单片机无线火灾报警系统设计.docx

单片机无线火灾报警系统设计.docx

《单片机无线火灾报警系统设计.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《单片机无线火灾报警系统设计.docx（37页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。

单片机无线火灾报警系统设计

哈尔滨学院本科毕业论文（设计）

题目：

基于单片机的无线火灾报警系统设计

院（系）：

理工学院

专业：

电子信息工程

年级：

2006级

姓名：

李喜巍

学号：

06042210

指导教师：

仲伟峰

职称：

教授

2010年6月19日

摘要1

Abstract2

前言3

第一章绪论5

1.1概述5

1.2国内外火灾报警系统发展与现状5

1.2.1国内火灾报警系统发展及现状6

1.2.2国外火灾报警系统发展及现状6

1.3国内外无线火灾报警系统发展趋势7

1.4课题研究的任务要求7

第二章系统硬件设计8

2.1单片机的选定8

2.2信号采集及前置放大电路10

2.3声音报警电路12

2.4数码管显示电路13

2.5状态指示灯及控制键电路13

2.6报警器故障自诊断电路14

2.6.1判断传感器电源连接情况14

2.6.2判断传感器信号端连接情况15

2.7烟雾检测器15

2.7.1烟雾检测器的设计思路15

2.7.2烟雾传感器的选型15

2.7.3烟雾传感器介绍16

2.7.4烟雾传感器的选定18

2.8烟雾检测器整体设计方案19

2.8.1烟雾检测器工作原理19

2.8.2烟雾检测器的结构19

2.8.3烟雾检测器的功能19

2.9通信模块设计20

2.10单片机与PTR2000接口电路的设计21

第三章系统软件设计21

3.1主程序设计及流程图21

3.2主程序初始化流程图22

3.3报警子程序设计及流程图23

3.4控制按键设计子程序及流程图25

3.5无线模块软件设计25

3.5.1PTR2000模块程序设计25

3.5.2串行无线通信协议设计26

3.5.3程序流程26

结论27

致谢28

参考文献29

摘要

随着“信息时代”的到来，作为获取信息的手段——传感器技术得到了显著的进步，其应用领域越来越广泛，对其要求越来越高，需求越来越迫切。

传感器技术已成为衡量一个国家科学技术发展水平的重要标志之一。

因此，了解并掌握各类传感器的基本结构、工作原理及特性是非常重要的。

为了提高对传感器的认识和了解，尤其是对烟雾传感器的深入研究以及其用法与用途，基于实用、广泛和典型的原则而设计了本系统。

本文利用单片机结合传感器技术以及无线通信技术而开发设计了这一无线火灾报警系统。

本文介绍了一种适用于多种公共场所的无线火灾报警系统。

针对现有的分布式火灾报警系统投资大、安装麻烦、工程量大等缺点，设计了一种基于单片机的无线火灾报警系统。

系统上位机采用AT89C51单片机作为主控芯片，可分为主控模块、存储模块、人机对话模块（包括数码管和键盘）和无线射频通信模块。

系统下位机以AT89C51系列单片机作为主控芯片，可分为主控模块、烟感探头以及无线射频通信模块。

该系统具有很好的可靠性和实时性，具有广泛的市场前景。

随着计算机技术和信息技术等高新技术的快速发展，无线火灾报警技术也得到迅速的推动。

无线火灾报警技术的应用范围是非常广泛的，更是与我们的生活及生命财产安全息息相关的。

本文综合运用无线通信技术，从系统的观点出发将分布式控制的思想应用到无线报警控制系统的设计之中，采用一台AT89C51系列单片机作为系统的上位机，下位机也采用了与上位机相同的AT89C51单片机。

上位机和下位机之间通过无线模块进行通讯，组成分布式智能消防报警控制系统。

该系统下位机的感烟探测器由感烟探测器经加装无线传输设备而成。

上位机的液晶显示界面要求提供良好人机对话界面，在故障和报警时提供相应的声光报警信号和数码管显示。

关键词：

火灾报警；AT89C51单片机；PTR2000；

Abstract

Asthe"informationage"tocome,asameansofaccesstoinformation-sensortechnologyhasbeensignificantprogress,itsfieldofapplicationisbecomingmoreandmorewidely,toitsbecomingmoreandmoreurgent,requirements.Sensortechnologyhasbecomeanationalscientificandtechnologicaldevelopmentlevelis.Therefore,understandingandmasteryofvarioustypesofsensorsforworksandcharacteristicisveryimportant.

Inordertoimprovetheawarenessandunderstanding,especiallyonsmokesensorresearchanditsusesandpurposes,basedonapractical,comprehensiveandtypicalprinciplesanddesignofthesystem.ThisMCUsensortechnologyandwirelesscommunicationtechnologyandthedevelopmentanddesignofthiswirelessfirealarmsystem.

