火灾报警系统的研究与设计计算机专业.doc

火灾报警系统的研究与设计 摘要：伴随智能化建筑的持续出现，当代建筑电气科技也开始出现。在建筑电气技术中，火灾报警控制系统是一个非常关键且必不可少的子系统，它是以电子通信、传感器、计算机等技术为基础的一个系统。本文设计主要将DS18B20温度传感器、MQ-2烟雾传感器以及AT89C51单片机技术作为核心，与多样电子技术相互结合，从而完成的火灾报警系统。系统重点由单片机主控处理、A/D转换、数据筹集、报警电路以及显示等众多模块构成。 关键词：烟雾；报警器；传感器；单片机 Research and Design of Fire Alarm System Abstract:With the advent of intelligent building, modern construction electrical technology also emerged. Fire alarm control system is a very key and indispensable subsystems in the building electric technology, it is electronic communications, sensor, computer and other technology on the basis of a system. Is designed in this paper using DS18B20 temperature sensor technology, MQ - 2 smoke sensors and AT89C51 as the core, with a variety of electronic technology combined with each other, so as to complete the smoke alarm. The system is composed of single chip computer control module, A/D conversion module, data acquisition module, alarm circuit module, display module five modules. Keywords：Smog; alarm apparatus; sensor; single chip 目 录 1 引言 (1) 1.1 火灾自动报警系统的作用 (1) 1.2 选题的目的、价值及意义 (2) 1.3 国内外的发展趋势 (2) 2 系统设计 (4) 2.1 设计任务及要求 (4) 2.2 系统框图及工作原理 (4) 3 系统主要元器件 (5) 3.1 单片机AT89C51 (5) 3.2 温度传感器 (6) 3.3 烟雾传感器 (7) 3.4 液晶显示屏 (8) 4 单元电路的设计 (8) 4.1 单片机最小系统 (8) 4.2 蜂鸣器驱动电路 (10) 4.3 键盘电路 (11) 4.4 显示电路 (12) 4.5 时钟模块及接口电路 (13) 4.6 A/D转换电路 (14) 5 软件设计 (16) 5.1 主程序设计 (16) 5.2 A/D转换器程序设计 (18) 5.3 时钟模块程序设计 (19) 6 系统仿真 (20) 6.1 初始状态下的仿真效果 (20) 6.2 烟雾报警的仿真效果 (20) 6.3 温度报警的仿真效果 (20) 7 结束语 (22) 致 谢 (22) 附 录 (22) 参考文献 (47) 1 引言 进入二十一世纪，人类社会也步入了一个空前壮大的发展阶段，无论大小城市，各种各样的建筑都开始拔地而起，然而在这种发展的同时所带来的突发事故明显增多，突发事故给人们带来了生命威胁和财产的严重损失。在多样的突发事故中火灾最为常见，而且造成的影响也较大，尤其是对人们生命的威胁和财产的大量损失，所以我们有必要加强消防的预防工作。在建筑中安装强大的灾害自动报警系统能够给人们带来安全保障[[] 丁璐，李春华，杨戍.火灾探测技术的分析[J].煤矿现代化.2007.4：29~ 31. ]。一个良好的自动报警系统，能够及时发现灾害的发生并进行灭火，从而防止因灾害发生而造成损失[[] 吴龙标，袁宏永.火灾探测与控制工程[M].合肥:中国科学技术大学出版社.1999.11：1~ 20. ]。 1.1 火灾自动报警系统的作用 火灾自动报警系就是设定在现实建筑物中，用来完成灾害初期审查以及报警，并向多种消防设施发放相关信号，最终完成预定消防作用的消防设备[[] 范维澄.中国火灾科学基础研究概况[J].火灾科学.2005.6:57~62. ]。此系统对初期探究以及通报信息，按时告知相关人员疏散且实施灭火，在防范以及降低人员损害、管控火灾损失等部分具备显著的现实影响。其主要功能包括： （1）自动接收火灾报警信号。在火灾发生时首先会产生大量的烟雾和较高的温度在，火灾探测器检测这些物理量并输出电信号，再将电信号传到控制器。  （2）记录火灾方位以及发生时间。火灾显示盘能够标识具体方位，并记下灾害出现的具体时期。  （3）当检测到有火灾出现时，此报警系统开始对消防设施进行管控，快速处理并排烟。  （4）系统能够将消防电源之外的所有电源进行切断，降低火灾造成的损失。 （5）系统能够对所有的消防设施实施管控，保证基础设施处于正常状态。 （6）系统可以给出消防设备所在平面图，工作人员根据平面图监控火灾现场情况。 1.2 选题的目的、价值及意义 在所有突发灾难中，火灾对大众人身以及财产安全的损害不言而喻。火灾发生的频率是比较高的，只要有心去关注火灾发生的新闻，可以发现每天都会有发生。火灾的破坏性也是非常强的，它会将所有的东西都烧的面目全非。随着社会经济的迅速进步，以及高层智能化建筑的大量出现，火灾出现次数明显增多，产生的损害也持续增加。 为了能够减少火灾发生的频率，以及降低火灾造成的损害，在火灾发生初期能够及时发现并将火扑灭是最好的方式。因此，应该在可能出现灾害的地区装置高效的报警系统。火灾报警系统能够对所在区域进行实时监控，当检测到有火灾发生时做到及时灭火，避免了因火灾的蔓延而造成的损失。设计出一款良好的报警系统是十分关键的。 伴随科技的发展，火灾报警系统所代表的并非简单的报警设备，而是加入了多种科技形成的完善系统。目前使用的系统并不健全，也需要进一步研发改进。 1.3 国内外的发展趋势 全球部分经济发展水平高的国家，他们对于火灾已经有一套较为健全的消防系统，能够做到对早期防范、报警、扑救以及后续处理等工作。在人员培训、消防设备维护以及消防设备的进一步研究方面，政府提供了极大的帮助，每年都会给消防工作提供大笔资金。这些国家使用了联网的方式将计算机和客户终端传感器进行了连接，能够实现随时监控以及故障的远端输送。他们在此监控系统部分的科技值得我们学习。他们的火灾自动报警监控系统在消防工作中起到了重大作用，因为该系统可以使他们的消防指挥中心迅速判断出火灾的具体情况，从而做出最为正确的应对方案，通知消防部队及时到达火灾现场进行灭火，解救人和降低财产损失，如今他们的火灾监控系统已经有效运行了多年。此外这些国家建立独立的监控服务体系，并进行严格管理，来确保火灾相关信息的传讯能够毫无阻碍，服务于用户，与此同时传递准确的火灾信息到消防部队，同时消防部门对它们进行监督和审查[[] 陈悦，刁若菲，刘志伟等.烟雾检测火灾报警系统的设计[J].北京：微计算机信息，2007，23(8~ 2)：93~ 95. ]。上述监管模式在现在逐渐得到了相应的发展。 近期，国外火灾自动报警系统逐渐使用无线通信的方式。无线电通信技术在这种系统中起到了极其重要的作用，它取代了之前的有线通信方式，由于是无线连接方式将大量设备连接在一起，所以这种系统适合各式场所和建筑，但是在初期这种系统的价格比较高昂，所以起初仅仅在特殊场所使用，比如因布置线路之后而影响美观或者破坏建筑的场所。而伴随科学技术的发展以及所需元器件费用的减少，上述系统研究以及制造费用也出现减少，而且无线火灾自动报警系统在性价比上具备显著的竞争实力，具备较好的发展前景。 相较于经济发展水平高的国家，国内火灾报警系统发展时间并不长，国内此类研发和生产在二十世纪的中后期才刚刚开启。即使步入80年代之后，国内也没有自己真正意义上的核心技术，当时国内生产的产品主要是进行模仿或者直接引进国外的核心技术，同时国内市场开始起步。在研发此类产品部分，国内本质意义上的初始发展是在九十年代，因为国家经济的逐步开放，许多生产火灾报警系统产品的国外企业也渐渐走入了国内的市场，国外企业的到来，也将他们的先进技术带到了国内，因此也加快了国内消防市场的发展。与此同时，国内部分企业开始协作，并且进步迅速，得到显著成果。在这个年代凡是能够抓住这次机会的企业现在已经有了较强的实力，这些企业的一些技术发展到了较高水平，基本达到了国际水平。 随着科技持续进步，国内逐渐开始重视起采用无线电通信方式的报警系统。该系统具有无损作用、高灵活性、便于安装等优点，非常适合使用在不易于布置线路的场所，如博物馆、景区、医院等。此系统通常分为三种方式，即分散式、集中式以及分布式，该系统能够进行火灾判决以及统筹监管。随着火灾自动报警系统的发展，智能管控越来越重要，而分布式系统符合该要求，它使用控制器与探测节点全部是智能型，这种系统将作为以后发展的主导部分。 2 系统设计 2.1 设计任务及要求 众所周知，为了降低火灾造成的损失，在建筑中安装火灾报警系统是非常有必要的，它可以及时发现火灾并进行灭火[[] 陈汝全.电子技术常用器件应用手册[M].北京：机械工业出版社.2004.10. ]。为了给人们相比平稳的工作氛围，消防工作是重中之重。本文设计的系统展现出下面的作用： （1）运用LCD显示当前温度； （2）通过按键完成系统参数的设定； （3）探测火灾并进行报警。 2.2 系统框图及工作原理 系统框图：如图2-1所示。由系统框图可以看出，系统组成有数据采集部分，按键设置部分，液晶显示部分，声光报警部分以及单片机主控部分。 工作原理：当火灾发生时，火灾发生区域的温度和烟雾传感器将火灾产生的温度和烟雾进行数据采集，并转化为电信号。再通过放大电路将微小电信号进行处理。再把这些电信号实施A/D转换，变为数字类型。最后传给主控部分，跟设置的报警值进行比较，如果超出设置值，那么系统及时给出报警信号，进行声光报警并在显示屏上显示数据。 单机片 复位电路 时钟振荡 温度、烟雾传感器 声光报警 液晶显示 按键 图2-1 系统框图 3 系统主要元器件 3.1 单片机AT89C51 本设计使用的单片机是AT89C51。AT89C51是独特的带有4k字节闪存可编程可擦除只读存储器的单片机，它是一种高效微处理器，在单独的芯片中将FLASH存储器和多功能8位CPU进行了组合[[] 韩焱，张艳花，王康谊.电子技术基础[M].北京：电子工业出版社.2009.6. ]。AT89C51具有以下特性：可与MCS-51兼容；带有4k字节可编程FLASH存储器；可以进行1000次的反复擦除；数据可以存留10年之久；位内部RAM；32个可编程I/O线；两个16位定时器/计数器；可编程串行通道；片内振荡器；时钟电路。AT89C51的引脚图如图3-1所示。 图3-1 ATC89C51单片机引脚图 3.2 温度传感器 本设计使用了DS18B20数字温度传感器，可以直接读取数据，没必要再经过A/D转换器进行操作。这种传感器体积小、抗磨抗撞、操作便利、封装方式众多，非常适合使用在多种狭窄空间[[] 童长飞.CSO5lF系