毕业设计(论文)基于单片机的公共场所火灾检测与自动报警系统设计.doc
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1、湖北文理学院毕业设计(论文)正文题 目公共场所火灾检测与自动报警系统设计专 业机械设计制造及其自动化班 级机汽学院机制0812班姓 名学 号指导教师职 称 2012年 5月 20日摘 要随着电子产品在人类生活中的使用越来越广泛,由此引起的火灾也越来越多,在我们生活得四周到处潜伏着火灾隐患。为了避免火灾以及减少火灾造成的损失,我们必须按照“隐患险于明火,防患胜于救灾,责任重于泰山”的概念设计和完善火灾自动报警系统,将火灾消灭在萌芽状态,最大限度地减少社会财富的损失。本系统采用AT89C51作为控制器,选用温度传感器ADC0809、烟雾传感器UD-02,采用声光报警的方式,设计出可以应用于办公室、
2、教室、家庭房屋等场所的简单实用的火灾探测报警器。单片机巡回检测各房间,采集温度、红外辐射、烟雾;当以上任一项发生异常时系统判断具体是哪房间异常,并用数码管显示,同时蜂鸣器发出鸣叫,报警一分钟后继续进行巡回检测。关键词 单片机 火灾报警 传感器Public fire detection and alarm systemAbstract:Now, with electronic products used in human life more and more widely, the resulting fire, more and more, we live in fire hazards lu
3、rking around everywhere. To avoid fires and reduce fire losses, we must follow the hidden dangers fire in prevention is better than disaster relief, the responsibility is extremely heavy, the concept design and improvement of automatic fire alarm system, fire nipped in the bud, the maximum reduce th
4、e loss of social wealth.The system can be installed in all fire units, which is responsible for continuously monitoring the site to start the inspection signal, monitor the site of temperature, concentration, and continuous feedback to the alarm controller, the controller will receive the signal and
5、 the normal memory setting value was determined by comparing to determine the fire. When fire occurs, can achieve sound and light alarm, fault diagnosis, concentration display, alarm limit settings, delay alarm and serial communication with the host computer is a simple structure, stable performance
6、, easy to use, inexpensive, intelligent smoke sensor, has some practical value. Key words: SCM fire alarm sensor目 录第1章 绪 论1 1.1 选题背景及意义1 1.2 本文所做的工作1第2章 火灾自动报警系统的工作原理22.1 系统总体功能概述.22.2 火灾报警系统的类型22.3 火灾探测器的原理3第3章 系统硬件设计53.1 核心芯片选择53.2 单片机外围接口电路83.3 信号处理电路103.4 A/D转换模块103.5 声音报警电路113.6 数码管显示电路123.7 状态
