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FirealarmdevicebasedonsingleChipMicrocomputerControl李旺自动化张东虞2018年5月10日姓名：专业：导师：日期：基于单片机控制的火灾报警装置CONTENTS目录选题背景及意义1研究成果与应用4硬件部分2论文总结及展望5软件部分3火灾对于我们其实并不陌生，它是不亚于地震、海啸等残酷自然灾害的隐患之一。无时不刻的威胁着人类的生活空间及生命安全。火灾火情的预警监控工作刻不容缓，因而找寻一种能实时有效的监控预警火情已然成为人们及需解决的问题。随着城镇化进程的步伐加快，城市高楼日益增多，火灾隐患不绝于耳，被火灾而造成的各类损失每年日趋上涨，因而急需一类抗干扰强、性能稳定的实时监控的智能型火灾报警装置。火灾自动报警装置的诞生正是如此，其能实时监测火情，是一个集信号检测、传输、转换处理、声光报警于一体的设备装置。一、选题背景3选题背景及意义硬件部分软件部分研究成果与应用论文总结展望4选题背景及意义硬件部分软件部分研究成果与应用论文总结展望1.1国内外火灾报警系统的发展现状目前在国外得到了广泛应用。这种系统的代表产品有如澳大利亚GO－DEXPTY.LTD公司生产的GO－DEX型空气采样式感烟火灾智能报警系统，澳大利亚维信防火与保安有限公司（VisionFire&Security）生产的VESDA产品等，其中维信公司的VESDA产品是最具有代表性的产品。该系统是全世界空气采样早期智能报警系统领域的领导者，系统对烟雾分析力为0.00075%obs/m，以其安装简便灵活，高可靠、高效率、低误报率的极早期探测智能报警性能，惊鸣世界、誉满全球，广泛的应用在电信行业在内的各种复杂的应用场所。5选题背景及意义硬件部分软件部分研究成果与应用论文总结展望国内发展现状如何呢？现下已有部分企业着手早期智能报警系统的市场，比如南京消防集团有限公司研制生产的超早期感烟火灾智能报警系统：SH97300高灵敏度激光吸气式感烟火灾探测报警系统。其灵敏度高达0.0042dB/m，比普通早期报警的感烟探测器灵敏度高100倍以上，且同样具有安装灵活简便、能够智能报警等。该系统被广泛应用于重要场所火灾报警，但是由于国内的火灾报警系统较多的是进口产品或是靠引进技术，其系统的灵敏度、对环境变化的自适应能力、探测浓度范围、以及节电设计方面还有待进一步研究提高，但随着科技水平的发展、市场推广的深入和全民火灾防范意识的不断加强，应用领域也会延伸至多种行业，火灾系统将备受推崇，也将随技术的创新而不断发展更新。6选题背景及意义硬件部分软件部分研究成果与应用论文总结展望火灾报警装置包含以下几个模块：温度烟雾探测模块、声光报警、模数转换、控制中心、控制编码程序[3]。控制中心即单片机，监测部分采取传感装置，从而实现火灾报警装置的预警效果。该装置能对监测点现场的温度、烟雾实时采集数据，将已监测的参数转换为数字信号传输给单片机。单片机对该信号处理分析从而判断火情是否报警[4]。右图为总体结构框图。1.2本系统的总体方案设计温度、烟雾采集选题背景及意义硬件部分软件部分研究成果与应用论文总结展望2、硬件选取2.1硬件系统组成完整的火灾报警系统，必须包含以下几个部分：系统控制模块，火灾探测模块，数据转换模块以及报警模块。本设计以单片机作为控制系统的核心，以传感器作为其测温装置，来实现火灾报警系统的设计。该设计可以对监测点温度以及烟雾实时采集可检测，当所测温度或者烟雾浓度高于临界温度时自动报警。温度信号或者烟雾浓度信号采集电路将温度信号或者烟雾浓度信号以数字信号的形式送入单片机。单片机对该数字信号进行滤波处理，并对处理后的数据进行分析，是否大于或者等于某个预设值，即报警临界温度或者烟雾浓度。如果大于则启动报警电路发出报警声音和显示非正常状态，反之则为正常状态。