1、本科毕业论文（20 届）基于单片机的火灾自动报警系统所在学院 专业班级 电子信息工程 学生姓名 学号 指导教师 职称 完成日期 年 月 苏州大学本科生毕业设计（论文）- i -基于单片机的火灾自动报警系统目 录摘 要 .1ABSTRACT .2第 1 章 绪论 .3第 1.1 节 论文研究来源、目的和意义 .31.1.1 论文研究来源 .31.1.2 论文研究目的和意义 .3第 1.2 节 烟雾报警器的国内外现状 .4第 1.3 节 本论文主要任务 .5第 2 章 烟雾检测报警器的方案设计 .6第 2.1 节 烟雾检测报警器设计思路 .6第 2.2 节 烟雾传感器的选型 .62.2.1 烟雾传
2、感器介绍 .62.2.2 烟雾传感器的选定 .82.2.3 MQ-2 型烟雾传感器的工作 原理 .92.2.4 MQ-2 型传感器的特性及主要技术指标 .9第 2.3 节 烟雾检测报警器设计方案 .102.3.1 烟雾检测报警器工作原理 .102.3.2 烟雾检测报警器的结构 .10第 2.4 节 本章小结 .11第 3 章 硬件设计 .12第 3.1 节 DS18B20 测温电路 .12第 3.2 节 报警电路 .12第 3.3 节 液晶显示电路 .13第 3.4 节 报警温度设定按键电路 .13第 3.5 节 烟雾传感器转换电路 .14第 3.6 节 控制电路设计 .14第 3.7 节 电
3、源电路 .14第 3.8 节 总体电路 .15第 4 章 软件设计 .16第 4.1 节 主程序设计及流程图 .16第 4.2 节 主程序初始化流程图 .17第 4.3 节 中位值平均滤波法数字滤波子程序设计及流程图 .17苏州大学本科生毕业设计（论文）- ii -第 4.4 节 插值法线性化处理子程序设计及流程图 .18第 4.5 节 报警子程序设计及流程图 .19第 4.6 节 控制按键设计子程序及流程图 .20第 4.7 节 本章小结 .21第 5 章 实物调试 .22第 5.1 节 实际测量和数据 .22第 5.2 节 测量结论 .24结论 .25参考文献 .26致谢 .27附录 .2
4、8附录 1：实物照片说明 .28附录 2：部分源程序 .28苏州大学本科生毕业设计（论文）第 1 页摘要随着“信息时代”的来到，作为获取信息的手段传感器技术得到了显著的进步，在其应用领域越来越广泛，对其要求也变得越来越高，需求也越来越迫切。传感器技术已成为衡量一个国家科学技术发展水平的重要标志之一。因此，了解并掌握各类传感器的基本结构、工作原理及特性是非常重要的。为了提高对传感器的认识和了解，尤其是对烟雾传感器的深入研究以及其用法与用途，基于实用、广泛和典型的原则而设计了本系统。本文利用单片机结合传感器技术而开发设计了这一烟雾监控系统。本论文以电阻式烟雾传感器和单片机技术为核心并与其他电子技术
5、相结合，设计出一种技术水平较好的烟雾报警器。其中选用 MQ-2 型半导体可燃气体敏感元件烟雾传感器实现烟雾的检测，具有灵敏度高、响应快、抗干扰能力强等优点，而且价格低廉，使用寿命长。选用的 ST89C52 单片机，其整合了 A/D 转换、硬件乘法器、硬件脉宽调制器等资源，具有高速、低功耗、超强抗干扰等优点，是目前同类技术中性价比较高的产品。以 ST89C52 单片机和 MQ-2 型半导体电阻式烟雾传感器为核心设计的烟雾报警器可实现报警、故障自诊断、浓度级别显示、报警限设置、温度显示及与温度报警值设定等功能。是一种结构简单、性能稳定、使用方便、价格低廉、智能化的烟雾报警器。具有一定的实用价值。【
6、关键词】：烟雾，报警器，传感器苏州大学本科生毕业设计（论文）第 2 页AbstractWith the advent of “information times“,as a means of accessing information - sensor technology has been significant progress,its application field is more and more extensive,the requirement is more and more high,more and more urgent need.The sensor technolo
