1、安徽建筑大学毕 业 设 计 (论 文)专 业 自动化 班 级 2 班 学生姓名 林 祥 学 号 XXXXXXXXX 课 题 基于单片机的火灾自动报警系统 指导教师 汪方斌 2013 年 6 月 18 日目 录摘 要 .1ABSTRACT.21.绪 论 .31.1 选题背景及意义 .31.2 火灾报警技术的发展概况 .31.3 智能火灾报警系统 .41.4 本章小结 .52.方案设计 .62.1 火灾报警系统的类型 .62.2 目的和要求 .72.3 系统总体功能概述 .73.硬件设计 .83.1 单片机 .83.1.1 单片机的选择 .83.1.2 AT89C51 结构简介 .93.2 A/D
2、 转换器 .10 3.2.1 A/D 转换器的选择 .103.2.2 ADC0809 芯片的基本知识 .103.3 烟雾传感器 .113.4 温度传感器 .124 . 软件设计 .144.1 系统软件流程图 .144.2 ADC0809 流程图 .154.3 DS18B20 流程图 .185 . 调试 .235.1 编程 Keil 环境介绍 .235.2 调试过程中遇到的问题及解决方法 .256 . 结果 .27总结与展望 .29致 谢 .31参考文献 .32附录一 火灾自动报警原理图 .34附录二 文献翻译 .35安徽建筑大学 毕业设计（论文）0摘 要目前，随着现代家庭用火、用电量正在逐年增
3、加，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出巡检信号，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、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，
4、传感器安徽建筑大学 毕业设计（论文）1ABSTRACTNow, With the modern home with fire, electricity consumption increases, the resulting fire, more and more, we live in fire hazards lurking around everywhere. To avoid fires and reduce fire losses, we must follow the “hidden dangers fire in prevention is better than disaste
5、r relief, the responsibility is extremely heavy,“ the concept design and improvement of automatic fire alarm system, fire nipped in the bud, the maximum reduce the loss of social wealth.The system can be installed in all fire units, which is responsible for continuously monitoring the site to start
6、the inspection signal, monitor the site of temperature, concentration, and continuous feedback to the alarm controller, the controller will receive the signal and the normal memory setting value was determined by comparing to determine the fire. When fire occurs, can achieve sound and light alarm,al
7、arm limit settings, delay alarm and serial communication with the host computer is a simple structure, stable performance, easy to use, inexpensive, intelligent smoke sensor, has some practical value.Keywords ： SCM，fire alarm，sensor安徽建筑大学 毕业设计（论文）21.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
8、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
9、的伤亡，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 火灾报警技术的发展概况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，他们采用集中区域报警控制方式，其系统复杂、成本较高。而在居民住宅区、机房、办公
10、室等小型防火单位，需安徽建筑大学 毕业设计（论文）3要设置一种单一或区域联网、廉价实用的智能火灾报警装置，因此，研制一种结构简单、价格低廉的智能火灾报警器是非常必要的。火灾报警系统，从发展过程来看，大体可分为三个阶段:第一阶段为多线型火灾自动报警系统，每个探测器除需提供两根电源线外，还需提供一根报警信号线，探测器电源由报警器提供，探测器的信号线均连接到报警显示盘上，报警时点亮相应的指示灯，如日本“日探”公司生产的 CPF火灾报警系统。此类系统的功能一般以报警为主，辅以一些简单的联动功能(也为多线制)，如驱动蜂鸣器等，其报警器对外围探测器，无故障检测功能，只会对电源线的断线作出故障反应，安装此类
11、系统比较繁琐，特别是校线工作量较大。第二阶段为总线型火灾自动报警系统，已采用微处理器控制。其线制一般有四线制、三线制、二线制。探测器和模块通过总线与控制器实现信号传送。其探测器的报警形式为开关量，它的灵敏度在制造时，通过硬件决定，不可调整。此类系统可通过各种模块对各联动设备实行较复杂的控制。此类系统已具有系统自检以及对外围器件的故障检验等功能，但对故障类型不能区分。目前国内生产的火灾自动报警系统大多数为此类产品。由于此类产品具有先进的报警和控制功能，施工、安装较为方便，且价格较低，己被大量使用。第三阶段为智能型火灾自动报警系统，由于采用了先进的计算机控制技术，智能化程度大大提高，探测器的报警形
