火灾烟雾报警器讲述(共13页).doc

精选优质文档-倾情为你奉上NANCHANG UNIVERSITY自动化专业综合实验及设计论文 题 目 基于51单片机火灾报警器设计 学 院： 信息工程学院 系： 自动化 专业班级： 自动化122班 学 号： 学生姓名： 马田一 指导教师： 龙 伟 职称： 教授 起讫日期： 2016年1月4日至2016年1月14日 专心-专注-专业目录001基于51单片机火灾报警器设计专 业：自动化 学 号：学生姓名：马田一 指导老师：龙伟摘要：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 传感器第一章 课程设计的要求一 本次课程设计的目的1、 了解传感器的基本知识，掌握传感器的使用方法； 2、 进一步加深对模拟电路基础理论和数字电路基础理论的理解； 3、 掌握比较器和振荡器的设计方法； 4、 提高认识一些器件手册并运用这些器件的能力。二 本次课程设计的要求1、 基本部分： (1)电源电压不限，可以使用交流或直流电源； (2)有气体和烟雾时进行报警，无气体和烟雾后仍然维持报警，直至重新上电后才撤消报警； (3)气体和烟雾报警以不同的声光加以区分； (4)气体和烟雾报警分别设置断气、灭火驱动接口； (5)显示报警时间。 2、 发挥部分： （1）可以通过无线方式向远端发送报警信息，无线传输所使用的信号调制、解调方式不限，可以使用成品模块； （2）多个报警器报警时互相不影响，在接收端各自有独立的声光指示第二章 课程设计系统总体设计1、系统的设计原理 火灾发生时，必然会伴随着产生烟雾、高温和火光，探测器对这些都很敏感。当有烟雾、高温、火光产生的时候，它就改变平时的正常状态，引起电流、电压或机械部分发生变化或位移，再通过放大、传输等过程发出警报声，有的还能同时发出灯光信号并显示发生火灾的部位、地点。2、系统的结构图火灾报警系统一般由火灾探测器、报警器组成。火灾探测器通过对火灾发出的物理、化学现象气（燃烧气体）、烟（烟雾粒子）、热（温度）、光（火焰）的探测，将探测到的火情信号转化成火警电信号传递给火灾报警控制器。报警器将接收到火警信号后经分析处理发出报警信号，警示消防控制中心的值班人员，并在屏幕上显示出火灾的位置。整体电路的框图如图2.1所示 ：声音报警传感器声音报警浓度显示串口通信按键放大电路A/D转换单片机状态指示灯状态指示灯单片机A/D转换放大电路传感器浓度显示串口通信按键图2.1 系统结构图第三章 硬件设计1、 芯片的选择芯片AT89S52在火灾报警器的设计中，单片机是其核心部件。它一方面要接收来自传感器送来的温度、烟雾对应的模拟信号和故障检测信号，另一方面要对这两种信号分别进行处理，以控制后续电路进行相应动作；与此同时查询是否有键按下的请求。在单片机完成这些工作的过程中，尤其是信号处理中，比较浓度值后送入显示的软件实现比较复杂，要求单片机具备较快的运算速度，使检测人员能够较准确地观测到烟雾浓度，并根据情况进行相应的处理。并且也要考虑选择低价实用的机型，并为研制同一系列的低功耗产品做准备。根据多方面的比较，本设计选用ATMEL公司的AT89S52单片机作为控制器。AT89S52是一个低功耗、高性能的CMOS 8位单片机，片内含4k Bytes(In-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 Flash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。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I/O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。图3.1 AT89S52管脚图2、集成温度传感器AD590是美国Analog Devices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1mAK，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VT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A/D转换器采集数据。图3.2 集成温度传感器3、气体传感器TGS-202火灾中气体烟雾主要是CO2和CO，TGS202气体传感器能探测CO2，CO，甲烷，煤气等多种气体，它灵敏度高，稳定性好，适合于火灾中气体的探测。如上图3-3 TGS202检测电路如图所示，当TGS202探测到CO2或CO时，传感器的内阻变小，VA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，VA端获得适当的电压（设为3V）。