毕业设计浅谈单片机的报警系统doc.docx
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毕业设计浅谈单片机的报警系统doc
毕业设计（论文）手册
学院：
职业技术学院
专业班级：
电气0832
姓名：
任贵卓
指导教师：
张树江
2011年6月
填写说明
1.本手册是学院对毕业设计（论文）工作进行质量监控的重要依据，必须认真如实填写，妥善保管。
2.毕业设计（论文）答辩前，学生要将经顶岗单位指导教师、指导教师及评阅教师评阅后的本手册送交答辩委员会评阅。
3.凡由指导教师组或外聘（反聘）教师指导学生，各系（部）要派负责教师协助做好毕业设计（论文）手册的填写工作。
毕业设计（论文）任务书
设计（论文）题目：
浅谈单片机的系统报警
设计（论文）时间：
2011-4-11至2011-6-17
设计（论文）进行地点：
盘锦和运集团
1、设计（论文）内容：
本文设计的是一种利用单片机监控传感器信号来判断防火和防盗事件发生并做出相应的反应，以达到时刻预防意外发生并在意外发生时做出选择及时的补救措施。
设计分别从系统硬件、软件、稳压电源和抗干扰技术等方面做了阐述。
2、设计（论文）的主要技术指标
（1）单片机的系统
（2）烟雾检测报警电路的设计
（3）稳压电源的电压电流调节
（4）报警器的监控程序设计
3、设计（论文）的基本要求
（1）毕业设计应由学生独立完成，切忌大段的抄书和论述与设计题目无关的内容；
（2）毕业设计内容编写要求与电气专业有关的即可；（3）编写时要调理清晰，结构明朗，突出自己的独特观点；
（4）要严格按照毕业设计要求书写。
另：
综合报告类毕业设计（论文）限于顶岗实践学生，内容可针对顶岗实践单位的具体情况，写出考察报告，或针对现场解决的实际问题进行论述，或现场实际设计题目等。
4、应收集的资料及主要参考文献
卿太金.热释电人体红外线传感器原理与应用（上）.电子世界，1995
卿太金.热释电人体红外线传感器原理与应用（下）.电子世界，1995
周湘峻.语音录放芯片APR9600.电子世界，1999
李广弟．单片机基础［M］．北京：
北京航空航天大学出版社，1994．
梁亚光．单片机的Modem通讯［J］．单片机与嵌入式系统应用，2001，（8）
5、进度安排及完成情况
序号
设计（论文）各阶段任务
日期
完成情况
1
论题的选定
4月11日~5月08日
完成
2
资料的收集
5月09日~5月15日
完成
3
根据论题方向定稿
5月16日~5月26日
完成
4
总体设计
5月27日~6月04日
完成
5
规范论文的格式
6月05日~6月09日
完成
6
完成论文
6月10日~6月17日
完成
学生签名：
任贵卓
岗位指导教师签名：
指导教师签名：
系主任签名：
2011年6月日
毕业设计（论文）评阅书
岗位指导教师评语：
指导教师评语：
评分（建议成绩）：
评分（建议成绩）：
岗位指导教师签字：
指导教师签字：
2011年6月日2011年6月日
毕业设计（论文）评阅书
评阅教师评语：
评分（建议成绩）：
2011年6月日
评分表
项目
论文
岗位指导教师建议成绩
建议成绩
指导教师
建议成绩
合计
权重
40
30
30
100
分数
答辩委员会意见：
成绩
答辩委员会主任：
2011年6月日
摘要
随着生活水平的提高，人们对居住环境的要求也日渐增高，希望自己的住宅不但要舒适而且要更安全。
因此，智能化走进住宅小区已经成为一种趋势，并且智能管理系统中报警设置已经成为民用建筑领域向信息化和网络化发展的一个重要组成部分。
本文设计的是一种利用单片机监控传感器信号来判断防火和防盗事件发生并做出相应的反应，以达到时刻预防意外发生并在意外发生时做出选择及时的补救措施。
