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基于单片机的防火防盗报警系统设计
届别:2015届
学号:11
基于单片机的防火防盗报警系统设计
姓名李珂
系别__机械与电子工程学院
专业电气工程及其自动化________
导师姓名汪材印
导师职称副教授_________________
完成时间2015/4/29
目录
摘要 7
Abstract 8
1绪论 9
课题背景 9
设计概述 9
烟雾报警器的国内外现状 10
烟雾报警器的发展趋势 11
设计任务分析 11
2总体方案设计 11
烟雾检测传感器选型 12
烟雾传感器的介绍 13
MQ-2半导体气体烟雾传感器 13
单片机选型 14
STC89C52单片机简介 15
单片机的引脚功能描述 15
温度采集模块 17
红外感应部分 17
电源模块 17
信号采集处理模块 18
3系统的硬件电路 18
单片机最小系统 18
单片机的时钟电路与复位电路设计 19
烟雾检测AD采集电路 20
显示模块 21
声音报警电路 21
按键控制电路 22
电源模块 22
温度传感器(DS18B20)电路 23
DSl8B20简介 23
DSl8B20具体参数及工作方式 25
18B20接口电路 26
4系统软件的设计 27
5硬件调试及调试中遇到的问题 27
6电路的调试 28
7总结评价 28
致谢 29
参考文献 29
附录一 30
总体原理图设计 30
附录二 30
程序源代码 30
摘要
随着社会和经济的发展,防火工作越来越重要,但是目前国内的许多研发都侧重于大型场所的火灾报警。因此,我们就有必要研制一种结构简单、经济实用的家庭烟雾报警器以适应市场的需求。基于供家庭使用的烟雾报警器应该具备的基本要求和功能,文章设计了一种比较适合的烟雾报警器。
本设计以传感器和单片机作为烟雾报警器设计的核心器件,配合其它器件即可实现声光报警、自动排烟换气和消防灭火等功能。设计中单片机选用STC89C52作为控制器件,传感器选用MQ-2型半导体可燃气体敏感元件烟雾传感器实现烟雾的检测。烟雾报警器主要由烟雾信号采集及前置放大电路、模数转换电路、单片机控制电路、显示电路、声光报警电路和安全保护电路构成,设计合理、简单易懂、价格低廉,使单片机在烟雾报警系统的控制中得到充分应用,具有一定的实用价值。论文主要针对烟雾报警系统中的各个组成部分及功能进行了详细的介绍和说明,并对其主控电路和外围设备电路之间的接口连接方式,以及系统软件设计进行了重点的分析和讲解。
热释电红外传感器,它的制作简单、成本低、安装比较方便,而且防盗性能比较稳定,抗干扰能力强、灵敏度高、安全可靠。这种防盗器安装隐蔽,不易被盗贼发现,便于多用户统一管理。本设计包括硬件和软件设计两个部分。硬件部分包括单片机控制模块、红外探头模块、驱动执行报警模块、LED控制模块等部分组成。处理器采用51系列单片机STC89C52,程序使用C语言编写。
关键字:烟雾报警器;单片机;传感器
Abstract
Withthedevelopmentofsocietyandeconomy,thefireworkismoreandmoreimportant,butmanyofthecurrentdomesticresearcharefocusedonthelargespacefire,itisnecessarytodesignasimplestructure,economicalandpracticalfamilysmokealarmtoadapttotheneedsofthebasicrequirementsofthesmokealarmforhouseholdusebasedonshouldhaveandfunction,thispaperdesignsasmokealarmissuitableforthe.
