1、智能火灾报警系统设计毕业设计(此文档为word格式，下载后您可任意编辑修改！)第1章 绪论 11.1 选题背景及意义 11.2 本文所做的工作 1第2章 火灾报警系统的工作原理 32.1 系统总体功能概述 32.2 火灾报警系统的类型 32.2.1 感温型火灾报警系统 32.2.2 感烟型火灾报警系统 42.2.3 感光型火灾报警系统 42.2.4 复合型火灾报警系统 42.3 火灾探测器的原理 42.4 本章小结 5第3章 系统硬件设计 63.1 核心芯片选择 63.1.1 芯片AT89S52 63.1.2 集成温度传感器AD590 73.1.3 气体传感器TGS-202 83.1.4 数码
2、管驱动芯片ICM7218 83.2 单片机外围接口电路 93.3 信号处理电路 103.4 AD转换模块 113.5 声音报警电路 123.6 数码管显示电路 133.7 状态指示灯及控制键电路 143.8 报警器故障自诊断 153.9 本章小结 15第4章 系统软件设计 174.1 主程序流程图 174.2 主程序初始化流程图 184.3 滤波子程序 184.4 线性化子程序 194.5 报警子程序 214.6 键盘处理子程序 234.7 本章小结 23结论 24参考文献 25附录 26致谢 27黑龙江东方学院毕 业 论 文 （设 计）题目：智能火灾报警系统设计学生姓名闫作宁学 号专 业电气
3、工程及其自动化班 级2011级1班指导教师魏昭辉学 部计算机科学与电气工程答辩日期2015年5月23日黑龙江东方学院本科生毕业论文（设计）评语（一）姓名闫作宁学号专业班级电气工程及其自动化2011级1班总成绩毕业论文（设计）题目：智能楼宇火灾报警控制系统设计 答辩委员会评语答辩成绩主任签字： 年 月 日答辩委员会成员签字学部毕业论文（设计）领导小组意见组长签字： 年 月 日 学部公章黑龙江东方学院本科生毕业论文（设计）评语（二）姓名闫作宁学号专业班级电气工程及其自动化2011级1班毕业论文（设计）题目：智能楼宇火灾报警控制系统设计指导教师评语指导教师成绩指导教师签字： 年 月 日黑龙江东方学院
4、本科生毕业论文（设计）评语（三）姓名闫作宁学号专业班级电气工程及其自动化2011级电气1班毕业论文（设计）题目：智能楼宇火灾报警控制系统设计 评阅教师评语评阅教师成绩评阅教师签字： 年 月 日黑龙江东方学院本科生毕业论文（设计）任务书姓名闫作宁学号专业班级电气工程及其自动化2011级1班毕业论文（设计）题目：智能楼宇火灾报警控制系统毕业论文（设计）的立题依据随着经济和技术的不断发展，城市高层、超高层建筑、地下建筑以及大型综合性建筑日益增多，火灾隐患也大大增加。现阶段火灾的特点是，由于人为因素导致火灾信息漏报、迟报，报警设备出现故障没有及时恢复开通，造成火势蔓延，酿成无法估量的损失。火灾报警器温
5、控系统作为火灾自动报警系统的核心电路，可以实现火灾的早期发现，能及时发出火灾报警信号，并及时输出控制信号，以便启动减灾设备和灭火设备，尽可能的减小火灾损失。主要内容及要求1、硬件设计：完成系统的硬件电路图设计2、软件设计：完成主程序及各模块程序流程图 3、撰写论文：完成论文撰写进度安排12月12日选题12月13日12月29日接受指导老师的指导12月30日1 月17日拟定论文大纲1 月18日2 月26日搜集、查阅、整理相关资料2 月27日3 月27日初稿形成3 月28日4 月8 日初稿审定4 月9 日4 月17日第一次修改4 月18日4 月22日第一次审定4 月23日5 月3 日第二次修改5 月
6、4 日5 月9 日定稿5 月10 日5 月22日论文评阅小组评审论文（设计）5 月23日毕业论文（设计）答辩学生签字：指导教师签字：年 月 日智能楼宇火灾报警控制系统设计 摘要目前，随着电子产品在人类生活中的使用越来越广泛，由此引起的火灾也越来越多，在我们生活得四周到处潜伏着火灾隐患。为了避免火灾以及减少火灾造成的损失，我们必须按照“隐患险于明火，防患胜于救灾，责任重于泰山”的概念设计和完善火灾自动报警系统，将火灾消灭在萌芽状态，最大限度地减少社会财富的损失。本系统可安装在各防火单位，它负责不断地向所监视的现场发车巡检信号，监视现场的温度、浓度等，并不断反馈给报警控制器，控制器将接到的信号与内
7、存的正常整定值比较、判断确定火灾。当发生火灾时，可实现声光报警、故障自诊断、浓度显示、报警限设置、延时报警及与上位机串口通信等，是一种结构简单、性能稳定、使用方便、价格低廉、智能化的烟雾传感器，具有一定的实用价值。关键词：单片机;火灾报警;传感器关键词与摘要内容隔行书写，词条用小四号宋体字，词条间用分号（；）隔开，3-5个关键词The Design of Intelligent Building Fire Alarm Control SystemAbstractNow, with electronic products used in life more and more widely, th
