基于单片机80C51火灾报警器

毕业论文学生姓名苗笛学号171107064学院物理与电子电气工程学院专业电子信息工程题目基于单片机的火灾报警器指导教师葛恒清副教授/硕士2015年5月毕业论文独创性声明本人郑重声明：本论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。本论文除引文外所有实验、数据和有关材料均是真实的。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果。其他同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。作者签名：日期：淮阴师范学院毕业论文1摘要：本文为了能够及时的发现火灾并准确、迅速的汇报,利用单片机80C51、集成语音芯片ISD1420,集成温度传感器AD590，气体传感器TGS202等,使用多个传感器的信息融合技术,完成语音报警的实用、稳定的单片机火灾报警系统。关键词：火灾报警，单片机，传感器淮阴师范学院毕业论文2Abstract：Inordertocanbefoundquicklyandaccurately,andthefirereport,theuseofsingle-chip80C51,integratedvoicechipISD1420,integratedtemperaturesensorAD590andgassensorTGS202,usingmulti-sensorinformationfusiontechnology,practical,completevoicealarmfirealarmsystemreliablemicrocontrollerKeywords：Firealarm，SCM，Transducer淮阴师范学院毕业论文3目录1.1绪论……………………………………………………………………………………………………81.2国内外研究现状…………………………………………………………………………………82.1系统总体功能概述………………………………………………………………………………82.2系统硬件总体构架………………………………………………………………………………92.3系统软件总体构架……………………………………………………………………………102.3.1火灾探测器的原理………………………………………………………………………113.1系统核心芯片选择……………………………………………………………………………123.1．1.AD590温度传感器………………………………………………………………………123.1.2TGS202气体传感器………………………………………………………………………133.1．3ISD1420各引脚及功能介绍……………………………………………………143.1.480C51芯片的引脚及功能…………………………………………………………153.1.5A/D转换芯片………………………………………………………………………………173.1.6数码管显示电路………………………………………………………………………………………193.2单片机外围接口电路……………………………………………………………………………………20淮阴师范学院毕业论文43.2.1晶体电路………………………………………………………………………………………203.2.2复位电路………………………………………………………………………………………203.3数据采集电路……………………………………………………………………………………213.4信号处理电路……………………………………………………………………………………243.5报警电路…………………………………………………………………………………………253.5.1语音报警电路……………………………………………………………………………253.5.2光报警电路………………………………………………………………………………253.6数码管显示电路………………………………………………………………………………264.1火灾报警系统程序设计……………………………………………………………………274.1．1主程序流程图……………………………………………………………………………274.1．2主程序初始化流程图…………………………………………………………………294.2数据采集子程序………………………………………………………………………………294.3火灾判断与报警程序…………………………………………………………………………31参考文献…………………………………………………………………………………………………33致谢…………………………………………………………………………………………………………34附录1………………………………………………………………………………………………………35附录2………………………………………………………………………………………………………35淮阴师范学院毕业论文51.1绪论火灾对人类生命财产和社会安全构成了极大的威胁，由此引起的重大安全事故比比皆是，所以人类一直也未停止过对它的研究。随着楼宇建设技术的的发展，对防火的要求会更高，进而对火灾报警器的要求也更高，所以越来越多的人接受无线火灾报警系统。无线火灾报警系统有以下优势：容易安装、不需要布线、能最大限度降低建筑物表面的破坏、具有很强的适应性等特点。有关资料显示，任何地方安装火灾报警系统发生火灾一般能及时报警，大大减少火灾隐患。1.2国内外的研究现状近些年，选用无线通信的火灾自动报警系统在其他一些国家逐渐流行。无线电通信技术被运用在这种系统中，传统的有线通信方式替代通信，通过对信息的传输与控制的无线连接，将大多的电器连接在一起，适用于各类建筑和场所。无线火灾自动报警系统起初仅特殊场合使用，如博物馆、名胜古迹等不方便布线的场合，但是其价格比较高[1]。随着科技进步和元器件成本的降低，研发和生成无线火灾自动报警系统的成本也随之降低，无论是性能和价格，都具有很强的竞争力，其市场潜力已经崭露头角[2]。在我国，选用的无线通信的火灾自动报警系统逐步受到重视。因为拥有安装简便、对建筑物无损坏作业、灵活性好，适用于许多场合，如名胜古迹、博物馆、展览中心、处于施工阶段的建筑物、医院等。火灾自动报警系统的智能性表现在火灾判决和统筹管理方面，大体上可分为分散式、集中式和分布式，分散式系统是由非智能型控制器若干智能型探测节点组成，由探测节点完成火灾状态的判断;集中式系统是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；分布式系统的控制器和探测节点均为智能型，也是今后火灾自动报警系统的发展方向[3]。2.1系统总体功能概述火灾报警系统大体上是由火灾探测器和报警器组成。火灾探测器的工作原理是通过火的物理和化学现象从气体，烟粒，温度和光的检测。火灾探测信号再传输到火灾报警控制器的电气信号。整体电路的框图如图2-２所示：淮阴师范学院毕业论文62.2系统硬件总体构架报警系统主要原件：单片机控制模块、数据采集模块、声光报警模块。图2.3为火灾报警系统的框图。图2.3系统结构框图单片机整个报警系统的核心，系统的工作原理：首先通过温度传感器和烟雾传感器将传感器放大电路A/D转换单片机状态指示灯声音报警浓度显示按键串口通信图2-2系统原理及组成框图淮阴师范学院毕业论文7现场的温度、烟雾浓度等非电量信号转化成电信号，传感器输出的电信号电路调理（放大，通过过滤）。使之达到A/D转换的要求,温度传感器和烟雾传感器输出的模拟信号由A/D转换电路换成数字信号，单片机判断现场是否发生火灾。本文设计单片机火灾报警系统具有以下特点:(1)可以在室内检测二氧化碳、一氧化碳和温度,实现声光双重报警的功能。(2)系统故障报警功能：当系统出现故障（硬件）时，发出故障报警信号。(3)异常报警功能：当环境烟雾浓度和温度发生巨大变化时，异常报警信号就会被发出，提醒人们即将发生火灾或者火灾已经发生，进而使人们能够最大限度的避免火灾引发的灾害。(4)消防报警功能：当烟雾和温度异常，立即发出声音报警，火灾报警灯闪烁。2.3系统软件总体构架为方便系统维护和功能扩展，应用模块化设计方法中的子程序调用，统筹各模块。流程图如图2.4所示。图2.4程序流程图为了降低误报率，系统应该多次采集、多次判断。系统通过多次采集的数据根据对现场淮阴师范学院毕业论文8情况进行多次的判断，最终对火情进行判断。主程序选用循环体：系统通电后，初始化系统的各部分的程序，然后初始化芯片内部的程序，最终收集报警系统中的数据，包括数据通信任务和查询判断任务。2.3.1火灾探测器的原理火灾发生时，会产生烟雾、高温和火光，探测器能敏感的接收这些信息。当感测到颗粒、高温、火光时，它的常态就会改变，进而引起电信号或机械部分发生变化或位移，再经放大、信号的传输等过程发出警报。3.1系统核心芯片选择3.1.1AD590温度传感器本文采用气体传感器TGS202与温度传感器AD590作为系统的敏感元件。图3-1所示AD590电路。因为AD590是电流型的温度传感器，他的输出同绝对温度成正比，即1μA/k，而数模转换芯片ADC0809的输入要求是电压量[2]。图3-1AD590应用电路图AD590特点：1、测温范围：-55℃～+150℃。2、电源电压范围为4V-30V。3、输出电阻为710MΩ；4、精度高。AD590有I、J、K、L、M五个档，其中M档精度最高，非线形误差±0.3℃。3.1.2TGS202气体传感器淮阴师范学院毕业论文9CO2和CO是火灾中主要气体烟雾。TGS202传感器能探测CO2,CO,甲烷、煤气等多种气体,适用于探测火灾中气体。如图3-2所示,当传感器在TGS202探测到CO2或CO时，内阻变小,VA快速增加。当气体浓度达到一定程度(如CO浓度达到0106%)时,VA端得到一个适当的电压。图3-2TGS202应用电路3.1.3ISD1420各引脚及其功能介绍图3-3ISD1420引脚电源（VCCA，VCCD）：芯片里面的模拟和数字电路用不同的电源总线，并且分别引到外封装上，可以降低噪声。地线（VSSA，VSSD）：芯片内部的模拟和数字电路用不同的地线。录音（/REC）：设置低电平有效，保证只要/REC变低，芯片就录音。边沿触发放音（/PLAYE）：此端出现下降沿时，芯片开始放音。电平触发放音（/PLAYL）：一个下降沿端，芯片开始回放。录音指示（/RECLED）：在记录的状态，，为低，可以驱动LED。淮阴师范学院毕业论文10话筒参考（MICREF）：前置放大器的反向输入。自动增益控制（AGC）：AGC动态调节器整前置以补偿话筒输入电平的宽幅变化，失真都能保持最小。模拟输出（ANAOUT）：前置放大器输出。模拟输入（ANAIN）：输入信号的芯片记录结束。喇叭输出（SP+、SP-）：这对输出端可用16Ω以上的喇叭。单端使用时必须在输出端和喇叭间接耦合电容,而双端输出既不用电容又能将功率提高4倍。录音时,它们都呈高阻态;节电模式下,它们保持为低电平。外部时钟（XCLK）：此端内部有下拉元件，不用时应接地。地址（A0~A7）：地址端有两个作用，取决于最高（MSB）两位A7、A6的状态。（1）语音段的寻址语音芯片与单片机常通过串行口将通常进行辅助电路的，可以实现时间的串口。定义好串行口的工作方式（串行口控制寄存器SCON字节地址为98H，可位寻址），当由按键输入或其它需要语音输出时，串行口向CPU申请中断，响应中断后，CPU可以从串口输出数据识别语音段数，语音信号。中断由软件发送结束后清零。3.1.480C51芯片的引脚及功能图3-480C51芯片的引脚图淮阴师范学院毕业论文11（1）电源引脚VCC和VSSVCC（40脚）：接+5V电源正端；VSS（20脚）：接+5V电源正端。（2）外接晶振引脚XTAL1和XTAL2XTAL1（19脚）：接外部石英晶体的一端。在单片机里面，它是一个反相放大器的输入端，这个放大器构成采用外部时钟时