基于单片机火灾自动报警系统毕业设计论文.docx
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基于单片机火灾自动报警系统毕业设计论文
毕业设计（论文）
课题基于单片机的火灾自动报警系统
毕业设计（论文）原创性声明和使用授权说明
原创性声明
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所呈交的毕业设计（论文），是我个人在指导教师的指导下进行的研究工作及取得的成果。
尽我所知，除文中特别加以标注和致谢的地方外，不包含其他人或组织已经发表或公布过的研究成果，也不包含我为获得及其它教育机构的学位或学历而使用过的材料。
对本研究提供过帮助和做出过贡献的个人或集体，均已在文中作了明确的说明并表示了谢意。
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所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成果。
除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。
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本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。
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注意事项
1.设计（论文）的内容包括：
1）封面（按教务处制定的标准封面格式制作）
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3）中文摘要（300字左右）、关键词
4）外文摘要、关键词
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8）致谢
9）附录（对论文支持必要时）
2.论文字数要求：
理工类设计（论文）正文字数不少于1万字（不包括图纸、程序清单等），文科类论文正文字数不少于1.2万字。
3.附件包括：
任务书、开题报告、外文译文、译文原文（复印件）。
4.文字、图表要求：
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2）工程设计类题目的图纸，要求部分用尺规绘制，部分用计算机绘制，所有图纸应符合国家技术标准规范。
图表整洁，布局合理，文字注释必须使用工程字书写，不准用徒手画
3）毕业论文须用A4单面打印，论文50页以上的双面打印
4）图表应绘制于无格子的页面上
5）软件工程类课题应有程序清单，并提供电子文档
5.装订顺序
1）设计（论文）
2）附件：
按照任务书、开题报告、外文译文、译文原文（复印件）次序装订
3）其它
摘要
目前，随着现代家庭用火、用电量正在逐年增加，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，传感器
ABSTRACT
Now,Withthemodernhomewithfire,electricityconsumptionincreases,theresultingfire,moreandmore,weliveinfirehazardslurkingaroundeverywhere.Toavoidfiresandreducefirelosses,wemustfollowthe"hiddendangersfireinpreventionisbetterthandisasterrelief,theresponsibilityisextremelyheavy,"theconceptdesignandimprovementofautomaticfirealarmsystem,firenippedinthebud,themaximumreducethelossofsocialwealth.
Thesystemcanbeinstalledinallfireunits,whichisresponsibleforcontinuouslymonitoringthesitetostarttheinspectionsignal,monitorthesiteoftemperature,concentration,andcontinuousfeedbacktothealarmcontroller,thecontrollerwillreceivethesignalandthenormalmemorysettingvaluewasdeterminedbycomparingtodeterminethefire.Whenfireoccurs,canachievesoundandlightalarm,alarmlimitsettings,delayalarmandserialcommunicationwiththehostcomputerisasimplestructure,stableperformance,easytouse,inexpensive,intelligentsmokesensor,hassomepracticalvalue.
Keywords：
SCM，firealarm，sensor
1.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、办公室等小型防火单位，需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，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。
（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。
2.3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EPROM中的程序进行修改，必须先用一种特殊的紫外线灯将其照射擦除，之后再可写入。
写入到外接程序存储器的程序代码没有什么保密性可言。
由于上述类型的单片机应用的早，影响很大，已成为事实上的工业标准。
后来很多芯片厂商以各种方式与Intel公司合作，也推出了同类型的单片机，如同一种单片机的多个版本一样，虽都在不断的改变制造工艺，但内核却一样，也就是说这类单片机指令系统完全兼容，绝大多数管脚也兼容；在使用上基本可以直接互换。
我们统称这些与8051内核相同的单片机为51系列单片机。