7、指示灯及控制键电路133.8 报警器故障自诊断14第4章 系统软件设计154.1 主程序流程图154.2 主程序初始化流程图164.3 滤波子程序164.4 线性化子程序174.5 报警子程序194.6 键盘处理子程序22结论23致谢23参考文献24附录.25第1章 绪 论1.1 选题背景及意义目前,随着国内经济发展的需要,各大中城市都侧重于兴建大型豪华宾馆酒店、办公楼、购物商场等公共场所,在一定程度上,就加大了防火灭火的困难,迫切需要在智能建筑中设计一套火灾自动报警系统。火灾自动报警系统探测火灾隐患,肩负安全防范重任,是智能建筑中建筑设备自动化系统(CBS)的重要组成部分。智能建筑中的火灾自
8、动报警系统设计首先必须符合GB50116-98火灾自动报警系统设计规范的要求,同时也要适应智能建筑的特点,合理选配产品,做到安全适用、技术先进、经济合理。火灾自动报警系统有区域报警系统,集中报警系统和控制中心报警系统三种基本形式,具体采用何种报警,可根据工程建设规模,保护对象的性质,区域划分和消防管理机构等因素综合分析后确定。本设计采用集中报警系统,将所监视的若干区域内的传感器输入的电压信号,以声、光形式显现出来,将着火区域和该区域的具体着火部位显示在屏幕上。随着人们对火灾初期特征研究和火灾探测技术研究的不断深入,一些发达国家对早期火灾探测报警技术的研究与产品开发十分重视。早在20世纪80年代
9、,日本、美国、英国、瑞士、德国、澳大利亚等国家就开始投入大量的科研经费、科技力量进行技术研究和产品开发。对于易燃、易爆场所,一旦爆炸起火,火势蔓延速度之快,难以控制等特点,人们开发研制了在火灾爆炸事故之前,从可燃气体浓度方面进行故障和火灾爆炸危险性等方面预测的线型可燃气体探测报警系统。它采用光学原理利用不同气体在光谱特性的差别进行气体浓度探测,从根本上解决了点型可燃气体传感元件中毒、稳定性差、寿命短等缺陷,用于大面积可燃气体探测报警时,性能价格比较高,其原理可扩展用于其他场所气体泄漏的监测。火灾探测报警系统可靠性的提高体现在用智能技术处理传感器提供的火灾信息。人们建立了多种火灾探测算法、模糊逻
10、辑、神经网络模式,也有从事研究非火灾探测的模式。而各种单一传感器提供的火灾信息均混杂非火灾信息,给从传感器提供的火灾信息上判别火灾增加了难度。于是人们开始探索新型探测原理的传感器件(如气体气味传感器等)和复合探测器,取得显著成效的是对火灾过程的多参数进行监测的复合传感器。它对火灾产生的多种参数进行多种信息的分析,排除干扰,确定火灾,从而提高了判断火灾的准确性。而与之配套的硬件则采用复合多传感等传感方式,为判断火灾提供更加充分的火灾信息。成熟的产品有温、烟复合型智能火灾探测报警系统,并已用于实际工程。近年来,CO传感技术有了一定的突破,功耗显著理参数复合的温烟复合探测器,采用不同波段光传感器降低
11、,灵敏度有了一定的提高,寿命也有所增加。我国自1985年以来,单片机的开发和应用取得了一定的进展,尤其进入90年代以后,在自动控制、智能仪表、自动测试、家电、通讯得到了很好的应用,其中用单片机开发的火灾自动报警器就是很好的一例火灾自动报警器最初是以晶体管继电器为分立元件的产品,80年代末,90年代初随着微型计算机的开发应用,出现了以微机为核心的通用火灾报警器。他的应用使人们对火灾的控制能力大大增强,使危害大大降低。通用火灾报警器的主要心脏部件就是单片机,通过他来接收来自火灾探测器的报警信号,经过确认后,发出声光报警,显示报警位置,并能发出控制信号启动消防设备,迅速灭火。可见,从信号的接收处理到
12、报警消防,完全实现了自动控制,单片机在其中起到了关键的作用。1.2 本文所做的工作本文采用气体传感器、温度传感器、AT89S52单片机以及LED显示灯模块设计了一种智能火灾报警器,可以实现声光报警、故障自诊断、浓度显示、报警限设置、延时报警及与上位机串口通信等功能。是一种结构简单、性能稳定、使用方便、价格低廉、智能化的火灾报警器,具有一定的实用价值。本系统采用AT89C51单片机作为处理器,主要完成以下工作:1. 基于AT89S52的火灾报警检测设计方案。2. 温度传感器AD590、烟雾传感器TGS202、A/D转换芯片ADC0809的选择以及与单片机的接口电路设计。3. LED数码管驱动芯片
