智能火灾报警系统的设计论文

智能火灾报警系统的设计论文内容摘要：

】。 系统利用 P1口的 4个独立按键 S2～ S5，当键按下时， P1口相应的引脚置为低电平，且与此键相连的发光二极管点亮。 智能火灾报警系统的设计 6 时钟电路是单片机的内脏，它掌握着单片机工作节奏，时钟电路相当于振荡电路。 XTAL1和 XTAL2 分别为反向放大器的输入和输出，该反向放大器可以配置为片内振荡器。 如采用外部时钟源驱动器件， XTAL2 应不接。 因为一个机器周期含有 6 个状态周期，而每个状态周期为 2 个振荡周期，所以一个机器周期共有 12 个振荡周期，如果外接石英晶体振荡器的振荡频率为 12MHZ，一个振荡周期 为 1/12us。 本系统采用 STC 系统列单片机，相比其他系列单片机具有很多优点。 一般 STC 单片机资源比其他单片机要多，而且执行速度快； STC 系列单片机使用串口对单片机进行烧写 ,下载程序较为方便； STC89C52 单片机内部集成了看门狗电路；且具有很强抗干扰能力 【 6】。 本系统采用内部方式的时钟电路和加电自复位的复位电路，如下图 和图 所示： 12XTAL30pFC130pFC2GND10uFCRST10KR1VCC GNDResX1X2 图 时钟电路图 图 复位电路图 由于单片机 P0 口内部不含上拉电阻，为高阻态，不能正常地输出高 /低电平，因而该组 I/O 口在使用时必须外接上 拉电阻。 检测电路设计 烟雾检测电路 （ 1）传感 器介绍 烟雾传感器是测量装置和控制系统的重要环节 【 7】。 而烟雾报警器的信号采集由烟雾传感器负责。 烟雾传感器能够将气体的种类及其浓度有关的信息转换为电信号，根据这些电信号的强弱就可以获得与待测气体在环境中存在的情况有关的信息，从而达到检测、监控、报警的功能。 可以说，没有精确可靠的传感器，就没有精确可靠的自动检测、控制和报警系统。 烟雾传感器作为报警器中不可缺少的核心器件，它决定了所采集的烟雾浓度信号的准确性和可靠性。 烟雾传感器内部结构如图 所示。 智能火灾报警系统的设计 7 图 烟雾 传感器及其结构图 烟雾传感器是模拟传感器，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。 它能将空气中的烟雾的浓度的变量转换成有一定对应关系的输出信号的装置。 烟雾型传感器就是通过监测环境中烟雾浓度来实现火灾防范的。 在烟雾探头要碰到烟雾时，烟雾探头的内部阻值会发生变化时，会产生一个模拟值，从而感受到。 在国内的产品中， 无论哪家生产的烟雾型探测器，都可以探测到火灾的发生，都具有比较高的灵敏度，而且在安装中都比较简单。 但是，由于各生产的设备不可通用，独立为正，不但不可彼此互相代替，更不可以互相通讯。 使得用户面对众多厂家生产的烟雾探测器感到不知所措。 而这也正是国内产品市场的一个重大缺陷。 烟雾传感器的分类从构成气体的传感器材料的形态上，通常将它们分为干式、湿式气体传感器，下面就对一些常用的烟雾传感器进行介绍： ①半导体烟雾传感器（半导体气敏传感器） 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。 半导体烟雾传感器是利用气体在半导体表面的氧化和还原反应导致敏感元件阻值变化而制成的。 按照敏感机理分类，半导体烟雾传感器可分为电阻式和非电阻式。 当半导体接触到气体时，半导体的电阻值将发生变化，利用传感器输出端阻值的变化来测定或控制气体的有关参数，这种类型的传感器称为电阻 智能火灾报警系统的设计 8 式半导体气敏传感器；当 MOS 场效应管在接触到气体时，场效应管的电压将随周围气体状态的不同而发生变化，利用这种原理制成的传感器被称为非电阻式半导体气敏传感器 【 8】。 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、体积小、维修方便、价格便宜等诸多优点，得到了广泛的应用。 但是其最大的缺点就是选择性较差。 该传感器己成为世界上产量最大、使用最广的烟雾传感器之一。 ①接触燃烧式传感器 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。 