火灾烟雾报警器论文Word格式.docx

1、英国每年发生50000起以上的严重家庭火灾，其中大部分火灾造成人员伤亡和重大的家庭财产损失，有的还连累左邻右舍，火灾损失更加惨重。在调查火灾起因的时候，绝大多数发生火灾家庭的当事人说，以前总觉得火灾是人家的事情，与自己离得很远，没有想到这一次竟然会发生在自己的头上。1.1.2论文研究目的和意义随着现代家庭采用方便的家用电器的增加，家庭火灾发生的频率越来越高。一旦家庭有火灾发生，就很容易出现扑救不及时、灭火器材缺乏以及在场人惊慌失措、逃生迟缓等不利因素，最终导致重大生命财产损失。为了保护生命安全与财产安全，人们需要实时注意避免火灾的发生，利用高科技产品有利于人们及早发现火灾的隐含，及时的避免不必

2、要的灾难发生。为了早期发现火灾的隐患，防止和减少火灾危害，保护人身和财产安全，防止火灾引起燃烧、爆炸等事故，造成严重的经济损失与危生命安全。随着烟感报警器的使用者不断增加，住宅失火造成的死亡人数也不断下降。据美国国家消防协会报告表明，安装了推荐数目的烟感报警器的住宅一旦发生火灾，住宅内人员的逃生机会将比未安装的住宅多出502。所以家庭装有烟雾报警器灾难能够降低，避免不必要的灾难。1.2烟雾报警器的国内外现状探测器朝新探测技术的发展进一步拓展了火灾探测的应用领域，为一些传统探测器无法胜任的环境提供了有效的手段。相关技术的发展，如傅立叶近红外光谱技术弱信号处理技术、低功耗MCU技术进一步促进了传统

3、探测技术的改进，使得传统探测器在技术和性能上有了显著的提高。火灾着极早期探测、多传感器复合探测和探测器小型化、智能化的方向发展迈出了更快的步伐。第2章 烟雾检测报警器的设计方案及工作原理2.1系统设计的功能利用气体传感器MQ-2、ADC0809模数转换器、DS18B20温度传感器等实现基本功能。通过这些传感器和芯片，当环境中可燃气体浓度或温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，以此来实现火灾报警，智能化提示。2.1.1基本功能利用气体传感器MQ-2、ADC0809模数转换器、DS18B20温度传感器采集数据并对处理后的数据进行分析，如果温度大于或等于某个预设值，则黄灯点亮，

4、启动报警电路发出报警声音，反之则黄灯熄灭，无报警声音。如果烟雾值大于或等于某个预设值，则红灯点亮，并启动报警器，发出报警声音。反之则红灯熄灭，无报警声音。2.1.2拓展功能。设计按键。当按下设置按键时，光标闪烁，此时按下“加”或“减”对应的温度或烟雾阈值可进行设置。2.2烟雾检测报警器设计思路此次设计是针对于单片机原理及其应用展开的。其中包含了大学三年中所学到的相关知识，运用所学的传感器技术，单片机技术去设计基于单片机的烟雾报警系统。烟雾报警器的最基本组成部分包括：烟雾传感电路、温度传感电路、模数转换电路、单片机控制电路。单片机紧紧联系着传感器和报警电路设备，给烟雾报警器设定一个值，当外界环境

5、达到预先设定的数值时，烟雾传感器把被测的物理量作为输入参数，转换为电量输出。温度传感器的工作原理与上者相同。为了简化整个系统的设计在本设计中不采用前置放大器而是选择数值符合A/D转换器的输入等级。模数转换电路将从烟雾传感电路送出的模拟信号转换成单片机可识别的数字信号后送入单片机。这里选择单片机的P1.0为输入方式，接收到信号的单片机经过程序的设定会由P0.0作为单片机的输出电路，单片机对该数字信号进行滤波处理，并对处理后的数据进行分析，是否大于或等于某个预设值，如果大于则启动报警电路发出报警声音，反之则为正常状态。烟雾传感器、温度传感器及单片机是可燃烟雾检测报警器的两大核心，根据报警器功能的需

