智能火灾报警器毕业设计论文.docx
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智能火灾报警器毕业设计论文
智能火灾报警器毕业设计论文
毕业设计（论文）
（2016届）
论文题目：
基于STC89C52的火灾自动报警系统的设计与开发
DESIGNANDDEVELOPMENTOFAUTOMATICFIREALARMSYSTEMBASEDONSTC89C52
学生姓名：
学号：
120706202
二级学院名称：
电子信息学院专业：
电子科学与技术
指导教师：
职称：
研究员
合作/企业教师：
职称：
郑重声明
我谨在此郑重声明：
本人所写的毕业论文《基于STC89C52的火灾自动报警系统的设计与开发》均系本人独立完成，没有抄袭行为，凡涉及其他作者的观点和材料，均作了注释，若有不实，后果由本人承担。
承诺人（签名）：
年月日
毕业设计（论文）原创性声明和使用授权说明
原创性声明
本人郑重承诺：
所呈交的毕业设计（论文），是我个人在指导教师的指导下进行的研究工作及取得的成果。
尽我所知，除文中特别加以标注和致谢的地方外，不包含其他人或组织已经发表或公布过的研究成果，也不包含我为获得及其它教育机构的学位或学历而使用过的材料。
对本研究提供过帮助和做出过贡献的个人或集体，均已在文中作了明确的说明并表示了谢意。
作者签名：
日 期：
指导教师签名：
日 期：
使用授权说明
本人完全了解大学关于收集、保存、使用毕业设计（论文）的规定，即：
按照学校要求提交毕业设计（论文）的印刷本和电子版本；学校有权保存毕业设计（论文）的印刷本和电子版，并提供目录检索与阅览服务；学校可以采用影印、缩印、数字化或其它复制手段保存论文；在不以赢利为目的前提下，学校可以公布论文的部分或全部内容。
作者签名：
日 期：
学位论文原创性声明
本人郑重声明：
所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成果。
除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。
对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。
本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。
作者签名：
日期：
年月日
学位论文版权使用授权书
本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。
本人授权 大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。
涉密论文按学校规定处理。
作者签名：
日期：
年月日
导师签名：
日期：
年月日
注意事项
1.设计（论文）的内容包括：
1）封面（按教务处制定的标准封面格式制作）
2）原创性声明
3）中文摘要（300字左右）、关键词
4）外文摘要、关键词
5）目次页（附件不统一编入）
6）论文主体部分：
引言（或绪论）、正文、结论
7）参考文献
8）致谢
9）附录（对论文支持必要时）
2.论文字数要求：
理工类设计（论文）正文字数不少于1万字（不包括图纸、程序清单等），文科类论文正文字数不少于1.2万字。
3.附件包括：
任务书、开题报告、外文译文、译文原文（复印件）。
4.文字、图表要求：
1）文字通顺，语言流畅，书写字迹工整，打印字体及大小符合要求，无错别字，不准请他人代写
2）工程设计类题目的图纸，要求部分用尺规绘制，部分用计算机绘制，所有图纸应符合国家技术标准规范。
图表整洁，布局合理，文字注释必须使用工程字书写，不准用徒手画
3）毕业论文须用A4单面打印，论文50页以上的双面打印
4）图表应绘制于无格子的页面上
5）软件工程类课题应有程序清单，并提供电子文档
5.装订顺序
1）设计（论文）
2）附件：
按照任务书、开题报告、外文译文、译文原文（复印件）次序装订
指导教师评阅书
指导教师评价：
一、撰写（设计）过程
1、学生在论文（设计）过程中的治学态度、工作精神
□优□良□中□及格□不及格
2、学生掌握专业知识、技能的扎实程度
□优□良□中□及格□不及格
3、学生综合运用所学知识和专业技能分析和解决问题的能力
□优□良□中□及格□不及格
4、研究方法的科学性；技术线路的可行性；设计方案的合理性
□优□良□中□及格□不及格
5、完成毕业论文（设计）期间的出勤情况
□优□良□中□及格□不及格
