基于单片机的火灾报警系统设计

摘要—I—摘要本设计以传感器和单片机作为烟雾报警器设计的核心器件，配合其它器件即可实现声光报警、自动排烟换气和消防灭火等功能。设计中单片机选用STC89C52作为控制器件，传感器选用MQ-2型半导体可燃气体敏感元件烟雾传感器实现烟雾的检测。烟雾报警器主要由烟雾信号采集及前置放大电路、模数转换电路、单片机控制电路、显示电路、声光报警电路和安全保护电路构成，设计合理、简单易懂、价格低廉，使单片机在烟雾报警系统的控制中得到充分应用，具有一定的实用价值。论文主要针对烟雾报警系统中的各个组成部分及功能进行了详细的介绍和说明，并对其主控电路和外围设备电路之间的接口连接方式，以及系统软件设计进行了重点的分析和讲解。关键词：烟雾报警器STC89C52蜂鸣器传感器ABSTRACT—II—ABSTRACTThedesignofthesensorandsingle-chipmicrocomputerasthecoredevicesmokealarmdesign,withotherdevicescanachievesoundandlightalarm,automaticexhaustventilationandfireextinguishingfunction.DesignofsinglechipSTC89C52isselectedasthecontroldevice,theselectionofsensorfordetectionofMQ-2typesemiconductorgassensitiveelementsmokesensorsmoke.Thesmokealarmismainlycomposedofsmokesignalacquisitionandthepreamplifiercircuit,analog-digitalconversioncircuit,single-chipmicrocomputercontrolcircuit,displaycircuit,alarmcircuitandprotectioncircuit,reasonabledesign,simple,lowprice,makefulluseofMCUalarmsysteminthecontrolofthesmoke,andhasacertainpracticalvalue.Themainthesisofthesmokealarmsystemforthevariouscomponentsandfunctionsareintroducedandexplained,andtheconnectionmodeofthemaincontrolcircuitandperipheralequipmentcircuitinterface,andthesoftwaredesignofthesystemisanalyzedandtheexplanationofthekey.Keywords：ThesmokealarmSTC89C52buzzersensor目录—III—目录摘要....................................................IABSTRACT...............................................II前言................................................IV1绪论..................................................11.1研究火灾报警器的背景及意义.........................11.2火灾报警器的研究现况..............................11.3主要工作..........................................12系统概述..............................................22.1系统方案..........................................22.2MQ-2烟雾传感器的简介.............................23系统硬件选择..........................................43.1STC89C52单片机简介...............................43.2温度采集模块......................................73.3数码管的选择.....................................123.4蜂鸣器的选择.....................................124电路设计..............................................134.1单片机最小系统...................................134.2烟雾检测A/D采集电路.............................144.3数码管显示模块...................................144.4声音报警电路.....................................154.5按键控制电路.....................................154.6电源模块.........................................165系统软件设计..........................................175.1软件设计语言的选择...............................175.2程序设计步骤.....................................185.3程序设计.........................................18结论...................................................20致谢...................................................22附录...................................................23前言—IV—前言火灾自动报警系统，一般由火灾报警器、区域报警器和集中报警器组成。