火灾监测报警器设计报告

成都理工大学工程技术学院电子信息与计算机工程系电子设计竞赛设计报告设计名称：火灾监测报警模块设计人：***学号：************专业班级：**************系（院）：**********合作者：**************设计时间：2011.11.2-2011.11.61目录目录............................................................................................................................1一.引言........................................................................................................................2二.系统整体设计方案..............................................................................................32.1系统主要功能....................................................................................................32.2系统结构及工作流程........................................................................................3三.系统硬件设计.........................................................................................................43.1单片机设计........................................................................................................43.2温度传感器设计................................................................................................43.3烟雾传感器设计..................................................................................................53.4蜂鸣器报警电路设计........................................................................................5四.软件系统设计..........................................................................................................64.1系统总体流程图................................................................................................64.2系统总体电路图................................................................................................7五.总结........................................................................................................................8附录A参考文献..............................................................................................................8附录B所需器材..............................................................................................................82本文关键词：传感器，单片机，火灾报警检测一.引言本文设计了一种基于单片机和传感器的火灾报警系统，该设计包括硬件设计和软件设计两部分，硬件设计包括火灾报警系统的个功能模块的设计；系统软件设计包括火灾报警系统主程序设计及各个功能模块的程序设计。本设计主要利用DS18B20数字温度传感器和AT89C51单片机进行工作，通过本次设计，可以初步掌握DS18B20数字温度传感器的工作原理、使用方法和转换数据进行处理的方法；以及初步了解报警电路工作原理及设计方法。本设计基本要求为：1.工作电压设计为DC5V；2.能够检测360度火焰强度，并判断火焰的大致方向。本设计除了满足上述要求外，还尽可能提高检测的准确性，并将检测到的数据通过IIC协议传输。本设计具有结构简单，思路清晰，成本低廉等特点。3二.系统整体设计方案2.1系统主要功能本设计的火灾报警系统具有以下几个功能：（1）火灾检测及示警：利用传感器检测室内温度及烟雾，并将信号传递至单片机分析，若超出规定值，则判断为火灾，并发出报警信号；(2）故障检测与告警：单片机在检测传感器工作状态时，如果发现传感器无响应就发出故障信号。