基于单片机的火灾报警系统设计电子与通信工程文档格式.docx
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一、
火灾报警系统整体方案设计
（一）火灾产生原理及进程
火灾发生时液体或固体先蒸发成蒸汽或分解出可燃气体（如CO、H2等）的分子团、灰烬和未燃烧的物质颗粒悬浮在空气中，可燃气体与空气混合，在较强火源作用下产生预混燃烧。
着火后，燃烧产生的热量使液体或固体的表面继续放出可燃气体，并形成扩散燃烧。
同时，发出含有红、紫外线的火焰，散发出大量的热量。
这些热量通过可燃物的直接燃烧、热传导、热辐射和热对流，使火从起火部位向周围蔓延，致使了火势的扩大，形成火灾。
其中的气溶胶、烟雾、火焰和热量都称为火灾参量，通过对这些参量的测定即可肯定是不是存在火灾。
总的来讲，普通可燃物在燃烧时表现为以下形式：
第一是产生燃烧气体，然后是烟雾，在氧气充沛的条件下才能达到全数燃烧，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。
起火进程中，起初和阴燃两个阶段所占的时刻比较长，虽然产生大量的烟雾，可是环境温度不太高，若探测器就应该从此阶段开始进行探测，就可以够火灾损失控制在最小限度。
火焰燃烧后，迅速蔓延，产生大量的热使得环境温度升高，若是能将这时能够探测到有效地温度值，就可以够比较及时地控制火灾。
起火进程曲线如图1所示。
图1起火进程曲线
（二）系统整体方案设计
一、系统整体功能概述
火灾报警系统一般由火灾探测器、报警器组成。
火灾探测器通过对火灾发出的物理、化学现象——气（燃烧气体）、烟（烟雾粒子）、热（温度）、光（火焰）的探测，将探测到的火情信号转化成火灾电信号传递给火灾报警控制器。
报警器将接收到火灾信号后经分析处置发出报警信号，警示消防控制中心的值班人员，并在屏幕上显示出火灾的位置。
整体电路的框图如图2所示：
图2系统原理及组成框图
二、系统硬件整体构架
报警系统主要由数据收集模块、单片机控制模块、声光报警模块组成。
图3为火灾报警系统的结构框图
图3系统结构框图
本系统先通过传感器（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），使之知足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，单片机判断现场是不是发生火灾。
若是发生火灾，系统以声光的形式报警。
本文设计的用于小型防火单位的单片机火灾报警系统具有以下特点:
（1）异样报警功能。
当烟雾浓度过大或是温度较高时，能发出异样报警信号，引发人们注意，尽可能避免火灾的发生。
（2）能对室内烟雾（CO2,CO）及温度突变进行报警,具有声、光双重报警功能。
（3）火灾报警功能。
一旦真出现火灾（烟雾和温度同时出现异样）时，能当即发出语音、光火灾警报。
本系统安全靠得住,误报率低。
且由于其体积小、操作保护方便、本钱低廉等,具有广漠的应用前景。
（4）系统故障报警功能。
当系统出现硬件故障时，能发出故障报警信号.
电路原理图见附录一。
3、系统软件整体构架
为了便于系统保护和功能扩充，采用了模块化程序设计方式，系统各个模块的具体功能都是通过子程序挪用实现的。
本系统主要包括数据收集子程序、火灾判断与报警子程序等。
为了降低误报率，系统采用多次收集、多次判断的方式。
每次数据收集后按照取得的数据对现场情形进行判断，然后综合多次判断结果做出最终的火情判断。
主程序是一个无穷循环体，其流程是：
第一在上电以后系统的各部份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，第二是对芯片内的程序进行初始化，接下来执行火灾报警系统中的数据收集任务，数据通信赖务和查询判断任务。
总程序见附录二。
三、火灾报警系统硬件设计
（一）单片机控制系统
AT89C51提供以下标准功能：
4k字节Flash闪速存储器，128字节内部RAM，32个I/O口线，两个16位按时/计数器，一个5向量两级中断结构，一个全双工串行通信口，片内振荡器及时钟电路。
同时，AT89C51可降至0Hz的静态逻辑操作，并支持两种软件可选的节电工作模式。
空闲方式停止CPU的工作，但允许RAM，按时/计数器，串行通信口及中断系统继续工作。
掉电方式保留RAM中的内容，但振荡器停止工作并禁止其它所有部件工作直到下一个硬件复位。
其各管脚功能如下。
VCC：
供电电压。
GND：