8、e resulting fire, more and more, we live in fire dangers fire in prevention is better than disaster relief, the responsibility is extremely and improvement of automatic fire alarm system, fire nipped in the bud, the maximum reduce the loss of social wealth.The system can be installed in all fire uni
9、ts, which is responsible for continuously monitoring the site to start the inspection signal, monitor the site of temperature, concentration, and continuous feedback to the alarm controller, the controller will receive the signal and the normal memory setting value was determined by comparing to det
10、ermine the fire. When fire occurs, can achieve sound and light alarm, fault diagnosis, concentration display, alarm limit settings, delay alarm and serial communication with the -system 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MCS-51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 Flas
11、h存储单元，功能强大的计算机AT89S52可为许多嵌入式控制应用系统提供高性价比的解决方案7。AT89S52片内集成256字节程序运行空间、8K字节Flash存储空间，支持最大64K外部存储扩展。根据不同的运行速度和功耗的要求，时钟频率可以设置在0-33M之间。片内资源有4组IO控制端口、3个定时器、8个中断、软件设置低能耗模式、看门狗和断电保护。可以在4V到5.5V宽电压范围内正常工作。不断发展的半导体工艺也让该单片机的功耗不断降低。根据本次设计的具体情况，采用双列直插DIP-40封装。AT89S52的引脚图如图3-1所示：1.1.1 集成温度传感器AD590AD590是美国Analog D
12、evices公司生产的一种电流型二端传感器，电路如图所示。由于AD590是电流型温度传感器，它的输出同绝对温度成正比，及1AK，而数模转换芯片ADC0809的输入要求是电压量，所以在AD590的负极接出一个10千欧的电阻R1和一个100欧的可调电阻W，将电流量变为电压量送入ADC080。通过调节可调电阻便可在输出端V获得与绝对温度成正比的电压量，即10mVK,温度0时输出为0，温度25时输出为2.982V。这样便于AD转换器采集数据。AD590的应用电路如图3-2所示。1.1.2 气体传感器TGS-202火灾中气体烟雾主要是CO和CO，TGS202气体传感器能探测CO，CO，甲烷，煤气等多种气
13、体，它灵敏度高，稳定性好，适合于火灾中气体的探测。如上图所示，当TGS202探测到CO或CO时，传感器的内阻变小，V迅速上升。选择适当的电阻阻值，使得当气体浓度达到一定程度（如CO浓度达到0.06）时，V端获得适当的电压（设为3V）。电路图如图3-3所示。1.1.3 数码管驱动芯片ICM7218ICM7218 是INTERSIL公司生产的一种性能价格比较高的通用8 位LED 数码管驱动电路, 28 脚双列封装,是一种多功能LED 数码管驱动芯片,可与多种单片机接口使用。ICM7218 的输出可直接驱动LED显示器,不需外接驱动电路,工作电压为+5V,其构成的显示电路结构简单,使用方便。同样由单