设计分别从系统硬件、软件、稳压电源和抗干扰技术等方面做了阐述。
硬件部分介绍了用于防火的烟雾传感器和用于防盗的红外线发生器和接收器。
烟雾传感器有一个极限值，当烟雾浓度超过这个极限时检测电路就会输出一个低电平的烟雾信号。
红外线发生器和红外线接收器是一起工作的，红外线发生器发出某频率的红外线信号给红外线接收器，一般情况下，发生器和接收器中间是没有阻挡物体的，接收器接收到的信号是连续的，而当他们中间有物体经过阻挡时，接收器接收到的信号就会有一个跳变，这里接收器就会输出一个低电平信号给单片机说明有物体进入该区域。
电源对单片机系统来说是比较重要的一部分，电源电压的稳定性与整个系统运行的稳定有密切关系。
它是由变压器、整流器、滤波器和稳压器组成。
变压器把220v交流电变为稳压所需的低压交流电；整流器把低压交流电变为直流电；整流后的直流电中仍会含有交流成份，经滤波后，稳压器再把不稳定的直流电压变为稳定的直流电压输出。
为了便于系统维护和功能扩充，采用模块化程序设计方法，并通过子程序调用实现。
由于系统内部和外部的各种电气干扰，会影响单片机系统的可靠运行，严重时还会影响产品质量和产量，所以切断单片机干扰的传播路径，就显得尤为重要了。
【关键词】防火，防盗，单片机，烟雾传感器，红外线传感器，报警器
1概述
1.1选题背景
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、廉价实用的火灾自动探测报警装置，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。
现场火灾报警器通过对传感器火情信息的检测，使用智能识别算法实现对火灾的监测。
当报警器监测到火情信息后，直接通过Modem经公用电话交换网迅速向消防指挥中心报告火情信息（包括火灾单位编码、单位名称、火情级别以及报警时间等），同时产生声光报警信号，并按事先预留的电话号码自动拨号通知单位有关负责人。
消防指挥中心根据接收到的火警信息，立即在消防信息数据库中查询单位位置、周围道路、交通、水源情况等基本信息，根据所获得的信息迅速确定最佳救火方案，通过网络将出警命令直接下达各消防中队。
火灾报警器在建筑方面也得以体现。
现代建筑的特点是楼层不断加高，这主要是从缓解城市用地紧张的角度出发的，同时还便于集中供电、供热、供气，便于集中控制和管理。
现在，不论是普通型（比如民用住宅）还是豪华型（比如高级宾馆）的高层建筑，都日益重视防火和安全技术的普及应用。
因为其楼层多、人员密集，如果发生火灾，疏散困难，扑救也困难，势必造成严重的人员伤亡和财产损失。
为了保障高层建筑安全可靠，必须设计出具有可靠性高、实时性好的火灾自动报警与消防系统，其要求是：
（1）当有火情发生时，能以最快的速度检测报警，并能检测火情发生的具体地点（特定的地址编码）；
（2）经查实确认后，能及时的通报消防部门灭火；（3）系统本身应有自身故障检测的功能，如系统欠电压报警和自检功能等，保证自动报警系统功能完好；（4）较高的系统抗干扰能力，防止系统发生误报警。
1.2研究的目的和意义
目前，虽然已经有多种火灾自动报警系统，但大多还属于脱机方式，最终要靠人来联系消防部门，往往由于不能及时报警而造成重大损失。
如果能够以在线的方式直接工作，将很大程度上减轻财产损失和人员伤亡。
我们正是着眼于这一问题，力图从根本上解决脱机信号传输方式存在的问题，直接将信号通过无线传输技术发送给主控室或消防部门，达到第一时间救火、灭火的目的。
1.3国内外现状和发展趋势
火灾自动报警系统是由触发装置、火灾报警装置、火灾警报装置以及具有其它辅助功能装置组成的，它具有能在火灾初期，将燃烧产生的烟雾、热量、火焰等物理量，通过火灾探测器变成电信号，传输到火灾报警控制器，并同时显示出火灾发生的部位、时间等，使人们能够及时发现火灾，并及时采取有效措施，扑灭初期火灾，最大限度的减少因火灾造成的生命和财产的损失，是人们同火灾做斗争的有力工具。
