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本科毕业设计（论文）第Ⅰ页共Ⅻ页目录1引言1.1选题背景及意义1.2本课题的发展趋势1.3选题的设计要求2火灾自动报警系统的工作原理2.1系统总体功能的概述2.2火灾报警系统的类型2.3火灾探测器的原理3系统硬件设计3.1核心芯片的选择3.1.1芯片AT89S523.1.2集成温度传感器AD5903.1.3气体传感器TGS-2023.1.4数码管驱动芯片ICM72183.2单片机外围接口电路3.3信号处理电路3.4A/D转换模块3.5声音报警电路3.6数码管显示电路本科毕业设计（论文）第Ⅰ页共Ⅻ页3.7状态指示灯及控制键电路3.8报警器故障自诊断3.9灭火控制电路3.10信号通信系统4系统软件设计4.1主程序流程图4.2主程序初始化流程图4.3滤波子程序4.4线性化子程序4.5报警子程序4.6键盘处理子程序4.7灭火流程图4.8灭火软件编程结论致谢参考文献本科毕业设计（论文）第Ⅰ页共Ⅻ页第一章引言1.1选题背景及意义随着各类建筑的不断发展，建筑规模越来越大，层次越来越高，建筑的标准也越来越高。新建的各类大楼都具备人员密集、设备先进、功能多、装饰豪华等特点，因此，火灾自动报警和自动灭火系统已成为高层建筑不可缺少的重要组成部分。消防报警系统就是一种及时发现和通报火情并采用措施控制扑灭火灾的自动消防设施。要保证大楼内人员、设备的安全，随时监控设备的运行环境，系统的没置即使投资大一些也应选用较先进、高可靠性、误报率低的产品。火灾报警系统属于智能大厦系统的一个子系统，但其又在完全脱离其他系统或网络的情况下独立地正常运行和操作，完成自身所具有的防灾和灭火的功能，具有绝对的优先权。火灾报警系统的结构、组成、功能都应符合我国现行的规范。综合性智能化大厦作为一座现代化建筑，应具备一套满足其功能要求的智能化建筑系统。火灾报警系统正是为了保证大楼的安全运行，发挥大楼的智能化作用而启用的。火灾报警系统的专业设备系统应设置先进、结构合理、功能齐全、运行可靠。1.2本课题的发展趋势目前市场上绝大多数的火灾自动报警控制器，其中心处理单元均采用单片机控制，单片机以其价格的绝对优势，加之硬件简单，便于维修等广泛应用，但随着系统容量的增加，单片机的处理速度及容量显然不够，对于复杂系统的然见编程繁琐、操作不便，尤其是要进行报警平面图的显示时，这种控制器无法实现，必须要配一台计算机。由此以工控机作为中央处理器的控制器营运而生，它以Windows2000作为操作平台，采用高级语言编程，使得控制器具有良好的界面和本科毕业设计（论文）第Ⅰ页共Ⅻ页更好的兼容性，克服了上述不足，其容量更大，功能更强，能很好地适应市场需求。现代火灾报警及灭火控制设备，在功能上进行火灾信息探测、声光报警、联锁防排烟系统、联动自动化灭火系统之外，还能够向城市或区域消防结构报警和传递火灾信息，进行对讲联络，记忆现场状况等。火灾自动报警系统趋向于减少动作、提高可靠性、加快灭火速度；消防灭火设备及器材已从手提式发展到固定管网式；控制方式也从手动控制发展为自动控制灭火；灭火介质由液体发展到气体，从卤代烷、二氧化碳发展到灭火效率更高、更洁净的烟隔净、FM200等介质。随着市场需求的发展，对报警控制器的要求也越来越高。在功能上要求控制器应尽可能详细地显示各种信息，通常这要求其液晶显示器至少达到640x480普通PC机的显示分辨率，以及灵活有好的人机显示界面；在速度上要具有高速处理功能，一般要达到30-60MIPS，才能满足对几千点报警探测器的多重处理及控制器网络化输出的要求，文件信息量也须达到1M-4Mbyts的规模要求；要具有较低的成本，一般要远低于PC机的价位，才能满足市场竞争的要求，同时还要便于生产及质量控制[4]。