智能火灾报警系统设计doc.docx
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智能火灾报警系统设计doc
xxxxxx学院
毕业论文（设计）
题目：
智能火灾报警系统设计
学生姓名
xxx
学号
11103129
专业
电气工程及其自动化
班级
2011级1班
指导教师
xxx
学部
计算机科学与电气工程
答辩日期
2015年5月23日
xxxxxx学院本科生毕业论文（设计）评语
（一）
姓名
xxx
学号
11103129
专业
班级
电气工程及其自动化2011级1班
总
成绩
毕业论文（设计）题目：
智能楼宇火灾报警控制系统设计
答
辩
委
员
会
评
语
答辩成绩
主任签字：
年月日
答辩委员会成员签字
学部毕业论文（设计）领导小组意见
组长签字：
年月日学部公章
xxxxxx学院本科生毕业论文（设计）评语
（二）
姓名
xxx
学号
11103129
专业班级
电气工程及其自动化2011级1班
毕业论文（设计）题目：
智能楼宇火灾报警控制系统设计
指
导
教
师
评
语
指导教师成绩
指导教师签字：
年月日
xxxxxx学院本科生毕业论文（设计）评语（三）
姓名
xxx
学号
11103129
专业班级
电气工程及其自动化2011级电气1班
毕业论文（设计）题目：
智能楼宇火灾报警控制系统设计
评
阅
教
师
评
语
评阅教师成绩
评阅教师签字：
年月日
xxxxxx学院本科生毕业论文（设计）任务书
姓名
xxx
学号
11103129
专业班级
电气工程及其自动化2011级1班
毕业论文（设计）题目：
智能楼宇火灾报警控制系统
毕业论文（设计）的立题依据
随着经济和技术的不断发展，城市高层、超高层建筑、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。
现阶段火灾的特点是，由于人为因素导致火灾信息漏报、迟报，报警设备出现故障没有及时恢复开通，造成火势蔓延，酿成无法估量的损失。
火灾报警器温控系统作为火灾自动报警系统的核心电路，可以实现火灾的早期发现，能及时发出火灾报警信号，并及时输出控制信号，以便启动减灾设备和灭火设备，尽可能的减小火灾损失。
主要内容及要求
1、硬件设计：
完成系统的硬件电路图设计
2、软件设计：
完成主程序及各模块程序流程图
3、撰写论文：
完成论文撰写
进度安排
12月12日
选题
12月13日～12月29日
接受指导老师的指导
12月30日～1月17日
拟定论文大纲
1月18日～2月26日
搜集、查阅、整理相关资料
2月27日～3月27日
初稿形成
3月28日～4月8日
初稿审定
4月9日～4月17日
第一次修改
4月18日～4月22日
第一次审定
4月23日～5月3日
第二次修改
5月4日～5月9日
定稿
5月10日～5月22日
论文评阅小组评审论文（设计）
5月23日
毕业论文（设计）答辩
学生签字：
指导教师签字：
年月日
智能楼宇火灾报警控制系统设计
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。
本系统可安装在各防火单位，它负责不断地向所监视的现场发车巡检信号，监视现场的温度、浓度等，并不断反馈给报警控制器，控制器将接到的信号与内存的正常整定值比较、判断确定火灾。
当发生火灾时，可实现声光报警、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，是一种结构简单、性能稳定、使用方便、价格低廉、智能化的烟雾传感器，具有一定的实用价值。
关键词：
单片机;火灾报警;传感器
［关键词与摘要内容隔行书写，词条用小四号宋体字，词条间用分号（；）隔开，3-5个关键词］
TheDesignofIntelligentBuildingFireAlarmControlSystem
Abstract
Now,withelectronicproductsusedinhumanlifemoreandmorewidely,theresultingfire,moreandmore,weliveinfirehazardslurkingaroundeverywhere.Toavoidfiresandreducefirelosses,wemustfollowthe"hiddendangersfireinpreventionisbetterthandisasterrelief,theresponsibilityisextremelyheavy,"theconceptdesignandimprovementofautomaticfirealarmsystem,firenippedinthebud,themaximumreducethelossofsocialwealth.