有关资料统计表明：
凡是安装了火灾自动报警系统的场所，发生了火灾一股地说都能及早报警，不会酿成重大火灾。
在交通港航系统许多重要的办公楼、仓库、变电站、控制中心，500总吨以上的各种船舶都根据国家标准《高层民用建筑设计防火规范》、《建筑设计肪火规范》以及国际海事组织《SOLAS公约》等有关条文安装了火灾自动报警系统，在消防安全保卫工作中发挥了重要作用。
单片机现在已越来越广泛地应用于智能仪表、工业控制、日常生活等很多领域，可以说单片机的应用已渗透到人类的生活、工作的每一个角落，这说明它和我们每个人的工作、生活密切相关，也说明我们每个人都有可能和有机会利用单片机去改造你身边的仪器、产品、工作与生活环境。
红外技术已经成为先进科学技术的重要组成部分，他在各领域都得到广泛的应用。
由于他是不可见光，因此用他做防盗报警监控器，具有良好的隐蔽性，白天黑夜均可使用，而且抗干扰能力强。
通常红外线发射电路都是采用脉冲调制式。
红外接收电路首先将接收到的红外光转换为电信号，并进行放大和解调出用于无线发射电路的调制信号。
当无人遮挡红外光时，锁相环输出低电平，报警处于监控状态。
有的防盗报警系统还连有上位机。
将探测器发回的现场信号按防区的类型与主机的工作状态（布防、撤防）作出逻辑判断，进而发出报警。
一个防盗系统的功能主要体现在报警主机的功能上。
而对于单片机未来50年的发展前景来说，中国使用单片机的历史只有短短的30年，在初始的短短五年时间里发展极为迅速。
1986年在上海召开了全国首届单片机开发与应用交流会，很多地区还成立了单片微型计算机应用协会，那是全国形成的第一次高潮。
单片机应用技术飞速发展，我们上因特网输入一个“单片机”的搜索，将会看到上万个介绍单片机的网站，这还不包括国外的。
电子界，在2003年7月，（91猎头网）在上海、广州、北京等大城市所做的一次专业人才需求报告中，单片机人才的需求量位居第一。
大家都有些奇怪一块小小的片子，为何有这样的魔力？
我们首先从它的构成说起：
单片机，亦称单片微电脑或单片微型计算机。
它是把中央处理器（CPU）、随机存取存储器（RAM）、只读存储器（ROM）、输入/输出端口（I/0）等主要计算机功能部件都集成在一块集成电路芯片上的微型计算机。
正因为如此他才改变了我的生活它为我们改变了什么？
纵观我们现在生活的各个领域，从导弹的导航装置，到飞机上各种仪表的控制，从计算机的网络通讯与数据传输，到工业自动化过程的实时控制和数据处理，
以及我们生活中广泛使用的各种智能IC卡、电子宠物等，这些都离不开单片机。
以前没有单片机时，这些东西也能做，但是只能使用复杂的模拟电路，然而这样做出来的产品不仅体积大，而且成本高，并且由于长期使用，元器件不断老化，控制的精度自然也会达不到标准。
在单片机产生后，我们就将控制这些东西变为智能化了，我们只需要在单片机外围接一点简单的接口电路，核心部分只是由人为的写入程序来完成。
这样产品的体积变小了，成本也降低了，长期使用也不会担心精度达不到了。
所以，它的魔力不仅是在现在，在将来将会有更多的人来接受它、使用它。
据统计，我国的单片机年容量已达3亿片，且每年以大约20%的速度增长，但相对于世界市场我国的占有率还不到1%。
特别是沿海地区的玩具厂等生产产品多数用到单片机，并不断地辐射向内地。
所以，学习单片机在我国是有着广阔前景的。
2单片机报警系统的硬件设计
2．1火灾报警控制器及控制系统简介
2.1.1火灾报警控制器的功能
（1）用来接受火灾信号并启动火灾警报装置。
该设备也可用来指示着火部位和记录有关信息。
（2）能通过火警发送装置启动火灾报警信号或通过自动消防灭火控制装置启动自动灭火设备和消防联动控制器。
