基于单片机的烟雾报警控制系统.docx
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基于单片机的烟雾报警控制系统
论文题目：
基于单片机的烟雾报警控制系统
一、课题训练内容
1.培养学生通过图书馆、互联网等资源查阅相关资料（包括外文资料），训练学生自主获得知识的能力和自学能力；
2.培养学生把所学的单片机系统运用，并与传感器结合起来，运用所学知识设计各种算法和程序，提高学生的设计创新能力；
3.锻炼学生自己查找资料、自己学习的能力；
4.锻炼学生的自我创新能力；
5.在书写论文的过程中，锻炼学生的语言表达能力、逻辑思维能力、办公软件使用的能力；
6.培养学生与人合作、相互交流的能力。
二、设计（论文）任务和要求（包括说明书、论文、译文、计算程序、图纸、作品等数量和质量等具体要求）
该课题是基于单片机的烟雾报警控制系统，在整个的设计过程中，主要任务和要求包括：
1.大量收集与本课题有关的资料：
到图书馆、各大书店寻找目标识别技术以及主动基方面的资料，并认真进行阅读；到各大数据库和相关网站上搜索与本课题相关的学位论文和相关资料。
2.第二周前上交毕业设计开题报告一份。
开题报告内容与学校模板要求一致，字数不少于2000字；经指导教师检查合格后才能进行后续工作。
3.理清论文的总体思路，完成主要的研究工作：
包括各种模型、算法和实验。
4.完成毕业设计论文，字数不少于15000字。
论文包含11个部分：
封面、任务书、开题报告、中英文摘要及关键词、目录、正文、参考文献、附录、外文资料、中文译文、致谢共11个部分。
三、毕业设计（论文）主要参数及主要参考资料
参考资料：
[1]陈连生.可燃烟雾探测器及其设置安装要领[J].石油工程建设.1996
（1）:
23~25
[2]张保卫,尚家峰,赵金水..燃气报警器的分类与选择[J].山东消防,2003（8）:
27~28
[3]彭军.传感器与检测技术[M].西安电子科技大学出版社,2003
[4]李永生,杨莉玲.半导体气敏元件的选择性研究[J].传感器技术,2002（3）:
1~3
[5]谢望.烟雾传感器技术的现状和发展趋势[J].仪器仪表用户,2006,13（5）:
1~2
四、毕业设计（论文）进度表
序
号
起止
日期
计划完成内容
实际
完成情况
检查人签名
检查日期
1
2012.10.21-
2012.28
查找资料，与老师商讨，确定论文题目
2
2012.10.29-
2012.11.11
对课题的整体方案进行构思，完成开题报告
3
2012.11.12-
2012.11.19
完成系统的硬件设计
4
2012.11.20-
2012.11.27.
完成系统的软件设计
5
2012.11.28-
2012.12.10
撰写论文
6
2012.12.11-
2012.12.24
修改论文，定稿
完成答辩PPT
注：
1.本任务书一式两份，一份学院留存，一份发给学生。
2.“实际完成情况”和“检查人签名”由教师用笔填写，其余各项均要求打印，打印字体和字号按照《武汉纺织大学毕业设计（论文）规范》执行。
1．课题的意义、所属领域发展状况
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，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。
实践证明，随着社会和经济的发展，消防工作的重要性就越来越突出。
由此，烟雾报警器在消防工作就的作用也尤为突出了。
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。
但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，他们采用集中区域报警控制方式，其系统复杂、成本较高。
而在居民住宅区、机房、办公室等小型防火单位，需要设置一种单一或区域联网、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。
探测器朝新探测技术的发展进一步拓展了烟雾探测的应用领域，为一些传统探测器无法胜任的环境提供了有效的手段。
相关技术的发展，如傅立叶近红外光谱技术弱信号处理技术、低功耗MCU技术进一步促进了传统探测技术的改进，使得传统探测器在技术和性能上有了显著的提高。
火灾着极早期探测、多传感器复合探测和探测器小型化、智能化的方向发展迈出了更快的步伐。
我国烟雾报警系统起步较发达国家晚几十年，从上世纪70年代我国才开始研制生产烟雾报警系统产品。
进入80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。