Thesystemcanbeinstalledinallfireunits,whichisresponsibleforcontinuouslymonitoringthesitetostarttheinspectionsignal,monitorthesiteoftemperature,concentration,andcontinuousfeedbacktothealarmcontroller,thecontrollerwillreceivethesignalandthenormalmemorysettingvaluewasdeterminedbycomparingtodeterminethefire.Whenfireoccurs,canachievesoundandlightalarm,faultdiagnosis,concentrationdisplay,alarmlimitsettings,delayalarmandserialcommunicationwiththehostcomputerisasimplestructure,stableperformance,easytouse,inexpensive,intelligentsmokesensor,hassomepracticalvalue.
Keywords:
SCM;firealarm;sensor
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智能楼宇火灾报警控制系统设计
第1章绪 论
1.1选题背景及意义
火灾是可燃物在时间或空间上失去控制的燃烧所造成的灾害，是威胁公众安全和社会发展的主要灾害之一。
火，在给人类带来文明进步、光明和温暖的同时也在其失去控制之时给人类造成了巨大的灾难。
据统计，我国70年代火灾平均损失不到2.5亿元，80年代火灾平均损失接近3.2亿元。
进入90年代，特别是1993年以来，火灾造成的直接损失上升到年均十几亿元，年均死亡2000多人。
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，还直接威胁生命安全，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上网，为社会减少不必要的损失。
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，在我们生活的四周到处潜伏着火灾隐患。
智能化火灾报警系统已并非传统意义上的简单的报警设备，而是融入了计算机技术、电子技术、自动控制技术、传感器的应用等各领域知识。
伴随着科学技术的不断进步，火灾报警系统必将得到更快的发展。
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ATMEL公司的AT89S52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章火灾报警系统的工作原理
2.1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。
区域报警器将接收到火警信号后经分析处理发出声光报警信号，警示消防控制中心的值班人员，并在屏幕上显示出火灾的房间号。
集中报警是将接收到的信号以声光形式表现出来，其屏幕上也显示出着火的楼层和房间号，利用本机专用电话还可迅速发出指示和向消防队报警[1]。
此外，也可以控制有关的灭火系统或将火灾信号传输给消防控制室。
整体电路的框图如图2-1所示：
图2-1系统原理及组成框图
2.2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：
2.2.1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。
2.2.2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，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[2]。
2.2.3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[3]。
2.2.4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。
2.3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。
近年来还出现了激光感烟探测器，它也是利用光电感应原理，不同的是光源改用激光束。
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[4]。
（2）感温探测器。
