基于单片机的火灾预警系统设计.docx

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基于单片机的火灾预警系统设计

基于单片机的火灾预警系统设计

摘要

随着经济的进展，很多场合都需要预防火灾，安装不同精准度的火灾预警系统，因为一旦发生火灾，会造成严峻的经济损失，还可能造成人员伤亡，后果十分严峻。

火灾是一种在时刻和空间上失去人为操纵并造成必然损害的燃烧进程，是严峻危害人类生命财产平安、直接阻碍经济进展与社会稳固的一种最多见的灾害。

随着经济的高速进展,城市建筑、物资仓库的日趋增多火灾的隐患也大大增加，火灾已成为我国常发性和破坏性最强的灾害之一。

本文研究的是基于单片机的多传感器火灾探测系统，本系统具有搜集现场信息，并将信息分析预测，结果传递给相关人员和显示火灾信息的功能，而且能够在现场对火灾进行声光报警的功能。

本文针对火灾自动预警系统结合国内外现状进行了深切的研究。

全面论述了火灾自动预警系统的硬件电路和软件设计方案。

以下是本文做的要紧工作：

1.火灾自动预警系统的操纵器主芯片采纳美国ATMEL公司51系列的AT89C51单片机，该芯片具有价钱低廉、高速度、低功耗等特点。

主芯片对传感器送来的数据进行分析处置，随后送液晶显示；所设计的预警系统具有较高的性价比，还具有操作人员治理、探测器治理、预报警、火灾处置等功能。

2.火灾信息的检测采纳的是烟雾传感器MQ-2和温度传感器DS18B20的配合利用，通过非线性和线性时刻序列分析算法对现场火灾信息进行预测是不是达到预警值。

本文的目的是开发一套价钱低廉、结构简单、利用方便而且能及时的发觉火情并能有效的幸免漏报、误报的火灾自动预警系统。

关键词：

火灾探测器；AT89C51；温度传感器

Abstract

Withthedevelopmentofeconomic,manyoccasionsneedtopreventfiresandinstalldifferentaccuracyoffirealarmsystems,becausetheeventoffire,willcauseseriouseconomiclosses,mayalsoresultincasualtieswithveryseriousconsequences.Fireisacombustionprocessoflosscontrolofhumanandcausingsomedamageintimeandspace.Fireisthemostcommondisasterthatisharmtohumanlifeandpropertyandcancauseabigeffectoneconomicdevelopmentandsocialstability.Fire’shiddendangergreatlyincreasedalongwithrapideconomicdevelopment,buildingandwarehouseincreasing.It’soneofthedisasterthathappenedallthetimeanddestructivenessinourcountry.

Thispaperisbasedonthesinglechip’smultisensoryfiredetectionsystem,thissystemhasthecollectionsiteinformation,andinformationanalysisandforecasting,theresultspassedtotherelevantpersonnelanddisplayfireinformationfunction,andcanbecarriedoutinthefieldoffirealarmsoundandlightfeatures.Thispapertoin-depthresearchforwarningsystemfortheautomaticfiresituationat

homeandabroadconducted.It’scomprehensiveexpositionoftheautomaticfirewarningsystemhardwareandsoftwarecomponentsofthespecificprograms.Followingisamajorworktodothis:

1.ThemainchipofthecontrollerofautomaticfirewarningsystemisusedintheUnitedStatesATMELCorporationAT89C51microcontrollerseries,thechiphasalowcost,highspeed,lowpowermainchipanalyzethedataofthesensor’sdata,andthensenttotheLCD.Earlywarningsystemdesignedwithahighercostperformanceandhasoperationspersonnelmanagement,probemanagement,pre-alarm,fireprocessingandotherfunctions.

2.FireinformationdetectedbythesmokesensorMQ-2andusedinconjunctionwithtemperaturesensorDS18B20,bynonlinearandlineartimeseriesanalysisalgorithmstopredicttheon-sitefireinformationwhetherthealarmvalue.

Thepurposeofthispaperistodevelopalowcost,simplestructure,easytouseandcanfindtimelyandeffectivefirepreventionomission,falseautomaticfirewarningsystem.