二、论文（设计）质量
1、论文（设计）的整体结构是否符合撰写规范？
□优□良□中□及格□不及格
2、是否完成指定的论文（设计）任务（包括装订及附件）？
□优□良□中□及格□不及格
三、论文（设计）水平
1、论文（设计）的理论意义或对解决实际问题的指导意义
□优□良□中□及格□不及格
2、论文的观念是否有新意？
设计是否有创意？
□优□良□中□及格□不及格
3、论文（设计说明书）所体现的整体水平
□优□良□中□及格□不及格
建议成绩：
□优□良□中□及格□不及格
（在所选等级前的□内画“√”）
指导教师：
（签名）单位：
（盖章）
年月日
评阅教师评阅书
评阅教师评价：
一、论文（设计）质量
1、论文（设计）的整体结构是否符合撰写规范？
□优□良□中□及格□不及格
2、是否完成指定的论文（设计）任务（包括装订及附件）？
□优□良□中□及格□不及格
二、论文（设计）水平
1、论文（设计）的理论意义或对解决实际问题的指导意义
□优□良□中□及格□不及格
2、论文的观念是否有新意？
设计是否有创意？
□优□良□中□及格□不及格
3、论文（设计说明书）所体现的整体水平
□优□良□中□及格□不及格
建议成绩：
□优□良□中□及格□不及格
（在所选等级前的□内画“√”）
评阅教师：
（签名）单位：
（盖章）
年月日
教研室（或答辩小组）及教学系意见
教研室（或答辩小组）评价：
一、答辩过程
1、毕业论文（设计）的基本要点和见解的叙述情况
□优□良□中□及格□不及格
2、对答辩问题的反应、理解、表达情况
□优□良□中□及格□不及格
3、学生答辩过程中的精神状态
□优□良□中□及格□不及格
二、论文（设计）质量
1、论文（设计）的整体结构是否符合撰写规范？
□优□良□中□及格□不及格
2、是否完成指定的论文（设计）任务（包括装订及附件）？
□优□良□中□及格□不及格
三、论文（设计）水平
1、论文（设计）的理论意义或对解决实际问题的指导意义
□优□良□中□及格□不及格
2、论文的观念是否有新意？
设计是否有创意？
□优□良□中□及格□不及格
3、论文（设计说明书）所体现的整体水平
□优□良□中□及格□不及格
评定成绩：
□优□良□中□及格□不及格
教研室主任（或答辩小组组长）：
（签名）
年月日
教学系意见：
系主任：
（签名）
年月日
基于STC89C52的火灾自动报警系统的设计与开发
摘要:
随着社会和经济的发展，防火工作越来越重要，但是目前国内的许多研发都侧重于大型场所的火灾报警。
因此，有必要研制一种结构简单、经济实用的家庭烟雾报警器以适应市场的需求。
基于供家庭使用的烟雾报警器应该具备的基本要求和功能，设计了一种比较适合的烟雾报警器。
本设计以传感器和单片机作为烟雾报警器设计的核心器件，配合其它器件即可实现声光报警、自动排烟换气和消防灭火等功能。
设计中单片机选用STC89C52作为控制器件，传感器选用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。
烟雾报警器主要由烟雾信号采集及前置放大电路、模数转换电路、单片机控制电路、显示电路、声光报警电路和安全保护电路构成，设计合理、简单易懂、价格低廉，使单片机在烟雾报警系统的控制中得到充分应用，具有一定的实用价值。
论文主要针对烟雾报警系统中的各个组成部分及功能进行了详细的介绍和说明，并对其主控电路和外围设备电路之间的接口连接方式，以及系统软件设计进行了重点的分析和讲解。
关键词：
烟雾报警器；单片机；传感器
DESIGNANDDEVELOPMENTOFAUTOMATICFIREALARMSYSTEMBASEDONSTC89C52
Abstract:
Withthedevelopmentofsocietyandeconomy,thefireworkismoreandmoreimportant,butmanyofthecurrentdomesticresearcharefocusedonthelargespacefirealarm.Therefore,itisnecessarytodesignasimplestructure,economicalandpracticalfamilysmokealarmtoadapttotheneedsofthemarket.Thebasicrequirementsofthesmokealarmforhouseholdusebasedonshouldhaveandfunction,thispaperdesignsasmokealarmissuitableforthe.
