最新版变电站烟雾监测与报警器的设计毕业论文.docx

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最新版变电站烟雾监测与报警器的设计毕业论文

4变电站烟雾检测报警器的软件设计36

4.1AT89S51单片机调试及开发工具36

5实验误差分析41

谢辞44

附录46

附录1硬件电路图46

附录2PCB电路图47

附录3仿真图........................................................................................................................48

附录4单片机程序设计清单................................................................................................49

引言

当今，单片微型计算机技术迅猛发展，由单片机技术开发的智能化测控设备和产品广泛应用到各个领域，单片机技术产品和设备促进了生产技术水平的提高。

而在变电站的火灾烟雾故障监测报警系统正是单片机应用系统中的一种。

单片机应用系统由硬件和软件组成。

硬件是指单片机扩展的存储器、输入输出设备以及各种实现单片机系统控制要求的接口电路和有关的外围电路芯片或部件；软件是指单片机应用系统实现其特定控制功能的各种工作程序和管理程序。

只有系统硬件和软件紧密配合、协调一致，才可能组成高性能的单片机应用系统。

在单片机应用系统开发的过程中，应不断调整软、硬件，协调地进行软、硬件设计，以提高工作效率。

单片机应用系统的开发过程一般包括系统的总体设计、硬件设计、软件设计和系统调试几个阶段。

这几个系统开发阶段并不是相互独立、各自进行的，而应根据开发的实际需要，相互协调，交叉、有机的进行。

实现气体浓度检测离不开高性能的气体传感器。

从广义上讲，传感器就是能感受外界信息并能按一定规律将这些信息转换成可用信号的装置；狭义上讲，传感器就是能将外界信息转换成电信号的装置。

随着新技术和自动化的发展，传感器的使用数量越来越大，一切现代化仪器、设备几乎都离不开传感器。

在工业生产中，尤其是自动化生产过程中，用各种传感器来检测和控制生产过程中的各个参数，如温度、压力、流量、PH值等，以便使设备工作在最佳状态，产品达到最好的质量。

此次设计中所利用到的气体传感器就是要测量烟雾浓度的动态信号，并且利用数模转换芯片将浓度值转换为数字值，实现整个系统的检测与报警功能，实现智能控制。

本文的变电站烟雾监测报警系统就是单片机应用系统的一种典型应用，要求能够检测烟雾浓度，并且在气体浓度超过给定值时能实时报警。

由于火灾是变电站以及矿工企业常见事故，给人们生命财产安全带来了极大的危害。

为了能减少事故的发生，提醒人们注意，迫切地需要烟雾监测报警系统。

随着电子技术与计算机技术的发展，面对各种检测对象和大量的测试点，需要利用数据采集系统将多路被测量值转换成数字量，再经过单片机或微型计算机进行数据处理，实现实时检测。

而此时采用单片机来实现烟雾监测报警系统不仅具有采集控制方便、简单、灵活等优点，而且可以大幅度提高采集点的技术指标，从而大大提高系统的可利用性。

此次三路检测系统正是把ADC0809与AT89S51单片机有机的结合起来，也符合了本设计的要求。

1绪论

1.1课题背景

随着国民经济的发展，电力应用更加普遍，变电站在国民经济发展中起着不可或缺的作用，因此变电站的火灾报警防范系统显得尤为重要，现代火灾报警系统向着更加智能化的方向发展。

烟雾检测报警装置就是通过监测烟雾的浓度来实现火灾防范的。

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。

对于变电站的火灾报警防御系统要求更高，在变电站必须利用具有可靠性高、实时性好的火灾自动报警与消防系统。

1.2烟雾报警器的概述

火灾自动报警系统，一般由火灾探测器、区域报警器和集中报警器组成；也可以根据工程的要求同各种灭火设施和通讯装置联动，以形成中心控制系统。

即由自动报警、自动灭火、安全疏散诱导、系统过程显示、消防档案管理等组成一个完整的消防控制系统。

火灾探测器是探测火灾的仪器，由于在火灾发生的阶段，将伴随产生烟雾、高温度火光。

这些烟、热和光可以通过探测器转变为电信号报警或使自动灭火系统启动，及时扑灭火灾。

区域报警器能将所在楼层之探测器发出的信号转换为声光报警，并在屏幕上显示出火灾的房间号；同时还能监视若干楼层的集中报警器（如果监视整个大楼的则设于消防控制中心）输出信号或控制自动灭火系统。

