基于单片机火灾自动报警系统的设计与研究本科毕业论文.doc

自动化专业2016届本科毕业论文 TONGREN UNIVERSITY TONGREN UNIVERSITY 学 号：2012041227 本 科 毕 业 论 文基于单片机火灾自动报警系统的设计与研究 雷文思院 系： 信息工程学院 学 科： 工学 专 业： 自动化 指导老师： 姚晓芳 贵州 铜仁2016年6月TONGREN UNIVERSITY自动化专业本科毕业论文贵州 铜仁2016年6月目录目录- 1 -摘要- 2 -ABSTRACT- 3 -1.绪论- 4 -1.1 课题的研究背景- 4 -1.2 课题的研究目的与意义- 4 -1.3 火灾报警器的发展与现状- 5 -1.4课题的研究内容- 5 -2 火灾报警器的总体方案设计- 6 -2.1系统的功能要求- 6 -2.2 系统的技术要求- 6 -2.3 系统的组成及方案设计- 7 -3 系统的硬件设计- 8 -3.1总体电路- 8 -3.2 烟雾探测电路的设计- 9 -3.2.1 MQ-2介绍- 9 -3.3 数码管显示电路设计- 10 -3.4 声光报警提示电路- 11 -3.4.1 灯光提示电路- 11 -3.4.2 声音报警电路- 11 -3.5 按键电路- 12 -3.5.1 按键电路的功能介绍- 12 -4 系统软件设计- 12 - 4.1 系统程序流程图- 13 -5系统调试与仿真实验- 14 -5.1 调试- 14 -6 结论- 15 -参考文献- 16 -致谢- 17 -摘要改革开放以来，我国经济的发展越来越迅速，人们的生活水平也不断提高，相应的，家庭用火用电量也就大量增加了，这也就导致家庭火灾发生的频率大大升高1。因此火灾报警器也就应运而生，在很多场合都得到了应用。这个课题研究和设计的火灾报警器，核心控制器主要采用了STC89C51，实现火灾烟雾报警这个功能主要还是用到了MQ-2气体传感器和ADC0809模数转换器。当当前环境中的烟雾浓度或者可燃性气体的浓度达到给系统设计的标准值时，系统通过MQ-2传感器和单片机中的处理芯片接收并处理信号，从而发出相应声光报警信号，以此实现了报警这个功能。关键词：气体传感器MQ-2；火灾烟雾报警；单片机.Abstract Since the reform and opening up, the development of the economy of our country is more and more rapidly, people's living standard is improving constantly, This also leads to the frequency of home fires was greatly increased. In this way,Therefore, the fire alarm came into being and it has been widely used in many occasions.This subject research and design of the fire alarm, the core controller is mainly used in STC89C51, to achieve the function of fire smoke alarm,it used the MQ-2 gas sensor and ADC0809 analog digital converter. When the concentration of smoke or combustible gas concentration reached to the system design of the standard value system through sensor mq-2 and MCU chip receives and signal processing, it and give sound and light alarm signal, so as to achieve the function of alarm.Key words: MQ-2 gas sensor; Fire smoke alarm; MCU 1.绪论1.1 课题的研究背景要想研究火灾报警器，我们首先必须要从个方面来了解火灾形成的原因，这样才能让火灾报警器更好更快更准确的报警，从而减小人们的各种损失。火灾发生的前提是：各种预防措施和制度都失效了，火源，易燃物，空气在不该出现的地方聚会，从而引发火灾。