火灾报警系统酒精报警系统设计报告Word文档格式.docx

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Multiplesensorapparatusdesign

Abstract

Inrecentyears,withtheeconomicandsocialdevelopment,thecauseofthefire,beontheupgradeofvigorousdevelopment,thecomputerandmoderncommunicationtechnologyisintroduced,sothatthefirefacilitiesautomation,intelligencechangesaleveltoriseceaselessly,thefireinthetechnicalrealizationofthefireautomaticmonitoring,automaticalarmprocessetcnewbreakthrough.Atpresent,throughoutthecountryDazhongXiaocitybuiltmanymany-storiedbuildingsareequippedwithautomaticfirealarmsystem,andisnowusedintheautomaticfirealarmsystemhasbeenfarmorethantheearlyuseoffaster,convenient,highaccuracyofalarm,andthepriceischeap,maintenanceiseasy.Butevenso,theautomaticfirealarmsysteminusetherearestillmanyproblems,weshouldcauseheighttotakeseriously,andfirealarmsystemresearch,forthedevelopmentofexcellentfirealarmsystemhasimportantsignificance.

Thispaperintroducesakindofmultisensorfireholdsystemdesign,explainedthefirealarmsystemsoftwarefunctiondesignandgivesthesystemandfunctionofeachmoduleprogramflowdiagram;

thenonthesystemfunctionalmodulesofthehardwareandsoftwaredesign,andthesystemcanbeextendedtomakesimpleintroduction,includingsoftwaredesignthesinglechipmicrocomputerandsensordataacquisitionanddataprocessingsystemoffuzzy,detectionandalarmprogramdesign,thenthehardwaresimpledebugging,fordebuggingresultscarriedoutsomeanalysis;

finally,thewholedesignsummary.

Thispaperfocusesonthesystemhardwareandsoftwaredesign,whichdetailsanddiscussesthesystemneedstofunctionaswellasthedesignofeachmodule,thealarmsystemmainlycompletesacquisitionsensordata,processingtheinformationandmakeajudgmentfunction.

Theexperimentalresultsshowthat,thedesigncaneffectivelysolvethesensitivityandaccuratealarmratebetweenthecontradictions,wecanachievethedesiredeffect.Thisdesignhashighreliabilityandlowfalsealarmrateandothercharacteristics,hasacertainpracticalvalue.

Keywords：

FirealarmMultisensor

1实验任务

自本世纪80年代开始，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。

在现代城市家庭里，许多人因不懂家庭安全常识引起火灾事故，使好端端的幸福家庭眼间毁于一旦,有的导致家破人亡,而且一旦发生居民家庭火灾,处置不当、报警迟缓,是造成人员伤亡的重要因素。

所以说,人们应该积极了解家庭火灾的主要起因，还有预防火灾的发生。

这就是我们研究多功能火灾报警系统的目的。

由于城市规模日益扩大，高层建筑、地下建筑、公共娱乐场所及大型综合性建筑越来越多，建筑布局及功能日益复杂，用火、用电、用气和化学物品的应用日益广泛，火灾的复杂性、危险性大大增加。

但是城市的消防站、消防供水、消防通信、消防通道等公共消防设施的建设却发展缓慢，远远不能满足现代防火、灭火的需要，使社会抗御火灾的能力相当薄弱。

因此现代消防建设对火灾检测与报警的要求也与日俱增，所以多功能火灾报警系统在预防火灾发生上具有重要意义。

根据现今国内外多传感器报警系统的设计理念，针对现有多传感器报警器存在的不足，现设计了一种温湿度、酒精浓度、烟雾浓度检测报警系统。

本系统采用单片机作为主控制器，采集温度、湿度、酒精浓度和烟雾浓度值并实时显示。

按键可以调节报警参数值，采集值超出设定报警值时实现声光报警。

具体设计要求如下:

