基于单片机的智能火灾报警系统的设计.docx
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基于单片机的智能火灾报警系统的设计
DesignOfIntelligent Fire Alarm SystemBasedOn SCM
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基于单片机的智能火灾报警系统的设计
目录
摘要 I
Abstract II
第1章绪论 1
1.1论文研究背景 1
1.2研究现状 1
1.3论文研究内容 2
第2章火灾报警系统分析 3
2.1系统整体分析 3
2.2系统工作原理 3
2.3监测器材研究 3
2.3.1烟雾传感器 3
2.3.2温度传感器 5
第3章硬件模块设计 6
3.1控制模块 6
3.2温度传感器模块 6
3.3烟雾传感器模块 7
3.4电源模块 8
3.5状态指示灯及蜂鸣器 9
3.6系统硬件电路原理图设计 9
3.6.1开发环境介绍 9
3.6.2硬件原理图设计 9
第4章软件程序设计 11
第5章软件仿真 13
结论 17
参考文献 18
攻读学士学位期间发表的论文和取得的科研成果 19
致谢 20
附录A程序 21
II
摘要
近些年来，因火灾造成的人民生命和财产损失的事件时有发生，对于火灾的防控情况不容乐观。
除了对于火灾隐患的排查和人们防灾减灾意识提升之外，利用科技手段对火灾进行实时监控报警十分必要而且非常有效。
国内外利用科技手段对大型企事业单位及商场等公共场所进行火灾实时监控报警的系统已经有一定应用，因此本论文综合分析目前监测手段和方式，专门针对家居和小型办公场所的智能火灾报警系统进行分析和研究。
使用烟雾传感器和温度传感器共同实时检测空气中的烟雾粒子和温度变化情况。
利用单片机接收两种传感器所传回数据，并进行比较分析。
当正常情况下显示绿灯；当有火灾情况时红色报警灯亮并且蜂鸣器响，形成声、光报警。
利用AltiumDesigner软件设计电路原理图，Keil软件对程序进行编写。
使用Proteus软件对电路原理图以及软件程序进行仿真，验证了电路原理图和软件程序实现设计要求，功能正常运行。
关键词：
火灾报警系统；传感器；单片机；仿真技术
Abstract
Inrecentyears,whentheeventoflossoflifeandpropertycausedbyfirehaveoccurred,forfirepreventionandcontrolsituationisnotoptimistic.Inadditiontothefirehazardinvestigationandtoenhancepeople'sawarenessofdisasterpreventionandmitigationoutsidetheuseoftechnologicalmeansoffireitisnecessaryforreal-timemonitoringandalarmingandveryeffective.Useoftechnologicalmeansathomeandabroadforlargeenterprisesandshoppingmallsandotherpublicplacesreal-timemonitoringoffirealarmsystemshasacertainapplication,sothispaperacomprehensiveanalysisofthecurrentmonitoringmeansandmethods,specificallyforhomeandsmallofficeintelligentfirealarmsystemanalysisandresearch.
Theuseofsmokeandtemperaturesensorstogetherreal-timedetectionofsmokeparticlesintheairandtemperaturechanges.BothsensorsuseMCUreceivesthereturneddata,andcomparativeanalysis.Undernormalcircumstances,whenagreenlight;whentherearefiresintheredwarninglightandbuzzer,theformationofsound,lightalarm.UseAltiumDesignersoftwaredesigncircuitschematics,Keilsoftwareprogramwritten.UseProteussoftwareschematics,andsimulationsoftwareprogramtoverifythecircuitschematicsandsoftwareprogramstoachievethedesignrequirements,functionproperly.
Keywords:
firealarmsystems;sensors;SCM;SimulationTechnology
II
第1章绪论
第1章绪论
1.1论文研究背景
随着我们日常生活逐渐富足和智能，家居及办公场所电子电器设备逐渐方便我们的生活和工作，把我们从以往复杂重复的劳动中解放出来。
但与此同时，由于不安全用电用火的原因，火灾隐患正悄悄威胁我们的人身及财产安全。
在1980-1989年，中国因火灾造成的损失达到3.2亿元；1990-1999年间，随着我国经济总量的增大，由火灾造成的损失增加到10.2亿元；进入21世纪后，由于火灾造成的损失更是达到惊人的程度。
