电气工程与自动化毕业论文：基于51单片机的火灾报警控制系统设计.doc

1、本 科 毕 业 设 计基于 51 单片机的火灾报警控制系统设计所在学院 专业班级 电气工程与自动化 学生姓名 学号 指导教师 职称 完成日期 年 月 I摘要现代办公建筑多以高层建筑居多，高层办公楼楼层多，人员相对密集，易燃物及电路负荷大，一旦发生火灾，疏散及扑救都相当困难。为了保证重要的高层建筑和大型建筑的可靠安全可靠，及早发现.控制和通报火灾程度，防止和降低火灾损害，也为适应建筑行业发展，尤其是未来智能建筑行业发展的新形势，必须从建筑设计上采用完备的防范措施，安装功能齐全工作稳定的自动报警和消防系统。随着计算机技术在各个领域的应用，消防系统也发展成为现在的智能报警消防系统，通过火灾探测系统、

2、火灾报警控制系统、自动消防灭火系统、火灾警报系统四个分系统构成了一套完整的智能火灾报警消防系统。针对目前火灾报警系统存在的主要不足之处，本文提出了一种基于单片机 AT89C51 作为微机控制器的火灾自动探测报警控制器选用温度传感器 DS18B20、烟雾传感器作为火灾探测的敏感元件，采用声光报警的方式，设计出可以应用于楼道场所的简单实用的火灾探测报警器。将烟传感器及温度传感器接入单片机，单片机巡回检测温度、烟雾并显示温度，经专用声光报警集成电路来进行火灾报警，异常(烟感，温感其中之一动作 )报警，故障报警一体化。以 AT89C51 单片机为核心的新型分布式火灾报警系统的主要功能有：数码管显示温度

3、信息；声音报警提醒；直到故障机异常排除系统自动解除报警。 因单片机微机集成度高，故该装置具有结构简单、可靠性高、成本低等优点。 关键词：AT89C51；火灾报警；传感器IIAbstractElevator is the vertical direction means of transport which is indispensable high-rise building. As traditional logic elevator control system using the relay logic control circuits. This control circuit use

4、d, there could easily be fault、maintaining inconvenience、shorter operational life and occupies a large space、and other shortcomings. From a technical development, the system will gradually be eliminated. To overcome these shortcomings, this design application PLC into lift for logic control, This wi

5、ll greatly enhance the elevator reliability、maintainability and flexibility to extend the service life shorten the development cycle of the elevator. This elevator control system can be more easily completed more complex control tasks than that of the original elevator control system, many of its fu

6、nctions can not achieve with the traditional relay control system. Traction Elevator traditional exchanges use winding speed motor, inverter inception, More and more variable frequency drives using the lift, VVVF benefit from the excellent performance and the speed with braking performance, high eff

7、iciency and high power factor and energy-saving effect. The design application advanced SPWM technology of inverter into speed elevators, Elevator significant improvements in the quality and performance of operations; Speed is broad in scope, and precision control. Also it is marked improvement in t

8、he electrical power supply for the quality and reduce the harmonics, increase efficiency and power factor, energy efficiency significantly. The design of system software required to the design of basic tasks achieve, Including manual and automatic that layer, the Office calls layer, layer, and so on

9、.Keywords : Programmable controller; Layer control means; Layer directionalIII目 录前言 .1第 1 章 火灾报警器的概述 .21.1 火灾报警器的研究的目的及意义 .21.2 火灾报警器的国内外研究现状 .21.3 主要研究工作及内容 .31.4 本文结构 .3第 2 章 相关元器件选择及原理介绍 .42.1 AT89C51 简介 .42.1.1 主要特性 .42.1.2 管脚说明 .42.1.3 振荡器特性 .52.2 DS18B20 简介 .62.3 感烟传感器及火灾模拟检查电路原理介绍 .72.4 火灾报警系

10、统主要元件的概述 .82.4.1 斯密特触发器 .82.4.2 二极管、三极管、稳压管及其他元件 .92.4.3 N 沟道耗尽型 MOS 管 .10第 3 章 系统硬件设计 .123.1 系统原理及功能 .123.2 报警器硬件设计 .123.2.1 系统的硬件原理框图 .123.2.2 系统硬件电路图 .123.2 声光报警电路设计 .133.3 LED 温度显示电路 .133.4 看门狗复位电路 .143.5 小结 .15第 4 章 软件设计 .164.1 主程序流程图 .16IV4.2 故障处理子程序 .164.3 温度显示子程序 .174.4 火警报警子程序 .18小结 .19致谢 .