13、ICM7218与单片机的接口电路及其与数码管的硬件连接。4. 设计主要软件程序模块,完成软件设计。第2章 火灾自动报警系统的工作原理2.1 火灾报警系统的类型 根据火灾报警系统中所使用的探测器种类的不同,火灾报警系统可以分为以下四种:(1)感温型火灾报警系统 由于火灾发生时燃烧物会产生大量的热量,使得周围温度迅速变化。感温型火灾报警系统就是通过判断周围温度变化而产生响应的火灾报警系统,再把温度的变化转换为电信号以达到判断报警的目的。根据探测温度参数的不同,一般可以将感温型火灾报警系统分为定温式、温差式等几种。(2)感烟型火灾报警系统烟雾是早期火灾的重要特征之一。在火灾发生的初期,由于温度比较低
14、,许多物质都处于阴燃阶段,产生大量的烟雾。感烟型火灾报警系统就是对空气中可见或不可见的烟雾粒子进行探测,然后将烟雾浓度的变化转换为电信号来触发报警。感烟型火灾报警系统主要有激光感烟式、光电感烟式和离子感烟式等。(3)感光型火灾报警系统 物质燃烧不但会产生烟雾和热量,同时也会产生可见或不可见的光辐射。感光型火灾报警系统就是通过响应火灾中产生的光特性,即扩散火焰的光强度和闪烁频率,来触发报警系统的。根据感应的敏感波长,可以将感光型火灾报警系统分为对波长较短的光辐射敏感的紫外报警系统和对波长较长的光辐射敏感的红外报警系统。(4)复合型火灾报警系统 如果报警系统同时对温度、烟雾和光辐射中的两种或两种以
15、上参数做出响应,那么它就是复合型火灾报警系统。目前复合型火灾报警系统有感温感烟型、感烟感光型、感温感光型等多种形式。2.2 火灾探测器的原理火灾发生时,必然会伴随着产生烟雾、高温和火光,探测器对这些都很敏感。当有烟雾、高温、火光产生的时候,它就改变平时的正常状态,引起电流、电压或机械部分发生变化或位移,再通过放大、传输等过程发出警报声,有的还能同时发出灯光信号并显示发生火灾的部位、地点。火灾探测器主要分感烟、感温、光辐射三大类:(1)感烟探测器。一种是离子感烟探测器,它在内外电离室里面有放射源镅241,电离产生的正负离子,在电场的作用下各向正负电极移动。在正常的情况下,内外电离室的电流、电压都
16、是稳定的。一旦有烟雾窜逃外电离室,干扰了带电粒子的正常运动,电流、电压就有所改变,破坏了内外电离室之间的平衡,于是就发出了信号。还有一种叫光电感应探测器,它有一个发光元件和一个光敏元件,平常光源发出的光,通过透镜射到光敏元件上,电路维持正常,如果有烟雾从中阻隔,到达光敏元件上的光就显著减弱,于是光敏元件就把光强的变化变成电的变化,通过放大电路向人们报警。还有一种叫管道抽吸式感烟探测器,他的工作原理与光电感应探测器中另一种散射型相似,通过烟雾的反射或散射产生光敏电流,主要用在船舶上。这种探测器采用半导体器件,体积小、价格低、耐震动、寿命长,很有发展前途。(2)感温探测器。一种是运用金属热胀冷缩的
17、特性。正常的情况下,探测器的电路断开,当温度升到一定值时,由于金属膨胀、延伸,导体接通,于是发出了信号。一种是利用某些金属易熔的特性,在探测器里固定一块低熔点合金,当温度升到它的熔点(7090)时,金属熔化,借助弹簧的作用力,使触头相碰,电路接通,发出信号。这两种探测器都属定温型,即当外界温度超过某一限值时就会报警;还有一类是差温型,升温的速度超过特定值时,便会感应报警。如将两者结合起来,便成为差定温组合式。(3)光辐射探测器。一种是红外光辐射探测器。物质在燃烧时,由化学反应产生闪烁的红外光辐射使硫化铅红外光敏元件感应,转变成电信号,经放大后,就能向人们报警。另一种是紫外光辐射探测器,则利用有
18、机化合物燃烧时,火光中的紫外光,使紫外光敏管的电极激发出离子,通过继电器等,就能打开开关电路报警。火灾报警器是重要的安全设备,一切重要的场所,如大型物资仓库、隧道、大型船舶、高层建筑都应该安装。它还可以与自动灭火设备一起组成自动报警、自动灭火的“自动消防队”。2.3 系统总体功能概述火灾报警系统一般由火灾探测器、区域报警器和集中报警器组成。火灾探测器通过对火灾发出的物理、化学现象气(燃烧气体)、烟(烟雾粒子)、热(温度)、光(火焰)的探测,将探测到的火情信号转化成火警电信号传递给火灾报警控制器。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、红外探测模块、数码管显示模块、声
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