学生宿舍火灾检测器的设计论文

陇东学院第三届电子设计竞赛论文`题目:学生宿舍火灾检测器的设计姓名:周永杨茂才刘龙指导教师:王彦璋二〇一四年五月六日摘要:学生宿舍火灾检测器的设计，是当环境温度、可燃气体燃烧产生的烟雾浓度达到一定数值时，系统会发出相应的灯光报警信号和声音报警信号，以实现火灾检测报警。本系统在硬件设计方面，采用AT89S52单片机作为报警装置的检测和控制核心；利用18B20型温度传感器和MQ135型烟雾传感器作为检测元件；采用1602LCD实时显示环境温度和可燃气体燃烧产生的烟雾浓度。在软件方面，利用C语言进行编程，通过软件编程来控制报警装置的运行。本设计适用于家庭和学生宿舍的火灾报警装置。关键词：火灾检测器AT89S52单片机18B20型温度传感器MQ135型烟雾传感器目录第一章前言………………………………………………………………1第二章设计任务…………………………………………………………2第三章方案设计与论证…………………………………………………4第四章硬件设计…………………………………………………………7第五章安装与调试………………………………………………………18第六章致谢………………………………………………………………19附录程序清单1第一章前言本次火灾检测器的设计，采用AT89S52单片机作为报警装置的检测和控制核心；利用18B20型温度传感器和MQ135型烟雾传感器作为检测元件；采用1602LCD实时显示环境温度和可燃气体燃烧产生的烟雾浓度。当环境温度、可燃气体燃烧产生的烟雾浓度达到一定数值时，系统会发出相应的灯光报警信号和声音报警信号，以实现火灾检测报警。本设计结构相对简单，容易实现，具有高度的智能化，适用于家庭和学生宿舍的火灾报警装置。2第二章设计任务1.设计任务设计一个火灾检测系统，系统结构框图如下：主控器能对烟雾、温度检测器（简称：检测器）通过传输线实现数据传输以及显示。2.基本要求1）温度检测单元的设计，检测的温度范围：0℃～60℃检测分辨率1℃；2）烟雾检测单元设计，当烟雾到达一定浓度时，能检测出烟雾；3）主控器收集各检测单元的数据，并通过显示器显示；4）可由主控器设置系统时间以及温度修正值。3.发挥部份1）提高各检测器的检测精度；2）检测的温度范围：0℃～400℃；3）各检测器与主控器之间距离≥100米（实验中用10米传输线代替）。3第三章方案设计与验证1.火灾报警系统设计方案根据题目要求，火灾报警系统可划分为控制部分和信号检测部分。信号检测部分包括温度检测模块、烟雾检测模块；控制部分包括显示模块、控制器模块和报警设备模块。控制部分和信号检测部分共5模块。设计模块方框图如图1所示。主控制单元烟雾检测温度检测报警设备显示设备图1模拟方框图本设计的工作过程如下：给火灾报警系统控制器AT89S52单片机加电，系统开始工作。当环境温度、可燃气体燃烧产生的烟雾浓度达到一定数值时，系统会发出相应的灯光报警信号和声音报警信号2.控制器模块根据题目要求，控制器主要用于各个传感信号的接受和辨认、控制系统的正常工作、控制显示器、发生火灾时显示灯信号和发出声信号等。本设计采用AT89S52单片机作为火灾检测系统的控制器。3.环境温度检测模块环境温度检测模块实现当环境温度达到一定数值时，系统会发出相应的灯光报警信号和声音报警信号。本设计采用18B20型温度4传感器对环境温度进行检测。4.烟雾检测模块烟雾检测模块主要用于室内可燃气体燃烧产生的烟雾浓度的检测。在本系统中，采用MQ135型烟雾传感器实现对烟雾的检测。5.显示模块根据题目要求,室内温度和烟雾浓度变化的过程中,系统需要对具体的数值进行显示。本设计采用1602LCD实时显示环境温度和烟雾浓度。1602LCD具有轻薄短小，耗电量低，稳定不闪烁，平面直角显示画面效果好，抗干扰能力强等特点。6.报警设备模块报警设备模块的设计要求在环境温度、可燃气体燃烧产生的烟雾浓度达到一定数值时，系统发出相应的灯光报警信号（LCD-RE、LCD-BL）和声音报警信号。在发声方面，考虑到音量要比较大，使用扬声器。5第四章硬件设计此系统是一个综合设计，在设计中运用了检测技术、自动控制技术和电子技术。