6、要，选择合适、精确、经济的烟雾传感器及单片机芯片是至关重要的。2.2.1烟雾传感器的介绍烟雾传感器是将空气中的烟雾浓度变量转换成有一定对应关系的输出信号的装置，烟雾传感器是一种技术先进，工作稳定可靠的传感器，被广泛运用到各种消防报警系统中。2.2.2烟雾传感器的分类1、离子式烟雾传感器该烟雾报警器内部采用离子式烟雾传感，离子式烟雾传感器是一种技术先进，工作稳定可靠的传感器，被广泛运用到各消防报警系统中，性能远优于气敏电阻类的火灾报警器。它在内外电离室里面有放射源镅241，电离产生的正、负离子，在电场的作用下各自向正负电极移动4。在正常的情况下，内外电离室的电流、电压都是稳定的。一旦有烟雾窜逃外

7、电离室。干扰了带电粒子的正常运动，电流，电压就会有所改变，破坏了内外电离室之间的平衡，于是无线发射器发出无线报警信号，通知远方的接收主机，将报警信息传递出去。2、光电式烟雾传感器光电烟雾报警器内有一个光学迷宫，安装有红外对管，无烟时红外接收。2.3烟雾检测报警器整体设计方案2.3.1烟雾检测报警器工作原理本论文中的烟雾报警器采用89S52单片机来控制核心，采用MQ-2型电阻式半导体传感器采集烟雾信息。其工作原理，首先烟雾传感器采集烟雾信息然后把烟雾信号转换为电量送入模数转换器中；接着模数转换电路将从烟雾传感电路送出的模拟信号转换成单片机可识别的数字信号后送入89S52单片机；最后，将实际可燃性

8、气体浓度送入液晶，并判断浓度值是否超出报警门限，当浓度低于设置门限值的时候绿灯长亮，当烟雾浓度超出设定的限定值时，红灯亮并发出声音报警。2.3.2温度检测报警器工作原理该设计采用的是数字温度传感器。温度传感器检测到的温度以及数据处理后，直接送给单片机89c52数字信号并进行数据分析。单片机对于温度传感器的送入的数据与预先设定的温度阈值，并判断温度是否超出设定的限定值。若是超过，黄灯点亮并发出报警声音。2.3烟雾报警器系统类型为适应家庭和工业等场所对可燃性易爆烟雾安全性要求，设计的可燃性烟雾报警仪应不仅能在较宽的温度范围工作，而且应具有显示可燃烟雾浓度使用89S52单片机，MQ-2烟雾传感器与D

9、S18B20温度传感器作为敏感元件，利用ADC0809转换器和烟雾报警电路，开发出可用于家庭或小型单位火灾报警的烟雾报警器。整个设计由5大模块与两个基本电路构成：AD烟雾采集模块、按键模块、液晶显示模块、声光报警提示模块、温度采集模块以及复位电路和晶振电路。89S52单片机，烟雾传感器是将现场烟雾浓度等非电信号转化为电信号，再通过ADC0809将模拟信号转换成数字信号送给单片机进行处理。烟雾报警模块由单片机和报警电路组成，由单片机控制实现不同的声光报警功能。本系统采用高性能的单片机，工作稳定、测量精度高、通用性强、功耗低，保证报警器的精确性及可靠性，而且最好体积小，成本低，有利于减少报警器的体

10、积，降低报警器的成本。图2.3 烟雾报警器系统第3章 烟雾检测报警器的硬件设计3.1主电路的设计与实现89S52单片机是报警仪的设计中最核心的部件，一方面它控制A/D转换器实现模拟信号到数字信号的转换，另一方面，将采集到的数字电压值经计算机处理得到相应的二进制代码，与设定的值作比较。整个系统的软件编程就是通过C语言对单片机89S52实现其控制功能。3.1.1 89系列单片机的概况： MCS-51 单片机是美国INTE 公司于1980 年推出的产品，典型产品有 80 31、8051和8751 等通用产品，一直到现在， MCS-5 1 内核系列兼容的单片机仍是应用的主流产品，各高校及专业学校的培训

11、教材仍与MCS-51 单片机作为代表进行理论基础学习。我们常说的已经停产的89C51 指的是ATMEL公司的 AT 89C51 单片机，同时是在原基础上增强了许多特性，如时钟，更优秀的是由Flash（程序存储器的内容至少可以改写 1000 次）存储器取带了原来的 ROM（一次性写入），AT89C51 的性能相对于8051 已经算是非常优越的了。89C51 的缺陷在于不支持ISP（在线更新程序）功能，必须加上ISP 功能等新功能才能更好延续MCS-51 的传奇。89S51就是在这样的背景下取代89C51 的，现在，89S51 目前已经成为了实际应用市场上新的宠儿，作为市场占有率第一的Atmel