图3.3 气体传感器TGS-2024、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。 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。图3.4 数码管驱动芯片ICM72185、信号处理电路图3.5 信号处理电路6、A/D转换模块经气敏传感器所检测的电压信号为模拟信号，无法直接被单片机所识别，所以在经过放大电路后对信号进行A/D装换，将模拟信号转化为数字信号输入单片机。 A/D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信号的前沿信号处理电路写入地址信号，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A/D转换完成后，EOC变为高电平，表示转换结束，产生中断。在中断服务程序中，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1/6，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。图3.6 A/D转换电路图7、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。图3.7 声音报警电路图8、 状态指示灯及控制键电路状态指示灯及控制键电路如图所示，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。 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。图3.8 状态指示灯原理图图3.9 控制键电路图第四章 系统总的原理图系统总的原理图图4.1 系统总的原理图第五章 仿真结果分析1）计数模块我们非常熟悉,所以我们最先调试这一部分。我们将这一部分直接用开关接电源使能,但是这一部分我们还是遇到了一个棘手的问题:进位脉冲不对,每次都是逢8进位,这个让我们很不解,无论是从理论上还是MULTSIM仿真软件的仿真结果来看,都没有问题,电路上也没有连接错误的地方。经过分析,我们发现我们在设计的时候仅以MULTSIM的74LS161 为标准,其时钟触发方式不同,软件是下降沿工作,实际的芯片是上升沿工作,为此我们将进位脉冲进行非逻辑运算,最后调试成功。 2) 声光显示部分,由于在实验箱上试验过,调试非常顺利,而且效果也很好.对于传感器信号产生模块,我们是根据比较器的三端的电位来调整变阻器的阻值,并多次重复调整,使其灵敏度达到最理想的效果,并且测试其接到无线传输模块的电位,使其也尽可能大。 3) 无线传输模块是集成的,其效果在焊接前已经调试过。各模块的协同整体调试,让我们很困惑,有时候效果出来了,有时出现报警中断,我们一时找不到方向,最后我们将接受模块端的测试灯去掉了,这样就解决了问题。第六章 心得体会本次课设我也只是在理论上阐述一下我的观点，毕竟掌握知识点少，基础薄弱，未能做出实物，也参考了许多资料，如果做得不好，望老师给与批评指正。 火灾报警器能够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。 本次课程设计经过努力，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。 但毕竟理论知识有限，肯定存在一些列的缺陷，如果做出实物，然后通过很多次试验，一次次找出漏洞，找出缺陷，一步步弥补，相信还是能起到作用的。 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，也体会到了科技工作者的辛苦，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。我相信这次课程设计能够为下学期的毕业设计打好基础做好准备，是我提前一步了解了毕业设计论文的格式，提前做好心理准备迎接下学期的毕业设计，我相信有了这次的努力，毕业设计一定会做的比较完美。经过这段时间的努力，51单片机在火灾报警器中的应用的设计顺利完成了。这主要感谢指导龙老师的帮助和提点。在本次论文写作过程中，一直给与关心和帮助的同学和老师表示深深的谢意，同时也要感谢在我大学期间的学习生活中，培育及关心过我的所有老师及领导们，正是他们的辛苦工作和无私奉献，帮助我学习到许多知识。参考文献1 张向亮. 智能建筑火灾自动报警系统的设计与研究. 武汉理工大学 2 陈颖.基于C8051F单片机的火灾智能报警控制系统的设计. 大连海事大学3 于智洋.浅析智能建筑中火灾自动报警系统的设计J.潜江：江汉石油科技4 王钊.智能型火灾报警系统的设计与研究（硕士学位论文）.西安理工大学5 孙健. 基于ARM7的电气火灾自动报警控制器研制：浙江大学6 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