（3）自动地监视系统的正确运行和对特定故障给出声、光报警。
2.1.2火灾报警控制器分类
火灾报警控制器种类繁多，根据不同的方法可分成不同的类别。
（1）按控制范围可分为：
ａ区域火灾报警控制器：
直接连接火灾探测器，处理各种报警信息。
ｂ集中火灾报警控制器：
它一般不与火灾探测器相连，而与区域火灾报警控制器相连，处理区域级火灾报警控制器送来的报警信号，常使用在较大型系统中。
ｃ控制中心火灾报警控制器：
它兼有区域，集中两级或火灾报警控制器的特点，即可以作区域级使用，连接控制器；又可以作集中级使用，连接区域火灾报警控制器。
（2）按结构型式可分为：
ａ壁挂式火灾报警控制器：
连接的探测器回路相应少些，控制功能简单，区域报警控制器多才用这种型式。
ｂ台式火灾报警控制器：
连接探测器回路数较多，联动控制较复杂，集中式报警器常采用这种方式。
ｃ框式火灾报警控制器：
可实现多回路连接，具有复杂的联动控制。
（3）按系统布线方式分为：
ａ多线制火灾报警控制器：
探测器与控制器的连接采用一一对应方式。
ｂ总线制火灾报警控制器：
控制器与探测器采用总线方式连接，探测器并联或串联在总线上。
2.1.3火灾报警控制器的功能
（1）火灾报警：
当收到探测器、手动报警开关、消火栓开关及输入模块所配接的设备所发来的火警信号时，均可在报警器中报警。
（2）故障报警：
系统运行时控制器分时巡检，若有异常（设备故障）发出声、光报警信号，并显示故障类型及编码等。
（3）火警优先：
在故障报警或已处理火警时，若发生火警则报火警，而当火警清除后又自动报原有的故障。
（4）时钟与火灾发生时间的记忆：
系统中的时钟走时通过软件编程实现，具有相应的存储单元，记忆事故发生时间。
（5）自检功能：
为了提高报警系统的可靠性，控制器设置了检查功能，可定期或不定期的进行模拟火警检查。
2.1.4工作原理
控制器把火灾探测器传来的信号进行处理、报警。
从原理上讲无论是区域报警控制器还时集中报警控制器都遵循同一工作模式，即收集探测信号－输入单元－自动监控单元－输出单元。
2.1.5系统的设置
随着新产品的不断出现，火灾自动报警系统也由传统型向现代火灾自动报警发展。
在诸多的产品中以区域报警和集中报警控制器的应用最为广泛，以下介绍两者的设置。
1）区域报警控制系统
区域报警控制系统是火灾自动报警系统组成的一种形式，它是由电子元件组成的自动报警和监控装置。
当探测器检测到火灾信号，电子线路将火灾信号转换为电压或数字信号，通过导线传输到区域报警器，经过处理后发出声光报警信号，同时将火灾部位传输给集中报警控制器，适用于较小范围的保护。
有些区域报警控制器可单独组成系统进行消防灭火自动处理。
区域报警控制器的设置应该符合以下的规定：
（1）一个报警区域宜设置一台区域报警控制器，系统中区域报警控制器不应该超过3台。
（2）当用一台区域报警控制器警戒数个楼层时，应在每层各楼梯口明显部位装设识别楼层的灯光显示区域。
（3）区域报警控制器安装在墙上时，其底边距地的高度不应小于1.5m。
靠近门轴的侧面距墙不应小于0.5m。
正面操作距离不应小于1.2m。
（4）区域报警控制系统宜设在有人值班的房间或宾馆每层服务台。
2）集中报警控制系统
集中报警控制系统是有电子线路组成的集中自动监控报警装置，各个区域报警巡回检测带的信号均集中到这一总的监控报警装置。
它具有部位指示、区域显示、巡检、自检、火灾报警音响、计时、故障报警、记录打印等一系列功能，在发出报警信号同时可自动采取系统的消防功能控制动作，达到消防的目的和手段，适用于较大范围内多个区域的保护。
集中报警控制器的设置应该满足以下规定：
（1）系统中应设有一台集中报警控制器和两台以上区域报警控制器。
（2）集中报警控制器的容量不宜小于保护范围内探测区域总数。
