1、摘 要-I-本科毕业论文（20 届）基于单片机的火灾报警系统设计所在学院 专业班级 自动化 学生姓名 学号 指导教师 职称 完成日期 年 月 II摘 要随着我国经济的快速发展，人民生活水平的提高，电子产品的广泛使用，火灾隐患也大大增加，火灾发生的数量及造成损失也逐年上升，再加上各种生产、办公以及居住场所塑料制品和易燃产品的大量使用，使火灾的外部救援困难重重，因此，如何及早发现火灾，将火灾消灭在萌芽状态，最大限度的减少生命和财产损失，成为人们关注的重点问题。基于单片机的火灾报警系统，通过气体传感器，即时检测外界烟雾气体的浓度，并不断反馈给报警控制器，控制器将接收到的信号与内存设定的数值比较，当超
2、过正常值时，就会发生蜂鸣器报警，并伴随红灯闪烁。该报警器可以用于图书馆、商场、教学楼等场所，并且结构简单、使用方便，价格低廉，具有一定的实用价值。关键词：单片机；烟雾传感器；火灾报警Abstract-III-AbstractNow, with chinas economic develop rapidly, peoples living standards improve, the electronic products used in human life more and more widely, we live in fire hazards lurking ground everywh
3、ere, and the number of fires and damage increased year by year, plus a variety of productions, office and place of residence of plastic products fire and the use of large quantities of flammable products, make the fire rescue difficult. Therefore, early detection of fire, and nipped in the bud, to m
4、inimize loss of life and property has become the focus of attention problems.Fire alarm system based on the SCM, detection outside smoke concentrations through the gas sensor, and feedback to the alarm controller, the controller will compare the received signal with the memory set value, when move t
5、han the normal, buzzer alarm occurs, accompanied by red light flashes. The alarm system can be used in places such as libraries, shopping mall and the teaching building. This system has a simple structure, easy to use, inexpensive and has some practical value.Keywords：SCM ；Gas Sensor；Fire alarm目 录-I
6、V-目 录摘 要 .IABSTRACT .II目 录 .III第一章 概 述 .11.1 课题研究的背景和意义 .11.2 报警器发展现状 .11.3 火灾报警系统的类型 .21.4 主要设计指标及参数 .3第二章 报警器核心芯片的选择 .42.1 课题设计方案 .42.2 烟雾传感器的选择 .52.2.1 烟雾传感器的分类 .52.2.2 烟雾传感器检测烟雾种类 .62.2.3 烟雾传感器的选择 .62.3 单片机的选择 .7第三章 报警器硬件电路的设计 .83.1 火灾报警器信号采集电路 .93.1.1 MQ-2 型烟雾传感器 .93.1.2 前置放大电路 .103.2 AT89S52 单