烟雾报警产品真正发展是在90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，我国生产烟雾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。
2．本课题的研究内容
本课题研究的是基于单片机的烟雾报警控制系统。
该系统是以单片机为核心，用烟雾传感器采集烟雾浓度信息经模数变换，交由单片机处理，储存并显示。
设计方框图如下。
3．研究方法和研究手段
由于本课题涉及的知识比较多，所以在课题的制作过程中需要用以下方法和手段：
（1）查阅资料。
到图书馆借阅与课题相关的书，熟悉课题的研究意义及原理，为课题的研究打下一个良好的基础。
（2）硬件设计及调试。
在熟悉原理的基础上，绘制相应的电路原理图，进行硬件调试。
（3）软件调试。
在硬件原理调试完成后，进行系统整体功能调试，即整机调试。
（4）实践操作。
在硬件软件调试完后，进行实践操作
4．研究步骤
（1）烟雾报警控制系统原理分析:
包括对烟雾报警系统整体思路的把握和烟雾报警的基本原理及组成模块的简单介绍。
（2）系统硬件方案选择：
通过方案比较，选择确定各个模块，尽量选择性能优良、价格合适且可以满足系统功能的芯片，特别是温度采集部分，其测量精度必须达到系统要求。
（3）掌握电子线路设计软件ProtelDXP的使用，完成系统总体电路的设计。
（4）系统软件设计：
包括系统总体软件和部分软件的流程图以及程序的写作，熟练掌握单片机C语言的运用，做到对系统的流程有一个整体的把握。
（5）整机调试：
在保证系统硬件和软件正确的条件下，进行系统整体功能调试。
五．参考书目
【1】贾伯年、俞朴、宋爱国著，传感器技术[M].南京：
东南大学出版社，2007.
【2】张毅坤著，单片微型计算机原理及应用[M].西安电子科技大学出版社，1998.
【3】刘光斌著，单片机系统实用抗干扰技术[M].人民邮电出版社，2003.10
【4】黄智伟著，全国大学生电子设计竞赛系统设计[J].北京：
北京航空航天大学出版社，2007.
【5】李维諟、郭强著，液晶显示器应用技术[M].北京：
电子工业出版社，2003.
【6】沙占友、孟志强、王彦朋著，单片机外围电路设计[M].北京：
电子工业出版社，2006.
【7】李东生、张勇、许四毛著，Protel99SE电路设计技术入门于应用[M].北京：
电子工业出版社，2006.
【8】高国富、谢少荣、罗均著，烟雾传感器及其应用[M].北京：
化学工业出版社，2005.
【9】梅丽凤著，单片机原理及接口技术[M].北京：
清华大学出版社，2005.
【10】彭为、黄科著，单片机典型系统设计实例精讲[M].北京：
电子工业出版社，2006.
【11】MykePredko著，精通8051程序设计[M].北京：
人民邮电出版社，2006.
【12】李广弟、朱月秀、王秀山著，单片机基础[M].北京：
北京航空航天大学出版社，2001.
指导教师签名：
年月日
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。
本论文以电阻式烟雾传感器和单片机技术为核心并与其他电子技术相结合，设计出一种技术水平较好的烟雾报警器。
其中选用MQ-2型半导体可燃气体敏感元件烟雾传感器实现烟雾的检测，具有灵敏度高、响应快、抗干扰能力强等优点，而且价格低廉，使用寿命长。
选用的STC12C5410AD单片机，其整合了A/D转换、硬件乘法器、硬件脉宽调制器等资源，具有高速、低功耗、超强抗干扰等优点，是目前同类技术中性价比较高的品。
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;电路
ABSTRACT
While“informationage”thearrival,obtainedtheremarkableprogressasthegaininformationmethod--sensortechnology,itsapplicationdomainismoreandmorewidespread,ismoreandmorehightoitsrequest,thedemandismoreandmoreurgent.Thesensortechnologyhasbecomeweighsoneofnationalscienceandtechnologylevelofdevelopmentimportantsymbols.Therefore,understoodandgraspseachkindofsensorthebasicstructure,theprincipleofworkandthecharacteristicisextremelyimportant.