接触燃烧式气体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），使用时对铂丝通以电流 ，保持 300①～ 400①的高温，此时若与可燃性气体接触，可燃性气体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，就知道可燃性气体的浓度。 使用接触燃烧式传感器，其最大的缺点是探头很容易发生阻缓和中毒现象。 一般在连续使用两个月后应对该传感器进行维护。 这无形中加大了工作人员的工作量，同时增加了报警器的维护成本。 ①电化学传感器 电化学传感器由膜电极和电解液封装而成。 电化学气敏传感器一般利用液体（或 固体、有机凝胶等）电解质，其输出形式可以是气体直接氧化或还原产生的电流，也可以是离子作用于离子电极产生的电动势。 即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。 ①高分子烟雾传感器 利用高分子气敏元件制作的烟雾传感器近年来得到很大的发展。 高分子气敏元件在遇到特定烟雾时，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。 高分子气敏元件由于具有易操作性、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检测中具有重要作用。 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足。 ① 离子感烟传感器 智能火灾报警系统的设计 9 离子感烟传感器对于火灾初起和阴燃阶段的烟雾气溶胶检测非常有效，可测烟雾粒径范围为。 它在内外电离室里面有放射源镅 241。 由于它能使两极板间空气分子电离为正、负离子，使电极之间原来不导电的空气具有导电性。 在正常的情况下，内外电离室的电流、电压都是稳定的。 当火灾发生时，烟雾粒子进入电离室后，电力部分（区域）的正离子和负离子被吸附到烟雾粒子上，使正、负离子相互中和的概率增加，从而将烟雾粒子浓度大小以电流变化量大小表示出来，实现对火灾参数的检测。 根据报警器检测烟雾种类的不同要求，很多场合都会选择使用半导体烟雾传感器。 经过对比众多烟雾传感器的应用特性，发现半导体烟雾传感器的优点更加突出。 半导体烟雾传感器具有灵敏度高、响应快、体积小、结构简单，使用方便、价格便宜等优点，且不会发生探头阻缓及中毒现象，维护成本较低，因而得到广泛应用。 因此，本设计中的烟雾传感器选用 半导体气体烟雾传感器。 （ 2） MQ2 半导体烟雾传感器 MQ2 半导体传感器是以清洁空气中电导率较低的金属氧化物二氧化锡 (SnO2)为主体的 N 型半导体气敏元件 【 9】。 当传感器所处环境中存在烟雾气体时，传感器的电导率随空气中烟雾气体浓度的增加而增大。 在设计报警器时只有使用简单的电路即可将电导率的变化转换为与该气体浓度相对应的输出信 号。 该传感器具备一般半导体烟雾传感器灵敏度高、电导率变化大、响应和恢复时间短、抗干扰能力强、输出信号大、寿命长和工作稳定等优点，在市面上应用十分广泛。 二氧化锡 (SnO2)半导体气敏元件特点： ① SnO2 材料的物理、化学稳定性较好，与其他类型气敏元件相比， SnO2 气敏元件寿命长、稳定性好、耐腐蚀性强。 ① SnO2 气敏元件对气体检测是可逆的，而且吸附、脱离时间短，可连续长时间使用。 ① SnO2 气敏元件结构简单，成本低，可靠行较高，机械性能良好。 MQ2 气敏元件结构如图 2 所示，由微型 AL2O3 型陶瓷管， SnO2 敏感层 ,测量电极与加热器构成的元件固定，加热器就为气敏元件，提供了工作条件。 特点简单耐用。 MQ2 半导体气体烟雾传感器适用于烟雾、天然气、煤气、氢气、烷类气体、汽油、煤油、乙炔、氨气等的检测，对可燃性气体的（ CH C4H H2 等）的检测很理想 【 10】。 这种传感器在较宽的浓度范围内对烟雾气体有良好的灵敏度，能够检测多种可 燃性气体，十分适合应用在家庭的气体泄漏报警器中。 是一款便携式气体检测器，非常适合多智能火灾报警系统的设计 10 种应用的低成本传感器。 