一种是运用金属热胀冷缩的特性。
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（70～90℃）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[5]。
（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[6]。
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”。
2.4本章小结
本章主要介绍了火灾报警系统的主要组成以及工作原理，并简单的介绍了一些生活中常见的火灾系统的工作原理和该系统选用的火灾探测器以及火灾探测器的工作原理。
通过本章，可以使我们对现代化抵御火灾的技术有一定的了解，同时也为接下来的研究设计奠定一个良好的基础。
注意：
除第一章绪论外，其他每一章都应该有一个本章小结
第3章系统硬件设计
3.1核心芯片选择
3.1.1芯片AT89S52
在火灾报警器的设计中，单片机是其核心部件。
它一方面要接收来自传感器送来的温度、烟雾对应的模拟信号和故障检测信号，另一方面要对这两种信号分别进行处理，以控制后续电路进行相应动作；与此同时查询是否有键按下的请求。
在单片机完成这些工作的过程中，尤其是信号处理中，比较浓度值后送入显示的软件实现比较复杂，要求单片机具备较快的运算速度，使检测人员能够较准确地观测到烟雾浓度，并根据情况进行相应的处理。
并且也要考虑选择低价实用的机型，并为研制同一系列的低功耗产品做准备。
根据多方面的比较，本设计选用ATMEL公司的AT89S52单片机作为控制器。
AT89S52是一个低功耗、高性能的CMOS8位单片机，片内含4kBytes（In-systemprogrammable）的可反复擦写1000次的Flash只读程序存储器，器件采用ATMEL公司的高密度、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。
芯片内集成了通用8位中央处理器和ISPFlash存储单元，功能强大的计算机AT89S52可为许多嵌入式控制应用系统提供高性价比的解决方案[7]。
AT89S52片内集成256字节程序运行空间、8K字节Flash存储空间，支持最大64K外部存储扩展。
根据不同的运行速度和功耗的要求，时钟频率可以设置在0-33M之间。
片内资源有4组I/O控制端口、3个定时器、8个中断、软件设置低能耗模式、看门狗和断电保护。
可以在4V到5.5V宽电压范围内正常工作。
不断发展的半导体工艺也让该单片机的功耗不断降低。
根据本次设计的具体情况，采用双列直插DIP-40封装。
AT89S52的引脚图如图3-1所示：
图3-1DIP-40封装AT89S52引脚图
3.1.2集成温度传感器AD590
图3-2AD590应用电路
AD590是美国AnalogDevices公司生产的一种电流型二端传感器，电路如图所示。
由于AD590是电流型温度传感器，它的输出同绝对温度成正比，及1
A∕K，而数模转换芯片ADC0809的输入要求是电压量，所以在AD590的负极接出一个10千欧的电阻R1和一个100欧的可调电阻W，将电流量变为电压量送入ADC080。
通过调节可调电阻便可在输出端V
获得与绝对温度成正比的电压量，即10mV∕K,温度0℃时输出为0，温度25℃时输出为2.982V。
这样便于A/D转换器采集数据。
AD590的应用电路如图3-2所示。
3.1.3气体传感器TGS-202
火灾中气体烟雾主要是CO
和CO，TGS202气体传感器能探测CO
，CO，甲烷，煤气等多种气体，它灵敏度高，稳定性好，适合于火灾中气体的探测。
如上图所示，当TGS202探测到CO
或CO时，传感器的内阻变小，V
迅速上升。
选择适当的电阻阻值，使得当气体浓度达到一定程度（如CO浓度达到0.06﹪）时，V
端获得适当的电压（设为3V）。
电路图如图3-3所示。
3.1.4数码管驱动芯片ICM7218
ICM7218是INTERSIL公司生产的一种性能价格比较高的通用8位LED数码管驱动电路,28脚双列封装,是一种多功能LED数码管驱动芯片,可与多种单片机接口使用。
ICM7218的输出可直接驱动LED显示器,不需外接驱动电路,工作电压为+5V,其构成的显示电路结构简单,使用方便。
同样由单片机向ICM7218写控制字及数据，编程部分像给外部RAM写数据一样简单[8]。
当单片机写入模式控制字后，ICM7218以约定的方式接收显示数据并将数据写入静态显示RAM中。
数据接收结束，ICM7218在扫描控制电路的控制下，按设定的译码模式，以动态扫描显示方式向段显示驱动器和位控驱动器发出控制信号，直到下一个控制字写入前，不停地进行动态显示工作。
其引脚图和内部框图如图3-4所示。