Thedesignofthesensorandsingle-chipmicrocomputerasthecoredevicesmokealarmdesign,withotherdevicescanachievesoundandlightalarm,automaticexhaustventilationandfireextinguishingfunction.DesignofsinglechipSTC89C52isselectedasthecontroldevice,theselectionofsensorfordetectionofMQ-2typesemiconductorgassensitiveelementsmokesensorsmoke.Thesmokealarmismainlycomposedofsmokesignalacquisitionandthepreamplifiercircuit,analog-digitalconversioncircuit,single-chipmicrocomputercontrolcircuit,displaycircuit,alarmcircuitandprotectioncircuit,reasonabledesign,simple,lowprice,makefulluseofMCUalarmsysteminthecontrolofthesmoke,andhasacertainpracticalvalue.Themainthesisofthesmokealarmsystemforthevariouscomponentsandfunctionsareintroducedandexplained,andtheconnectionmodeofthemaincontrolcircuitandperipheralequipmentcircuitinterface,andthesoftwaredesignofthesystemisanalyzedandtheexplanationofthekey.
Keywords:
Thesmokealarm;MCU;sensor
1绪论
1.1选题背景与研究现状
随着科技的发展，越来越多的火灾隐患潜伏在工业生产和人们的日常生活中。
火灾一旦发生便是一场巨大的灾难，很有可能造成巨大的经济损失，甚至危及个人的生命安全。
在早期时候，防止和发现火灾，保护人身和财产安全，减少经济损失，是必须要做的一个重要事情。
所以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，用来严密监测环境中烟雾的浓度，采取有效措施，及早发现事故隐患，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。
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%[1]。
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[2]。
我国在70年代初期就已经开始了对烟雾报警器研究，一方面是由于社会的需要，另外一方面也为了减少国家的经济损失，在生产的过程中，生产型号多样化、品种也比较齐全，应用范围从开始单一的炼油系统到后面扩展到几乎所有危险作业环境的各种类型报警器，囊括的种类极其之多，产品数量也在不断增加。
不过从发展的角度来看，我们大都是在引进国外先进的传感器技术，并且在国外先进的生产工艺基础之上，对其进行研究从而大力开发属于自己的特色火灾报警器。
随着国家的大力发展，近年来，我国在烟雾选择性和产品稳定性上都有很大进步[3]。
2设计思路与方案的选择
2.1整体设计思路
本次设计是基于STC89C52的烟雾报警器，能够检测环境中的烟雾浓度，并具有报警功能。
该报警系统的最基本组成部分应包括：
信号采集模数转换电路、单片机控制电路、字符显示电路、声光报警电路和安全保护电路等部分[2]。
设计的烟雾报警器具有显示报警状态，为适应家庭和工业等场所对可燃性易爆烟雾安全性等要求。
报警器以STC89C52单片机为控制核心，延时的工作方式，选用MQ-2半导体气体烟雾传感器，用来采集烟雾浓度信息，配合外围电路以构成烟雾报警系统，从而达到自己设计的目的。