12、目前公司已经停产AT89C51，将用AT89S51 代替。89S51 在工艺上进行了改进，89S51 采用 0.35 新工艺，成本降低,而且将功能提升,增加了竞争力。89SXX 可以像下兼容89CXX 等51 系列芯片。市场上见到的89C51 实际都是Atmel 前期生产的巨量库存而以。如果市场需要，Atmel当然也可以再恢复生产AT89C51。3.1.2 AT89S52单片机介绍AT89S52实物图与结构图由图3-1、3-2所示。该单片机可反复擦写1000次的FLASH只读程序存储器，器件采用ATMEL公司之高密度、非易失性存储技术制造，兼容标准MCS-51指令系统及80C51引脚结构，片上

13、Flash允许程序存储器在系统可编程，亦适于常规编程器。由图3-2可见，89S52单片机主要由以下部分组成：CPU系统：8位CPU；含布尔处理器；时钟电路；总线控制逻辑。存储器系统：8KB的程序存储器（ROM/EPROM/Flash，可扩至64KB）；128KB数据存储器（RAM，可再扩64KB）；特殊功能寄存器SFR。3.1.3 AT89C51单片机的内部结构：AT89C51单片机内部由CPU、4KB的FPEROM ，128B的RAM，两个16位的定时/计数器T0和T1，4个8位的I/O端P0、P1、P2、P3等组成。单片微机内部最核心的部分是CPU。CPU主要功能是产生各种控制信号，控制存

14、储器、输入/输出端口的数据传输、数据的算术运算、逻辑运算以及位操作处理等，CPU按其功能可分为运算器和控制器两部分。控制器由程序计数器PC、指令储存器、指令译码器、实时控制与条件转移逻辑电路等组成。它的功能是对来自存储器中的指令进行译码，通过实时控制电路，在规定的时刻发出各种作所需的内部和外部的控制信号，使各部分协调工作，完成指令所规定的操作运算器由算术逻辑器部件ALU、累加器ACC、暂存器、程序状态字寄存器PSW，BCD码调整电路等组成。图3.1 单片机内部结构图3.1.4 MQ-2型烟雾传感器半导体烟雾传感器包括用氧化物半导体陶瓷材料作为敏感体制作的烟雾传感器以及用单晶半导体器件制作的烟雾

15、传感器。按敏感机理分类，可分为电阻型和非电阻型。半导体气敏元件也有N型和P型之分。N型在检测时阻值随烟雾浓度的增大而减小；P型阻值随烟雾浓度的增大而增大。半导体气敏传感器的分类。本设计中采用的MQ-2型烟雾传感器属于二氧化锡半导体气敏材料，属于表面离子式N型半导体。当处于200300C温度时，二氧化锡吸附空气中的氧，形成氧的负离子吸附，使半导体中的电子密度减少，从而使其电阻值增加。当与烟雾接触时，如果晶粒间界处的势垒受到该烟雾的调制而变化，就会引起表而电导率的变化。利用这一点就可以获得这种烟雾存在的信息。3.1.5 DS18B20温度传感器工作原理DS18B20数字温度传感器接线方便，封装成后

16、可应用于多种场合，如管道式，螺纹式，磁铁吸附式，不锈钢封装式，型号多种多样，有LTM8877，LTM8874等等。主要根据应用场合的不同而改变其外观。封装后的DS18B20可用于电缆沟测温，高炉水循环测温，锅炉测温，机房测温，农业大棚测温，洁净室测温，弹药库测温等各种非极限温度场合。耐磨耐碰，体积小，使用方便，封装形式多样，适用于各种狭小空间设备数字测温和控制领域。图3.1.5 DS18B20温度传感器结构图3.1.6ADC0809工作原理ADC0809是美国国家半导体公司生产的CMOS工艺8通道，8位逐次逼近式A/D模数转换器。它由8路模拟开关、地址锁存与译码器、比较器、8位开关树型A/D转

17、换器、逐次逼近寄存器、逻辑控制和定时电路组成。其内部有一个8通道多路开关，它可以根据地址码锁存译码后的信号，只选通8路模拟输入信号中的一个进行A/D转换。外部特性（引脚功能）ADC0809芯片有28条引脚，采用双列直插式封装，如图所示。下面说明各引脚功能：IN0IN7：8路模拟量输入端。2-12-8：8位数字量输出端。ADDA、ADDB、ADDC：3位地址输入线，用于选通8路模拟输入中的一路。图 3.1.6 AT89C51引脚图ALE：地址锁存允许信号，输入端，高电平有效。START： A/D转换启动脉冲输入端，输入一个正脉冲（至少100ns宽）使其启动（脉冲上升沿使0809复位，下降沿启动A

