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报告(这是我的报告,基本就这样,先给你,我还要再改改) 作者： 日期：2 个人收集整理 勿做商业用途光电系统课程设计报告智能火灾报警系统指导教师：武树斌班级：光信0902设计者姓名：彭泽华设计者学号：u200914002同组者姓名：高朋u200914009 李旭辉u200914000设计者联系电话：[phone]目录摘要1。 绪论以及设计任务与要求 1.1 智能火灾报警系统 1.2 火灾探测器 1。2.1火灾报警器简要说明 1.2。2 火灾探测器的发展趋势 1。2.3 火灾探测器的现状及特点 1.3 设计任务与要求2。 总体设计及方案论证 2。1 探测模块2。2 放大滤波电路模块2。3 AD转换电路2。4单片机处理模块2。5报警模块2。6稳压模块2。7方案论证2.8总原理图3。 单片机AT89C51原理3.1引脚图及功能 3。2工作特性4软件设计 4.1 设计思想 4.1。1 主程序 4.1.2 信号分析及调节 42 流程图 4。2。1 主程序流程图 4。2。2 采样程序流程图 4.2.3 滤波程序流程图 4。2.4 PID算法流程图 4。2.5 电机流程图第七章 结 束 语致 谢 56参考文献 57附表B 59主程序： 59中断子程序： 62显示子程序： 63键盘子程序: 64 PID子程序： 66摘要:火灾自动报警系统属于楼宇自动化范畴,是当前楼宇自动化的一个主要构成系统。其设置目的是为了防止和减少火灾危害，保护人身和财产安全。火灾报警技术是预防火灾的一项基础工作，应用范围广泛。报警早,损失少，不仅对发生火灾的单位和个人具有重要作用,而且对公安消防监督机构及时扑灭火灾、减少人员伤亡和财产损失同样具有十分重要的现实意义。火灾自动报警系统由探测器（火光、烟雾、温度）、放大电路、模数转换、51单片机处理模块、火灾警报装置及具有其他辅助功能的装置组成。随着电子技术和计算机技术的迅速发展，火灾自动报警系统的结构、形式越来越灵活多样，很难精确划分为几种固定的模式。火灾自动报警技术趋向于智能化系统，这种系统可组合成任何形式的火灾自动报警网络形式,既可以是区域报警系统，又可以是集中报警系统或控制中心报警系统形式。所谓智能火灾自动报警系统，应当是：使用探测器件将火灾发生期间所产生的烟、温、光等信号以模拟量形式,连同外界相关的环境参数一起传送给报警器，报警器再根据获取的数据及内部存储的大量数据,利用火灾模型判据来判断火灾是否存在,这样的系统称为智能火灾自动报警系统。由于该系统为解决火灾报警系统存在的两个难题（误报、漏报）提供了新的方法和手段，并在处理火灾真伪方面表现出明显的有效性和创新性，这是火灾自动报警系统在技术上的飞跃。从传统型走向智能型,是国内外火灾自动报警系统技术发展的必然趋势。采用火光探测,烟雾探测和温度探测，将火灾信息转换为电信号，经过放大电路放大后，由AD转换为数字信号，以51单片机为核心的处理信息单元经过对信号的识别判断，将火灾程度经报警灯的闪烁频率和报警铃声的响应频率表现出来。本文为互联网收集，请勿用作商业用途文档为个人收集整理，来源于网络关键字：智能火灾报警器 火光 烟雾 温度 放大电路 AD转换 51单片机 闪烁频率 响应频率系统模块流程图如下:1.绪论以及设计任务与要求1。1 智能火灾报警系统使用探测器件将火灾发生期间所产生的烟、温、光等信号以模拟量形式,连同外界相关的环境参数一起传送给报警器,报警器再根据获取的数据及内部存储的大量数据,利用火灾模型判据来判断火灾是否存在，这样的系统称为智能火灾自动报警系统。1.2火灾报警器1。2。1 火灾报警器简要说明随着现代家庭用火、用电量的增加，家庭火灾发生的频率越来越高。家庭火灾一旦发生，很容易出现扑救不及时、灭火器材缺乏及在场人惊慌失措、逃生迟缓等不利因素，最终导致重大生命财产损失。