基于单片机火灾报警专业系统设计.docx
- 文档编号:5531514
- 上传时间:2022-12-18
- 格式:DOCX
- 页数:34
- 大小:791.83KB
基于单片机火灾报警专业系统设计.docx
《基于单片机火灾报警专业系统设计.docx》由会员分享,可在线阅读,更多相关《基于单片机火灾报警专业系统设计.docx(34页珍藏版)》请在冰豆网上搜索。
基于单片机火灾报警专业系统设计
课程设计报告
课程名称:
智能仪器课程设计
题目:
基于51单片机家居火灾报警系统
学院:
信息工程学院系:
电气工程及其自动化
专业:
测控技术与仪器
班级:
测仪121
学号:
007
学生姓名:
罗小黑
起讫日期:
-06-26~-07-06
指引教师:
熊剑、杨俊清、杨大勇
摘要
当前,随着电子产品在人类生活中使用越来越广泛,由此引起火灾也越来越多,在咱们生活得四周处处潜伏着火灾隐患。
为了避免火灾以及减少火灾导致损失,咱们必要按照“隐患险于明火,防患胜于救灾,责任重于泰山”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损失。
本文设计了一种基于单片机8051、集成语音芯片ISD1420、A/D转换器,集成温度传感器AD590和气体传感器TGS202等,运用多传感器信息融合技术,完毕语音报警实用、可靠单片机语音自动报警系统,着重讲述了该系统构成形式及工作原理。
实践表白,单片机技术在系统报警和其他某些自动控制领域中有着广泛应用前景。
该系统能自动完毕对布测点检测,确认火警后能自动报警,并显示火情点,记录火灾发生时间。
本系统可安装在各防火单位,它负责不断地向所监视现场发车巡检信号,监视现场温度、浓度等,并不断反馈给报警控制器,控制器将接到信号与内存正常整定值比较、判断拟定火灾。
当发生火灾时,可实现语音报警、故障自诊断、浓度显示、报警限设立、延时报警等,是一种构造简朴、性能稳定、使用以便、价格低廉、智能化烟雾传感器,具备一定实用价值。
核心词:
火灾报警;单片机;传感器
Abstract
Now,withelectronicproductsusedinhumanlifemoreandmorewidely,theresultingfire,moreandmore,weliveinfirehazardslurkingaroundeverywhere.Toavoidfiresandreducefirelosses,wemustfollowthe"hiddendangersfireinpreventionisbetterthandisasterrelief,theresponsibilityisextremelyheavy,"theconceptdesignandimprovementofautomaticfirealarmsystem,firenippedinthebud,themaximumreducethelossofsocialwealth.
ThispaperdesignamethodthatusesinglechipcomputeranddigitalvoicechipISD1420torealizeremotevoicealarm,givesoutthehardwarestructureandsoftwareofsystem,Basedonthesingle-chipmicrocomputer80C51,andspeechchipISD1420,temperaturesensorAD590andgassensorTGS202areused,andthemulti-sensorsinformationprocessingmethodisadopted.Practicetheenunciation,Thesingle-chipmicrocomputertechniquehastheextensivelyappliedforegroundinsystemalarmandotherautomaticcontrolrealm.
Thissystemcanautomaticallytomonitorthepointswhichareacutetotemperature.Itcanalsosendoutalarm,showthepointsandrecordtheoccurringtimewhenafirehasbrokeout.Thesystemcanbeinstalledinallfireunits,whichisresponsibleforcontinuouslymonitoringthesitetostarttheinspectionsignal,monitorthesiteoftemperature,concentration,andcontinuousfeedbacktothealarmcontroller,thecontrollerwillreceivethesignalandthenormalmemorysettingvaluewasdeterminedbycomparingtodeterminethefire.Whenfireoccurs,canachievesoundandlightalarm,faultdiagnosis,concentrationdisplay,alarmlimitsettingsanddelayalarmisasimplestructure,stableperformance,easytouse,inexpensive,intelligentsmokesensor,hassomepracticalvalue.
