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家庭环境监测系统——火灾监测系统课程设计实验报告一课程设计的目的本次课程设计的目的有：1锻炼学生独立进行单片机系统设计的能力，通过从硬件到软件，从模块采购到整个系统的调试这些过程，让学生能够较为真实的体会到单片机系统的研发设计过程，为今后学生进行更为复杂的系统研发打下一定的基础。2培养学生从实际生活中发现问题并且解决问题的能力，是学生的思想不再局限于课本的理论，让学生能够真正的去现实生活中去寻找问题，并运用自己学过的知识去解决问题，开阔眼界，为将来走上工作岗位提供必要的知识。二课程设计的内容本次课程设计目的是设计一个家庭火灾报警系统，本方案设计的消防报警和联动控制系统基于51单片机控制的，由多种火灾探测器联合进行检测报警的系统。该系统是生命财产安全的忠实卫士和智能大厦的保卫者，它可以避免由于火灾而造成的巨大经济损失，在火灾初期就可以人为地预防由于火灾造成的一些不必要的损失，使生命财产受到安全的保护。它广泛用于生命安全，紧急信号，防爆防火等各类场所。可保证该系统在未来数年内保持世界领先水平。一套先进可靠的火灾报警系统可以有效的避免或降低由于火灾而引起的生命财产损失。同时几乎为零的误报率，运行的极其安全稳定，先进的可再生功能也可减少大厦的物业管理工作。本方案即是针对本项目的特点而设计的。1火灾报警系统简介1.1火灾自动报警系统概述火灾自动报警系统能够在火灾初期，将燃烧产生的烟雾、热量和火焰辐射等物理量，通过感温、感烟和感光等火灾探测器变成电信号，传输到火灾报警控制器，并及时发出报警信号。火灾自动报警系统的组成形式多种多样，它的发展目前可分为三个阶段1多线制开关量式火灾探测报警系统。这是第一代产品，目前国内极少数厂家生产外，它基本上已处于被淘汰状态。2总线制可寻址开关量式火灾探测报警系统。这是第二代产品，尤其式二总线制开关量式探测报警系统目前正被大量使用。3模拟量传输式智能火灾报警系统。这是第三代产品。目前我国已经开始从传统的开关量式火灾探测报警技术，跨入具有先进水平的模拟量式智能火灾探测报警技术的新阶段，它的系统的误报率降低到最低限度，并大幅度地提高了报警的准确度和可靠性。目前火灾自动报警系统有智能型、全总线型以及综合型等，这些系统不分区域报警系统或集中报警系统，可达到对整个火灾自动报警系统进行监视。但是在目前的实际工程当中传统型的区域报警系统、集中报警系统和控制中心报警系统仍得到较为广泛的应用。火灾自动报警系统的工作原理如下：安装在保护区的探测器不断的向所监视的现场发出巡检信号，监视现场的烟雾浓度、温度等，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。当发生火灾时候，发出声光报警，显示火灾区域或楼层房号的地址编码，并打印报警时间、地址等。同时向火灾现场发出警铃报警，在火灾发生楼层的上下相邻层或火灾区域的相邻区域也同时发出报警信号，以显示火灾区域。各应急疏散指示灯亮，指明疏散方向。2火灾自动报警系统的组成火灾自动报警系统是由触发器件、火灾报警装置、火灾警报装置以及具有其它辅助功能的装置组成的火灾报警系统，在火灾自动报警系统中，自动产生火灾报警信号的器件称为触发件，主要指火灾探测器。2.1火灾探测器火灾探测器是火灾自动报警系统的传感部分，是组成各种火灾自动报警系统的重要组件，是火灾自动报警系统的“感觉器官”。它能对火灾参数(如烟、温度、火焰辐射、气体浓度等)响应，并自动产生火灾报警信号，或向控制和指示设备发出现场火灾状态信号的装置。火灾探测器是系统中的关键元件，他的稳定性、可靠性和灵敏度等技术指标会受到诸多因素的影响，因此火灾探测器的选择和布置应该严格按照规范进行。2.1.1火灾探测器的分类目前火灾探测器的种类很多，按照不同的方式有不同的分类方法。1根据监测的火灾特性不同，火灾探测器可分为感烟、感温、感光、复合和可燃气体等五种类型，每个类型又根据其工作原理的不同而分为若干种。