基于单片机的火灾报警电路设计任务+开题+综述+设计.docx

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基于单片机的火灾报警电路设计任务+开题+综述+设计

任务书

电子信息工程

基于单片机的火灾报警电路设计

一、主要内容和基本要求

本设计是一个采用80C51单片机作编程控制器，实现对楼宇等封闭环境的火灾报警测量。

此仪器是一种性能价格比高的具有结构简单、精度高的智能仪表。

要求实现两种以上的测量手段综合测量，能够对温度、烟雾、火焰光电传感进行敏感测量，实现高可靠性安全性的火灾报警测量。

二、进度安排

毕业设计期限：

自2010年9月20至2011年5月初。

第一阶段（6周）：

分析任务，收集资料，系统总体方案设计，完成开题报告、文献综述、外文翻译。

第二阶段（10周）：

完成硬件电路设计并制作调试，软件程序设计，编写论文。

第三阶段（2周）：

继续完善设计作品，论文修改。

三、推荐文献资料

[1]陈涛，苏国锋，孙占辉，杨锐，袁宏永，基于光声气体滤波的早期火灾烟气测量方法[J]，实验力学，2005.7.

[2]锻九州，放大电路实用设计手册[M]．沈阳：

辽宁科学技术出版社，2002.5.

[3]杨立中，方伟峰，邓志华，陈晓军,火灾中的烟气毒性研究[J]，火灾科学,2001.

[4]ZJing,基于多通道自适应加权融合算法的火灾特征识别[J]，国外电子测量技术,2006.

[5]欧阳文主编.ATMEL89系列单片机的原理与开发实践[M].北京：

中国电力出版社，2007.6.

[6]汪琼燕，杨振坤，陈晓.可扩展的基于单片机的火灾监控系统研究.中国测试技术,2004.4.