Keywords:
Firealarm;MCU;Transducer
绪论
1.1概述
1.2国内外研究现状
1.3课题研究背景及意义
第2章火灾报警系统整体方案设计
2.1火灾产生原理与过程
2.2系统整体方案设计
2.2.1系统总体功能概述
2.2.2系统硬件总体构架
2.2.2系统软件总体构架
2.3火灾报警系统类型
2.4火灾报警系统原理
第3章火灾报警系统硬件设计
3.1系统核心芯片选取
3.1.1传感器简介
3.1.2ISD1420语音芯片
3.1.380C51简介
3.1.4AD转换芯片
3.1.5数码管显示电路
3.2单片机外围接口电路
3.3信号解决电路
3.4数据采集电路
3.5报警电路
3.5.1语音报警电路
3.5.2光报警电路
3.6数码管显示电路
第4章火灾报警系统软件设计
4.1软件开发环境
4.2火灾报警系统程序设计
4.2.1主程序流程图
4.2.2主程序初始化流程图
4.2.3数据采集子程序
4.2.4火灾判断与报警程序
参照文献
道谢
附录1
附录2
绪论
1.1概述
无线火灾传感器硬件和软件平台设计对于整个系统开发与应用至关重要,作为整个系统底层支持,其必然向微型化、高度集成化、网络化、节能化、智能化方向发展,近几年,随着计算机成本下降和微解决器体积缩小,开发和构造火灾智能无线报警系统将有辽阔应用前景。
工程实验成果充分显示了技术可行性和实既有效性。
随着智能楼宇技术应用迅速发展,商业市场对火灾报警器需求不断增长,当前重要使用是智能型总线制分布式计算机系统火灾报警系统,虽然在系统安装方面比过去大大以便,但依然不能满足当代需要,其安装成本约占设备成本33%~70%。
而无线火灾报警系统可以满足当前规定,它具备安装容易、快捷、便宜、无需布线、对建筑物表面最小破坏性、对功能变化易适应性等特点。
关于资料登记表白:
凡是安装了火灾自动报警系统场合,发生了火灾一股地说都能及早报警,不会酿成重大火灾。
1.2国内外研究现状
依照当代战争突发性、立体性和区域不拟定性,使攻防界线模糊,作战方向多变,战火灾自动报警系统已有百余年发展历史,19世纪40年代美国诞生火灾报警装置标志着火灾自动报警系统初次进入人们视野[1]。
1890年在英国,感温式火灾探测器研制成功并应用于火灾探测系统,标志着火灾自动报警系统发展走上正轨[2]。
此后,随着世界科技获得了突飞猛进进步和各种新兴技术浮现和发展,火灾监测技术也相应迅速发展,各种类型火灾探测器相继问世,并日臻完善,火灾自动报警系统也在此基本上逐渐地蓬勃发展起来,其发展过程可以分为如下几种阶段:
第一阶段,从19世纪40年代至20世纪40年代,火灾报警系统处在发展初级阶段,采用探测器重要是感温式探测器,它通过采集温度信号,然后鉴定与否超过设定阂值,从而判断与否有火灾发生。
这一阶段,火灾报警系统简朴,仅靠单一温度参量进行火灾判断。
但是它易受环境中其她干扰源影响,敏捷度低,响应速度慢,无法判断阴燃火灾,也无法满足智能化火灾报警系统规定。
第二阶段,20世纪40年代末,瑞士物理学家EmstMeili研究离子感烟探测器推出后来,引起了人们对离子感烟探测器注重,随后感烟探测器得到广泛应用,并逐渐占据了绝大某些市场,迫使感温式探测器退居另一方面;到70年代末,光电式感烟探测器在光电技术基本上发展起来,并不久得到大力发展,它使用寿命长,抗干扰能力强,没有离子感烟探测器放射性问题。
在这一阶段,火灾报警系统普遍采用多线制布局方式,布线、调试、系统可靠性是系统发展瓶颈。
第三阶段,20世纪80年代初期,总线型火灾报警系统开始兴起,在火灾报警领域中迈出了一大步,并得到了较普遍应用。
它使得布线工作量明显减少,安装调试更加容易,更能精准报警定位。
但是这一时期火灾报警系统智能化水平不高,采用有线连接对工程规定高。
第四阶段,从20世纪80年代中后期开始,随着计算机技术、控制技术、集成电路技术、传感器技术及智能技术迅速发展,火灾自动报警系统步入智能化时代,智能化火灾报警系统迅速发展起来,各种智能型火灾自动报警系统相继浮现。
模仿量可寻址技术应用使得火灾报警系统安全性、精准性和智能性有了很大提高,在火灾自动报警系统发展史上具备里程碑意义[3]。
近年来,采用无线通信方式火灾自动报警系统在国外悄然兴起。
这种系统引入了无线电通信技术,运用无线通信方式代替老式有线通信方式,将大多电器装置通过无线连接方式进行信息传播与控制,合用于各类建筑和场合。
无线火灾自动报警系统起初仅用于特殊场合,如博物馆、名胜古迹等不适当布线场合,并且其价格也比较高[4]。