2根据感应元件的结构不同，可分为：⑴点型火灾探测器。对警戒范围中某一点周围的火灾参数作出响应。⑵线型火灾探测器。对警戒范围中某一线路周围的火灾参数作出响应。3根据操作后是否能复位，可分为：⑴可复位火灾探测器。在产生火灾报警信号的条件不再存在的情况下不需要更换组件即能从报警状态恢复到监视状态。根据复位的方式不同，又可分为以下三种：①自动复位火灾探测器。能自动地恢复到监视状态。②遥控复位火灾探测器。通过遥控操作能恢复到监视状态。③手动复位火灾探测器。通过手动调节能恢复到监视状态。⑵不可复位火灾探测器。在产生火灾报警信号的条件不再存在的情况下，需调换组件才能从报警状态恢复到监视状态或动作后不能恢复到监视状态。2.1.2火灾探测器的选择火灾探测器的选择应符合下列要求：(1)对火灾初期有阴燃阶段，产生大量的烟和少量的热，很少或没有火焰辐射的，选用感烟探头；(2)对火灾发展迅速，产生大量热、烟和火焰辐射的，选用感烟探头、感温探头、火焰探头或它们的组合；(3)对火灾发展迅速，有强烈的火焰辐射和少量烟、热的，选用火焰探头；(4)对情况复杂或火灾形成特点不可预料的，可进行模拟实验，根据实验选用适宜的探头。火灾报警控制器是火灾自动报警系统心脏，具有下述功能：(1)用来接受火灾信号并启动火灾警报装置。该设备也可用来指示着火部位和记录有关信息。(2)能通过火警发送装置启动火灾报警信号或通过自动消防灭火控制装置启动自动灭火设备和消防联动控制器。(3)自动地监视系统的正确运行和对特定故障给出声、光报警。2.2火灾控制器火灾报警控制器是火灾自动报警系统心脏，具有下述功能：(1)用来接受火灾信号并启动火灾警报装置。该设备也可用来指示着火部位和记录有关信息。(2)能通过火警发送装置启动火灾报警信号或通过自动消防灭火控制装置启动自动灭火设备和消防联动控制器。(3)自动地监视系统的正确运行和对特定故障给出声、光报警。2.2.1火灾报警控制器的分类火灾报警控制器种类繁多，根据不同的方法可分成不同的类别。(1)按控制范围可分为：ａ区域火灾报警控制器：直接连接火灾探测器，处理各种报警信息。ｂ集中火灾报警控制器：它一般不与火灾探测器相连，而与区域火灾报警控制器相连，处理区域级火灾报警控制器送来的报警信号，常使用在较大型系统中。ｃ控制中心火灾报警控制器：它兼有区域，集中两级或火灾报警控制器的特点，即可以作区域级使用，连接控制器；又可以作集中级使用，连接区域火灾报警控制器。(2)按结构型式可分为：ａ壁挂式火灾报警控制器：连接的探测器回路相应少些，控制功能简单，区域报警控制器多才用这种型式。ｂ台式火灾报警控制器：连接探测器回路数较多，联动控制较复杂，集中式报警器常采用这种方式。ｃ框式火灾报警控制器：可实现多回路连接，具有复杂的联动控制。(3)按系统布线方式分为：ａ多线制火灾报警控制器：探测器与控制器的连接采用一一对应方式。ｂ总线制火灾报警控制器：控制器与探测器采用总线方式连接，探测器并联或串联在总线上。三系统的硬件过程1系统的定义本次课程设计所设计的火灾报警系统采用多种传感器相结合的报警方式，每个模块都能独立触发报警模式，并根据每个模块检测的种类，以及火灾发生信号的先后顺序，进行分级报警，一定程度上减少了误报的影响。2系统的工作过程系统的框图如下：具体工作原理如下：单片机控制器不断的查询一氧化碳、火焰、温度传感器的输出引脚，因为火灾在发生之前，会先出现烟雾，之后环境温度会逐渐上升，最终会出现火苗，根据这一特性，对3火灾探测器的选择本次课程设计选用了三种火灾探测器，分别是一氧化碳传感器、火焰传感器、温度传感器，分别将上述三种模块的使用手册介绍如下：a一氧化碳传感器（1）简介传感器所使用的气敏材料是在清洁空气中电导率较低的二氧化锡(SnO2)。采用高低温循环检测方式低温（1.5V加热）检测一氧化碳，传感器的电导率随空气中一氧化碳气体浓度增加而增大，高温（5.0V加热）清洗低温时吸附的杂散气体。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。