而且初期火灾没有及时扑灭，从而对人们的各种财产和人身安全造成了极大的威胁。由此引发的安全事故也很多，所以人们对火灾这一环节不得不注重。火灾很早以前在我国就经常发生，且造成的破坏和影响都很严重。已经成为我国最严重的灾害之一。在经济快速发展的阶段，我国的城市建设也得到了大力发展，各种建筑逐渐增多，这样一来，火灾发生的几率也就增大了，因此而造成的损失也会逐年增加。1.2 课题的研究目的与意义目的：在我国，尽管城乡居住条件逐渐的到改善，住宅小区也大量涌现，但并没有完全消除和减少各类住宅火灾隐患2。相反地，随着人们生活水平的提高，家庭物质条件有了很大的改善，致使家庭用火用电增多，而由此引发的家庭火灾也接连不断，且家庭火灾很难及时扑灭，并且由于大部分人的安全意识不强烈，不守规范和发生火灾时不够冷静，不能及时的逃离现场，最终不可避免的对生命和财产造成了损失。而且，据统计显示，在我国的所有火灾事故中，家庭火灾句占了差不多三分之一。家庭火灾的发生是许多方面的原因造成的，而这些因素通常隐藏在我们看不到的地方。有很多家庭火灾事故都是因为人们没有基本的安全常识才引发的。而且家庭火灾一旦发生,造成人员伤亡的因素多数是因为居民的处置不当和报警迟缓。为了避免火灾以及减少火灾造成的损失，平时我们必须多看一些关于火灾预防等方面的书籍，加强自己火灾安全常识的方面的只是储备，让自己在火灾发生时不至于慌乱，能够冷静的处理并逃生，从而将火灾消灭在萌芽状态，最大限度地减少自己各方面的损失。意义：在我国，家庭火灾几乎每一天都在发生，所以我们每一个家庭必须始终关注防火。据调查，在最近的火灾事故中，大部分地方都是没有安装火灾报警器的。如果我们能根据自家的实际情况，提前采取简单的防火措施，那么有些悲剧是完全不会发生的。声音和视觉的报警，对减少火灾损失具有现实意义。因此声光报警，对火灾的预防具有重要意义。1.3 火灾报警器的发展与现状近年来，我国自动报警技术得到了较快的发展，但又因为在实际应用中，火灾自动报警系统的通讯协议不一样，技术还相对落后，存在着一些比较突出的问题3。比如只适用于一些比较小的范围，智能化于网络化程度也比较低，系统还会误报和漏报等问题。针对这些问题，火灾自动报警应用技术应该着眼于国际新形式，向国际形式看齐，加快各种技术的研究进程和加强一些新材料的应用，改进系统能力，使火灾报警技术变得更可靠4。当前，国外火灾自动报警应用技术的发展趋势主要表现为以下几个方面：网络化，智能化，多样化，小型化和社区化等。在我国，国家对无线通信的火灾自动报警系统的注重力度正在逐年加大。因为这种系统安装简便、对建筑物没有损坏、灵活性又比较好，适用于许多场合。 1.4课题的研究内容烟雾报警器，主要就是检测可燃气体和烟雾，再通过单片机控制相应的声光报警。通过数码管显示当前的烟雾值，通过按键设定相应的阀值。该项目主要是为了完成任务，包括： （1）硬件部分：传感器，显示模块，数码管，烟雾探测电路和声光报警电路。 （2）软件部分：包括微处理器控制程序的编制和原理图的绘制。（3）系统的综合调试：当软硬件完成以后，要对系统进行综合测试，看一下该系统是否可靠实用，分析一下，看一下它还有什么不足之处需要改进。2 火灾报警器的总体方案设计2.1系统的功能要求该系统的主要功能有以下几点：(1)火灾实时监测功能：由于火灾发生的场所不同，我们必须用不同的火灾监测方法以提高报警的准确性和及时性。其中火灾探测方法有温度，烟雾，可燃气体等探测法。(2)声音和发光报警功能：火灾发生时，一般都伴随着浓烟与高温，当检测到烟雾浓度过大时，火灾报警器就会发出刺耳的声音和强光报警，从而达到报警的效果。2.2 系统的技术要求现在，我们对该系统的工作原理与功能已经有了一定的了解，那么对于这个系统需要什么技术也就可以确定了。又因为该系统采用的处理器成本不高，可以大量生产，可以满足各类工程的需求。对于一个完整且实用的系统而言，为了战胜其他市场提供的系统，那么该系统就应该符合体积不能过大，只有它的体积小，才不怎么占用空间，使用和更换才会方便。功率消耗也要低一点一般可以采用三节5号干电池或5v电源供电。，还有制造的成本不能过高，探测于报警也要准确可靠。该系统的探测结果由数码管精确显示，可以同时进行声音和灯光报警，很可靠。2.3 系统的组成及方案设计本设计主要由烟雾探测传感器电路、单片机、灯光报警电路、负载驱动电路、控制程序和编解码程序等组成。系统的组成结构如下：数码管显示模块按键模块单片机声光报警提示模块复位电路晶振电路烟雾模数转换模块图2.13 系统的硬件设计3.1总体电路图3.0总体电路如图3.0所示，该图是Protel99SE画的，当前的烟雾值能实时显示，共有3个按键来设置该系统的报警的上下值。