Keywords:

FireDetector;AT89C51;Temperaturesensor

第一章前言

火灾报警系统的应用价值

咱们国家的火灾报警器经历了一个复杂的进展进程，从无到有，简单至复杂。

随着信息化进展程度的加深，火灾预警系统的智能化也普遍受到重视，并开发出了相应的各类各样的产品。

应用到了各个行业，起到了超级要紧的作用。

比如大型的仓库，写字楼，商场，酒店等，都需要火灾预警系统来对周围的环境状况起到实时监控，将可能的隐患拒之门外。

从而保障员工的生命财产平安，支撑一个平安，安心的工作环境。

为此，火灾预警系统在日常生活中的地位就显得专门的重要，专门是在一些重要的国家政府机关，军火库房等等。

在咱们国家，经济进展和生活水平不断提高，很多集团公司的仓库都朝着大型化，多样化，现代化进展，这就使得仓库的物品繁多，若是一旦发生火灾，专门是关于易燃物品，不容易及时操纵住火势，给抢灾人员的作业带来专门大的困难，同时也容易造成重大的财产损失和人员伤亡，这显然是不知足人民日趋增加的物质文化需要的。

因此咱们要在这些重要的场合合理的应用火灾预警器。

固然不同的场合会依照需要对火灾预警的灵敏度，智能化程度，精准度提出不同的要求。

避免火灾能够从两个方面去着手：

一.尽可能幸免外部因素致使火灾的发生；二.若是火灾发生，应当在第一时刻发出警报，通知相关的系统单元，再由操纵中心启动相应的防火，灭火装置，操纵住火势的蔓延，扩大，并及时灭火。

正是因为火灾预警系统能够智能有效的保证人一辈子平安，最大限度的降低财富的损失，因此在现代很多建筑智能化系统中都包括了防火装置.

火灾报警系统概述

火灾探测要素

物质燃烧所伴随的现象:

①产生热量

这是因为物质在燃烧进程中伴随多种化学转变，释放大量的热，致使周围环境温度升高。

因此能够采取温度传感器来搜集温度信息。

②产生烟雾

烟雾是烟和雾的混合物。

一样其粒子直径大于。

烟雾是对生命组成要挟的流动性较大的有毒气体，在火灾发生进程中很多人是因为大量的烟雾进入呼吸道，致使氧气浓度太低造成死亡。

对此咱们能够采取烟雾传感器来进行监测。

③产生火焰及气体

火焰是一种现象，是可燃物和助燃物在必然条件下发生氧化反映时释放光和热的现象。

它会释放可见光，红外线及其紫外线等。

同时，由于各类燃烧化学反映会释放大量的气体包括含碳的CO及CO2，一些塑料材质的物质还会产生含硫的氧化物或有机物。

因此能够利用光传感器来搜集火灾进程所辐射出的光信息。

火灾探测器分类

①目前据火灾探测器探测火灾的参数不同要紧有：

感温、感烟、感光、气体和复合式等探测器。

温度火灾探测器：

这是对异样温度，温差，温度上升速度做出响应检测的火灾探测器。

因为感温火灾探测器所采纳的灵敏元件不同，如热电偶，热敏电阻，双金属片，半导体等，因此还可形成各类感温火灾探测器。

感烟火灾探测器:

这是对燃烧进程中产生的微粒进行检测的火灾探测器。

它能探测物质燃烧初期的产生的烟雾粒子浓度。

感光火灾探测器:

这也被称作火焰探测器。

它能对燃烧进程火焰所辐射的红外线，可见光，紫外线进行探测的火灾探测器。

要紧的类型有红外火焰型，紫外火焰型。

气体火灾探测器：

这对火灾发生进程中所产生的气体进行响应的火灾探测器。

在这种探测器中对气体或粉尘浓度进行探测的传感元件要紧包括铂丝，金属氧化物半导体（包括尖晶石，钙钛晶体和金属氧化物等）和钻钯（黑白元件）几种。

复合式火灾探测器：

不同的场合对报警器的性能参数要求不同，为了使检测更准确，很多时候需要能对多种火灾参数进行监测。

要紧有感温感烟火灾探测器，感光感烟火灾探测器，感温感光火灾探测器等等。

②按利用环境可分为:

陆用型，船用型，耐寒性。

按探测到火灾后动作可分为延时型，非延时型等。

③按进展进程分类

火灾报警器的进展已有100连年的历史了。

那个进程能够大致的分为三个时期：

从十九世纪四十年代到本世纪四十年代以简单分立元件组成的火灾报警系统是初始时期，感温探测器占据主导地位。

1847年缅因大学教授Farmer和其同事研制避世界上第一台火灾报警器。

到19世纪末，多种定温火灾探测器成功开发并应用到了不同的场合。

到了20世纪20年代，人们利用升温速度原理发明了差定温火灾探测系统，这中探测器是主若是温度上升速度进行检测，若是超过额定的值时就会发出警报。

随后又接踵开发出了热熔电阻差温探测器、膜盒差温火灾探测器、半导体差温火灾探测器和差定温火灾探测器。

二十世纪五十年代到七十年代，要紧进展了对火灾发生进程的烟雾进行检测的烟雾探测器。

这种系统为多线制，使得他的稳固性，靠得住性差，布线复杂等。

到七十年代末，光电感烟探测器取得了较快的进展。

八十年代开始至今是火灾探测器进展的第三个时期。

为了解决之前多线制火灾探测器布线复杂，安装调试困难等缺点，开发了总线制火灾自动报警系统。

该系统具有安装，保护，调试简单，利用散布式网络结构特点能够设置多个节点进行全方位探测，各个节点单独设置了地址编码，通过不同的节点搜集信息来准确的预报与放置险情。

科技日新月异，将探测器应用到建筑物内能够与里面的其他系统组成智能化的楼宇。

在火灾报警器的性能上要紧用误报率来判定其好坏。

误报率的高低直接反映该报警器性能的好坏。

④按应用类型分类

（1）多线型火灾报警器

这种报警器是初期的应用类型，要紧以报警为主，外联一些简单的功能，探测器会通过信号线连接至显示屏，在报警时会点亮相应的指示灯，完成探测与报警功能。

（2）总线型火灾报警器

这种报警器内嵌有MCU（微处置器），探测器和其它的模块，采纳地址编码形式，通过总线和操纵器实现信号在探测模块和显示模块之间进行传输。

它能对部份故障进行诊断，可是不能明确故障的类型。

（3）智能复合型火灾报警器

这种智能型的探测器采纳了具有单片机的模拟探测器，它能够通过对植入的软件进行改写，视不同场合具体调整灵敏度等参数，这能够提高系统的靠得住性与稳固性。

若是周围环境的参数转变较大，不稳固，能够适当的调低探测器的灵敏度，而对一些比较重要，要求平安性高，稳固性好的场所能够适当的调高其灵敏度，减少误报率。

复合型智能火灾报警器是以后报警器的要紧进展方向，他的灵活性好，精准度高，稳固性好，面对各类复杂多变的环境，这种报警器是能够大大降低误报率的理想选择。

火灾报警系统的进展状况

国外火灾报警器的进展情形

关于西方发达国家，他们具有比较完善的火灾预防，监测，报警，抢救及善后处置等体系。

这些国家会有专项的财政资金用于如此的体系，开发与保护监测、报警设备，培训相关的人员，从方方面面将火灾预警工作做到细致，幸免由火灾而造成人员，财富损失。

他们普遍采纳有运算机通过网络将各个节点的数据信息搜集，统一到运算机来进行实时的分析处置，准确地发觉火灾隐患点，同时判定出火灾的类型，特点，以启动不同的应急预案。

这些发达国家已经将火灾报警系统和公共监控系统连接在一路，及时准确的发觉火灾，最大化的降低损失。

同时也成立了相关的机构，专门负责火灾探测的数据的流通性，实时性，提高预报的准确程度，同时也可将相关的信息发送至消防部门，如此能够节省人力，合理的安排与出动消防规模，做到资源利用的最大化。

这些方法通过实验都证明超级成功高效，值得咱们学习！

国内火灾报警器的进展情形

咱们国家的火灾报警器的研发较国外比较晚。

在上个世纪70年代才开始自主研发火预警系统。

以后也是多仿照国外的产品及其技术，而核心的技术却没能把握。

在90年代后期随着国家在经济政策开放的条件下，众多的国外公司开始进入中国市场，他们带来了新技术，增进了中国在火灾报警器技术方面的进步，同时社会经济的飞速进展也产生了对火灾报警器的需要，也就对其技术精度要求愈来愈高。

同时融入其他的新技术能够使得产品的性能愈来愈精巧。

最近几年来火灾报警器的进展趋势大致分为以下几个方向：

①网络化

所谓火灾报警系统的网络化主若是指利用运算机网络技术将报警系统的探测器，操纵器及其之间相连的其他各个模块，通过网络协议连接至城市报警中心，如此实现了将各个散落的模块统连续接到一路，形成一个大的网络，实现了远程监控，远程数据挪用，各单位之间的信息资源共享，能在远程终端通过监测数据，及时准确的发送报警信号，包括了事发地址，灾情的规模，建议出动人力资源等。

