火灾报警系统方案设计毕业设计论文.pdf

摘要本设计是基于单片机的火灾报警系统，解决目前火灾报警系统 现所存在的问题。本设计运用单片机模块、烟雾传感器模块、温度 传感器模块、声音报警、手动报警按键以及状态显示灯等硬件组成 的火灾报警系统。可以实现单片机、声音报警、状态显示灯启动、烟雾浓度与温度限制、手动报警按键及等功能。最后，采用模块化 设计思维，根据单片机功能方面进行方案详细设计，同时还详细介 绍了不同模块软件流程，包括系统环境开发介绍、系统主程序图、软件初始化流程图。最后实践证明整个系统硬件功能与软件功能正 常运行，数据传输非常好，报警功能正常运行。关键词：火灾报警；AT89S52单片机；传感器目录1需求分析.22火灾自动报警系统设计原理和技术.22.1系统总体功能概述.22.2火灾报警系统的类型.32.3探测器的原理.43报警系统设计硬件方案.63.1系统硬件设计.64报警系统软件设计方案.114.1软件开发工具.114.2系统主流程图.114.3主程序初始化流程图.134.4键盘处理子程序.134.5报警子程序设计与流程.145火灾报警系统测试.145.1测试准备.145.2测试过程.155.3测试结果.15总结.16致谢.18参考文献.1921需求分析火灾报警系统产业形成是在八十年代中期，由于科学技术和经济 发展进步，新的建筑物日见增多，并且大众对预防和消除火情十分重 视，这样就产生了需求。经过一段时间的混乱后，由于国家主管部门 的适时介入，有力地整合、规范了市场，使本产业在有规可循、有法 可依的基础上健康成长。火灾报警系统又称消防报警系统，火灾自动报警系统。由于单片 机技术应运而生,其规避了传统有线火灾报警系统安装复杂、成本高、故障高、维护难等不足，能够准确报告火灾发生场所位置，将有助于 人员与消防队员进行现场扑救，尽快控制火情，逐渐成为火灾报警系 统发展主流，其在火灾报警系统中的设计亦成为当下主要关注的重大 问题。32火灾自动报警系统设计原理和技术2.1系绿体功能概述系绿体功能概述报警系统主要系统采用烟雾传感器、温度传感器、AT89S52单片 机、串口通信、声音报警以及状态显示灯模块组成火灾报警系统。图 2-1为火灾报警系统结构图。图2-1系统原理及组成框图单片机是整个系统的主要芯片。它是根据环境的烟雾浓度和温度 进行探测的，把探测到的信号通过声光形式显示出来。整个设计由部 分组成：烟雾传感器、温度传感器、AT89S52单片机、串口通信、声 音报警以及状态显示灯模块。其中，烟雾传感器和温度传感器是将火 灾温度、烟雾等非电信号转化为电信号。手动按键控制由单片机和报 警电路组成，由单片机控制实现不同的声光报警。本火灾自动报警系统具有以下功能：(1)声光报警显示功能。4(2)手动报警和取消报警的功能。(3)自诊断故障报警功能。(4)探测器指定监控功能。2.2火灾报警系统的类型火灾报警系统的类型根据火灾发生的现象，火灾报警系统使用的探测器种类不同。火 灾报警系统分为：(1)感烟火灾报警系统烟雾是证明火灾初阶段的重要特征之一。初阶段火灾，由于温度 非常低，很多物质处于隐燃阶段，会产生大量的烟雾。感烟火灾报警 系统对空气中的烟雾粒子进行探测,然后根据烟雾浓度把非电信号转 化为电信号引发报警。感烟火灾报警主要有离子感烟、光电感烟和激 光感烟等。(2)感光火灾报警系统物质燃烧会产生烟雾和热量，同时还会产生一些可见、不可见 的光辐射。感光火灾报警系统就是通过火灾产生的火焰光强度、闪 烁频率和光的特性来启动系统报警的。根据感光的敏感波长，波长 较短的叫紫外线报警系统，波长较长的叫红外线报警系统3)感温火灾报警系统由于物质燃烧会产生大量的热量，使周围温度发生变化。感温 火灾报警系统就是通过对周围温度进行判断，把温度变化转化为电 信号来达到报警的目的。根据不同环境因素，不同的探测器测出的 5温度也不同，感温火灾报警系统分为定温、温差等几种不同火灾报 警系统(4)复合火灾报警系统考虑到各种因素，如果报警系统对温度、烟雾和光辐射中以上 都能做出响应、那么这种火灾报警系统叫复合火灾报警系统。目前 使用的复合火灾报警系统有感光、感温、感烟等。2.3探测器的原理探测器的原理火灾探测器是火灾报警系统重要组成部分，其作用是对现场就 行监测预防火灾发生。一旦发生火灾，探测器会就将火灾发生的烟 雾、温度、气体、和强光辐射等非物理电信号转化成电信号，并及 时向火灾报警系统发送。(1)感烟探测器电离烟雾检测器在电离室内部和外部具有辐射源241,并通过 电离产生的正离子和负离子在电场的作用下传化为正电极和负电 极。在正常条件下，内外部电离室的电流、电压处于稳定状态。