基于单片机的智能火灾报警系统设计

基于单片机的智能火灾报警系统设计内容摘要：

现代火灾探测器的最大特征之 一就是判别功能和判定决定权不仅从观念上分离，而且在实际应用中已经分别执行。 早期的判别功能和判定决定权合二为一，由设置在探测器中的传感器件实现，因而处理问题死板且易受干扰。 而现代火灾探测传感器的判别功能和判定决定权由软件控制，能滤除干扰，识别真假火灾，实现火灾智能判断。 （ 2）可靠性提高 火灾探测报警系统可靠性的提高首先体现在用智能技术处理传感器提供的火灾信息。 人们采用多种火灾探测算法和复合多传感等传感方式，为判断火灾提供了更加充分可靠的信息。 模糊逻辑、神经网络等高新技术用于火灾的判别，大大提高火灾探测的可靠 性。 （ 3）报警时间提前 新型火灾探测器已不局限于对已发生的火灾及时报警，可以在火灾发生之前的几小时或几天内，识别潜在的火灾危险性，实现超早期火灾报警。 火灾探测器新技术 （ 1）高灵敏度探测技术应用目前已研究开发出激光式高灵敏度感烟火灾探测器、 安徽理工大学毕业设计 4 吸气式高灵敏度火灾探测报警系统和气体火灾探测报警系统等超早期火灾探测报警产品。 这些系统采用激光粒子计数原理、激光散射原理监视被保护空间，以单位体积内粒子增加的多少来判断是否可能发生火灾。 与普通感烟火灾探测报警系统相比，这种系统的探测灵敏度提高了两个数量级 甚至更多。 但目前，这种技术还仅限于对烟粒子的探测，在应用中不同程度地受到了应用场所环境的限制。 （ 2）气体浓度探测技术应用利用气体和气体成分对火灾早期阶段生成物或构成火灾的要素进行探测的火灾探测技术，也能够实现超早期火灾探测。 易燃易爆场所一旦爆炸起火，火势蔓延速度极快，难以控制，人们为此专门开发研制了在火灾爆炸事故之前，从可燃气体浓度方面进行故障和火灾爆炸危险性等方面预测的线型可燃气体探测报警系统。 它采用光学原理，利用不同气体光谱特性的差别进行气体浓度探测，从根本上解决了点型可燃气体传感元件稳定性差、寿命短 等缺陷，用于大面积可燃气体探测报警时，性能价格比较高，其原理还可扩展用于其他场所气体泄漏的监测。 （ 3）多信息技术应用早期的火灾探测器对于火灾信息的反应是输出信息“ 0”或“ 1”即开关量，其他信息仅围绕反映开关是否正常、能否动作等。 而现代火灾探测器是对火灾过程进行监测，有些探测器实质上只起传感器的作用。 因此，其火灾信息量明显增加。 另一方面，各种单一传感器提供的火灾信息均混杂非火灾信息，给从传感器提供的火灾信息上判别火灾增加了难度，人们于是开始研究基于新型探测原理的传感器件（如气体传感器等）和复合探测器，对火灾 过程的多参数进行监测，配以智能判别技术，以达到减少误报，提高可靠性的目的。 细微特征的辨识也是从提供信息角度识别火灾的一种方法。 采用单片机的智能火灾探测器，可以打破采样受控制器控制的被动局面，主动获取对于识别真假火灾参数非常重要的细微信息。 安徽理工大学毕业设计 5 2 总体设计及方案论证 火灾智能监测及防火卷帘门自动控制系统 是有传感器，信号变换，单片机及相应的 信号显示、输出部分 组成。 通过 温度和烟雾传感器 采集 信号，经过单片机与其设定值进行比较后，根据差值和内部的软件设计来对温度 高低和烟雾浓度 进行检测及控制， 及 时准确的报警和灭火，实现物资损失降低到最小。 工艺技术要求 由于本系统是为直接应用于工厂，所以所有参数必须与相关产品相匹配，下面我们就以硅钢片退火的相关参数为例来进行设计： 利用单片机结合各类传感器，实现楼宇（库房） 现场温度、烟气信号的实时动态监测，实时显示监测数据。 当火灾发生时，由计算机控制系统发生把盆景及控制信号。 报警信号包括声、光报警和电话语音报警，并通过通讯接口给相关部门发送火灾位置信号。 控制信号用于卷帘门的自动控制（温感一步降、烟感两步降，同时具有手动控制功能）和 自动喷淋、排风换气装置的启动，要求系统控制精度高，响应速度快 ，动作时间小于 5秒，工作可靠。 本设计可以独立单元房间（面积 100 平方米）设计，要求系统可以方便地实现扩展。 