其技术指标表表。 表 MQ2 的技术指标 由于物理量和测量范围的不同，传感器的工作机理和结构就不同。 通常烟雾传感器输出的电信号是模拟信号（已有许多新型传感器采用数字量输出）。 当信号的数值符合A/D 转换器的输入等级时，可以不用放大器放大；当信号的数值不符合 A/D 转换器的输入等级时，就需要放大器放大。 所以 半导体 气体 烟雾 传感器 要想把采集到的烟雾浓度模拟信号传送给单片机控制器就必须经过将模拟信号经过 A/D 转换器转化为可以识别的电信号给单片机 【 11】。 CS1CH02CH13GND4DI5DO6CLK7VCC81ADC0832GNDVCCP34P33P32123 456U2VCCR175GNDR141Kyinwuyinwu 图 烟雾浓度采集电路 加热电压（ Vh） AC 或 DC 5177。 回路电压（ Vc） 负载电阴（ Rl） 清洁空气中电阻 （ Ra） 灵敏度（ S=Ra/Rdg） 响应时间 (trec) 恢复时间 (trec) 元件功耗 检测范围 使用寿命 最大 DC 24V 2KΩ ≤ 2020 KΩ ≥ 4(在 1000ppmC4H10 中 ) ≤ 10S ≤ 30S ≤ 50—10000ppm 2 年 智能火灾报警系统的设计 11 设计时应注意，气敏元件开机通电时， 其内阻很小，但经过一段时间后，才能恢复到原来的稳定状态。 因此， QM2 气体传感器需开机预热几分钟，才可投入使用，以免造成误报。 ①烟 雾检测 AD 采集电路 烟雾检测采用 传感器。 经过 ADC0832 采集后就可以得到各种烟雾浓度下的电压值。 从而设定出理想的烟雾强度报警值。 电路如图 所示 温度检测电路设计 温度采集模块主要就是选择温度传感器，针对温度传感器，可以用 PT100，它是一种测温电路的传感器。 PT100 型传感器的原理是利用温 度与组织的变化，变化的函数关系特性来测温的，它的抗振动性、稳定性、准确度、耐高压好等优点。 但使用起来比较复杂。 也可以用 DS18B20 作为测温电路的温度传感器 【 12】。 DS18B20 温度传感器的温度输出通过独特的一线接口，只需要一条口线通信。 多点能力可以使多个 DS18B20 组建成为传感器型网络，为系统的建立和组合提供了更大可能性。 它在测温精度、转换时间、传输距离、分辨率等方面比其他温度传感器有了很大的进步，给用户带来了更方便的使用和更令人满意的效果。 通过比较， DS18B20 直接输出数字温度值，不需要校正。 （ 1） DS18B20 简介 DS18B20 温度传感器的温度输出通过独特的一线接口，只需要一条口线通信。 多点能力可以使多个 DS18B20 组建成为传感器型网络 【 14】 ，为系统的建立和组合提供了更大可能性。 它在测温精度、转换时间、传输距离、分辨率等方面比其他温度传感器有了很大的进步，给用户带来了更方便的使用和更令人满意的效果。 论文系统地介绍基于DS18B20 的温度测量控制系统的组成、设计方案、电路原理、程序设计过程。 DS18B20多点温度测量系统是以 AT89C52 单片机作为控制核心，智能温度传感器 DS18B20 为控制对象，用数码管显示，运用 C 语言实现系统的各种功能。 设计完成了冷库温度的监控和报警等令人满意的效果。 DSl8B20 采用 3 脚 PR35 封装或 8 脚 SOIC 封装，其内部结构框图如 所示： 智能火灾报警系统的设计 12 图 DSl8B20 的内部结构图 DS18B20 的内部结构，主要是有四部分组成的： 64 位光刻 ROM，温度传感器，非挥发温度报警的触发器，配置寄存器。 DS18B20 的管脚排列如图 所示： 图 DS18B20 的管脚 DS18B20 的引脚说明如下： GND:地 DQ：数据 I/O VDD :电源 64 位激光 ROM 开始 8 位是产品类型的编号，接着是每个器件的惟一的序号共有 48位，最后 8 位是前 56 位的 CRC 校本文系统地介绍了基于 DS18B20 的多点温度测量控制系统的组成、设计方案、电路原理、程序设计以及系统仿真过程。 DS18B20 冷库温度监控报警系统是以 AT89C52 单片机作为控制核心，。