11、20参考文献 .21附录 1 系统硬件电路原理图 .22附录 2 系统软件程序流程图 .23附录 3 系统设计源程序 .2412前言当今社会世界各国火灾的发生的频率都非常高，无是论室内陈设、电器设备、 装修材料引起的火灾都有可能引发楼宇火灾，从而导致人员伤亡和财产损失。而火灾最容易发生在人群周围和物资密集的地方，损失当以高层建筑的损失最大。因此智能建筑的自动防火系统技术，在智能楼宇中的应用最具代表性。智能化火灾报警消防系统的火灾探测系统由感烟探测器、 感光探测器、感温探测器、可燃气体探测器及手动报警 器组成。通过对火灾发生时所产生的光、烟、热及一氧化碳的探测从而检测到火灾的发生。报警控制系统在

12、设计安装时划分区域，每个区域由一个控制器控制，其中包括多个探测系统，通过各种探测器所探测到的火灾信号，由报警控制器发出警报信号传至中央控制器。中央控制器分析烟、光、热，确定为火灾时，中央控制器发出信号，启动自动消防灭火系统，区域控制器发出声光警报。现代火灾自动报警控制系统与传统火灾自动报警控制系统之间的最主要的差别是探测器本身性能的差别。由开关量探测器变成模拟量传感器，将烟浓度、上升速率或其他感受参数以模拟值的方式传送给控制器，使系统判断火灾的数据处理能力和智能化程度大大提高，从而减少了系统误报警的几率。区别之二在于控制器信号处理方法做了彻底改进，即把探测器检测到的模拟信号不断传送到控制器，控

13、制器进行判断和评估选用适当算法辨别真实或虚假火灾警报，判断其发展程度和探测受污染的状态。这一较高质量的信号处理技术，将意味着控制系统具有较高智能水平。随着微处理技术的高速发展，低价位、低功耗、高性能的小型单片机不断出现。采用单片机以后，许多以前需要硬件实现的功能，现在完全可以通过软件程序控制加以实现，使探测器测量与控制较普通的硬件实现更加容易，电路结构更加简单，大大提高了电路的可靠性。随着新的火灾探测方面新技术的不断出现和投入应用，我们可以在电路结构不做太大调整的前提下，随时更新探测器的软件，加入最新的火灾探测算法，对探测器进行升级换代，使之报警更加准确，性能更加可靠。运行更加稳定。基于上述情

14、况，本文介绍一种应用于智能楼宇中的防火报警系统。利用 AT89C51 单片机为主控制器，DS18B20 检测温度，数码管显示现场温度，实现火灾报警。22第 1 章 火灾报警器的概述1.1 火灾报警器的研究的目的及意义进入上个世纪 90 年代，我国的经济步入高速发展的阶段。于此同时城市化建设脚步不断加快，城市土地资源的有限使得城市建筑有分散式向集中式高密度高层次发展，林立的摩天大楼成为城市的新标志。高层建筑有有限利用空间，节约土地资源的特点，但是高层建筑中的各种通信线路和照明线路以及各种系统线路的纵横交错，使得发生火灾的几率大大增加，加之现在高层建筑的密封性较强，完全就是一个天然的密闭的空间，而

15、楼梯通道，各种通风管道，线路竖井形成了很到的烟囱效应，大大增强火灾的威力，给灭火施救造成了巨大的难度。为了能将火灾造成的损失和危害有效地控制和降低到最低的限度，必须利用先进的科学技术实现对火灾的早期预防、早期报警，早期捎防，这已成为综合性安全防范技术中的重要组成部分。一种早发现、少误报、低成本的火灾报警器在当今都市有着广阔的消费市场。1.2 火灾报警器的国内外研究现状目前，国外普遍采用的火灾自动报警技术，主要有两种。一种是非智能火灾自动报警技术，包括嫁接新技术的老式或传统火灾自动报警技术，七十年代末出现的可寻址火灾自动报警技术和八十年代初期出现的模拟量可寻址火灾自动报警技术，这些技术尽管高技术