图中由传感器模块，电源电路，四位一体数码管驱动模块，ADC0809模数转换电路，单片机，复位电路，晶振电路，按键电路和报警电路组成。其中传感器模块的主要功能就是通过烟雾传感器来检测当前环境下的烟雾浓度的；而ADC0809模数转换电路主要就是把传感器模块感应到的烟雾这个模拟信号转换成数字信号；在通过数码管显示出来。复位电路就是使电路在通过了一个操作后能够恢复到起始状态的电路；晶振电路主要是结合单片机内部的电路，产生单片机所必需的时钟频率，单片机一切指令的执行都是建立在这一基础上的，晶振提供的频率越高，单片机运行的速度越快。按键电路主要就是设置报警的上下值的；报警电路主要由报警驱动PNP的驱动，蜂鸣器和LED组成，它的工作原理就是当前面感应到的烟雾浓度达到按键电路所设置的值时，它就会发出报警。3.2 烟雾探测电路的设计图3.1 烟雾探测电路如图3.1所示，这个电路主要由检测烟雾的传感器和模数转换电路两个部分组成。当烟雾传感器检测到延误时，就会把该信号传送给模数转换电路，将电信号转换成数字信号，从而由单片机读取并处理这一信号5。3.2.1 MQ-2介绍MQ-2型气敏元件具有以下特点：(1) 采用半导体所形成的敏感原件，具有稳定的电阻值，从而保证了长期工作的稳定性。(2) 单电源供电，其功耗仅0.7W左右。(3) 对所测试的气体有极高的灵敏度和信噪比。MQ-2的特点和工作参数如下： 探测范围广泛 灵敏度高快速响应恢复 稳定性优异寿命长 驱动电路简单 3.3 数码管显示电路设计由于在实物焊接过程中，要把四个独立的数码管焊接在一起比较麻烦，所以该系统用到的数码管是四位一体数码管，这焊接起来比较方便。如果每个LED上要现实的数字不同，那么，数码管在同一时刻是不能同时显示的，所以这种数码管都需要动态显示。这就需要提到轮流显示了，为什么数码管同一时刻不能同时显示，但我们感觉却是同时显示的，是静态的。这是因为每位数码管的点亮时间为1-2ms,由于人的视觉暂留现象和发光二极管的余辉效应，所以才会感觉是同时显示的。图3.2 数码管显示电路设计3.4 声光报警提示电路3.4.1 灯光提示电路图3.3灯光提示电路3.4.2 声音报警电路图3.4声音报警电路  3.5 按键电路图3.5按键电路3.5.1 按键电路的功能介绍在整个按键电路中 ，S3是设置键，S1和S2是加减键，由设置键和加减键就可以设置该报警器报警的规定值，如果烟雾传感器感应到的当前环境下的烟雾浓度超过设定的报警值，则报警。4 系统软件设计 4.1 系统程序流程图Y结束设置相应参数显示设置数值N判断按键是否按下执行相应的指示控制判断当前烟雾范围读取AD转换烟雾值初始化开始5系统调试与仿真实验5.1 调试在调试的过程中，首先就是要检查这个设计的设计原理的正确性，看一下该设计到底能不能达到预想的效果；之后就是检查焊接电路是否焊好，看有没有连锡或漏焊。之后就是检查各个电路是否都能实现其功能；最后再把调试的各个部位整合起来调试一遍，入股能实现其功能，则该设计就算初步成功了。在调试过程中遇到的问题有：(1) 由于在焊接电路之前没有认真的练习一下，使得焊锡分布不均匀，有的地方还连锡了，还有有些器件也焊废了，最后只好又重新买了一套器材；(2) 烟雾值一直显示很高，经过查阅资料和换元件测试发现，烟雾传感器初次使用得通电几小时以上才可以正常使用，要做老化试验。(3) 在解码程序的编写过程中，随着理解的深入也作了相应的修改。6 结论在做这个设计之前，先要通过各种资料及当前技术预期一下该系统最终最终要实现什么样的功能。即该系统设计完成，测试时，最起码要能够实现它感应烟雾并能够发出声光报警这个基本功能。在做该设计期间，从最开始购买元器件到通过查找资料并做出了一个实用的设计产品来，遇到了很多困难，但也得到了很多收获。刚开始的时候，由于不了解这个设计还有焊接元件也不怎么熟练，焊锡丝不是滴少了就是多了，有的还焊接连锡了，从而焊坏了这份元件，后来参考并查阅了一些资料，由于吸取了第一次失败的教训，每一步都是三思而后行，先确定了要怎么做的思路，在考虑可不可行，最后才去付诸行动，最后，能够实现感应烟雾并发出报警的烟雾报警器总算是做出来了。在这次设计中，除了遇到上面的这些问题以外，也获得了很大的收获。刚开始的时候，有点不相信自己，感觉自己没那个本事，做不出这个东西来，后来经过自己多次尝试，总算是做出来了，这大大的提高了自己的自信心，自己的动手和操作能力也得到了提高，独立思考问题的能力也得到了增强。