接地。
P0、P一、P2口用作I/O接口。
P3口也可作为AT89C51的一些特殊功能口，如下：
RXD（串行输入口）
TXD（串行输出口）
/INT0（外部中断0）
/INT1（外部中断1）
T0（记时器0外部输入）
T1（记时器1外部输入）
/WR（外部数据存储器写选通）
/RD（外部数据存储器读选通）
P3口同时为闪烁编程和编程校验接收一些控制信号。
RST：
复位输入。
当振荡器复位器件时，要维持RST脚两个机械周期的高电平时刻。
ALE/PROG：
当访问外部存储器时，地址锁存允许的输出电平用于锁存地址的低位字节。
在FLASH编程期间，此引脚用于输入编程脉冲。
在平时，ALE端以不变的频率周期输出正脉冲信号，此频率为振荡器频率的1/6。
因此它可用作对外部输出的脉冲或用于按时目的。
但是要注意的是：
每当用作外部数据存储器时，将跳过一个ALE脉冲。
如想禁止ALE的输出可在SFR8EH地址上置0。
现在，ALE只有在执行MOVX，MOVC指令是ALE才起作用。
另外，该引脚被略微拉高。
若是微处置器在外部执行状态ALE禁止，置位无效。
/PSEN：
外部程序存储器的选通信号。
在由外部程序存储器取指期间，每一个机械周期两次/PSEN有效。
但在访问外部数据存储器时，这两次有效的/PSEN信号将不出现。
/EA/VPP：
当/EA维持低电平时，则在此期间外部程序存储器（0000H-FFFFH），无论是不是有内部程序存储器。
注意加密方式1时，/EA将内部锁定为RESET；
当/EA端维持高电平时，其间内部程序存储器。
在FLASH编程期间，此引脚也用于施加12V编程电源（VPP）。
XTAL1：
反向振荡放大器的输入及内部时钟工作电路的输入。
XTAL2：
来自反向振荡器的输出。
振荡器特性:
XTAL1和XTAL2别离为反向放大器的输入和输出。
该反向放大器能够配置为片内振荡器。
石晶振荡和陶瓷振荡都可采用。
如采用外部时钟源驱动器件，XTAL2应不接。
有余输入至内部时钟信号要通过一个二分频触发器，因此对外部时钟信号的脉宽无任何要求，但必需保证脉冲的高低电平要求的宽度。
单片机引脚及最小系统如图5：
图5芯片及连接图
（二）数据收集
一、AD590温度传感器
要准确地进行火灾报警，选择适合的温度和烟雾传感器是准确报警的前提。
综合考虑各因素，本文选择集成温度传感器AD590和气体传感器TGS202用作收集系统的敏感元件。
AD590是电流型温度传感器，他的输出同绝对温度成正比，即1μA/k，而数模转换芯片ADC0809的输入要求是电压量，所以在AD590的负极接出一个1kΩ的电阻R和一个100Ω的可调电阻W，将电流量变成电压量送入ADC0809。
通过调节可调电阻，即可在输出端VT取得与绝对温度成正比的电压量，即10mV/K。
示用意如图6所示
图6AD590温度传感器
AD590有以下特点：
（1）AD590的测温范围-55℃～+150℃。
（2）AD590的电源电压范围为4V-30V。
电源电压可在4V-6V范围转变，电流转变相当于温度转变1K。
AD590能够经受44V正向电压和20V反向电压，因此器件反接也不会损坏。
（3）输出电阻为710MΩ；
（4）精度高。
AD590共有I、J、K、L、M五档，其中M档精度最高，在-55℃～+150℃范围内，非线形误差±
℃。
二、TGS202气体传感器
火灾中气体烟雾主如果CO2和CO。
TGS202气体传感器能探测CO2,CO,甲烷、煤气等多种气体当TGS202探测到CO2或CO时,传感器的内阻变小,VA迅速上升。
选择适当的电阻阻值,使适当气体浓度达到必然程度时,VA端取得适当的电压。
示用意如图7
图7TGS202气体传感器
3、电路连接
图8数据收集电路
（三）ISD1420语音芯片
一、ISD1420各引脚及其功能介绍
引脚及连接如图9所示。
图9ISD1420引脚连接图
电源（VCCA，VCCD）：
芯片内部的模拟和数字电路利用不同的电源总线，而且别离引到外封装上，如此可使噪声最小。
模拟和数字电源端最好别离走线，尽可能在靠近供电端处相连，而去耦电容应尽可能靠近芯片。
地线（VSSA，VSSD）：
芯片内部的模拟和数字电路也利用不同的地线，这两个脚最好在引脚焊盘上相连。
录音（/REC）：
低电平有效。
只要/REC变低（无论芯片处在节电状态仍是正在放音），芯片即开始录音。
边沿触发放音（/PLAYE）：
此端出现下降沿时，芯片开始放音。
电平触发放音（/PLAYL）：