7、gy has become a national science and technology development level of one of the important symbols. Therefore,understanding and mastering of sensors structure,working principle and characteristic is very important.In order to improve the sensor s understanding and the understanding,especially for the
8、 smoke sensor research and its usage and use,based on practical,and the principle and design the typical system.In this paper,combined with the use of single-chip sensor technology development and design of the smoke control system.In this paper,resistance type smoke sensor and single-chip microcomp
9、uter as the core technology and electronic technology,designs a technology better smoke alarm.The selection of MQ-2 type semiconductor gas sensitive element smoke sensor smoke detection,which has high sensitivity,fast response,strong anti-interference ability,and the price is low,long service life.T
10、he selection of ST89C52 chip,the integration of the A / D conversion,hardware multiplier,hardware pulse width modulator and other resources,with high speed,low power,strong anti-interference and other advantages,is of similar technology neutral price comparison high yield quality.With ST89C52 MCU an
11、d MQ-2 type semiconductor resistor type smoke sensor as the core design of the smoke alarm can alarm,fault diagnosis,concentration level display,alarm limit settings,temperature display and temperature alarm value setting and other functions.Is a kind of simple structure,stable performance,convenien
12、t operation,low price,intelligent smoke alarm.Has a certain practical value.Key words:smog, alarm, sensor苏州大学本科生毕业设计（论文）第 3 页第 1 章 绪论第 1.1 节 论文研究来源、目的和意义1.1.1. 论文研究来源随着科技的飞速发展，越来越多的巨大的隐患由于工业生产和人们的日常生活而产生。为了较早的发现和通报火灾，防止和降低火灾带来的危害，保护人身和财产的安全。保卫社会主义现代化建设，防止由火灾引起的燃烧或者爆炸事故，造成严重的经济损失，甚至危及到人们的生命安全。如果想让这类事
13、故能够尽少的发生，我们必须能够现场实时的测量烟雾，采用先进、可靠的测试仪器，准确的测量出烟雾的浓度，能够及时的发现隐患，并采取一定的措施来防止事故发生，才能够保证工业家庭生活的安全。因此，研究烟雾的检测方法与研制烟雾报警器就成为传感器技术发展领域的一个重要课题。1.1.2. 论文研究目的和意义为了早期发现和通报火灾，防止和减少火灾危害，保护人身和财产安全。保卫社会主义现代化建设，防止火灾引起燃烧、爆炸等事故，造成严重的经济损失，甚至危及生命安全。烟雾检测报警装置是能够检测环境中的烟雾浓度并具有报警功能的仪器。该报警装置是石油化学工业、有气体泄漏可能的生产工厂及家庭防火防爆必备的仪器。烟雾报警器
