基于51单片机的烟雾报警器设计论文毕业设计.docx
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基于51单片机的烟雾报警器设计论文毕业设计
摘要
烟雾报警器就是通过监测烟雾的浓度来实现火灾防范的，烟感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，被广泛运用到各种消防报警系统中，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。
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。
本系统使用AT89C51单片机，选用集成温度传感器AD590和气体传感器TGS202作为敏感元件，利用多传感器信息融合技术，开发了可用于小型单位火灾报警的语音数字联网报警器。
我国的火灾自动报警控制系统经历了从无到有、从简单到复杂的发展过程，其智能化程度也越来越高。
目前国内厂家多偏重用于大型仓库、商场、高级写字楼、宾馆等场所大型火灾报警系统的研发。
关键词：
单片机；传感器；信号处理；火灾报警器
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一方案论证与比较
方案一：
气敏传感器驱动555震荡报警
如图1所示为简易气体烟雾报警电路。
该报警器由降压整流与稳压电路、气敏传感元件和触发、报警音响电路等组成。
降压整流与稳压电路由变压器B、桥氏整流电路、集成稳压电源7805等组成。
触发、报警音响电路由可控多谐振荡器（555、R2、W2、C4）和扬声器Y等组成。
半导体气敏元件采用QM-25型或MQ211型，其适用于煤气、天然气、汽油、醇、醚类及各种烟雾的报警，其要求加热电压稳定，故采用7805对灯丝电压进行稳压，且要求开机预热3分钟。
当气敏元件QM接触到可燃性气体或烟雾时，其A～B极间的电阻降低，从而使该电阻与W1的分压上升，相应555④脚电位上升，当④脚的电位上升到lV以上时，555起振，其振荡频率为f=1.44／（R2+2Rw2）C4。
图中所示参数对应的频率约为0.6～8kHz。
调节电位器W2，使其频率为1.5kHz即可。
相应555的输出端③脚的输出信号推动扬声器Y发出报警声。
正常情况下，气敏元件的A-B极间的阻值较大，该电阻与W1的分压减小，相应使555④脚处于低电平，555停振，扬声器Y不工作。
图1气敏传感器驱动555震荡报警式烟雾报警器
方案二：
单片机检测气敏传感器再驱动蜂鸣器报警
通过气敏探头对可燃气体的检测，输出低电平送到单片机实现报警的功能，灵敏度高，可控范围大，且能正确识别现场气温。
采用有较稳定输出的气敏探头GS-1，低电压5V对其供电，用其输出及时通过发光二极管进行显示，很直接的把火警信号传输给人们，本项目中很多信号的控制均采用可调式，既满足用户的需求，也能根据用户的需求来调节器输出功率，来改变其用电量，并设置节电可控显示，在安全情况下，除探头外所有电路均工作在待机状态，一旦有火警，立即启动报警。
图2单片机控制的烟雾报警器
图3烟雾传感器空间分布示意图
结合论文需求，选择方案二。
二部分器件简介
1.烟雾传感器
烟雾传感器就是通过监测烟雾的浓度来实现火灾防范的，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，被广泛运用到各种消防报警系统中，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。
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。
烟雾传感器广泛应用在城市安防、小区、工厂、公司、学校、家庭、别墅、仓库、资源、石油、化工、燃气输配等众多领域。
（1）光电烟雾报警IC种类
BL59A/S10－－－兼容MC145010－－－连续式报警
BL59A/S12－－－兼容MC145012－－－间歇式报警
BL59A66－－－兼容A5366－－－连续式报警带静音功能
BL59A65－－－兼容A5348－－－间歇式报警带静音功能
A.连续式报警
BL59A10，BL59A66报警波形，间隙较短，发声波形占空比50%。
B.间歇式报警
BL59A12，BL59A65报警波形，有间隙和停顿，发声波形占空比20%。
C.BL59A66光电烟雾报警器
光电烟雾报警器的传感器是一个暗盒（俗称迷宫），里面嵌入一个红外发光管和一个红外接受管。
正常无烟状况下，发光管发出的红外光是无法被接受管接受到的，但一旦有烟雾产生，当烟雾进入迷宫后，烟雾粒子会将部分红外光散射到接受管上，从而产生电流。
烟雾越浓，接受管接收到的红外光越强，达到一定浓度后，报警器就会进入报警状态。
（2）离子烟雾报警IC
BL59A18－－－兼容MC145018－－－间歇式报警
离子烟雾报警器是通过测量空气中的正负电荷的平衡来工作的。
这种报警器的传感器是一个离子室。
内部，有一小片放射性物质（离子源），这种物质能在感应室内流动的空气中产生一股微小的电流。
