基于STC单片机的火灾报警系统设计.doc
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1、基于STC单片机的火灾报警系统设计摘 要 目前,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相结合,设计出一种技术水平较好的烟雾报警器。以STC89C52单片机和MQ-2型半导体电阻式烟雾传感器、DS18B20温度传感器为核心设计的烟雾报警器可实现声光报警、浓度显示、温度显示及报警限设置等功能。是一种结
2、构简单、性能稳定、使用方便、价格低廉、智能化的烟雾报警器。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STC89C52单片机,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。本报警装置具有一定的实用价值。关键词:烟雾;温度;报警器;STC89C52;传感器AbstractNow, with electronic products used in human life more and more widely, the resulting fire, more and more,
3、 we live in fire hazards lurking 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
4、 bud, the maximum reduce the loss of social wealth.The present paper take leaves the minor smog sensor and the monolithic integrated circuit technology unifies as the core and with other electronic technology, designs one kind of technical level good smog alarm apparatus. In which selects the MQ-2 s
5、emiconductor resistance type smog sensor realization smog the examination, has the sensitivity high, responds, the ant jamming ability quickly strong and so on the merits, moreover the price is inexpensive, the service life is long. Selec ts the STC89C52 monolithic integrated circuit, its conformity
6、 A/D transformed, the hardware multiplier, resources and so on hardware DS18B20 keyed, has high speed, low merits and so on power loss, ultra strong ant jamming, is the present similar technology neutral price quite high product. May realize the acoustic-optics take the STC89C52 monolithic integrate
7、d circuit and the MQ-2 semiconductor resistance type gas sensor as the core design smog alarm apparatus to report to the police, the breakdown from the diagnosis, the density demonstrated, reports to the police limits the establishment, the time delay reports to the police and with functions and so
8、in position machine serial port correspondence. Is one kind of structure simple, the performance stable, the easy to operate, the price inexpensive, the intellectualized smog alarm apparatus. This alarm system has certain practical value.Key words: Smoke; alarm apparatus; STC89C52; sensor目 录1 绪论11.1
