基于单片机的智能火灾报警系统毕业论文

基于单片机的智能火灾报警系统毕业论文内容摘要：

输出速率是多少；⑥ 封装：是DIP直插的，还是SO贴片的，还是其他封装的等；⑦ 参考源：参考源是单一参考源，还是多参考源，参考电压使多少等；⑧ 输入通道：是单通道转换，还是多通道转换等；⑨ 功耗：功耗也是需要考虑的问题之一。 A/D转换器的种类很多，就位数来分，有8位、10位、12位、16位等。 位数越高，其分辨率也越高，但价格也越贵。 而就其结构而言，有单一的A/D转换器，有内含多路开关的A/D转换器。 美国Analog Device公司生产的8位逐次逼近式模数转换器ADC0809转换速率高，自带三态输出缓冲电路，可直接与各种典型的8位或16位的微处理器相连而无需附加逻辑接口电路，且能与CMOS及TTL兼容。 是目前我国应用最为广泛，价格适中的A/D转换器。 加之内部含有三态输入缓冲电路，可直接与各种微处理器连接，且无须附加逻辑接口电路，内部设置的高精参考电压源和时钟电路，使它不需要任何外部电路和时钟信号，就能完成A/D转换功能，应用非常方便。 综合以上各种条件和因素，也根据本设计的需要，我选择的A/D转换器是ADC0809。 （2）关于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。 ADC0809由8路模拟开头、地址锁存与译码器、8位A/D转换器和三态输出锁存缓冲器组成，芯片引脚图如图32所示,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。 32 ADC0809芯片的引脚图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。 （3）内部结构ADC0809是CMOS单片型逐次逼近式A/D转换器，它由8路模拟开关、地址锁存与译码器、比较器、8位开关树型A/D转换器、逐次逼近寄存器、逻辑控制和定时电路组成。 （4）外部特性（引脚功能）ADC0809芯片有28条引脚，采用双列直插式封装，下面说明各引脚功能。 IN0～IN7：8路模拟量输入端。 D0～D7：8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，高电平有效。 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，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，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电源。 GND：地。 （5）ADC0809工作过程首先输入3位地址，并使ALE=1，将地址存入地址锁存器中。 此地址经译码选通8路模拟输入之一到比较器。 START上升沿将逐次逼近寄存器复位。 下降沿启动 A/D转换，之后EOC输出信号变低，指示转换正在进行。 直到A/D转换完成，EOC变为高电平，指示A/D转换结束，结果数据已存入锁存器，这个信号可用作中断申请。 当OE输入高电平 时，输出三态门打开，转换结果的数字量输出到数据总线上。 转换数据的传送：A/D转换后得到的数据应及时传送给单片机进行处理。 数据传送的关键问题是如何确认A/D转换的完成，因为只有确认完成后，才能进行传送。 为此可采用下述三种方式。 ①. 定时传送方式对于一种A/D转换器来说，转换时间作为一项技术指标是已知的和固定的。 例如ADC0809转换时间为128μs，相当于6MHz的MCS51单片机共64个机器周期。 可据此设计一个延时子程序，A/D转换启动后即调用此子程序，延迟时间一到，转换肯定已经完成了，接着就可进行数据传送。 ②. 查询方式A/D转换芯片由表明转换完成的状态信号，例如ADC0809的EOC端。 因此可以用查询方式，测试EOC的状态，即可确认转换是否完成，并接着进行数据传送。 ③. 中断方式 把表明转换完成的状态信号（EOC）作为中断请求信号，以中断方式进行数据传送。 不管使用上述哪种方式，只要一旦确定转换完成，即可通过指令进行数据传送。 首先送出口地址并以信号有效时，OE信号即有效，把转换数据送上数据总线，供单片机接受。 传感器的选择火灾探测器是火灾报警系统的现场探测部件，它的好坏直接关系到整个系统是否正常运行，它是整个系统最为重要的部件，是识别火灾是否发生的专门仪器。 