开题报告

电子信息工程

基于单片机的火灾报警电路设计

一、课题研究意义及现状

火灾指的是在时间或空间上失去控制的燃烧所造成的灾难。

在各种灾难中，火灾可谓是屈一指，它是最经常而且最普遍地威胁公众安全和社会发展的主要灾难。

据统计，我国70年代火灾年平均损失不到2.5亿元，80年代火灾年平均损失不到3.2亿元。

进入90年代，尤其是1993年以来，火灾直接造成的财产损失上升到十几亿元，年均死亡2000多人。

火灾报警系统作为现代社会最基本的报警系统之一，它的存在是为了及早发现和通报火灾，防止和减少火灾的危害，保护人身和财产的安全，保卫社会注意现代化建设。

火灾报警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。

但是，目前国内厂家大多偏重于大型仓库、商场、高级写字楼等场所的大型火灾报警系统的研发，他们采用集中区域报警控制方式，这种系统复杂、成本高。

而在居民住宅区、办公室等小型防火单位，需要设置一种廉价实用的火灾自动探测报警装置。

因此，研制一种结构简单、价格低廉的语音数字联网火灾报警器是非常必要的。

二、课题研究的主要内容和预期目标

主要内容

本章主要阐述了火灾电路的设计方案，即传感器的选型和报警器的设计。

根据本设计要求及使用环境、成本等因素选用的MQ-2型半导体电阻式烟雾敏感器件。

并且从结构、功能、技术指标三方面对报警器进行了详细地论述，使其在较宽的温度范围工作，用于检测空气中烟雾或可燃性液体蒸汽的浓度。

这里使用宏晶科技新推出的STC12系列单片机，在KeilC51软件上使用C语言编程，进行火灾报警电路的设计。

三、课题研究的方法及措施

火灾电路设计中最重要的部分是烟雾检测报警器。

而它则是能够检测环境中的烟雾浓度，并具有报警功能的仪器，它的基本组成部分包括：

烟雾信号采集电路、模数转换电路、单片机控制电路。

报警器结构如图1所示。

烟雾信号采集电路一般是由烟雾传感器和模拟放大电路组成，将烟雾信号转化成模拟的电信号。

而模数转换电路将从烟雾检测电路送出的模拟信号转换成单片机可识别的数字信号后再送入单片机。

单片机对数字信号进行滤波处理，并对处理后的数据进行分析，如果数据结果大于预设值，则发出报警声音，反之则为正常状态。

为了可以让人方便地检测与监控，来观察环境中的可燃烟雾浓度值，可以将浓度值显示在屏幕中。

为了方便调节报警限度，可以加入按键来调整。

为了进一步完善报警装置，可加入光闪报警，引起人的注意。

另外火灾探测器在正常工作时可能会遇到各种干扰因素，而干扰因素主要有：

粉尘、潮气、电磁场、高速气流等。

因此针对这些情况，我们必须正确选定火灾侦测器的类型、以及按照有关的技术说明和规范正确安装与布线来减少干扰影响的关键。

再有，就是安装位置的确定。

我们可以通过放烟测试来确定探测器的正确安装位置，需要特别注意烟雾的流向及途经的路径。

整体这样就能确保探测器能有效并且迅速地探测到火灾的发生，而且也是避免干扰的有效途径。

图1可燃性气体检测报警器结构框图

四、课题研究进度计划

毕业设计期限：

自2010年10月20至2011年4月20日。

第1周—第2周：

分析任务，查阅硬件资料,研究该类产品的设计技术。

第3周—第4周：

熟悉C语的集成环境。

设计系统总体方案，完成开题报告、文献综述、外文翻译。

第5周—第6周：

系统总体方案设计，软件程序设计。

第7周—第8周：

撰写设计论文。

第9周—第10周：

系统调试并完善。

第11周—第12周：

设计作品完善，论文修改。

五、参考文献

[1]国家标准.火灾自动报警系统设计规范（GB50116）[M].北京：

中国计划出版社，1999，6.

[2]徐晓明，叶盛，胡洁.新型光电式烟雾传感器及应用[J].仪表气学报，2002，23：

22-24.

[3]赵英然主编.火灾报警与控制[M].北京：

中国建筑工业出版社，2003，1.

[4]盛建主编.自动消防报警系统[M].天津：

大学出版社，1999，1.

[5]火灾自动报警系统施工及验收规范[EB/OL]，[2010-11-19].

[6]火灾自动报警系统维护管理标准[EB/OL]，[2010-11-19].

[7]马伯颖著.火灾自动报警装置[M].北京：

原子能出版社，1979，5.

[8]郑强，么达主编.智能建筑设计与施工系列图集[专著]消防系统[M].中国建筑工业出版社，2002，10.

[9]张专成，武剑.一种数字化总线式火灾探测器-传感器技术[J].2003，22：

45-47.

[10]Tao.C.Hongyong.Y.Weicheng：

Thedevelopingfiredetectiontechnology.FireSafetyscience.2001，10

（2）：

108–112

[11]KeilSoftware，MacroAssemblerandUtilitiesUser’sGuide.KeilSoftware，2001.

