1、1本科毕业论文（20 届）火灾自动报警系统设计所在学院专业班级 电子信息工程学生姓名指导教师完成日期2摘 要 .2ABSTRACT.3第一章 绪论 .41.1概述 .41.2国内外的研究现状 .41.3课题研究的背景和意义 .5第二章 火灾报警系统整体方案设计 .62.1 火灾产生原理及过程 .62.2 系统总体方案设计 .8第三章 系统硬件设计 .103.1 芯片的选择 .103.2 传感器的选择 .123.3 工业字符型液晶 LCD1602 .143.4 单片机外围接口电路 .143.5 声音报警电路 .153.6 光报警电路 .163.7 LCD1602显示电路 .163.8 传感器电路
2、 .17第四章 火灾报警系统软件设计 .184.1 软件开发环境 .184.2主程序流程图 .184.3主程序初始化流程图 .204.4 按键处理子程序 .21第五章 测试与分析 .225.1硬件测试 .225.2软件测试 .225.3模拟测试 .23结论 .24参考文献 .25致谢 .26附录 .273摘 要针对火灾的报警问题，本文设计了以单片机芯片 STC12C5A60S2为核心的火灾自动报警系统。首先完成了火灾自动报警系统的总体框架的设计，确定了系统的设计目标和系统芯片的选型。然后实现了传感器电路、外围接口电路、声音报警电路、光报警电路和 LCD显示电路等系统电路的搭建，并且对传感器电路
3、进行测试，确保传感器电路能够将采集到的模拟量成功的转化成数字量，并能显示在 LCD屏幕上。最后对系统的软件进行编程，设定了报警初始值，而且增加了报警值可调节功能。本文设计的系统，能够直观的显示所测气体浓度，气体浓度超过报警设置值时，进行声光报警，当气体浓度越高，报警声音越急促，闪光频率越快。是一种结构简单，使用方便，价格便宜，具有较强实用价值的产品。关键词 ： 单片机 火灾报警 传感器4ABSTRACTAiming at the problem of the alarm of fire, this paper designed based on micro controller STC12C5
4、A60S2 as the core of the automatic fire alarm system. Firstly, completed the design of automatic fire alarm system overall frame, determined the type selection design target and system chip system. Then realized the sensor circuit, peripheral interface circuit, a sound alarm circuit, a light alarm c
5、ircuit and LCD display circuit etc. the system circuit is built, and tested to ensure that the sensor circuit, sensor circuit to collect the analog successfully transformed into digital quantity, and can be displayed on the LCD screen. Finally, the programming of the system software, set the alarm i
6、nitial value, but also increase the alarm value of adjustable function. The system designed in this paper, can visually display the measured gas concentration, gas concentration exceeds the alarm set value, sound light alarm, when the gas concentration is high, the alarm sounds more rapidly, flash f