1、可使用全数字的温湿度传感器，也可分别使用温度传感器和湿度传感器，温度显示范围-10°

—50°

C，温度测量精度为±

0.5℃，湿度测量精度为±

2%RH；

2、烟雾的测量范围50-10000ppm，测量精度1ppm；

3、酒精浓度的测量范围：

0-1.00mg/L，测量精度：

±

5%FS；

4、采用12864液晶实时显示采集值浓度

5、要求画出原理图，PROTUES仿真出结果，并画出PCB板图，最后做出产品实物。

。

2总方案设计

（1）自诊断故障报警功能

当传感器加热丝或者电缆线发生断线或者接触不良的情况时，报警器发出警报，并且黄色指示灯闪烁，提醒用户检查传感器或者电路线接触情况，及时排除故障，保证安全。

（2）烟雾浓度显示

通过液晶屏显示可燃烟雾的浓度值，并且可以切换到设置状态，通过键盘设置或者更改报警限值，以便于用户或检测人员随时观测烟雾浓度及更改报警限。

（3）烟雾报警功能

当烟雾浓度连续20秒取值都在报警限值之上，蜂鸣器开始报警，且声音越来越急促，并且伴随红灯闪烁。

因为人对变化的信号更为敏感，所以变化的声音及灯光更容易引起用户的注意。

（4）防止报警器误报功能

快速重复检测及延时报警可以区别出是管道中可燃烟雾的泄漏，还是由于打开阀门时的微量烟雾的散失。

（5）与上位机通讯功能

可以实现与计算机串口通讯，对报警器采取统一控制，以及便于采集和处理数据，也可以在计算机上更改报警限值等。

火灾报警系统整体框图如图2.1

图2.1系统整体框图

3硬件设计

3.1单片机的选择

AT89S52是一种低功耗、高性能CMOS8位微控制器，具有8K在系统可编程Flash存储器。

使用Atmel公司高密度非易失性存储器技术制造，与工业80C51产品指令和引脚完全兼容。

片上Flash允许程序存储器在系统可编程，亦适于常规编程器。

在单芯片上，拥有灵巧的8位CPU和在系统可编程Flash，使得AT89S52在众多嵌入式控制应用系统中得到广泛应用。

引脚说明如图3.1。

AT89S52是一种低功耗、高性能CMOS8位微控制器，具有8K在系统可编程Flash存储器。

使用Atmel公司高密度非易失性存储器技术制造，与工业

80C51产品指令和引脚完全兼容。

片上Flash允许程序存储器在系统可编程，亦适于常规编程器。

在单芯片上，拥有灵巧的8位CPU和在系统可编程Flash，使得AT89S52为众多嵌入式控制应用系统提供高灵活、超有效的解决方案。

AT89S52具有以下标准功能：

8k字节Flash，256字节RAM，32位I/O口线，看门狗定时器，2个数据指针，三个16位定时器/计数器，一个6向量2级中断结构，全双工串行口，片内晶振及时钟电路。