14、属于中华人民共和国强制检定的工作计量器具目录中第 46 项，它归类于物理化学计量器具。 建筑设计防火规范(GBJ16-87)第 10.3.2 条明确规定: “散发可燃烟雾、可燃蒸汽的甲类厂房和场所，应设置烟雾浓度检测报警装置” 。2003 年 12 月，国家执行新的烟雾探测器标准(GB15322-2003) 可燃烟雾探测器 ，2004 年 10 月国家颁布可燃烟雾检测报警器规程 JJG693-2004 ，研究新型、性能稳定、准确监测可燃性气体，并合乎国家相关规定的报警器具有极其重要得意义。目前我国已有许多城市铺设了煤气管道，使用人口约达二亿人，煤气发生基地及中转站也达几千家。如果这些家用燃气和
15、煤气基地及中转站的报警率按 10%计算，烟雾检测报警器的需求量就达 2000 万台以上。随着全社会对防火防爆及人身安全的重视程度的提高，这个数字会继续增长。近十年来，农村的沼气使用也得到了极大的发展。到 2006 年底，全国沼气池数量已达近 1300 万座，这就为检测沼气（主要成分是甲烷）浓度的仪器提供了市场。可见，烟雾报警器具有十分广阔的市场前景。苏州大学本科生毕业设计（论文）第 4 页第 1.2 节 烟雾报警器的国内外现状国外从 20 世纪 30 年代开始研究及开发烟雾传感器，且发展迅猛，一方面因为人们的安全意识大大增强，对生活的舒适性和环境的安全性有很高的要求；另一方面因为安全法规带动了
16、传感器市场的增长。随着传感器的生产水平在不断的上升，传感器日益小型化、集成度不断增大，使得烟雾报警系统的体积也慢慢变小，提高了烟雾报警系统的便携性，更加利于烟雾报警器系统的生产、运输以及市场推广。1963 年 5 月，日本开发完成第一台接触燃烧式家用燃气泄漏报警器，次年 12 月其改良产品问世，改良的报警器可以检测燃气、一氧化碳等气体，可以安装在浴室或者采用集中监视。我国在 70 年代初期开始研发烟雾报警器，生产品种齐全、类型多样，由炼油系统扩展到各种类型的警报器几乎所有危险的工作环境中都有应用，所生产的数量也在不断的增加。主要在国外先进的生产技术和传感器技术的基础上，进行研究和发展，创造出属
17、于自己的特色。近年来，在烟雾选择性和产品稳定性上也有很大进步。烟雾报警系统可分为民用火灾烟雾报警系统、工业用烟雾报警系统及有毒有害烟雾报警系统。(1)民用火灾烟雾报警系统民用火灾烟雾报警一般是居民家用的烟雾报警，通常在厨房里安装，遇到由火灾而产生的烟雾时，报警器会发出声音报警，或同时显示数字，同时联动外部设备。有的报警器则可以自动开启排风扇，把烟雾排出室外。(2)工业用烟雾报警系统及有毒有害烟雾报警系统工业用烟雾报警器及有毒有害烟雾报警器只是检测探头有不同，而在原理和应用中都很差不多。工业用燃气报警器及有毒烟雾报警器根据不同的环境检测，可以分为检漏仪、控制器和探测器。检漏仪的尺寸较小，分为便携
18、带式或手持式，一般情况用在燃气管理的查漏与巡检。如果燃气泄漏出来，检漏仪便会发出警报和烟雾浓度的数字显示，让人能够及时的采取措施，以防发生爆炸之类的事故。控制器和探测器组合起来使用，可长期的监测防爆现场的烟雾浓度。探测器一般安装于防爆现场，控制器壁挂在有人值班的值班室里，两者由屏蔽电缆线连在一起。当探测器检测到天燃气泄漏的时候，屏蔽电缆线会将信号传送到控制器，控制器便开始报警，同一时间启动排气装置来保证安全。此种仪器广泛的应用在液化气站、汽车加油站、锅炉房等工业场所。苏州大学本科生毕业设计（论文）第 5 页第 1.3 节 本论文主要任务本篇论文是烟雾报警器的研制，主要基本部分和扩展部分(1)基
19、本部分(a)对系统进行整体规划和结构设计。(b)以 ST89C52 单片机为中央处理器，对硬件电路进行设计和改进，使其功能更加完善。系统硬件电路主要分为温度电路、键盘电路、烟雾 A/D 转换电路、声音报警电路、显示电路五个部分。(c)系统的软件设计。按照软件实现的功能，主要分为主程序、初始化子程序、键盘处理子程序、滤波子程序、线性化处理子程序、浓度显示子程序、报警子程序、报警限值设置子程序。在程序的编写过程中，加入了详细的文字注释，便于后期的改进与维护。(d)硬件与软件的实时调试。(2)扩展部分再加入一路传感器信号采集电路，利用双通道数据实现采集的优化，主要是利用辅助的一路进行修正主传感器，以