18、/D转换）。EOC： A/D转换结束信号，输出端，当A/D转换结束时，此端输出一个高电平（转换期间一直为低电平）。OE：数据输出允许信号，输入端，高电平有效。当A/D转换结束时，此端输入一个高电平，才能打开输出三态门，输出数字量。CLK：时钟脉冲输入端。要求时钟频率不高于640KHz。REF（+）、REF（-）：基准电压。Vcc：电源，单一+5V。GND：地。3.2烟雾报警器原理图图3.2 烟雾报警器仿真原理图3.2 复位电路单片机的RET脚位复位脚。属于高电平复位。正常情况下，RET处于低电平，当按下按键后，给RET送入一个高电平，使单片机进行复位。3.3 晶振电路 12MHz的晶振，其机器

19、周期是1us, 也就是说在执行同一条指令时用6MHz的晶振所用的时间是12MHz晶振的两倍。为了提高整个系统的性能我选择了12MHz的晶振。振荡方式的选择：内部振荡方式，MCS-51内部都有一个反相放大器，XTAL1、XTAL2分别为反相放大器输入和输出端，外接定时反馈元件以后就组成振荡器，产生时钟送至单片机内部的各个部件。这样就构成了内部振荡方式 外部振荡方式是把已有的时钟信号引入单片机内。这种方式适合用来使单片机的时钟与外部信号一致。在我的这个设计中没有也无需与外部时钟信号一致，所以我选择了内部振荡方式，由于单片机内部有一个高增益反相放大器，当外接晶振后，就构成了自激振荡器并产生振荡时钟脉

20、冲。晶振我选择了12MHz，相对于6MHz的晶振，整个系统的运行速度更快了。电容器C1、C2起稳定振荡频率、快速起振的作用，电容值我选择了30pF。内部振荡方式所得的时钟信号稳定性高。图3.3 晶振电路3.4 按键电路按键电路A、B、C分别接单片机的P2.3，P2.4和P3.7。当有键按下时，单片机得到一个低电平，通过程序进行判断，做出相应的工作。设置键为设置烟雾或温度的阈值，加、减按键分别在温度和烟雾值的阈值进行增加或减少的处理。3.5 AD烟雾采集模块本设计采用的是ADC0809。于仿真问题，ADC0809块错误，因此采用ADC0808代替。ADC0808相当于ADC0809的简化模数转换

21、器。由于我们只需要一个输入口，所以ADD 的输入端我们全部接地，此时，只有IN0口可以进行数据的输入。当烟雾传感器采集到信号并转换成电信号后输入给ADC0808。由单片机控制ADC0808的模数转换，并将数据通过单片机的P1口输入。通过液晶显示器显示出当前的烟雾值。图3.5 AD烟雾采集电路图3.2 复位电路3.6 温度采集模块 DS18B20是数字度传感器，18B20检测的温度信号会在内部进行转换成数字信号，并通过DQ脚输出。可以直接进入单片机进行数据的处理判断。图3.6 温度传感器电路3.7 声亮报警模块 LED1与LED2分别接单片机的P2.5和P2.6。鸣器接在单片机的P2.7脚。当采

22、集的温度值或烟雾值大于设置好的初值，LED1或LED2会脚会由单片机的高电平变为低电平，此时发光二极管处于导通状态而发光。于此同时，fmq会得到单片机给的一个低电平，使三极管处于导通状态，蜂鸣器发出声音。图3.7 声亮报警电路3.8 液晶显示模块VL为液晶显示器对比度调整端，接正电源时对比度最弱，接地时对比度最高，对比度过高时会产生“鬼影”，使用时可以通过一个2.2K的电位器调整对比度。RS为寄存器选择，接单片机的P2.0，高电平时选择数据寄存器、低电平时选择指令寄存器。R/W为读写信号线，接单片机的P2.2脚，高电平时进行读操作，低电平时进行写操作。当RS和R/W共同为低电平时可以写入指令或

23、者显示地址，当RS为低电平R/W为高电平时可以读忙信号，当RS为高电平R/W为低电平时可以写入数据。E端为使能端，接单片机的P2.1脚，当E端由高电平跳变成低电平时，液晶模块执行命令。D0D7数据输入端口接单片机的P0口。图3.8 液晶显示电路第4章 烟雾检测报警器的软件实现4.1单片机软件开发工具介绍KeilC51是美国KeilSoftware公司出品的51系列兼容单片机C语言软件开发系统，与汇编相比，C语言在功能上、结构性、可读性、可维护性上有明显的优势，因而易学易用17。用过汇编语言后再使用C来开发，体会更加深刻。C51软件提供丰富的库函数和功能强大的集成开发调试工具，全Windows界

