搜索
专业：电子信息工程姓名：胥智慧指导教师：朱彬彬火灾智能报警系统1.设计要求及方案1.1设计目的与基本要求目的是设计一个由单片机控制的火灾自动报警系统，采用温度传感器和烟雾传感器，对温度及烟雾的情况进行实时监测，能对周围环境的温度及烟雾的突变进行报警。通过这个设计提高自己对单片机的使用能力，了解和掌握温度传感器和烟雾传感器的使用，巩固自己在大学所学知识，增强自己的实际操作能力。要求所设计的火灾自动报警系统能够对温度和烟雾进行实时监测，出现异常状况能够进行报警，起到早期发现火灾和通报火灾的作用。1.2主要应用方向与设计构思本设计主要用于居民住宅区、机房、办公室等小型防火单位，是为人们提供的一种简单的、廉价实用的火灾自动报警装置。本火灾自动报警系统应由触发器件、警报装置、显示装置以及数据处理等装置组成。触发器件包括自动或者手动产生报警信号的器件，如DS18B20温度传感器，MQ-2气体传感器，手动报警按钮。警报装置包括声音报警装置（蜂鸣器）和光报警装置（LED灯）。显示装置是CAI3461BH数码管模块，能够实时显示由DS18B20温度传感器和MQ-2气体传感器所传送的数据。采用AT89C51单片机作为主控芯片进行数据处理和各项操作。其中MQ-2气体传感器需要配置放大电路和A/D转换模块对其信号进行处理，采用LM324芯片做放大电路，ADC0832芯片制作A/D转换模块。2系统硬件组成和基本工作原理2.1系统工作原理本火灾自动报警系统中，以AT89S52单片机为主控核心，使用DS18B20温度传感器采集温度信息，使用MQ-2气体传感器采集气体信息。DS18B20采集的数据为数字信号，可以直接发送至单片机进行处理。MQ-2气体传感器输出的信号一般比较微弱，需要经过前置电路对其进行放大、滤波、电平调整，满足单片机对输入信号的要求。MQ-2半导体烟雾传感器属于电阻型，因此只需串联一个参考电阻，再经过一个放大电路即可发送给ADC0832采集，信号经过A/D转换模块后传送进入单片机进行处理。按键报警DS18B20MQ-2LM324ADC0804AT89S52单片机CAI3461BH蜂鸣器LED灯系统工作原理框图2.2控制器模块设计在自动火灾报警系统的设计中，单片机是其核心部件。单片机一方面要接收来自传感器送来的感应信号和故障检测信号，另一方面要对不同信号分别进行处理，控制后续电路的相应工作，同时还要查询是否有按键按下的请求。如今市面上比较普遍的单片机主要是89S52系列。89S52单片机应用普遍，工具多，易上手，片源广，价格低，编程灵活，控制简单，很适合我们所要制作的火灾自动报警系统。AT89C51单片机是低功耗的、具有4KB在线可编程Flash存储器的单片机。它与通用80C51系列单片机的指令系统和引脚兼容。片内的Flash可允许在线重新编程，也可使用非易失性存储器编程。他将通用CPU和在线可编程Flash集成在一个芯片上，形成了功能强大、使用灵活和具有较高性能性价比的微控制器。AT89S52引脚图2.3显示模块设计本火灾自动报警系统需要实现对周围环境温度和气体的实时监测，故需要显示模块来显示周围环境的温度和气体变量。采用SMC1602A液晶显示模块可以实时清楚的显示周围环境变量，该液晶显示模块能够同时显示16x02即32个字符，也就是16列2行，便于独立显示温度和气体变量。数码管内部结构图数码管结构图2.4温度采集模块设计本设计的测温元件采用DS18B20数字温度传感器，该产品采用美国DALLAS公司生产的DS18B20可组网数字温度传感器芯片封装而成，具有耐磨耐碰，体积小，使用方便，封装形式多样，适用于各种狭小空间设备数字测温和控制领域。使用DS18B20数字温度传感器，可以感测周围环境温度变化，并将数据传送给单片机进行处理，实现周围环境实时温度的监测。DS18B20介绍DS18B20数字温度计提供9位温度读数，指示器件的温度。信息经过单线接口送入DS18B20或从DS18B20送出，因此从中央处理器到DS18B20仅需连接一条线（和地）。读、写和完成温度变换所需的电源可以由数据线本身提供，而不需要外部电源。