系统可分为传感器检测部分和智能控制部分。传感器检测部分：系统利用温度传感器、烟雾传感器将检测到的一系列外部信息（例如温度的高低、烟雾浓度的大小等）转化为可被控制器辨认的电信号。传感器检测部分包括2个单元的电路：温度检测电路、烟雾检测电路。智能控制部分：系统中控制器根据传感器变换输出的电信号进行逻辑判断，控制灯光颜色的闪烁，1602LCD显示、扬声器，完成了火灾报警装置的各项任务。控制部分包括2个单元的电路：显示器电路、扬声器电路。1.电源电路设计本系统采用竞赛组委会提供的锂电池作为电源。电池不仅供控制器AT89S52单片机工作，而且报警系统所用到的传感器和所有芯片均由电池供电。因此，电池系统对报警系统的整体性能起着十分重要的作用。单片机和传感器的电压为+5V，而电池电压最高时接近8V。因此，为保证整个系统运行的稳定性和可靠性，电池的设计十分重要。在此设计中采用LM7805设计稳压电路,其输出一个正5V的直流电压。电源稳压电路图如图2所示;LM7805的引脚图如图3所示。6图2稳压电路图图3LM7805的引脚图2.单片机控制电路的设计采用AT89S52单片机作为火灾报警系统的检测和控制核心。单片机外接显示电路、温度检测电路、烟雾检测电路、扬声器发声电路。其中温度检测电路和烟雾检测电路是信号输入，显示电路、扬声器发声电路是输出。单片机AT89S52接受各传感器检测电路产生的信号，完成火灾报警功能。AT89S52单片机的最小系统及外围电路如图4所示。7图4AT89S52的最小系统及外围电路3.温度检测电路的设计本设计采用了18B20型温度传感器。传感器检测室内温度的不断变化，此信号经转换后，会被AT89S52单片机接受。当达到一定数值时，单片机会控制系统会发出相应的灯光报警信号LCD-BL和声音报警信号。温度检测电路如图5所示。8图5温度检测电路4.烟雾检测电路的设计本设计采用MQ135型烟雾传感器。传感器检测室内可燃气体燃烧产生的烟雾浓度的不断变化，此信号经转换后，会被AT89S52单片机接受。当达到一定浓度时，单片机会控制系统会发出相应的灯光报警信号LCD-RE和声音报警信号。烟雾检测电路如图6所示。图6烟雾检测电路95.报警设备电路的设计当环境温度、可燃气体燃烧产生的烟雾浓度达到一定数值，各传感器把此信息送给单片机，单片机会控制扬声器发出声信号。扬声器电路如图7所示。图7扬声器发声电路6.显示器电路的设计在本系统中采用1602LCD来显示环境温度和可燃气体燃烧产生的烟雾浓度。1602LCD直接与单片机引脚相连接。10第五章安装与调试在安装过程中，对报警装置的调试分为硬件调试和软件调试两个部分。首先，我们对电源稳压电路和单片机最小系统进行了调试，用万用表对各个引脚的电压进行了验证。1.各传感器及外围电路的调试我们把两个传感器安装好之后，单步检查了外围电路，确定没有问题。另外要使传感器的灵敏度，经过多次的实验，测得较为合适的数值。2.软件部分的调试软件部分我们采取了单步模块调试的办法。首先对各模块的子程序进行了调试，结果显示子程序和传感器检测模块出现了问题。经过不断地修改和调试。在每一部分子程序调试通过后，结合外围电路对所有子程序进行了整合，编出了完整的主程序。3.报警装置的整体测试最后，我们报警装置进行了完整的测试。检测器的运行完成了竞赛题目的任务，其稳定性和可靠性符合题目要求。11第六章致谢时间总是过得很快,我们在这紧张的挑战中度过了最充实的一周。参加这次电子设计竞赛，使我们深刻的认识到学好专业知识和自身建设方面的重要性，让我们感受到了团队协作的至关作用，让我们体会到了理论知识与实践操作的差距。短短的一周，让我们学到了好多好多的东西，虽然我们在知识的运用和衔接上还不够熟练，但我们会在以后的学习中继续努力、不断完善。最后感谢学校能给我们这样一个挑战自我和运用所学专业知识的平台，感谢王彦璋老师在设计和制作当中给予我们的指导和帮助。由于时间的仓促和知识方面的欠缺,我们的作品在设计和制作方面还存在着一定的不足,恳请组委会老师的指导!12附录程序清单本设计所运行的C语言程序如下: