1、本科毕业设计（论文）（20 届）智能火灾报警器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目录摘要 .Abstract.IV第一章 绪 论 .11.1 选题背景 .11.2 课题设计的意义 .11.3 智能火灾报警系统 .11.4 火灾探测器 .21.4.1 火灾探测器简介 .21.4.2 火灾探测器发展特点 .2第二章 总体设计及器件选择 .32.1 系统组成原理 .32.1.1 硬件组成模块 .32.2 器件选择 .42.2.1 单片机的选择 .42.2.2 模数转换器的选择 .42.2.3 热电偶放大器 AD595.5第三章 AT89C51 单片机性能介绍 .63.1
2、 主要特性 .63.1.1 主要性能参数 .73.2 AT89C51 方框图 .73.3 管脚说明 .83.4 震荡器特性 .93.5 芯片擦除 .9第四章 传感器电路及其放大电路 .104.1 传感器的工作原理和组成 .104.2 气体传感器 .104.3 烟雾传感器 .114.3.1 工作原理 .114.3.1.1 工作方式试验 .134.4 温度传感器 .134.4.1 DS18B20 时序 .144.4.2 接线图 .164.5 热电偶放大器 AD595.164.6 声光报警模块 .18第五章 ADC0809 芯片简介及接口 .205.1 ADC0809 芯片简介 .205.1.1 主
3、要技术指标和特性 .205.1.2 内部结构及外部引脚 .205.1.2.2 ADC0809 外部引脚功能 .215.2 ADC0809 与 AT89C51 接口 .225.3 电源电路 .23第六章 软件 设计 .246.1 主要设计思路 .246.1.1 主要端口说明 .246.2 主程序流程图 .256.3 采样程序流程图 .266.4 报警功能调试 .27参考文献 .28附录 .29致谢 .32智能火灾报警器摘要现代生活节奏的加快，建筑物又趋向集中化，火灾报警系统就显得格外重要。在如今社会快速的发展中，智能火灾报警系统的应用范围不断的扩大，因为火灾对人类的危害性很大，所以智能报警系统对
4、消防机构及时扑灭火灾、减少人员伤亡和财产损失具有十分重要的现实意义本系统采用 AT89C51 作为控制器，选用温度传感器、烟雾传感器、气体传感器作为火灾探测的敏感元件，采用声光报警的方式，设计出可以应用于办公室、教室、家庭房屋等场所的简单实用的火灾探测报警器。单片机巡回检测温度、气体浓度、烟雾浓度，当以上任一项发生异常时系统判断具体是哪项异常，然后在探测其他两项，如果有一项或两项都出现异常，则说明发生火灾，报警器发出报警，在异常排除后报警器自动停止报警。这样探测两项来判断火灾是否发生有利于防范真假火灾。这样有利于人们做出正确的判断，做出及时的防范和补救措施。关键字：单片机；传感器；智能型火灾报
5、警器Intelligent fire alarm and control systemAbstractWith the pace of modern life quickening and the concentration tendency of buildings, fire alarm system appears especially important .Nowadays in the rapid social development, intelligent fire alarm system has been applied in an largely expanding sco
6、pe.Because of the great danger to human, intelligent alarm system has very important practical significance for fire control institutions to exterminate fire and reduce casualties and property losses .This system with AT89C51 as a controller, chooses temperature sensor, smoke sensors, gas sensor as
7、the sensitive components of fire direction, and takes use of acousto-optic alarm.By means of it people have designed simple and practical fire detection alarm equipments which can be applied in offices, classrooms ,family houses and so on. MCU circuits testing temperature, gas and smog density.when
8、any of the three has anomalies ,the system will judge which one it is and then detect another two.If there are one or two going wrong ,it shows fire,and the alarm will ring up until anomalies have been removed.It is good for preventing both false and real fire to detect in this way of checking two.
9、And it is also good for people to make a right judge and take timely prevention and remedial measures .Keywords: singlechip microcomputer,Accelerometer Principles,intelligent fire alarm controller.第一章 绪论1.1 选题背景近年来全国火灾事故频繁发生，造成人、财、物的巨大损失。用户对火灾报警以至自动消防系统的要求越来越高。在现今国际经济和社会迅速发展的趋势下，很多新材料、新能源、新技术别人们大量使用
10、，电、火、气、油等这些也已经成为了人们的日常用品，各式各样的新型建筑也不断出现，这样就使很多企业工业开始大量建造，这样就使火灾的发生率大量的上升，随之而来的火灾事故也会随着上升。预防火灾及时扑灭初期火灾，减少火灾损失，特别是减少群众群伤群死大火灾的发生，实际上就是经济增长，社会稳定，人民安居乐业。智能火灾报警器是实现减少火灾损失和人员伤亡的一项十分成熟的技术，与其它系统相比，该系统造价低、维护管理简单、不仅能报警还能灭火，设置在需要该系统保护的建筑中，日夜坚守，永不疲倦，发挥着人工无法替代的作用。1.2 课题设计的意义我国的火灾自动报警控制系统经历了从无到有、从简单到复杂的发展过程，其智能化程
11、度也越来越高，灵敏度也越来越高。目前国内厂家多偏重用于大型仓库、商场、高级写字楼、宾馆等场所大型火灾报警系统的研发，他们采用集中区域报警控制方式，其系统复杂、成本较高。本系统则主要应用于居民住宅、机房、办公室等场所的小型防火报警器。廉价实用且可在火灾发生的初期就检测到并且发出声光报警，同时可实时显示该场所的环境温度。1.3 智能火灾报警系统智能火灾报警系统由触发器件、火灾报警装置、火灾警报装置及具有其他辅助功能的装置组成。随着科技的迅速发展，智能火灾报警系统的结构、种类出现了很多形式，不能用几种模式来对其进行分类。智能的火灾报警系统已成为趋势，这种火灾报警系统可以完成很多火灾报警网络，既能完成
12、区域报警系统，也能完成集中报警系统。所谓智能火灾自动报警系统，应当是：使用探测器件将火灾发生期间所产生的烟雾、温度、气体等信号以模拟量形式，在加上外界所产生的一系列数据，把这些数据传送给报警器，之后报警器根据内部存有的很多数据来判断是否发生火灾，这种能够自己分析并发出信号的火灾报警器统称智能火灾报警器。在这个系统中可以解决当发生火灾时发生误报、漏报的情况，在判断火灾真假上作出有效的作用和创新，这是火灾自动报警系统在技术上的飞跃。从传统型走向智能型，是国内外火灾自动报警系统技术发展的必然趋势 1。1.4 火灾探测器1.4.1 火灾探测器简介火灾探测器是火灾探测系统最重要的组成部分之一，它能把火灾
13、发生时所产生的一系列信号传送给控制及指示系统。其作用就是对火灾过程中所产生的的烟雾、气体、温度等做出响应，并把信号传送给控制系统。火灾探测器一般由敏感元件传感器、处理单元和判断及指示电路组成，其中敏感元件能对很多火灾参量起监视作用，做出响应，然后传给控制系统进行处理，然后变为电信号。1.4.2 火灾探测器发展特点随着社会的发展，火灾报警器运用不断的广泛，以前一般的火灾报警器已经不能满足当今的需求，因此必须出现更新功能更全的火灾报警器，其特点是： （1）功能更新（2）可靠性提高（3）报警时间提前新型火灾探测器已不局限于对已发生的火灾及时报警，可以在火灾发生之前的几小时或几天内，识别潜在的火灾危险
14、性，实现超早期火灾报警。第二章 总体设计及器件选择2.1 系统组成原理设计原理：现场火灾报警器通过对传感器火情信息的检测，通过放大器将信号进行放大，然后通过 A/D 转换，将信号送到单片机，使用智能识别算法实现对火灾的监测。单片机巡回检测温度、红外辐射、烟雾并显示温度，当以上三项任意两项或三项都同时发生异常时系统认为发生了火灾，发出声光报警信号，只到异常被排除，系统才自动停止报警。2.1.1 硬件组成模块AT89C51控制模温度采集模块气体检测模块烟雾探测模块图 2.1 硬件组成如图 2-1，本系统主要由单片机控制模块、烟雾探测模块、温度采集模块、气体探测模块、声光报警模块、电源模块。因本系统
15、考虑到功耗等问题，采用以AT89C51为核心的单片机系统，AT89C51单片机内部有非易失性Flash存储器分别包含128字节RAM 、32条I/O口线、3个16 位定时/计数器、6 输入4优先级嵌套中断结构、1个串行I/O 口（可用于多机通信、I/O扩展或全双工UART）以及片内振荡器。使用AT89C51芯片，能够满足需要，还可以使外围器件尽可能少，另外价格也便宜，所以选用它。声光报警模块2.2 器件选择2.2.1 单片机的选择单片机是本方案的灵魂，所以在我们选择单片机时需要慎重考虑，下面拿 8031 和AT89C51 做一下比较。8031 片内不带程序存储器 ROM，使用时用户需外接程序存
16、储器和一片逻辑电路373，外接的程序存储器多为 EPROM 的 2764 类型。用户若想对写入到 EPROM 中的程序进行修改，必须先用一种特殊的紫外线灯将其照射擦除，之后再可写入。写入到外接程序存储器的程序代码没有什么保密性可言。由于前面叙述的单片机使用比较早，影响大，大都成为实际上的工业标准。后来很多厂商也陆续推出了相同类型的各种单片机，像一个系列的多种不同型号的单片机一样，虽然制造工艺在不断改进，但是内核都一样，因此这类单片机系统可以兼容，大多数管脚也兼容；可以相互替换。所以这些与 8051 内核相同的单片机被称为“51 系列单片机“。在这些 51 系列单片机中， ATMEL 公司生产的
17、 AT89C51 更实用，他与 8051 的管脚和指令兼容，他还拥有 flash 的 4K 程序存储器工艺，他可以让使用者用电来进行改写、擦除。因此这些单片机的开发时间不长，对设备的要求也不高。他还可以对程序进行加密，很好的保护了用户的利益。对于 AT89C51 来讲，在实际电路中可用 8051 和 8751 直接替换，在 8031 替换时仅仅第 31 脚不同，它没有 ROM 在内部，31 脚为 GND 脚（接地） ，单片机启动后开始读取指令；而 8051/8751/89c51 因内部有程序存储器，高电平（ Vcc）接在 31 脚上，内部指令可以被单片机直接读取。或者说芯片内控制其实从内部读取
18、还是从外部读取时取决于 31 脚，当需要从内部读取的时候 31 脚要接电源，当要从外部读取时 31 脚要接地，别的不用做任何变动。由于内部 RAM 的存在，可以减少 I/O 扩展芯片、锁存器及片外 RAM 等等，使整个设计显得简单明了，所以我们选择 AT89C51。2.2.2 模数转换器的选择常用的集成 A/D 转换器有 8 位、10 位、12 位、16 位等，每种又可分为不同的型号。位数越高，其分辨率也越高，但价格也越贵。根据本设计的需要，我选择的 A/D转换器是 ADC0809。ADC0809 是美国 Analog Device 公司生产的 8 位逐次逼近式模数转换器，转换速率高，自带三态
19、输出缓冲电路，可直接与各种典型的 8 位或 16 位的微处理器相连而无需附加逻辑接口电路，且能与 CMOS 及 TTL 兼容。是目前我国应用最为广泛，价格合理的 A/D 转换器。加之内部含有三态输入缓冲电路，可直接与各种微处理器连接，且无须附加逻辑接口电路，内部设置的高精参考电压源和时钟电路，使它不需要任何外部电路和时钟信号，就能完成 A/D 转换功能，应用非常方便。2.2.3 热电偶放大器 AD595AD595 是 AD 公司生产的一款热电偶放大器，他将仪器放大器和热电偶冷接头补偿器全部集成在一块单片芯片上，产生一个 10mV/的输出。管脚的可选择性使其可以作为一个线性放大补偿器或者是设置工作点控制器的开关输出。AD595 包含一个热电偶故障报警，如果有热电偶的一脚或双脚开路，他可以显示报警信号。报警输出有很多种灵活的方式，包括 TTL 形式。AD595 能够用一个单端+5V 的电压供电。如果用负电压，则可以测量 0以下的温度。为了使其自身发热最小化，一个无负载的 AD595 的总电流是 160uA，当然也可以把 5mA 以上的电流传送给负载。AD595 通过激光微调来与 K 型（镍铬合金铝）热电偶特性相匹配。热电偶放大器的电压和增益控制电阻已连到封装脚上，另外电路能通过额外的两三个电阻来根据热电偶类型进行重新校准 2。
