毕业设计论文-基于单片机的智能火灾报警系统设计

毕业设计论文-基于单片机的智能火灾报警系统设计内容摘要：

单位为 g/mm；减光率是利用光束穿过烟雾时光强度产生衰减量的百分数来表示烟雾的浓度。 温度 火灾是一种失去控制的燃烧反应，在其孕育、发生、发展的不同阶段，都伴随着热量的产生和温度的升高。 在火灾的初始阶段，一方面有大量的烟雾产生，另一方面由于物质在燃烧过程中释放出热量，使得周围环境的温度上升，但 是由于普通可燃物质在此阶段燃烧速度缓慢，周围温度的升高速度是比较缓慢的，在火灾的发展阶段，由于燃烧很猛烈，放热的速度很快，室内温度会继续大幅度上升，并且持续高温，最高温度可达11000C 左右。 火焰 火灾燃烧的火焰温度通常为 ，在这个过程中通常会产生大量的炙热微粒，正是这些炙热微粒的存在，使火焰发射出电磁波辐射，包括可见光。 火焰辐射包括能量辐射和辐射光谱，在可见光和红外波段都有体现但是红外波段尤其强烈，这是 C02共鸣的 C02 原子团发光光谱。 火焰中炙热的发光微粒的集合就勾画出火焰形状，一 般火灾中，由于燃烧状况不稳定，火焰边缘通常表锯齿形，切在火灾发展过程中区域增大。 火灾火焰具有闪烁的物理特性，这不仅表现在辐射强度以 330Hz 的频率波动，而且也反映在火灾形状的波动上。 火灾信息的探测方法 火灾信息探测是以物质燃烧过程中产生的各种火灾现象为依据，以实现早期发现火灾为前提。 分析普通可燃物的火灾特点，以物质燃烧过程中发生的能量转换盒物质转换为基础，可形成不同的火灾探测方法。 空气离化探测法 第 6 页 共 49 页 空气离化探测法是利用放射性同位素释放出 Q 射线将空气电离产生正、负离子，使得带点腔室内空气具有 一定的导电性，在电场作用下形成离子电流；当烟雾气溶胶进入电离室内，比表面积较大的烟雾粒子利用其吸附特性吸附其中的带电离子，产生离子电流变化。 这种离子电流变化与烟浓度有直接关系的电信号。 采用空气离化探测法实现的火灾烟雾浓度探测～般称作离子感烟探测，它对火灾初起和阴燃阶段的烟雾气溶胶检 N二 IF常灵敏有效，可测烟雾粒径范围在 ～ 10 微米左右。 光电探测法光电探测法 是根据火灾所产生的烟雾颗粒对光线的阻挡或散射作用来实现感烟式火灾探测的方法。 根据烟雾颗粒对光线的作用原理，光电感烟探测法分为减光式和散射式 两类：减光式光电感烟探测是根据烟雾颗粒对光线的阻挡作用所形成的光通量的减少量来实现对烟雾浓度的有效探测，散射式感烟探测是根据光散射定律来实现对烟雾的探测。 热 (温度 )探测法热探测法 是根据物质燃烧释放出的热量所引起的环境温度升高或其变化率大小，通过热敏元件与电子线路来探测火灾。 火焰光探测法火焰探测法 是根据物质燃烧所产生的火焰光辐射的大小，其中主要是红外辐射和紫外辐射的大小，通过光敏元件与电子线路来探测火灾现象。 这类探测方法一般采用被动式光辐射原理，用于火灾发展过程中的火焰发展和明火燃烧阶段。 可燃气体探测法 对于物质燃烧初期产生的烟气体或易燃易爆场所泄露的可燃气体，可以利用热催化式元件、气敏半导体元件或三端电化学元件的特性变化来探测易燃可燃气体浓度或成分。 2 系统主要模块的选择方案论证与比较 单片机的选择 本设计是基于单片机的设计，即需要单片机作为整个系统的主控单元，但是单片机有很多类型，不同类型的单片机有各自的优缺点，下面我们就来比较一下下面两个方案，两个类型的单片机，试看相对于本设计而言，哪款单片机更合适一些。 方案一： 使用 AT89S52 单片机。 AT89S52 是一个低功耗，高 性能 CMOS 8 位单片机，片内含 8k Bytes ISP(Insystem programmable)的可反复擦写 1000 次的 Flash 只读程序存储器，器件采用 ATMEL 公司的高密度、非易失性存储技术制造，兼容标准 MCS51 指令系统及 80C51 引脚结构，芯片内集成了通用 8 位中央处理器和 ISP Flash存储单元。 使用 Atmel公司高密度非易失性存储器技术制造，与工业 80C51 产品指令和引脚完全兼容。 