智能楼宇消防报警系统.docx
《智能楼宇消防报警系统.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《智能楼宇消防报警系统.docx（31页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。
智能楼宇消防报警系统
摘要
随着科学技术的快速发展，整个社会进入了计算机时代，传感器技术也因信息时代的快速发展得到明显的提高，越来越多的领域被用在其中，对它的要求也是越来越高，需要供求也是变得越来越急迫。
电子产品被越来越多的应用在我们的生活中，很明显的就可以看到火灾越来越多的发生在我们的生活当中，火灾隐患也是时刻潜伏在我们的生活当中。
怎么避免火灾的产生以及降低火灾给我们造成的损失是需要我们急迫解决的问题，因此设计并完善智能火灾警报系统是我们当代大学生的任务，并且将我们设计的产品广泛的应用到我们的日常生活当中，把火在组织在刚开始的时候，防患于未然，把我们的财产毁灭降到最低。
经典的火灾报警器经常会出现总线数据传输不稳定、长远距离的数据传输可靠性能差还有扩展性能不方便的因素,最近几年来在各种电路系统中性能优良、价格便宜的MCU芯片被广泛应用其中,特别是电气自动控制方面,我们所经常说的那些问题也有了很大的改变。
本篇主要讲的是以nRF24L01无线传输模块和SIM900A模块相结合的联合无线火灾报警系统的设计方法，这个方案用单片机STC89C52作为控制芯片，用MQ-2烟雾传感器监测烟雾，DS18B20温度传感器监测温度，两种传感器相结合联合报警。
设计中包括了温度采集模块、烟雾采集模块、采集数据的传输、声光报警以及其他的外围电路，此外本设计也包括了相应的软件设计，实现火灾报警功能这个设计结构简单、操作方便、价格较低，具有较高的实用性。
关键词：
单片机STC89C52；无线模块nRF24L01；DS18B20；MQ-2；SIM900A
Abstract
Withtherapiddevelopmentofscienceandtechnology,andsocietyasawholehasenteredthecomputerage,sensortechnology,butalsobecauseoftherapiddevelopmentoftheinformationagehassignificantlyincreased,moreandmoreareasofuse,itsgrowingdemand,supplyanddemandmoreandmoreurgentneed.Electronicproducts,ourlivesmoreapplications,morefire,firedangeryoualwaysliveinourlivescanbeseenhappening.Toavoidtheriskoffire,wearesolvingthemostpressingproblemsofourlossescausedbyfire,sointelligentdesigntoreducefirealarmsystem,inordertoimprovetheproblemofuniversitystudents,ourcompany'sproductdesign,itiswidelyusedinourlives.First,thefirewithintheorganization,wehavetoreducethepropertydamageprecaution.
Classicalfirealarmdeviceconsistsof,inmanycases,anunstablebusdatatransmission,long-termreliabilityofthedatatransmissiondistance?
Lowextensivechip,high-performanceshowreasonsforthedecline,themostrecentyears,variouscircuitsystemcanautomaticallycontroltheinconvenienceexpansioninparticular,thoseissues,weagain,dramaticallychanged,andapplicationsoftware.
Thisfilmdescribesawirelessfirealarmsystemreliesoninnrf24l201wirelessdatatransmissionmoduledesignmethodofthischapterandsim900amodulecommonwirelessfirealarmsystemstogether,andthisprocedurestc89c52controlmodule,mq2SmokeInordertomonitortemperaturesensing,smoke,ds18b20temperaturesensortosupervisecomposedsensor.Designedtocopewiththesoftwaredesign,implementation,simpledesignstructureofthefirealarmfunctions,operations,priceshavealsobeenincludedinthedesign,coupledwiththetemperatureobtainingmodule,smokeobtainingmodulefortransmissionofdata,soundandlightalarmsorotherperipheralcircuitsincluded,practicality.