另外，AT89S52可降至0Hz静态逻辑操作，支持2种软件可选择节电模式。

空闲模式下，CPU停止工作，允许RAM、定时器/计数器、串口、中断继续工作。

掉电保护方式下，RAM内容被保存，振荡器被冻结，单片机一切工作停止，直到下一个中断或硬件复位为止。

图3.1AT89S52引脚

排列

　P0口：

P0口是一个8位漏极开路的双向I/O口。

作为输出口，每位能驱动8个TTL逻辑电平。

对P0端口写“1”时，引脚用作高阻抗输入。

当访问外部程序和数据存储器时，P0口也被作为低8位地址/数据复用。

在这种模式下，P0不具有内部上拉电阻。

在flash编程时，P0口也用来接收指令字节；

在程序校验时，输出指令字节。

程序校验时，需要外部上拉电阻。

　　P1口：

P1口是一个具有内部上拉电阻的8位双向I/O口，p1输出缓冲器能驱动4个TTL逻辑电平。

对P1端口写“1”时，内部上拉电阻把端口拉高，此时可以作为输入口使用。

作为输入使用时，被外部拉低的引脚由于内部电阻的原因，将输出电流（IIL）。

　　此外，P1.0和P1.1分别作定时器/计数器2的外部计数输入（P1.0/T2）和定时器/计数器2的触发输入（P1.1/T2EX）。

在flash编程和校验时，P1口接收低8位地址字节。

　　引脚号第二功能：

　　P1.0T2（定时器/计数器T2的外部计数输入），时钟输出

　　P1.1T2EX（定时器/计数器T2的捕捉/重载触发信号和方向控制）

　　P1.5MOSI（在系统编程用）

　　P1.6MISO（在系统编程用）

　　P1.7SCK（在系统编程用）

P2口：

P2口是一个具有内部上拉电阻的8位双向I/O口，P2输出缓冲器能驱动。

4个TTL逻辑电平。

对P2端口写“1”时，内部上拉电阻把端口拉高，此时可以作为输入口使用。

在访问外部程序存储器或用16位地址读取外部数据存储器（例如执行MOVX@DPTR）时，P2口送出高八位地址。

在这种应用中，P2口使用很强的内部上拉发送1。

在使用8位地址（如MOVX@RI）访问外部数据存储器时，P2口输出P2锁存器的内容。

在flash编程和校验时，P2口也接收高8位地址字节和一些控制信号。

P3口：

P3口是一个具有内部上拉电阻的8位双向I/O口，p3输出缓冲器能驱动4个TTL逻辑电平。

对P3端口写“1”时，内部上拉电阻把端口拉高，此时可以作为输入口使用。

P3口亦作为AT89S52特殊功能（第二功能）使用，如下表所示。

在flash编程和校验时，P3口也接收一些控制信号。

　　端口引脚第二功能：

　　P3.0RXD（串行输入口）

　　P3.1TXD（串行输出口）

　　P3.2INTO（外中断0）

　　P3.3INT1（外中断1）

　　P3.4TO（定时/计数器0）

　　P3.5T1（定时/计数器1）

　　P3.6WR（外部数据存储器写选通）

　　P3.7RD（外部数据存储器读选通）

　　此外，P3口还接收一些用于FLASH闪存编程和程序校验的控制信号。

　　RST：

复位输入。

当振荡器工作时，RST引脚出现两个机器周期以上高电平将是单片机复位。

　　ALE/PROG：

当访问外部程序存储器或数据存储器时，ALE（地址锁存允许）输出脉冲用于锁存地址的低8位字节。

一般情况下，ALE仍以时钟振荡频率的1/6输出固定的脉冲信号，因此它可对外输出时钟或用于定时目的。

要注意的是：

每当访问外部数据存储器时将跳过一个ALE脉冲。

对FLASH存储器编程期间，该引脚还用于输入编程脉冲（PROG）。

如有必要，可通过对特殊功能寄存器（SFR）区中的8EH单元的D0位置位，可禁止ALE操作。

该位置位后，只有一条MOVX和MOVC指令才能将ALE激活。

此外，该引脚会被微弱拉高，单片机执行外部程序时，应设置ALE禁止位无效。

　　PSEN：

程序储存允许（PSEN）输出是外部程序存储器的读选通信号，当AT89S52由外部程序存储器取指令（或数据）时，每个机器周期两次PSEN有效，即输出两个脉冲，在此期间，当访问外部数据存储器，将跳过两次PSEN信号。