随着科技进步和元器件成本减少,无线火灾自动报警系统研发和生成成本也随之减少,它在性能和价格上都具备很强竞争力,其市场潜力已经崭露头角[5]。
在国内,采用无线通信方式火灾自动报警系统日益受到注重。
由于其具备安装简便、对建筑物无损坏作业、灵活性好,易于扩展等长处,合用于许多场合,如名胜古迹、体育馆、博物馆、展览中心、处在施工阶段建筑物、医院等。
火灾自动报警系统智能性重要体当前火灾判决和统筹管理方面,普通分为分散式、集中式和分布式,分散式系统由非智能型控制器若干智能型探测节点构成,由探测节点完毕火灾状态判断;集中式系统由智能型控制器和若干非智能探测节点构成,探测节点仅将火灾参量传送给控制器,由控制器智能地判断火灾状态;分布式系统控制器和探测节点均为智能型,也是此后火灾自动报警系统发展方向[6]。
1.3课题研究背景和意义
在各种灾害中,火灾是最经常、最普遍地威胁公众安全和社会发展重要灾害之一。
火灾是世界上发生频率较高一种灾害,几乎每天均有火灾发生。
据联合国“世界火灾记录中心(WFSC)记录资料”,全球每年大概发生火灾600万至700万次,全球每年死于火灾人数约为65000至75000人。
其中,欧美地区发生火灾较多,死亡人数却相对较少,这与欧美发达国家生活水平以及消防技术和设施关于;相比较而言,亚洲地区发生火灾次数较少,但死亡人数较多,这与亚洲经济发展限度不高、消防设施不完善等因素关于。
据记录,国内70年代火灾年平均损失不到2.5亿元,80年代火灾年平均损失接近3.2亿元。
进入90年代,特别是1993年以来,火灾导致直接财产损失上升到年均十几亿元,年均死亡多人。
随着经济和都市建设迅速发展,都市高层、地下以及大型综合性建筑日益增多,火灾隐患也大大增长,火灾发生数量及其导致损失呈逐年上升趋势。
一旦发生火灾,将对人生命和财产导致极大危害[7]。
严峻事实证明,随着社会和经济发展,社会财富日益增长,火灾给人类、社会和自然导致危害范畴不断扩大,它不但毁坏物质财产,导致社会秩序混乱,还直接危胁生命安全,给人们心灵导致极大伤害。
残酷现实让人们逐渐结识到监控预警和消防工作重要性,良好监控系统和及时报警机制可以大大减少人员伤亡,为社会减少不必要损失[8]。
火灾自动报警系统(FAS)就是为了满足这一需求而研制出,并且其自身技术水平也在随着人们需求不断地提高,在功能、构造、形式等方面不断地完善。
火灾自动报警系统能迅速监测火情,可发现人们不易发现火灾初期特性,可将火灾带来生命财产损失降到最低限度。
火灾发生初期,会使得燃烧物质分解,析出大量有毒气体CO,人们也许在毫无察觉火情状况下就发生了CO中毒,从而无力逃生,火灾自动报警系统可监测到CO浓度变化,为人们提供CO浓度超标报警信息,告知人们及时疏散[9]。
火灾自动报警系统可作为都市消防系统单元,通过都市消防专用网与都市消防报警中心联网,及时将报警信息传递到消防报警中心,都市消防报警中心会自动查找到火灾发生位置,并为消防队员制定消防路线图,以便消防队员可以迅速到达火灾地点[10]。
火灾自动报警系统能对火灾进行实时监测和精确报警,有着防止和减少火灾危害、保护人身安全和财产安全重要意义,有着很大经济效益和社会效益。
第2章火灾报警系统整体方案设计
2.1火灾产生原理及过程
火灾是一种失去人为控制由燃烧导致灾害,产生火灾基本要素是可燃物、助燃物和点火源。
可燃物以气态、液态和固态三种形态存在,助燃物普通是空气中氧气。
依照可燃气体与空气混合方式不同有两种燃烧方式,如果在燃烧前,可燃气就与空气均匀混和,则称之为预混燃烧;如果可燃气体和空气分别进入燃烧区边混合边燃烧,则称之为扩散燃烧。
液体和固体是凝聚态物质,难与空气均匀混合,它们燃烧基本过程是当从外部获取一定能量时,液体或固体先蒸发成蒸汽或分解出可燃气体(如CO、H2等)分子团、灰烬和未燃烧物质颗粒悬浮在空气中,称之为气溶胶。
普通气溶胶分子较小(直径0.01μm)。
在产气愤溶胶同步,产生分子较大(直径0.01一10μm)液体或固体微粒,称为烟雾。
可燃气体与空气混合,在较强火源作用下产生预混燃烧。
着火后,燃烧产生热量使液体或固体表面继续放出可燃气体,并形成扩散燃烧。
同步,发出具有红、紫外线火焰,散发出大量热量[11]。
这些热量通过可燃物直接燃烧、热传导、热辐射和热对流,使火从起火部位向周边蔓延,导致了火势扩大,形成火灾。
其中气溶胶、烟雾、火焰和热量都称为火灾参量,通过对这些参量测定便可拟定与否存在火灾。