片上 第 7 页 共 49 页 Flash 允许程序存储器在系统可编程，亦适于常规编程器。 在单芯片上，拥有灵巧的 8 位CPU 和在系统可 编程 Flash，使得 AT89S52 为众多嵌入式控制应用系统提供高灵活、超有效的解决方案。 方案二： 使用 STC12C5A60S2 单片机。 STC12C5A60S2/AD/PWM 系列单片机是 STC 生产的单时钟 /机器周期 (1T)的单片机，是高速、低功耗、超强抗干扰的新一代 8051 单片机，指令代码完全兼容传统 8051,但速度快 812 倍。 内部集成 MAX810 专用复位电路 ,2 路PWM,8 路高速 10 位 A/D 转换 (250K/S，即 25 万次 /秒 )，针对电机控制，强干扰场合。 方案比较： AT89S52 单片机是比较传统型的单 片机，应用比较广泛，但是随着电子产业的发展，这款芯片的性能逐渐的显示出它的不足之处。 与 STC12C5A60S2 单片机相比， AT89S52单片机没有内置 A/D 转换电路，而本系统中需要将烟雾传感器的模拟量转化成数字量，若使用 AT89S52 单片机则要外接一个 A/D 转换电路，这样就增加了设计成本；并且，相比于 STC12C5A60S2 单片机来说， AT89S52 单片机的功耗要大，制作成本也多，价钱较贵，芯片里集成的模块少，串口下载也没有 STC12C5A60S2 单片机方便，所以本设计选择了 STC12C5A60S2 单片机作 为智能火灾报警系统的主控单元。 烟雾传感器的选择 烟雾传感器作为烟雾检测报警器的信号采集部分，是智能火灾报警系统的核心组成部分之一。 由此可见，传感器的选择是非常重要的，直接关系到智能火灾报警系统能否工作。 烟雾传感器一种室内安装的探测器，用于检测现场环境是否有烟雾以及烟雾的浓度。 现在市面上使用的烟雾传感器主要分为离子式烟雾传感器和气敏式烟雾传感器。 那么，现在就来对比一下这两种烟雾传感器优劣势，选择一个适合本设计的烟雾传感器。 方案一： 选择使用 NIS09C 离子式烟雾传感器。 NIS09C 离子式烟雾传 感器属于低功耗、灵敏度高的烟雾传感器，离子感烟探测器探头电路是利用两片放射性物质媚 241 构成的两个电离室 (检测电离室和补偿电离室 )及场效应晶体管 (EFT)等电子元件组成。 其工作原理为： P1 和 P2 是一相对的电极，在电极之间放有 a 放射源，由于它持续不断地放射出 a射线， a 粒子以高速运动，撞击空气分子，从而使极扳问空气分子电离为正离子和负离子 (电子 )，这样电极之间原来不导电的空气具自一定的导电性，使探头电路导通，从而实现探测器感应烟雾的功能。 方案二： 选择使用 MQ2 气敏式烟雾传感器。 MQ2 烟气敏式雾式烟雾传感 器可用于家庭和工厂的气体泄漏监测装置， 适宜于液化气、丁烷、丙烷、甲烷、酒精、氢气、烟雾的探测，是一种探测范围广泛，灵敏度高，相应速度快使用寿命长，稳定性高的烟雾传感 第 8 页 共 49 页 器。 方案比较： 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。 NIS09C 离子式烟雾传感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。 MQ2 气敏式烟雾传感器可探测烟雾浓度与空气中某些可燃气体的成分，探测空气中可燃气体的含量，能有效地探测煤气、液化石油气、然气、一氧化碳等多种可燃性气体的微量泄漏。 然而，尽管 NIS09C 离子式烟雾传感器的性能与灵敏度都较强于 MQ2 气敏式烟雾传感器，但是在价格方面， NIS09C 烟雾传感器要比 MQ2 烟雾传感器高，体积也较大，相比于 MQ2 气敏式烟雾传感器来说， MQ2 气敏式烟雾传感器已经满足低功耗、灵敏度高的探测需求，所以 MQ2 气敏式烟雾传感器更适用于本设计的智能火灾报警系统。 本设计最终选择使用 MQ2 气敏式烟雾传感器。 