基于单片机的烟感报警器毕业设计论文Word文档下载推荐.docx
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1引言
1.1课题研究的背景和意义
随着社会和科技的发展，人们越来越多的使用电子产品和煤气,天然气,由此导致的火灾隐患也越来越多，再者还有吸烟和烟花导致的火灾给人类、社会和自然造成的危害越来越大，它不仅毁坏物质财产，而且还直接危胁人们的生命安全，给人们的心灵造成极大的伤害。
大量残酷的火灾教训让人器的话可以大大降低人员的伤亡，减少不必要的财富和生命损失[。
火灾报警器就是为了满足这一需求而研制的，并且火灾报警器得自身功能随科技的发展和人们需求也在不断地提高，在功能、结构、形式等方面不断地完善。
们逐渐认识到火灾预防,火灾报警和消防工作的重要性，如果有火灾报警
有的火灾自动报警器能在火灾发生之前提前检测到火灾的即将发生,它能根据火灾的早期特征烟雾或温度的变化检测到火情并及时报警告知人们做好预防，可将火灾带来的生命财产损失降到最低限度。
火灾自动报警系统能对火灾进行实时监测和准确报警，有着防止和减少火灾危害、保护人身安全和财产安全的重要意义，减少了不必要的经济损失和人员伤亡。
1.2本文内容的结构安排
1:
绪论。
主要介绍课题的研究背景和意义和论文的章节安排。
2:
介绍了烟感报警器的原理，选择合适的传感器,给出烟感自动报警系统的总体设计构架，分别给出硬件和软件的整体构架，并一一介绍硬件系统的主要器件选型。
3:
烟感报警系统硬件设计，详细介绍了传感器信号放大电路,滤波电路,单片机处理电路及声光报警电路，并给出相应的设计原理图。
4：
烟感报警器的软件程序设计，介绍主程序,初始化程序,数据采集子程序火灾判断与报警子程序等。
5：
对本次论文的撰写进行总结，并对烟感报警器的发展前景进行展望。
2火灾报警系统整体方案设计
2.1火灾的烟雾产生过程和温度升高过程
一般可燃物在燃烧时先产生燃烧气体，继而产生烟雾，在氧气充足的条件下就会完全燃烧而产生火焰，发出可见光和不可见光，并散发出大量的热，使环境温度升高。
起火过程中，刚开始会产生大量的烟雾且持续的时间相对较长，而此时现场的环境温度还不是太高没有骤变，若此时烟感传感器感应到了烟雾就可以及时报警并在火势没扩大之前让人们提前预防和撤离，这样就可以把火灾损失控制在最小限度。
等到火焰燃烧后，它会快速蔓延，产生大量的热而导致环境温度的升高，若能感受到温度的变化而报警提醒人们就可以比较及时地控制火灾。
若以此硬件设计中我会加入温度传感器和烟感传感器配合工作,互补各自的不足，大大的降低了报警器的误报率,起火过程曲线如图2.1所示。
图2.1起火过程曲线
2.2系统总体方案设计
2.2.1系统硬件总体构架
烟感报警系统主要由烟感数据采集模块、单片机控制模块、驱动声光报警模块组成。
图2.2为火灾报警系统的结构框图。
2.2系统结构框图
单片机是整个报警系统的控制核心，它的工作原理是：
先通过传感器（包括温感和烟感）将现场温度、烟雾等信号转化为可检测的电信号，放大和滤波电路将传感器输出的电信号送入A/D转换电路,完成烟雾传感器和温度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。
本火灾自动报警系统具有以下功能：
（1）声音和灯光双重报警功能。
（2）系统自故障提醒功能:
硬件发生故障时，会发出故障提醒信号。
（3）异常报警功能:
环境中的烟雾浓度或温度较高时,能发出提示信号提醒人们注意，使人们早有防范。
（4）火灾报警功能:
火灾真正发生时也就是温度和烟雾都较高时，会发出声光报警信息。
2.2系统软件总体构架
系统采用了模块化程序设计方法，系统各个模块的具体功能都是通过子程序的调用实现的。
主要包括数据采集子程序、火灾判断程序,指示灯显示程序和驱动蜂鸣器报警子程序等，系统程序流程图如图2.3所示。
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图2.3程序流程图
维了降低误报率，本系统对信号进行多次采集多次判断，最后再综合判断的结果做出最终的控制。
主程序是一个无限循环体，其流程是：
先对系统的各部分包括单片机各个端口输入输出的设置、外围驱动电路和数据存储电路等完成初始化，再对程序进行初始化，最后执行火灾报警系统中的数据采集任务，数据转换任务,查询判断任务和判断后的驱动各状态。
2.3系统主要器件的选择
2.3.1传感器的选择
l）烟感传感器简介
烟感探测器可以分为离子感烟探测器和光电感烟探测器,.烟感传感器是火灾报警系统的重要组成部分，具有非常好的预警功能,它是整个系统正常运行的关键。
当有火灾时，它会把火灾产生的烟雾非电量信号转变为电量信号送给单片机控制器。
其特点是模拟量传输，跟随非电量参数的变化而变化[16]。
以下对几种常见烟感传感器作一介绍.
