1、第 i 页本科毕业论文（20 届）基于单片机的智能火灾烟雾报警器的设计所在学院专业班级 电子信息科学与技术学生姓名指导教师完成日期第 ii 页基于单片机的智能火灾烟雾报警器的设计目 录前言 .2第 1 章 绪论 .3第 1.1 节 课题的研究背景 .3第 1.2 节 课题的研究目的与意义 .3第 1.3 节 火灾报警器的发展与现状 .4第 1.4 节 课题的研究内容 .4第 2 章 火灾报警器的总体方案设计 .5第 2.1 节 系统的功能要求 .5第 2.2 节 系统的技术要求 .5第 2.3 节 系统的组成及方案设计 .6第 3 章 系统的硬件设计 .7第 3.1 节 主控电路 .8第 3.
2、2 节 烟雾探测电路的设计 .113.2.1. MQ-2 介绍 .123.2.2. ADC0809 介绍 .13第 3.3 节 液晶显示电路设计 .15第 3.4 节 声光报警提示电路 .183.4.1. 灯光提示电路 .183.4.2. 声音报警电路 .18第 3.5 节 负载控制电路 .19第 3.6 节 按键电路 .21第 4 章 系统的软件设计 .22第 4.1 节 软件介绍 .22第 4.2 节 软件特点： .23第 5 章 火灾报警器的调试 .25结论 .27参考文献 .28致谢 .29附录: .30附录 1：实物照片 .30附录 2：源程序 .30第 1 页基于单片机的智能火灾烟
3、雾报警器的设计【摘要】：随着“信息时代”的到来，作为获取信息的手段传感器技术得到了显著的进步，其应用领域越来越广泛，对其要求越来越高，需求越来越迫切。传感器技术己成为衡量一个国家科学技术发展水平的重要标志之一。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。随着现代家庭用火、用电量的增加，家庭火灾发生的频率越来越高，烟雾报警器也随之被广泛应用于各种场合。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。本课题所研究的无线多功能火灾报警器采用 STC89C51 为核心控制器，利用气体传感器 MQ-2、ADC0809 模
4、数转换器等实现基本功能。通过这些传感器和芯片，当环境中烟雾浓度或可燃气体浓度等发生变化时系统会发出相应的灯光报警信号和声音报警信号，以此来实现烟雾报警，当烟雾达到一定的范围时，系统还可以驱动继电器工作，继电器可以驱动负载，如换气风扇、报警信号灯、消火栓水龙头开关等，实现智能报警控制。【关键词】：气体传感器 MQ-2；火灾报警；单片机；智能控制Abstract : While “information age” the arrival, obtained the remarkable progress as the gain information method-sensor technolog
5、y, its application domain is more and more widespread, is more and more high to its request, the demand is more and more urgent. The sensor technology has become weighs one of national science and technology level of development important symbols. In order to enhance to the sensor understanding and
6、the understanding, in particular to the smog sensor thorough research as well as its usage and the use, based on practical, widespread and the model principle has designed this system. Along with the modern home with fire, electricity consumption increases, the frequency of home fires is getting hig