Thisarticleintroducedonekindissuitableformanykindsofpublicplacewirelessfirealarmsystem.Forexistingdistributedfirealarmsysteminvestments,installationproblems,engineeringcapacityshortcomings,designedasinglewirelessfirealarmsystem.SystemusingAT89C51microcontrollerasmasterchip,canbedividedintothemastermodule,enclosure,interactivemodules（includingLCDandkeyboard）andradiofrequencycommunicationsmodule.ThesystemunittoAT89C51seriesmicrocontrollerasmasterchip,canbedividedintothemastermodule,smokedetectors,andwirelessRFcommunicationmodule.Thesystemhasaverygoodreliabilityandreal-timeperformance,withawiderangeofmarketprospectswithcomputertechnologyandinformationtechnologyandotherhigh-tech'srapiddevelopment,wirelessfirealarmtechnologyhasbeenrapidly.Wirelessfirealarmtechnologyisveryextensive,withourlivesandthelivesandproperty.

Thisarticleisacombinationofwirelesscommunicationtechnology,fromthepointofviewwillbedistributedcontrolconceptstowirelessalarmcontrolsystemdesign,withaAT89C51seriesofsingle-chipasasystemofPC,PLCorthehostcomputerthesameAT89C51microcontroller.Masterandslaveoverthewirelessmoduleforcommunication,distributedintelligentfirealarmcontrolsystem.Thesystemthesmokedetectorbysmokedetectorviawirelesstransmissiondevices.TheLCDdisplaystheinterfacerequiresagoodinteractiveinterface,infailureandanalertprovidesalarmingsignalsandLCDscreendisplays.

Keywords:

FireAlarm;AT89C51Microcontroller;PTR2000

前言

“火灾”，是指在时间或空间上失去控制的燃烧所造成的灾害。

在各种灾害中，火灾是最经常、最普遍地威胁公众安全和社会发展的主要灾害之一。

人类能够对火进行利用和控制，是文明进步的一个重要标志。

火，给人类带来文明进步、光明和温暖。

但是，失去控制的火，就会给人类造成巨大的灾难。

对于火灾，在我国古代，人们就总结出“防为上，救次之，戒为下”的经验。

随着社会的不断发展，在社会财富日益增多的同时，导致发生火灾的危险性也在增多，火灾的危害性也越来越大。

据统计，我国七十年代火灾年平均损失不到2.5亿元，八十年代火灾年平均损失不到3.2亿元。

进入九十年代，特别是1993年以来，火灾造成的直接财产损失上升到年均十几亿元，年均死亡2000多人。

消防作为一门独立的学科，专门研究如何预防和控制火灾的发生和蔓延，是很多领域的交叉点，已经融入了大量的计算机技术、电子技术、传感器技术以及现代自动控制技术。

在消防领域，研制自动化的消防报警控制系统是一个很有意义的课题。

自二十世纪四十年代瑞士西伯乐斯公司研制出第一只离子感烟探测器，并组建了世界上第一家生产火灾报警设备厂，火灾自动报警技术开始了真正有意义的推广和发展。

根据火灾自动报警技术的发展，通常把二十世纪八十年代初兴起的新一代报警系统称为“现代火灾自动报警系统”，把采用八十年代以前的技术生产的目前仍在使用的系统通称为“传统火灾自动报警系统”。

传统火灾自动报警系统几十年的发展和应用表明，只要不同类型的火灾探测器用于适宜的场所，经正确的安装并在合理的使用规则下运行，均可发挥其监视火情的重要作用，但是，在应用中它的不足之处很明显，主要有：

传统开关量火灾探测器报警判断方式缺乏科学性。

因为开关量火灾探测器的火灾判断依据仅仅是根据所探测的某个火灾现象参数是否超过其自身设定值（阈值）来确定是否报警，所以无法排除环境和其它的干扰因素。

也就是说，以一个不变的灵敏度来面对不同使用场所、不同使用环境的变化，显然是不科学的。

灵敏度选低了，会引起漏报或报警不及时，选高了容易产生误报警，通常均稍选高一点，宁可误报不可不报。

另外，由于探测器内部电路的漂移现象和元器件失效等因素，也会产生误报警。

据国外统计数据表明，误报与真实火灾报警之比达20∶1之多。

较高误报会使使用者对火灾报警系统失去信心，甚至关闭火灾报警系统。

传统火灾自动报警系统的功能少、性能差，不能满足发展需要。

比如：

多线制报警系统费线费工；电源功耗大；缺乏故障自诊断、自排除能力；无法识别报警探测器（地址编码）及探测器类型；不具备现场编程能力；不能自动探测重要组件的真实状态；不能自动补偿探测器灵敏度的漂移；当线路短路或开路时，系统不能采用隔离切断有故障的部分等。