（3）集中报警控制器距墙不应小于1m，正面的操作距离不应小于2m。
（4）区域报警控制器的设置应符合上述区域报警控制系统的有关要求。
3）控制中心报警系统
由消防控制室的消防控制设备、集中火灾报警控制器、区域火灾报警控制器和火灾自动报警探测器等组成，或由消防控制室的消防控制设备、火灾报警控制器、区域显示器和火灾自动报警探测器等组成，功能复杂的火灾自动报警系统。
系统的容量较大，消防设施控制功能较全，适用于大型建筑的保护。
（1）系统中应至少设置一台集中报警控制器和必要的消防控制设备；
（2）设在消防控制室以外的集中报警控制器，均应将火灾报警信号和消防联动控制信号送至消防控制室；
（3）区域报警控制器和集中报警控制器的设置，应符合上述控制中心报警系统的有关要求。
2.1.6火灾自动报警系统设计
1）系统选型
依据《火灾自动报警系统设计规范》将***行政楼界定为二级保护对象，根据建筑的实际情况在每层设置一台楼层显示器，作区域报警器使用，共8台楼层显示器和一台集中报警控制器及联动控制装置。
本工程选用北京狮岛消防电子有限公司生产的SD2200-2178A型火灾报警控制器，由11个子站组成，各个子站之间的数据流通和相互协调由工作主站担任。
每个子站一个回路，每回路有199个地址点，其中1-99地址接感烟探测器或感温探测器，101-199地址可接手动报警按钮、输入模块、输出模块、多功能模块和消火栓按钮等。
该系统是一种数字式智能火灾自动报警及联动装置，它不同于传统的分布智能，也不通于简单的集中智能。
分布智能是探测器报警，将信号传输给控制器，从而报出火灾地址；集中智能是由探测器将探测到的火灾信号不断的传输给控制器，由控制器进行判断，从而报出火灾地址。
本系统为分布与智能集中相结合，在系统硬件上采用分布结构，而在软件报警算法上采用集中处理。
系统具有现场编程功能，控制器留有计算机接口，可直接接入计算机键盘进行现场编程，也可在外接PC机或笔记本上进行编程后再固化芯片转插在控制器上。
CRT彩色显示系统，采用WIN98界面，操作简单，易于工程进行编程。
具有黑匣子储存功能，便于火灾发生时提供查认依据。
2）防火区域和报警区域的划分
（1）防火分区的划分
***行政楼共八层，其中三到八层为通用层，一二层高5m，标准层为4m，总共34m。
每层建筑面积为1084.43m2。
依据《火灾自动报警系统设计规范》将其界定为二级保护对象。
依据《高层民用建筑防火设计规范》，该建筑为二类建筑，耐火等级为二级。
在划分防火分区时应该满足表4.1的规定。
高层建筑内应采用防火墙等划分防火分区，每个防火分区允许最大建筑面积，不应超过下表的规定。
1设有自动灭火设备的防火分区，其最大允许建筑面积可按本表增加一倍，局部设置时，增加面积可按局部的一倍计算。
2高层主体建筑与相连的附属建筑之间，如设有防火墙等防火分隔设施，其附属建筑的防火分区面积可按本表增加一倍。
由于***行政楼设有自动喷水灭火系统设备允许把建筑面积增加一倍，所以把每层划分为一个防火分区，共分为八个防火分区。
（2）探测区域和报警区域的划分
火灾自动报警系统的保护对象形式多样，功能各异，规模不等。
为了便于早期探测、早期报警，方便日常的维护管理，在安装的火灾自动报警系统中，人们一般都将其保护空间划分为若干个报警区域。
每个报警区域又划分了若干个探测区域。
这样这可以在火灾时，能够迅速、准确地确定着火部位，便于有关人员采取有效措施。
因此，所谓报警区域就是人们在设计中将火灾自动报警系统的警戒范围按防火分区或楼层划分的部分空间，是设置区域火灾报警控制器的基本单元。
一个报警区域可以由一个防火分区或同楼层相邻几个防火分区组成，但同一个防火分区不能在两个不同的报警区域内；同一报警区域也不能保护不同楼层的几个不同的防火分区。
