火灾报警系统设计与实现毕业论文(编辑修改稿)

火灾报警系统设计与实现毕业论文(编辑修改稿)内容摘要：

多是模仿国外产品，或是引进国外技术进行 生产，没有真正意义上的核心技术，并且市场也刚刚开始发育。 火灾报警产品真正发展是在 90 年代以后，随着政府逐渐开放国门，国外企业开始大量进入中国消防市场，带来先进技术的同时也促进了市场的成熟。 这时期，我国生产火灾报警产品的企业也得到了快速发展，部分企业进行了合资生产、技术合作，取得了不菲的成绩，也造就了现今市场上许多有实力的商家，部分技术已接近或赶上了国际水平。 火灾报警系统的现状及特点 火灾报警系统 的发展进一步拓展了火灾探测的应用领域，为一些无法胜任的环境提供了有效的手段。 相关技术的发展如傅立叶近红外光谱技术 弱信号处理技术、低功耗 MCU技术进一步促进了传统探测技术的改进，使得传统探测器在技术和性能上有了显著的提高。 火灾 的 早期探测、多传感器复合探测和探测器小型化、智能化的方向发展迈出了更快的步伐。 我国目前研发的火灾报警系统具有高稳定性、可靠性、容量大，联网功能强、通讯距离远、抗干扰能力强、优秀的火警管理功能、系统扩展方便等特点。 课题任务及要求 火灾报警系统，作为智能建筑中的一个重要子系统，其重要性是众所周知的。 要在智能建筑中创造一个安全的环境，消防安全是其中的一个重要的方面。 本次毕业设计的主要内容是以单片机为 核心，借助可靠、成熟通讯手段，以最直观的形式，直接把火灾报警地点反映到终端上。 该系统应具有以下功能： 运用 LCD 对当前温度进行显示； 通过按键可对相关的参数值进行设置。 沈阳航空航天大学北方科技学院毕业设计（论文） 5 2 火灾报警系统 的总体方案设计与分析 火灾产生原理及过程 火灾是一种失去人为控制的由燃烧造成的灾害，产生火灾的基本要素是可燃物、助燃物和点火源。 可燃物以气态、液态和固态三种形态存在，助燃物通常是空气中的氧气。 根据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，它们燃烧的基本过程是当从外部获取一定的能量时，液体或固体先蒸发成蒸汽或分解出可燃气体 (如 CO、 H2 等 )的分子团、灰烬和未燃烧的物质颗粒悬浮在空气中，称之为气溶胶。 一般气溶胶的分子较小 (直径 m)。 在产生气溶胶的同时，产生分子较大 (直径 一 10μ m)的液体或固体微粒，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，燃烧产生的热量使液体或固体的表面继续放出可燃气体，并形成扩散燃烧。 同时，发出含 有红、紫外线的火焰，散发出大量的热量。 这些热量通过可燃物的直接燃烧、热传导、热辐射和热对流，使火从起火部位向周围蔓延，导致了火势的扩大，形成火灾。 其中的气溶胶、烟雾、火焰和热量都称为火灾参量，通过对这些参量的测定便可确定是否存在火灾。 根据火灾发生时产生现象的不同，可以将火灾分为慢速阴燃、明火和快速发展火焰等。 阴燃就是在疏松或颗粒介质中形成的缓慢进行的热解和氧化反应，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的热量使液体或固体的表面放出可燃气体， 并形成扩散燃烧，同时发出含有红、紫外线的火焰。 快速发展火焰则是火灾扩散的速度特别快，这种类型的火灾一般为空气中混有大量可燃气体。 通过大量的研究表明阴燃是诱发火灾的重要原因。 总的来说，普通可燃物在燃烧时表现为以下形式：首先是产生燃烧气体，然后是烟雾，在氧气充足的条件下才能达到全部燃烧，产生火焰，发出可见光和不可见光，并散发出大量的热，使环境温度升高。 起火过程中，起初和阴燃两个阶沈阳航空航天大学北方科技学院毕业设计（论文） 6 段所占的时间比较长，虽然产生大量的烟雾，但是环境温度不太高，若探测器就应该从此阶段开 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，产生大量的热使得环境温度升高，如果能将这时能够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 所示。 