7、片机介绍 .113.2.1 AT89S52 单片机 .113.2.2 AT89S52 单片机引脚介绍 .123.3 单片机晶振电路与复位电路 .143.3.1 单片机晶振电路 .143.3.2 单片机复位电路 .143.4 A/D 转换电路 .153.4.1 ADC0809 芯片 .15目 录-V-3.4.2 ADC0809 芯片与单片机的连接 .163.5 数码显示电路 .163.5.1 数码管驱动芯片 .163.5.2 MAX7219 的管脚结构与功能 .173.6 声光报警电路 .193.6.1 声音报警电路 .193.6.2 灯光报警电路 .193.7 系统电源电路 .19第四章 报警
8、器软件的设计 .214.1 报警器程序设计 .214.2 报警器子程序的设计 .224.2.1 报警器的初始化 .224.2.2 滤波程序 .234.2.3 报警程序 .24结 论 .25参考文献 .26致 谢 .27附录 1 电路原理图 .28附录 2 部分程序清单 .29第一章 概 述-1-第一章 概 述1.1 课题研究的背景和意义火灾是世界上发生频率较高的一种灾害，已成为我国破坏性和常发性以及影响力最强的灾害之一，极大的威胁着人们的生命和财产安全。随着经济的发展，城市化水平的加快，火灾发生的次数以及造成的损失也在逐年上升。在古代，人们就有“ 防为上，救次之，戒为下 ”的经验，因此，人们关
9、注的问题主要就在于如何早期发现火灾，以便及时控制和扑灭，减少灾害和损失火灾报警系统就是为了满足这一要求而设计的，它由触发装置、火灾报警装置以及其他辅助装置构成，在火灾初期，能将烟雾浓度等物理量转化为电压或电流信号，传到火灾报警控制器，发生声光报警，使人们及时发现火灾，减少生命和财产损失。随着电子科技的高速发展，我国火灾报警系统的智能化程度也越来越高，结构简单，价格低廉，可靠性高成为人们对报警器的不断要求。1.2 报警器发展现状国外一些发达的国家，具有火灾预防、报警、扑救、善后处理等比较完善的消防体系。德、美等国家采用计算机与用户终端的传感器相连，或者与用户终端采集器相连，对火灾自动报警设备进行
10、实时监控以及故障远程运输。我国报警系统的开发起步较晚，但随着人们对火灾危害的认识不断加深，火灾报警系统得到了快速的发展，部分企业通过合资生产、技术开发，取得了很好的成绩，部分技术已接近或赶上了国际水平。目前，智能型火灾报警控制系统大多由微处理器组成，火灾报警控制系统的发展具有以下特点:（1）系统规模大 火灾自动报警控制系统随着技术的发展容量不断增大，系统可编地址，当火灾发生时，火灾报警器会显示火灾发生的地点，并发出声光报警，有的报警器可编地址甚至可达上万个。第一章 概 述-2-（2）功能模块化 火灾报警系统采用可编址功能模块，可以方便的进行设计和维修，通过软件设定，减低误报率。（3）功能智能化
11、 在火灾报警系统中采用模拟火灾探测器，可以提高系统灵敏度，有的火灾探测器还会内置微处理器，具有信号处理功能，还有的采用人工智能、火灾数据库、人工神经网络等智能技术。1.3 火灾报警系统的类型 火灾自动探测和报警技术诞生于三十年代，随着传感器和电子技术的发展，火灾报警系统的功能不断增多，应用也越来越广泛。根据火灾报警系统中所使用的探测器种类的不同，可分为以下几种：（1）感烟型火灾报警系统火灾发生时一般都会伴有烟、热、光三种物理现象，在火灾发生的初期，由于温度低，物质多处于阴燃阶段，所以产生大量的烟雾。因此，烟雾成为早期火灾的重要特征之一。感烟型火灾报警系统能对空气中的烟雾粒子进行检测，包括可见或
12、不可见的粒子，可以将探测部位烟雾浓度的变化转化为电信号实现报警，感烟型火灾报警器适于安装在容易产生阴燃或较大烟雾的地方，不宜安装在通风场所，有光电感烟式、离子感烟式、激光感烟式等几种形式。（2）感温型火灾报警系统火灾发生时物质燃烧会产生大量的热量，使周围环境温度迅速升高。感温型火灾报警系统通过对周围温度的变化响应火灾报警器，然后把温度的变化转化为电信号以达到触发报警的目的。感温型火灾报警系统易安装在起火后烟雾较小的场所，不宜安装在平时温度较高的场所，有定温式、差温式等几种形式。（3）感光型火灾报警系统物质在燃烧时不仅产生烟雾和热量，还会有可见和不可见的光辐射。目前常用的感光型火灾报警器有两种：