系统 设计思想 系统硬件及信号由 AT89C51单片机内部有非易失性 Flash存储器分别包含 128 字节 RAM 、 32 条 I/O 口线、 3 个 16 位定时 /计数器、 6 输入 4 优先级嵌套中断结构、 1 个串行 I/O口（可用于多机通信、 I/O扩展或全双工 UART） 以及片内振荡器和时钟电路。 使用 AT89C51芯片 ， 能够满足需要 ， 还可以 使外围器件尽可能少 ， 另外价格也便宜 ，所以选用它。 防火门及相应的控制 、 动力机构安装完毕后，首先要确定时间。 通过 传 送信号给单片机 ， 通知单片机要开始设置时间。 有 3个时间要设置 ： 防火门的全程上升时间和全程下降时间及从顶下降到中位所需的时间。 所确定的时间被存在 EEPROM中。 上述 3个时间存入 EEPROM后 ， 就可以随意按动 “ 上 ”、“ 下 ”、“ 停 ” 3个按钮中的任何一个 ， 使防火门运行或停止。 通常使防火门停在最高处 ， 当火灾发生时 ， 防火门向下运行 ， 切断火势曼延的通路。 发生火灾时 ， 防火门的工作模式有如下几种 ， 我们可以预先做以下 设置。 ]5[ 1） 烟雾二步降。 发生火灾 ， 一般都是烟先窜到防火门 ， 火后一步到。 防火门的 安徽理工大学毕业设计 6 传感器感知到烟信号后 ， 防火门立即开始下降 ， 并发出声光报警信号。 防火门下降到中位 （ 通常门已关闭一半 ， 下面一半开着 ， 让人逃生 ） 停止下降 ， 延时一段时间 ， 以便让里面的人逃生 ， 而后继续下降 （ 称作第二步下降 ）， 直到防火门完全关闭为止。 在第二步下降过程中 ， 只要有人按动 “ 上 ”、“ 下 ”、“ 停 ” 3个按钮中的任何一个 ， 门就会自动上升到中位 ， 以便人逃离火场。 2） 烟温二步降。 火灾发生 ， 烟雾先到达 ， 这时防火门附 近的温度还处在正常范围。 防火门感知此烟 ， 立即下降到中位 ， 并在中位停下来 ， 以便人员逃生。 在防火门附近的温度上升到一定的高度以前 ， 防火门将一直停在中位。 当防火门的感应系统感知到防火门附近的温度达到比较高的程度后 ， 防火门开始第二步下降 ， 从中位下降到把整个门关闭。 因为只有温度达到一定的高度 ， 才说明火将曼延过来 ， 须迅速彻底关闭防火门。 防火门在第二步下降的过程中 ， 若有人按动 “ 上 ”、“ 下 ”、“ 停 ” 3个按钮中任何一钮 ， 门都将上升到中位。 到达中位后 ， 将立刻开始下降 ， 但只要有人再次按任何一钮 ， 门仍将上升到中位。 不论是烟雾二步 降还是烟温二步降 ， 当门彻底关闭后 ， 只要有人按上述 3个钮任一钮 ， 门就上升到中位 ， 以让人逃离火场。 3） 高温处理。 不论初始设置的是烟雾二步降还是烟温二步降 ， 只要高温先到达或是与烟雾信号同时到达 ， 防火门都将从顶不停地一直下降到底。 还有一种情形也会导致 “ 高温处理 ” ： 若火灾发生时没有高温 ， 当防火门从顶下降到中位前或下降到中位后在中位停留的时间内 ， 检测到有高温信号 ， 防火门系统将自动转入 高温处理 ， 立即开始第二步下降。 火扑灭后 ， 防火门系统检测到既无烟又无高温 ， 则确认火已灭 ，便自动关闭报警信号 ， 防火门自动上升到正常位置。 方案论证 单片机的 择 选 单片机是本方案的灵魂，所以我们选择是需要慎之又慎，下面我们来拿 8031 和AT89C51 做一下比较。 8031 片内不带程序存储器 ROM，使用时用户需外接程序存储器和一片逻辑电路373，外接的程序存储器多为 EPROM 的 2764系列。 用户若想对写入到 EPROM 中的程序进行修改，必须先用一种特殊的紫外线灯将其照射擦除，之后再可写入。 写入到外接程序存储器的程序代码没有什么保密性可言。 由于上述类型的单片机应用的早，影响很大，已成为事实上的工业标准。 后来很多芯片厂商 以各种方式与 Intel 公司合作，也推出了同类型的单片机，如同一种单片机的多个版本一样，虽都在不断的改变制造工艺，但内核却一样，也就是说这类单片机指令系统完全兼容，绝大多数管脚也兼容；在使用上基本可以直接互换。 