选题背景及意义硬件部分软件部分研究成果与应用论文总结8单片机的选取单片机是此系统中最为核心的部件，他代表着系统的灵魂，它要不仅要接收来自传感器的各类参量模拟信号数字信号以及自身障碍的检测，还需要对这些信号分类处理，以便控制分部电路的相关工作[5]；单片机STC89C51应用广泛，且适合民用、商用，用途更广泛，其价格低廉、性价比高[6]，本设计选用STC89C51作为本装置的核心。模数转换芯片的选择A/D转换器的种类很多，就位数来分，有8位、10位、12位、16位等。位数越高，其分辨率也越高，但价格也越贵。而就其结构而言，有单一的A/D转换器，有内含多路开关的A/D转换器。目前应用广泛，价格适中的A/D转换器ADC0832，其内部含有三态输入缓冲电路，可直接与各种微处理器连接，且无须附加逻辑接口电路，内部设置的高精参考电压源和时钟电路，应用非常方便。根据本设计的需要，我选择的A/D转换器是ADC0832选题背景及意义硬件部分软件部分研究成果与应用论文总结展望2.2主要芯片选题背景及意义硬件部分软件部分研究成果与应用论文总结9温度探测器的选择在传感器领域中，温度传感器可谓是大同小异，因而在此系统如何选择一款适宜本装置的温探器必不可少，一般在选择温度探测器主要考虑以下因素：最大监测范围及其精确性、体积大小、温探范围大小、抗干扰性、价格如何等都是不可忽视的因素。本装置最终选定DS18B20作为温度探测装置。烟雾传感器的选择设计中采用了MQ-2型气体传感器，他的性能稳定可靠，适用于大多场合。其具有以下特点：（1）单电源供电，功耗低在0.7W左右。（2）灵敏度和信噪比高。（3）探测范围广响应快、（4）灵敏度高寿命长、（5）性能稳定驱动电路简单选题背景及意义硬件部分软件部分研究成果与应用论文总结展望2.3传感器的选择时钟电路复位电路各模块的电路设计选题背景及意义硬件部分软件部分研究成果与应用论文总结展望单片机内含振荡电路，自激振荡器的实现，只需将引脚18、19外接12Mhz的晶振以及二个20pF的电容后，从而起振，使在单片机内部触发产生时钟脉冲信号[10]，电路如下图。单片机以及系统各模块在正常工作前均需要复位初始化。本装置采用的是按键复位。通过按键手动复位，操作简单、便于控制[11]。最初时，STC内部电压为0。按键接通后电路导通，系统处于高电平复位状态。选题背景及意义硬件部分软件部分研究成果与应用论文总结烟雾传感电路温度探测电路各模块的电路设计选题背景及意义硬件部分软件部分研究成果与应用论文总结展望该装置采用的是DS18B20传感器检测温度，这款体积小、性能稳定、使用方便的温度传感器可以实时监测周围的环境温度，并且探测到的温度参量输入单片机，DS18B20具有独特的单线接口。该装置采用MQ-2传感器，其工作原理是MQ-2内部阻值随气体浓度数值而变化。但是由于其输出信号很小不能被单片机直接识别，所以要经过其他电路对其放大、滤波、调节电平等处理，再传输给单片机进行处理[12]。321411U3ALM324R6100k+5VR41KC90.1uFC80.1uF+9VOUT3VCC1GND2Q2NIS-09CIN1选题背景及意义硬件部分软件部分研究成果与应用论文总结蜂鸣器电路液晶显示电路各模块的电路设计选题背景及意义硬件部分软件部分研究成果与应用论文总结展望这里采用了LCD1602A液晶显示，该液晶显示模块广泛应用在我们的生产生活中，一般通过数字、专用符号和图形方式呈现。其显示容量、工作电压均适合本系统所需，这里不必太过担心，值得注意的是功耗不低要也可保证其正常工作。它一共有16个引脚，电路连接设计时必须十分注意就可以了。声音预警是系统装置重要的一环，他就像人的声带，在遇到危险和障碍时倘若无法发出声音信号进行求救，那么情况可想而知。而这里我们将采用有源式的蜂鸣器来作为系统的报警器件，有源式蜂鸣器内含振荡源，发声条件简易。