早期的自动消防系统实际上足以探测和自动报警为主体，在自动报警的基础上，利用消防设备及消防器材人工处理灭火过程，这种早期的火灾探测及灭火方式，速度慢、效果差，难以对大型综合性建筑及复杂环境的灭火做到有效控制，易于贻误灭火时机。随着电子技术及计算机技术在消防领域的广泛应用，形成了以微型计算机为核心的自动消防控制系统，对火灾信息及火灾现象实现了火灾参数感知、直接图像处理等模拟人化的分析处理和灭火控制，有效发挥了自动消防控制系统的作用自动化消防系统的设计，已经大量融入了微机控制技术、电子技术，实现了对较小的报警设备安装单元不再独立设置控制，而依靠网络中的设备、服务资源进行判断、控制、报警，这样火灾自动报警系统安装、使用、管理就变得方便。火灾自动报警系统网络化是用计算机技术将各个火灾报警控制器之间、各个探测器之间、系统内部的各个子系统之间以及火灾报警中心等通过一定的网络协议进行连接，实现远程数据的调用。火灾自动报警系统实行网络监控管理，可使各个独立的系统组成一个大的网络，实现网络内部各系统之间的资源和信息共享。本科毕业设计（论文）第Ⅰ页共Ⅻ页1.3选题的设计要求利用单片机实现对建筑楼房的消防控制，主要功能是对监控点进行活在监控、灭火及报警等。系统综合了单片机、智能控制、数据通信、模拟电子、数字电子等多种技术，对培养学生理论联系实践能力、工程实践能力、创新能力等，都具有重要的意义。要求：（1）需要监控的有六个房间，设置12个监视点及24个喷淋头进行灭火。（2）采用微机和单片机进行控制，用微机屏幕显示各楼层的消防情况。用单片监视各楼层的失火情况，并在发现火灾时报告计算机，控制喷淋头进行灭火，同时进行声音报警。（3）设计包括系统的硬件结构设计，要求画出详细而实用的硬件接线图。同时进行软件程序设计。软件课采用汇编语音或C语言设计。第二章火灾自动报警系统的工作原理2.1系统总体功能概述火灾报警系统一般由火灾探测器、区域报警器和集中报警器组成。火灾探测器通过对活在发出的物理、化学现象—气（燃烧气体）、烟（烟雾粒子）、热（温度）等的探测，将探测到的火灾信号转化成火警电信号传递给火警示消防控制中心的值班人员，并在屏幕上显示出火灾的房间号。集中报警是将接受到的信号以声光形式表现出来，其屏幕上也显示出着火的楼层和房间号，利用本机专用电话还可以迅速发出指示和消防队报警。此外，也可以控制有关的灭火系统或将火灾信号传输给消防控制室。整体电路的框图如图2-1所示：本科毕业设计（论文）第Ⅰ页共Ⅻ页图2-1系统原理及组成框图2.2火灾报警系统的类型根据火灾报警系统中所使用的探测器种类的不同，火灾报警系统可以认为以下四种：（1）感温型火灾报警系统由于火灾发生时燃烧物会长生大量的热量，使得周围温度迅速变化。感温型火灾报警系统就是通过判断周围温度变化而产生响应的火灾报警系统，再把温度的变化转换为电信号以达到判断报警的目的。根据探测温度参数的不同，一般可以将感温型火灾报警系统分为定温式、温差式等几种。（2）感烟型火灾报警系统烟雾是早期火灾的重要特征之一。在火灾发生初期，由于温度比较低，许多物质都处于阴燃阶段，产生大量的烟雾。感烟型火灾报警系统就是对空气中可见或可不见的烟雾粒子进行探测，然后将烟雾浓度的变化转换为电信号来触发报警。感烟型火灾报警系统主要有激光感烟式、光电感烟式和粒子感烟式等。（3）感光型火灾报警系统物质燃烧不但会产生烟雾和热量，同时还有可见或可不见的光辐射产生。感光型火灾报警系统就是通过响应火灾中产生的光特性，即扩散火焰的光强度和闪烁频率，来触发报警系统的。根据感应的敏感波长，可以将感光型火灾报警系统分为波长较短的光辐射敏感的紫外博阿静系统和对波长较长的光辐射敏感的红外报警系统。