据统计，在过去的2014年一年中，全国共接到火灾报警39.5万起，因灾死亡人数达到1817人，受伤1493人，直接经济损失达到43.9亿元。
冬春两个季节全国共发生火灾25万起，平均每天就有1374起；秋夏两季共发生14.5万起，平均下来一天之内就发生790起火灾[1]。
作为北方城市的哈尔滨，由于冬季漫长，春季大风干燥，更是容易产生火灾。
相比于我国的火灾死亡率，欧美及北美等发多国家，其因火灾的死亡人数较少，究其原因，于这些国家的人们消防意识强，建筑的火灾报警及消防设施完善有关。
与某些自然灾害相比，火灾具有一定的可防可控性。
火灾的发生，是可以避免和监测的，如果人们提高防范意识，安装高性能的火灾报警系统，就可以尽可能的避免和减少火灾的发生，以及其对人身财产的伤害[2]。
1.2研究现状
由于欧洲和北美地区经济发展起步较早，科技发展迅速，因此其在火灾报警系统方面的研究也较早，瑞士在20世纪40年代就发明了电子烟感传感器。
国外发达国家，其在人们的消防意识，火灾的防控，报警，扑救以及灾后处理等方面，都形成了完整的消防体系[3]。
政府会投入大量资金，定期用于火灾预警，消防设备，以及救灾人员培训，现有设备的维护和保养等。
一些信息化及工业化程度较高的发达国家还将每个火灾防控的最小单元设置有火灾报警专用传感器，并且将火灾报警终端的信号采集与计算机网络相连接，从而可以对火灾自动进行监测，报警，及处置。
这些火灾报警及处置系统主要应用于火灾隐患大，安全敏感的区域，并且使用专用的定制化系统，不仅成本较高价格昂贵，而且兼容性较差，对于系统维护保养人员要定期进行专业培训，不利于民用场合。
虽然我国在火灾报警系统上起步较晚，但由于近些年来经济发展迅速，科技水平不断提高，由市场驱动的火灾报警系统逐渐成为朝阳产业。
火灾报警系统的发展历程从逐步摸索，到仿制国外产品，到目前自主研发，虽然发展时间比国外短得多，但科技水平与国外技术差距越来越小，并且根据我国市场需求特色，有针对性的开发适合我国国情的火灾报警系统。
目前对于国内大型的商场及办公场所，在建设过程中将火灾报警及处置系统作为建筑设计中的一部分，其应用已经达到世界先进水平。
但作为家居及小型办公场所，火灾报警系统的应用依然属于空白状态。
其原因除了有人们防火意识耽误，对灾害的预见和重视程度不够外，成本较高，系统复杂程度不适合家居及小型办公场所也是重要原因。
因此本文主要针对家居及小型办公场所，开发基于单片机的智能火灾报警系统，利用低成本的硬件环境及软件系统，最大效能的发挥火灾报警功能，添补家居及小型办公场所的火灾报警系统空白[4]。
1.3论文研究内容
本论文针对家居及小型办公场所，基于单片机技术及传感器技术，对智能火灾报警系统进行设计。
整个系统包括烟雾传感器模块，温度传感器模块，控制模块，状态显示模块，火灾报警模块等几部分。
本系统具有体积小，成本低，兼容性好，操作简单，实时监测和报警等优点。
论文主要工作及研究内容：
（1）提出基于单片机的智能火灾报警系统的整体设计，对传感器类型及特点进行分析和研究。
（2）根据智能火灾报警系统的整体设计方案，确定硬件功能模块，并具体设计原理图。
（3）针对系统设计要求，确定软件功能流程，编写程序代码。
（4）利用计算机仿真技术，使用PROTEUS软件对电路图及软件程序进行仿真分析。
17
第2章火灾报警系统分析
第2章火灾报警系统分析
2.1系统整体分析
本系统主要应用与家居及小型办公环境中。
不同于大型的专用集成火灾报警及处置系统，本系统立足于精准高效的对火灾进行监测及报警。
火灾报警系统首先是要对火灾进行有效准确的监测，由于火请发生时必然伴随着高温和浓烟情况，因此可以对温度和烟雾进行检测，从而判断是否有火情的发生。
大部分火灾发生时，并不是瞬间就形成完毕的，单独对烟雾或者温度进行监测并不能有效对火灾进行检测，因此需要同时对烟雾和温度进行监测。
对于传感器监测的结果，要能有效显示及告警，所以系统设计有状态告警灯来提示目前室内状态，并且当有火灾发生时，火灾报警器可以发出刺耳的告警声来提示人员火情发生。
对于系统的中央处理单元，我们采用51单片机[5]作为控制芯片。
2.2系统工作原理
图2.1智能火灾报警系统原理框图
通过传感器实时监测火灾隐患。
使用烟雾传感器及温度传感器，对室内环境进行实时监控。
将传感器数据返回到单片机内，对数据进行及时分析。
对于数据分析的结果，当都处于安全范围内，单片机通过状态指示灯提示目前室内状态安全，无火情；当检测到烟火传感器、温度传感器有任意一个数据达到或者超过预先设定的安全阀值，单片机即输出告警信息，状态指示灯提示有火情，并且发出告警音[6-9]。
2.3监测器材研究
2.3.1烟雾传感器
1、离子式烟雾传感器
从技术角度讲，离子式烟雾传感器是目前较先进的一种对烟雾敏感的传感器类型。
它的设计有内外电离室，其中包含放射性元素镅241作为放射源。
电离所产生的正离子以及负离子，在有电场的作用下，会分别向电场的正极以及负极方向移动。
当传感器所处环境无烟雾的情况下，传感器内部的电离室处于稳定状态，其电流和电压维持恒定。
一旦环境中有烟雾产生，烟雾产生的物质会窜入外电离室，会干扰由于电离产生的正离子和负离子的正常运动方向，所以其电流和电压无法维持稳定状态，破坏传感器电离室的内外平衡，于是传感器自带的无线发射器会发出告警信息，将信号传导到远处的检测主机，产生报警信息[10]。
2、光电式烟雾传感器
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