12、式采用模拟量，并可通过软件对其灵敏度根据使用场合、时间进行设定和调整，如可设定白天、夜间、休息日不同灵敏度。对探测器的使用环境参数变化较大的场所，灵敏度设定相对低一些，对环境较稳定或一些重要的场所，灵敏度设定相对高一些，这一功能可提高系统的稳定性及可靠性，减少误报。1.3 智能火灾报警系统火灾自动报警系统属于楼宇自动化范畴，是当前楼宇自动化的一个主要构成系统。其设置目的是为了防止和减少火灾危害，保护人身和财产安全。火灾报警技术是预防火灾的一项基础工作，应用范围广泛。报警早，损失少，不仅安徽建筑大学 毕业设计（论文）4对发生火灾的单位和个人具有重要作用，而且对公安消防监督机构及时扑灭火灾、减少人
13、员伤亡和财产损失同样具有十分重要的现实意义。火灾自动报警系统由触发器件、火灾报警装置、火灾警报装置及具有其他辅助功能的装置组成。随着电子技术和计算机技术的迅速发展，火灾自动报警系统的结构、形式越来越灵活多样，很难精确划分为几种固定的模式。火灾自动报警技术趋向于智能化系统，这种系统可组合成任何形式的火灾自动报警网络形式，既可以是区域报警系统，又可以是集中报警系统或控制中心报警系统形式。所谓智能火灾自动报警系统，应当是：使用探测器件将火灾发生期间所产生的烟、温等信号以模拟量形式，连同外界相关的环境参数一起传送给报警器，报警器再根据获取的数据及内部存储的大量数据，利用火灾模型判据来判断火灾是否存在，
14、这样的系统称为智能火灾自动报警系统。从传统型走向智能型，是国内外火灾自动报警系统技术发展的必然趋势。智能型火灾报警系统是一个集信号检测、传输、处理和控制于一体的控制系统，代表了当前火灾报警系统的发展方向。随着科学技术的迅猛发展以及国内外经济的迅速增长，市场上迫切需要一种容量大、性能优越、可靠性高、便于安装、使用和维护的智能型火灾报警控制系统。在本次设计中采用了感烟效果好、灵敏度高的 MQ-2 烟雾传感器和 DS18B20 数字温度传感器来完成设计要求。智能火灾自动报警控制系统具有如下特点：（1）为全面有效地反映被监视环境的各种细微变化，智能系统采用了设有专用芯片的模拟量探测器，对烟雾和灰尘等影
15、响实施自动补偿，同时有数字量的探测器，直接将采集的信号信息送入控制器进行自动处理，从而为实现各种智能特性、解决无灾误报和准确报警奠定了技术基础；（2）系统采用主从式网络结构，解决了对不同工程的适应性，又提高了运行的可靠性；（3）利用全总线计算机通信技术，既完成了总线报警，又实现了总线联动控制，彻底避免了控制输出与执行机构之间的长距离穿线布管，大大方便了系统布线设计和现场施工。安徽建筑大学 毕业设计（论文）5（4）基于单片机的灵活性，可对整个系统进行扩展，实现更多的功能。1.4 本章小结传感器技术经过十几年的发展，因其具有体积小、功耗低、功能强、成本低等特点正在向各个领域渗透，而单片机的应用正在
16、随着计算机在社会各个领域的渗透不断地走向深入，将单片机与传感器技术有机的结合起来，既方便了人们的日常生活，又推动了科学的发展。如今，将单片机技术恰当的应用在传感器技术中，是技术进步的必然结果。2.方案设计2.1 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：（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)感烟型火灾报
17、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安徽建筑大学 毕业设计（论文）6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。（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
18、敏感的红外报警系统。（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。根据比较总结本文采用感温感烟型复合火灾报警系统，具有灵敏度高、成本较低、操作简单等优点。2.2 目的和要求本次设计是设计和实现一种分布式智能火灾报警控制系统，实现系统软硬件的组成和实现。实时、准确报警和可靠的联动控制，使系统可靠性高、灵活性强、人机界面友好。设计成果能对室内烟雾(CO2，CO，甲烷等)及温度突变进行报警，烟雾和温度同时出现异常，则说明有火灾，发出火灾警报。通过设计熟悉
19、51 单片机的使用方法、ADC0809 和 DS18B20、MQ-2 传感器等芯片的工作原理及其使用，并通过 Keil 编程往单片机上下载程序，进而实现对外接在单片机上的电路控制报警系统，驱动扬声器，达到预期效果。在智能火灾报警系统设计过程中，根据设计要求编写程序，绘制 Protues 原理图来达到设计的最优化和理想化、实用化。安徽建筑大学 毕业设计（论文）72.3 系统总体功能概述本文的智能火灾报警系统的工作，首先，通过数据采集模块的 MQ-2 烟雾传感器采集周围环境的烟雾浓度，经 A/D 转换送到单片机控制中心进行处理；同时由 DS18B20 数字温度传感器采集周围环境中的温度，经过信息处
20、理，转化为C51 单片机能够处理的数字量。在 STC89C51 单片机中，采集并经过处理的数据要与系统所规定的相关上限值进行比较（上限值是保证系统正常工作同时周围环境处于良好状态时的上限），如果超过了上限值，则说明周围环境异常，要报警，以便人们的正常生活和工作。把信息综合处理，根据实际的需要以及现场的环境，来发现和识别警报，构成智能化的监控系统，提高了系统工作的可靠性。此系统的总体模块框图如图 2.1 所示。3.硬件设计3.1 单片机3.1.1 单片机的选择单片机是本方案的灵魂，所以我们选择是需要慎之又慎，下面我们来拿8031 和 AT89C51 做一下比较。8031 片内不带程序存储器 ROM，使用时用户需外接程序存储器和一片逻辑电路 373，外接的程序存储器多为 EPROM 的 2764 系列。用户若想对写入到