9、 前言11.2 课题研究的背景和意义11.3 国内外的研究现状21.4 本文内容的结构安排42 火灾报警系统整体方案设计52.1 火灾产生原理及过程52.2 系统总体方案设计62.2.1 系统硬件总体构架62.2.2 系统总体功能概述72.2.3 装置效果图82.2.4 系统软件总体构架82.3火灾报警系统的类型92.4 火灾探测器的原理103 火灾报警系统硬件设计123.1 系统核心芯片选择与电路原理图123.1.1 传感器介绍123.1.2 液晶模块LCD1602143.1.3 STC89C52单片机芯片163.1.4 A/D转换芯片193.2 单片机外围接口电路213.2.1 晶振电路2
10、13.2.2 复位电路213.2.3 声光报警电路223.2.4 按键电路234 火灾报警系统程序设计254.1 软件开发环境254.2 火灾报警系统程序设计254.2.1 数据采集程序264.2.2 火灾报警数据处理方法284.2.3 报警主程序315 报警装置的调试335.1 KeilC51简介335.2 程序调试的步骤345.3 程序调试过程中的问题及解决方法35总结与展望37致谢38参考文献39附录A40附录B48附录C551 绪论1.1 前言进入上世纪90年代后,我国经济步入高速发展的时期,城市化建设不断加快,城市建筑也由分散式低密度向集中式高密度过渡,林立的高层建筑成了城市的主要的
11、标志。居民住进了高层塔楼,企业搬进了摩天CBD,高层建筑有效利用空间,节约了城市中本就十分紧张的土地资源。任何事物的发展都具有两面性,高层建筑中各种通讯线路、动力和照明线路、以及各种系统中线路纵横交错,致使火灾的发生概率也在大幅增加。加之现代建筑的密闭性较强,一旦发生火灾,整幢大楼就像一个大的火炉,而楼梯道、各种通风管道、线路竖井都是效果极佳的火筒,从而给灭火施救造成了巨大的难度,对火灾发生后及时发现、及时控制的要求促使了火灾报警产品应运而生。与此同时,现代计算机技术、通讯网络技术和自动控制技术的飞速发展又为人类实现更加理想化的生活提供了可能智能小区应运而生了。随着科学技术的迅猛发展以及国内外
12、经济的迅速增长,市场上迫切需要一种容量大、性能优越、可靠性高、便于安装、使用和维护的智能型火灾报警控制系统。基于社会和经济方面的需求,本课题旨在开发一个能够对监测点实时监控、报警的智能火灾报警系统。智能型火灾报警系统是一个集信号检测、传输、处理、报警于一体的系统。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,市场上迫切需要一种容量大、可靠性高、使用简单的智能型火灾报警控制系统。该火灾报警系统是以AT89C52单片机作为控制中心,接受、处理火灾探测器输出的烟雾浓度信号、温度信号,并进行声光报警。1.2 课题
13、研究的背景和意义在各种灾害中,火灾是最经常、最普遍地威胁公众安全和社会发展的主要灾害之一。火灾是世界上发生频率较高的一种灾害,几乎每天都有火灾发生。据联合国“世界火灾统计中心(WFSC)2000统计资料”,全球每年大约发生火灾600万至700万次,全球每年死于火灾的人数约为65000至75000人。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。据统计,我国70年代火灾年平均损失不到2.5亿元,80年代火灾年平均损失接近3.2亿元。进入9
14、0年代,特别是1993年以来,火灾造成的直接财产损失上升到年均十几亿元,年均死亡2000多人。随着经济和城市建设的快速发展,城市高层、地下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。一旦发生火灾,将对人的生命和财产造成极大的危害。严峻的事实证明,随着社会和经济的发展,社会财富日益增加,火灾给人类、社会和自然造成的危害范围不断扩大,它不仅毁坏物质财产,造成社会秩序的混乱,还直接危胁生命安全,给人们的心灵造成极大的伤害。残酷的现实让人们逐渐认识到监控预警和消防工作的重要性,良好的监控系统和及时的报警机制可以大大降低人员的伤亡,为社会减少不必要的损失。
15、火灾自动报警系统(FAS)就是为了满足这一需求而研制出的,并且其自身的技术水平也在随着人们需求的不断地提高,在功能、结构、形式等方面不断地完善。火灾自动报警系统能迅速监测火情,可发现人们不易发觉的火灾早期特征,可将火灾带来的生命财产损失降到最低限度。火灾发生的早期,会使得燃烧物质分解,析出大量的有毒气体CO,人们可能在毫无察觉火情的情况下就发生了CO中毒,从而无力逃生,火灾自动报警系统可监测到CO浓度的变化,为人们提供CO浓度超标报警信息,通知人们及时疏散。火灾自动报警系统可作为城市消防系统的单元,通过城市消防专用网与城市消防报警中心联网,及时将报警信息传递到消防报警中心,城市消防报警中心会自
16、动查找到火灾发生的位置,并为消防队员制定消防路线图,以便消防队员可以迅速抵达火灾地点。火灾自动报警系统能对火灾进行实时监测和准确报警,有着防止和减少火灾危害、保护人身安全和财产安全的重要意义,有着很大的经济效益和社会效益。目前,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。1.3 国内外的研究现状根据现代战争的突发性、立体性和区域不确定性,使攻防界线模糊,作战方向多变,战火灾自动报警系统已有百余年的发展历史,19世纪40年代美国诞生的火灾报警装置标志着火灾自动报警系统首次进入人们的视野。1890年在英国,感温式火灾探测器研制成功并应用于