　　EA/VPP：

外部访问允许，欲使CPU仅访问外部程序存储器（地址为0000H-FFFFH），EA端必须保持低电平（接地）。

需注意的是：

如果加密位LB1被编程，复位时内部会锁存EA端状态。

如EA端为高电平（接Vcc端），CPU则执行内部程序存储器的指令。

FLASH存储器编程时，该引脚加上+12V的编程允许电源Vpp，当然这必须是该器件是使用12V编程电压Vpp。

　　XTAL1：

振荡器反相放大器和内部时钟发生电路的输入端。

　　XTAL2：

振荡器反相放大器的输出端

　定时器2寄存器：

寄存器T2CON和T2MOD包含定时器2的控制位和状态位，寄存器对RCAP2H和RCAP2L是定时器2的捕捉/自动重载寄存器。

　　中断寄存器：

各中断允许位在IE寄存器中，六个中断源的两个优先级也可在IE中设置。

3.2A/D转换电路

TLC1543美国TI司生产的多通道、低价格的模数转换器。

采用串行通信接口，具有输入通道多、性价比高、易于和单片机接口的特点，可广泛应用于各种数据采集系统。

TLC1543为20脚DIP装的CMOS10位开关电容逐次A/D逼近模数转换器，引脚排列如图3.2所示。

其中A0～A10（1～9、11、12脚）为11个模拟输入端，REF+（14脚，通常为VCC）和REF-（13脚，通常为地）为基准电压正负端，CS（15脚）为片选端，在CS端的一个下降沿变化将复位内部计数器并控制和使能ADDRESS、I/OCLOCK（18脚）和DATAOUT（16脚）。