7、requency faster. Is a simple structure, easy to use, cheap price, has the strong practical value of the products.Key words ： single chip fire alarm sensor5第 1 章 绪论1.1概述火灾一直是各界人士关心的问题，虽然一直在倡导注意消灭火灾隐患，但是从这几年火灾发生的频率看来，还是在不断攀升的。随着城市的发展和工业文明的建设，火灾也随之发生，特大火灾发生的几率也不断上升。目前，火灾探测报警系统及消防设施也逐渐安装带各建筑物中，在早期发生火灾险情
8、和预防火灾方面发挥着不可估量的作用。传统的火灾报警器是对火灾发生时产生的烟雾，火焰的光进行探测的，利用这种探测方式很难在早期及时的发现火灾险情。随着气体传感器技术的逐步发展，气体传感器已经成为火灾消防中的新宠。气体传感器具有灵敏度高，反应迅速，成本低等优点。火灾发生早期，由于燃烧不充分，不会出现明火，不充分燃烧会产生大量的气体，其中包括二氧化碳和一氧化碳。气体传感器就是利用这一特点，通过对气体的探测，及时的发现火灾险情，缩短报警时间，准确迅速灭火，保障了生命财产安全。1.2国内外的研究现状90 年代以来，随着科技的发展和全球化的进程，我国的火灾探测报警行业逐步发展起来，据不完全统计我国主要从事
9、火灾报警的企业有 100 多家，生产出的产品不计其数，由于中国市场的庞大，国外的一些企业也努力的在打拼中国的市场。由于市场竞争激烈，产品更新迭代快，促进了整个行业的发展。市场进入相对成熟的阶段，现如今的消防自动报警系统以智能型自动报警为主。二十世纪末，随着火灾探测技术与其他技术的交叉和结合，智能探测、智能监控、抗干扰算法、信号处理技术、人工智能技术和自动控制技术在火灾探测技术中的逐步得到应用，火灾探测技术进入了一个全新的发展时期。通过检测单一参量会有误报的可能，目前认为探测三到四个火灾参量是合理有效的。我国主要是采用光电感烟感温探测构成的二参量探测技术来改善火灾探测效果。高灵敏度吸气式火灾探测
10、技术是采用激光扫描吸入的空气样本而判断火灾。这种技术的使用使灵敏度大大提高，报警反应速度也得以提高。此外，这种探测技术对电磁干扰、强光干扰、脉冲干扰等不敏感，有效防止误报。这种探测器6特别适合安装在超净的环境中进行早期火灾探测。还有一种目前应用广泛的光纤光栅探测器，光纤光栅火灾报警系统采用光纤光栅作为感温探测器来检测温度的异常变化而及时报警。 1.3课题研究的背景和意义2014 年，重大火灾事故接二连三，1 月 11 日云南迪庆州香格里拉县独克宗古城由于取暖器使用不当发生重大火灾事故，造成烧损、拆除房屋面积59980.66 平方米，烧损(含拆除)房屋直接损失 8983.93 万元。1 月 14
11、 日浙江台州大东鞋业有限公司由于电气线路故障引起的重大火灾事故造成 16 人死亡，5人受伤。3 月 26 日广东省揭阳普宁市小孩不慎引燃海绵引起重大火灾事故，造成 12 人死亡，5 人受伤，过火面积 208 平方米，直接经济损失 390.93 万元。火灾给我们带来了极大的经济损失，更加威胁到我们的生命安全。而火灾自动报警系统是保护生命和财产的有效工具。火的使用对人类文明的发展起着至关重要的作用，但因为火的使用不得当，随着而来的火灾给人们生命和财产安全也带来了巨大的损失。有的火灾能通过有效的预防而避免发生，但有的火灾的发生是不可避免的意外，消防报警系统安装，能及时发现和控制火灾，是减小火灾造成的
12、损失的最有利的工具。火灾自动报警器，对于预防和控制火灾，以及减少火灾带来的生命财产损失，起着至关重要的作用。当火灾发生时，火灾报警器第一时间通过声音、光、气压等形式来提醒或警示人们及时发现火灾，并采用有效的措施及时控制和处理火灾。现在由于多数人不懂家庭安全常识而引起火灾事故，使本来幸福美满的家庭破裂，甚至出现人员伤亡，而且一旦发生火灾，因为紧张，情绪失控处置不当、报警迟缓，就会造成巨大损失。安全可靠的消防报警系统，能及时发现火灾的发生，并采取有效的措施预防和控制火灾。7第二章 火灾报警系统整体方案设计2.1 火灾产生原理及过程火灾产生的气体种类是复杂多样的，包括完全燃烧的产物，如二氧化碳和水；