探讨家庭火灾的特点及防火对策，对于预防家庭火灾，减少火灾损失具有现实意义1.2。2 火灾报警器的发展趋势二十多年前，中国的消防报警产品刚刚起步，无论产品技术含量、产品系列完整性、使用性,还是社会影响程度都是相当低的。国外的产品和品牌一统天下,占领中国的大部分市场.由于中国的建设正在飞速发展，市场大的惊人，难道这由中国发展带来的成果只能由外国企业来瓜分？可幸的是中国企业抓住了机遇，顶住了压力，接受了挑战，先是一批国家的科研院所,后是一批国营企业、民营企业,业内也吸引和凝聚一大批国内的技术和管理精英，花了十多年时间，通过几次产品的更新换代,就是自己的产品紧紧跟上了国际水平,并且夺回了大部分国内市场，使得现在大部分国外产品只有招架之功.对目前而言，我们基本占据的是国内市场,对外还刚启动。中国企业正虎视眈眈，准备进军海外市场。 1.2.3 火灾报警器的现状及特点消防报警产品是一个系列，包括火灾探测设备、信息传输设备、报警分析控制器、消防控制联动,是物理传感技术、自动控制、计算机技术、数据传输和管理、智能楼宇等技术的综合集成，属于高新技术。依托中国多年的基本建设的发展,这个行业也得到发展，具备了和国外知名企业抗衡的能力.在目前中国许多冠名以高新技术的行业中，中国企业大多做的是下游的制造和服务,分取极少一部分的利润，像消防报警产品那样既拥有自主知识产权又拥有大量市场的行业其实是很少的。在消防报警产品的技术含量上，国内产品和国外产品差距不是很大，许多指标已经超越，存在的问题是：类似于国外消防报警产品的大批量规模化的生产才刚起步，有待于积累经验和技术；也因此在产品一致性和长期稳定性上有一定差距；国内正在形成权重的大型企业和集团，这样可以带领国内的各家企业去冲击海外市场，并最终占领海外的消防报警市场。 1。3设计任务与要求设计一基于单片机的智能火灾检测装置，主要技术指标如下。1. 采用51系列单片机2. 当房间产生烟雾时发出报警信号3. 当环境温度超过设定值时发出报警信号。4. 报警方式为声光报警5. 外接直流供电2. 总体设计及方案论证 大体设计思想：通过对火光、烟雾和温度参数异常的检测,将模拟信号转换为数字信号，经信息处理单元处理来实现对火灾的报警与预防,表现在警灯警铃的响应上。本设计涉及五个模块,通过这五个模块实现所需功能.简要论述设计思路及器件选择如下2.1 探测模块:2.1.1火光的探测：采用硅光电二极管作为火光探测器.B1010B紫蓝光电池是专为各种光学仪器，如分光光度计、比色计、白度计、照度计、亮度计、色度计、光功率计、火焰检测器、彩色放大机等而设计的半导体光接受器。光谱范围为4001100nm，其峰值波长为880900nm，红外光波长相匹配,可获得较高的传输效率.TLL端与单片机P0。1端相连接.考虑到火灾发生的场景，没有设计放大电路和AD转换电路，直接对输出的电信号进行判断，启动报警模块。B1010B技术参数：光敏面积（mm2）：100光敏面直径（mm）：1010峰值(nm）：780响应度（A/W）:1780nm暗电流（nA）:0。120开路电压（mv）：330短路电流(uA）:50封装：陶瓷 模块电路如下：2.1.2温度的探测:温度采集器采用TMP36 温度传感器,其采集区间为40+125,符合要求通过查询硬件手册得知该传感器的具体参数如下：表1 TMP36 温度传感器具体参数初始电压输出电压/温度25时输出电压线性工作区间TMP360.5V10mV/750mV-40+125设置报警阈值：75，该温度下,输出电压为1。25v，AD转换范围为05v，故需设计放大电路,放大倍率为4。对于要求的0100温度采集器TMP36 的输出电平为500mV1500mV，可以使用电压表对电压值进行观察记录，利用集成运算放大器输入阻抗高和输出阻抗低的特点，使测量端与输出端隔离，保证输出的稳定性。对于运算放大器的选择我选用了LM324 系列运算放大器，其是一种价格便宜的带有真差动输入的四运算放大器。