高层住宅火灾报警系统设计

《高层住宅火灾报警系统设计》本设计着重介绍近些年来广泛应用于建筑中的基于单片机的火灾智能控制仪器的原理及其技术，并尽量完善设计，考虑到避免漏报、误报、迟报、不报等方面的技术改进，随着近些年来单片机技术不断的更新，单片机逐渐在更多的自动控制领域中得到了很广泛的运用，本设计结合了近些年来单片机设计的研究现状，并根据建筑人口的密集度、火灾的高发区，对建筑中的火灾监测及报警进行了更深一步的探索，从而设计了基于单片机的实用可靠的智能火灾报警系统。一、整体电路的框图二、芯片2.1单片机芯片AT89S52火灾自动报警系统，单片机是其核心部件。它一方面要接收来自传感器送来的温度、烟雾对应的模拟信号和故障检测信号，另一方面要对传感器放大电路A/D转换单片机状态指示灯温度显示浓度显示声光报警这各种信号分别进行处理，以控制后续电路进行相应动作。单片机具备较快的运算速度，使检测人员能够较准确地观测到各种参数的变化，并根据情况进行相应的处理；同时由于单片机的经济性，也适用于火灾自动报警系统的大规模应用。AT89S52是一种低功耗、高性能CMOS8位微控制器，具有8K在系统可编程Flash存储器。使用Atmel公司高密度非易失性存储器技术制造，与工业80C51产品指令和引脚完全兼容。片上Flash允许程序存储器在系统可编程，亦适于常规编程器。在单芯片上，拥有灵巧的8位CPU和在系统可编程Flash，使得AT89S52为众多嵌入式控制应用系统提供高灵活、超有效的解决方案。AT89S52具有以下标准功能：8k字节Flash，256字节RAM，32位I/O口线，看门狗定时器，2个数据指针，三个16位定时器/计数器，一个6向量2级中断结构，全双工串行口。另外，AT89S52可降0Hz静态逻辑操作，支持2种软件可选择节电模式。空闲模式下，CPU停止工作，允许RAM、定时器/计数器、串口、中断继续工作。掉电保护方式下，RAM内容被保存，振荡器被冻结，单片机一切工作停止，直到下一个中断或硬件复位为止。根据不同的运行速度和功耗的要求，时钟频率可以设置在0-33M之间。可以在4V到5.5V宽电压范围内正常工作。不断发展的半导体工艺也让该单片机的功耗不断降低。根据本次设计的具体情况，采用双列直插DIP-40封装。DIP-40封装AT89S52引脚图2.2模数转换器ADC0809ADC0809是美国国家半导体公司生产的CMOS工艺8通道，8位逐次逼近式A/D模数转换器。其内部有一个8通道多路开关，它可以根据地址码锁存译码后的信号，只选通8路模拟输入信号中的一个进行A/D转换。主要特性1.8路输入通道，8位A/D转换器，即分辨率为8位。2.具有转换起停控制端。3.转换时间为100μs(时钟为640KHz时)，130μs（时钟为500KHz时）。4.单个+5V电源供电。5.模拟输入电压范围0～+5V，不需零点和满刻度校准。6.工作温度范围为-40～+85摄氏度。7.低功耗，约15mW。各引脚功能：IN0～IN7：8路模拟量输入端。2-1～2-8：8位数字量输出端。ADDA、ADDB、ADDC：3位地址输入线，用于选通8路模拟输入中的一路。ALE：地址锁存允许信号，输入端，产生一个正脉冲以锁存地址。START：A/D转换启动脉冲输入端，输入一个正脉冲（至少100ns宽）使其启动（脉冲上升沿使0809复位，下降沿启动A/D转换）。EOC：A/D转换结束信号，输出端，当A/D转换结束时，此端输出一个高电平（转换期间一直为低电平）。OE：数据输出允许信号，输入端，高电平有效。当A/D转换结束时，此端输入一个高电平，才能打开输出三态门，输出数字量。CLK：时钟脉冲输入端。要求时钟频率不高于640KHz。REF（+）、REF（-）：基准电压。Vcc：电源，单一+5V。GND：地。2.3数码管驱动芯片ICM7218ICM7218是INTERSIL公司生产的一种性能价格比较高的通用8位LED数码管驱动电路,28脚双列封装,是一种多功能LED数码管驱动芯片,可与多种单片机接口使用。ICM7218的输出可直接驱动LED显示器,不需外接驱动电路,工作电压为+5V,其构成的显示电路结构简单,使用方便。同样由单片机向ICM7218写控制字及数据，编程部分像给外部RAM写数据一样简单。当单片机写入模式控制字后，ICM7218以约定的方式接收显示数据并将数据写入静态显示RAM中。数据接收结束，ICM7218在扫描控制电路的控制下，按设定的译码模式，以动态扫描显示方式向段显示驱动器和位控驱动器发出控制信号，直到下一个控制字写入前，不停地进行动态显示工作。三、传感器3.1数字温度传感器DS18B20技术性能描述：1)独特的单线接口方式，DS18B20在与微处理器连接时仅需要一条口线即可实现微处理器与DS18B20的双向通讯。2)测温范围－55℃～+125℃，固有测温误差1℃。3)支持多点组网功能，多个DS18B20可以并联在唯一的三线上，最多只能并联8个，实现多点测温，如果数量过多，会使供电电源电压过低，从而造成信号传输的不稳定。4)工作电源:3.0~5.5V/DC（可以数据线寄生电源）5)在使用中不需要任何外围元件6)测量结果以9~12位数字量方式串行传送7)不锈钢保护管直径Φ68)适用于DN15~25,DN40~DN250各种介质工业管道和狭小空间设备测温9)标准安装螺纹M10X1,M12X1.5,G1/2任选10)PVC电缆直接出线或德式球型接线盒出线,便于与其它电器设备连接。