13、以及不完全燃烧产物，如一氧化碳、气态碳氢化合物及醇类、醛类、酮类、酸类、酯类；如果可燃物中还含有其他元素，例如 S 和卤素（F 、Cl、Br），则燃烧产物中就会包含硫的氧化物以及卤素的化合物。对于绝大多数的可燃物，均含有 C、H 等元素，其在空气中阴燃热解或者明火燃烧时，气态燃烧产物的主要成分是水、一氧化碳和二氧化碳。大量的实验研究表明，各种标准火都会产生一定数量的一氧化碳和二氧化碳。表 2-1 是实验测得的六种标准火的最大一氧化碳生成量，由表 2-1 可见，酒精明火燃烧生成的一氧化碳最少，但也达到了 16ppm。表 2-1 六种标准火最大的一氧化碳生成量图 2-1 是实验所测得的气体浓度曲线
14、。为了保证火灾气体探测器的普遍适用性， 二氧化碳和一氧化碳应该是首选，它们常被认为是火灾的标示气体产物。由于空气中水分的影响，通常不把水作为火灾探测参数。针对这两种气体进行监测，将会在很大程度上反映出环境中是否有火灾的发生：二氧化碳是空气的组成成分，但也只占到 0.03%。而一氧化碳在空气中的比列就微乎其微。但是当火灾发生时，两种气体的含量就会快速上升，所以将这两种气体作为火灾探测的依据是存在较强的合理性和可行性。参数TF1:木材明火(t=720s)TF2:木材热解火(t=720s)TF3:棉绳阴燃火(t=540s)TF4:聚氨酯塑料明火(t=140s)TF5:正庚烷明火(t=180s)TF6
15、:酒精明火(t=360s)CO 峰值 46ppm 105ppm 350ppm 45ppm 30ppm 16ppm8时 间 /s CO浓度 /pm 图 2-1 几种标准火 CO 浓度的测量（Jackson and Kobins 1994，Pfister 1983）火灾发生时会产生烟雾颗粒和气体产物，与烟雾颗粒不同的是，火灾产生的气体密度比空气密度更小，甚至不需要热量的驱动就可以快速的上升，正是基于这一特点，气体传感器才能发挥它的作用。火灾发生的早期，不会产生明显的烟雾和温度变化，但是阴燃产生的气体早已存在。当我们安装了气体火灾传感器，传感器能在较早的时间获得火灾发生的信息。 报 警 级 别 报
16、警 警 戒 预 警 潜 伏早 期 状 态 可 见 烟 火 焰 高 热 普 通 感 烟 探 测 器 火 焰 探 测 器 感 温 探 测 器 气 体 探 测 器 时 间 产 物 浓 度 或 强 度 图 2-2 大多数场合下火灾探测与火灾早期发展的对应关系9表 2-2 是火灾时,各种气体产物在环境中最大允许浓度，以及对人体不同程度的危害作用影响。表 2-2 火灾中典型气体产物的危害火灾气体产物环境中最大允许浓度（/ppm）致人麻木极限浓度（/ %或 ppm）致人死亡极限浓度（/ %或 ppm）CO2 5000 3% 20%CO 50 2000 13000HCN 10 200 270H2S 10 10
17、002000HCl 5 1000 13002000NH3 50 3000 500010000HF 3 SO2 5 400500Cl2 1 1000NO2 5 240775综上所述，气体产物是火灾早期的火灾参量，且对于绝大多数燃料，无论阴燃，有焰火燃烧，均有 CO、CO 2等标示性气体产物产生；另一方面，CO、CO 2等火灾气体浓度大小是火灾评估和性能化设计的重要参数和设计依据，因此，针对火灾气体产物进行探测不仅可以实现早期火灾预测报警，同时对于及时扑灭火灾险情和疏散人员的工作具有重大意义。2.2 系统总体方案设计单片机在整个报警系统中承担着重要的作用，本文设计的系统工作原理是：先通过气体传感器将现场产生的气体等非电信号转化成电信号，采集到的电信号传输到单片机内部，单片机内部的 A/D转换模块完成将气体的模拟信号到数字信号的转换，单片机判断现场是否发生火灾。如果发生火灾，系统以声光的形式报警。单片机会对气体的浓度进行判断，气体浓度越高，闪光频率越高，10报警声音越急促。整体电路的框图如图 2-3所示：图 2-3 系统原理及组成框图状态指示灯声音报警浓度显示CO传感器CO2传感器按键单片机