16、含量少，但由于成本低，能满足众多小型民用和商业防火保护需要，而被许多国家广泛应用。另一种是代表现代化火灾自动报警技术发展水平和发展趋势的智能火灾自动报警技术，包括从八十年代中期开始发到九十年代中期已发展成熟，并得到广泛应用的采用具有人工智能理论和技术的高级算法软件的智能集中型模拟量可寻址智能火灾自动报警技术（既由智能控制器做报警决策的智能火灾自动报警技术）和九十年代初期开发，并得到应用的采用人工智能理论和技术的高级算法软件（主要指模糊逻辑和神经网络软件技术）的智能分布型智能火灾自动报警技术（即由智能探测器做报警决策的智能火灾自动报警技术） 。当前，智能火灾自动报警技术发展的一个显著特点和重要趋

17、势是模糊逻辑和神经网络高级算法软件人工智能理论和交互技术被越来越多的智能火灾自动探测系统采用，已成为智能火灾自动报警技术中的前沿技术和核心技术。与世界上先进工业国相比，我国的火灾报警产品存在起步较晚、性能不稳定等缺点。大约在上世纪 70 年代末才刚开始从事研制并投入市场，最初产品多数是多线制(n+1)和电位信号传输方式。消防联动系统基本上是多线制的硬件组合。另外，火灾误报几乎成为当时国内厂商的共同难题。80 年代初我国部分厂家采用新技术引进，多方联合研制，使产品不论在技术还是在质量方面有了较大改进与提高。90 年代开始一方面出现了国内外厂商联合建厂、技术引进和外商在中国独资办厂，另一方面许多著

18、名国际厂商和分包商带着大量先进产品进入了中国市场。由于这些产品的涌入，虽然在一定程度上冲击了国有企业和民族工业，但是也对我国的火灾探测报警技术的发展起到了很好的促进作用。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。321.3 主要研究工作及内容火灾报警控制系统主要分成 4 个部分，温度、烟雾信号检测电路，显示电路，声光报警电路及各个电路之间的通信电路。本次研究的内容是以辩证的思想完成元器件的选择应用，完成以上温度、烟雾信号检测电路，显示电路，声光控制电路及各个电路

19、之间的通信电路的设计，根据要求完成硬件电路的设计和程序的编写，最后完成硬件的仿真。1.4 本文结构本文的结构安排如下：第一章 阐述本课题的相关背景、理论与现实意义以及所在领域的研究现状，并介绍本文的研究内容。第二章 对涉及到设计所需要的元器件的选择和原理的介绍。第三章 介绍本火灾报警控制系统的硬件电路的设计。第四章 介绍本火灾报警控制系统的软件电路的设计。最后，总结本学位论文取得的主要实验成果以及存在的不足之处，并提出进一步的研究方向。42第 2 章 相关元器件选择及原理介绍2.1 AT89C51 简介AT89C51 是一种带有 4K 字节闪烁可编程可擦除只读存储器（FPEROMFalsh P

20、rogrammable and Erasable Read Only Memory）的低电压，高性能 CMOS8 位微处理器，俗称单片机。AT89C2051 是一种带 2K 字节闪烁可编程可擦除只读存储器的单片机。单片机的可擦除只读存储器可以反复擦除 100 次。该元器件采用了 ATMEL 高密度非易失存储器制造技术制造，与工业标准的 MCS-51 指令集和输出管脚相兼容。由于将多功能 8 位 CPU 和闪烁存储器组合在单个芯片中，ATMEL 的 AT89C51 是一种高效微控制器，AT89C2051 是它的一种精简版本。AT89C51 单片机为很多嵌入式控制系统提供了一种灵活性高且高性价比的

21、方案。图 2.1 AT89C51 芯片图2.1.1 主要特性与 MCS-51 兼容 4K 字节可编程闪烁存储器 寿命：1000 写/擦循环数据保留时间：10 年全静态工作：0Hz-24Hz三级程序存储器锁定32 可编程 I/O 线两个 16 位定时器 /计数器128*8 位内部 RAM5 个中断源 可编程串行通道低功耗的闲置和掉电模式片内振荡器和时钟电路 2.1.2 控制交流电机所需的 I/O 点数2.1.2 管脚说明VCC：供电电压。52GND：接地。P0 口：P0 口是一个 8 位漏级开路双向 I/O 口，每脚可吸收 8TTL 门电流。当 P1 口的管脚第一次写 1 时，被定义为高阻输入。