依照火灾发生时产生现象不同,可以将火灾分为慢速阴燃、明火和迅速发展火焰等。
阴燃就是在疏松或颗粒介质中形成缓慢进行热解和氧化反映,它能长时间自行维持并传播,当条件发生变化时,或者自行熄灭,或者转化为明火。
明火则是火灾发生时燃烧火焰产生热量使液体或固体表面放出可燃气体,并形成扩散燃烧,同步发出具有红、紫外线火焰。
迅速发展火焰则是火灾扩散速度特别快,这种类型火灾普通为空气中混有大量可燃气体。
通过大量研究表白阴燃是诱发火灾重要因素[12]。
总来说,普通可燃物在燃烧时体现为如下形式:
一方面是产生燃烧气体,然后是烟雾,在氧气充分条件下才干达到所有燃烧,产生火焰,发出可见光和不可见光,并散发出大量热,使环境温度升高。
起火过程中,起初和阴燃两个阶段所占时间比较长,虽然产生大量烟雾,但是环境温度不太高,若探测器就应当从此阶段开始进行探测,就可以火灾损失控制在最小限度。
火焰燃烧后,迅速蔓延,产生大量热使得环境温度升高,如果能将这时可以探测到有效地温度值,就可以比较及时地控制火灾。
起火过程曲线如图2.1所示[13]。
图2.1起火过程曲线
2.2系统总体方案设计
2.2.1系统总体功能概述
火灾报警系统普通由火灾探测器、报警器构成。
火灾探测器通过对火灾发出物理、化学现象——气(燃烧气体)、烟(烟雾粒子)、热(温度)、光(火焰)探测,将探测到火情信号转化成火警电信号传递给火灾报警控制器。
报警器将接受到火警信号后经分析解决发出报警信号,警示消防控制中心值班人员,并在屏幕上显示出火灾位置。
整体电路框图如图2-2所示:
2.2.2系统硬件总体构架
报警系统重要由数据采集模块、单片机控制模块、声光报警模块构成。
图2.3为火灾报警系统构造框图[14]
图2.3系统构造框图
单片机是整个报警系统核心,系统工作原理是:
先通过传感器(涉及温感和烟感)将现场温度、烟雾等非电信号转化为电信号,调理电路将传感器输出电信号进行调理(放大、滤波等),使之满足A/D转换规定,最后由A/D转换电路,完毕将温度传感器和烟雾传感器输出模仿信号到数字信号转换,单片机判断现场与否发生火灾。
如果发生火灾,系统以声光形式报警。
本文设计用于小型防火单位单片机火灾报警系统具备如下特点:
(1)能对室内烟雾(CO2,CO)及温度突变进行报警,具备声、光双重报警功能。
(2)系统故障报警功能。
当系统浮现硬件故障时,能发出故障报警信号。
(3)异常报警功能。
当环境浮现异常(如烟雾浓度过大或是温度较高)时,能发出异常报警信号,引起人们注意,尽量避免火灾发生。
(4)火灾报警功能。
一旦真浮现火灾(烟雾和温度同步浮现异常)时,能及时发出语音、光火灾警报[15]。
据类似本系统报警器现场模仿实验表白,本系统安全可靠,误报率低。
且由于其体积小、操作维护以便、成本低廉等,具备辽阔应用前景。
2.2.2系统软件总体构架
为了便于系统维护和功能扩充,采用了模块化程序设计办法,系统各个模块详细功能都是通过子程序调用实现。
本系统重要涉及数据采集子程序、火灾判断与报警子程序等,系统程序流程图如图2.4所示。
图2.4程序流程图
为了减少误报率,系统采用多次采集、多次判断办法。
每次数据采集后依照得到数据对现场状况进行判断,然后综合多次判断成果做出最后火情判断。
主程序是一种无限循环体,其流程是:
一方面在上电之后系统各某些涉及单片机各个端口输入输出设立、外围驱动电路和数据存储电路等完毕初始化,另一方面是对芯片内程序进行初始化,接下来执行火灾报警系统中数据采集任务,数据通信任务和查询判断任务。
2.3火灾报警系统类型
依照火灾报警系统中所使用探测器种类不同,火灾报警系统可以分为如下四种:
(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热量,使得周边温度迅速变化。
感温型火灾报警系统就是通过判断周边温度变化而产生响应火灾报警系统,再把温度变化转换为电信号以达到判断报警目。
依照探测温度参数不同,普通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
烟雾是初期火灾重要特性之一。
在火灾发生初期,由于温度比较低,许多物质都处在阴燃阶段,产生大量烟雾。
感烟型火灾报警系统就是对空气中可见或不可见烟雾粒子进行探测,然后将烟雾浓度变化转换为电信号来触发报警。
感烟型火灾报警系统重要有激光感烟式、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,同步也会产生可见或不可见光辐射。