在发生火灾时，探测器通过把火灾发生时产生的各种非电量参数（如烟、气体浓度等）转化成电量参数从而得到统一测量参数，然后再传送给控制器。 其特点是实时性，准确性。 其能够实时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产生的物理现象可以分为：感温型、感烟型、图光型、感声型、气敏型五大类。 但在实际应用中，考虑到测量的方便性还有实用性，我们经常用到的火灾探测器主要是感烟型、感温型、感光型、可燃气体型、复合型五大类。 （1）感烟型火灾探测器。 感烟型火灾探测器可以分为离子感烟型探测器和光电感烟型探测器。 其中离子感烟型探测器是利用烟雾对具有放射性性质的镅241的影响，从而通过检测电路检测其反应，并做出响应。 但是由于含有放射性物质，在一定程度上会污染环境，不利于彩色环保。 光电感烟型探测器是基于烟雾粒子对光线产生散射、吸收原理而做成的烟雾探测器。 （2）感温型火灾探测器。 在火灾起火燃烧过程中会产生大量的热量，使周围的温度急剧升高。 通过对温度变化转换为电信号从而可以得到所测量范围的温度参数所作出响应的探测器就是感温型火灾探测器。 根据测量依据的不同，可以把感温型火灾探测器分为定温型、差温型和差定温型三种类型。 （3）感光型火灾探测器。 火灾燃烧时会产生火焰，并伴随着发射出各种辐射光线。 根据所探测火焰辐射的光线不同，感光型火灾探测器可以分为两大种：一种对波长较长的光辐射敏感的红外光辐射探测器，另一种对波长较短的光辐射敏感的紫外光辐射探测器。 （4）可燃气体火灾探测器。 在火灾起火燃烧的过程除了会产生烟雾、热量、光三种产物外，还会产生多种可燃气体。 可燃气体火灾探测器是对探测的单一或者多种可燃气体浓度做出响应的探测器。 （5）复合型火灾探测器。 复合型火灾探测器即使能够对两种或两种以上的火灾参数做出响应的探测器。 现在市面上常用地复合型火灾探测器主要有有烟温复合型探测器，烟温气三复合型探测器，光电、离子、感温三复型合探测器等。 本文仅探讨现场温度与烟雾这两项与火灾的发生相关的指标的检测，其他与火灾相关的因素本文未予探讨。 温度探测器的选定（1）本设计温度探测器的选择条件根据监测温度参数的不同，一般用于工业和民用建筑中的温度探测器有定温式、差温式、差定温式等几种。 ①. 定温式探测器。 定温式探测器是在规定时间内，火灾引起的温度上升超过某个定值时启动报警的火灾探测器。 它有线型和点型两种结构。 其中线型是当局部环境温度上升达到 规定值时，可熔绝缘物熔化使两导线短路，从而产生火灾报警信号。 ②. 差温式探测器。 差温式探测器是在规定时间内，火灾引起的温度上升速率超过某个规定值时启动报警的火灾探测器。 它也有线型和点型两种结构。 线型差温式探测器是根据广 泛的热效应而动作的，点型差温式探测器是根据局部的热效应而动作的，主要感温器件是空气膜盒、热敏半导体电阻元件等。 ③. 差定温式探测器。 差定温式探测器结合了定温和差温两种作用原理并将两种探测器结构组合在一起。 差定温式探测器一般多是膜盒式或热敏半导体电阻式等点型组合式探测器。 在温度传感器的选型过程中考虑的因素：ａ被测对象的温度是否需记录、报警和自动控制，是否需要远距离测量和传送。 ｂ测温范围的大小和精度要求。 ｃ测温元件大小是否适当。 ｄ在被测对象温度随时间变化的场合，测温元件的滞后能否适应测温要求。 ｅ被测对象的环境条件对测温元件是否有损害。 ｆ价格如保，使用是否方便。 综合以上多种原因，经对比，本文温度探测器使用DS18B20数字温度传感器，其引脚与实物样式如图34所示。 （２）关于DS18B20DS18B20数字温度传感器接线方便，封装成后可应用于多种场合，如管道式，螺纹式，磁铁吸附式，不锈钢 封装式，型号多种多样，有LTM8877，LTM8874等。 ①. DS18B20的主要特性：ａ适应电压范围更宽，电压范围：～，在寄生电源方式下可由数 据线图34 DS18B20数字温度传感器引脚图供电。 ｂ2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。 ｃDS18B20支持多点组网功能，多个DS18B20可以并联在唯一的三线上，实现组网多点测温。 ｄDS18B20在使用中不需要任何外围元件，全部 传感元件及转换电路集成在形如一只三极管的集成电路内。 ｅ温范围－55℃～+125℃，在10～+85℃时精度为177。 ℃。 ｆ可编程的分辨率为9～12位，℃、℃、℃℃，可实现高精度测温。 ｇ在9位分辨率时最多在 ，12位分辨率时最多在750ms内把温度值转换为数字，速度更快。 