在众多的51系列单片机中，要算ATMEL公司的AT89C51更实用，因他不但和8051指令、管脚完全兼容，而且其片内的4K程序存储器是FLASH工艺的，这种工艺的存储器用户可以用电的方式瞬间擦除、改写，一般专为ATMELAT89Cx做的编程器均带有这些功能。
显而易见，这种单片机对开发设备的要求很低，开发时间也大大缩短。
写入单片机内的程序还可以进行加密，这又很好地保护了你的劳动成果。
而且AT89C51目前的售价比8031还低，市场供应也很充足。
单对AT89C51来说，在实际电路中可以直接互换8051和8751，替换8031只是第31脚有区别，8031因内部没有ROM，31脚需接地，单片机在启动后就到外面程序存储器读取指令；而8051/8751/89c51因内部有程序存储器，31脚接高电平，单片机启动后直接在内部读取指令。
也就是51芯片的31脚控制着单片机程序从内部读取还是从外部读取，31脚接电源，程序从内部读取，31脚接地，程序从外部读取，其他无须改动。
另外，AT89C51替换8031后因不用外存储器，不必安装原电路的外存储器和373芯片。
由于内部RAM的存在，可以减少I/O扩展芯片、锁存器及片外RAM等等，使整个设计显得简单明了，所以我们选择AT89C51。
3.1.2AT89C51结构简介
AT89C51是一种带4K字节FLASH存储器（FPEROM—FlashProgrammableandErasableReadOnlyMemory）的低电压、高性能CMOS8位微处理器，俗称单片机。
AT89C2051是一种带2K字节闪存可编程可擦除只读存储器的单片机，单片机的可擦除只读存储器可以反复擦除1000次。
该器件采用ATMEL高密度非易失存储器制造技术制造，与工业标准的MCS-51指令集和输出管脚相兼容。
由于将多功能8位CPU和闪烁存储器组合在单个芯片中，ATMEL的AT89C51是一种高效微控制器。
AT89C单片机为很多嵌入式控制系统提供了一种灵活性高且价廉的方案。
性能介绍:
·与MCS-51兼容
·4K字节可编程FLASH存储器
·寿命：
1000写/擦循环
·数据保留时间：
10年
·全静态工作：
0Hz-24MHz
·三级程序存储器锁定
·128×8位内部RAM
·32可编程I/O线
·两个16位定时器/计数器
·5个中断源
·可编程串行通道
·低功耗的闲置和掉电模式
·片内振荡器和时钟电路
3.2A/D转换器
3.2.1A/D转换器的选择
A/D转换器的种类很多，就位数来分，有8位、10位、12位、16位等。
位数越高，其分辨率也越高，但价格也越贵。
而就其结构而言，有单一的A/D转换器，有内含多路开关的A/D转换器。
根据本设计的需要，我选择的A/D转换器是ADC0809芯片。
ADC0809是美国AnalogDevice公司生产的8位逐次逼近式模数转换器，转换速率高，自三态输出缓冲电路，可直接与各种典型的8位或16位的微处理器相连而无需附加逻辑接口电路，且能与CMOS及TTL兼容，是目前我国应用最广泛，价格便宜的A/D转换器。
加之内部含有三态输入缓冲电路，可直接与各种微处理器连接，且无须附加逻辑接口电路，内部设置的高精参考电压源和时钟电路，使它不需要任何外部电路和时钟信号，就能完成A/D转换功能，应用非常方便。
3.2.2ADC0809芯片的基本知识
ADC0809是带有8位A/D转换器、8路多路开关以及微处理机兼容的控制逻辑的CMOS组件。
它是逐次逼近式A/D转换器，可以和单片机直接接口。
ADC0809的内部逻辑结构如图3-1。
图3.1ADC0809内部逻辑结构
由上图可知，ADC0809由一个8路模拟开关、一个地址锁存与译码器、一个A/D转换器和一个三态输出锁存器组成。
多路开关可选通8个模拟通道，允许8路模拟量分时输入，共用A/D转换器进行转换。
三态输出锁器用于锁存A/D转换完的数字量，当OE端为高电平时，才可以从三态输出锁存器取走转换完的数据。
3.3烟雾传感器
烟雾检测报警器主要应用在石油、化工、冶金、油库、液化气站、喷漆作业等易发生可燃烟雾泄漏的场所，根据报警器检测烟雾种类的要求，一般选用接触燃烧式烟雾传感器和半导体烟雾传感器。
使用接触燃烧式传感器，其探头的阻缓及中毒，是不可避免的问题。
阻缓是当在烟雾与空气的混合物中含有硫化氢等含硫物质的情况下，则有可能在无焰燃烧的同时，有些固态物质附着在催化元件表面，阻塞载体的微孔，从而引起响应缓慢反应滞缓，灵敏度降低。
虽然将阻缓的传感器再放回新鲜空气环境中有得到某种程度的恢复的可能，但是如果长期暴露在这样的环境中，其灵敏度会不断下降，导致传感器最终丧失检测烟雾的能力。
中毒是如果环境空气中含有硅烷之类的物质时，则传感器将使催化元件产生不可逆转的中毒，以致灵敏度很快就丧失。
当怀疑检测环境中存在这些物质时，经常对探头进行标定，是必须且有效的办法。
因此，经常对传感器进行标定，是保证其准确性的必要的途径。
一般连续使用两个月后应对传感器进行量程校准，这种经常性对传感器的维护，无形中加大了工作人员的工作量，同时增加了报警器的维护成本。
半导体烟雾传感器包括用氧化物半导体陶瓷材料作为敏感体制作的烟雾传感器以及用单晶半导体器件制作的烟雾传感器，它具有灵敏度高，响应快、体积小、结构简单，使用方便、价格便宜等优点，因而得到广泛应用。
半导体烟雾传感器的性能主要看其灵敏度、选择性（抗干扰性）和稳定性（使用寿命）。
经过对比上述两种烟雾传感器的应用特性，发现半导体烟雾传感器的优点更加突出：
灵敏度高、响应快、抗干扰性好、使用方便、价格便宜，且不会发生探头阻缓及中毒现象，维护成本较低等。
因此，本设计采用半导体烟雾传感器作为报警器烟雾信息采集部分的核心。
而在众多半导体气体传感器中，本设计选用MQ-2型烟雾传感器，这种型号的传感器不但具备一般半导体烟雾传感器灵敏度高、响应快、抗干扰能力强、寿命长等优点。
3.4温度传感器
温度传感器，使用范围广，数量多，居各种传感器之首。
温度传感器的发展大致经历了以下3个阶段：
1.传统的分立式温度传感器（含敏感元件），主要是能够进行非电量和电量之间转换。
传统的分立式温度传感器如热电偶传感器。
热电偶传感器是工业测量中应用最广泛的一种温度传感器，它与被测对象直接接触，不受中间介质的影响，具有较高的精度；测量范围广，可从-50~1600℃进行连续测量,特殊的热电偶如金铁——镍铬，最低可测到-269℃，钨——铼最高可达2800℃。
2.模拟集成温度传感器/控制器。
它的主要特点是功能单一（仅测量温度）、测温误差小、价格低、响应速度快、传输距离远、体积小、微功耗等，适合远距离测温，不需要进行非线性校准，外围电路简单。
3.智能温度传感器。
目前，国际上新型温度传感器正从模拟式想数字式、集成化向智能化及网络化的方向发展
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