Thedesignofthesensorandsingle-chipmicrocomputerasthecoredevicesmokealarmdesign,withotherdevicescanachievesoundandlightalarm,automaticexhaustventilationandfireextinguishingofsinglechipSTC89C52isselectedasthecontroldevice,theselectionofsensorfordetectionofMQ-2typesemiconductorgassensitiveelementsmokesensorsmokealarmismainlycomposedofsmokesignalacquisitionandthepreamplifiercircuit,analog-digitalconversioncircuit,single-chipmicrocomputercontrolcircuit,displaycircuit,alarmcircuitandprotectioncircuit,reasonabledesign,simple,lowprice,makefulluseofMCUalarmsysteminthecontrolofthesmoke,andhasacertainpractical
mainthesisofthesmokealarmsystemforthevariouscomponentsandfunctionsareintroducedandexplained,andtheconnectionmodeofthemaincontrolcircuitandperipheralequipmentcircuitinterface,andthesoftwaredesignofthesystemisanalyzedandtheexplanationofthekey.
Keywords:Thesmokealarm;MCU;sensor
1绪论
课题背景
随着科技的发展,越来越多的巨大的隐患由于工业生产和人们的日常生活而产生。为了早期发现和通报火灾,防止和减少火灾危害,保护人身和财产安全。保卫社会主义现代化建设,防止火灾引起燃烧、爆炸,防盗等事故,造成严重的经济损失,甚至危及生命安全。
为了减少这类事故的发生,就必须对烟雾进行现场实时检测,采用先进可靠的安全检测仪表,严密监测环境中烟雾的浓度,及早发现事故隐患,采取有效措施,避免事故发生,才能确保工业安全和家庭生活安全。因此,研究烟雾的检测方法与研制烟雾报警器就成为传感器技术发展领域的一个重要课题。
设计概述
单片机及烟雾传感器是烟雾报警器系统的两大核心。单片机好比一个桥梁,联系着传感器和报警电路设备。近几年来,单片机已逐步深入应用到工农业生产各部门及人们生活的各个方面。各种类型的单片机也根据社会的需求而开发出来。单片机是器件级计算机系统,实际上它是一个微控制器或微处理器。由于它功能齐全,体积小,成本低,因此它可以应用到所有电子系统中。同样,它也可以广泛应用于报警技术领域,使各类报警装置的功能更加完善,可靠性大大提高,以满足社会发展的需要。而传感器作为信息技术系统的
“感官”器件,如果没有“感官”感受信息,或者“感官”迟钝,都难以形成高精度、高速度的控制系统。美国曾把二十世纪八十年代称为传感技术时代,日本更是把传感技术列为十大技术之首。所以,根据报警器功能的需要,选择合适、精确、经济的烟雾传感器和单片机芯片是至关重要的。在本论文中的最主要的设计是选STC89C52单片机和MQ-2半导体气体烟雾传感器为核心器件。
目前,现代建筑都会有选择地安装不同功能的烟雾自动报警系统。因为烟雾自动报警系统是建筑物的神经系统,它能够感受、接收着发生火灾的早期信号并及时报警,发出警报同时告知用户和周边居民。它就像是一个个称职的更夫,给居住、忙碌或是休息在家庭中的人们以极大的安全感。在火灾的早期阶段,准确的探测到火情并迅速报警,对于及时组织有序快速疏散、积极有效地控制火灾的蔓延、快速灭火和减少火灾对居住人群的损失都具有重要的意义。