录音指示（/RECLED）：
处于录音状态时，此端为低，可驱动LED。
话筒参考（MICREF）：
此端是前置放大器的反向输入。
当以差分形式连接话筒时，可减小噪声，提高共模抑制比。
自动增益控制（AGC）：
AGC动态调节器整前置境益以补偿话筒输入电平的宽幅转变，使得录制转变专门大的音量（从耳语到喧哗嚣声）时失真都能维持最小。
模拟输出（ANAOUT）：
前置放大器输出.前置电压增益取决于AGC端的电平。
模拟输入（ANAIN）：
此端即芯片录音的输入信号。
对话筒输入来讲，ANAOUT端应通过外接电容连至本端。
喇叭输出（SP+、SP-）：
这对输出端能驱动16Ω以上的喇叭。
单端使历时必需在输出端和喇叭间接耦合电容,而双端输出既不用电容又能将功率提高4倍。
录音时,它们都呈高阻态;
节电模式下,它们维持为低电平。
外部时钟（XCLK）：
此端内部有下拉元件，不历时应接地。
输入时钟的占空比无关紧要，因为内部第一进行了分频。
地址（A0~A7）：
地址端有两个作用，取决于最高（MSB）两位A7、A6的状态。
二、语音段的寻址
语音芯片与单片机的连接，常通过串行口来实现，串行口也能够通过辅助电路分时多用。
概念好串行口的工作方式（串行口控制寄放器SCON字节地址为98H，可位寻址），当由按键输入或其它需要语音输出时，串行口向CPU申请中断，响应中断后，CPU即能够从串行数据中识别出语音段编号，输出语音信号。
发送结束，中断由软件清零。
（四）A/D转换
在单片机控制系统中，控制或测量对象的有关变量，往往是一些持续转变的模拟量，可是大多数单片机本身只能识别和处置数字量，因此必需通过A／D转换，才能够实现单片机对被控对象的识别和处置。
A/D转换电路采用了常常利用的8位8通道数模转换专用芯片ADC0809芯片引脚如图10所示。
D7-D0：
8位数字量输出引脚
IN0-IN7：
8位模拟量输入引脚
VCC：
+5V工作电压
GND：
地
REF（+）：
参考电压正端
REF（-）：
参考电压负端
START:
A/D转换启动信号输入端
ALE：
地址锁存允许信号输入端
图10ADC0809引脚及连线图
（五）数码管显示
数据收集进来并被成功地由模拟量转化为数字量后，就被传送到系统的显示模块，让人们更直接地观察到相关数据。
在本系统中，对LED进行的是动态扫描，除给显示器提供段的输入之外，还要对显示器进行位控制。
本系统显示用的4位七段数码管由数码管专用驱动芯片ICM7218A驱动，别离接数码管的a、b、c、d、e、f、g，DIGIT一、DIGIT二、DIGIT3、DIGIT4为位选，别离控制4位数码管的亮灭，ID0-7为数据线，接单片机P0口.WRITE、MODE是写控制位和模式控制位，别离接单片机、。
连接图如图11所示：
图11数码管显示电路
四、火灾报警系统软件设计
（一）主程序
为了便于系统保护，在火灾报警系统的软件设计中采用了模块化程序设计方式，系统各个模块的具体功能都是通过子程序挪用实现的。
既使得程序结构清楚，又便于以后进一步扩展其功能。
本系统主要包括主程序、温度烟雾数据收集子程序、火灾判断与报警子程序等。
系统程序流程图如图12所示。
图12系统程序流程图
第一在上电以后系统的各部份包括单片机输出输入端口的设置、数据存储电路、外围驱动电路等完成初始化，接下来执行火灾报警系统的数据收集程序、火灾判断、报警程序。
系统初始化后，80C51的为低电平，、、、为高电平，所以只有绿灯亮，红灯、黄灯不亮，蜂鸣器不报警。
（二）主程序初始化流程图
主程序初始化流程图如图13所示。
这部份实现的功能包括各类I/O输入输出状态的设定、寄放器初始化、中断使能等。
第一设定按时器工作方式，然后开系统中断，以便响应中断按时，及时对气体浓度和温度进行采样。
然后关闭蜂鸣器，开启绿灯，设置报警限初值。
图13初始化流程图
（三）数据收集子程序
数据收集是火灾报警系统中的重要环节。
为了降低误报率，系统设计时对温度烟雾采用了两次收集、两次判断的方式。
每次收集温度烟雾数据后，将数据存入单片机的寄放器，然后在火灾判断程序中，将收集的数据与设定的阈值进行比较，判断现场是不是发生火灾。
具体流程是：
系统和程序初始化后，驱动ADC0809的IN0对温度信号进行A/D转换，单片机同意转换好的数据，存入寄放器，由INT1中断服务程序完成；
系统延时10ms，驱动ADC0809的IN1对烟雾信号进行A/D转换，转换完成后存入寄放器。
系统延时50ms，进行第二次温度烟雾信号收集，将转换好的数据存入寄放器中。