图 起火过程曲线 系统总体方案设计 本设计的火灾报警系统由火灾探测部分（温度传感器和烟雾传感器）、报警控制器（单片机）、声光报警和显示部分组成，也就是一个系统的输入部分、处理部分、输出部分。 火灾探测部分通过对火灾产生的烟雾和温度的探测，将探测的信号转换为数字信号传给单片机，单片机收到信号后经分析处理是否报警，并在屏幕上显示烟雾浓度和温度浓度。 系统硬件结构框图如图 所示。 图 系统硬件结构框图 复位电路 时钟振荡 温度、烟雾传感器 ATC89C51 单片机 按键 液晶显示 声光报警 沈阳航空航天大学北方科技学院毕业设计（论文） 7 系统主要器件的选择 火灾探测器选择 1）探测器简介 火灾探测器是火灾报警系统的重要组成部分，直接关系到整个系统的正常运行。 当火灾发生时，把火灾产生的各种非电量参数 (如烟雾，温度 )变成电量参数传送给控制器。 其特点是模拟量传输，跟随各种非电量参数的变化而变化。 火灾探测器根据火灾发生 时所表现出来的物理现象可以分为：气敏型、感温型、感烟型、感光型、感声型五大类。 根据老师的要求，火灾报警系统的探测器选择感温型和感烟型。 (l)感温探测器 感温探测器一般分为定温式和差温式。 单一的感温探测器灵敏度低、探测速度慢、探测范围小，尤其对阴燃情况不响应，因此不适用于火灾早期的探测，而在设计时往往安装在不宜安装感烟探测器的区域。 本设计采用 DS18B20 温度传感器，测温范围为 55～ 125℃，最高分辨率可达 ℃。 DS18B20 可以直接读出被测温度值，而且采用三线制与单片机相连，减少了外部的硬件 电路，具有低成本和易使用的热点。 DS18B20 平面图如图 图 DS18B20平面图 沈阳航空航天大学北方科技学院毕业设计（论文） 8 (2)感烟探测器 感烟探测器可以分为离子感烟探测器和光电感烟探测器。 感烟探测器具有非常好的早期报警功能，即使在不太好的环境条件场所也会有比较好的探测效果，它一般适用于极高的房屋或空心花板或地下室中。 感烟探测器适用于火灾前期及早期，产生大量的烟和少量的热，但它不能区分火灾信号与非火灾信号，如厨房烟、水蒸气等，所以误报率较高。 本设计选用 MQ2 型烟 雾传感器，这种型号的传感器不但具备一般半导体烟雾传感器灵敏度 高、响应快、抗干扰能力强、寿命长等优点。 MQ2 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。 当处于 200~300176。 C 温度时，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受 到该烟雾的调制而变化，就会引起表而电导率的变化。 利用这一点就可以 获得这种烟雾存在的信息。 遇到可燃烟雾（如 CH4 等）时，原来吸附的氧脱附，而由可燃烟雾以正离子状态吸附在二 氧化锡半导体表面；氧脱附放出电子，烟雾以正离子状态吸附也要放出电子，从而使二氧化锡半导体导带电子密度增加，电阻值下降。 而当空气中没有烟雾时，二氧化锡半导体又会自 动恢复氧的负离子吸附，使电阻值升高到初始状态。 这就是 MQ2 型燃性烟雾传感器检测可燃烟雾的基本原理。 MQ2型传感器的结构图如图 ，其外观如 图 所示。 图 烟雾传感器结构图 沈阳航空航天大学北方科技学院毕业设计（论文） 9 图 烟雾传感器外观图 单片机芯片的选择 本设计的控制芯片使用的是 ATMEL 公司 生产的 AT89C51， AT89C51 是一种带4K 字节闪烁可编程可擦除只读存储器（ FPEROM）和 128 字节的随机存取数据存储器（ RAM）的低电压，高性能 CMOS8 位微处理器，俗称单片机。 AT89C51 是一个低功耗高性能单片机， 片内置通用 8 位中央处理器（ CPU）和 Flash 存储单元，可灵活应用于各种控制领域。 40个引脚， 32 个外部双向输入 /输出（ I/O） 端口，同时内含 2个外中断口， 2个 16位可编程定时计数器 ,2个全双工串行通信口。 AT89C51 的引脚图如图 所示。 