毕业论文文献综述

电子信息工程

火灾报警系统设计综述

摘要：

文章首先简单介绍火灾探测器，然后介绍其在不同场合的应用，再到不同功能的需求及检查，再到不同系统的实现。

关键字：

智能识别；传感器

1引言

火灾自动报警系统即是为了及早发现和通报火灾，防止和减少火灾危害，保护人身和财产安全，保卫社会主义现代化建设。

火灾自动报警系统，由触发器件、人灭报答装置，火灾警报装置，以及具有其他辅助功能的装置组成，它是人们为了及早发现和通报火灾，并及时采取有效措施控制和扑灭火灾。

而设置在建筑物中或其他场所的一种自动消防设施、是人们同灾作斗争的有力工具。

2火灾探测器基本介绍

所谓的火灾探测器，就是指用来响应附近区域由于火灾产生的物理和化学现象的探测器件。

火灾探测器根据传感器的结构形式可分为两种[1]。

一种为点型火灾探测器，这种探测器是指响应一个小型传感器附近的火灾产生的物理和化学现象的火灾探测器件。

在一般建筑对象中所使用的火灾探测器，大部分是点型火灾探测器。

另外一种是线型火灾探测器，这种探测器是指响应某一连续线路附近的火灾产生的物理和化学现象的器件。

国际标准《火灾探测和报警系统》一书中对火灾探测器的定义如下：

火灾探测器是火灾自动报警系统的组成部分，它至少含有一个可以连续或以一定频率周期监视与火灾有关的至少有关适宜的物理和化学现象的传感器，而且至少可以控制和指示设备提供一个适合的信号，能否报火警或者操作自动消防设备可以由探测器或控制和指示设备作出判断。

我们可以根据不同的火灾探测方法来把火灾探测器划分为感烟式、感温式、感光式火灾探测器和可燃气体探测器，以及烟温、烟光、烟温光等复合式火灾探测器和多信号输出式火灾探测器如图2.1所示[2]。

图2.1火灾探测器的类型

3火灾探测器在不同的应用场合

火灾探测器的选用和设置，是构成火灾自动报警系统的重要环节，它是直接影响着火灾探测器性能的发挥和火灾自动报警系统的整体特性。

关于火灾探测器的选用和设置，必须按照国家标准《火灾自动报警系统设计规范》和《火灾自动报警系统施工、验收规范》等等有关的要求和规定执行[3]。

下面介绍一下各种场所应选用的火灾探测器：

厅堂、办公室、大会议室、值班室、娱乐室、接待室等、可采用灵敏度级别为中、低档且可延时工作的火灾探测器；吸烟室、小会议室采用低档，可延时工作；卧室、病房、休息室、展览室、衣帽是室等，采用高档，一般不延时工作。

感烟方式：

由于在早期热解产物中烟雾气溶胶微粒很小的，采用离子感烟式更好；微粒大的，采用光感烟式更好。

计算机房、通信机房、影视放映室等处则采用灵敏度为高档或高、中档分开布置联合使用，不用延时工作方式。

感烟方式：

有装修时，烟雾浓度大，颗粒大，光电感烟方式更好；无装修时，离子感烟方式更好。

楼梯间、走道、电梯间等处采用灵敏度为高档或中档均可，采用非延时工作方式。

这种可以根据价格而选定感烟方式。

博物馆、美术馆、图书馆等文物古建单位的展览室、书库、档案等处采用灵敏度为高档，采用非延时工作方式。

按照价格、使用寿命选定感烟方式，同时还应该设置火焰探测器，提高反应速率和可靠性。

有电器火灾危险的场所，例如电站、变压器间、变电所、和建筑的配电间。

这些地方应使用灵敏度为高档且非延时工作方式。

该场所中早期热解产物微粒小，采用离子式感烟，否则采用光电式，而且必须与紫外火焰探测配用。

银行、百货商场、仓库等处中应采用灵敏度为高档或中档的火灾探测器，采用非延时工作方式。

如果有联动控制要求时，可采用具有中、低档灵敏度的双信号探测器，或与感温探测器配用，或采用烟温复合式探测器。

可能产生阴燃火，或发生火灾不早期报警将造成重大损失的场所。

灵敏度级别应选用高档，必须采用非延时工作方式。

使用烟温光复合式火灾探测器。

4火灾探测系统的功能及检查

系统完成的主要功能是当火灾发生时，探测器将火灾信号传输到报警控制器，通过声光信号重复表达出来，并在控制面板上显示火灾发生的部位，让人员选择最佳的逃生路线，从而达到预报火警的目的[4]。

同时，也可以通过手动报警按钮来完成手动报警的功能。

火灾报警自检功能:

按下报警控制器自检键，控制器应该完成系统自检[5]。

火灾报警控制器应有本机自检功能，自检期间，如果非自检回路有火灾报警信号输入，火灾报警控制器应能发出声、光报警信号。

消音复位功能：

当报警控制器接到报警信号后，按下消音键，观察能否消除声信号；光报警信号能否保持；按下。

火灾报警控制器处于报警状态时，声报警信号应能手动消除，光报警信号在控制器复位前不复位键后，看能否手动复位能手动消除；同时应具有手动复位功能。

故障报警功能：

卸下系统回路中的任一探测器或者将连接线路断线，观察报警控制器能否在100S内发出与火灾报警信号有明显区别的声、光报警信号。

用秒表记录故障报警时间。

当火灾报警控制器内部、火灾报警控制器与探测器、火灾报警控制器与传输火灾报警信号的部件间发生故障时，报警控制器应在100S内发出与火灾报警信号有明显区别的声、光报警信号。

火灾优先功能：

在故障状态下，给感烟探测器加烟或按下手动火灾报警按钮，观察火灾报警信号能否优先输入报警控制器，发出声、光火灾报警信号。

当火灾和故障同时发生时，火灾报警信号应优先输入火灾报警控制器，发出声、光火灾报警信号。

报警记忆功能：

查看报警控制器报警计时装置情况，使用打印机记录火灾报警时间的，查看能否打印出月、日、时、分等信息，打印机能否正常工作。

火灾报警控制器应具有显示或记录火灾报警时间的计时装置。

电源的自动转换功能：

接通电源，观察火灾报警控制器是否处于正常工作状态；关闭主电源开关，查看备用电源能否正常工作；恢复主电源，查看主电工作情况；观察主、备电源的工作状态显示情况。

火灾报警控制器应具有电源转换装置，当主电源断电时，能自动转换到备用电源；当主电源恢复时，能自动转换到主电源；主、备电源的工作状态应有指示[6]。

屏蔽、隔离设备情况：

查看报警控制器屏蔽或隔离部件的状况，询问屏蔽、隔离的时间和原因。

系统中的火灾探测器、手动火灾报警按钮、水流指示器、压力开关、输出、输入控制模块等部件被屏蔽、隔离后，应尽快恢复。

指挥功能：

一旦有火灾报警，在接警中心的电子地图上就会立即自动显示出报警点的准确位置（经度和纬度）和到达火警点的最佳路线[7]。

5火灾报警系统之不同的系统

火灾报警系统从它的发展过程来看可以分为三个阶段。

第一阶段：

多线型火灾自动报警系统。

每个探测器除了需要提供两根电源线外，还需要一根报警信号线，探测器电源由报警器提供，探测器的信号都连接在报警显示盘上，报警时点亮相应的指示灯，例如日本“日探”公司生产的CPF火灾报警系统，这一类系统的功能一般以报警为主，辅以一些简单的联动功能，比如驱动警铃，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[8]，因此在安装上比较繁琐，校线工作量较大。

第二阶段：

总线型火灾自动报警系统。

该自动报警系统已经采用了微处理器控制，其线制一般有二线制、三线制、四线制，探测器和模块都采用地址编码形式，通过总线和控制器实现信号传送，这种探测器的报警形式为开关量，他的灵敏度在制造时是通过硬件所决定，不能调整，这类系统可以进行现场编程，并通过各种模块对联动设备实行比较复杂的控制，单对故障的类型不能进行区分。