Thepresentpapertakeleavestheminorsmogsensorandthemonolithicintegratedcircuittechnologyunifiesasthecoreandwithotherelectronictechnology,designsonekindoftechnicallevelgoodsmogalarmapparatus.Inwhichselectsthe2M007semiconductorresistancetypesmogsensorrealizationsmogtheexamination,hasthesensitivityhigh,responds,theantijammingabilityquicklystrongandsoonthemerits,moreoverthepriceisinexpensive,theservicelifeislong.SelectstheSTC12C5410ADmonolithicintegratedcircuit,itsconformityA/Dtransformed,thehardwaremultiplier,resourcesandsoonhardwarePDMkeyer,hashighspeed,lowmeritsandsoonpowerloss,ultrastrongantijamming,isthepresentsimilartechnologyneutralpricequitehighproduct.
Mayrealizetheacousto-opticstaketheSTC12C5410ADmonolithicintegratedcircuitandthe2M007semiconductorresistancetypegassensorasthecoredesignsmogalarmapparatustoreporttothepolice,thebreakdownfromthediagnosis,thedensitydemonstrated,reportstothepolicelimitstheestablishment,thetimedelayreportstothepoliceandwithfunctionsandsoinpositionmachineserialportcorrespondence.Isonekindofstructuresimple,theperformancestable,theeasytooperate,thepriceinexpensive,theintellectualizedsmogalarmapparatus.Hascertainpracticalvalue.
Keyword:
Smog；alarmapparatus；STC12C5410；sensor；circuit
目录
1.绪论...............................................8
1.1论文研究来源、目的和意义...............................8
1.1.1论文研究来源........................................8
1.1.2论文研究目的和意义..................................8
1.2烟雾报警器的国内外现状................................9
1.3本论文主要任务.......................................10
2.烟雾检测报警器的方案设计..........................11
2.1烟雾检测报警器设计思路...............................11
2.2烟雾传感器的选型.....................................11
2.2.1烟雾传感器介绍.....................................11
2.2.2烟雾传感器的选定...................................14
2.2.3MQ-2型烟雾传感器的工作原理.........................15
2.2.4MQ-2型传感器的特性及主要技术指标...................16
2.3烟雾检测报警器整体设计方案...........................18
2.3.1烟雾检测报警器工作原理.............................18
2.3.2烟雾检测报警器的结构...............................18
2.3.3烟雾检测报警器的功能...............................19
2.3.4烟雾检测报警器的主要技术指标........................20
3.烟雾检测报警器的硬件设计..........................21
3.1单片机的选型.........................................21
3.1.1单片机的选择.......................................21
3.1.2STC12C5410AD单片机的特点...........................23
3.2烟雾检测报警器硬件电路设计...........................25
3.2.1信号采集及前置放大电路.............................25
3.2.2声音报警电路.......................................27
3.2.3数码管显示电路.....................................27
3.2.4状态指示灯及控制键电路.............................28