Keywords:
MCUSTC89C52；nRF24L01；DS18B20；MQ-2；SIM900A
Abstract.......................................................................................................................Ⅱ
1绪论
1.1概述
火灾报警系统是一种用来检测火灾的装置，发生火灾时，产生大量的烟雾这些烟雾、温度和光线可以触发火灾报警器中的温度传感器、烟雾传感器产生报警，并且触发联动装置，及时的把火灾扑灭。
报警方式是将接收到的信号经过传感器以其他形式表现出来，经过nrf24l01模块将数据发射出去LCD1602液晶屏可以显示出着火的房间号，SIM900A模块将收到的信号发射到值班室或者消防队的电话、手机上。
1.2报警定义
警报系统一般有以下三部分组成：
报警器、数据传输通道和报警控制器三部分组成。
报警器的组成是传感器和信号处理器，一般是用来检测作用，报警系统的关键是电子部分和机械部分，报警器的主要元件传感器。
组成传感器件的原理不同，又可分为不同种类、不同用途的传感器件，所以又可分为不同种类、不同用途的报警器件。
1.3课题研究目的及意义
随着我们的经济快速发展和科学技术的突飞猛进，尤其是近几年是计算机技术技术飞速发展，我们也开始了现代化的家居生活。
新兴科技对我们生活的影响是显而易见的，也表现在了方方面面，它使我们的生活习惯改变、生活质量也大大提高，智能家居生活相应产生。
本篇文章所介绍的智能楼宇消防报警系统正时智能家居的一部分。
使家庭的财产安全与人身安全得到保障、防患于未然是现代智能化发展的主要方向。
有调查显示，在我们国家火灾是最具破坏力的灾害之一。
在我们的生活中，城市建设和经济建设越来越快，城市中的建筑越来越多，因此这就使发生火灾的概率大大增加，所以在我国发生火灾的次数也是一年比一年增多。
据我们每个人所了解的那样，火灾的危害性是很大的，而且发生大概率也是很高的，是破坏性非常大的灾害。
另外，可能产生火灾的情况越来越多，火灾万一发生，就会快速蔓延，危害性也是非常大的。
从以前发生火灾的调查中我们可以发现:
1）、很多次的火灾都是人为造成的，它素偶造成的危害更大，所带来的人员伤亡、财产损失也更大;
2）、我们国家也越来越重视对火灾的防范，通过各种措施，虽然说也取得一定的成果，可是在很多的普通民房、大中小型的娱乐场所我们可以发现大多都没有按国家的要求安装智能的火灾自动报警系统;
3）、除上述因素外，还有一部分火灾的产生是由于一些正在使用的火灾报警器的设备老化，性能不稳定，不能及时的将报警信息发送出去导致伤亡很大。
从这里我们很容易的就可以看出，避免火灾出来要加强普通公民的防火意识外，还必须要具备一套高智能化的火灾报警系统。
这样就能实时的监测可能会出现的火灾信息，防患于未然，最早发现、将损失降到最低、将伤亡降到最小
本篇文章介绍的是以89C51单片机为核心的智能报警显示器，是我们常用的火灾报警器的一种，被广泛的应用在大工业生产与基础的民用建筑中，它大大提高了人们的生命财产等各方面的安全性。
活在前期的一些不太明显的症状，就能很轻易的被火灾报警器发现，这样一来就能控制和扑灭火灾了，这样能大大减少我们的财产损失，是我们的生活更有安全，更有保障。
1.4本文研究主要内容
主要内容：
单片机和一些元器件的使用方法和使用NRF24L01、SIM900a组合构建家居无线安全报警的方法。
并选择DS18B20和MQ-2来结合此系统进行试验。
在测试中，使用STC80C51微控制器控制整个系统，DS18B20、MQ-2作为信号源，NRF24L01、sim900a作为无线模块，蜂鸣器、LED灯组成声光报警模块。
美国公司使用Keil的软件开发工具的KeiluVision3平台用C语言编程控制芯片，应用程序开发工具美国的Altium的ProtelDXP平台的核心电路设计系统的硬件。
使用编写和设计两个无线报警系统软件。
我们需要一些熟悉底层的硬件知识，KEIL编程和DXP绘制方法，思路有更多的做链接的硬件电路。
在每个模块的系统软件设计完成后，软件平台编译和电路仿真，最后生成的目标文件下载到内STC芯片实现系统和用于模拟实验相关设备，产生理想的设计模型。