14、片机向ICM7218写控制字及数据，编程部分像给外部RAM写数据一样简单8。当单片机写入模式控制字后，ICM7218以约定的方式接收显示数据并将数据写入静态显示RAM中。数据接收结束，ICM7218在扫描控制电路的控制下，按设定的译码模式，以动态扫描显示方式向段显示驱动器和位控驱动器发出控制信号，直到下一个控制字写入前，不停地进行动态显示工作。其引脚图和内部框图如图3-4所示。1.2 单片机外围接口电路AT89S52单片机外围接口电路如图3-5所示，主要包括。1.晶振电路：内部时钟电路的晶振频率一般选择在4MHZ12MHZ之间（该设计选用6MHZ），外接两个谐振电容。该电容的典型值为30pF,
15、该设计选用33pF。2.复位电路：单片机复位采用按键高电平复位，而单片机在平时则复位端为低电平0。3.直流电源。1.3 信号处理电路对于传感器输出的模拟信号，一般要用运算放大器对其进行调理或放大，以满足AD转换器对输入模拟量幅值及极性的要求。在本报警器电路中，同样要对两类传感器的输出信号进行放大调理。电路图如上图3-6所示，运算放大器接成电压放大电路。从传感器采集过来的微弱电压信号，经过电压放大器的放大，得到较强的模拟电压信号。采样时，把相应的模拟电压信号从Vi端送进LM324A进行放大处理后，从Vo端输出送入AD转换电路9。1.4 AD转换模块经气敏传感器所检测的电压信号为模拟信号，无法直接
16、被单片机所识别，所以在经过放大电路后对信号进行AD装换，将模拟信号转化为数字信号输入单片机10。AD转换电路采用了常用的8位8通道数模转换常用芯片ADC0809，烟雾、温度传感器的输出端分别接到ADC0809的IN0和IN1。 ADC0809的通道选择地址由AT89S52的P0.0P0.2经地址锁存器74LS373输出提供。当P2.7=0时，与写信号WR共同选通ADC0809。其中ALE信号与ST信号连在一起，在WR信号的前沿写入地址信号，在其后沿启动转换。图中ADC0809转换结束状态信号EOC接到AT89S52的INT1引脚，当AD转换完成后，EOC变为高电平，表示转换结束，产生中断。在中
17、断服务程序中，将转换好的数据送到指定的存储单元。由于ADC0809片内无时钟，故利用8051提供的地址锁存使能信号ALE经D触发器二分频后获得时钟。因为ALE信号的频率是单片机时钟频率的16，如果时钟频率为6MHZ，则ALE信号的频率为1MHZ，经二分频后为500KHZ，与ADC0809的典型值吻合。电路图如图3-7所示。图3-7 AD转换电路1.5 声音报警电路由AT89S52的21脚实现声音报警控制。当可燃性气体浓度或温度超过限定值时，将P2.0置为低电平，三极管导通，扬声器发出鸣叫报警。其电路原理图如图3-8所示。图3-8 声音报警电路图1.6 数码管显示电路 数据采集进来并被成功地由模
18、拟量转化为数字量后，就被传送到系统的显示模块，让人们更直接地观察到相关数据。在本系统中，对LED进行的是动态扫描，除了给显示器提供段的输入之外，还要对显示器进行位控制。显示器的第一位显示所选择的通道号，而后三位则显示该通道传送进来的相应的数字量11。 本系统显示用的4位七段数码管由数码管专用驱动芯片ICM7218A驱动，27、3、1、25、2、24、26脚分别接数码管的a、b、c、d、e、f、g，15、16、23、20脚为位选，分别控制4位数码管的亮灭，ID07为数据线，接单片机P0口，WRITE、MODE是写控制位和模式控制位，分别接单片机P3.6、P2.6。其电路图如图3-9所示。1.7
19、状态指示灯及控制键电路注意：除第一章绪论外，其他每一章都应该有一个本章小结图3-11 控制按键连接示意图状态指示灯及控制键电路如图3-10、3-11所示，单片机AT89S52的P2.2、P2.3、 P2.4控制输出的状态指示灯。绿灯亮表示正常状态，环境中没有火灾危险。黄灯亮表示传感器加热丝发生断线或者接触不良。红灯亮表示环境中烟雾浓度、温度超过报警限值，提醒用户尽快采取相应措施12。控制键电路采用独立式按键设计。4个按键分别接到片。P1.0、P1.1、 P1.2和RST，对于这种键各程序可以采用中断查询的方法，功能就是：检测是否有键闭合，如有键闭合，则去除键抖动，判断键号并转入相应的键处理。4
20、个键定义如下：P2.1：S1功能转换键，按此键则开始键盘控制。P2.5：S2加，按此键则温度设定值加一度或烟雾浓度增加0.01。P2.6：S3减，按此键则温度设定减少一度或烟雾浓度减少0.01。RST：S4复位键，使系统复位。1.8 报警器故障自诊断判断传感器电源连接情况。在传感器的地端串联一个电阻R，当传感器正常连接时，电阻和传感器分压，此时电阻两端有微弱的电压，单片机可以通过P2.1口检测到：如果如果传感器电源连接不正常，则会产生断路，检测到电阻两端电压为013。1.9 本章小结本章主要从功能、经济、实用和安全等角度去考虑火灾系统的的硬件选择，并根据我们所要求火灾系统所应当具备的功能，进行