（4）复合型火灾报警系统如果报警系统同时对温度、烟雾和光辐射中的两种或两种以上参数做出响应，温度传感器放大电路A/D转换单片机声音报警状态指示灯串口通信按键本科毕业设计（论文）第Ⅰ页共Ⅻ页那么它就是复合型火灾报警系统。目前复合型火灾博阿静系统有感温感烟型、感烟感光型、感温感光型等多种形式。2.3火灾探测器的原理火灾发生时，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的状态，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。火灾探测器主要分感烟、感温等（1）感烟探测器。一种是粒子感烟探测器，它在内外电离室里面有放射源镅241，电离产生的正负离子，在电场的作用下各向正负电极移动。在正常的情况下，内外电离室的电流、电压都是稳定的。一旦有烟雾窜逃外电离室，干扰了带电粒子的正常运动，电流、电压就有所改变，破坏了内外电离室之间的平衡，于是就发出了信号。还有一种叫光电感应探测器，它有一个发光元件和一个光敏元件，平常光源发出的光，通过透镜射到光敏元件上，电路维持正常，如果有烟雾从中阻隔，到达光敏元件上的光就显著减弱，于是光敏元件就把光强的变化变成点的变化，通过放大电路向人们报警。还有一种叫管道抽吸式感烟探测器，它的工作原理与光电感应探测器中另一种放射型相似，通过烟雾的反射或散射产生光敏电源，主要用在船舶上。近年来还出现了激光感烟探测器，它也是利用光电感应原理，不同的是光源改用激光束。这种探测器采用半导体器件，体积小、价格低、耐振动、寿命长，很有发展前途。（2）感温探测器。一种是运用金属热胀冷缩的特性。正常的情况下，探测器的电路断开，当温度升到一定值时，由于金属膨胀、延伸，导体接通，于是发出了信号。一种是利用某金属易熔的特性，在探测器里固定一块低熔点合金，当温度升到它的熔点（70~90℃）时，便会感应报警。如将两者结合起来，便成为差定温组合式。（3）光辐射探测器。一种是红外光辐射探测器。物质在燃烧时，由化学反应产生闪烁的红外光辐射使硫化铅红外光敏元件感应，则利用有机化合物燃烧时，经放大后，就能向人们报警。另一种是紫外光辐射探测器，则利用有机化合物燃烧时，由化学反应产生闪烁的红外光辐射使硫化铅红外光敏元件感应，转变成电本科毕业设计（论文）第Ⅰ页共Ⅻ页信号，经放大后，就能向人们报警。另一种是紫外光辐射探测器，则利用有机化合物燃烧时，火光中的紫外光，使紫外光敏管的电极激发出离子，通过继电器等，就能打开开关电路报警。火灾报警器是重要的安全设备，一切重要的场所，如大型物资仓库、隧道、大型船舶、高层建筑应该安装。它还可以与自动灭火设备一起组成自动报警、自动灭火的“自动消防队”。第3章系统硬件设计3.1核心芯片选择3.1.1芯片AT89S52在火灾报警器的设计中，单片机是其核心部件，它一方面要接受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CMOS8位单片机，片内含4Kbytes（In-systemprogramable）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ISPFlash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。可以再4-5.5V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。采用双列直播DIP-40封装。AT89S52的引脚图如图3-1所示：本科毕业设计（论文）第Ⅰ页共Ⅻ页图3