当烟雾粒子进入到感应室后，就会扰乱那里的正负电荷的平衡，同时也会使这股电流发生变化。
当烟雾逐渐加重，正负电荷的不平衡性就会加强。
当这种平衡性达到一定的限度，就会进入报警状态。
（3）KT-601型便携式可燃气体检测仪
本仪器采用了当今世界先进的催化燃烧（英国city），灵敏度高可靠性好；内部采用Motorola军用级超低功耗单片机控制，大容量镍氢可充电池，超长待机；贴片化封装，可靠美观；超大液晶屏幕显示，清晰直观；具有二级声、光、振动报警功能，对电源欠压、预设气体浓度报警等报警功能能够及时、准确、直观的报警提示；外观采用高强度ABS工程塑料，时尚外形设计，美观、手感好、耐用。
A.主要功能
*可设置高、低两个报警点，屏幕显示报警类别
*标定浓度值可以调整，方便用户标定
*电池欠压报警、显示
*自动校准功能，降低检测误差
*传感器故障自检功能
*二级声、光、振动报警功能，不易忽略
*开机自检功能，并具有自诊断和自修复功能
*密码管理功能，重要操作需要输入密码，有效防止误操作
*本质安全型仪器
B.技术指标
*适用气体：
可燃气体（CH4,C3H8,H2）
*检测范围：
0-100%L
*报警方式：
低报警 ：
0.6秒的间断声报警音并带有光闪烁高报警 ：
0.25秒的间断声报警音和振动并带有光闪烁
*指示方式：
LCD显示实时数据及系统状态
*电源电压：
DC2.4V（镍氢可充电池，1500mAh）
*充电时间：
4-6h
*工作环境：
温度-25℃~50℃，湿度≤85%RH无结露
*响应时间：
t＜30s
*工作时间：
可燃气体≥8小时连续
*传感器寿命：
2年
（4）MF8892型烟雾检测仪
*报警灵敏度：
1级
*监视面积：
20平方米
*消耗功率：
监视状态＜20uA，报警状态＜20mA
*LED指示：
监视状态LED每40秒闪一次，报警状态LED每1秒闪一次
*报警输出：
无线发射输出，LED每1秒闪一次
*使用环境条件：
室内，环境温度-10~45℃，相对湿度≤95%
*电池：
9V，型号6F22
*自动检测：
每1.67秒自检一次，
*重量（不含电池）：
100g
*外形尺寸：
直径110mm，高度35mm
（5）KING-01型可燃气体检测仪
*电源：
9V咸性电池或碳性电池
*工作电流：
静态电流小于10UA，工作电流在20-25UA之间。
*烟雾灵敏度：
符合UL的217号标准。
*工作温度：
40oF-120oF（-4℃-50℃）。
*气体介面温度：
10%-90%。
*蜂鸣器声量能级：
10英尺处为85分贝。
*电池寿命：
1年。
（6）而GS-1型火警报警器
A.主要功能
*自动校准功能，降低检测误差
*二级声、光、振动报警功能，不易忽略
*本质安全型仪器
*电源：
5V咸性电池或碳性电池
*工作电流：
静态电流小于10UA，工作电流在20-25mA之间。
*工作温度：
15℃-200。
B.技术指标
*报警灵敏度：
1级
*监视面积：
50平方米
*消耗功率：
监视状态＜10mW，报警状态＜150mW
*适用气体：
各种可燃气体
*检测范围：
0-100%LEL
*报警方式：
蜂鸣器发出1Hz的报警信号
*指示方式：
液晶显示屏幕显示警告标示符及系统状态
*响应时间：
t＜5s
2.主控制器AT89S52
（1）MSC-51芯片资源简介
89S51是MCS-51系列单片机的典型产品，我们就这一代表性的机型进行系统的讲解。
89S51单片机包含中央处理器、程序存储器（ROM）、数据存储器（RAM）、定时/计数器、并行接口、串行接口和中断系统等几大单元及数据总线、地址总线和控制总线等三大总线，现在我们分别加以说明：
图3.1单片机内部结构示意图
A.中央处理器
中央处理器（CPU）是整个单片机的核心部件，是8位数据宽度的处理器，能处理8位二进制数据或代码，CPU负责控制、指挥和调度整个单元系统协调的工作，完成运算和控制输入输出功能等操作。
B.数据存储器（RAM）
89S51内部有128个8位用户数据存储单元和128个专用寄存器单元，它们是统一编址的，专用寄存器只能用于存放控制指令数据，用户只能访问，而不能用于存放用户数据，所以，用户能使用的RAM只有128个，可存放读写的数据，运算的中间结果或用户定义的字型表。
C.程序存储器（ROM）
89S51共有4KB掩膜ROM，最大可扩展64K字节，用于存放用户程序，原始数据或表格。
D.定时/计数器：
89S51有两个16位的可编程定时/计数器，以实现定时或计数产生中断用于控制程序转向。
E.并行输入输出（I/O）口：
89S51共有4组8位I/O口（P0、P1、P2或P3），用于对外部数据的传输。
F.中断系统
89S51具备较完善的中断功能，有两个外中断、两个定时/计数器中断和一个串行中断，可满足不同的控制要求，并具有2级的优先级别选择。
（2）单片机的引脚
89S51单片机内部总线是单总线结构,即数据总线和地址总线是公用的.89S51有40条引脚,与其他51系列单片机引脚是兼容的.这40条引脚可分为I/O接口线、电源线、控制线、外接晶体线4部分.89S51单片机为双列直插式封装结构,如图3.2所示.
