基于单片机的仓库火灾预警系统的设计毕业设计(编辑修改稿)

基于单片机的仓库火灾预警系统的设计毕业设计(编辑修改稿)内容摘要：

要想有效的防止火灾，一方面要减少引起火灾的因素；另一方面要在发生火灾时，及时报警，并采取有效措施控制火情的发展，将火灾消灭在初期阶段。 为了确保人身安全，最大限度地减少 社会财富的损失。 为此，火灾自动报警系统作为预防火灾的一个很重要的措施已经 作为建筑设计 的强制性要求进入到了每一座具有火灾隐患的建筑内。 第二节 火灾自动报警系统的发展历史 火灾自动报警系统的诞生已有 100 多年历史。 纵观 100 多年人类开发火灾自动报警系统的过程，我们可以把这一段历史分为三个阶段 ]1[ ： ① 初期阶段是用一些简单的分立元件构成的火灾自动报警系统，从十九世纪四十年代重庆邮电大学移通学院本科毕业设计（论文） 3 一直延续到本世纪四十年代，这期间感温探测器占主导地位，火灾自动报警系统的发展处于初级阶段。 20 世纪初，定温探测器渐渐得到改进和发展，同时采用低熔金属的新 型探测器也被研制出来，随后人们相继研制出了双金属差温火灾探测器、热熔电阻差温探测器，膜盒差温火灾探测器、半导体差温火灾探测器和兼有差温、定温两种功能的差定温火灾探测器等。 ② 第二阶段是从二十世纪五十年代到七十年代，在这期间大力发展了感烟探测器，感温火灾探测器则处于次要位置。 用感烟的方法来探测火灾使人类在实现火灾早期报警方面迈出了一大步，此时的系统一般是多线制，其特点是稳定性 ，但是其 可靠性差，线路复杂，调试难度大。 从四十年代末期开始，研究者开始研究离子式感烟探测器，并获得成功。 由于离子式探测器探测火灾比感温探测器快得多。 它的出现很快达到了广泛应用。 随着电子工业的发展，场效应晶体管代替了阴极射线管，探测器的供电电压也从 220V 降到了 24V，甚至 9V，用 9V 叠层电池可以为离子感烟探测器供电， 它 为进入家用市场创造了 有利的 条件。 ③ 第三阶段是从八十年代开始至今。 总线制火灾自动报警系统蓬勃兴起，它同以前的产品相比有了很大的飞跃，布线工作变的减少，安装调试变的容易，降低了安装和维修费用，其最大优点是施工简单并能精确定位报警部位，因而得到了较广泛的应用。 人们为每个探测点设置了单独的地址编码。 火灾报警控制器通过巡检方式，分别采集各探测点的数据，并发出火警及故障等具体信息。 随着技术的不断进步，智能系统已突破了传统的火灾探测报警范畴，它与建筑物内的防盗报警系统，电视监控系统，信息交换系统，公共安全系统等组成楼宇自动系统而成智能大厦。 误报的严重程度，用误报率大小来衡量，误报率越小越好。 第三节 根据应用类型分类 一、多线型火灾报警系统 多线型火灾报警系统的探测器除了需要提供两根电源线外，还需要一根报警信号线，探测器的信号线连接在报警显示盘上，报警时点亮相应的指 示灯。 此类系统的功能一般以报警为主，辅以简单的联动功能，其报警器对外围探测器无故障检测功能，只会对电源线重庆邮电大学移通学院本科毕业设计（论文） 4 的断线做出故障反应 ]2[。 二、总线型火灾报警系统 这种火灾报警系统中己经嵌入了微处理器，探测器和模块均采用地址编码形式，通过总线与控制器实现信号传送，灵敏度在制造时已由硬件决定，不可以再调，此类系统能够进行现场编程，并通过各种模块对各个联动设备实行比较复杂的控制，具有部分故障诊断功能，但对故障类型不能区分。 三、智能复合型 火灾报警系统 由于采用了设有单片机的模拟量探测器，大大的提高了智能化程度，并且可以通过软件对灵敏度根据使用场合、时间进行设定和调整，提高了系统的稳定性和可靠性。 还可以自动处理电磁干扰对线路分布参数的影响。 这一功能可增强系统的稳定性及可靠性，减少了误报。 复合型智能火灾报警系统是未来火灾报警系统的主要发展方向。 发生火灾的情形种类繁多，产生的原因也纷繁复杂，仅仅对某一特定的火灾参考量进行探测，难免会发生漏报或误报的现象。 复合型探测技术正是降低误报漏报现象的有效途径。 第四节 火灾预警系统的国内外现状 发达国家普遍具有相对完善的火灾预防、报警、扑救以及善后处理等体系。 国家每年都会从财政中拨付许多用于培训相关人员，更新维护预警设备。 西方发达国家都把各个用户的终端传感器和信号采集设备连接起来，通过实时数据采集，从而对自动火灾报警系统进行实时操作和监控，将故障进行远程传输。 