这也就是我本次设计过程中的一部分收获。当然，由于自己各方面的知识不够全面，还有时间也不怎么充足，再加上实验条件的限制，导致了该报警器还有很多地方需要提高。比如说还可以在该设计的基础上添加温度传感器，从而使该报警系统的报警更加准确可靠。参考文献1 <<城市防火减灾能力评估研究及应用>> 闫宏 - <<安全技术及工程>>-20062 <<住宅火灾危险因素分析>> 张军 -<<消防技术与产品信息>>-1995 3 <<火灾自动报警技术的应用现状及研究发展趋势>> 李友化 -<<现代商贸工业>>-20074 <<火灾自动报警系统的应用现状及发展趋势>> 李福军 -<<消防技术与产品信息>>-20125 <<基于单片机的烟雾报警器设计>> 程俊红 - <<信息通信>> - 2014 致谢在这次设计的过程中，我得到了很多人的帮助，其中姚老师对我的帮助和支持是最重要的。每次遇到困难的时候，如果自己实在解决不了，都会想要老师寻求帮助。另外，姚老师在毕业设计这方面作风严谨，从不含糊，只要我的设计有一点问题她都会帮我纠正过来，让我重新更改再完善，这也让我的论文变得更加公正和规范。衷心的感谢姚老师对我的悉心指导。在这里，我还要感谢学校给了我一次这样的机会 ，让我可以独立的完成这样一个设计，作为检验这四年来的学习成果。在做这个设计的过程中，学校对我们都是大开方便之门，让我们有更多的时间和条件来完成这个设计。使我们在即将离校的最后一段时间里，能够更多的学习一些社会实践知识，为以后踏入社会做了一些准备。在做这个设计期间，我的动手能力和操作能力都得到了一定得增强，独立思考问题和解决问题的能力也得到了提高。再一次对我的母校表示感谢。说到这里，还必须得感谢陈文娟老师和其他各科目老师在这四年来对我精心的教导，谢谢您们，教会了我这么多的东西。1. 基于C8051F单片机直流电动机反馈控制系统的设计与研究2. 基于单片机的嵌入式Web服务器的研究 3. MOTOROLA单片机MC68HC（8）05PV8/A内嵌EEPROM的工艺和制程方法及对良率的影响研究 4. 基于模糊控制的电阻钎焊单片机温度控制系统的研制 5. 基于MCS-51系列单片机的通用控制模块的研究 6. 基于单片机实现的供暖系统最佳启停自校正（STR）调节器7. 单片机控制的二级倒立摆系统的研究8. 基于增强型51系列单片机的TCP/IP协议栈的实现 9. 基于单片机的蓄电池自动监测系统 10. 基于32位嵌入式单片机系统的图像采集与处理技术的研究11. 基于单片机的作物营养诊断专家系统的研究 12. 基于单片机的交流伺服电机运动控制系统研究与开发 13. 基于单片机的泵管内壁硬度测试仪的研制 14. 基于单片机的自动找平控制系统研究 15. 基于C8051F040单片机的嵌入式系统开发 16. 基于单片机的液压动力系统状态监测仪开发 17. 模糊Smith智能控制方法的研究及其单片机实现 18. 一种基于单片机的轴快流CO,2激光器的手持控制面板的研制 19. 基于双单片机冲床数控系统的研究 20. 基于CYGNAL单片机的在线间歇式浊度仪的研制 21. 基于单片机的喷油泵试验台控制器的研制 22. 基于单片机的软起动器的研究和设计 23. 基于单片机控制的高速快走丝电火花线切割机床短循环走丝方式研究 24. 基于单片机的机电产品控制系统开发 25. 基于PIC单片机的智能手机充电器 26. 基于单片机的实时内核设计及其应用研究 27. 基于单片机的远程抄表系统的设计与研究 28. 基于单片机的烟气二氧化硫浓度检测仪的研制 29. 基于微型光谱仪的单片机系统 30. 单片机系统软件构件开发的技术研究 31. 基于单片机的液体点滴速度自动检测仪的研制32. 基于单片机系统的多功能温度测量仪的研制 33. 基于PIC单片机的电能采集终端的设计和应用 34. 基于单片机的光纤光栅解调仪的研制 35. 气压式线性摩擦焊机单片机控制系统的研制 36. 基于单片机的数字磁通门传感器 37. 基于单片机的旋转变压器-数字转换器的研究 38. 基于单片机的光纤Bragg光栅解调系统的研究 39. 单片机控制的便携式多功能乳腺治疗仪的研制 40. 基于C8051F020单片机的多生理信号检测仪 41. 基于单片机的电机运动控制系统设计 42. Pico专用单片机核的可测性设计研究 43. 基于MCS-51单片机的热量计 44. 基于双单片机的智能遥测微型气象站 45. 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