也可以根据工程的要同各种灭火设施和通讯装置联动，以形成中心控制系统。既由自动报警、自动灭火、安全疏散诱导、系统过程显示、消防档案管理等组成一个完整的消防控制系统。火灾探测器是探测火灾的仪器，由于在火灾发生的阶段，将伴随产生烟雾、高温和火光，这些烟、热和光可以通过探测器转变为电信号报警或使自动灭火系统启动，及时扑灭火灾。本设计的单片机及烟雾传感器是烟雾报警器系统的两大核心。单片机好比一个桥梁，联系着传感器和报警电路设备。近几年来，单片机已逐步深入应用到工农业生产各部门及人们生活的各个方面。各种类型的单片机也根据社会的需求而开发出来。单片机是器件级计算机系统，实际上它是一个微控制器或微处理器。由于它功能齐全，体积小，成本低，因此它可以应用到所有电子系统中。同样，它也可以广泛应用于报警技术领域，使各类报警装置的功能更加完善，可靠性大大提高，以满足社会发展的需要。而传感器作为信息技术系统的“感官”器件，如果没有“感官”感受信息，或者“感官”迟钝，都难以形成高精度、高速度的控制系统。美国曾把二十世纪八十年代称为传感技术时代，日本更是把传感技术列为十大技术之首。所以，根据报警器功能的需要，选择合适、精确、经济的烟雾传感器和单片机芯片是至关重要的。在本论文中的最主要的设计是选STC89C52单片机和MQ-2半导体气体烟雾传感器为核心器件。黑龙江八一农垦大学毕业设计（论文）—1—1绪论1.1研究火灾报警器的背景及意义世界上无时无刻不在发生着各种各样的灾难，在各种灾害中，火灾是发生频率较高的一种灾害。据相关资料显示，全球每年发生火灾大约在六百万次到七百万次，全球每年死于火灾的人数大约八万人左右，严峻的事实表明，随着社会和经济的发展，火灾给人类、社会和自然造成的危害范围不断扩大。残酷的现实让人们意识到监控预警和消防工作的重要性，良好的监控系统和及时的报警机制可以大大降低人员的伤亡，为社会减少不必要的损失，这时火灾自动报警系统（FAS）应运而生。它能迅速的检测出火情，可在人们没察觉出火灾发生时就察觉出火灾，可将火灾带来的损失降到最低。火灾自动报警系统还能对火灾进行实时监控和准确报警，有着防止和减少火灾危害、保护人们身体和财产安全的重要意义，有很大的经济效益和社会效益。1.2火灾报警器的研究现况从20世纪80年代中后期开始，随着计算机技术、控制技术、集成电路技术、传感器技术及智能技术的快速发展，火灾自动报警系统步入智能化时代。在我国，采用无线火灾自动报警系统日益受到重视。由于其具有安装简便、对建筑物无算坏作业、灵活性好。易于扩展等优点，适用于许多场合。火灾自动报警系统的智能性主要体现在火灾判决和统筹管理方面，一般分为分散式、集中式和分布式，其中分布式系统的控制器和探测节点均为智能型，也是今后火灾自动报警系统的发展方向。1.3主要工作本篇论文是烟雾报警器的研制：(1)对系统进行整体规划和结构设计。(2)以STC89C52单片机为中央处理器，对硬件电路进行设计和改进，使其功能更加完善。系统硬件电路主要分为数据收集、声音报警电路、状态指示灯电路、数码管显示电路部分。(3)系统的软件编制。按照软件实现的功能，主要分为主程序、初始化子程序、浓度显示子程序、报警子程序、报警限值设置子程序。在程序的编写过程中，加入了详细的文字注释，便于后期的改进与维护。(4)硬件电路和软件的综合调试。黑龙江八一农垦大学毕业设计（论文）—2—2系统概述2.1系统方案烟雾报警器是能够检测环境中的烟雾浓度，并具有报警功能的仪器。该报警系统的最基本组成部分应包括：信号采集模数转换电路、单片机控制电路、字符显示电路、声光报警电路和安全保护电路等部分组成。为适应家庭和工业等场所对可燃性易爆烟雾安全性要求，设计的烟雾报警器具有显示报警状态。报警器采用延时的工作方式，烟雾检测报警器以STC89C52单片机为控制核心，选用MQ-2半导体气体烟雾传感器采集烟雾浓度信息，配合外围电路构成烟雾报警系统。本设计包括硬件和软件设计两个部分。本设计是以STC89C52单片机为核心，从设计的要求来分析该设计须包含如下结构：烟雾检测部分、STC89C52单片机主控部分、报警部分、A/D采集四大部分。系统框图如图1所示。图1系统基本方框图处理器采用51系列单片机STC89C52。整个系统是在系统软件控制下工作的。设置在监测点上的烟雾检测探头将检测到的烟雾变换成电信号，送出模拟信号，给AD采集电路采集。在单片机内，经软件查询、识别判决等环节实时发出烟雾报警状态控制信号,驱动蜂鸣器及报警指示灯报警。2.2MQ-2烟雾传感器的简介MQ-2半导体气体烟雾传感器是以清洁空气中电导率较低的金属氧化物二氧化锡(SnO2)为主体的N型半导体气敏元件。当传感器所处环境中存在烟雾气体电源开关电源STC89C52单片机A/D采集电路显示电路报警电路按键控制黑龙江八一农垦大学毕业设计（论文）—3—时，传感器的电导率随空气中烟雾气体浓度的增加而增大。在设计报警器时只有使用简单的电路即可将电导率的变化转换为与该气体浓度相对应的输出信号。该传感器具备一般半导体烟雾传感器灵敏度高、电导率变化大、响应和恢复时间短、抗干扰能力强、输出信号大、寿命长和工作稳定等优点，在市面上应用十分广泛。MQ-2半导体气体烟雾传感器适用于烟雾、天然气、煤气、氢气、烷类气体、汽油、煤油、乙炔、氨气等的检测，对可燃性气体的检测很理想。这种传感器在