它的施工、安装较为方便，而且价格便宜，因此被广泛应用[9]。

第三阶段：

智能型火灾自动报警系统。

基于先进的计算机控制技术，它的智能化程度大大提高，探测器的报警形式采用数字量，并可以通过软件对其灵敏度根据使用场合、时间进行设定和调整。

这一功能可提高系统的稳定性及可靠性，减少误报[10]。

目前，国外一些发达的国家已经具备了火灾预防、报警、扑救、善后处理等比较完善的消防系统。

政府每年都会播出一些资金用于设备更新、人员培训以及消防设施的维护。

就德国、日本、美国等国家而言，他们是采用计算机于用户终端的传感器或者用户终端信号采集器相连，为了对火灾自动报警设备实时监控和故障远程传输。

而我国火灾报警系统起步比较晚，从上世界70年代才开始研制这种产品，进入80年代后，也大都是模仿国外产品或是引进国外技术进行生产。

然而到了90年代以后，火灾报警产品真正得到了发展。

随着政府逐渐开放国门，国外企业开始大量涌进中国消防市场，在带来技术的同时也促进了市场的成熟。

这时期，我国自主生产的火灾报警产品也得到了快速发展，部分技术已接近或赶上国际水平。

总结

火灾报警系统可保障生产与生活的安全，避免火灾和爆炸事故以及煤气中毒的发生，它是防火、防爆和安全生产所必备的仪器，具有广阔的市场空间与发展前景。

本文主要阐述了火灾探测器的应用场合、不同功能的实现以及不同系统的实现。

一种智能化的火灾探测系统已经逐步地占取了火灾探测器的市场。

为了今后能更早、更快地发现火灾，我们必须研制出更好、更安全、更快速、更智能的火灾报警系统。

参考文献：

[1]国家标准.火灾自动报警系统设计规范（GB50116）[M].北京：

中国计划出版社，1999，6.

[2]徐晓明，叶盛，胡洁.新型光电式烟雾传感器及应用[J].仪表气学报，2002，23：

22-24.

[3]赵英然主编.火灾报警与控制[M].北京：

中国建筑工业出版社，2003，1.

[4]盛建主编.自动消防报警系统[M].天津：

大学出版社，1999，1.

[5]火灾自动报警系统施工及验收规范[EB/OL]，[2010-11-19].

[6]火灾自动报警系统维护管理标准[EB/OL]，[2010-11-19].

[7]马伯颖著.火灾自动报警装置[M].北京：

原子能出版社，1979，5.

[8]郑强，么达主编.智能建筑设计与施工系列图集[专著]消防系统[M].中国建筑工业出版社，2002，10.

[9]张专成，武剑.一种数字化总线式火灾探测器-传感器技术[J].2003，22：

45-47.

[10]Tao.C.Hongyong.Y.Weicheng：

Thedevelopingfiredetectiontechnology.FireSafetyscience.2001，10

（2）：

108–112

[11]KeilSoftware，MacroAssemblerandUtilitiesUser’sGuide.KeilSoftware，2001.

本科毕业设计

（20届）

基于单片机的火灾报警电路设计

摘要

随着科技的发展，各种电器设备步入了人们的生活，他们的存在使人们的生活得到了方便，但与此同时，在使用方法不正确的情况下时，有可能会引发火灾。

因此，火灾报警器是必不可少的。

火灾报警器是为了及早地发现并通报火灾，以减免不必要的财产损失。

火灾报警电路中最重要的部分为烟雾检测报警器，而烟雾检测报警器是由烟雾信号采集电路、模数转换电路、单片机控制电路三部分组成。

根据设计的条件、成本等各方面因素，采用STC12C5410AD单片机、LM324运算放大器、MQ-2型烟雾传感器等器件进行电路的设计。

软件方面，则是在KeilC51软件上使用C语言进行编程，来实现AD转换、数字滤波、线性化处理、段式晶体浓度显示、按键功能设置等功能。

以STC12C5410AD单片机和MQ-2型半导体电阻式烟雾传感器为核心设计的烟雾报警器可实现声光报警、故障自诊断、浓度显示、报警限设置、延时报警及与上位机串口通信等功能。

是一种结构简单、性能稳定、使用方便、价格低廉、智能化的烟雾报警器，具有一定的实用价值。

关键词：

烟雾；报警器；STC12C5410；传感器

Abstract

Withthedevelopmentoftechnology,allkindsofelectricalequipmentscomeintopeople’slives.Itcanmakepeople’slivesconvence,atthesametime,withthewrongusingmethod,therewillcauseafire.Therefore,thefirealarmisnecessary.Firealarmiseasytofindandnotifythefiresothatitcandecreasethepropertydamage.

