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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：15623140787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2.3AD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4．2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4.2.4PID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B59主程序：59中断子程序：62显示子程序：63键盘子程序：64PID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。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400～1100nm，其峰值波长为880～900nm，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）：10*10峰值（nm）：780响应度（A/W）：1@780nm暗电流（nA）：0.1~20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1TMP36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0~5v，故需设计放大电路，放大倍率为4.对于要求的0～100℃温度采集器TMP36的输出电平为500mV～1500mV,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：21653436501iiURRURRRRRU令0U为电压信号输出(0～1000mV),1iU为TMP36的电压输入(500～1500mV)，为了使显示更加直观将输入端减去500mV作为输出，2iU为比较电压输入(5V)，1.0/34RR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ΩKRR1035；KRR164Ω。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/C25C时为0.75v，设置报警阈值：75C该温度下，输出电压为1.25v，AD转换范围为0~5v，故需设计放大电路，放大倍率为4.2.1.3，烟雾的探测：MQ-2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loglogRSmCn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1/2~1/3,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200C~300C，预热电压为5v，预热时间为15min。以甲烷为例，其灵敏度：(air)/(0.1%4)5RORSCH,本实验条件下设置RO=20kΩ，当甲烷的浓度为0.1%时RS=2kΩ，电流变化为0.25-3*10mA到2.5-3*10mA，经过1kΩ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0~5v，故需设计放大电路，放大倍率为2000.2．2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1kΩ，R2为4kΩ，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100Ω，R2为200kΩ，2.3AD转换电路：采用AD08作为转换芯片，转换范围为0~5v，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（FPEROM—FlashProgrammableandErasableReadOnlyMemory）的低电压、高性能CMOS8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：0Hz-24MHz·三级程序存储器锁定·128×8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