17、火灾探测系统,标志着火灾自动报警系统的发展走上正轨。此后,随着世界科技取得了突飞猛进的进步和各种新兴技术的出现和发展,火灾监测技术也相应迅速发展,各种类型的火灾探测器相继问世,并日臻完善,火灾自动报警系统也在此基础上逐渐地蓬勃发展起来,其发展过程可以分为以下几个阶段:第一阶段,从19世纪40年代至20世纪40年代,火灾报警系统处于发展的初级阶段,采用的探测器主要是感温式的探测器,它通过采集温度信号,然后判定是否超出设定的阂值,从而判断是否有火灾发生。这一阶段,火灾报警系统简单,仅靠单一的温度参量进行火灾判断。但是它易受环境中其他干扰源的影响,灵敏度低,响应速度慢,无法判断阴燃火灾,也无法满足智
18、能化火灾报警系统的要求。第二阶段,20世纪40年代末,瑞士物理学家 Emst Meili研究的离子感烟探测器推出以后,引起了人们对离子感烟探测器的重视,随后感烟探测器得到广泛应用,并逐渐占据了绝大部分市场,迫使感温式探测器退居其次;到70年代末,光电式感烟探测器在光电技术的基础上发展起来,并很快得到大力发展,它的使用寿命长,抗干扰能力强,没有离子感烟探测器的放射性问题。在这一阶段,火灾报警系统普遍采用多线制布局方式,布线、调试、系统可靠性是系统发展的瓶颈。第三阶段,20世纪80年代初期,总线型火灾报警系统开始兴起,在火灾报警领域中迈出了一大步,并得到了较普遍的应用。它使得布线工作量显著减少,安
19、装调试更加容易,更能精确报警定位。但是这一时期的火灾报警系统的智能化水平不高,采用有线连接对工程要求高。第四阶段,从20世纪80年代中后期开始,随着计算机技术、控制技术、集成电路技术、传感器技术及智能技术的快速发展,火灾自动报警系统步入智能化时代,智能化火灾报警系统迅速发展起来,各种智能型的火灾自动报警系统相继出现。模拟量可寻址技术的应用使得火灾报警系统的安全性、精准性和智能性有了很大提高,在火灾自动报警系统发展史上具有里程碑的意义。近年来,采用无线通信方式的火灾自动报警系统在国外悄然兴起。这种系统引入了无线电通信技术,利用无线通信方式代替传统的有线通信方式,将大多的电器装置通过无线连接方式进
20、行信息传输与控制,适用于各类建筑和场所。无线火灾自动报警系统起初仅用于特殊场合,如博物馆、名胜古迹等不宜布线的场合,而且其价格也比较高。随着科技进步和元器件成本的降低,无线火灾自动报警系统的研发和生成成本也随之降低,它在性能和价格上都具有很强的竞争力,其市场潜力已经崭露头角。在我国,采用的无线通信方式的火灾自动报警系统日益受到重视。由于其具有安装简便、对建筑物无损坏作业、灵活性好,易于扩展等优点,适用于许多场合,如名胜古迹、体育馆、博物馆、展览中心、处于施工阶段的建筑物、医院等。火灾自动报警系统的智能性主要体现在火灾判决和统筹管理方面,一般分为分散式、集中式和分布式,分散式系统由非智能型控制器
21、若干智能型探测节点组成,由探测节点完成火灾状态的判断;集中式系统由智能型控制器和若干非智能探测节点构成,探测节点仅将火灾参量传送给控制器,由控制器智能地判断火灾状态;分布式系统的控制器和探测节点均为智能型,也是今后火灾自动报警系统的发展方向。1.4 本文内容的结构安排基于社会和经济方面的需求,本课题旨在开发一个能够对监测点实时监控、报警的智能火灾报警系统。智能型火灾报警系统是一个集信号检测、传输、处理、报警于一体的系统。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,市场上迫切需要一种容量大、可靠性高、使用
22、简单的智能型火灾报警控制系统。该火灾报警系统是以AT89C52单片机作为控制中心,接受、处理火灾探测器输出的烟雾浓度信号、温度信号,并进行声光报警。2 火灾报警系统整体方案设计2.1 火灾产生原理及过程火灾是一种失去人为控制的由燃烧造成的灾害,产生火灾的基本要素是可燃物、助燃物和点火源。可燃物以气态、液态和固态三种形态存在,助燃物通常是空气中的氧气。根据可燃气体与空气混合方式不同有两种燃烧方式,如果在燃烧前,可燃气就与空气均匀混和,则称之为预混燃烧;如果可燃气体和空气分别进入燃烧区边混合边燃烧,则称之为扩散燃烧。液体和固体是凝聚态物质,难与空气均匀混合,它们燃烧的基本过程是当从外部获取一定的能
23、量时,液体或固体先蒸发成蒸汽或分解出可燃气体(如CO、H2等)的分子团、灰烬和未燃烧的物质颗粒悬浮在空气中,称之为气溶胶。一般气溶胶的分子较小(直径0.01m)。在产生气溶胶的同时,产生分子较大(直径0.01一10m)的液体或固体微粒,称为烟雾。可燃气体与空气混合,在较强火源作用下产生预混燃烧。着火后,燃烧产生的热量使液体或固体的表面继续放出可燃气体,并形成扩散燃烧。同时,发出含有红、紫外线的火焰,散发出大量的热量。这些热量通过可燃物的直接燃烧、热传导、热辐射和热对流,使火从起火部位向周围蔓延,导致了火势的扩大,形成火灾。其中的气溶胶、烟雾、火焰和热量都称为火灾参量,通过对这些参量的测定便可确
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