ADDRESS（17脚）为串行数据输入端，是一个1的串行地址用来选择下一个即将被转换的模拟输入或测试电压。

DATAOUT为A/D换结束3态串行输出端，它与微处

图3.2TLC1543引脚排列

理器或外围的串行口通信，可对数据长度和格式灵活编程。

I/OCLOCK数据输入/输出提供同步时钟，系统时钟由片内产生。

芯片内部有一个14通道多路选择器，可选择11个模拟输入通道或3个内部自测电压中的任意一个进行测试。

片内设有采样-保持电路，在转换结束时，EOC（19脚）输出端变高表明转换完成。

内部转换器具有高速（10µ

S转换时间），高精度（10分辨率，最大±

1LSB不可调整误差）和低噪声的特点。

1．TLC1543工作时序 

TLC1543工作时序如图3.3示，其工作过程分为两个周期：

访问周期和采样周期。

工作状态由CS使能或禁止，工作时CS必须置低电平。

CS为高电平时，I/OCLOCK、ADDRESS被禁止，同时DATAOUT为高阻状态。

当CPU使CS变低时，TLC1543开始数据转换，I/OCLOCK、ADDRESS使能，DATAOUT脱离高阻状态。

随后，CPU向ADDRESS提供4位通道地址，控制14个模拟通道选择器从11个外部模拟输入和3个内部自测电压中选通1路送到采样保持电路。

同时，I/OCLOCK输入时钟时序，CPU从DATAOUT端接收前一次A/D转换结果。

I/OCLOCK从CPU接收10时钟长度的时钟序列。

前4个时钟用4位地址从ADDRESS端装载地址寄存器，选择所需的模拟通道，后6个时钟对模拟输入的采样提供控制时序。

模拟输入的采样起始于第4个I/OCLOCK下降沿，而采样一直持续6个I/OCLOCK周期，并一直保持到第10个I/OCLOCK下降沿。

转换过程中，CS的下降沿使DATAOUT引脚脱离高阻状态并起动一次I/OCLOCK工作过程。

CS上升沿终止这个过程并在规定的延迟时间内使DATAOUT引脚返回到高阻状态，经过两个系统时钟周期后禁止I/OCLOCK和ADDRESS端。

图3.3工作时序

2.软硬件设计要点 

TLC1543三个控制输入端CS、I/OCLOCK、ADDRESS和一个数据输出端DATAOUT遵循串行外设接口SPI协议，要求微处理器具有SPI口。

但大多数单片机均未内置SPI口（如目前国内广泛采用的MCS51和PIC列单片机），需通过软件模拟SPI协议以便和TLC1543接口。

TLC1543芯片的三个输入端和一个输出端与51系列单片机的I/O口可直接连接。

3.3放大器选择

LM324系列器件为价格便宜的带有真差动输入的四运算放大器。

与单电源应用场合的标准运算放大器相比，它们有一些显著优点。

该四放大器可以工作在低到3.0伏或者高到32伏的电源下，静态电流为MC1741的静态电流的五分之一。

共模输入范围包括负电源，因而消除了在许多应用场合中采用外部偏置元件的必要性。

每一组运算放大器可用图1所示的符号来表示，它有5个引出脚，其中“+”、“-”为两个信号输入端，“V+”、“V-”为正、负电源端，“Vo”为输出端。

两个信号输入端中，Vi-（-）为反相输入端，表示运放输出端Vo的信号与该输入端的位相反；

Vi+（+）为同相输入端，表示运放输出端Vo的信号与该输入端的相位相同。

LM324的引脚排列见图3-4

图3-4LM324引脚排列

3.4传感器选择

3.4.1烟雾浓度传感器

HIS-07烟雾传感器是日本为检测烟雾而设计的新型传感器，是为专用于烟雾检测的传感器实物图及外形尺寸见图3.5及图3.6。

图3.5HIS-07烟雾传感器实物图

图3.6HIS-07烟雾传感器工程样图

根据传感器的特性，其输出值正好是5V左右，因此不需要额外的放大电路，直接由A/D转换即可得到需要的数字信号，烟雾检测的电路原理图如图3.7所示。

图3.7烟雾检测电路原理图

3.4.2温湿度传感器

瑞士Sensirion公司推出了SHTxx单片数字温湿度集成传感器。

采用CMOS过程微加工专利技术（CMOSenstechnology），确保产品具有极高的可靠性和出色的长期稳定性。

该传感器由1个电容式聚合体测湿元件和1个能隙式测温元件组成，并与1个14位A/D转换器以及1个2-wire数字接口在单芯片中无缝结合，使得该产品具有功耗低、反应快、抗干扰能力强等优点。

SHT10的主要特点如下：

　　◆相对湿度和温度的测量兼有露点输出；

　　◆全部校准，数字输出；

　　◆接口简单（2-wire）,响应速度快；

　　◆超低功耗，自动休眠；

　　◆出色的长期稳定性；

　　◆超小体积（表面贴装）；

　　◆测湿精度±

45%RH，测温精度±

0.5℃（25℃）

SHT10典型应用电路如图3.8所示

图3.8SHT10典型应用电路

3.4.3酒精浓度传感器

MQ-3酒精传感器对乙醇蒸气有很高的灵敏度，并且响应和恢复快速。

另外，MQ-3酒精传感器简单的驱动回路和可靠的稳定性是相比较于其他型号传感器的优点。

MQ-3酒精传感器可用于机动车驾驶人员及其他严禁酒后作业人员的现场检测，也可用于其他场所乙醇蒸气的检测。

MQ-3酒精传感器有6只针状管脚，其中4个管脚（两个A和两个B）用于信号读取，两个H脚用于提供加热电流。

MQ3型气敏传感器技术指标如下：

探测范围：

10~1000*10-6

特征气体：

100*10-6

灵敏度：

Rinair/Rintypicalgas

5

敏感体电阻：

400~4000kΩ（空气中）

响应时间：

10s（70%Response）

恢复时间：

30s（70%Response）

加热电阻：

31Ω

3Ω

加热电流：

180mA

加热电压：

5V

0.2V

加热功率：

900mW

工作条件：

环境温度：

－10~65摄氏度湿度：

95%RH

贮存条件：

温度：

－20~70摄氏度湿度：

70%RH

灵敏度调整：

MQ3型气敏元件对不同种类，不同浓度的气体有不同的电阻值。

因此，在使用此类型气敏元件时，灵敏度的调整是很重要的。

建议使用200ppm的乙醇蒸汽校准传感器。

当精确测量时，报警点的设