21、外围电路的设计和模块的选择。最后出于对系统稳定性的考虑，我们为其加上了自检单元，使之更为完善。第2章 系统软件设计2.1 主程序流程图主程序流程图如图4-1所示：图4-1 主程序流程图首先要给传感器预热三分钟，因为传感器需要预热一段时间才能正常采集烟雾和温度信息。预热同时，对传感器加热丝故障检测，采用软件方式检测传感器加热丝或电缆线是否断线或者接触不良。程序初始化结束后，系统进入监控状态。AT89S52单片机对传感器检测到的烟雾浓度和温度信号进行AD转换、平均值法滤波、线性化处理后，将检测值与报警限设定值相比较，判断是否报警。同时送入显示器显示通道及相应的数字量。主程序还包括状态指示灯及按键功
22、能，中断子程序等，使报警器功能更加完善，给用户带来便利14。2.2 主程序初始化流程图主程序初始化流程图如图4-2所示。这部分实现的功能包括各种IO输入输出状态的设定、寄存器初始化、中断使能等。首先设定定时器工作方式，然后开系统中断，以便响应中断定时，及时对气体浓度和温度进行采样。然后关闭蜂鸣器，开启绿灯，设置报警限初值15。图4-2 主程序初始化流程图2.3 滤波子程序在对气体浓度采样时，可能会遇到尖脉冲干扰的现象。干扰通常只影响个别采样点的数据，此数据与其他采样点的数据相差比较大。如果采用一般的平均值法，则干扰将“平均”到计算结果上去，故平均值法不易消除由于脉冲干扰而引起的烟雾浓度采样值的
23、偏差。 为此，可采取去极值平均滤波法，先对N个采样数据进行比较，去掉其中的最大值和最小值，然后计算余下的N2个数据的算术平均值。这种方法既可滤去脉冲干扰又可滤去小的随机 干扰。保证报警器检测烟雾浓度的准确性，减小误报、错报的可能。图4-4 滤波子程序流程图2.4 线性化子程序本论文报警器使用的TGS-202型传感器的电阻是随着可燃气体浓度值的升高而降低的，因此输入单片机的电压也是随之降低的。电压值与气体浓度之间是非线性的关系，为了实时显示烟雾浓度需要对其进行线性化处理。在误差许可范围内，根据标定曲线形状，以及单片机处理能力，把曲线分成若干小段，对每小段分别线性化根据分段线性插值法求输入单片机的
24、某一电压值对应的烟雾浓度的 公式如下：式中，N为所分区间个数，f(x)为实际烟雾检测浓度，x为实际气体检测浓度对应的电压值，xi是区间的下限浓度对应电压值，xi+1是区间的上限浓度对应电压值，f(xi)为区间下限烟雾浓度值，f(xi+1)为区间上限烟雾浓度值。分段插值法线性化程序流程图如图4-5所示：2.5 报警子程序当烟雾浓度或温度值超过报警限设定值时，蜂鸣器发声，对应通道的红灯闪亮，以提示操作人员采取安全对策或自动控制相关安全装置，从而保障生产安全，避免火灾和爆炸事故的发生。为防止误报，在程序设计上，对烟雾浓度和温度进行快速重复检测和延时报警，以区别出时管道中烟雾的泄露，还是由于暂时打开阀
25、门产生的可燃烟雾的微量散失，防止误报。报警子程序流程图如图4-6所示。注意：除第一章绪论外，其他每一章都应该有一个本章小结2.6 键盘处理子程序按键处理子程序流程图如图4-7所示。 图4-7 键盘处理子程序流程图2.7 本章小结本章在硬件调试完毕的基础上，对系统运行的软件部分进行了系统化的设计，并用流程图的形式表达出来，既能使软件整个运行过程变得更加形象具体，又能加深我们对火灾系统运行过程的理解、操作和分析，便于我们发现系统的缺陷。结论火灾报警器可保障生产与生活的安全，避免火灾和爆炸事故以及煤气中毒的发生，它是防火、防爆和安全生产所必备的仪器，具有广阔的市场空间与发展前景。本论文是在对烟雾、温
26、度传感器和报警技术进行深入研究的基础上，全面比较国内外同类产品的技术特点，合理地确定系统的设计方案，并对仪器的整体设计和各个组成部分进行了详细的分析和设计。本次毕业设计经过努力，整个系统实现了预期的目标。本系统通过设计一个以AT89S52单片机为核心的火灾报警器可以实现声光报警、故障自诊断、浓度显示、报警限设置、延时报警等功能。是一种结构简单、性能稳定、使用方便、价格低廉、智能化的火灾报警器，具有一定的实用价值。本报警器电路结构简单、可维护性好。由于实现了对普通环境中烟雾浓度和温度的实时监控，因此具有非常普遍的意义，能广泛应用于居民家庭、企事业单位等多方面的安全防范。但是也存在不少的不足。由于电源的波动，传感器的电气特性等问题，使得AD转换结果有时波动很大，这样就可能出现误报警。由于时间的关系，系统中本应具有的串行通信的功能没有实现，而只是实现了烟雾浓度、温度显示及按键控制。由于上述缺点的存在,此系统不是很完善，还有待进一步改进。通过这次设计，更加深入的理解和掌握了这方面的知识，对本专业的认识也更加深入，使自己对本专业更加的热爱，对本科阶段四年的学习做了进一步的总结，更加明确了自己学习的目标和方向。在设计过程中，自己也学到了许多新的知识，有很多感悟和体验心得。而且，对工程设计的流程和步骤有了清晰的认识，为自己日后的学习和研究打下了坚实的基础。