一 旦烟雾进入电离室，会干扰带电粒子的正常运动，使电流和电压发 生变化。传感器探测到内外电离室之间失去平衡时，就会发送数据信 号给控制机。光电感烟探测器是根据烟雾对光影响强度探测的一种装置。无 烟状态下，当普通光源射到光电接收器上，则电路正常，不会引起 报警。如果烟雾被阻挡，接收器接到的光减弱，接收器将光强度的 变化转化为电变化，并通过放大电路预警。6C2)感温探测器温度检测器是根据物质热胀冷缩物理特性实现。正常情况下，探 测器的电路是断开状态。当物质膨胀发热时，温度探测器探测根据温 度变化发出信号。(3)感光探测器。红外辐射探测器是根据化学反应发出的荧光红外辐射使铅硫化物 红外光敏元件被诱导并转换成放大电信号，提醒警报。紫外线辐射探测器根据有机化合物燃烧，使火中的紫外光使紫外 光敏元件的电极激发离子，然后电路报警系统。73报警系统设计硬件方案3.1系统硬件设计系统硬件设计3.1.1单片机选型单片机选型单片机是火灾报警系统设计不可缺少核心器件。发生火灾时单片 机一方面要接收传感器传输来的温度、烟雾采集信号，另一方面还要 对两种信号进行处理，控制后续电路进行的任务，并检测处理手动按 键请求。整个工作流程都由单片机来完成，它的采集信号和比较浓度 值实现方式过程比较复杂，需要非常快的运算速度，才能准确检测到 烟雾浓度并进行相应的处理。考虑火灾报警系统各方面因素等选择了 价格兼低、实用性好的器件。AT89S52单片机是ATMEL公司制造的低功耗、高性能内微控制 器，含有4K只读存储的可多次擦写1000次的Flash存储器。兼容标 准MCS-51指令系统和80C51引脚结构。芯片中内含通用的8位CPU 和存储单元，性能强大的AT89S52核心芯片为许多嵌入式控制应用 系统解决了大麻烦。815I4_311916INTU T,T.Ea/vp22RESET RD WRRXD TXl ALE/P PSEN图3-1单片机管脚图3.1.2声音报警电路声音报警电路采用AT89S52单片机21脚作为声音报警的控制器。当发生火灾 时，气体浓度跟温度达到一定限定值，把P2.0置变为低电平，然后 三极管导通，扬声器就会发生蜂鸣报警，其电路原理图为如图。93.1.3状态显示灯电路状态显示灯电路状态显示灯电路如图 所示，单片机AT89S52的22、23、24脚 控制状态指示灯。绿灯亮说明没有火灾发生现象。黄灯亮说明传感 器发生故障或接触线没有连接好。红灯亮说明烟雾浓度、温度超过 传感器火灾数据报警限值，提醒用户及时处理火灾，采取合适的措 施。图3-3状态显示灯电路图3.1.4传感器选型传感器选型1）温度传感器DS18B20是达拉斯公司研发出的一种数字温度传感器，主要是 利用数字信号传输，具有超小体积，价格低、抗干扰性强、精度高 等功能。DS18B20的接线方式非常方便，适用应用多种场合。1DS18B20主要特征:数字温度转化和输出。单总线通信。分辨率高，精度能达到0.5摄氏度。工作周期快，可达到750ms o.可以选择寄生方式工作。64-位光刻ROM,内置不同序列号，能进行多机连接。芯片结构：DS18b20DS18b201 2 32 38-Pin 150mil SOCND I/O UDD图3-4.1温度传感器2）烟雾传感器烟雾传感器火灾发生时，物质燃烧产生烟雾气体，烟雾中含有大量CO和 CO2,TGS202烟雾传感器能探测到CO和CO2、LPG、C3H8、H2等 气体，适用于对火灾气体的探测。本设计采用了 TGS202烟雾传感器。根据气体传感器图所示，当 TGS202探测到C02和CO,内阻变小，VA上升。利用合适的电阻阻 值，当气体浓度达到一定限度时，VA端将会获得合适的电压.1图3-4.2 TGS202检测电路3.1.5接口电路接口电路晶振电路：晶振电路和单片机的引脚XI和X2构成的时效电路，晶振电路 内部的振荡电路会产生谐波，会降低电路时钟振荡的稳定性。为了不 影响电路，在晶振电路两引脚接入10pf-50pf的电容来为稳定电路。复位电路本设计采用了手动按键进行复位。手动按键主要是通过高电平 复位的，复位电路平时处于低电平0状态。13.1.6报警器故障自诊断报警器故障自诊断首先要检查好传感器的电源是否连接正常，在不外加电路时，传感器需要进行预热及检测。传感器的电阻变小，两端的电压为弱 电压，说明传感器电源和信号端连接不正常。当报警器诊断判断连 接不正常，就会以黄色闪烁灯发出长鸣声音报警，提醒用户及时对 传感器进行排查。4报警系统软件设计方案4.1软件开发工具本设计放弃传统的汇编语言选择C语言作为火灾报警系统中的 编程部分，进行的开发工具为Keil uVision4,是美国Keil Software 公司专对51系列兼容单片机C语言开发的软件系统。