如此远程统一治理大大的节省了人力资源，降低了治理难度，使得整个系统的操作变得简单、实时、高效。

②智能化

所谓的智能化主若是指报警系统能仿照人的思维，自己主动完成一系列的动作。

包括了各个节点设置的探测器主动搜集温度，烟雾浓度，光信息等模拟量，在通过传输总线送至微处置器，通过MCU分析处置后接一个AD转换器将相应的模拟量数字化，再在液晶显示器上显示，整个进程系统自动完成。

关于分析的结果启动相应的设备。

同时给出合理化的建议，做到实时准确的预报险情，最大化降低人员伤亡和财产损失，也能为后期的事故缘故提供必然的科学材料依据。

③多样化

所谓的多样化是指火灾探测器能够依照其工作原理分为：

感温探测器、感烟探测器、火焰探测器、气体探测器及其复合探测器等。

除此之外连接方式也变得多样化。

设备及系统之间能够视具体情形采取不同的连接方式。

④微型化

随着现代社会大规模集成电路的进展，微型化在设计产品时愈来愈受到高度重视。

因为这能够节约材料，提供方面，在需要完成复杂功能而需要大量器件时，高度的集成，使之微型化就显得超级有必要了。

国内火灾预警系统存在的问题

①误报，漏报

第一国内的火灾报警器本身还存在一些不足，再者，环境中的尘埃，电磁场，静电等干扰因素的存在使得系统在工作进程中会常常显现误报，漏报的现象。

②智能化水平有待提高

智能化是本世纪设计产品的追求。

传统的火灾报警器主若是对单个传感器搜集的信号与阀值比较，判定是不是正常，这种方式应用到多传感器的报警器中就会显现漏报和误报的现象。

因此为了更精准的预报，知足市场需求，需要采纳智能算法，对多个参变量的数据进行综合分析，提高预报的正确率。

③无线通信技术不成熟

传统的火灾报警器系统主若是采纳有线连接的方式，可是这种系统在需要完成更多功能，结构布线复杂的情形下，是不容易完成，且阻碍美观。

因此无线通信就显示出优势了。

它不仅能够节约导线的利用，简化系统布局，还能够减少因为导线老化而引发火灾的发生。

本课题要紧研究内容及欲达到的目标

此刻市场需求的是能提早报警，准确度高，实时性好，智能化的火灾预警系统，因此将多个传感器融入到火灾预警系统中。

本课题研究内容分为六章，各章内容大致如下：

第一章：

要紧讲火灾报警器的进展历史，研究的意义，组成，分类和进展趋势等。

第二章：

要紧介绍火灾预警系统所涉及的基础知识。

第三章：

系统的整体设计。

第四章：

介绍系统的实现。

第五章：

系统初步完成后的测试。

第六章：

对火灾预警系统的总结与展望。

本设计欲达到的目标：

设计一款结构简单、价钱低廉、靠得住性好、反映快、准确度高的火灾报警系统。

要紧采纳温度传感器和烟雾传感器别离搜集环境温度和烟雾浓度信息，综合分析处置判定是不是有险情的发生。

这幸免了传统的单一传感器误报漏报，监测信息不全面，实时性不高的缺点。

第二章系统所涉及的基础知识

AT89c51单片机的简介

AT89C51是带4k字节闪烁可编程可擦除的低电压高性能CMOS8位微处置器。

也确实是咱们通常所说的单片机。

它是ATMEL公司生产的一种高效微处置器，采纳了ATMEL高密度非易失存储制造技术，和MCS-51指令集兼容。

同时ATMEL的AT89c51能够应用到很多的嵌入式系统中。

①要紧特性：

寿命1000写/擦循环

4k字节可编程闪烁存储器

数据保留时刻10年

128*8位内部RAM

5个中断源

可编程串行通道

全静态工作：

0HZ-24HZ

三级程序存储器锁定

32可编程I/O线

两个16位按时器/计数器

低功耗的闲置及掉电模式

片内振荡器及时钟电路

②管脚原理图如图2-1所示

图2-1

①管脚说明

VCC：

接入电源。

VSS:

接地。

P0口：

P0口是8位漏极开路双向I/0口，每一个脚能够吸收8TTL门电流。

它可以用于外部的程序数据存储器，为地址/数据分时复用口。

P1口：

p1口是内部已经提供了上拉电阻的8位双向I/O口，它的缓冲器能同意4TTL门电流。

P2口：

p2口也是内部上拉电阻的8位准双向I/O接口。

一样其缓冲器能接收输出4TTL门电流。

P2口在FLASH编程和校验时接收操纵信号和高八位地址信号。

P3口：

它是双功能口。

能够作为一样的准双向I/O口。

RST：

复位输入口。

ALE/PROG：

在访问外部存储器是，ALE（许诺地址锁存信号）用于锁存出此刻P0口的低8位地址。

当不访问外部存储器是，ALE仍以振荡器频率的1/6周期性的输出正脉冲信号，可用作对外输出的时钟脉冲或按时目的。

/PSEN:

