楼宇自动火灾报警系统的设计毕业论文.docx
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楼宇自动火灾报警系统的设计毕业论文
黑龙江东方学院
毕业论文（设计）
题目：
楼宇自动火灾报警系统的设计
学生姓名
厚艳峰
学号
09102307
专业
电气工程及其自动化
班级
2009级3班
指导教师
吴忠明
学部
计算机科学与电气工程
答辩日期
2013年5月19日
黑龙江东方学院本科生毕业论文（设计）任务书
姓名
厚艳峰
学号
09102307
专业班级
电气工程及其自动化
2009级3班
毕业论文（设计）题目：
楼宇自动火灾报警系统的设计
毕业论文（设计）的立题依据
考虑到大多数家庭都存在着以上的安全问题，人们就非常需要一套用来预防事故发生的环境监控系统，而火灾报警系统就是专门为解决这一问题而设计的。
主要内容及要求
在智能建筑的建筑物自动化系统（BAS）中消防系统是非常重要的一个子系统，设计该系统采用以AT89C52单片机为核心的自动火灾报警系统，设计温度检测电路、LCD电路、报警电路以及其他控制电路，并进行软件设计与调试。
进度安排
12月12日
选题
12月13日～12月29日
接受指导老师的指导
12月3日～1月17日
拟定论文大纲
1月18日～2月26日
搜集、查阅、整理相关资料
2月27日～3月27日
初稿形成
3月28日～4月8日
初稿审定
4月9日～4月17日
第一次修改
4月18日～4月22日
第一次审定
4月23日～5月3日
第二次修改
5月4日～5月9日
定稿
5月10日～5月17日
论文评阅小组评审论文（设计）
5月18日
毕业论文（设计）答辩
学生签字：
指导教师签字：
年月日
楼宇自动火灾报警系统的设计
摘要
楼宇自动化系统（BAS）对整个建筑的所有公用机电设备，包括建筑的中央空调系统、给排水系统、供配电系统、照明系统、电梯系统，进行集中监测和遥控来提高建筑的管理水平，降低设备故障率，减少维护及营运成本。
设计楼宇自动化系统的主要目的在于将建筑内各种机电设备的信息进行分析、归类、处理、判断，采用最优化的控制手段,对各系统设备进行集中监控和管理，降低各系统造价，尽量节省能耗和日常管理的各项费用，保证系统充分运行，从而提高了智能建筑的高水平的现代化管理和服务，使投资能得到一个良好的回报。
随着我国智能建筑（IB）业的发展，高层建筑及建筑群体越来越多，从而也促进消防系统以迅猛的速度向前迈进。
在智能建筑的建筑物自动化系统（BAS）中消防系统是非常重要的一个子系统，担负着保障人员及财产安全的重任。
该论文设计了某综合楼的消防系统，主要是消防系统的感应机构，即探测器、手动报警按钮、报警器、警报器、消火栓按钮等报警系统，和其执行机构，即消火栓灭火系统、火灾事故广播、应急照明、疏散指示标志、防排烟系统、防火卷帘门等灭火系统和各种联动控制系统的具体设置和产品选型，并根据产品报价和具体的产品用量做了该设计的预算书。
随着现代社会的进步，人们的生活水平也在不断的提高。
现在大多数家庭都用罐装煤气、液化石油气或者天然气。
但危险也随着它们而进入了人们的生活，因为罐装煤气、液化石油气和天然气都是易燃易爆物品，一旦泄露，随时都可能给人们造成生命和巨大的财产损失。
考虑到大多数家庭都存在着以上的安全问题，人们就非常需要一套用来预防事故发生的环境监控系统，而火灾报警系统就是专门为解决这一问题而设计的。
该装置能时时监控你厨房里的温度和可燃气体的浓度，当检测到可燃气体超标时便会启动报警装置并同时开启排气扇将可燃性气体排出去，为家庭的人身和财产安全提供了保障。
关键词：
自动化系统；消防系统；安全
DesignofBuildingFireAlarmAutomationSystem
Abstract
Buildingautomationsystem（BAS）fortheentirebuildingforallpublicelectricalandmechanicalequipment,includingtheconstructionofthecentralair-conditioningsystem,watersupplysystem,powersupplysystem,lightingsystem,elevatorsystem,centralizedmonitoringandremotecontroltoimproveconstructionmanagementlevel,reducethefaultrateoftheequipment,reducemaintenanceandoperatingcosts.