ｈ测量结果直接输出数字温度信号，以“一线总线”串行传送给CPU，同时可传送CRC校验码，具有极强的抗干扰纠错能力。 ｉ负压特性：电源极性接反时，芯片不会因发热而烧毁，但不能正常工作。 ②. DS18B20的外形和内部结构。 DS18B20内部结构主要由四部分组成：64位光刻ROM 、温度传感器、非挥发的温度报警触发器TH和TL、配置寄存器。 ③. DS18B20引脚定义：ａDQ为数字信号输入/输出端；ｂGND为电源地；ｃVDD为外接供电电源输入端（在寄生电源接线方式时接地）。 烟雾传感器的选择（１）烟雾传感器的比较分析①. 离子式烟雾传感器该烟雾报警器内部采用离子式烟雾传感，离子式烟雾传感器是一种技术先进，工作稳定可靠的传感器，被广泛运用到各消防报警系统中，性能远优于气敏电阻类的火灾报警器。 ②. 光电式烟雾传感器光电烟雾报警器内有一个光学迷宫，安装有红外对管，无烟时红外接收管收不到红外发射管发出的红外光，当烟尘进入光学迷宫时，通过折射、反射，接收管接收到红外光，智能报警电路判断是否超过阈值，如果超过发出警报。 两种传感器的比较:离子烟雾报警器对微小的烟雾粒子的感应要灵敏一些，对各种烟能均衡响应；而前向式光电烟雾报警器对稍大的烟雾粒子的感应较灵敏，对灰烟、黑烟响应差些。 当发生熊熊大火时，空气中烟雾的微小粒子较多，而闷烧的时候，空气中稍大的烟雾粒子会多一些。 如果火灾发生后，产生了大量的烟雾的微小粒子，离子烟雾报警器会比光电烟雾报警器先报警。 这两种烟雾报警器时间间隔不大，但是这类火灾的蔓延极快，此类场所建议安装离子烟雾报警器较好。 另一类闷烧火灾发生后，产生了大量的稍大的烟雾粒子，光电烟雾报警器会比离子烟雾报警器先报警，这类场所建议安装光电烟雾报警器。 ③. 气敏式烟雾传感器气敏传感器是一种检测特定气体的传感器。 它主要包括半导体气敏传感器、接触燃烧式气敏传感器和电化学气敏传感器等，其中用的最多的是半导体气敏传感器。 它的应用主要有：一氧化碳气体的检测、瓦斯气体的检测、煤气的检测、氟利昂（R1R12）的检测、呼气中乙醇的检测、人体口腔口臭的检测等等。 它将气体种类及其与浓度有关的信息转换成电信号，根据这些电信号的强弱就可以获得与待测气体在环境中的存在情况有关的信息，从而可以进行检测、监控、报警；还可以通过接口电路与计算机组成自动检测、控制和报警系统。 气敏式烟雾传感器的典型型号有MQ2气体传感器。 该传感器常用于家庭和工厂的气体泄漏装置，适宜于液化气、丁烷、丙烷、甲烷、酒精、氢气、烟雾等的探测。 气敏式烟雾传感器与离子式烟雾传感器的比较：火灾烟雾是由气、液、固体微粒群组成的混合物，具有体积、质量、温度、电荷等物理特性。 离子型烟雾探测器是通过相当于烟敏电阻的电离室引起的电压变化来感知烟雾粒子的微电流变化装置。 当烟雾粒子进入电离室，改变了电离室空气的电离状态，从而宏观表现为电离室的等效电阻增加引起电离室两端的电压增大，由此来确定空气中的烟雾状况。 而气敏式传感器是探测空气中某些可燃气体的成分，所以在火灾探测方面，气敏式传感器性能并不如离子式传感器。 探测空气中可燃气体的含量。 有效地探测煤气、液化石油气、然气、一氧化碳等多种可燃性气体的微量泄漏。 适用于石油、化工、煤炭、电力、冶金、电子等工业企业，以及煤气厂、液化石油气站、氢气站等生产和贮存可燃性气体的场所。 通过比较分析，本设计的感烟探测器采用的是日本NEMOTO公司生产NIS09C离子型感烟探测器，内部有微量的放射性物质媚(Am)241，探测器被金属电极覆盖，放射能不会泄露。 它对白色、灰白和黑色烟雾都有良好的响应，符合美国UL217标准，欧洲EN547标准及GB471593国家标准。 NIS09C是具有低功耗、普适性的传感器，适用于高灵敏度烟雾探测器、火灾报警系统。 （2）烟雾检测器工作原理首先，传感器送来的烟雾浓度对应的微小的电压信号经过放大，转化成大的电压信号送入AT89C51单片机；后，在AT89C51单片机内A/D转换、浓度比较，对数据进行线性化处理，将数字化电压信号转化成为对应的十进制浓度值；最后，将实际可燃性气体浓度送入液晶，并判断浓度值是否超出报警限，另外由于烟雾传感器需要在加热状态下工作，温度越高，反映越快，响应时间和恢复时间就越快。 为提高响应时间，保证传感器准确地、稳定地工作，报警器需要向烟雾传感器持续输出一个5V的电压。 为了保证其可靠性，在输出5V的电压的同时，进行故障监测。 当传感器加热丝或电缆线和传感器断线和接触不良时，进行故障报警，发出声光报警信号。 当然几种状态的报警信号是各不相同的。