7、her and higher. Smoke detectors have also been widely used in various occasions. Wireless multifunctional fire alarm in the paper uses STC89C51 as the core controller, the realization of the basic functions of the gas sensor MQ-2, ADC0809 converter etc. Through these sensors and chips, when environm
8、ental smoke concentration or combustible gas concentration changes the system sends out corresponding light alarm signal and the sound alarm signal, in order to achieve smoke alarm, when the smoke reaches a certain range, the system can also drive the relay, the relay can drive a load, such as a ven
9、tilation fan, alarm signal lamp, fire hydrant water tap switch etc. Implementation of intelligent alarm control.Key words: MQ-2 gas sensor; fire alarm; MCU; intelligent control第 2 页前言火灾，是世界在各种灾害中影响力和破坏性以及最普遍地威胁公众安全和社会发展的主要灾害之一，几乎每天都有火灾发生不断对人类社会造成巨大损失伤害，根据世界火灾统计中心(WFSC)的统计资料，近年来全球范围内，每年发生的火灾有 600-700
10、 万起，死亡人数为 65000-75000 人。大多数国家的火灾直接损失都占国民经济总值的 0.2%以上。实际上，发生火灾后，除了直接经济财产损失人员伤亡外还有相当大的间接损失。其中，欧美地区发生的火灾较多，死亡人数却相对较少，这与欧美发达国家的生活水平以及消防技术和设施有关；相比较而言，亚洲地区发生火灾次数较少，但死亡人数较多，这与亚洲经济发展程度不高、消防设施不完善等因素有关。所以要加强火灾防范，加强预防火灾发生方便的研究，这是全世界都需要努力的。随着经济和城市建设的快速发展，城市高层、地下建筑以及大型综合性建筑日益增多，火灾隐患也大大增加，火灾的数量及其造成的损失呈逐年上升趋势。一旦发生
11、火灾，将对人的生命和财产造成极大的危害。在工业和民用建筑、宾馆、酒店、图书馆、科研和商业部门，火灾烟雾报警器已成为必要的装置。火灾报警系统对现代建筑起着极其重要的安全保障作用。火灾报警控制器是火灾烟雾报警系统的核心一般由火灾探测器和控制器组成。其中火灾探测器是识别火灾是否发生的专门仪器，根据建筑物或实地场所的要求，安装不同类型的火灾探测器。火灾探测器主要分为感烟探测器、感温探测器和光辐射探测器三大类，本文对火灾烟雾报警控制器和探测器做了深入的研究并全面阐述了火灾烟雾报警控制器和探测器硬件和软件设计。第 3 页第 1 章 绪论第 1.1 节 课题的研究背景火灾作为一种在时空上失去控制的燃烧所引发
12、的灾害，对人类生命财产和社会安全构成了极大的威胁。由此引发的重大安全事故比皆是，所以人类一直也未停止过对它的研究。火灾早已成为我国常发性和破坏性以及影响力最强的灾害之一。随着经济和城市建设的快速发展，城市高层、地下建筑以及大型综合性建筑日益增多，火灾隐患也大大增加，火灾发生的数量及其造成的损失呈逐年上升趋势。在过去的很长一段时间，人类不得不进行专题研究火灾过程中爆发，截至目前，已形成一个较为成熟的概念。火灾的发生和发展过程是一个复杂的物理和化学过程，但也与环境很强的相关性。正常情况下，发生火警，伴随着烟雾，温度，光照，信号产生的过程。产生不同的环境和不同的火燃烧成分，烟雾粒度组成，温度分布和光
