基于单片机的自动火灾报警系统设计

广州大学松田学院毕业论文（设计）题目基于单片机的自动火灾报警系统设计火灾自动报警器摘要：随着经济的发展，人们对防盗、防劫、防火保安设备的需求量大大增加。针对偷盗、抢劫、火灾、煤气泄漏等事故进行检测和报警的系统，其需求也越来越高。本论文以MQ-2型半导体电阻式烟雾传感器和STC89C52RC单片机技术为核心并与其他电子技术相结合，设计出一种技术水平较好的烟雾报警器。其中选用MQ-2型半导体可燃气体敏感元件烟雾传感器实现烟雾的检测，具有灵敏度高、结构简单、响应快、抗干扰能力强、性能稳定、智能化、实用价值高等优点，而且价格低廉，使用寿命长。单片机现在也已越来越广泛地应用于智能仪表、工业控制、日常生活等很多领域，可以说单片机的应用已渗透到人类的生活、工作的每一个角落，这说明它和我们每个人的工作、生活密切相关，也说明我们每个人都有可能和有机会利用单片机去改造你身边的仪器、产品、工作与生活环境。关键字：单片机；传感器；信号处理；火灾报警器AutomaticfirealarmAbstract:Witheconomicdevelopment,people'sdemandforanti-theft,anti-robbery,firesecurityequipmenthasgreatlyincreased.Foraccidentssuchastheft,robbery,fire,gasleakdetectionandalarmsystem,anditsdemandisincreasing.AT89C51microcontroller,optionalintegratedtemperaturesensortheAD590andgassensorTGS202asthesensingelement,theuseofmulti-sensorinformationfusiontechnology,developedforsmallflatsfirealarmvoicedigitalnetworkedalarm.SCMnowhasbeenmoreandmorewidelyusedinmanyfieldsofsmartinstrumentation,industrialcontrol,dailylife,itcanbesaidthattheapplicationofSCMhaspenetratedintohumanlife,ineverycornerofthework,whichshowsthatitiswork,andeachofuslifeiscloselyrelatedto,andalsoshowsthateachofusmayhaveandtheopportunitytouseamicrocontrollertotransformyouaroundtheinstruments,products,workandlivingenvironment.Keyword:Microcontroller;sensor;signalprocessing;firealarm目录摘要………………………………………………………………………………………………1第一章、自动报警器的简介和产生……………………………………………………………52.1自动报警器的简介……………………………………………………………………52.2自动报警器的产生……………………………………………………………………5第二章、火灾探测器的分类、基本原理…………………………………………………………62.1探测器的种类…………………………………………………………………………62.2常用的火灾探测器基本原理…………………………………………………………72.3设计系统的总体架构…………………………………………………………………8第三章、烟雾检测报警器硬件设计………………………………………………………………93.1烟雾检测报警器的硬件组成…………………………………………………………93.2烟雾检测报警器的硬件设计…………………………………………………………93.3信号采集及前置放大电路设计………………………………………………………93.4声音报警电路…………………………………………………………………………103.5数码管显示电路………………………………………………………………………103.6状态指示灯及控制电路………………………………………………………………11第四章、烟雾检测报警器软件设计………………………………………………………………124.1烟雾检测报警器软件流程…………………………………………………………124.2主程序设计及流程图……………………………………………………124.3报警子程序设计及流程图……………………………………………………………13结束语………………………………………………………………………………………………14参考文献……………………………………………………………………………………………15致谢…………………………………………………………………………………………………15第一章、自动报警器简介和产生1.1自动报警器简介现代化的建筑规模大、标准高、人员密集、设备众多，对防火要求极为严格。为此，除对建筑物平面布置、建筑和装修材料的选用、机电设备的选型与配置有许多限制条件外，还需要设置现代化的消防设施。随着我国经济建设的发展，各种高层建筑、大中型商业建筑、厂房不断涌现，对自动消防报警系统提出了更高更严的要求。为了早期发现和通报火灾，防止和减少火灾危害，保护人身和财产安全，保卫社会主义现代化建设，在现代化的工业民用建筑、宾馆、图书馆、科研和商业部门，火灾自动报警系统已成为必不可少的设施。电气工程设计、安装和使用是否正确不仅直接影响到建筑的消防安全而且也直接关系到各种消防设施能否真正发挥作用。因此，自动报警及消防联动的设计及设备选型显得尤为重要。