3.2.5报警器故障自诊断电路...............................29
4.烟雾检测报警器的软件设计..........................30
4.1STC12系列单片机调试及开发工具........................30
4.2烟雾检测报警器软件流程及设计.........................31
4.2.1主程序设计及流程图.................................31
4.2.2主程序初始化流程图.................................32
4.2.3中位值平均滤波法数字滤波子程序设计及流程图.........33
4.2.4烟雾浓度显示子程序设计及流程图.....................34
4.2.5报警子程序设计及流程图.............................35
4.2.6控制按键设计子程序及流程图.........................36
5.实验检定及误差分析................................37
5.1烟雾检测报警器检定....................................37
5.1.1爆炸下限（LEL）概念介绍...............................37
5.1.2实验数据分析........................................38
5.2实验误差分析..........................................41
参考文献.................................................43
1.绪论
1.1论文研究来源、目的和意义
1.1.1论文研究来源
随着科技的发展，越来越多的巨大的隐患由于工业生产和人们的日常生活而产生。
为了早期发现和通报火灾，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，防止火灾引起燃烧、爆炸等事故，造成严重的经济损失，甚至危及生命安全。
为了减少这类事故的发生，就必须对烟雾进行现场实时检测，采用先进可靠的安全检测仪表，严密监测环境中烟雾的浓度，及早发现事故隐患，采取有效措施，避免事故发生，才能确保工业安全和家庭生活安全。
因此，研究烟雾的检测方法与研制烟雾报警器就成为传感器技术发展领域的一个重要课题。
1.1.2论文研究目的和意义
为了早期发现和通报火灾，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，防止火灾引起燃烧、爆炸等事故，造成严重的经济损失，甚至危及生命安全。
烟雾检测报警装置是能够检测环境中的烟雾浓度并具有报警功能的仪器。
该报警装置是石油化学工业、有气体泄漏可能的生产工厂及家庭防火防爆必备的仪器。
烟雾报警器属于《中华人民共和国强制检定的工作计量器具目录》中第46项，它归类于物理化学计量器具。
《建筑设计防火规范》（GBJ16-87）第10.3.2条明确规定:
“散发可燃烟雾、可燃蒸汽的甲类厂房和场所，应设置烟雾浓度检测报警装置”。
2003年12月，国家执行新的烟雾探测器标准（GB15322-2003）《可燃烟雾探测器》，2004年10月国家颁布《可燃烟雾检测报警器规程JJG693-2004》，研究新型、性能稳定、准确监测可燃性气体，并合乎国家相关规定的报警器具有极其重要得意义。
目前我国已有许多城市铺设了煤气管道，使用人口约达二亿人，煤气发生基地及中转站也达几千家。
如果这些家用燃气和煤气基地及中转站的报警率按10%计算，烟雾检测报警器的需求量就达2000万台以上。
随着全社会对防火防爆及人身安全的重视程度的提高，这个数字会继续增长。
近十年来，农村的沼气使用也得到了极大的发展。
到2006年底，全国沼气池数量已达近1300万座，这就为检测沼气（主要成分是甲烷）浓度的仪器提供了市场。
可见，烟雾报警器具有十分广阔的市场前景。
1.2烟雾报警器的国内外现状
国外从20世纪30年代开始研究及开发烟雾传感器，且发展迅速，一方面是因为人们安全意识增强，对环境安全性和生活舒适性要求提高；另一方面是因为传感器市场增长受到政府安全法规的推动。
据有关统计，美国1996年~2002年烟雾传感器年均增长率为27%~30%。
随着传感器生产工艺水平逐步提高，传感器日益小型化、集成度不断增大，使得烟雾检测仪器的体积也逐渐变小，提高了烟雾检测仪器的便携性，更加利于生产、运输及市场推广。
1963年5月，日本开发完成第一台接触燃烧式家用燃气泄漏报警器，次年12月其改良产品问世，改良的报警器可以检测燃气、一氧化碳等气体，可以安装在浴室或者采用集中监视。
我国在70年代初期开始研制烟雾报警器，生产型号多样、品种较齐全，应用范围也由单一的炼油系统扩展到几乎所有危险作业环境的各种类型报警器，产品数量也在不断增加。
但主要是在引进国外先进的传感器技术和先进的生产工艺基础上，进行研究与开发形成自己的特色。
近年来，在烟雾选择性和产品稳定性上也有很大进步。
燃气报警器可分为民用火灾烟雾报警器、工业用烟雾报警器、有毒有害烟雾报警器三大系列产品。
（1）民用火灾烟雾报警器
民用火灾烟雾报警器为居民家庭用的火灾报警器,一般安装在厨房，遇到火灾产生的烟雾时时，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。
有的报警器可自动开启排风扇，把烟雾排出室外。
（1）工业用烟雾报警器及有毒有害烟雾报警器
工业用烟雾报警器及有毒有害烟雾报警器只是检测探头有差异，而在原理和应用中都很相近。
工业用燃气报警器及有毒烟雾报警器根据检测环境的不同，也可分为检漏仪、控制器和探测器。
检漏仪的体积较小，可随身携带或手持，主要应用于燃气管理的查漏与巡检。
若有燃气泄漏，检漏仪便会发
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