20、提高精度和可靠性。苏州大学本科生毕业设计（论文）第 6 页第 2 章 烟雾检测报警器的方案设计第 2.1 节 烟雾检测报警器设计思路烟雾检测报警器是能够检测环境中的烟雾浓度，并且能够报警提示的一种仪器，仪器的最基本组成部分应包括：模数转换电路、烟雾信号采集电路、单片机控制电路。一般由烟雾传感器与模拟放大电路构成烟雾信号采集电路，能让烟雾信号变成模拟的电信号。模数转换电路可以让烟雾检测电路发出的模拟信号改变为单片机能够识别的数字信号导入单片机。单片机再对这数字信号开始滤波处理，最后分析处理过的数据，看看是否大于或等于某个预设值(也就是报警限)，如果大于报警限定就开始报警，反之则继续工作。为方便检
21、测与监控，使仪器测试人员及用户能够直观地观察到环境中的可燃烟雾浓度值，可将浓度值送到显示屏中。方便调节报警限，可以加入按键。为使报警装置更加完善，可以在声音报警基础上，加入光闪报警，变化的光信号可以引起用户注意，弥补嘈杂环境中声音报警的局限。以上是根据报警器应具备的功能，提出的整体设计思路。烟雾传感器及单片机是可燃烟雾检测报警器的两大核心，根据报警器功能的需要，选择合适、精确、经济的烟雾传感器及单片机芯片是至关重要的。第 2.2 节 烟雾报警器的选型烟雾报警器属于气敏传感器，是气-电变换器，它将可燃性气体在空气中的含量(即浓度)转化成电压或者电流信号，通过 A/D 转换电路将模拟量转换成数字量
22、后送到单片机，进而由单片机完成数据处理、浓度处理及报警控制等工作。2.2.1. 烟雾报警器介绍(1)烟雾报警器的分类烟雾报警器品种繁多，一般可以分为三个类别。(a)利用物理化学性质的烟雾报警器：如接触燃烧烟雾报警器、半导体烟雾报警器等。(b)利用物理性质的烟雾报警器：如红外报警器、热导烟雾报警器、光干涉烟雾报警器等。(c)利用电化学性质的烟雾报警器：如电势型气体报警器、电流型烟雾报警器等。(2)烟雾报警器应满足的基本条件烟雾报警器可以是单一功能的，也可以有很多功能；可是单独的实物，也能够由许多的传感器构成。但是，每一个烟雾报警器都应该满足这些要求：苏州大学本科生毕业设计（论文）第 7 页(a)
23、可以自选的检查某一种烟雾，并且对其他的烟雾没有什么大的反应；(b)可以很灵敏并且有效的测量出烟雾的浓度；(c)能够快速的反应测试，并且可以反复的使用；(d)可以长时间稳定的工作；(e)使用时间长；(f)成本廉价，方便运用和修检。(3)常见烟雾报警器介绍下面对工业上常用的几种烟雾报警器作简单介绍。(a)半导体烟雾报警器半导体烟雾报警器包括用氧化物半导体陶瓷材料作为敏感体制作的烟雾报警器，以及用单晶半导体器件制作的烟雾报警器。自 1962 年半导体金属氧化物烟雾报警器问世以来，由于具有灵敏度高、响应快、输出信号强、耐久性强、结构简单、价格便宜等诸多优点，得到了广泛的应用。该报警器己成为世界上产量最
24、大、使用最广的烟雾报警器之一。按照敏感机理分类，可分为电阻型和非电阻型。(b)固体电解质烟雾报警器固体电解质烟雾报警器使用固体电解质气敏材料作为气敏元件，其原理是利用气敏材料在通过烟雾时产生电阻，测量其形成电动势从而测量气体浓度。由于这种传感器电导率高，灵敏度和选择性好，因而得到了广泛的应用，几乎打入了石化、环保、矿业等各个领域，其产量仅次于半导体烟雾传感器的一类传感器。但这种报警器制造成本高，检测烟雾范围有限，在检测环境污染领域中有优势。(c)接触燃烧式报警器当易燃烟雾接触这种被催化物覆盖的传感器表面时会发生氧化反应而燃烧，故得名接触燃烧式报警器。接触燃烧式烟雾报警器的检测元件一般为铂金属丝
25、(也可表面涂铂、钯等稀有金属催化层)，使用时将铂丝通电，保持 300C400C 的高温，此时若与烟雾接触，烟雾就会在稀有金属催化层上燃烧，因此铂丝的温度会上升，铂丝的电阻值也上升；通过测量铂丝的电阻值变化的大小，就知道烟雾的浓度。(d)高分子烟雾报警器利用高分子气敏材料制作的烟雾报警器近年来得到很大的发展。高分子气敏材料在遇到特定烟雾时，其介电常数、电阻、材料重量材、料表面声波传播速度和频率等性能发生了变化。高分子气敏材料由于价格便宜、常温选择性好、工艺简洁、操作简单、易与微结构传感器和声表面波器件相结合，在毒性烟雾也食物新鲜一些方面的检查中起着重要作用。高分子烟雾报警器具有对一定的烟雾分子灵敏度高，选择性好，且结构简单，能在常温下使用，可以弥补其它烟雾传感器的不足。