芯片可以按照常规方法进行编程，也可以在线编 程，其将通用的微处理器和 Flash 存储器结合在一起，特别是可反复擦写的Flash 存储器可有效地降低开发成本。 单片机引脚说明： 40 个引脚按引脚功能大致可分为 4 个种类 其中包括 电源、时钟、控制和 I/O引脚。 (1) 电源 : VCC 芯片电源，接 +5V； VSS 接地端； (2)时钟 :XTAL XTAL2 晶体振荡电路反相输入端和输出端。 (3) 控制线 :控制线共有 4根， ALE/PROG:地址锁存允许 /片内 EPROM 编程脉冲 ALE 功能：用来锁存 P0 口送出的低 8 位地址 沈阳航空航天大学北方科技学院毕业设计（论文） 10 PROG 功能：片内有 EPROM 的芯片，在 EPROM 编程期间，此引脚输入编程脉冲。 PSEN:外 ROM 读选通信号。 RST/VPD:复位 /备用电源。 RST（ Reset）功能：复位信号输入端。 VPD 功能：在 Vcc 掉电情况下，接备用电源。 EA/Vpp:内外 ROM 选择 /片内 EPROM 编程电源。 EA 功能：内外 ROM选择端。 Vpp 功能：片内 EPROM 的芯片，在 EPROM 编程期间，施加编程电源 Vpp。 (4) I/O 线 80C51 共有 4 个 8 位并行 I/O 端口： P0、 P P P3 口，共 32个引脚。 P3 口还具有第二功能，用于特殊信号输入输出和控制信号（属控制总线） 图 ATC89C51单片机引脚图 A/D 转换芯片的选择 ADC0832 是 NS(National Semiconductor)公司生产的串行接口 8位 A/D 转换器，通过三线接口与单片机连接，功耗低，性能价格比较高，适 宜在袖珍式的智能仪器仪表中使用。 ADC0832 为 8 位分辨率 8位串行 A/D 转换器 ADC0832。 ADC0832 有 DIP 和 SOIC 两种封装， DIP 封装的 ADC0832 引脚排列如图 所示。 各引脚说明如下： ● CS—— 片选端，低电平有效。 ● CH0， CH1—— 两路模拟信号输入端。 沈阳航空航天大学北方科技学院毕业设计（论文） 11 ● DI—— 两路模拟输入选择输入端。 ● DO—— 模数转换结果串行输出端。 ● CLK—— 串行时钟输入端。 ● Vcc/REF—— 正电源端和基准电压输入端。 GND—— 电源地。 128μ s。 图 ADC0832引脚图 系统的工作过程 单片机是整个报警系统的核心，系统的工作原理是：先通过传感器 (包括温感和烟感 )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的电信号进行调理 (放大、滤波等 )，使之满足 A /D 转换的要求 ,最后由 A /D 转换电路 ,完成将温度传感器和烟雾传感器输出的模拟信号到数字信号的转换，单片机判断现场是否发生火灾。 如果发生火灾，系统以声光的形式报警 并在液晶显示屏上显示。 沈阳航空航天大学北方科技学院毕业设计（论文） 12 3 火灾报警系统 的硬件设计 单片机最小系统 晶振电路 晶振电路为单片 机 AT89C51 工作提供时钟信号，芯片中有一个用于构成内部振荡器的高增益反相放大器，引脚 XTAL1 和 XTAL2 分别是该放大器的输入端和输出端。 这个放大器与作为反馈元件的片外石英晶体或陶瓷谐振荡器一起构成自激振荡器。 电路中的外接石英晶体及电容 C C2 接在放大器的反馈回路中构成并联振荡电路，系统的晶振电路如图 所示。 由于外接电容 C C2 的容量大小会轻微影响振荡频率的高低、振荡器工作的稳定性、起振的难易程度及温度稳定性，如果使用石英晶体，电容的容量大小范围为 30 10pF pF ；如果使用陶瓷谐振，则电容容量大小为 40 10 FpF p。 本设计中使用石英晶体，电容的容值设定为 30pF。 图 晶振电路 复位电路 复位电路的基本功能是：系统上电时提供复位信号，直至系统电源稳定后，沈阳航空航天大学北方科技学院毕业设计（论文） 13 撤销复位信号。 为可靠起见，电源稳定后还要经一定的延时才撤销复位信号，以防电源开关或电源插头分合过程中引起的抖动而影响复位。 单片机在启动时都需要复位，以使。