1.5课题研究的任务要求
这个方案是基于一个单芯片无线火警系统控制的探测器可以是一个火灾报警系统。
具体要求：
超过100m的有效传输距离，也就是这样，在报警的有效距离之内;程序运行或死当，系统可以被复位，返回系统正常运行;电源后仍然能够保留一些重要的历史信息数据。
有线方式主要是以RS-232来实现数据传输。
无线方式主要是以GPRS为核心的传输方式。
跟着电子技术的发展，数据传输速度更快，有更强的抗干扰能力。
短距离无线通信技术主要发展为ZigBee、IrDA、蓝牙、Wi-fi、nRF24L01等技术。
各种无线技术有其优点和缺点，以及不同用户的不同的技术。
在近距离（10米），红外和蓝牙有很大的优势。
NRF24L01模块是一个新的单片射频收发器设备，运行在2.4ghz-2.5ghzISM带达125个信道可供选择，在GFSK调制数据速率为2Mbps以上，蓝牙，高数据吞吐量，简单的程序开发的高速率较高;NRF24L01，使设计更加方便，节能。
此类通信方法以这个频段为基础也快要成熟。
电子技术飞速发展，温度检测模块快速提高，就比如美国DALLAS公司的数DS18B20就有很多人研究不管是国内还是国外，现在是越来越深入的研究。
现今，无线通信技术已经成为研究的重要方向，用它们的好处是明显高于有线网络方式的，比如说价格便宜、不易造成资源浪费，稳定性要好很多，耗电少，更方便的维护、检修，再也不用担心空间的问题，从而避免复杂的线路。
本文通过使用低成本的单芯片nRF24L01和sim900a的无线收发器硬件内置工业级无线通讯系统，收发信号很容易的完成，火灾烟雾报警长时间稳定工作。
2火灾报警系统及其整体方案设计
2.1火灾发生时的特点
火灾是人类控制燃烧造成的灾难损失，火灾基本要素是可燃材料，燃烧和火源。
可燃物质存在于气体，液体和固体，可燃气特通常是空气中的氧。
其基本过程是当物体从外面获取一定的能量，液体或固体可燃气体的蒸发成蒸汽，或者分解出（如CO，H2等）的分子，有一种叫做气溶胶的东西，是回粉和没有燃烧干净的颗粒。
在气雾剂的同时，还有一种叫做烟雾分子的东西其成分主要是固体颗粒。
当出现火时，燃烧热量仍会发出易燃气体的液体或固体，并扩散火焰的形成的表面上。
红色的火焰，看不见的紫外线，还有大量的热。
形成火灾。
气溶胶，烟，火焰和热被称为火参数，判断有没有起火，最主要是依靠这些数据呢。
根据不同的火灾发生时，阴燃火可以分成一个缓慢的，火或火焰和迅速发展，等等。
闷烧是一大原因，这是很多人经过大量数据所证明了的。
物体燃烧是有条件的，一般有这些：
煤气及烟被燃烧，足够的氧气，但失火的必要，足够的火焰，能够视光及不当视光，因为产生大量的热的气味，你有温度上升。
在燃烧中，首先，在过程中阶段时间长，虽然烟草体积是大的，除非温度必须施加一个检测器，用于检测和分析该阶段地板是火，以允许有限的你必须最小化的损伤。
发动机后，迅速扩散，有可能使大量生产的热，温度上升，如果有用的话，用于检测温度值，可以比较及时控制火灾。
下图简要描绘了起火的过程。
图2-1起火过程曲线
2.2火灾报警系统功能及其类型
由传感器：
温度传感器DS18B20和烟雾传感器MQ-2监测室内环境。
有脉冲信号时，经过放大电路放大电信号，然后在经过A/D转换器的转换，将直流信号直接输送到单片机，然后在经过串口接口再进行数据通信，按键为手动复位系统，状态指示灯、声音报警器、LCD屏幕显示，都是程序最终控制的对象。
消防报警系统基本框图
图2-2消防报警系统基本框图
按类型的探测器使用的火灾报警系统，可以分成四种：
（1）感温型火灾报警系统
通过探测温度参数-数据-到一个不同的，温度敏感型火情报警系统，以便它可以有一些这样的等温型，温差式几种。
（2）感烟型火灾报警系统
感烟型火灾报警系统主要包括激光感烟型，和光感烟表达式和离子感烟型。
（3）感光型火灾报警系统
感光报警器，出来的光强和光发生在回应火灾的特点扩散火焰的闪烁频率，它必须由一个警报系统的启发。
这是一个敏感为由敏感波长，并且在感光火灾报警系统，是一个长期的光辐射敏感的红外报警系统更短的波长比光辐射和紫外线敏感的报警系统和双波长。
（4）复合型火灾报警系统