13、谱的气体成分是不同的，所以火灾过程中涉及多个物理和化学参数，特点是强大的，一般的骚乱有着本质的不同。基于上述特点，早起的火灾探测技术应运而生，特别是多的火灾探测技术被广泛采用在火灾探测领域，如复合材料的物理参数复合烟气温度探测器，使用不同的带光传感器的复合双波段火焰探测器。在我国，随着经济的发展和生活水平的提高，工业与民用建设日趋增多，火灾发生的可能性也随之大幅提高。另外，现代建筑物中塑料制品和玻璃的大量应用使火场内外部的求援行为困难重重。现代建筑，尤其是在大型酒店，宾馆，商场，图书馆，博物馆，档案馆和办公楼及其他公共场所，对于火灾报警系统也提出了更高的要求。一旦发生火灾将很难及时救助，势必要
14、给国家和个人带来不可估量的损失。基于上述情况，火灾自动报警技术便应运而生，火灾自动报警系统是始终警惕火灾报警和输出联动忠实的哨兵火灾信号的有力手段，是一种早期预警。第 1.2 节 课题的研究目的与意义目的：随着现代家庭用火，用电增加，家庭火灾发生的频率越来越高。家庭火灾，很容易扑灭不及时，有着缺乏消防设备和在场的人战斗惊慌失措逃离缓慢的不利因素，最终导致的生命和财产的重大损失。消防部门的统计数据显示，所有的火灾比例中，家庭火灾占全国火灾的 30。家庭火灾的起因是多方面的，可能隐藏在我们平时没有注意到的地方。综上所述，许多人因不懂家庭安全常识引起火灾事故，使好端端的幸福家庭眼间毁第 4 页于一旦
15、，有的导致家破人亡，而且一旦发生居民家庭火灾，处置不当、报警迟缓，是造成人员伤亡的重要因素。所以说，人们应该积极了解家庭火灾的主要起因，还有预防火灾的发生。这就是我们研究烟雾报警器的目的。意义：在中国的一些大、中型城市，几乎每天都有家庭发生火灾，所以每一个家庭必须始终关注防火。如果能根据你家的实际情况，提前采取简单的防火措施，有些悲剧是完全可以避免的。声音和视觉的报警，对减少火灾损失具有现实意义。一系列悲剧性的损失，使社会各界乃至国家意识到，烟雾报警对火灾的报警的必要性。据调查，不少火灾发生现场都没有安装火灾报警器。因此烟雾报警，对火灾的预防具有重要意义。第 1.3 节 火灾报警器的发展与现状
16、近年来，无线火灾报警系统在国外已被开发，并走向实用。起初，无线火灾报警系统不仅是价格贵，还必须连接布线，这是只适合一些特殊的地方，检测设备的一部分。今天，几乎所有的电气装置，可以通过无线遥控改变，可广泛应用于各类建筑和场所。美国松柏公司（ITI）成立于 1981 年，是美国最大的无线报警系统制造商制造，其产品占90的无线报警器在北美市场的年销售额已接近一亿美元。该公司生产的无线火灾报警系统还通过了中国的“国家消防电子产品质量监督检验测试中心”的监测，该系统可作为火灾报警系统，但也可作为一个安全的系统，两者的结合，是一个高科技的无线安全系统。火灾报警系统在中国相对较晚，与发达国家相比，20 世纪
17、 70 年代末的十年间，中国开始研制生产的火灾报警系统。 20 世纪 80 年代后，国内各大厂商也大多是模仿国外产品，或引进国外技术生产的，没有真正意义上的核心技术，市场刚刚开始发展。真正的火灾报警产品的发展也促进了市场的成熟，政府逐步开放的大门，在同一时间，外国公司开始进入中国的防火市场，带来先进的技术在 20 世纪 90 年代。此期间，中国生产的火灾报警产品的企业也得到了快速发展，在一些企业中，技术合作，合资生产，并取得了不菲的成绩，但今天在市场上创造了许多强大的企业，有些技术已接近或赶上国际标准。第 1.4 节 课题的研究内容烟雾报警器，主要检测可燃气体和烟雾，再通过单片机控制相应的报警
18、和驱动负载。通过液晶显示当前的烟雾值，通过按键设定相应的阀值。该项目主要是为了完成任务，包括：（1）硬件部分：包括传感器的选择，显示模块的选择，烟雾信号转换电路的设计，第 5 页报警驱动电路的设计。（2）软件部分：包括微处理器控制程序的编制和原理图的绘制。（3）系统的综合调试与分析：在软硬件完成以后，要对系统进行综合的测试与实验，分析系统的可靠性与实用性，调整系统的不足。第 6 页第 2 章 火灾报警器的总体方案设计本课题主要是实现烟雾报警和火灾发生时的报警及控制，下面分别对系统功能要求、系统技术要求及系统实现方案总体阐述。第 2.1 节 系统的功能要求本系统的研制主要包括以下几项功能：(1)