（a）半导体烟雾传感器（半导体气敏传感器）
半导体烟雾传感器一般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和用半导体器件制作的烟雾传感器。
半导体烟雾传感器的原理是:
气体在半导体表面的氧化和还原反应导致敏感元件阻值变化。
半导体烟雾传感器一般可分为电阻式和非电阻式。
当气敏元件接触到气体时，半导体的阻值会发生变化，利用传感器输出端阻值的变化来测定或控制气体的有关参数，这种类型的传感器称为电阻式半导体气敏传感器；
当ＭＯＳ场效应管在接触到气体时，场效应管的电压将随周围气体状态的不同而发生变化，利用这种原理制成的传感器被称为非电阻式半导体气敏传感器。
（b）接触燃烧式传感器
原理:
当易燃烟雾接触这种被催化物覆盖的传感器表面时会发生氧化反应而燃烧。
接触燃烧式气体传感器的检测元件一般为铂金属丝（也可表面涂铂、钯等稀有金属催化层），使用时对铂丝通以电流，保持300℃～400℃的高温，此时若与可燃性气体接触，可燃性气体就会在稀有金属催化层上燃烧，因此铂丝的温度会上升，铂丝的电阻值也上升；
通过测量铂丝的电阻值变化的大小，就知道可燃性气体的浓度。
使用接触燃烧式传感器，其最大的缺点是探头很容易发生阻缓和中毒现象。
一般在连续使用两个月后应对该传感器进行维护。
这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。
（c）电化学传感器
电化学传感器由膜电极和电解液封装而成。
电化学气敏传感器原理:
利用液体（或固体、有机凝胶等）电解质，其输出形式可以是气体直接氧化或还原产生的电流，也可以是离子作用于离子电极产生的电动势,即烟雾浓度信号把电解液分解成阴阳带电离子，通过电极将信号传输出。
它的优点是：
反映速度快、准确、稳定性好、能够定量检测，但寿命较短（大约两年）。
它主要适用于毒性烟雾检测。
目前国际上绝大部分毒气检测采用该类型传感器。
（d）高分子烟雾传感器
高分子烟雾传感器最近几年发展很快。
高分子气敏元件在遇到特定烟雾时，电阻、介电常数、材料表面声波传播速度和频率、材料重量等物理性能会相应发生变化。
高分子气敏元件由于具有易操作性、工艺简单、常温选择性好、价格低廉、易与微结构传感器和声表面波器件相结合，在检测毒性烟雾和食品鲜度等方面具有重要作用。
高分子烟雾传感器灵敏度高，选择性好，且结构简单，能在常温下使用，可以弥补其它烟雾传感器的不足。
（e）离子感烟传感器
离子感烟传感器对于烟雾气颗粒检测很有效，可测烟雾粒的直径范围为0.03um-10um,它在内外电离室里面有放射源镅241。
它会使两极板间空气分子电离为正、负离子，使原来不导电的空气带电。
当火灾发生时，正离子和负离子被吸附到烟雾粒子上，使正、负离子相互中和的概率增加，这样烟雾粒子浓度大小可以以电流变化量大小表示出来，实现对火灾参数的检测。
（g）光电式感烟传感器
光电式感烟传感器由光源、光敏元件和电子开关组成。
正常情况下,光源发出的光，通过透镜射到光敏元件上，使电路维持正常，如果有烟雾，到达光敏元件上的光就显著减弱，光敏元件根据光强弱的变化变成电的变化，光电式感烟探测器发展很快，种类不断增多，就其功能而言，它能实现早期火灾报警，除应用于大型建筑物内部外，还特别适用于电气火灾危险性较大的场所，如计算机房、仪器仪表室和电缆沟、隧道等处。
（2）温度传感器
温度传感器一般分为定温式和差温式。
温度传感器只有在温度发生较为大的变化时才能检测到，而温度突然升高时火灾已经发生，火苗已经出现，所以温度传感器检测不适用于火灾发生的早期，但可在火灾发生时烟雾较少时再次报警，它往往感测的范围较小，一般安装在不宜安装感烟探测器的区域。
这里就不一一介绍了。
2）烟感传感器的选择
本设计中烟感传感器采用的是离子型感烟传感器，它的内部有微量的放射性物质媚（Am）241，由于金属电极覆盖着传感器，所以放射物质不会泄露。
它对灰白、白色和黑色烟雾都比较敏感，最大不足是受环境湿度对它影响比较大。
NIS-09C传感器的功耗比较低也普遍适用,灵敏度也比较高。
NIS-09C离子烟雾探测器探测到的是烟雾浓度模拟量，烟雾浓度p和输出电压v之间是近似线性的关系，其特性曲线方程：
v=-0.3p+5.6。
3）温度传感器
温度探测器使用的是集成温度传感器LM94022，因为它工作电压低且工作电压范围宽，又能与模数转换器配合使用。
该传感器属于高精度模拟输出CMOS温度传感器，其主要特性如下：
（1）工作电压低，在1.5V电压下就可工作；
且工作电压范围宽，是1.5—5.5V；
（2）静态电流小
（3）末级为推挽输出，输出电压与感测的温度成反比，确保
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