1.2自动报警器的产生火灾报警控制器是一种能为火灾探测器供电、接收、显示和传递火灾报警等信号，并能对自动消防等装置发出控制信号的报警装置。它是火灾自动报警系统的重要组成部分。在一个火灾自动报警系统中，火灾探测器是系统的“感觉器官”，随时监视着周围环境的情况；而火灾报警控制器，则是该系统的“躯体”和“大脑”，是系统的核心。它的主要作用是供给火灾探测器高稳定的直流电源；监视连接各火灾探测器的传输导线有无断线故障；保证火灾探测器长期、稳定、有效地工作。当火灾探测器探测到火灾后，能接受火灾探测器发来的报警信号，迅速、正确地进行转换和处理，并以声光报警形式，指示火灾发生的具体部位，以便及时采取有效的处理措施。第二章、火灾探测器的分类、基本原理及系统的总体架构（一）.自动报警器分类与基本原理2.1探测器的种类火灾探测器的种类很多，大致有如下几种：（1）离子感烟探测器。（2）光电感烟探测器。（3）感温探测器（包括定温式和差温式）。（4）气体式探测器。（5）红外线式探测器。（6）紫外线式探测器。2.2常用的火灾探测器基本原理感烟探测器:顾名思义就是对环境的烟气浓度按一定频率进行收集并分析其成分,一般火灾发生之后空气中的CO2,有毒气体浓度明显上升,当浓度达到一定值时,探测器认为已经发生火灾便会报警.当然有时候吸烟引起的浓度上升也会被当作火灾处理,所以有感烟探测器的地方一般禁止吸烟.（1）感烟火灾探测器火灾发展过程大致可以分为初期阶段、发展阶段和衰减熄灭阶段。感烟火灾探测器的功能在于：在初燃生烟阶段，能自动发出火灾报警信号，以期将火扑灭在未成灾害之前。根据结构不同，感烟探测器可分为离子感烟探测器和光电感烟探测器。1.离子感烟探测器离子式感烟探测器是由两个内含Am241放射源的串联室、场效应管及开关电路组成的。内电离室即补偿室，是密封的，烟不易进入；外电离室即检测室，是开孔的，烟能够顺利进入。在串联两个电离室的两端直接接入24V直流电源。当火灾发生时，烟雾进入检测电离室，Am241产生的α射线被阻挡，使其电离能力降低，因而电离电流减少，检测电离室空气的等效阻抗增加，而补偿电离室因无烟进入，电离室的阻抗保持不变，因此，引起施加在两个电离室两端分压比的变化，在检测电离室两端的电压增加量达到一定值时，开关电路动作、发出报警信号。2.光电感烟探测器感光探测器:光是热源辐射的结果,所以感光也就是感应辐射,人体也在不断的辐射波,但是由于本体温度较低,辐射波的波长一般较大,而火灾的热源发出的光较强能被探测出来,据某些科学家分析,火灾发生的时候还会发出一种独特的声波,根据这种波做出感声探测器能有效克服其他探测器的普遍失误的情况.光电式感烟探测器由光源、光电元件和电子开关组成。利用光散射原理对火灾初期产生的烟雾进行探测，并及时发出报警信号。按照光源不同，可分为一般光电式、激光光电式、紫外光光电式和红外光光电式等4种。a、一般光电式感烟探测器根据其结构特点可分为遮光型和散射型两种。遮光型光电感烟探测器由一个光源（灯泡或发光二极管）和一个光电元件对应装在小暗室内构成。在无烟情况下，光源发出的光通过透镜聚成光束，照射到光电元件上，并将其转换成电信号，使整个电路维持在正常状态，不发出报警。当火灾发生有烟雾进入探测器，使光的传播特性改变，光强明显减弱，电路正常状态被破坏，则发出报警信号。散射光电式感烟探测器的发光二极管和光电元件设置的位置不是对应的。光电元件设置在多孔的小暗室里。无烟雾时，光不能射到光电元件上，电路维持正常状态。而发生火灾时，有烟雾进入探测器，光通过烟雾粒子的反射或散射到达光电元件上，则光信号转换成电信号，经放大电路放大后，驱动自动报警装置发出报警信号。b、激光式感烟探测器。由激光发射机（包括脉冲电源和激光发生器）和激光接收器（包括光电接收器、脉冲放大及报警）组成。它利用激光方向性强、亮度高及单色性和相干性好的特点。在无烟情况下，脉冲激光束射到光电接收器上，转换成电信号，报警器不发出报警。一旦激光束在发射过程中有烟雾遮挡而减弱到一定程度，使光电接收器信号显著减弱，探测器发出报警信号。在种类繁多的激光光源中，半导体激光器由于具有所需激发电压低、效率高、脉冲功率大、器件体积小、耐震、寿命长和价格低廉等优点而受到重视。c、紫外光和红外光感烟探测器。它们具有灵敏度高、性能稳定、可靠、探测方位准确等优点，因而得到普遍重视，并成为目前火灾探测器的重要设备和发展方向。光电式感烟探测器发展很快，种类不断增多，就其功能而言，它能实现早期火灾报警，除应用于大型建筑物内部外，还特别适用于电气火灾危险性较大的场所，如计算机房、仪器仪表室和电缆沟、隧道等处。（2）感温火灾探测器感温探测器:对环境温度进行实时探测,一旦发现温度较高的能量源,便会对其进行分析,如果和火灾本身温度变化趋势相似则被当作火灾处理.感温探测器按结构原理不同有双金属片型、膜盒型、热敏电子元件型等三种。1.双金属片型是应用两种不同膨胀系数的金属片作为敏感元件的，一般制成差温和定温两种形式，定温式是当环境温度上升达到设定温度时，定温部件立即动作，发出报警信号；差温式是当环境温度急剧上升，其温升速率（℃/min）达到或超过探测器规定的动作温升速率时，差温部件立即动作，发出报警信号。2.膜盒型探测器由波纹板组成一个气室，室内空气只能通过气塞螺钉的小孔与大气相通。一般情况下（指环境温升速率不大于1℃/min），气室受热，室内膨胀的气体可以通过气塞螺钉小孔泄漏到大气中去。当发生火灾时，温升速率急剧增加，气室内的气压增大，波纹板向上鼓起，推动弹性接触片，接通电接点，发出报警信号。3.电子感温探测器由两个阻值和温度特性相同的热敏电阻和电子开关线路组成，两个热敏电阻中一个可直接感受环境温度的变化，而另一个则封闭在一定热容量的小球内。当外界温度变化缓慢时，两个热敏电阻的阻值随温度变化基本相接近，开关电路不动作。火灾发生时，环境温度剧烈上升，两个热敏电阻阻值变化不一，原来的稳定状态破坏，开关电路打开，发出报警信号。（二）、设计系统的总体架构火灾自动报