13、一种是紫外探测器，对波长较短的光辐射敏感；另一种是红外探测器，对波长较长的光辐射敏感。感光型火灾报警系统第一章 概 述-3-通过响应火灾中扩散火焰的光强度和闪烁频率触发报警器。感光型火灾报警器宜安装在有瞬间产生爆炸的场所，如石油、炸药等化工产品制造场所。（4）感焰式图像火灾探测技术感焰式图像火灾探测器的核心是采集后图像的处理部分，把由摄像头摄取的视频信号通过图像采集卡转化为数字图像并输入计算机，根据图像的特征进行分析处理，判断是发否有火灾的发生。（5）复合型火灾报警系统如果报警系统同时对两种或两种以上火灾参数进行响应，那么就属于复合型火灾报警系统，目前主要有感温感光式、感烟感温式等几种形式。在
14、本次设计中，采用感烟型的火灾报警系统。1.4 主要设计指标及参数在本次设计中火灾报警器的主要设计指标及参数如下：（1）传感器检测范围：0100%LEL。（2）报警准确度： %LEL。5（3）报警点设置：达到 20%LEL 开始报警。（4）报警方式：烟雾泄露声光报警、自诊断故障报警。（5）响应时间： 30s。（6）输出信号：可输出与烟雾浓度对应的 05V DC 标准信号。（7）工作电压：AC220V 15%。第二章 报警器核心芯片的选择-4-第二章 报警器核心芯片的选择2.1 课题设计方案基于单片机的火灾报警系统要求结构简单、价格低廉，灵敏度高并且具有较高的实用价值。主要模块有气体传感器、A/D
15、 转换电路、 AT89S52 单片机、数码驱动电路和声光报警以及其外围电路，主要芯片的选择如下：烟雾传感器：要准确地进行火灾报警，选择合适的烟雾传感器是准确报警的前提。MQ-2 型气体传感器是锡类半导体元件，适用于烟雾、液化石油气等气体的检测，具有灵敏度高、稳定性好、响应恢复特性好等优点。A/D 转换器：经放大电路后对电压信号进行 A/D 转换，成为单片机可以识别的模拟信号，采用常用的 8 位 8 通道数模转化芯片 ADC0809。AT89S52 单片机：作为报警器的核心部件，AT89S52 单片机是一个低功耗、高性能的 CMOS 8 位单片机，片内含 4k 的可反复擦写 1000 次的 Fl
16、ash 只读程序存储器，片内集成 256 字节程序运行空间、8K 字节 Flash 存储空间，支持最大 64K 外部存储扩展，功能强大。数码管驱动电路: MAX7219 是一种集成化的串行输入 /输出共阴极显示驱动器，它连接微处理器与 8 位数字的 7 段数字 LED 显示，也可以连接条线图显示器或者 64 个独立的 LED。系统原理如图 2-1 所示。图 2-1 火灾报警系统原理图传感器放大电路A/D转换状态指示灯蜂鸣器报警数码管浓度显示单片机第二章 报警器核心芯片的选择-5-2.2 烟雾传感器的选择烟雾传感器用于火灾报警系统的信号采集，是火灾报警系统的核心组成部分，烟雾传感器将空气中的有关
17、气体浓度转化为电压或电流信号，通过放大电路对信号进行放大，再经过 A/D 转换器，将模拟信号转化为单片机可以识别的数字信号，由单片机进行数据处理，实现声光报警、浓度显示等工作。2.2.1 烟雾传感器的分类烟雾传感器从检测原理上分可以分为三大类：利用物理化学性质的烟雾传感器，利用物理性质的烟雾传感器和利用电化学性质的烟雾传感器，具体可分为以下几类：（1）半导体烟雾传感器半导体烟雾传感器包括用氧化物半导体陶瓷材料作为敏感体制作的烟雾传感器，以及用单晶半导体器件制作的烟雾传感器。由于其具有灵敏度高、响应快、耐久性强、结构简单、价格便宜等优点，得到了广泛的应用。成为世界上产量最大、使用最广的烟雾传感器
18、之一。（2）固体电解质烟雾传感器固体电解质烟雾传感器使用固体电解质气敏材料作为气敏元件，利用气敏材料在通过烟雾时产生电阻，测量其形成的电动势从而测量气体浓度，具有导电率高、灵敏度和选择性好等优点，其产量仅次于半导体烟雾传感器，但是这种传感器制作成本高，检测烟雾范围有限，在检测环境污染中有优势。（3）接触燃烧式传感器接触燃烧式传感器表面覆盖一层催化物，当易燃烟雾接触到表面时会发生氧化反应而燃烧，传感器的检测元件一般为铂金属丝，使用时将铂丝通电，保持 300C400C 的高温，当与易燃烟雾接触时，烟雾就会在金属催化层上燃烧，这时，铂丝的温度会随之上升，电阻值也会上升，通过测量铂丝的电阻值变化的大小来检测烟雾的浓度。（4）高分子烟雾传感器