2.2系统结构及工作流程本设计使用温度传感器DS18B20检测温度，使用烟雾传感器HIS-07检测火灾烟雾，使用AT89C51单片机作为系统控制核心。系统整体结构图如下图1，传感器安装于检测现场，检测到的信号送到整形电路后转换为0~5V的弱电平信号，经由A/D转换芯片转换为数字信号送入单片机。单片机将接收到的数据处理后显示数值于液晶屏，并根据事先制定好的规则判断是否有火灾情况，如果有火灾情况则将报警。为了提高系统的可靠性，系统在硬件设计上采用如下措施：若检测到单一传感器的数据迅速变化，则检测其余传感器是否检测到触发火灾相应的数据变化，同时判断结果是否到达报警阈值，如果没有检测到相应变化则视为干扰源，并根据设置的阀值直接报警。图1系统整体结构框图温度传感器烟雾传感器放大电路A/D转换单片机报警电路方位显示电路4三．系统硬件设计3.1单片机设计本设计采用AT89C51单片机作为系统控制核心元件。AT89C51是一种带4K字节闪烁可编程可擦除只读存储器的低电压，高性能CMOS8位微处理器，俗称单片机。该器件采用ATMEL高密度非易失存储器制造技术制造，与工业标准的MCS-51指令集和输出管脚相兼容。由于将多功能8位CPU和闪烁存储器组合在单个芯片中，ATMEL的AT89C51是一种高效微控制器，为很多嵌入式控制系统提供了一种灵活性高且价廉的方案。其图片如下：主要特性：4K字节可编程闪烁存储器寿命：1000写/擦循环数据保留时间：10年全静态工作：0Hz-24Hz三级程序存储器锁定128*8位内部RAM32可编程I/O线两个16位定时器/计数器5个中断源可编程串行通道低功耗的闲置和掉电模式片内振荡器和时钟电路3.2温度传感器设计设计中采用DS18B20温度传感器（如图2）对温度进行实时测量。DS18B20是“一线式”数字温度传感器，其全部传感元件及转换电路集成在形状如三极管的集成电路以内。与其他的温度传感器相比较，DS18B20具有高精度、高可靠性、高性能、体积小、硬件开销小、适用电压更宽、更经济、更实用、抗干扰能力更强、附加功能更强的特点。DS18B20有独特的1—wire接口、只有一个引脚进行5通信、数字温度转换输出单总线的数据总线。最高分辨率是12位，测温范围为为-55——+1250C，测温分辨率可达0.07250C。CPU能够用一根数据线与多个DS18B20之间进行数据通信，其中，所使用微处理器的端口数量并不多，这样引线的数量要求较少，逻辑电路的数目也少。系统中采用“一线总线”的数字传输方式，增加了系统的稳定性。图2DS18B20传感器3.3烟雾传感器设计设计中采用HIS-07传感器(如图3)对室内烟雾进行实时测量。HIS-07传感器是日本专用于烟雾检测的新型传感器，其输出值正好是5V左右，因此不需要额外的放大电路，直接由A/D转换即可得到需要的数字信号。图3HIS-07传感器3.4蜂鸣器报警电路设计蜂鸣器工作时电流较大，因而不能直接由单片机驱动，故在系统设计时采用ULN2003A作为驱动芯片（如图4所示），蜂鸣器由单片机P1.2脚控制，当触发报警时，P1.1脚按照音频频率拉低电位，蜂鸣器便发出对应频率的鸣叫声。P1.16脚对应一个继电器，用以在需要时驱动外部设备，使用继电器可以排除器件本身如工作电压范围等不相容因素，使系统能控制更多外部设备，同时预留了剩余的的的个驱动引脚，用于驱动、扩展其他外部设备。图4ULN2003A硬件连接图四．软件系统设计4.1软件总体流程图设计图5软件系统总体流程图7软件总体流程图如图5所示，本系统的软件分为自检、传感器数据接收、数据分析处理与判断以及驱动显示和报警电路几个主要功能。程序开始运行后，系统首先对各个传感器进行初始化以便开始系统自检，随后系统进入自检阶段，软件将根据各个传感器返回的信息判断传感器功能是都正常，若发现异常将及时把错误信息显示出来，同时挂起系统，避免继续运行对系统可能造成的损害，若传感器正常，系统会根据环境温度对照事先写入的环境权重数值表分配变量权值；然后系统开始进入循环检测各个传感器返回数据的监控状态，每一次遍历传感器返回信息后，将数据进行分析，判断是否有异常状况，数据判断方式根据设计的权重算法进行模糊判断，确定为异常时进行对应的消息提示或报警提示。4.2系统总体电路图设计图6系统总体电路图8五．总结本系统能接收、显示和传递火灾报警信号。利用传感器之间的互补作用来大大减小整个系统的误差；采用蜂鸣器报警，达到及时告知使用处理现场事故，疏散人群的目的，系统设置了自检功能，能够检测传感器工作状态以及时通知操作人员更换故障传感器。附录A参考文献【1】周润景、丁莉、徐宏伟.单片机电路设计、分析与制作.机械工业出版社，2010.5【2】东南大学.物理学（第五版）.高等教育出版社，2010.11【3】清华大学电子学教研组，杨素行.模拟电子技术基础简明教程.高等教育出版社，2010.12【4】清华大学电子学教研组，阎石.数字电子技术基础.高等教育出版社，2010.12附录B所需器材【1】AT89C51-24PUATMEL8位51单片机PDIP-40，数量*1，规格*PDIP，单价*7元【2】DS18B20温度传感器，数量*1，规格*TO-92，单价*8元【3】HIS-07烟雾传感器，数量*1，单价*15元【4】ULN2003A驱动芯片，数量*1，规格*SOP16，单价*1.5元【5】FMQ-3545型蜂鸣器，数量*1，规格*3545，单价*10元【6】ADC0809CCN8位模数A/D转换器，数量*1，规格*DIP-28，单价*10元