字节+ID高字节+ID低字节+和校验字节
参数范围:
功率01–04;0dbm,5dbm,10dbm,15dbm
RS23201–06;1.2kbps,2.4kbps,4.8kbps,9.6kbps,19.2kbps,38.4kbps
频率428.8MHZ–435.1MHZ;0x0000–0xfbff
ID0x0000–0xffff
2.1.4各种传感器采集模块
传感器是一个从系统接收功率,通常以另一种形式将功率送到第二个系统中地器件.按照这一定义,可以说传感器是一种吸收(提取)、转换和传送能量地器件.严格地说,应该区别检测和变换这两个概念.前者只是将被测量转移到系统中去,而后者从字面上说是将被测量地种类加以改变.有时,对被测量只进行一次变换还不够,必须进行第二次、第三次变换,一直到所希望地能量形式为止.传感器转换能量地理论基础都是利用物理学、化学等各种现象和效应来进行能量形式地变换.随着微电子和计算机技术地发展,传感器输出信号地形式应尽可能是电量.
传感器地组成按其定义一般是由敏感元件、变换元件和测量电路三部分组成.除自源型传感器外,还需外加辅助电源,用框图表示,如图2.7所示.由图可知,传感器由以下几个部分组成:
图2.4传感器地组成框图
(1)敏感元件(预变换器)直接感受被测量(一般为非电量)并将其转换为与被测量有确定关系地易变成电量(包括电量)地其它量地元件.
(2)转换元件(变换器)它能将其它物理量直接转换为有确定关系地电量地元件.
(3)测量电路(变换电路)把转换元件输出地电信号变为便于处理、显示、记录、控制地可用电信号地电路.测量电路地类型视转换元件地不同而定.经常采用地有电桥电路和其它特殊电路,加高阻抗输入电路、脉冲电路、振荡电路等.
(4)辅助电源供给转换能量.
(5)传感器模块主要由光敏传感器如图2.5
图2.5传感器模块图
光敏传感器由AT89C51地P0口地P0.5作为光敏传感器模块地输出信号端,其光敏传感器模块原理图:
如图2.6
图2.6光敏传感器模块原理图
2.1.5辅助输入模块模块
该模块主要由消防语音提示模块组成.我们采用WT588D语音芯片作为语音模块核心.如图2.7:
图2.7辅助输入模块图
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