Designofbuildingautomationsystemmainlyaimstowillbuildingavarietyofmechanicalandelectricalequipmentofinformationanalysis,classification,treatment,judgement,theoptimizedcontrolmeans,thesystemequipmentforcentralizedmonitoringandmanagement,makeeachsubsystemequipmentkeepeverythingingoodorderandwellarranged,coordinatedandefficient,orderlyoperationcondition,increatinganefficient,comfortable,safeworkingenvironment,reducethesystemcost,trytosaveenergyconsumptionanddailymanagementofcosts,ensurethesystemfullyoperational,thusimprovingtheintelligentbuildingofthehighlevelofmodernmanagementandservice,maketheinvestmentcangetagoodreturn.
Alongwiththeourcountryintelligentbuilding（IB）industrydevelopment,high-risebuildingsandbuildingmoreandmoregroups,thuspromotingfirecontrolsystemwithrapidspeedforward.Intelligentbuildinginthebuildingautomationsystem（BAS）inthefirecontrolsystemisaveryimportantsubsystem,loadingsafeguardthesafetyofpeopleandproperty.Thepaperdesignsacomprehensivebuildingfiresystem,firesystemismainlytheinductionmechanism,wherebythedetector,manualalarmbutton,alarm,alarm,firehydrantbuttonandalarmsystem,anditsimplementingagencies,namelyfireextinguishingsystem,fireradio,emergencylighting,evacuationsigns,smokecontrolsystem,fireshutterdoorfireextinguishingsystemandvariouslinkagecontrolsystemforspecificsettingsandproductselection,andinaccordancewiththeproductpriceandproductspecificamounttodothedesignbudgetbook.
Alongwiththeprogressofmodernsociety,people'slivingstandardhasbeenimproved.Nowmostfamiliesusebottledgas,liquefiedpetroleumgasandnaturalgas.Buttheriskwiththemtoenterpeople'slife,becausethecannedcoalgas,liquefiedpetroleumgasandnaturalgasisflammableandexplosivesubstances,ifrevealed,atanytimemaymakepeoplelifeandagreatlossofproperty.
Consideringthatmostfamilieshavemoresecurityproblems,peopleareinneedofasleeveusedtopreventaccidentsofenvironmentalmonitoringsystems,andfirealarmsystemisspeciallydesignedtosolvetheseproblems.Thedevicecanalwaysmonitoryourkitchentemperatureandcombustiblegasconcentration,whenthedetectedgasexceedthestandardwillactivatethealarmunitandatthesametimeopentheexhaustfantodischargetheinflammablegasout,forthefamilyofthepersonandthepropertysafetyhasprovidedaguarantee.
Keywords：
Automationsystem；firecontrolsystem；safety