目前，很多发达国家已经拥有将火灾报警系统应用于整个城市消防预警当中的成功经验。 多年来，这些国家已经把火灾自动报警系统与公共监控系统连接在一起，通过公共监控系统可以及时、准确发现火灾隐患和地点，判断火灾的类型，调集消防力量及时控制火情。 当前，国 外火灾自动报警应用技术渐渐向着网络化、智能化、多样化、和小型化发展。 我国火灾报警系统起步较西方发达国家晚， 90 年代以后火灾报警产品才真正开始发展，随着政府的改革开放，国外企业开始大量进入中国市场，带来了先进技术，同时也促进了重庆邮电大学移通学院本科毕业设计（论文） 5 市场的成熟。 我国火灾报警系统的相关企业也得到了快速发展，部分企业通过技术合作、合资生产，取得了较好的成绩，部分技术已接近或赶上了国际先进水平。 随着经济的高速发展，社会上对火灾自动报警系统的需求不断加大，对其要求也越来越高，同时计算机技术和控制检测技术的高速发展也促进了火灾自动报警控制系 统的发展，特别是近年来兴起的各类新方法、新技术又使火灾自动预警技术上了一个新台阶 ]9[。 二十多年前，中国的消防报警产品刚刚起步无论产品技术含量、产品系列完整性、适用性，还是社会影响程度都是相当低的。 国外的产品和品牌一统天下，占领中国的大部分市场。 由于中国的建设正在飞速发展，市场大的惊人，难道这由中国发展带来的成果只能由外国企业来瓜分。 可幸的是中国企业抓住了机遇，顶住了挑战，先是一批国家的科研院所，后是一批国营企业、民营企业，业内 也吸引和凝聚一大批国内的技术和管理精英，花了十多年时间，通过几次产品更新换代，就使自己的产品紧紧跟上了国际水平，并且夺回了大部分国内市场，使得现在大多国外产品只有招架之功，这是典型的自力更生，走自己的路。 当然目前而言，我们基本占据的是国内市场，对外还刚启动。 中国企业正虎视眈眈，准备进军海外市场。 当前，国外火灾自动报警应用技术渐渐向着网络化、智能化、多样化、和小型化发展。 西方发达国家都把各个用户的终端传感器和信号采集设备连接起来，通过实时数据采集，从而对自动火灾报警系统进行实时操作和监控，将故障进行远程传输 ，而我国火灾报警系统起步较西方发达国家晚， 90 年代以后火灾报警产品才真正开始发展，随着政府的改革开放，国外企业开始大量进入中国市场，带来了先进技术，同时也促进了市场的成熟。 随着经济的高速发展，社会上对火灾自动报警系统的需求不断加大，对其要求也越来越高，同时计算机技术和控制检测技术的高速发展也促进了火灾自动报警控制系统的发展，特别是近年来兴起的各类新方法、新技术又使火灾自动预警技术上了一个新台阶。 火灾自动报警系统的智能化水平越来越受到人们的关注。 我们国家的火灾报警器经历了一个复杂的发展过程，简单至复杂。 随着信 息化发展程度的加深，火灾预警系统的智能化也普遍受到重视，并开发了相应的各种各样的产品。 重庆邮电大学移通学院本科毕业设计（论文） 6 第二章 烟雾检测报警器的方案设计 第一节 烟雾检查报警器的设计思路 烟雾检测报警器是能够检查环境中的烟雾浓度，并具有报警功能的仪器，仪器的最基本组成部分应包括：烟雾信号采集电路、模数转换电路、单片机控制电路 ]3[。 烟雾信号采集电路一般由烟雾传感器，将烟雾信号转换为模拟的电信号。 模数转换电路 ADC0809将从烟雾检测电路 送出的模拟信号转换成单片机可识别的数字信号后送入单片机。 单片机对该数字信号进行滤波处理，并对处理后的数据进行分析，是否大于或等于某个预设值（也就是报警限），如果大于则启动报警电路发出报警声音，反之则为正常状态。 第二节 烟雾传感器的选型 一、烟雾传感器的介绍 烟雾传感器属于气敏传感器 ，是气 电变换器，它将可燃性气体在空气中的含量 (即浓度 )转化成电压或者电流信号，通过 A/D 转换电路将模拟量转换成数字量后送到单片机，进而由单片机完成数据处理、浓度处理及报警控制等工作。 传感器作为烟雾检测报警器的信号采 集部分，是仪表的核心组成部分之一。 由此可见，传感器的选型时非常重要的 ]6[。 （一）烟雾传感器的分类 烟雾传感器种类繁多，从检测原理上可以分为三大类： ① 利用 物理化学性质的烟雾传感器：如半导体烟雾传感器、接触燃烧烟雾传感器等。 ② 利用物理性 质的烟雾传感器：如热导烟雾传感器、光干涉烟雾传感器、红外线传感器等。 ③ 利用化学性质的烟雾传感器啊 ：如电流型烟雾传感器、电势型气体传感器等。 （二）烟雾传感器应满足的基本条件 一个烟雾传感器可以是单功能的，也可以是多功能的。 可以使单一的实体，也可以是由重庆邮电大学移通学院本科毕业设计（论文） 7 多个不同功能传感器组成的阵列。 但是任何一个完整的烟雾传感器都必须具备以下条件： ① 能选择性地检测某种单一烟雾，面对共存的其它烟雾不响应或低响应； ② 对被测烟雾具有较高的灵敏度，能有效地检测允许范围内的烟雾浓度； ③ 对检测信号响应速度快，重复性好； ④ 长期工作稳定性好； ⑤ 使用寿命长； ⑥ 制造成本低，使用与维护方便。 （三）常见烟雾传感器简介 半导体烟雾传感器包括用氧化物半导体陶瓷材料作为敏感体制作的烟雾传感器，以及用单晶半导体器件制作的烟雾传感器。 自 1962 年半导体金属氧化物烟雾传感器问世以来，由于具有灵敏度高、响应快、输出信号强、耐久性强、结构简单。 价格便宜等诸多优点，得到了广泛的应用。 该传感器已成为世界上产量最大、使用最广的烟雾传感器之一。 按照敏感机理分类，可分为电阻型和非电阻型 ]11[。 固体电解质烟雾传感器使用固体电解质气敏材料作为气敏元件，其原理是利用气敏材料在通过烟雾时产生电阻，测量其形成电动势从而测量气体浓度。 由于这种传感器电导率高，灵敏度和选择性好，因而得到了广泛地应用，几乎打入了石化、环保。 矿业等各个领域，其产量仅次于半导体烟雾传感器的一类传感器。 但这种传感器制造成本高，检测烟雾范围有限，在检测环境污染领域中有优势。 传感器 当易燃烟雾接触这种被催化物覆盖的传感器表面时会发生氧化反应而燃烧，故得名接触燃烧式传感器。 接触燃烧式烟雾传感器的检测元件一般为铂金属丝（也可表面涂铂、钯等稀有金属催化层），使用时将铂丝通电，保持 300～ 400℃ 的高温，此时若与烟雾接触，烟雾就会在稀有金属催化层上燃烧，因此铂丝的温度会上升，铂丝的电阻值也上升，通过测量铂丝的电阻值变化的大小，就知道烟雾的浓度。 利用高分子气敏材料制作的烟雾传感器近年来得到很大的发展。 高分子气敏材料在遇重庆邮电大学移通学院本科毕业设计（论文） 8 到特定烟雾时，其电阻、介电常数、材料表面声波传 播速度和频率、材料重量等物理性能发生变化。 高分子气敏材料由于具有易操作、工艺简单、常温选择性好、价格低廉、易与微结构传感器和声表面波器件相结合，在毒性烟雾和食品鲜度等方面的监测中具有重要作用。 高分子烟雾传感器具有对特定烟雾分子灵敏度高，选择性好，且结构简单，能在常温下使用，可以弥补其它烟雾传感器的不知。 电化学传感器由膜电极和电解液封装而成。 烟雾浓度信号将电解液分解成阴阳带电离子，通过电极将信号传出。 它的优点是：反映速度快、准确、稳定性好、能够定量检测，但寿命较短（大约两年）。 它主要适用于 毒性烟雾检测。 目前国际上绝大部分毒气检测采用该类型传感器。 热传导传感器与接触燃烧式传感器具有类似的结构形式，但是测量原理不同。 它的测量原理是：将加热后的铂电阻线置于目标烟雾中，由于向目标烟雾传送热量造成温度降低，引起电阻值变化，传感器即测量电阻值的变化情况。 温度的变化情况是目标烟雾热传导率的函数，而对于一种给定的烟雾或汽化物，热传导率是它固有的物理特性。 红外传感器通常用两束红外光进行烟雾测量，主光束通过测量元件内的目标烟雾，参考光束通过比较元件内的参考烟雾。 在测量和比较 元件中，红外射线被烟雾有选择地吸收了。 未吸收的红外探测器 NDIR（ nondispersive IR）是其中的一种，所有的未吸收光全部以最小的扩散和损耗被记录下来。 不同的烟雾吸收不同波长的 IR，所以传感器根据目标烟雾而调整，典型应用包括测量 CO 和 CO冷冻剂烟雾和一些易燃气。 由于非碳氢化合物易燃烟雾（如氢）不吸收电磁谱中 IR 部分的能量，所以这种传感器可以精确地测量碳氢化合物，并具有最小的交叉灵敏度，而且不受其它烟雾的腐蚀以及高浓度目标烟雾的影响。 （四）常见烟雾传感器可检测烟雾种类 由于烟雾的种类繁多，一 种类型的烟雾传感器不可能检测所有的气体，通常只能检测某一种或两种特定性质的烟雾。 例如氧化物半导体烟雾传感器主要检测各种还原性烟雾，如 CO、 H C2H5OH、 CH3OH 等。 固体电解质烟雾传感器主要用于检测无机烟雾，如 OH Cl SO2等。 重庆邮电大学移通学院本科毕业设计（论文） 9 二、烟雾传感器的选定 烟雾检测报警器主要应用在石油、化工、冶金、油库、液化气站、喷漆作业等易发生可燃烟雾。