22、P0 能够用于外部程序数据存储器，它可以被定义为数据/地址的第八位。在 FIASH 编程时，P0 口作为原码输入口，当 FIASH 进行校验时，P0 输出原码，此时 P0 外部必须被拉高。P1 口：P1 口是一个内部提供上拉电阻的 8 位双向 I/O 口，P1 口缓冲器能接收输出 4TTL门电流。P1 口管脚写入 1 后，被内部上拉为高，可用作输入，P1 口被外部下拉为低电平时，将输出电流，这是由于内部上拉的缘故。在 FLASH 编程和校验时，P1 口作为第八位地址接收。P2 口：P2 口为一个内部上拉电阻的 8 位双向 I/O 口，P2 口缓冲器可接收，输出 4 个 TTL门电流，当 P2

23、口被写“1” 时，其管脚被内部上拉电阻拉高，且作为输入。并因此作为输入时，P2 口的管脚被外部拉低，将输出电流。这是由于内部上拉的缘故。P2 口当用于外部程序存储器或 16 位地址外部数据存储器进行存取时，P2 口输出地址的高八位。在给出地址“1”时，它利用内部上拉优势，当对外部八位地址数据存储器进行读写时，P2 口输出其特殊功能寄存器的内容。P2 口在 FLASH 编程和校验时接收高八位地址信号和控制信号。P3 口：P3 口管脚是 8 个带内部上拉电阻的双向 I/O 口，可接收输出 4 个 TTL 门电流。当P3 口写入“ 1”后，它们被内部上拉为高电平，并用作输入。作为输入，由于外部下拉为

24、低电平，P3 口将输出电流（ILL）这是由于上拉的缘故。同时 P3 口也可作为 AT89C51 的一些特殊功能口。RST：复位输入。当振荡器复位器件时，要保持 RST 脚两个机器周期的高电平时间。ALE/PROG：当访问外部存储器时，地址锁存允许的输出电平用于锁存地址的地位字节。在FLASH 编程期间，此引脚用于输入编程脉冲。在平时，ALE 端以不变的频率周期输出正脉冲信号，此频率为振荡器频率的 1/6。因此它可用作对外部输出的脉冲或用于定时目的。然而要注意的是：每当用作外部数据存储器时，将跳过一个 ALE 脉冲。如想禁止 ALE 的输出可在SFR8EH 地址上置 0。此时， ALE 只有在执

25、行 MOVX，MOVC 指令是 ALE 才起作用。另外，该引脚被略微拉高。如果微处理器在外部执行状态 ALE 禁止，置位无效。/PSEN：外部程序存储器的选通信号。在由外部程序存储器取指期间，每个机器周期两次/PSEN 有效。但在访问外部数据存储器时，这两次有效的/PSEN 信号将不出现。/EA/VPP：当/EA 保持低电平时，则在此期间外部程序存储器（0000H-FFFFH） ，不管是否有内部程序存储器。注意加密方式 1 时，/EA 将内部锁定为 RESET；当/EA 端保持高电平时，此间内部程序存储器。在 FLASH 编程期间，此引脚也用于施加 12V 编程电源（VPP） 。XTAL1：反向振荡放大器的输入及内部时钟工作电路的输入。XTAL2：来自反向振荡器的输出。2.1.3 振荡器特性XTAL1 和 XTAL2 分别为反向放大器的输入和输出。该反向放大器可以配置为片内振荡器。石晶振荡和陶瓷振荡均可采用。如采用外部时钟源驱动器件，XTAL2 应不接。有余输入至内部时钟信号要通过一个二分频触发器，因此对外部时钟信号的脉宽无任何要求，但必须保证脉冲的高低电平要求的宽度。2.1.3 芯片擦除在芯片中三个锁定位的电擦除及整个 PEROM 阵列可以通过正确的控制信号来加以组合，