3.2单片机外围接口电路
AT89S52单片机外围接口电路如图3-5所示，主要包括。
1.晶振电路：
内部时钟电路的晶振频率一般选择在4MHZ~12MHZ之间（该设计选用6MHZ），外接两个谐振电容。
该电容的典型值为30pF,该设计选用33pF。
2.复位电路：
单片机复位采用按键高电平复位，而单片机在平时则复位端为低电平0。
3.直流电源。
图3-5单片机外围接口电路
3.3信号处理电路
对于传感器输出的模拟信号，一般要用运算放大器对其进行调理或放大，以满足A/D转换器对输入模拟量幅值及极性的要求。
在本报警器电路中，同样要对两类传感器的输出信号进行放大调理。
电路图如上图3-6所示，运算放大器接成电压放大电路。
从传感器采集过来的微弱电压信号，经过电压放大器的放大，得到较强的模拟电压信号。
采样时，把相应的模拟电压信号从Vi端送进LM324A进行放大处理后，从Vo端输出送入A/D转换电路[9]。
3.4A/D转换模块
经气敏传感器所检测的电压信号为模拟信号，无法直接被单片机所识别，所以在经过放大电路后对信号进行A/D装换，将模拟信号转化为数字信号输入单片机[10]。
A/D转换电路采用了常用的8位8通道数模转换常用芯片ADC0809，烟雾、温度传感器的输出端分别接到ADC0809的IN0和IN1。
ADC0809的通道选择地址由AT89S52的P0.0～P0.2经地址锁存器74LS373输出提供。
当P2.7=0时，与写信号WR共同选通ADC0809。
其中ALE信号与ST信号连在一起，在WR信号的前沿写入地址信号，在其后沿启动转换。
图中ADC0809转换结束状态信号EOC接到AT89S52的INT1引脚，当A/D转换完成后，EOC变为高电平，表示转换结束，产生中断。
在中断服务程序中，将转换好的数据送到指定的存储单元。
由于ADC0809片内无时钟，故利用8051提供的地址锁存使能信号ALE经D触发器二分频后获得时钟。
因为ALE信号的频率是单片机时钟频率的1/6，如果时钟频率为6MHZ，则ALE信号的频率为1MHZ，经二分频后为500KHZ，与ADC0809的典型值吻合。
电路图如图3-7所示。
图3-7A/D转换电路
3.5声音报警电路
由AT89S52的21脚实现声音报警控制。
当可燃性气体浓度或温度超过限定值时，将P2.0置为低电平，三极管导通，扬声器发出鸣叫报警。
其电路原理图如图3-8所示。
图3-8声音报警电路图
3.6数码管显示电路
数据采集进来并被成功地由模拟量转化为数字量后，就被传送到系统的显示模块，让人们更直接地观察到相关数据。
在本系统中，对LED进行的是动态扫描，除了给显示器提供段的输入之外，还要对显示器进行位控制。
显示器的第一位显示所选择的通道号，而后三位则显示该通道传送进来的相应的数字量[11]。
本系统显示用的4位七段数码管由数码管专用驱动芯片ICM7218A驱动，27、3、1、25、2、24、26脚分别接数码管的a、b、c、d、e、f、g，15、16、23、20脚为位选，分别控制4位数码管的亮灭，ID0~7为数据线，接单片机P0口，WRITE、MODE是写控制位和模式控制位，分别接单片机P3.6、P2.6。
其电路图如图3-9所示。
3.7状态指示灯及控制键电路
注意：
除第一章绪论外，其他每一章都应该有一个本章小结
图3-11控制按键连接示意图
状态指示灯及控制键电路如图3-10、3-11所示，单片机AT89S52的P2.2、P2.3、P2.4控制输出的状态指示灯。
绿灯亮表示正常状态，环境中没有火灾危险。
黄灯亮表示传感器加热丝发生断线或者接触不良。
红灯亮表示环境中烟雾浓度、温度超过报警限值，提醒用户尽快采取相应措施[12]。
控制键电路采用独立式按键设计。
4个按键分别接到片。
P1.0、P1.1、P1.2和RST，对于这种键各程序可以采用中断查询的方法，功能就是：
检测是否有键闭合，如有键闭合，则去除键抖动，判断键号并转入相应的键处理。
4个键定义如下：
P2.1：
S1功能转换键，按此键则开始键盘控制。
P2.5：
S2加，按此键则温度设定值加一度或烟雾浓度增加0.01％。
P2.6：
S3减，按此键则温度设定减少一度或烟雾浓度减少0.01％。
RST：
S4复位键，使系统复位。
3.8报警器故障自诊断
判断传感器电源连接情况。
在传感器的地端串联一个电阻R，当传感器正常连接时，电阻和传感器分压，此时电阻两端有微弱的电压，单片机可以通过P2.1口检测到：
如果如果传感器电源连接不正常，则会产生断路，检测到电阻两端电压为0[13]。
3.9本章小结
本章主要从功能、经济、实用和安全等角度去考虑火灾系统的的硬件选择，并根据我们所要求火灾系统所应当具备的功能，进行外围电路的设计和模块的选择。
最后出于对
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