本设计对系统进行一个整体规划，还有结构设计，以STC89C52单片机为中央处理器，对硬件电路进行设计和改进，使其功能更加完善。
系统模块分为软件和硬件两个部分。
系统硬件电路主要分为数码管显示电路、状态指示灯电路、声音报警电路、数据收集等四大部分。
系统的软件编制的分类，按照软件实现的功能，主要分为主程序、报警子程序、初始化子程序、报警限值设置子程序、浓度显示子程序等程序内容。
在程序的编写过程中，同时又加入了详细的文字注释，以便于后期的修改与维护。
2.2设计方案的选择
烟雾检测传感器选型
图1烟雾传感器内部结构图
烟雾传感器是测量装置和控制系统的首要环节。
而烟雾报警器的信号采集由烟雾传感器负责。
烟雾传感器能够将气体的种类及其浓度有关的信息转换为电信号，根据这些电信号的强弱就可以获得与待测气体在环境中存在的情况有关的信息，从而达到检测、监控、报警的功能[4]。
可以说，没有精确可靠的传感器，就没有精确可靠的自动检测、控制和报警系统。
烟雾传感器作为报警器中不可缺少的核心器件，它决定了所采集的烟雾浓度信号的准确性和可靠性，烟雾传感器内部结构如图1所示[5]。
方案一：
接触燃烧式传感器。
当易燃烟雾接触这种被催化物覆盖的传感器表面时会发生氧化反应而燃烧。
接触燃烧式气体传感器的检测元件一般为铂金属丝（也可表面涂铂、钯等稀有金属催化层），使用时对铂丝通以电流，保持300℃～400℃的高温，此时若与可燃性气体接触，可燃性气体就会在稀有金属催化层上燃烧，因此铂丝的温度会上升，铂丝的电阻值也上升；通过测量铂丝的电阻值变化的大小，就知道可燃性气体的浓度。
使用接触燃烧式传感器，其最大的缺点是探头很容易发生阻缓和中毒现象。
一般在连续使用两个月后应对该传感器进行维护。
这无形中加大了工作人员的工作量，同时增加了报警器的维护成本[6]。
方案二：
半导体烟雾传感器（半导体气敏传感器）半导体烟雾传感器包括用氧化物半导体陶瓷材料作为敏感体制作的烟雾传感器，以及用单晶半导体器件制作的烟雾传感器。
半导体烟雾传感器是利用气体在半导体表面的氧化和还原反应导致敏感元件阻值变化而制成的。
按照敏感机理分类，半导体烟雾传感器可分为电阻式和非电阻式。
当半导体接触到气体时，半导体的电阻值将发生变化，利用传感器输出端阻值的变化来测定或控制气体的有关参数，这种类型的传感器称为电阻式半导体气敏传感器；当ＭＯＳ场效应管在接触到气体时，场效应管的电压将随周围气体状态的不同而发生变化，利用这种原理制成的传感器被称为非电阻式半导体气敏传感器[7]。
自1962年半导体金属氧化物烟雾传感器问世以来，由于具有灵敏度高、响应快、输出信号强、耐久性强、结构简单、体积小、维修方便、价格便宜等诸多优点，得到了广泛的应用。
但是其最大的缺点就是选择性较差。
该传感器己成为世界上产量最大、使用最广的烟雾传感器之一。
方案三：
离子感烟传感器
离子感烟传感器对于火灾初起和阴燃阶段的烟雾气溶胶检测非常有效，可测烟雾粒径范围为0.03um-10um。
它在内外电离室里面有放射源镅241。
由于它能使两极板间空气分子电离为正、负离子，使电极之间原来不导电的空气具有导电性。
在正常的情况下，内外电离室的电流、电压都是稳定的。
当火灾发生时，烟雾粒子进入电离室后，电力部分（区域）的正离子和负离子被吸附到烟雾粒子上，使正、负离子相互中和的概率增加，从而将烟雾粒子浓度大小以电流变化量大小表示出来，实现对火灾参数的检测。
第四种方案：
光电式感烟传感器
光电式感烟传感器包含三个部分：
光源、光敏元件和电子开关。
在正常的情况下，平常光源发出的光，它会通过透镜照射到光敏元件上，这个时候如果没有什么特殊情况，电路就会保持正常。
但是一旦有烟雾从中阻隔光的照射，就会导致到达光敏元件上的光减少，这个时候光敏元件就把光强的变化转化成电的变化，在火灾产生的初期利用光散射原理对烟雾进行探测，并及时发出报警信号。
在报警的同时，按照光源不同，又可分为4种，其中包括一般光电式、激光光电式、紫外光光电式和红外光光电式。
光电式感烟探测器发展的速度非常快，种类也在不断增多，除了在大型建筑物内部应用之外，还特别适用于电气火灾危险性较大的场所，如仪器仪表室、隧道、计算机房和电缆沟等处。