集中报警是将接收到的信号以声光方式显示出来，其屏幕上也具体显示出着火的楼层和房间号，机上停走的时钟记录下首次报警时间性，利用本机专用电话，还可迅速发出指示和向消防队报警。

此外，也可以控制有关的灭火系统或将火灾信号传输给消防控制室。

首先我们应对国家标准规定的烟雾报警器的种类有所了解。

烟雾报警器可分为可燃气体检漏仪（简称“检漏仪”）,可燃气体报警控制器（简称“控制器”）、可燃气体探测器（简称“探测器”）、家用可燃气体报警器（简称“报警器”）四大系列产品。

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。

烟雾报警器的核心是气体传感器，俗称“电子鼻”。

当气体传感器遇到烟雾时，传感器电阻随燃气浓度而变化，随之产生电信号，供烟雾报警器后级线路处理。

经过电子线路处理变成浓度成比例变化的电压信号，由线性电路加以补偿，使信号线性化，经微机处理、逻辑分析，输出各种控制信号，即当烟雾浓度达到报警设定值时，烟雾报警器发出声光报警信号并可显示烟雾浓度或启动外部联运设备（如排风扇、电磁阀）。

选择一款优质的烟雾报警器，首先要选择质量过关的传感器。

质量不过关的传感器，一般16个月性能就下降，因而失去报警器的安全性，出现不报警或误报警现象，而一种好的传感器可连续使用十几年，特性也不会有什么变化。

但是，报警器中的其它电子元件的寿命都是有限，先进国家也规定燃气报警器的有效期最多为五年。

报警器都存在着检测误差，只有误差降低在5%以内这个报警器才符合使用要求。

这就要求了烟雾传感器性能必须符合这个条件，高精度的传感器是系统的灵魂。

气体传感器受湿度、温度的影响较大，在条件需要的时候应该采用温度、湿度补偿来提高测量精度[１]。

1.3课题研究的目的及意义

火灾对变电站的影响很大，因此设计出性能更加可靠，经济实惠的变电站烟雾监测报警系统已成为市场的需要。

目前，现有烟雾检测仪器主要是面对工矿企业或公共场所的检测，价格高昂，本次设计的优点在于：

（1）成本低廉并能对烟雾准确报警。

（2）该产品无需专业人员操作，只要放在合适位置，通电即可，连续使用、方便简捷。

（3）能有效检测烟雾浓度，观察更加直观，控制更加方便。

（4）能有效防止误动作，可靠性强。

（5）声光报警，更能引起人们的注意，观察直观。

1.4现状及特点

消防报警产品是一个系列产品，包括火灾探测设备、信息传输设备、报警分析控制器、消防控制联动。

是物理传感技术、自动控制、计算机技术、数据传输和管理、智能楼宇等技术的综合集成，属于高新技术。

依托中国多年的基本建设的发展，这个行业也得到发展，具备了和国外知名企业抗衡的能力。

在目前中国许多冠名以高新技术的行业中，中国企业大多做的是下游的制造和服务，分取极少一部分的利润，象消防报警产品那样又拥有自我知识产权，又拥有大量市场的行业其实是很少的。

在消防报警产品的技术含量上，国内产品和国外产品差距不是很大，许多指标已经超越，存在的问题是：

类似于国外消防报警产品的大批量规模化的生产才刚起步，有待于积累经验和技术；也因此在产品一致性和长期稳定性上有一些差距；国内正在形成权重的大型企业和集团，这样可以带领国内的各家企业去冲击海外市场，并最终占领海外的消防报警市场。