与单电源应用场合的标准运算放大器相比，它们有一些显著优点.该四放大器可以工作在低到3.0 伏或者高到32 伏的电源下,静态电流为MC1741 的静态电流的五分之一。共模输入范围包括负电源，因而消除了在许多应用场合中采用外部偏置元件的重要性。根据运算放大器的相关特性构成加减法电路,其运算公式如下：令为电压信号输出(01000mV),为TMP36 的电压输入（5001500mV),为了使显示更加直观将输入端减去500mV 作为输出，为比较电压输入(5V），完成500mV 的产生。由于在应用中,没有负电压产生,所以集成运算放大器不需要负电压输入,将其负电压引脚接地。用相关参数解方程，最终得；。电路图如图6：图6电压加减器电路加入温度传感器后形成图如图7图7加入温度传感器的电路图选用TMP36进行温度探测，探测器灵敏度：10mv/ 25时为0。75v，设置报警阈值：75该温度下，输出电压为1。25v，AD转换范围为05v，故需设计放大电路，放大倍率为4.2.1.3,烟雾的探测：MQ2探测器的特点:广泛的探测范围；高灵敏度/快速相应恢复；优异的稳定性/寿命长；简单的驱动电路。应用：可用于家庭和工厂的气体泄漏检测装置，适宜于液化气、丁烷、丙烷、甲烷,酒精、氢气、烟雾等的检测。选用MQ-2探测烟雾浓度.探测器灵敏度 其中m为器件相对于烟雾浓度变化的灵敏度,又称烟雾的分离能，对于烟雾.m值为1/21/3,C为烟雾的浓度,n为常数，与检测烟雾，器件材料有关,并随着测试温度和材料中有无增感剂而不同.该器件需要预热，预热温度为200300，预热电压为5v，预热时间为15min。以甲烷为例，其灵敏度：，本实验条件下设置RO=20k，当甲烷的浓度为0.1时RS=2k，电流变化为0.25mA到2。5mA，经过1k的电阻,其两端的电压变化范围为0。25mV到2。5mV， AD转换范围为05v，故需设计放大电路，放大倍率为2000.22 放大电路模块，前置放大设计重点为抑噪,2.2。1温度传感器的放大电路：采用LM324作为放大芯片，设计正向放大电路,R1为1k，R2为4k，2.2。2烟雾探测器的放大电路：采用LM324作为放大芯片，设计正向放大电路，R1为100，R2为200k，2。3 AD转换电路：采用AD08作为转换芯片，转换范围为05v,间隔为5/255=0。02v,转换速率由单片机控制为8kbit/s，时钟的引脚输入端与单片机P0。7相连,作为时钟信号的触发端.2。4单片机处理模块：AT89C51是一种带4K字节FLASH存储器（FPEROMFlash Programmable and Erasable Read Only Memory)的低电压、高性能CMOS 8位微处理器，俗称单片机。AT89C2051是一种带2K字节闪存可编程可擦除只读存储器的单片机。单片机的可擦除只读存储器可以反复擦除1000次。该器件采用ATMEL高密度非易失存储器制造技术制造，与工业标准的MCS-51指令集和输出管脚相兼容。由于将多功能8位CPU和闪烁存储器组合在单个芯片中,ATMEL的AT89C51是一种高效微控制器，AT89C2051是它的一种精简版本.AT89C51单片机为很多嵌入式控制系统提供了一种灵活性高且价廉的方案。外形及引脚排列如图所示 本文为互联网收集，请勿用作商业用途个人收集整理，勿做商业用途AT89C51外形及引脚排列主要特性：与MCS-51 兼容 4K字节可编程FLASH存储器 寿命：1000写/擦循环 数据保留时间：10年 全静态工作：0Hz24MHz 三级程序存储器锁定 1288位内部RAM 32可编程I/O线 两个16位定时器/计数器 5个中断源 可编程串行通道 低功耗的闲置和掉电模式 片内振荡器和时钟电路3.4.1,时钟信号的产生模块，单片机的时钟信号由外部晶振提供，为11.0592MHz.同时在P0。7产生8kbit/s的时钟信号，驱动ADC08进行模数转换。3.4。