图3.289S51引脚分配图
（3）89S51单机的电源线
（1）VCC：
+5V电源线。
电源线
（2）GND：
接地线。
（4）89S51单片机的外接晶体引脚
（1）XTAL1：
片内振荡器反相放大器的输入端和内部时钟工作的输入端。
采用内部振荡器时，它接外部石英晶体和微调电容的一个引脚。
（2）XTAL2：
片内振荡器反相放大器的输出端，接外部石英晶体和微调电容的另一端。
采用外部振荡器时，该引脚悬空。
外接晶体引脚。
80C51单片机内部有一个高增益反相放大器，用于构成振荡器。
反相放大器的输入端为XTAL1，输出端为XTAL2，分别是80C51的19脚和18脚。
在XTAL1和XTAL2两端跨接石英晶体及两个电容就可以构成稳定的自激振荡器。
如图2所示：
图2振荡电路
石英晶振起振后要能在XTAL2线上输出一个3V左右的正弦波，使MCS-51片内的OCS电路按石英晶振相同频率自激震荡。
通常，OCS的输出时钟频率fosc为0.5MHZ~16MHZ，典型值为12MHZ电容器C1和C2通常取30pF左右，对震荡频率有微调作用。
调节它们可以达到微调震荡周期fosc的目的。
（5）89S51单片机的控制线
（1）RST：
复位输入端，高电平有效。
（2）ALE/PROG：
地址锁存允许/编程线。
（3）PSEN：
外部程序存储器的读选通线。
（4）EA/Vpp：
片外ROM允许访问端/编程电源端。
（6）89S51单片机复位方式
复位是单片机的初始化操作。
其主要功能是把程序计数器PC值初始化为0000H，使单片机从0000H单元开始执行程序。
除了进入系统的正常初始化之外，程序运行出错或操作错误使系统处于死锁状态时，为摆脱困境，也需要按复位键重新启动单片机。
RST引脚是复位信号的输入端，高电平有效，其有效时间应持续24个震荡周期（即两个机器周期）以上。
若使频率为6MHZ的晶振，则复位信号持续时间超过4μs才能完成复位操作。
复位操作由上电复位和按键手动复为两种方式。
上电自动复位是通过外部复位电路的电容充电来实现的，其电路如图所示。
只要电源VCC的上电时间不超过1ms，就可以实现自动上电复位，即接通电源就完成了系统的复位初始化。
按键手动复位分为电平方式和脉冲方式两种。
其中，电平复位是复位端通过电阻与VCC电源接通而实现的。
脉冲复位是利用RC微分电路产生的正脉冲来实现的。
复位电路虽然简单，但其作用非常重要。
一个单片机系统能复正常运行，首先要检查是否能复位成功。
单片机在开机时或在工作中因干扰而使程序失控，或工作中程序处于某种死循环状态，在这种情况下都需要复位.复位的作用是使中央处理器CPU以及其他功能部件都恢复到一个确定的初始状态,并从这个状态重新开始工作.
89S51单片机的复位靠外部电路实现,信号由RESET（RST）引脚输入,高电平有效,在振荡器工作时,只要保持RST引脚高电平两个机器周期,单片机即复位.复位后,PC程序计数器的内容为0000H,片内RAM中内容不变.复位电路一般有上电复位、手动开关复位和自动复位电路3种,如图3.3所示.