Firealarmcircuitisthemostimportantpartofthesomkedetectionalarm.Thesmokedetectionalarmismadeofsignalacquisitioncircuit,analog-digitalconversioncircuit,MCUcontrolcircuit.Accordingtothedesignconditions,costandotherfactors.TheSTC12C5410ADmicrocontroller,LM324opamp,MQ-2smokesensorsandotherdeviceswillbeusedtodesignthefirealarmcircuit.ItcanbeusedClanguageintheKeilC51softwareplatform.ItwillachievetheADconversion,digitalfiltering,linearization,strutssrytalconcentrationshows,keyfeaturesetandsoon.

ThesmokealarmwhichmadeoftheSTC12C5410ADmicrocontrollerandMQ-2smokesensorscanachievesoundandlightalarm,faultdiagnosis,theconcentrationdisplay,alarmlimitsettings,delayalarmandsoon.Thestructureofsmokealarmissimple,andtheperformanceisstable.Itisalsoeasytouse.andit’sinexpensiveandintelligent.Ithassomepracticalvalue.

Keywords:

smoke;alarm;STC12C5410;sensor

9　附录23

1　引言

随着科技技术的发展，人类的生活水平不断提高。

消防工作的重要性也越来越突出。

因此，火灾报警电路在消防工作的作用也尤为突出了。

火灾报警装置经历了从无到有、从简单到复杂的发展过程，至今，它的智能化程度也越来越高。

火灾报警系统的应用范围很广泛，厂商主要偏重于大型仓库、商场、高级写字楼等大型火灾报警系统的研发，采用集中区域报警控制方式，这种系统复杂而且成本高。

而在居民区、办公室等小型防火单位，则需要一种单一或区域联网并廉价实用的火灾报警装置。

所以，设置一种结构简单、价格低廉的语音数字火灾报警器是必要的。

本设计是采用以STC12C5410AD单片机和MQ-2型半导体电阻式烟雾传感器为核心的烟雾报警器，它可以实现声光报警、浓度显示、报警限设置、延时报警等功能。

这是一种结构简单、性能稳定、价格低廉、智能化的报警器。

2　总体设计

火灾报警电路中最主要的部分是烟雾检测报警器。

而烟雾检测报警器可以检测到环境中的烟雾浓度，并具有报警功能。

它是由烟雾信号采集电路、模数转换电路、单片机控制电路三部分组成。

烟雾信号采集电路由烟雾传感器和模拟放大电路组成，它能把烟雾信号转化为模拟的电信号。

模数转换电路再将得到的模拟的电信号转换成单片机可识别的数字信号后送入单片机，接着单片机对收到的数字信号进行滤波处理，并对处理后的数据进行分析，和预设值进行比较，如果大于，则启动报警电路发出警声，反之则为正常状态。

还有为了方便检测与监控，让人能够直观地观察到环境中的可燃烟雾浓度值，可将浓度值送到显示屏中显示出来。

另外加入按键功能来调节报警限。

为了使报警装置更加完善，可以加入不同颜色的闪烁灯来报警，以便能更容易引起人的注意。

2.1烟雾传感器的介绍及选定

烟雾传感器有很多种类，从其检测原来上来分可分为三大类：

（1）利用物理性质的烟雾传感器：

如热导烟雾传感器、光干涉烟雾传感器、红外传感器等。

（2）利用物理化学性质的烟雾传感器：

如半导体烟雾传感器、接触燃烧烟雾传感器等。

（3）利用电化学性质的烟雾传感器：

如电流型烟