引脚定义：DQ：数字信号的I/O端口；GND：接地端口；VDD：外接供电电源的输入端口。3.2MQ-2烟雾传感器工作原理MQ-2型烟雾传感器属于二氧化锡半导体气敏材料，属于表面离子式N型半导体。处于200~300摄氏度时，二氧化锡吸附空气中的氧，形成氧的负离子吸附，使半导体中的电子密度减少，从而使其电阻值增加。当与烟雾接触时，如果晶粒间界处的势垒收到烟雾的调至而变化，就会引起表面导电率的变化。利用这一点就可以获得这种烟雾存在的信息，烟雾的浓度越大，导电率越大，输出电阻越低，则输出的模拟信号就越大。特点：1、具有信号输出指示。2、双路信号输出（模拟量输出及TTL电平输出）3、TTL输出有效信号为低电平。（当输出低电平时信号灯亮，可直接接单片机）4、模拟量输出0~5V电压，浓度越高电压越高。5、对天然气、液化石油气等烟雾有很高的灵敏度，尤其对烷类烟雾更为敏感。6.其检测可燃气体与烟雾的范围是100~10000ppm7、具有长期的使用寿命和可靠的稳定性8、快速的响应恢复特性3.3火焰传感器YL-38模块描述：1)可以检测火焰或者波长在760纳米~1100纳米范围内的光源2)探测角度60度左右，对火焰光谱特别灵敏3)对火焰的探测距离:跟灵敏度和火焰强度有关，一般1m以内适用4)工作电压3.3V-5V5)输出形式a模拟量电压输出b数字开关量输出(0和1)接口说明：1.VCC外接3.3V~5V电压2.GND外接GND3.D0小板数字量输出接口（0和1）4.A0小板模拟量输出接口四、主程序流程图开始初始化传感器故障检测键盘处理是否按下模式切换A/D转换平均值法滤波报警限设置线性化处理是否超过报警限报警子系统浓度显示指示灯状态五、各模块5.1数字温度传感器DS18BZO的测温原理是利用温敏振荡器的频率随温度变化的关系，把温度信号直接转换为串行数字信号，通过内部计数器对受温度影响的振荡器周期的计数可实现温度测量。探测器中DS18B20采用寄生电源供电方式，保证在有效的DS18B2O时钟周期内能提供足够的电流5.2烟雾传感器正常情况是输出高电平，当测量浓度大于设定浓度时，单片机I/O口输出低电平。由lm339比较器和74ls14整形与非门器件构成可输出数字信号，可以直接和单片机相连。5.3火焰传感器在环境火焰光谱达不到设定阙值时，D0口输出高电平，当外界环境火焰光谱超过设定阙值时，D0输出低电平。5.4声音报警电路由AT89S52的21脚实现声音报警控制。当可燃性气体浓度或温度超过限定值时，将P6.7置为低电平，三极管导通，扬声器发出鸣叫报警。5.5A/D转换电路该电路采用了常用的8位的8通道的数模转换常用的元件ADC0809，烟雾、温度、火焰传感器的输出端分别接到ADC0809的IN0、IN1和IN2。ADC0809的通道的选择地址则由AT89S51的P0.0～P0.2经过地址锁存器74LS373的输出来提供的。当P2.7=0的时候，与写信号WR共同的选通ADC0809,其中ALE信号与ST信号连在一起，在WR信号的前沿写入地址信号，在其后沿启动转换。5.6复位电路复位电路基本功能是：系统在上电的时候提供了复位信号，一直到系统的电源稳定以后，才撤销了复位信号。为了可靠起见，电源在稳定后还需要经过一定的时间延长才能撤销掉复位信号，以防止电源的开关或者电源的插头在分合过程中引起抖动从而影响了复位。89C51单片机在启动的时候都是需要复位的，以使CPU和系统的各个部件处在确定的初始状态，并且从初状始态开始工作。5.7晶振电路晶振电路为单片机89C51的工作提供了时钟信号，芯片内有一个用来构成内部振荡器的高增益的反相放大器，而引脚XTAL1和XTAL2则分别是这个放大器的输入和输出端口。5.8数码管显示电路数据采集进来并被成功地由模拟量转化为数字量后，就被传送到系统的显示模块，让人们更直接地观察到相关数据。显示器的第一位显示所选择的通道号，而后三位则显示该通道传送进来的相应的数字量。本系统显示用的4位七段数码管由数码管专用驱动芯片ICM7218A驱动，27、3、1、25、2、24、26脚分别接数码管的a、b、c、d、e、f、g，15、16、23、20脚为位选，分别控制4位数码管的亮灭，ID0~7为数据线,接单片机p0口，WRITE、MODE是写控制位和模式控制位，分别接单片机P3.6、P2.6口。5.9状态指示灯电路状态指示灯及控制键电路如图所示，单片机AT89S52的P2.2、P2.3、P2.4控制输出的状态指示灯。绿灯亮表示正常状态，环境中没有火灾危险。黄灯亮表示传感器加热丝发生断线或者接触不良。红灯亮表示环境中烟雾浓度、温度超过报警限值，提醒用户尽快采取相应措施。5.10故障自我诊断判断传感器电源连接情况。在传感器的地端串联一个电阻R，当传感器正常连接时，电阻和传感器分压，此时电阻两端有微弱的电压，单片机可以通过P2.1口检测到：如果传感器电源连接不正常，则会产生断路，检测到电阻两端电压为0。5.11看门狗自我检测单片机状态的功能调用单片机中的看门狗程序来定时的检查单片机的工作状态，若发现单片机出现了死循环状态，则立即复位，并保证报警器正常工作。