2，信号处理分析模块，当接受到的温度值或烟雾浓度值超过预定的阈值,或接受到火光信号，产生报警信号，驱动报警铃声和报警灯.并根据已报警探测器的数目，确定对应的火灾发生的可能程度,产生不同的报警频率 报警模式： 探测警灯，警铃响应红外探测异常低频 1hz红外，温度探测异常中频 2hz红外，温度，烟雾探测异常高频 5hz模块电路如下：2。5报警模块:根据输出不同频率的电压来驱动铃和LED，产生报警信号，经过由于蜂鸣器的驱动电流过大,单片机直接输出后需要经过电流的放大来驱动蜂鸣器,故需要设计蜂鸣器驱动电路。采用NPN型三极管来实现这一模块电路如图：2。6稳压模块实验提供直流电源驱动故要设计稳压电路以实现芯片驱动电压的稳定性，采用7805稳压芯片来实现这一功能。模块电路如下图：2。7方案论证: 方案的中心是利用51单片机来实现传感器的信息的识别，处理和产生报警信号驱动报警器。该思路理念成熟,且有较多的实践作品，具有一定的可行性.文献见附录。 程序经过仿真，模拟,运行正常，符合预期值2。8总原理图见附录3。 单片机AT89C51原理3.1引脚图及功能 3.2 工作特性AT89C51单片机的主要工作特性:内含4KB的FLASH存储器，擦写次数1000次;内含28字节的RAM;具有32根可编程I/O线;具有2个16位可编程定时器；具有6个中断源、5个中断矢量、2级优先权的中断结构；具有1个全双工的可编程串行通信接口;具有一个数据指针DPTR;两种低功耗工作模式，即空闲模式和掉电模式；具有可编程的3级程序锁定定位；AT89C51的工作电源电压为5（10.2）V且典型值为5V，最高工作频率为24MHz。AT89C51各部分的组成及功能：外部中断TXDRXDP0 P1 P2 P3扩展控制振荡器和时钟电路数据存储器128字节程序存储器14KBCPU两个16位定时器计数器中断控制总线扩展控制器并行可编程I/O口可编程串行口内部总线1. 中央处理器1。单片机的中央处理器（CPU)是单片机的核心，完成运算和操作控制,主要包括运算器和控制器两部分。地址寄存器片内ROMPSENALEEARSTXTAL1XTAL2振荡器 定时及控制逻辑指令译码器指令寄存器程序计数器 PCPC增量器暂存器1B寄存器ACCC暂存器2PSW ALU（1） 运算器 运算器主要用来实现算术、逻辑运算和位操作。其中包括算术和逻辑运算单元ALU、累加器ACC、B寄存器、程序状态字PSW和两个暂存器等。ALU是运算电路的核心，实质上是一个全加器，完成基本的算术和逻辑运算.算术运算包括加、减、乘、除、增量、减量、BCD码运算；逻辑运算包括“与”、“或”、“异或”、左移位、右移位和半字节交换，以及位操作中的位置位、位复位等。暂存器1和暂存器2是ALU的两个输入,用于暂存参与运算的数据。ALU的输出也是两个：一个是累加器，数据经运算后,其结果又通过内部总线返回到累加器；另一个是程序状态字PSW，用于存储运算和操作结果的状态。累加器是CPU使用最频繁的一个寄存器。ACC既是ALU处理数据的来源，又是ALU运算结果的存放单元。单片机与片外RAM或I/O扩展口进行数据交换必须通过ACC来进行.B寄存器在乘法和除法指令中作为ALU的输入之一，另一个输入来自ACC.运算结果存于AB寄存器中。（2） 控制器控制器是识别指令并根据指令性质协调计算机内各组成单元进行工作的部件，主要包括程序计数器PC、PC增量器、指令寄存器、指令译码器、定时及控制逻辑电路等，其功能是控制指令的读入、译码和执行，并对指令执行过程进行定时和逻辑控制.AT89C51单片机中，PC是一个16位的计数器，可对64KB程序存储器进行寻址。复位时PC的内容是0000H.(3)存储器单片机内部的存储器分为程序存储器和数据存储器。AT89C51单片机的程序存储器采用4KB的快速擦写存储器Flash Memory,编程和擦除完全是电器实现。