感光型火灾报警系统就是通过响应火灾中产生光特性,即扩散火焰光强度和闪烁频率,来触发报警系统。
依照感应敏感波长,可以将感光型火灾报警系统分为对波长较短光辐射敏感紫外报警系统和对波长较长光辐射敏感红外报警系统。
(4)复合型火灾报警系统
如果报警系统同步对温度、烟雾和光辐射中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。
当前复合型火灾报警系统有感温感烟型、感烟感光型、感温感光型等各种形式。
2.4火灾探测器原理
火灾发生时,必然会随着着产生烟雾、高温和火光,探测器对这些都很敏感。
当有烟雾、高温、火光产生时候,它就变化平时正常状态,引起电流、电压或机械某些发生变化或位移,再通过放大、传播等过程发出警报声,有还能同步发出灯光信号并显示发生火灾部位、地点。
火灾探测器重要分感烟、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,电离产生正负离子,在电场作用下各向正负电极移动。
在正常状况下,内外电离室电流、电压都是稳定。
一旦有烟雾窜逃外电离室,干扰了带电粒子正常运动,电流、电压就有所变化,破坏了内外电离室之间平衡,于是就发出了信号。
尚有一种叫光电感应探测器,它有一种发光元件和一种光敏元件,寻常光源发出光,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,到达光敏元件上光就明显削弱,于是光敏元件就把光强变化变成电变化,通过放大电路向人们报警。
尚有一种叫管道抽吸式感烟探测器,她工作原理与光电感应探测器中另一种散射型相似,通过烟雾反射或散射产生光敏电流,重要用在船舶上。
近年来还浮现了激光感烟探测器,它也是运用光电感应原理,不同是光源改用激光束。
这种探测器采用半导体器件,体积小、价格低、耐震动、寿命长,很有发展前程。
(2)感温探测器。
一种是运用金属热胀冷缩特性。
正常状况下,探测器电路断开,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。
一种是运用某些金属易熔特性,在探测器里固定一块低熔点合金,当温度升到它熔点(70~90℃)时,金属熔化,借助弹簧作用力,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;尚有一类是差温型,升温速度超过特定值时,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,由化学反映产生闪烁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,则运用有机化合物燃烧时,火光中紫外光,使紫外光敏管电极激发出离子,通过继电器等,就能打开开关电路报警。
火灾报警器是重要安全设备,一切重要场合,如大型物资仓库、隧道、大型船舶、高层建筑都应当安装。
它还可以与自动灭火设备一起构成自动报警、自动灭火“自动消防队”。
第3章火灾报警系统硬件设计
3.1系统核心芯片选取
3.1.1传感器简介
3.1.1.1AD590温度传感器
要精确地进行火灾报警,选取适当温度和烟雾传感器是精确报警前提。
综合考虑各因素,本文选取集成温度传感器AD590和气体传感器TGS202用作采集系统敏感元件。
AD590是美国AnalogDevices公司生产一种电流型二端温度传感器。
电路如图3-1所示。
由于AD590是电流型温度传感器,她输出同绝对温度成正比,即1μA/k,而数模转换芯片ADC0809输入规定是电压量[2],因此在AD590负极接出一种1kΩ电阻R和一种100Ω可调电阻W,将电流量变为电压量送入ADC0809。
通过调节可调电阻,便可在输出端VT获得与绝对温度成正比电压量,即10mV/K。
图3-1AD590应用电路图
AD590有如下特点:
1、AD590测温范畴-55℃~+150℃。
2、AD590电源电压范畴为4V-30V。
电源电压可在4V-6V范畴变化,电流
变化1
,相称于温度变化1K。
AD590可以承受44V正向电压和20V反向电压,因而器件反接也
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 基于 单片机 火灾 报警 专业 系统 设计
![提示](https://static.bdocx.com/images/bang_tan.gif)