24、面。另外重要的一点，只要看一下编译后生成的汇编代码，就能体会到KeilC51生成的目标代码效率非常之高，多数语句生成的汇编代码很紧凑，容易理解。在开发大型软件时更能体现高级语言的优势。KEILC51标准C编译器为80C51微控制器的软件开发提供了C语言环境,同时保留了汇编代码高效,快速的特点。C51编译器的功能不断增强，更加贴近CPU本身，及其它的衍生产品。C51已被完全集成到uVision2的集成开发环境中，这个集成开发环境包含：编译器，汇编器，实时操作系统，项目管理器，调试器。uVision2IDE可为它们提供单一而灵活的开发环境。4.2 protues7.10软件介绍Proteus 软件

25、进行单片机系统仿真设计，是虚拟仿真技术和计算机多媒体技术相结合的综合运用，有利于培养学生的电路设计能力及仿真软件的操作能力；在单片机课程设计和全国大学生电子设计竞赛中，我们使用 Proteus开发环境对学生进行培训，在不需要硬件投入的条件下，学生普遍反映，对单片机的学习比单纯学习书本知识更容易接受，更容易提高。实践证明，在使用 Proteus 进行系统仿真开发成功之后再进行实际制作，能极大提高单片机系统设计效率。Proteus软件是英国Lab Center Electronics公司出版的EDA工具软件（该软件中国总代理为广州风标电子技术有限公司）。它不仅具有其它EDA工具软件的仿真功能，还能

26、仿真单片机及外围器件。它是目前比较好的仿真单片机及外围器件的工具。虽然目前国内推广刚起步，但已受到单片机爱好者、从事单片机教学的教师、致力于单片机开发应用的科技工作者的青睐。Proteus是英国著名的EDA工具（仿真软件），从原理图布图、代码调试到单片机与外围电路协同仿真，一键切换到PCB设计，真正实现了从概念到产品的完整设计。是目前世界上唯一将电路仿真软件、PCB设计软件和虚拟模型仿真软件三合一的设计平台，其处理器模型支持8051、HC11、PIC10/12/16/18/24/30/DsPIC33、AVR、ARM、8086和MSP430等，2010年又增加了Cortex和DSP系列处理器，并

27、持续增加其他系列处理器模型。在编译方面，它也支持IAR、Keil和MPLAB等多种编译器。4.3程序流程在整个程序流程中，经常要控制一部分指令重复执行若干次，以便简短的程序完成大量的处理任务。这种按某种控制规律重复执行的程序称为循环程序。循环程序有先执行后判断何先判断后执行两种基本结构。而我们要选用的是先判断后执行。MQ-2刚开始的时候不能马上检测烟雾，需要等通电一会后才能正常工作，程序初始化结束后系统进入工作状态。89S52单片机对传感器检测到的烟雾信号进行模数转换，然后与设定的门限值进行比较，如果超过预算门限值蜂鸣器报警，同时把烟雾浓度值送入显示管显示，没有超过门限值继续进入监控工作状态。

28、4.2.1流程图图 4.2.1 程序流程图4.3主程序void main（） check_wendu（）; /初始化时调用温度读取函数 防止开机85C init_eeprom（）; /开始初始化保存的数据 Init1602（）; /调用初始化显示函数 while（1） /进入循环 temp=ADC0809（）; /读取烟雾值 check_wendu（）; /读取温度值 Key（）; /调用按键函数 扫描按键 if（Mode=0） /只有当模式为0时才会执行以下的阀值判断部分 Display_1602（yushe_wendu,yushe_yanwu,c,temp）; if（temp=yushe_yanwu） /烟雾值大于等于预设值时 LED_yanwu=0; /烟雾指示灯亮 baojing=0; /蜂鸣器报警 else /烟雾值小于预设值时 LED_yanwu=1; /关掉报警灯 if（c=（yushe_wendu*10） /打开蜂鸣器报警 LED_wendu=0; /打开温度报警灯 else /温度值小于预设值时 LED_wendu=1; /关闭报警灯 if（tempyushe_yanwu）&（c（yushe_wendu*10） /当烟雾小于预设值并且温度也小于预设值时 （&：逻辑与，左右两边的表