如果报警系统同时对温度、两个或两个以上的在烟雾和光辐射参数的报告系统其它一旦它是一个响应，类型有点复杂的火灾报警器。
变暖烟雾型唱在当前复杂火灾报警系统，感觉抽烟光敏型，感觉是各种形式，如温度和光敏感。
2.3本系统的总体方案设计
2.3.1本设计的主要模块论证及方案确定
无线传输及通信模块
方案一：
采用GSM（GlobalSystemforMobile）模块进行通信，GSM模块需要借助移动卫星或者手机卡，虽然能够远距离传输，但是其成本较大、且需要内置SIM（SubscriberIdentityModule）卡，通信过程中需要收费，后期成本较高。
方案二：
采用TI（德州仪器）生产的C2430无线通信模块，此模块采用Zigbee总线模式，传输速率可达250kbps，且内部集成高性能8051内核。
但是此模块价格较贵，且Zigbee协议相对较为复杂，实用性不高。
方案三：
采用nRF24L01无线射频模块进行通信，nRF24L01是挪威Nordic公司推出的单片射频收发芯片，工作于2.4～2.5GHzISM频段，抗干扰能力强，能耗非常低，满足多点通信和跳频通信需要。
当加定向天线后，在无障碍通信情况下能传输上千米的距离，而且价格较便宜，采用SPI总线通信模式电路简单，操作方便。
综合考虑各方面因素，采用方案三作为本系统的无线通信方案，采用方案一作为本系统GSM通信的方案。
显示模块方案
方案一：
采用字符液晶LCD1602显示信息，LCD1602是一款比较通用的字符液晶模块，能显示字符和数字等信息，且价格便宜，容易控制。
方案二：
选择主控为ST7920驱动器的带字库的LCD12864来显示信息。
LCD12864是一款通用的液晶显示屏，能够显示常用的汉字及ASCII码，而且能够绘制图片，描点画线，设计成比较理想的结果，但考虑到监测节点较多，需显示的信息较多，而其最多只能显示四行信息。
方案三：
采用配置2.8寸的TFT-LCD即薄膜晶体管液晶显示器。
该模块的控制器为ILI9325,具有26万像素，320×240的分辨率，16位真彩显示。
可以清晰的显示各监测节点的信息，且其可以显示人性化界面，各节点信息以及报警上限温湿度值一目了然。
综合以上方案，选择了价格便宜，容易控制的LCD1602作为接收端的显示。
2.3.2系统的硬件总体结构
（1）系统主要组成模块
1.STC89C52单片机
2.DS18B20温度传感器
3.LCD1602液晶显示屏
4.蜂鸣器
5.MQ-2烟雾传感器
6.nRF24L01无线模块
7.GSM通信模块
（2）硬件系统控制方案设计
火灾报警系统的结构图。
图2-3火灾报警系统的总体结构框图
火灾报警系统主要实现对火灾现场的测试工作，从而启动火灾报警系统。
其主要由烟雾传感数据采集程序、温度传感数据采集程序、声光报警程序等三个部分组成，其中，烟雾传感数据采集程序完成对烟雾浓度的采集并进行数据转换；温度采集程序显示对现场的温度进行采集；系统的工作原理是：
先通过传感器（包括温感和烟感）将现场温度、烟雾等非电信号转化为电信号，调理电路将传感器输出的电信号进行调理（放大、滤波等），使之满足A/D转换的要求,最后由A/D转换电路,完成将温度传感器和烟雾传感器输出的模拟信号到数字信号的转换，单片机判断现场是否发生火灾。
报警程序设置报警的下限，当外界指标超出限制，将进行声光报警。
2.3.3系统软件总体结构
误报率是很高的，因此要采取措施使它降低，这里采用多次采集、多次判断的方法。
每次后数据采集基于数据从法官的情况然后重复做出最终判决结果的综合评判火。
是无限的主要程序循环，先在周边首先，所有的输入和输出端驱动电路和后可放置在系统的一个部分中的数据存储电路已在成品被纳入，程序的下一个芯片，履行使命是收集行政火灾自动报警系统的数据后面是履行职责和查询确定义务的数据通信。
图2-4程序流程图
3系统的硬件设计
3.1单片机内部结构及接口描述
图3-1STC89C52引脚图
VCC:
电源
GND:
地
P0口：
P0口是一个8个引脚的双向I/O口。
P1口：
P1口内部具有上拉电阻有8个双向I/O口，它的输出缓冲器能驱动4个TTL逻辑电平。
引脚号的第二功能：
P1.0：
T2，时钟输出。
P1.1：
T2EX
P1.5：
MOSI。