随着我国现代化建设的发展，各种现代化楼宇对火灾报警系统提出了更高的要求。

大宾馆、酒店、商场、图书馆、博物馆、档案馆和办公楼等，无线火灾报警系统系统已成为必不可少的安保装置。

当今社会火灾的发生频率非常高，无论电器设备、装修材料、室内陈设都有可能引发楼宇火灾，导致人员伤亡和财产损失。

而火灾最容易发生在人群周围和物资密集的地方，损失尤以高层建筑最大，因此无线火灾报警系统报警系统技术，在智能楼宇中的应用最具代表性。

目前，分布式消防报警系统大多采用有线方式传输线路进行连接。

这样的连接方式投资大、安装麻烦、工程量大，特别在旧建筑中安装时，工序更是极为的麻烦。

而且是今天大多数的大宾馆、酒店、商场、图书馆、博物馆、档案馆和办公楼等外表看起来都要求美观，因此在安装设备时就要把线路隐藏在墙面内，这样的话工程量和投资都会陡然增加。

因此一种安全可靠、便于安装、投资少的分布式火灾报警系统更加符合市场的实际需要，也具有更大的市场空间。

因为它不仅可以减少很多不必要的消耗，还有利于节约资源，并可为环保作出一定的贡献。

而且现在的无线通信技术已经可以做到高速率、低功耗，这就大大降低了系统成本和施工成本，并且明显地降低了系统安装的难度。

而且系统具有比较良好的人机交互界面，绝大多数人都可以使用，所有监测点的情况都一目了然，简单方便，非常的实用。

随着时间的推移，无线火灾报警系统在这一行业中必将成为主流，成为这一行业当今发展的主要方向，按现在的发展趋势来看，它必将以绝对优势在激烈的市场竞争走在前列，因为它更符合当今世界人们的需要，顺应时代发展的潮流。

第一章绪论

1.1概述

火灾报警系统，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、高温格火光。

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。

1.2国内外火灾报警系统发展与现状

国内外火灾报警系统，从发展过程来看，大体可分为三个阶段。

第一阶段：

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），如驱动警铃等，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做出故障反应，安装此类系统比较繁琐，特别是校线工作量较大。

第二阶段：

总线型火灾自动报警系统。

这种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，探测器和模块均采用地址编码形式，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，此类系统可进行现场编程，并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，由于此类产品具有报警和控制功能，它的施工、安装较为方便，且价格较低，已被大量使用。

第三阶段：

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数字量，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。

1.2.1国内火灾报警系统发展及现状

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。

我国火灾报警系统起步较发达国家晚几十年，从上世纪七十年代我国才开始研制生产火灾报警系统产品。

进入八十年代后，国内主要厂家也多是模仿国外产品，或是引进国外技术进行生产，没有真正意义上的核心技术，并且市场也刚刚开始发育。

火灾报警产品真正发展是在九十年代以后，随着政府逐渐开放国门，国外企业开始大量进入中国消防市场，带来先进技术的同时也促进了市场的成熟。

这时期，我国生产火灾报警产品的企业也得到了快速发展，部分企业进行了合资生产、技术合作，取得了不菲的成绩，也造就了现今市场上许多有实力的商家，部分技术已接近或赶上了国际水平[8]。

通过几次产品更新换代，已经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。

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。

 我国消防电子产品企业在消防战线上不仅担负着生产更多更好的产品以满足社会经济发展的要求的任务，而且还担负着为广大消费者提供物质生活（消防产品）和文化（知识科技等）生活服务的“多重任务”。

面对国内市场国际化、国际市场国内化、市场竞争白热化的新形势，我国消防产品企业要跻进国际市场成为举足轻重的一员就必须加快向服务型企业转变的进程。

1.2.2国外火灾报警系统发展及现状

国外一些较发达的国家，具有火灾预防、报警、扑救、善后处理等比较完善的消防体系。

政府每年都要拨出大笔资金用于消防设备更新、人员培训以及消防设施维护。

德国、日本、美国等国家就采用计算机与用户终端的传感器或者用户终端信号采集器相连，对火灾自动报警设备实时监控以及故障远程传输。

例如：

美国、加拿大、英国、澳大利亚、日本等国家在建设和应用城市火灾自动报警监控系统方面均有可供借鉴的成功经验。

他们将自动火灾报警作为公共报警手段接入监控系统，并有效运行多年，使消防指挥中心能够快速准确判断火灾地点、火灾类型，并调度消防部队迅速到达现场，自动报警监控系统在此起到了很大的作用。