19、、 火情探测功能：为了提高火灾报警的准确性和及时性，火灾报警系统需要使用各种方法进行火灾探测。在实际使用中，根据不同的防火场所，用户可以选用温度探测法、可燃气体检测法及烟雾探测法等合适的火灾探测方法，来有效的探测火灾；(2)、 灯光报警功能：当室内烟雾浓度过大、有火情产生、故障等异常情况发生时，报警器要进行灯光报警。当烟雾超过最大设定值时，可以驱动火灾控制负载工作。第 2.2 节 系统的技术要求在了解这个系统的工作原理以及功能之后，我们就可以基本确定系统的技术要求。系统采用的单片机处理器成本都比较低，可以满足批量生产和各类工程的需求。对于完整的一个系统而言，为提高市场的竞争力，这个系统应符合体
20、积小、功耗低、数传性能可靠和成本低廉等技术要求，具体指标和参数如下:(1)、 体积小：探测器的体积要尽可能的小，这样占用的空间才能减少，使用和更换才会方便。(2)、 功耗低：系统可以采用三节 5 号干电池供电或 5v 电源供电。(3)、 可靠性高:由于不确定的电磁干扰可能存在于系统工作环境中，为了保证系统长时间的可靠工作，以及减少误报次数，所以选择多指示灯，指示不同的状态。第 7 页第 2.3 节 系统的组成及方案设计本设计主要由烟雾探测传感器电路、单片机、灯光报警电路、负载驱动电路、控制程序和编解码程序等组成，其组成结构图如下：图 2-1 组成结构第 8 页第 3 章 系统的硬件设计A1B2
21、FBUZERC130P C230P+C310uf123456789J110KY112MHZGNDR110KGND+5In31In53 In64In75 START6EOC7 D38OE9 CLOCK10Vc11 Vref+12GND13 D114 D2 15Vref- 16D0 17D4 18D5 19D7 21ALE 22ADDC 23ADDB 24ADDA 25In0 26In1 27In42D6 20In2 28ADC0809ADC1ADC0809+5GNDD0D1 D2GNDD3D4D5D6D7STSTEOCEOCOE OECLK CLKD0D1D2D3D4D5D6D7INS1SW S
22、PSTS2SW SPSTS3SW SPSTGNDk1 k2 k3D1 LEDRD2 LEDYD3 LEDGR2 220R3 1kR42.2k +5+5GNDFR12.2K12345678910111213141516160216PIN+5GNDRSGNDLCDEN +5GND A1 F2 A3 B 4F 5B 6MQ-2RL3+5GNDR81kGNDIN+5k1k2k3+5RSLCDENR72.2R5470R610KGNDC4104R91K Q29012A -+M1K1Q19012+5FSFSGND32 1P1POWER112233445566S1源源12J5 器器器器+5GND123J4器器
23、GND+5 源源源P1.01 P1.12P1.23 P1.34P1.45 P1.56P1.67 P1.78RST9 P3.0(RXD)10P3.1(TXD)11 P3.2(INT0)12P3.3(INT1)13 P3.4(T0)14P3.5(T1)15 P3.6(WR)16P3.7(RD)17 XTAL218XTAL119 GND20 (A8)P2.0 21(A9)P2.1 22(A10)P2.2 23(A11)P2.3 24(A12)P2.4 25(A13)P2.5 26(A14)P2.6 27(A15)P2.7 28PSEN 29ALE/PROG 30EA/VPP 31(AD7)P0.7 32(AD6)P0.6 33(AD5)P0.5 34(AD4)P0.4 35(AD3)P0.3 36(AD2)P0.2 37(AD1)P0.1 38(AD0)P0.0 39VCC 40U189C51图 3-1 Protel 总体电路图 3-2 Protues 仿真电路如图 3-1，图 3-2 所示，上面的图为 Protel 总体电路，下面的图为 Protues 仿真电路。实时显示当前的烟雾值，共有 4 个报警值（可以通过按键设定） ，默认绿灯大于 2 小于 15时亮起，一般显示的烟雾值不会小于 2，小于 2 时就得检测系统是否正常工作；黄灯为