DS18B20具有独特的单线接口，只需1个接口引脚即可通信；多点能力使分布式温度检测应用得以简化；不需要外部元件；可用数据线供电，不需备份电源；测量范围从-55℃至+125℃，增量值为0.5℃。等效的华氏温度范围是-67°F至257°F；以9位数字方式读出温度；在1秒（典型值）内把温度变换为数字；用户可定义的，非易失性的温度告警设置；告诫搜索命令识别和寻址温度在编定的极限之外的器件（温度告警情况）；应用范围包括恒温控制，工业系统，消费类产品，温度计或任何热敏系统。2.5气体采集模块设计气体采集模块是能够检测环境中的烟雾等气体的浓度，并将其转换为数字信号传送至主控芯片，其最基本组成部分应包括：气体信号采集电路、模拟放大电路、模数转换电路、单片机控制电路。气体信号采集电路一般由气体传感器和模拟放大电路组成，将烟雾等气体信号转化为模拟的电信号。模数转换电路将从烟雾检测电路送出的模拟信号转换成单片机可识别的数字信号后送入单片机。MQ-2型传感器的外观MQ-2型传感器的结构图气体采集模块MQ-2传感器输出信号一般比较微弱，需要经过前置电路对其进行放大、滤波、电平调整，满足单片机对输入信号的要求。本系统采用的MQ-2半导体烟雾传感器属于电阻型，因此只需串联一个参考电阻，再经过一个放大电路即可发送给ADC采集。常见的运算放大器中，LM324价格低廉、使用简单等优点比较突出，所以本设计中的前置放大电路采用LM324作为电路的运算放大器。LM324是单片高增益四运算放大器，可在较宽电压范围内的单电源或双电源下工作，其电源电流很小且与电源电压无关，四个运放一致性好；其输入偏流电阻是温度补偿的，也不需外接频率补偿，可做到输出电平与数字电路兼容。气体采集电路图信号经由LM324运算放大器放大后进入ADC0832模数转换模块，ADC0832可以将输入的模拟信号转换成数字信号，然后再将数字信号传送给单片机处理。3.2主程序流程本论文中，软件解决的主要问题是检测温度传感器和气体传感器的温度信号和气体信号，然后对信号进行显示和判断，在超出预设报警值时候发出报警。开始第二次温度烟雾信号采集与判断初始化火灾报警复位第一次温度烟雾信号采集与判断报警判断异常报警正常主程序流程图K3K3K2P13P12K4K4P11报警温度设置VCCQ69012BEEPBELLP10蜂鸣器报警电路VCCR251KD9电源指示灯VCCR251KD3VCCR251KD4状态指示灯VCC3OUT4GND5OUT6VCC1VCC2U?MQ-2烟雾传感器R2510KVCCR81KR111KR131KR151KR91KR101KR121KR141KVCCVCCVCCVCCQ18550Q38550Q48550E2C3B1Q28550VCCR15.1KC1230PC1130PRST+C210uFX112MEA/VP31X119X218RESET9RD17WR16INT012INT113T014T115P101P112P123P134P145P156P167P178P0039P0138P0237P0336P0435P0534P0633P0732P2021P2122P2223P2324P2425P2526P2627P2728PSEN29ALE/P30TXD11RXD10VCC40GND20U1AT89S5*/AT89C5*/STC89C5*P10P11P12P13P14P15P16P17RXDINT1INT0T1T0X1X2RSTRDWRP00P01P02P03P04P06P05P07P20P21P22P23P24P25P26P27TXDALEPSENVCCVCCB7C4D2E1F10G5DP3W112W29W38W46A11LED4*1P00P26P25P24P27P01P02P03P04P05P06P07P30/P31//P32/P33/P34/P35/P36/P3751单片机最小系统数码管温度显示31218B20VCC18b20温度传感器P2312345678U4ADC0832OUTVCCADC模数转换K2P14P33P34P20P21P22OUT223311J115k总结在本论文研制的报警系统的基础上，可以再做适当的功能扩展，使火灾自动报警系统的功能更加完善，安全性更高，使用更加方便等，例如增加消防联动装置，在火灾发生时可以直接对火灾进行控制，降低火灾的损失。