我们统称 安徽理工大学毕业设计 7 这些与 8051 内核相同的单片机为 51系列单片机。 在众多的 51 系列单片机中，要算 ATMEL 公司的 AT89C51 更实用，因他不但和8051指令、管脚完全兼容，而且其片内的 4K 程序存储器是 FLASH 工艺的，这种工艺的存储器用户可以用电的方式瞬间擦除、改写，一般专为 ATMEL AT89Cx 做的编程器均带有这些功能。 显而易见，这种单片机对开发设备的要求很低，开发时间也大大缩短。 写入单片机内的程序还可以进行加密，这又很好地保护了你的劳动成果。 而且AT89C51 目前的售价比 8031 还低，市场供应也很充足。 单对 AT89C51 来说，在实际电路中可以直接互换 8051 和 8751，替换 8031 只是第 31脚有区别， 8031 因内部没有 ROM， 31脚需接地（ GND），单片机在启动后就到外面程序存储器读取指令；而 8051/8751/89c51 因内部有程序存储器， 31 脚接高电平（ Vcc），单片机启动 后直接在内部读取指令。 也就是 51芯片的 31 脚控制着单片机程序从内部读取还是从外部读取， 31 脚接电源，程序从内部读取， 31 脚接地，程序从外部读取 ， 其他无须改动。 另外， AT89C51 替换 8031 后因不用外存储器，不必安装原电路的外存储器和 373 芯片。 由于内部 RAM的存在，可以减少 I/O 扩展芯片、锁存器及片外 RAM 等等，使整个设计显得简单明了，所以我们选择 AT89C51。 模数转换器的选择 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。 根据本设计的需要，我选择的 A/D转换器是 ADC0809。 ]6[ ADC0809 是美国 Analog Device 公司生产的 8位逐次逼近式模数转换器，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，价格始终的 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。 安徽理工大学毕业设计 8 3 单片机 AT89C51 原理 AT89C51 是美国 ATMEL 公司生产的低电压，高性能 CMOS8 位单片机。 片内含 4K bytes 的可反复擦写的只读程序存储器（ PEROM）和 128 bytes 的随机存取数据存储器（ RAM），器件采用 ATMEL 公司的高密度、非易失性存储技术生产，兼容标准 MCS51 指令系统，片内置通用 8位中央处理器（ CPU）和 Flash 存储单元，功能强大 AT89C51单片 机可为您提供许多高性价比的应用场合，可灵活应用于各种控制领域。 引脚说明 主要性能参数 AT89C51 管脚图，如图 31。 图 31 AT89C51 管脚图 与 MCS51 产品指令系统完全兼容 4K字节可重擦写 Flash 闪速存储器 1000 次擦写中期 全静态操作： 0Hz—— 24MHz 三级加密程序存储器 128*8 字节内部 RAM 32个可编程 I/O 口线 2个 16位定时 /计数器 6个中断源 可编程串行 UART 通道 低功耗空闲和掉电式 安徽理工大学毕业设计 9 功能特性概述 AT89C51 提供以下标准功能： 4K字节 Flash 闪存存储器， 128 字节内部 RAM， 32个 I/O 口线，两个 16 位定时 /计数器，一个 5 向量两级中断结构，一个全双工串行通信口，片内振荡器及时钟电路。 同时， AT89C51 可降至 0Hz 的静态逻辑操作，并支持两种软件可选的节电工作模式。 空闲方式停止 CPU 的工作，但允许 RAM，定时 /计数器，串行通信口及中断系统继续工作。 掉电方式保存 RAM中的内容。 但振荡器停止工作并禁止其它所有 工作直到下一个硬件复位。 AT89C51 方框图。