单片机每次驱动A/D转换后等待外部中断1，当ADC0809的EOC端变成1时，即中断到来，说明A/D转换已经完成，通过中断服务程序读取转换取得的数据。
由于设计采用的是模块化设计，系统实现报警功能是通过挪用子程序实现的。
在数据收集子程序中，一次温度烟雾信号收集延时10ms，是让ADC0809预备好进行下一次信号转换。
当系统收集2次温度烟雾信号后，转换好的数据存入单片机的寄放器中，系统再挪用火灾判断子程序。
流程图14如图所示
图14数据收集流程图
系统对温度和烟雾进行了两次数据收集与判断，每次信号收集后按照取得的数据与设定的阈值比较，当温度≥57℃，温度异样，置寄放器变量a为1，不然为0；
当烟雾浓度≥％，烟雾浓度异样，置寄放器变量b为1，不然为0。
综合两次温度烟雾信号的收集，按照温度和烟雾的寄放器变量a和b的状态，判断现场情形：
2个寄放器变量均为0，表示情形正常；
2个中仅有1个为1，表示情形异样；
2个均为1，表示有火灾发生。
系统对现场进行报警判断后，距离20s后（通过系统的延时程序实现），再一次收集现场的温度烟雾信号进行判断，即每一次语音报警持续20s，直到系统做出下一次判断结果。
当系统状态为00时，表示正常，80C51的口变成低电平，绿灯亮；
当系统状态为01或10时，表示异样，口变成低电平，口变成低电平，黄灯亮，蜂鸣器报警；
当系统状态为11时，表示发生火灾，P24口变成低电平，口变成低电平，红灯亮，蜂鸣器报警。
总结
火灾报警器可保障生命与财产安全，尽可能避免火灾和爆炸事故和煤气中毒的发生，它是防火、安全生产所必备的仪器，具有广漠的市场空间与进展前景。
本论文是在对烟雾、温度传感器和报警技术进行深切研究的基础上，全面比较国内外同类产品的技术特点，合理地肯定系统的设计方案，并对仪器的整体设计和各个组成部份进行了详细的分析和设计。
这次毕业设计在老师和同窗的帮忙下通过我自己的尽力，终于实现了预期的功效，这篇论文灌注了我自己很多的心血，在没有做毕业设计以前感觉毕业设计只是对这几年来所学知识的单纯总结，可是通过这次做毕业设计发觉自己的观点有点太片面。
毕业设计不仅是对前面所学知识的一种查验，而且也是对自己能力的一种提高。
综合利用了许多知识，这次毕业设计使我明白了自己原来知识还比较欠缺。
自己要学习的东西还太多，也使我学到了太多的东西。
通过这次设计，加倍深切的理解和掌握了这方面的知识，对本专业的熟悉也加倍深切，使自己对本专业加倍的酷爱，对几年的学习做了进一步的总结，加倍明确了自己以后进展的目标和方向。
在设计进程中，自己也学到了许多新的知识，有很多感悟和体验心得。
而且，对工程设计的流程和步骤有了清楚的熟悉，为自己往后的学习和研究打下了坚实的基础。
可是也存在很多的不足。
由于电源的波动，传感器的电气特性等问题，使得A/D转换结果有时波动专门大，如此就可能出现误报警。
由于上述缺点的存在,此系统不是很完善，还有待进一步改良。
致谢
毕业设计能够完成，我的指导老师吴老师给了我极大的帮忙与支持。
没有吴老师的催促指导我的论文很难完成。
还有，人要不断的同意新知识，学习新知识，如此才能在以后的人生道路上顽强的走下去。
另外还要感激我的同窗们。
我对于单片机来讲，是个初学者。
所以，在设计的进程中，碰到很小的问题，都要劳烦同窗讲解。
在不断的接触中，加深了同窗之间的交流，他们给了我很多的建议和帮忙。
尤其在程序的编写方面，给了我专门大的帮忙。
特此感激！
通过本次设计，让我明白了很多。
最重要的是一个人若是无法独立完成一件情形，那么，同窗和朋友就是你的依托。
再次感激在设计中给我帮忙的老师和同窗！
参考文献
[1]刘训非,陈希/编著.《单片机技术及应用》.北京：
清华大学出版社2010
[2]王秋爽,曾昭龙/编著.《单片机开发基础与经典设计实例》.北京：
机械工业出版社2008
[3]沈卫红/编著.《基于单片机的智能系统设计与实现》.北京：
电子工业出版社2005
[4]辛友顺,胡永生,薛小玲/编著.《单片机应用系统设计与实现》.福建：
福建科学技术出版社2005
[5]卢艳军.《单片机大体原理及应用系统》.北京：
机械工业出版社，2005.
[6]周美娟等.《单片机技术及系统设计》.北京：
清华大学出版社，2007.
[7]永权.《单片机与家用电器智能化技术》.北京：
电子工业出版社,1995.
附录一：
系统电路
附录二：
源程序
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