MQ-7气体传感器对一氧化碳的灵敏度高，这种传感器可检测多种含一氧化碳的气体，是一款适合多种应用的低成本传感器（2）功能特点：1、具有信号输出指示。2、双路信号输出（模拟量输出及TTL电平输出）3、TTL输出有效信号为低电平。（当输出低电平时信号灯亮）4、模拟量输出0~5V电压，浓度越高电压越高。5、对一氧化碳具有很高的灵敏度和良好的选择性。6、具有长期的使用寿命和可靠的稳定性（3）电路原理图（3）应用范围用于家庭、环境的一氧化碳探测装置。适宜于一氧化碳、煤气等的探测。b火焰传感器（1）简介1、火焰传感器对火焰最敏感，对普通光也是有反应的，一般用做火焰报警等用途。2、小板输出接口可以与单片机IO口直接相连3、传感器与火焰要保持一定距离，以免高温损坏传感器，对打火机测试火焰距离为80cm，对火焰越大，测试距离越远4、小板模拟量输出方式和AD转换处理，可以获得更高的精度（2）功能特点1、可以检测火焰或者波长在760纳米～1100纳米范围内的光源，打火机测试火焰距离为80cm，对火焰越大，测试距离越远。2、探测角度60度左右，对火焰光谱特别灵敏。3、灵敏度可调（图中蓝色数字电位器调节）。4、比较器输出，信号干净，波形好，驱动能力强，超过15mA。ABH136452QM-N10VCCVCCVCCR3LEDC1VCC23418U1AR11234P1RpR2+5VDOUTAOUTGND5、配可调精密电位器调节灵敏度。6、工作电压3.3V-5V。7、输出形式：数字开关量输出（0和1）。8、设有固定螺栓孔，方便安装。9、使用宽电压LM393比较器。（3）电路原理图c温度传感器（1）简介1、温度传感器核心温度采集芯片为DS18B20。DS18B20数字温度传感器提供9位温度读数，指示器件温度。.信息经过单线接口送入DS18B20或从DS18B20送出，因此从中央处理器到DS18B20仅需链连接一条线。读、写和完成温度转换所需的电源可以由数据线本身提供，而不需要外部电源。（2）功能特点1、独特的单线接口，只需要一个接口引脚即可通信。2、多点能力使分布式温度检测应用得以简化3、不需要外部元件4、测量范围从-55℃至+125℃，增量值为0.5℃.5、以九位数字值的方式读出温度6、在1秒内把温度变换为数字7、用户可定义的，非易失性的温度告警设置8、应用范围包括恒温控制，工业系统，消费类产品或任何热敏系统（3）电路原理图（4）适用范围HVAC环境控制，建筑物、设备或机械内的温度检测，以及过程监视和控制的温度检测。4报警控制器报警控制器是一个以51单片机为核心的小型逻辑控制系统，报警控制器是火灾报警系统的核心，其内部的运行方式制约着整个系统的性能。本系统的报警控制器设置为分级报警模式。根据火灾发生的一般规律，在火灾发生的初期，因为可燃物的不完全燃烧会不可避免的产生一定量的一氧化碳，之后环境温度会升高，当温度达到一定值的时候，会产生明火，进而引发剧烈的燃烧。根据火灾的这一特点，当一氧化碳探测器检测到环境中的一氧化碳浓度升高并超过某一阈值的时候，报警控制器给出三级报警信号，提示当前环境中有可能发生火灾；当温度传感器检测到环境温度升高并且超过某一阈值的时候，报警控制器给出二级报警信号，提示当前环境中很可能要发生火灾；当火焰传感器检测到环境中出现明火的时候，报警控制器给出一级报警信号，提示当前环境中已经发生火灾，并采取相关措施进行处理。四系统的软件工作过程1火灾报警系统的软件工作流程如下：上电复位系统初始化是否有温度报警信号N延时处理是否有一氧化碳报警信号N延时处理是否有一氧化碳报警信号延时处理是否有火焰报警信号NYYYYN检测到报警信号，声光报警以上为整个火灾报警系统的控制工作过程，在对系统供电之后，系统在短时间内进行对于火灾探测器以及火灾报警控制器的初始化，之后系统开始不断轮询监视各个火灾探测器引脚的输出状态，当检测到一氧化碳探测器发出一氧化碳浓度告警信号的时候，火灾报警控制器点亮三级火警指示灯；当检测到温度探测器发出温度告警信号时，火灾报警