此外，这些国家在监控系统管理方面比较规范，专门成立一个监控服务机构，该机构的责任是保证火灾报警数据通信畅通，为用户服务，对用户负责，同时向消防部队传送可靠的火灾报警信息，而消防部门的主要责任是对此类服务机构进行资质审查及监督管理。

这种管理运作方式已经取得了良好的效果。

目前国外发达国家已逐渐形成一个集安防、消防、医疗救护为一体的安全保障行业。

安全技术防范行业真正形成行业规模是在第二次产业革命中即1950年-1971年，首先在美国、英国等国家形成，像ADEMCO（安定宝）；VICON（维康）；CHUBO（集宝）；AMERICADYNAMIC（A.D）等。

六十年代视频图像技术、七十年代计算机数字技术、八十年代生物识别技术以及九十年代国际互联网技术的应用，使安防行业得到快速发展。

现在世界各国都在致力于研究和开发能早期预报火灾的火灾探测方法和设备，如利用神经网络所具有的自学习和自适应等特点，就可以组成智能火灾探测系统，提高火灾探测系统的检出率，增进系统的可靠性。

1.3国内外无线火灾报警系统发展趋势

国内外火灾报警产品技术发展的特点如下：

智能化：

从传统型走向全总线智能型从根本上解决火灾报警系统的误报和漏报。

1994年以后所有的国际厂商产品先后升级换代为全总线智能火灾报警系统如瑞士西伯乐斯公司从CS100升级为S11；美国新普利斯从2120升级为4000；日本能美公司从R12升级为R21Z；日本日探公司从F-1升级为F-3，又如美国江森公司的2020，霍尼威尔公司的FS90，英国GENT的3400，英国ZITTON的ZP-5，德国安舍的8007／8，西门子公司的西格玛系统。

中国的生产厂商到90年代末也将原有产品不同程度的升级为智能产品，如海湾GST5000和GST8000，首安SL-M500和SL-D601南京盛华SH9400，利达LD128、国营262厂5800、6800、7800和9100，世宗ZN900和S2175，深圳市赋安AFN100，国泰怡安G5、G6、G7和GK603，狮岛SHIDAOSD2100BL，海拓普AHG9600，北京中科原电子仪器厂J3000，北京核中警HJ8000，清华同方消防TF9200，四川久远JF-998，依爱EI-2000 ，蓝天3100和5i，无锡市电子报警YZ80000，天津天利M2000、西安莱科思LK2000，东莞市方达电子FD21，南京亨利HTS8000、上海互易消防电子HY6200等例如JF-998系统其技术特点：

控制器采用积木式模块化设计，可以根据实际工程规模方便地增减；二总线上采用了先进的传输技术，包括电压和电流两种传输方式，并用对返回信号采用动态环境补偿措施从而提高了抗干扰能力，二总线的布线长度可以达到2000；在控制器各单元之间以及联网的多台控制器之间采用了内部和外部两个CAN总线进行连接；探测器采用软编址方式，取消了拨码开关，具有内置动态调零能力，能够自动修正环境造成的本底漂移；控制模块本身不需要除二总线以外的供电，可以与所控制的设备实现完全的电隔离（包括外控和设备动作回答），从而大大提高了控制模块的抗干扰能力等，这些技术与国际接轨，缩短了与国际先进的技术和产品的差距可见智能化是国内外厂商产品技术升级的主要标志。

线制：

从多线制走向全总线制便于设计、施工、布线管理。

联动：

从多线制的硬件组合走向全总线软件编程便于设计、施工、管理和现场维修。

可以明确认为，智能化和采用检索查询技术，使报警控制器走向联动型，是消防报警控制系统技术发展的必然趋势。

1.4课题研究的任务要求

本文设计的是一个基于单片机的无线火灾报警系统，要求能够通过对烟雾的检测进行火灾报警。

具体要求：

有效传输距离在100m以上，即在有效距离内能实现报警；程序跑飞或者死机时，系统能复位以使系统恢复正常运转；断电后仍然能够保存一些重要的历史信息数据。

第二章系统硬件设计

2.1单片机的选定

单片机是烟雾检测报警器的核心部件，一方面它要接收来自传感器的烟雾浓度的模拟信号和故障检测信号，另一方面要对两种信号分别进行处理，控制后续电路的相应工作；同时，查询是否有键按下的命令。

在单片机实现的功能中，将模数转换后的信号做数字滤波，再进行线性化处理，然后送LCD显示，这一过程的软件实现，需要单片机有较快的运算速度，使仪表监测人员能够观测到实时的烟雾浓度，并进行相应处理。

同时，在能够满足报警器设计的计算速度及接口数的要求的同类型单片机中，要考虑选择价格低廉且体积轻巧的机型，在保证了报警器的精确性、可靠性及抗干扰性的基础上，能够不提高成本，缩小体积。

如今市面上比较普遍的单片机有51系列与ST