P1.6：
MISO。
P1.7：
SCK。
P2口：
P2口内部具有上拉电阻有8个双向I/O口，它的输出缓冲器能驱动4个TTL逻辑电平。
P3口功能如表所示。
表3.1各口线的特殊功能和信号名称
口线
特殊功能
信号名称
P3.0
RXD
串行输入口
P3.1
TXD
串行输出口
P3.2
外部中断0输入口
P3.3
外部中断1输入口
P3.4
T0
定时器0外部输入口
P3.5
T1
定时器1外部输入口
P3.6
写选通输出口
P3.7
读选通输出口
火灾报警器的核心部件是单片机。
传感器把温度发送过来，必须在一方面，将工作对应于控制随后的电路分别处理对应于烟感两个模拟信号;询问是否有被按下询问按钮的同时。
这些任务可以在这个过程中完成，可以放置在一个快速的处理速度，顶部软件实现的请求是困难的，根据浓度值特别是在信号处理的比较之后，可以发现观察烟雾更精确的浓度，根据程序作出相应反应。
最靠要选择一个价格低、实用性高的单片机，这也是低功耗发展的趋势。
由上面原因所述，这个设计选用STC89C52单片机作为控制器。
STC89C52的实物图如图所示。
图3-2DIP-40封装STC89C52实物图
3.2单片机外围接口电路
3.2.1晶振电路
晶振电路为单片机8051工作提供时钟信号，并输出高增益内部放大器使用振荡器时，它使用相同的芯片中，销XTAL1放置并XTAL2对应的放大器的输入端。
是构成在过激的振动到放大器和反馈元件石英晶体和陶瓷振荡和一绪。
外部石英晶体和电容电路的C2，为C3连接到放大器反馈回路中组成并联振荡电路、晶体振荡器电路如图所示，如果利用石英晶体，电容器容量大小范围；利用石英晶体在此设计中，电容是设置为30pF。
3.2.2复位电路
复位电路的基本功能是：
提供开机信号。
为了可靠、稳定的力量甚至后出现一定的延迟，撤销一重置信号，防止抖动造成的电源开关或插上处于关闭过程中，重置后。
供应链管理需要重置在启动时，与CPU和系统组件在初始状态下，查明并开始上班从初始状态。
8051是从其余pin输入到该芯片在施密特触发器的复位信号。
单片机系统重置：
重置和重置的手动按钮，本设计采用在手动重置按钮。
手动重置按钮来重置输入的其余部分与高水平，做法是在休息和VCC的积极力量，通过一个按钮。
当按下按钮时，VCC5V水平将直接添加到休息结束时，系统重置。
由于采取了行动，很快就会使按钮连接至10毫秒左右，这样的设计就能满足重置时间。
SWPB复位电路为手动复位开关，电容C1最主要的作用是避免高频谐振电路干扰。
STC89C52晶振电路与复位电路。
图3-3STC89C52单片机的晶振电路
图3-4STC89C52单片机的复位电路
3.3主要元件的选型
3.3.1集成温度传感器DS18B20
DS18B20有三只引脚：
VCC、DQ和VDD。
采用了外部供电的链接方式，而总线必须链接上拉电阻，线总线在空置状态时，都是一直处于高电平。
原理图如图。
图3-5DS18B20原理图
（1）DS18B20特性介绍
DS18B20是美国DALLAS公司的最新单线数字温度传感器,特点是更小、更宽、功耗更低。
DS18B20温度传感器是率先支持世界的"一线总线"接口。
公交线路和独特的特征的经济，以便用户可以轻松地设置了传感器网络中，引入一个新的概念，打造一种测量系统。
-55至对于他的测量，在-10～85℃范围内125℃的温度范围精度为正负0.5℃。
该现场的直接温度，但不存在抗干扰扰能的系统的数字模型传递增强“总线的明确区分”力。
在适用于恶劣环境中的温度场测量，例如，环境法规和设施和操作控制，如电子产品，将温度测定其数目....可安装程序DS18B20分辨率的9-12位，准确度为正常0.5℃。
选择的可能很小的事情之一，在包里，E2PROM存储安装在安装和很多的电压分辨率剩余电量后，我就问题的条件的用户。
DS18B20的最新控制产品的性能，性能的价格是非常好的，完成了“早期复位”的表现，但DS18B20的基础温度传感器技术的一个新概念。
（2）DS18B20内部结构
DS18B20的管脚排列。
图3-6DS18B20的管脚排列
如表3.2是12转化12比特的数据，如果测得的温度大于0℃，只要由0.0625检测的值是5票对0票，
升级会员 