a.上电复位电路b.手动复位电路c.自动复位电路
图3.3单片机复位电路
三报警系统设计
1.硬件电路设计
（1）单片机最小系统
图3.1单片机最小系统
（2）气敏检测系统
由于生产厂家等等原因，离子室的参数会有所不同。
因此必须外接并联电阻改变13脚的电位，以达到一定烟雾浓度报警的目的。
离子室的输出电平加到检测报警器负端；比较器正端为13脚经内部电阻分压得到的比较器门限电压。
因此13脚对6脚并联电阻，会使V13上升，使灵敏度上升；
13脚对4脚并联电阻，会使V13下降,使灵敏度降低。
并联电阻数百千欧姆至数兆欧姆。
图3.2气敏传感器特性曲线
（3）电源电路
图3.2电源电路
（4）报警驱动电路
图3.3LM386驱动电路
2.系统软件设计
（1）软件流程图
（2）程序清单
#include
#include"SoundPlay.h"
voidDelay1ms（unsignedintcount）
{
unsignedinti,j;
for（i=0;ifor（j=0;j<120;j++）;
}
//*****************************Music******************************************************
//挥着翅膀的女孩
unsignedcharcodeMusic_Girl[]={0x17,0x02,0x17,0x03,0x18,0x03,0x19,0x02,0x15,0x03,
0x16,0x03,0x17,0x03,0x17,0x03,0x17,0x03,0x18,0x03,
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0x10,0x03,0x15,0x03,0x16,0x02,0x15,0x03,0x16,0x03,
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0x1B,0x03,0x1F,0x03,0x1F,0x03,0x17,0x03,0x18,0x03,
0x19,0x02,0x16,0x03,0x17,0x03,0x18,0x03,0x17,0x03,
0x18,0x03,0x1F,0x03,0x1F,0x02,0x16,0x03,0x17,0x03,
0x18,0x03,0x17,0x03,0x18,0x03,0x20,0x03,0x20,0x02,
0x1F,0x03,0x1B,0x03,0x1F,0x66,0x20,0x03,0x21,0x03,
0x20,0x03,0x1F,0x03,0x1B,0x03,0x1F,0x66,0x1F,0x03,
0x1B,0x03,0x19,0x03,0x19,0x03,0x15,0x03,0x1A,0x66,
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0x17,0x04,0x18,0x0E,0x18,0x03,0x17,0x04,0x18,0x0E,
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0x15,0x03,0x15,0x03,0x17,0x03,0x16,0x66,0x17,0x04,
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0x1F,0x66,0x20,0x03,0x21,0x03,0x20,0x03,0x1F,0x03,
0x1B,0x03,0x1F,0x66,0x1F,0x03,0x1B,0x03,0x19,0x03,
0x19,0x03,0x15,0x03,0x1A,0x66,0x1A,0x03,0x19,0x03,
0x19,0x03,0x1F,0x03,0x1B,0x03,0x1F,0x00,0x18,0x02,
0x18,0x03,0x1A,0x03,0x19,0x0D,0x15,0x03,0x15,0x02,
0x18,0x66,0x16,0x02,0x17,0x02,0x15,0x00,0x00,0x00};
//同一首歌
unsignedcharcodeMusic_Same[]={0x0F,0x01,0x15,0x02,0x16,0x02,0x17,0x66,0x18,0x03,
0x17,0x02,0x15,0x02,0x16,0x01,0x15,0x02,0x10,0x02,
0x15,0x00,0x0F,0x01,0x15,0x02,0x16,0x02,0x17,0x02,
0x17,0x03,0x18,0x03,0x19,0x02,0x15,0x02,0x18,0x66,
0x17,0x03,0x19,0x02,0x16,0x03,0x17,0x03,0x16,0x00,
0x17,0x01,0x19,0x02,0x1B,0x02,0x1B,0x70,0x1A,0x03,
0x1A,0x01,0x19,0x02,0x19,0x03,0x1A,0x03,0x1B,0x02,
0x1A,0x0D,0x19,0x03,0x17,0x00,0x18,0x66,0x18,0x03,
0x19,0x02,0x1A,0x02,0x19,0x0C,0x18,0x0D,0x17,0x03,
0x16,0x01,0x11,0x02,0x11,0x03,0x10,0x03,0x0F,0x0C,
0x10,0x02,0x15,0x00,0x1F,0x01,0x1A,0x01,0x18,0x66,
0x19,0x03,0x1A,0x01,0x1B,0x02,0x1B,0x03,0x1B,0x03,
0x1B,0x0C,0x1A,0x0D,0x19,0x03,0x17,0x00,0x1F,0x01,
0x1A,0x01,0x18,0x66,0x19,0x03,0x1A,0x01,0x10,0x02,
0x10,0x03,0x10,0x03,0x1A,0x0C,0x18,0x0D,0x17,0x03,
0x16,0x00,0x0F,0x01,0x15,0x02,0x16,0x02,0x17,0x70,
0x18,0x03,0x17,0x02,0x15,0x03,0x15,0x03,0x16,0x66,
0x16,0x03,0x16,0x02,0x16,0x03,0x15,0x03,0x10,0x02,
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0x00,0x00};
//两只蝴蝶
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