目 录
楼宇自动化系统的设计
第1章绪 论
1.1国内外研究概况及发展趋势
1.1.1研究概况
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。
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、价格低廉的火灾报警器是非常必要的。
随着电子技术的飞速发展，各类分立电子元器件已及其所构成的相关功能单元已逐渐被功能更强大，性能更稳定，使用更方便的集成电路所取代。
由集成电路构成的各种自动控制，自动测量，自动显示电路遍及各种电子产品和设备，单片微型计算机简称为单片机，又称为微控制器，是微型计算机的一个重要分支。
单片机是上个世纪70年代中期发展起来的一种大规模集成电路芯片，是集CPU、RAM、ROM、I/O接口和中断系统于同一个硅片的器件。
80年代以来，单片机发展迅速，各类新产品不断涌现，出现了许多高性能新型机种，现已成为自动化和各类控制领域的支柱产业之一。
1.1.2发展趋势
系统不仅能实现监测监控，而且在软件技术上应研究开发能根据被监测环境地点的参数进行有效的危险性判别、分析和提出专家决策方案。
同时系统应用软件应向网络化发展，按统一的格式向外提供监测数据。
针对通信协议不规范和传输设备物理层协议不规范，应尽快寻找一种解决系统兼容性的途径或制定相应的专业技术标准，这对促进住宅监控技术发展和系统的推广应用均具有十分重要的意义。
1.2火灾报警系统的总体方案
本系统包含了六个小的电路块，其中复位电路的工作方式是采用上电自动复位，用来对整个工作系统做好工作前的准备，一上电就使得中央处理器CPU和系统中的其它部件都处于一个确定的初始状态，并从这个状态开始工作。
时钟电路采用的是12MHZ的晶振作为系统软件及硬件调试的工作时钟。
对于环境中温度及气体浓度，则通过数字温度传感器及可燃性气体传感器来获取。
显示部分采用的是液晶显示[1]。
当采集到的气体浓度超出正常值时，CPU便启动报警电路及外部设备控制执行电路，该部分电路主要由蜂鸣器及继电器构成，用来实现对可燃性气体浓度超标时的报警和排气工作。
系统的总体方案结构原理框图如图1-1所示。
图1-1火灾报警系统总的结构原理框图
第2章楼宇自动化系统设计
2.1自动化系统简介
楼宇自动化系统也叫建筑设备自动化系统（BuidingAutomationSystem简称BAS），是智能建筑不可缺少的一部分，其任务是对建筑物内的能源使用、环境、交通及安全设施进行监测、控制等，以提供一个既安全可靠，又节约能源，而且舒适宜人的工作或居住环境。
2.2自动化系统的组成与基本功能
建筑设备自动化系统通常包括暖通空调、给排水、供配电、照明、电梯、消防、安全防范等子系统。
根据我国行业标准，BAS又可分为设备运行管理与监控子系统和消防与安全防范子系统。
一般情况下，这两个子系统宜一同纳入BAS考虑，如将消防与安全防范子系统独立设置，也应与BAS监控中心建立通信联系以便灾情发生时，能够按照约定实现操作权转移，进行一体化的协调控制。
建筑设备自动化系统的基本功能可以归纳如下：
1.自动监视并控制各种机电设备的起、停，显示或打印当前运转状态。
2.自动检测、显示、打印各种机电设备的运行参数及其变化趋势或历史数据。
3.根据外界条件、环境因素、负载变化情况自动调节各种设备，使之始终运行于最佳状态。
4.监测并及时处理各种意外、突发事件。
5.实现对大楼内各种机电设备的统一管理、协调控制。
6.能源管理：
水、电、气等的计量收费、实现能源管理自动化。
7.设备管理：
包括设备档案、设备运行报表和设备维修管理等。
2.3楼宇自动化控制系统的原理
楼控系统采用的是基于现代控制理论的集散型计算机控制系统，也称分布式控制系统（Distributedcontrosystems简称DCS）。
它的特征是“集中管理分散控制”，即用分布在现场被控设备处的微型计算机控制装置（DDC）完成被控设备的实时检测和控制任务，克服了计算机集中控制带来的危险性高度集中的不足和常规仪表控制功能单一的局限性。
安装于中央控制室的中央管理计算机具有CRT显示、打印输出、丰富的软件管理和很强的数字通信功能，能完成集中操作、显示、报警、打印与优化控制等任务，避免了常规仪表控制分散后人机联系困难、无法统一管理的缺点，保证设备在最佳状态下运行。
2.4自动化系统设备的发展历史及相关产品简介
楼宇设备自动化系统到目前为止已经历了四代产品：
第一代：
CCMS中央监控系统（20世纪70年代产品）
BAS从仪表系统发展成计算机系统，采用计算机键盘和CRT构成中央站，打印机代替了记录仪表，散设于建筑物各处的信息采集站DGP（连接着传感器和执行器等设备）通过总线与中央站连接在一起组成中央监控型自动化系统。
DGP分站的功能只是上传现场设备信息，下达中央站的控制命令。
一台中央计算机操纵着整个系统的工作。
中央站采集各分站信息，作出决策，完成全部设备的控制，中央站根据采集的信息和能量计测数据完成节能控制和调节。
第二代：
DCS集散控制系统（20世纪80年代产品）
随着微处理机技术的发展和成本降低，DGP分站安装了CPU，发展成直接数字控制器DDC。