系统显示屏的选择 显示屏作为本系统不可或缺的器件，能够直观的表现智能火灾报警系统的工作情况。 因此显示屏的选择也是设计本系统至关重要的环节，下面是两个可选方案的比较与论证。 方案一：选择使用 LCD1602 液晶显示屏。 LCD16021602 液晶显示屏是一款体积小、厚度薄、重量轻、可背光、无闪烁、无辐射、耗能少，并能够直接与 CSMOS 电路匹配的显示屏。 方案二：选择使用 OLED有机发光二极管显示屏。 OLED，即有机发光二极管（ Organic LightEmitting Diode）， 又称为有机电激光显示（ Organic Electroluminesence Display, OELD）。 是基于有机材料的一种电流型半导体发光器件，它是主动发光器件。 因为具备轻薄、省电等特性，这种显示设备如今在 MP3 播放器上得到了广泛应用。 方案比较： OLED 有机发光二极管显示屏与目前 LCD1602 液晶显示屏相比， OLED 有机发光二极管显示屏 是自主发光 ， LCD1602 液晶显示是背光显示； OLED 显示屏视角好，就是无论 从哪个角度看， 屏幕画面 都不会失真 ，而 LCD1602 液晶显示屏会 有严重的视角问题 ； OLED 厚 度可以小于 1 毫米，仅为 LCD 屏幕的 1/3，并且重量也更轻 ；并且 OLED发光效率更高，能耗比 LCD 要低。 总上所述，本设计选择使用 OLED 有机发光二极管显示屏作为系统显示屏。 第 9 页 共 49 页 3 硬件设计 单片机最小系统 单片机的特点 本次设计采用 STC12C5A60S2 单片机作为智能火灾报警系统的控制芯片，这是使整个系统工作的基础器件。 STC12C5A60S2/AD/PWM 系列单片机是 STC 生产的单时钟 /机器周期 (1T)的单片机，是高速、低功耗、超强抗干扰的新一代 8051 单片机，指 令代码完全兼容传统 8051,但速度快 812 倍。 ），并且无需专用编程器，无需专用仿真器可通过串口（ ）直接下载用户程序，数秒即可完成一片。 单片机最小系统设计 本设计采用了 STC12C5A60S2 单片机作为核心处理器，图 是一个典型的单片机最小系统电路，由电源电路、晶振电路和复位电路组成。 C 1 22 2PC 1 32 2p12345678J1C O N 812J4R / T X D12345678J6C O N 8C91 0u F / 1 6 VR61kR98 .2 kS2P 1. 01P 1. 12P 1. 23P 1. 34P 1. 45P 1. 56P 1. 67P 1. 78R S T9P 3. 010P 3. 111P 3. 212P 3. 313P 3. 414P 3. 515P 3. 616P 3. 717X T A L 218X T A L 119GND20P 2. 021P 2. 122P 2. 223P 2. 324P 2. 425P 2. 526P 2. 627P 2. 728P S E N29A L E / P R O G30E A / V P P31P 0. 732P 0. 633P 0. 534P 0. 435P 0. 336P 0. 237P 0. 138P 0. 039V C C40AT89S51I C 2S T C 1 2 C 5A 6 0 S 2P 2. 0P 2. 1P 2. 2P 2. 3+ 5V+ 5VR X DT X D1 2 3 4 5 6 7 8 9R P 14 .7 KP 00P 01P 02P 03P 04P 05P 07P 35P 36P 37Y21 1. 0 59 2 M H ZP 33P 34+ 5V 图 单片机最小系统 电源电路：为 STC12C5A60S2 单片机供电的是一个 5V 的电源，图 中的 VCC和 GND 构成了整个单片机的供电网络。 晶振电路：晶振电路为单片机 80C51 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。