跟传统汇编相 比，C语言的在功能、结构、读写能力优势明显。对于使用C语言火 灾安全方面的工作者，Keil几乎是最佳之选。应C语言可读性强，移 植高，使用方便，拥有敏捷的模块化编程技术，超常的处理数据能力 等，处理事情总事半功倍。Keil C51软件提供了丰富的函数库和功能 强大的仿真调试器集成开发工具，主要由Windows操作系统运行。4.2系统主流程图系统主流程图烟雾传感器通电后，传感器要进行时间预热，烟雾传感器才能 采集烟雾和温度信号。预热同时，传感器进行故障诊断，采用软件 方式测试传感器的电线是否连接好。初始化完成后，系统进入监视 模式。AT89S52单片机对传感器采集到的数据信号进行处理，将采 集的数据与报警设计值做比较判断是否报警。同时启动声音报警和 状态显示灯提醒用户及时处理火灾。图4.2软件主流程图4.3主程序初始化流程图主程序初始化流程图主程序初始化图如图4-3所示。主要实现功能包括I/O输出输 入设定、初始化、中断功能等。首先设计好工作方式，然后打开系 统中断便于响应中断，对烟雾浓度和温度及时采集。图4.3主程序初始化流程图4.4键键aim子砺子砺火灾报警系统需要附加一个按键，主要确定火灾发生。如图44所示。1图4-4键盘处理子程序4.5报警子程序设计与流程报警子程序设计与流程当烟雾、温度超过报警设定值，火灾报警系统发出警笛的鸣声，消防通道的状态显示灯发出红光，提醒用户及时处理火灾。防止火 灾报警器误报，通过程序设计，对烟雾、温度进行快速检测和延时 报警，以检测出烟雾管道泄露，还是由于暂时打开阀门产生微量可 燃气体散失，防止误报。图4-5报警子程序设计与流程5火灾报警系统测试火灾报警系统测试5.1测试准备测试准备首先选择不同环境场所，对系统硬件与软件进行多次不同功能 方面的相关测试，主要是为了火灾报警系统硬件之间流通。火灾报 警系统在不同建筑环境中采集数据的差异。当发生火灾时能否能及 时处理火灾情况，火灾报警系统是否报警，火灾报警系统中单片机 控制的声音报警与状态显示灯是否运行。当系统还需要考虑异常报 警等情况。5.2测试过程测试过程测试过程中表明，火灾报警系统的烟雾传感器、温度传感器、单片机、声音报警、状态显示灯、手动按键等硬件能够正常运行。火灾时传感器把采集的信号传输给单片机，单片机对信号处理，打 开声音报警和状态显示电路，并通过手动按键复位。火灾报警系统 在不同建筑物采集数据不同。因建筑环境不同，传感器对烟雾、温 度、光辐射的采集数据有差异性。5.3测试结果测试结果测试结果表明，火灾报警系统受不同建筑环境因素影响，它的 温度参数、烟雾浓度、光的强度都不一样。实现了 AT89S52单片 机、TGS202烟雾传感器、DS18B20温度传感器的主要芯片等发生 火灾正常运行。总结随得科技进步，人们的生活水平有所提高，目前的火灾报警系统 需要进步。所以本设计的火灾报警系统以单片机作为控制中心，以烟 雾传感器和温度传感器作为火灾的数据采集。系统硬件采用了模块功 能化的设计思想，详细介绍了单片机、烟雾传感器、温度传感器、手 动按键、声音报警、状态显示灯的电路图和功能。系统软件采用了模 块化设计思想，详细介绍了各模块软件流程，包括系统初始化模块、软件开发环境的选择，主流程图。最后对整个系统硬件进行了多次测 试，结果发现各个模块能正常运行，证明了火灾报警系统信号和数据 传输正常工作。致谢在这里，我要感谢我的指导老师王武，对我的毕业设计认真指 导，给我的选题方向提出来大量有用建议。王武老师的严谨求实的 工作态度和敬业精神对我产生了重大影响，对我进入社会之前值得 学习的好版样。同时，完成毕业设计过程中我学到了许多关于火灾 相关的知识。另外，我还要感谢师哥师姐对我设计方案的指导，给 我提供了火灾相关的资料。最后，在这里我还要感谢我的辅导员和全体教师及表示衷心地 感谢！2参考文献1王海权.火灾报警系统的应用研究J.科技与创新,2017(:158-159,3 孙静.城市综合管廊火灾自动报警系统设计探讨J.智能建筑与智 慧城市 2017(04):66-70.4 董桂华.城市新区某综合管廊火灾报警系统设计J.电气技 术,2017(04):116-119.5 王卫东.消防火灾报警系统和消防设备联动配合调试的要点探讨J.消防界(电子版),2017(03):9-10+96.6 王延海，刘述军，朱东升.统一潮流控制器工程中火灾报警系统的设 计与应用J.南方能源建设,2016,3(02):102-106+112.7 马春城，李通，党伟荣,李广华.特长高速公路隧道火灾自动报警系统 设计研究J.公路交通科技(应用技术M2016,12(06):181-185.2