但是从另一个角度来看，比如说就其功能而言，它在火灾发生的早期也能实现报警功能。
有时候根据报警器检测烟雾种类的不同要求，在使用条件的各种考虑下，半导体烟雾传感器对于各种场合都比较适合，在众多烟雾传感器的应用特性的对比之下，发现半导体烟雾传感器的优点更加突出。
比如灵敏度高、响应快、体积小、结构简单等优良特性，而且还兼具使用方便、价格便宜等优点，并且在报警的过程中，不具有其他传感器所具备的缺陷，比如探头阻缓及中毒现象，而且在维护成本方面，也是比较低廉的，因而得到广泛应用。
因此，本设计中的烟雾传感器采用方案2，选用MQ-2半导体气体烟雾传感器[8]。
单片机的选型
单片机是烟雾自动报警系统最关键的一部分，并且具有多种功能，它可以用来接收火灾信号，当接收到信号之后，就会启动报警装置显示，然后执行相应的报警。
在单片机实现的控制功能中，对单片机的运算速度具有较高的要求，使检测人员和用户在报警器系统正常工作时能够及时地观测到实时的烟雾浓度等级，并进行相应处理。
同时，在满足报警器系统设计的计算速度要求之后，在接口功能要求相同的同类型单片机中，还要考虑选择价格低廉且体积轻巧的机型，这是为了建立在报警器的精确性、可靠性及抗干扰性的基础之上，还要能够考虑成本能够足够的低廉[9]。
由于单片机技术在各个领域里面应用的越来越广泛，所以世界上许多集成电路生产厂家相继推出了各种类型的单片机，在众多类型的单片机之中，MCS系列单片机以其成熟的技术、优越的性能、高可靠性和高性能价格比，迅速占领了工业测控、自动化工程应用等大多数主流市场，成为国内单片机应用领域中的翘楚。
其中，51系列单片机有一些显著的优点，比如价钱便宜，I/O口多，程序空间大。
因此，在测控操作系统中，使用51系列单片机是最理想的选择，因此本次毕业设计采用STC89C52作为设计用的单片机[10]。
STC89C52是一种高性能、低功耗CMOS8位微控制器，使用高密度非易失性存储器技术制造，在兼容性方面，工业80C51产品指令和引脚完全兼容，并且具有8K可编程Flash存储器。
片上Flash适于常规编程器，亦允许程序存储器在线可编程。
在单芯片上，拥有系统可编程Flash和灵巧的8位CPU，因为具备这些条件，STC89C52可以为众多嵌入式控制应用系统提供超有效、高灵活的解决方案[10]。
STC89C52还具备以下标准功能：
256字节RAM，32位I/O口线，8k字节Flash定时器，2个数据指针，一个6向量2级中断结构，全双工串行口，三个16位定时器/计数器，片内晶振及时钟电路。
另外，STC89C52可降低0Hz静态逻辑操作，并且支持2种软件可选择节电模式。
在空闲模式条件下，CPU开始停止工作，允许RAM、定时器/计数器、串口、中断继续工作。
掉电保护方式下，振荡器被冻结，RAM内容被保存，单片机停止一切工作，直到下一个硬件或中断复位为止。
这是一个以单片机为中心的模块，把程序代码烧进去以后，然后在外围接上振荡电路、复位电路、LED显示电路、LED显示电路、报警电路等子模块[11]。
温度采集模块
方案1：
在测温电路中采用PT100作为温度传感器。
PT100传感器是利用铂电阻的特性来进行测温的，铂电阻具有这样的特性，它的阻值随温度变化而变化、并呈一定函数关系的特性，并且PT100传感器具有抗振动、稳定性好、准确度高、耐高压等优点。
但它也具有一些缺点，就是使用起来比较复杂。
方案2：
采用DS18B20作为本次设计的温度传感器。
DS18B20的数字温度输出通过“一线”总线（1-Wire是一种特殊的数字信号总线协议，它将独特的信号线和电源线复合在一起，仅使用一条口线；每个芯片编码都是唯一的，支持联网寻址、还有零功耗等方面，是总线之中所需硬件连线最少的一种）这种独特的方式，可以使多个DS18B20方便地组建成传感器网络，为整个测量系统的建立和组合提供了更大可能性。
它在传输距离、转换时间、测温精度、分辨率等方面相较于其他温度传感器有了更大的进步，相对于用户来讲使用更方便，而且效果也更加令人满意[12]。
通过比较之后得出，DS18B20可以直接输出数字温度值，不需要校正，是比较理想的选择，因此最后决定选择方案
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