火灾烟雾报警器

NANCHANGUNIVERSITY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：5801112083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日目录摘要....................................................................错误!未定义书签。第一章课程设计的要求.......................................错误!未定义书签。1、本次课程设计的目的：...............................错误!未定义书签。2、本次课程设计的要求：...............................错误!未定义书签。第二章课程设计系统总体设计...........................错误!未定义书签。1、系统的设计原理...........................................错误!未定义书签。2、系统结构图..................................................错误!未定义书签。第三章硬件设计..................................................错误!未定义书签。1、芯片的选择—AT89S52................................错误!未定义书签。2、集成温度传感器的选择...............................错误!未定义书签。3、气体传感器的选择.......................................错误!未定义书签。4、数码管驱动芯片...........................................错误!未定义书签。5、信号处理电路..............................................................................76、A/D转换模块...............................................错误!未定义书签。7、声音报警电路..............................................................................88、状态指示灯及按键控制电路......................................................9第四章软件设计.................................................................................9系统总的原理图................................................错误!未定义书签。第五章仿真结果分析........................................................................10第六章心得体会...............................................................................10参考文献...............................................................................................111基于51单片机火灾报警器设计专业：自动化学号：5801112083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（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：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。根据多方面的比传感器状态指示灯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3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-systemprogrammable)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3.1AT89S52管脚图2、集成温度传感器AD590是美国AnalogDevices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1A∕K，，而数模转换芯片ADC0809的输入要求是电压量，所以在AD590的负4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10mV∕K,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3-3TGS202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。5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6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P0.0～P0.2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3.6A/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7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