1.5发展趋势

二十多年前，中国的消防报警产品刚刚起步，无论产品技术含量、产品系列完整性、使用性，还是社会影响程度都是相当低的。

国外的产品和品牌一统天下，占领中国的大部分市场。

由于中国的建设正在飞速发展，市场大的惊人，难道这由中国发展带来的成果只能由外国企业来瓜分？

可幸的是中国企业抓住了机遇，顶住了挑战，先是一批国家的科研院所，后是一批国营企业、民营企业，业内也吸引和凝聚一大批国内的技术和管理精英，花了十多年时间，通过几次产品更新换代，就使自己的产品紧紧跟上了国际水平，并且夺回了大部分国内市场，使得现在大多国外产品只有招架之功，这是典型的自力更生，走自己的路。

当然目前而言，我们基本占据的是国内市场，对外还刚启动。

中国企业正虎视眈眈，准备进军海外市场[6]。

1.6系统的设计任务

本文利用单片机电路制作变电转火灾烟雾故障监测报警系统。

设计过程中关键的两个部分：

系统硬件的设计和控制软件的编写。

这也是在设计过程中需要解决的关键的问题。

（1）硬件任务

单片机变电站火灾烟雾故障监测报警系统的硬件主要有3大部分，即浓度检测和显示模块、主控模块和报警模块。

浓度检测模块主要由半导体气体传感器MQ-2和ADC0809组成，它们是整个系统中关键的元件；显示部分由LCD1602组成。

主控模块由单片机及其相关软件组成，由程序对单片机进行控制。

报警模块主要由发光二极管和蜂鸣器等组成，这个模块是在浓度超过报警限的时候进行报警处理。

硬件的设计需要单片机、模电及其数电的相关知识。

在解决这一问题的过程中，需要查阅大量资料，结合所学知识，向老师获取帮助。

（2）软件任务

它的软件设计主要包括主程序和中断处理两大部分：

主程序要完成I/O口，定时器的初始化及对中断输入的设定，然后延时使传感器进入稳定工作状态，等待定时器的中断；中断处理程序根据具体情况需要有相应的子程序。

要对程序进行多次调试，分块编程。

对各个子程序块所解决的问题要相当明确。

最后在制作完成硬件电路板后要调试出设计要求的功能。

2变电站烟雾检测报警器的方案设计

系统设计就是根据题目的要求而对硬件和软件进行规划，并选择最合适的硬件电路和软件程序来达到目的。

硬件设计是通过对设计要求的分析，对各种元器件的了解，而得出分立元件与集成块的某些连接方法，以达到设计的功能要求。

并且把这些元器件焊接在一块电路板上。

它包括对各种元器件的功能和接法的了解，以及对各种元器件的选择和设计方案的选择。

软件设计是分析设计的硬件用程序实现其功能，并且调试优化产品功能。

2.1设计要求

设计的监测报警系统应实现如下功能：

系统能检测三个不同位置的烟雾浓度，把检测到的信号送单片机处理，处理过的数据送显示器显示，在烟雾浓度达到设置值时系统启动声光报警，实现串口通信功能。

2.2烟雾检测报警器设计思路

本设计拟按以下思路展开研究：

（1）根据该设计要实现的基本功能，设计大致应该分为信号采集放大，信号处理控制，系统报警三个部分。

①信号采集部分即通过气体传感器检测气体浓度，将这种变化量转化成电压模拟量的变化，然后通过运放进行必要的放大。

②信号处理部分是将采集到的模拟信号转换成数字信号，送入控制器进行处理，并将处理过的信号送显示器显示。

③系统报警部分是通过预定控制方式并利用蜂鸣器和发光二极管报警实现系统的准确操作。

（2）依据上面所说的思路，得到如下一些基本的结论：

①信号采集部分为了能准确采集到气体浓度的变化应选用半导体气体传感器，为使其有效的检测烟雾浓度，采用电阻型半导体气体传感器；而放大部分使用运放进行放大。

②信号处理部分为了实现精确控制，采用单片机较为合适。

将模拟信号送A/D模块进行模数转换，然后送到单片机，经过处理后送显示器显示。

③系统设置报警部分可以考虑采用蜂鸣器和发光二极管报警

根据对上面设计系统的分析，我们得到该设计思想框图如下图2-1所示：

图2-1思想框图

将上述设计思想结合设计要求总结为：

单片机电路制作变电站火灾烟雾故障监测报警系统对三个不同位置的烟雾浓度进行监测；烟雾