烟雾报警器的国内外现状
国外从20世纪30年代开始研究及开发烟雾传感器,且发展迅速,一方面是因为人们安全意识增强,对环境安全性和生活舒适性要求提高;另一方面是因为传感器市场增长受到政府安全法规的推动。据有关统计,美国1996年~2002年烟雾传感器年均增长率为27%~30%。随着传感器生产工艺水平逐步提高,传感器日益小型化、集成度不断增大,使得烟雾检测仪器的体积也逐渐变小,提高了烟雾检测仪器的便携性,更加利于生产、运输及市场推广。
1963年5月,日本开发完成第一台接触燃烧式家用燃气泄漏报警器,次年12月其改良产品问世,改良的报警器可以检测燃气、一氧化碳等气体,可以安装在浴室或者采用集中监视。
我国在70年代初期开始研制烟雾报警器,生产型号多样、品种较齐全,应用范围也由单一的炼油系统扩展到几乎所有危险作业环境的各种类型报警器,产品数量也在不断增加。但主要是在引进国外先进的传感器技术和先进的生产工艺基础上,进行研究与开发形成自己的特色。近年来,在烟雾选择性和产品稳定性上也有很大进步。
燃气报警器可分为民用火灾烟雾报警器、工业用烟雾报警器、有毒有害烟雾报警器三大系列产品。
(1) 民用火灾烟雾报警器
民用火灾烟雾报警器为居民家庭用的火灾报警器,一般安装在厨房,遇到火灾产生的烟雾时时,报警器可发出声光报警,或同时伴有数字显示,同时联动外部设备。有的报警器可自动开启排风扇,把烟雾排出室外
(2)工业用烟雾报警器及有毒有害烟雾报警器
工业用烟雾报警器及有毒有害烟雾报警器只是检测探头有差异,而在原理和应用中都很相近。工业用燃气报警器及有毒烟雾报警器根据检测环境的不同,也可分为检漏仪、控制器和探测器。
检漏仪的体积较小,可随身携带或手持,主要应用于燃气管理的查漏与巡检。若有燃气泄漏,检漏仪便会发出声光报警,同时数字显示烟雾浓度,以便及时采取安全措施,防止爆炸等恶性事故的发生。控制器与探测器结合使用,可在防爆现场长期监测烟雾的浓度。
探测器安装在防爆现场,控制器壁挂在值班室等有人值守的地方,二者采用屏蔽电缆线连接。当在现场的探测器探测到燃气泄漏之后,通过屏蔽电缆线将信号传到控制器,控制器发出声光报警,同时启动排风装置或关闭电磁阀切断气源,以确保安全。此种仪器广泛应用于液化气站、汽车加油站、锅炉房等工业场所。
烟雾报警器的发展趋势
面对人类社会经济与技术急速发展的时代,伴随这电子、计算机、通讯和现代控制技术的迅速发展,现代火灾自动报警应用技术发展趋势正在向着全总线制、软件编程、网络化、智能化、多样化、小型化、社区化、蓝牙技术无线化、高灵敏化、综合化等方面发展。
针对当前烟雾自动报警系统存在的通讯协议不一致,系统误报、漏报频繁,智能化程度低,网络化程度低、特殊恶劣环境的烟雾探测报警抗干扰等问题较为突出的现象,提出在符合国家消防规范的基础下采用统一、标准、开放的通讯协议。通过对新技术、新工艺、新材料和新设备的应用研究,对系统方案、设备选型的优化组合,改进烟雾自动报警系统的工作性能、减少维护费用和维护要求,向着高可靠性、高灵敏性、低误报率、系统网络化、技术智能化方向发展,为更好的预防和遏制建筑火灾提供了强有力的保障,从而更好的保护国家和人民的生命、财产安全。
设计任务分析
本篇论文是烟雾报警器的研制:
(1)对系统进行整体规划和结构设计。
(2)以STC89C52单片机为中央处理器,对硬件电路进行设计和改进,使其功能更加完善。系统硬件电路主要分为数据收集、声音报警电路、状态指示灯电路、LCD1602液晶显示电路部分。
(3)系统的软件编制。按照软件实现的功能,主要分为主程序、初始化子程序、浓度显示子程序、报警子程序、报警限值设置子程序。在程序的编写过程中,加入了详细的文字注释,便于后期的改进与维护。
(4)硬件电路和软件的综合调试。
2总体方案设计
烟雾报警器是能够检测环境中的烟雾浓度,并具有报警功能的仪器。该报警系统的最基本组成部分应包括:信号采集模数转换电路、单片机控制电路、字符显示电路、声光报警电路和安全保护电路等部分组成。