外部程序存储器的选通信号，低电平有效。

当从外部程序存储器读取指令或常数时，每一个机械周期/PSEN两次有效，而访问外部数据存储器是，/PSEN信号将不显现。

/EA/Vpp:

/EA位访问外部程序存储器操纵信号。

当/EA低电平常，不管片内是不是有程序存储器，都只是访问外部程序存储器。

而在高电平常访问片内程序存储器。

XTAL1：

方向放大器的输入和内部时钟电路的输入。

XTAL2：

片内振荡器的反相放大器的输出端。

烟雾传感器的选择及介绍

本课题采纳的是MQ-2半导体式烟雾传感器。

该传感器具有如下特点：

普遍的探测范围；高灵敏度；快速响应恢复；优良的稳固性；寿命长；简单的驱动电路。

这些特点让MQ-2电阻式烟雾传感器的性价比显得很高，应用到很多的场合。

比如用于家庭和工厂的气体泄漏检测装置，适宜于液化气、丁烷、丙烷、甲烷、氢气、酒精、烟雾等探测。

规格如下：

表2-1

B.环境条件

表2-2

表2-3

.灵敏度调整

MQ-2型气敏元件对不同种类、不同浓度的气体有不同的阻值，因此在利用此元件时灵敏度的调整是很重要的。

能够利用1000ppm氢气或1000ppm丁烷校准传感器。

另外需要精准测量的时候，报警点的设定应该考虑到温度的阻碍。

.注意事项

因为高浓度的甲烷气体对人体是有害的，因此在进行实验或测试的时候，维持环境通风良好是超级有必要的。

总之MQ-2半导体式烟雾传感器以其高灵敏度，检测范围广，性能好等众多的特点，

被普遍的应用到各个场合。

温度传感器的选择及介绍

本设计采纳Dallas公司设计研发的DS18B20温度传感器。

①特点：

采纳单总线专用技术，MCU只用一个端口即能够与DS18B20双向通信；实际应用中不需要借助外部元件就可实现测温；温度范围在-55C至+125C，测温范围广；内部设置了上、下限温度报警；12位数字最多可在750ms内把温度转换为数字；能实现简单的多点散布式温度检测。

②引脚图如图2-2所示

图2-2

.引脚及其功能说明如表2-4所示：

表2-4

DS18B20数字温度传感器接线方便，封装后能够应用到多种场合，比如管道式、螺纹式、磁铁吸附式、不锈钢封装式、有多个型号，如LTM8877，LTM8874等等。

据不同场合能够改变其外观。

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，干净室测温，弹药库房测温等多种场合。

本温度传感器具有耐磨耐碰，

体积小，利用方便，封装形式多样，适用于各类狭小空间设备的数字测温和操纵领域。

DS18B20有4个要紧的数据部件：

（1）光刻ROM。

光刻ROM中的64位序列号是出厂前被光刻好的，它能够看做是该DS18B20的地址序列码。

该光刻ROM的作用是使每一个DS18B20

都各不相同，如此能够实现一根总线上挂接多个DS18B20的目的。

（2）DS18B20中的温度传感器能够完成对温度的测量。

（3）DS18B20温度传感器的存储器。

该内部存储器包括一个高速暂存RAM和一个非易失的可电擦除的EEPRAM，后者寄存高温度和低温度触发器TH、TL

和结构寄放器。

（4）配置寄放器。

串口通信

串口是很多通用设备通信的协议。

串行接口是能够以后自MCU的并行数据字符转换为持续的串行数据流发送出去，同时能够将串行的数据流转换为并行的字符流传送给CPU。

串口按位发送和字节接收。

尽管比按字节的并行通信慢，可是它在一条线发送数据的同时能够用另外一条线同意数据，能够实现远距离通信。

串口通信最重要的是波特率、数据位、停止位和奇偶校验位等。

因此两个进行通信的端口这些参数是必需要匹配的。

串口通信时指数据在一根数据线上一次逐位的发送或接收。

串行通信按同步方式可分为异步通信和同步通信。

同步通信：

同步通信是一种持续传送数据的通信方式，通常一次传送的字符数据以帧位单位。

数据的传送速度高，可是要求发送时钟和接收时钟严格同步。

异步通信：

异步通信中收、发端各有一套彼此独立互不同步的通信设备，收发数据的帧格式相同，因此