1报警区域的划分
根据《火灾自动报警系统设计规范》的规定，报警区域宜由一个防火分区或同楼层的几个相邻的几个组成，所以把每层分别单独作为一个报警区域，满足火灾自动报警系统设计规范的规定。
2探测区域的划分
由于该建筑为二级保护对象，规范规定：
探测区域应按独立房（套）间划分。
一个探测区域的面积不宜超过500m2；从主要人口能看清其内部，并且面积不超过1000m2的房间，也可划为一个探测区域。
根据以上的规定我把***行政楼的探测区域划分如下：
（1）由于***行政楼每层的房间都是小空间，所以把每层的每个房间单独划分为一个探测区域。
（2）把敞楼梯间单独划分为一个探测区域，每隔2～3层划分为一个探测区域并且设置一个火灾探测器。
（3）把前室（包括防烟楼梯间前室、消防电梯前室、消防电梯与防烟楼梯间合用的前室）和走道分别单独划分探测区域。
特别是前室与电梯竖井、疏散楼梯间及走道相通，在发生火灾时烟气更容易聚集或流过，是人员疏散和消防扑救的必经之地，故应装设火灾探测器。
对于一般电梯前室虽然不是人员疏散必经之地，但该前室与电梯竖井相通，也是在发生火灾时烟气容易聚集或流过，也单独划分探测区域及装设火灾探测器。
（4）把电缆竖井单独划分探测区域并装设火灾探测器。
一则是恐怕竖井形成拔烟火的通道；二则是恐怕发生火灾时火势沿电缆延燃。
对电缆竖井装设火灾探测器是十分必要，并配合竖井的防火分隔要求，每隔2～3层或每层安装一个。
2．2单片机及最小系统
2.2.1单片机简介
（1）中央处理器AT89C51简介
①AT89C51的特点
AT89C51具有以下几个特点：
●AT89C51与MCS-51系列的单片机在指令系统和引脚上完全兼容；
●片内有4k字节在线可重复编程快擦写程序存储器；
●全静态工作,工作范围：
0Hz～24MHz；
●三级程序存储器加密；
●128×8位内部RAM；
●32位双向输入输出线；
●两个十六位定时器/计数器
●五个中断源,两级中断优先级；
●一个全双工的异步串行口；
●间歇和掉电两种工作方式。
②AT89C51的功能描述
AT89C51是一种低损耗、高性能、CMOS八位微处理器，片内有4k字节的在线可重复编程、快速擦除快速写入程序的存储器，能重复写入/擦除1000次，
数据保存时间为十年。
它与MCS-51系列单片机在指令系统和引脚上完全兼容，不仅可完全代替MCS-51系列单片机，而且能使系统具有许多MCS-51系列产品没有的功能。
AT89C51可构成真正的单片机最小应用系统，缩小系统体积，增加系统的可靠性，降低系统的成本。
只要程序长度小于4K，四个I/O口全部提供给用户。
可用5V
电压编程,而且擦写时间仅需10毫秒，仅为8751/87C51的擦除时间的百分之一,与8751/87C51的12V电压擦写相比，不易损坏器件，没有两种电源的要求，改写时不拔下芯片，适合许多嵌入式控制领域。
工作电压范围宽（2.7V~6V），全静态工作，工作频率宽在0Hz～24MHz之间，比8751/87C51等51系列的6MHz～12MHz更具有灵活性,系统能快能慢。
AT89C51芯片提供三级程序存储器加密，提供了方便灵活而可靠的硬加密手段，能完全保证程序或系统不被仿制。
P0口是三态双向口,通称数据总线口,因为只有该口能直接用于对外部存储器的读/写操作。
③AT89C51引脚功能
AT89C51单片机40引脚分布如右图所示。
AT89C51是一种低损耗、高性能、CMOS八位微处理器，片内有4k字节的在线可重复编程、快速擦除快速写入程序的存储器，能重复写入/擦除1000次，数据保存时间为十年。
它与MCA-51系列单片机在指令系
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