（4）外围接口电路 AT89C51单片机的外围接口电路主要包括：4个可编程并行I/O口,1个可编程串行口，2个16位的可编程定时器以及中断系统等。AT89C51的工作原理:1. 引脚排列及功能AT89C51的封装形式有PDIP,TQFP，PLCC等,现以PDIP为例。 (1）I/O口线 P0口 8位、漏极开路的双向I/O口。当使用片外存储器及外扩I/O口时,P0口作为低字节地址/数据复用线。在编程时，P0口可用于接收指令代码字节；程序校验时,可输出指令字节。P0口也可做通用I/O口使用，但需加上拉电阻。作为普通输入时，应输出锁存器配置1。P0口可驱动8个TTL负载。P1口 8位、准双向I/O口,具有内部上拉电阻。 P1口是为用户准备的I/O双向口。在编程和校验时，可用作输入低8位地址。用作输入时，应先将输出锁存器置1。P1口可驱动4个TTL负载.P2 8位、准双向I/O口，具有内部上拉电阻。 当使用外存储器或外扩I/O口时，P2口输出高8位地址。在编程和校验时，P2口接收高字节地址和某些控制信号。P3 8位、准双向I/O口，具有内部上拉电阻。 P3口可作为普通I/O口。用作输入时，应先将输出锁存器置1。在编程/校验时，P3口接收某些控制信号.它可驱动4个TTL负载.（2）控制信号线 RST 复位输入信号,高电平有效。在振荡器稳定工作时，在RST脚施加两个机器周期以上的高电平,将器件复位。 EA/VPP 外部程序存储器访问允许信号EA。当EA信号接地时，对ROM的读操作限定在外部程序存储器，地址为0000HFFFFH；当EA接VCC时，对ROM的读操作从内部程序存储器开始，并可延续至外部程序存储器。在编程时，该引脚可接编程电压5V或12V.在编程校验时，该引脚可接VCC。 PSEN 片外程序存储器读选通信号PSEN,低电平有效.在片外程序存储器取指期间，当PSEN有效时，程序存储器的内容被送至P0口；在访问外部RAM时,PSEN 无效。 ALE/PROG 低字节锁存信号ALE。在系统扩展时,ALE的下降沿将P0口输出的低8位地址锁存在外接的地址锁存器中，以实现低字节地址和数据的分时传送。此外，ALE端连续输出正脉冲，频率为晶振频率的1/6，可做外部定时脉冲使用。 （3）外部晶振引线 XTAL1 片内振荡器反向放大器和时钟发生线路的输入端。使用片内振荡器时,连接外部石英晶体和微调电容。XTAL2 片内振荡器反相放大器的输出端。当使用片内振荡器时，外接石英晶体和微调电容。2. 存储器组织和特殊功能寄存器AT89C51的存储器将程序存储器和数据存储器分开，并有各自的存储空间和访问指令。它有4个存储空间：片内存储器、片外存储器、片内数据存储器及片外存储器。振荡器3. 时钟电路和工作时序（1） 振荡器电路原理RfXTAL1PD&63 Q2 Q （2)振荡电路的接法外部振荡器信号NCXTAL2XTAL1GNDC1C2XTAL2XTAL1CND4软件设计主要设计思路：定时器t1循环,设置循环时间，分别检测P_0,P1,P2的数值P_0为火光探测.P1为烟雾探测，P2为温度探测，由于烟雾,温度探测需要设置临界报警温度，故循环检测时如果出现P_0为高电平,P1临界温度数值，P2临界烟雾浓度数值，具体可以设置危险程度在中断程序中进行设置报警程序：蜂鸣器 亮灯定时器2循环 设置蜂鸣器的频率 灯闪的频率主函数（main）：初始化程序，启动定时器1,设置定时的时间 定时器1的中断程序：检测探测器 返回危险程度 启动定时器2 定时器2的中断程序: 蜂鸣器 灯闪子程序：蜂鸣器 灯闪中断程序：1,2 参考文献：1Altium Designer电子设计应用教程高歌 刘远贵 马聪等 清华大学出版社，2011。62基于单片机智能楼宇火灾报警系统的设计 安彦雄 广东汕头市高级技工学校3基于单片机火灾报警器的设计 陈文龙 重庆文理学院4只能火灾自动报警系统的设计与实现 符青松 武汉理工大学,20095电子工艺实习指导书 华中科技大学工程实训中心