但缺陷在于其功耗较高、所需电流较大，因此我们需要加用一个三极管驱动、一个限流电阻、一个D4二极管，以保证正常工作的需要A1B2FBUZZER+5GNDFR12.2KQ19012选题背景及意义硬件部分软件部分研究成果与应用论文总结各模块的电路设计选题背景及意义硬件部分软件部分研究成果与应用论文总结展望按键电路本装置读取按键采用了按键接低的方式，也就是初高按低的方式，当按键时，会置于低电平，使系统正常运行。常见的按键电路有独立键盘和矩阵式键盘两类接法，独立键盘接法简洁，只需一断接地，一断借I/O口便可实现，这种接法优点在于程序简单且系统稳定；相比之下矩阵式接法显得较为复杂，实现困难。因而本装置采用了独立式的键盘接法。我们可以通过按键的状态，从而判定系统电平状态。即初高按低。S1SWSPSTS2SWSPSTS3SWSPSTGNDk1k2k3软件部分软件开发环境选题背景及意义硬件部分软件部分研究成果与应用论文总结展望本设计采用KeilC51是美国KeilSoftware公司出品的51系列兼容单片机C语言软件开发系统，它摒弃了传统的汇编语言而采用C语言进行程序设计。因为C语言的描述由函数组成，是一种结构化的程序设计语言，所以更容易实现模块化，而且具有可读性好，易于移植等优点，同时还有汇编语言一样的位操作功能的硬件详细控制指令。数据结构方面，可以使用结构体和数组，能够处理复杂的数据，可用于实时处理系统。选题背景及意义硬件部分软件部分研究成果与应用论文总结软件部分选题背景及意义硬件部分软件部分研究成果与应用论文总结展望软件的总结构在这里我们采取模块化的方式去设计程序，考虑装置的更新以及维护，通过这种方式极大的提升软件的利用率以及扩展方向。而这一方式主要通过调用子程序来实现。流程如下：首先设置各部分机各个端口输入输出，其次外围驱动电路、数据存储电路以及芯片的初始化，最后执行装置的数据监测采集、数据转换传输和反复判断等任务。以致达到精确实时的预警。软件总体结构选题背景及意义硬件部分软件部分研究成果与应用论文总结软件部分选题背景及意义硬件部分软件部分研究成果与应用论文总结展望软件总体结构开始初始化温度烟雾信号采集判断报警判断正常异常报警火灾报警手动复位选题背景及意义硬件部分软件部分研究成果与应用论文总结软件部分主程序初始化流程选题背景及意义硬件部分软件部分研究成果与应用论文总结展望如何实现主程序初始化呢？其流程有：设置装置I/O端口的工作状态、初始化或中断等，设定定时器、断开操作系统、响应中断定时，采集当前烟雾浓度及温度信号。设置并显示相关报警上限值。选题背景及意义硬件部分软件部分研究成果与应用论文总结软件部分主程序初始化流程选题背景及意义硬件部分软件部分研究成果与应用论文总结展望在历时多月，从最初的开题报告到如今的答辩完结，火灾报警装置终于完成焊接、调试。并且如期的实现各部分功能。装置实物图如左。研究成果AB选题背景及意义硬件部分软件部分研究成果与应用论文总结展望总结选题背景及意义硬件部分软件部分研究成果与应用论文总结展望历时几月的时间，在各方面的不懈努力下终于见到了曙光，这款火灾报警器还是如期而至的诞生了，无论过程如何的惨淡、心酸，最终我们成功了，成功的实现预期的各项功能。他将在火灾发生的前期就可精确预警，系统还采用了8位模数转换芯片：ADC0809，将STC89C51作为系统的控制中心。系统在采集各项参考量，采用多次采集判断的方式，从而降低误报率。在系统的软件设计方面，采用了KeilC51的C语言软件开发系统模块化程序设计方法，应用子程序调用实现的各模块功能。程序结构简单清晰，便于系统的维护与程序扩展。但事物不会十全十美，知识的海洋浩瀚无垠，未来的路还很长，我们需要学习还很多。装置还有许多待改进及扩展。（1）火灾报警系统精确灵敏等还些许不足，算法有待改进，可应用前沿的智能算法。（2）温度探测器DS18B20可实现多点测温，扩大监测范围，但需保证精准度。（3）DS18B20的测温范围上下限过窄，尤在温度上升过快易失效，（4）设置联动装置，系统不仅在险情时发出警报，并可以驱动灭火装置灭火，从而在早期及时控制火情。（5）装置未实现联网，预警局限。上诉都是装置还存在的些许不足，与功能的未尽完善，我坚信会有改进的