配有微处理机芯片的DDC分站，可以独立完成所有控制工作，具有完善的控制、显示功能，进行节能管理，可以连接打印机、安装人机接口等。
BAS由4级组成，分别是现场、分站、中央站、管理系统。
集散系统的主要特点是只有中央站和分站两类接点，中央站完成监视，分站完成控制，分站完全自治，与中央站无关，保证了系统的可靠性。
第三代：
开放式集散系统（20世纪90年代产品）
随着现场总线技术的发展，DDC分站连接传感器、执行器的输人输出模块，应用ON现场总线，从分内部走向设备现场，形成分布式输入输出现场网络层，从而使系统的配置更加灵活，由于onWorks技术的开放性，也使分站具有了一定程度的开放规模。
BAS控制网络就形成了3层结构，分别是管理层（中央站）、自动化层（DDC分站）和现场网络层（ON）。
第四代：
网络集成系统（21世纪产品）
随着企业网Intranet建立，建筑设备自动化系统必然采用Web技术，并力求在企业网中占据重要位置，BAS中央站嵌入Web服务器，融合Web功能，以网页形式为工作模式，使BAS与Intranet成为一体系统。
网络集成系统（EDI）是采用Web技术的建筑设备自动化系统，它有一组包含保安系统、机电设备系统和防火系统的管理软件。
EBI系统从不同层次的需要出发提供各种完善的开放技术，实现各个层次的集成，从现场层、自动化层到管理层[2]。
EBI系统完成了管理系统和控制系统的一体化。
2.5本章小结
本章介绍了自动化系统的概念机原理，讲述了自动化设备的发展史及相关产品。
自动化设备是智能建筑不可缺少的一部分，其任务是对建筑物内的能源使用、环境、交通及安全设施进行监测、控制等，以提供一个既安全可靠，又节约能源，而且舒适宜人的工作或居住环境。
第3章系统硬件电路设计
3.1温度气体信号采集模块
本系统的采集部分电路设计包括两部分：
温度采集电路和可燃气体浓度采集电路的设计。
温度采集电路的设计：
考虑到本系统设计成本及电路复杂性的关系，我们这里采用数字温度传感器来直接获得环境中的温度，不需要进行A/D转换，便可直接与单片机相连进行数据的传输，硬件电路简单。
气体浓度采集电路的设计：
根据我们日常生活中经常接触到的可燃性气体成分，本系统采用的可燃性气体传感器的型号是MQ—K1，此传感器对我们日常所接触到的煤气、天然气和瓦斯的成分都比较敏感。
由此传感器获得的信号经调理电路处理，便可作为A/D转换模块的输入模拟信号。
所获得的模拟电信号经A/D转换送入CPU中处理。
由此可设计出可燃气体浓度采集部分的方案框图，如图3-1所示。
可燃气体传感器
图3-1温度气体采集模块方框图
3.2显示部分方案设计
常见的显示方式主要有数码管和LCD显示两种，本系统的显示电路如用数码管显示则电路会比较复杂，且达不到显示的要求，因为数码管不能用于显示字符。
而液晶显示电路较简单，可直接与单片机的I/O口相连，动态显示效果好、清晰度高，可操作性强，且能满足显示要求。
3.3报警及执行部分方案设计
在报警电路中，我们采用了一个比较简单的电路，它由一个蜂鸣器、一个三极管和一个电阻组成，当单片机给它一个低电平时，报警电路就发出报警。
这能满足本次设计的需要，所以我们选择了这个简单可行的电路。
在执行电路中，我们也采用了一个比较简单的电路，它由两个电阻、一个光耦、一个三极管、一个二极管和一个继电器组成[3]。
当单片机给它一个高电平时，继电器便吸合，使外部电路导通，排气工作启动。
设计框图如图3-2所示。
图3-2报警及执行方案的结构原理框图
3.4火灾报警系统主要器件的选择
主控芯片的选择和元器件的选择直接关系到整个电路运行的情况，通过了解和学习各方面所需器件的原理和功能，选择了更加适合这次课题的芯片和元器件，在不影响系统正常工作的前提下，使得电路尽可能的简单，制作成本尽可能的低。
3.4.1主控制芯片的选择
作为一个系统的控制核心，选择正确又适用的芯片很重要[4]。
考虑到我们所学的基础知识,我们决定采用51系列芯片来作为主控芯片，最后我们结合这次课题的具体要求和经济实用方面的考虑，我们选择了51系列单片机中的AT89C52芯片来作为这次总设计的主控芯片。
AT89C52是美国ATMEL公司的低功耗、高性能CMOS8位单片机，片内含8K可反复擦写的只读程序存储器和256Byte的RAM。
器件采用Atmel公司高密度非易失性存储器技术生产，与标准MCS-51指令和8052引脚完全兼容。
片内置通用8位CPU和FLASH存储单元，片内震荡器及时钟电路。
同时，AT89C52可降至0Hz的静态逻辑操作，并支持两种软件可选的节电工作模式。
空闲方式停止CPU的工作，但允许RAM、定时/计数器、串行通信口及中断系统继续工作。
掉电方式保存RAM中的内容，但震荡器停止工作并禁止其他所有部件工作直到下一个硬件复位。
AT89C52主要性能特点:
1.与MCS-51单片机产品指令和引脚完全兼容；
2.8K字节可重擦写Flash闪速存储器；
3.1000次擦写周期；
4.全静态操作：
0Hz～24MHz；
5.三级加密程序存储器；
6.256x8字节内部RAM；
7.32个可编程I/O口线；
8.三个16位定时器/计数器；
9.八个中断源；
10.可编程全双工串行UART通道；
11.低功耗空闲和掉电模式。
3.4.2采集系统主要器件的选择
1.数字温度传感器的选择
考虑到本系统对采集到的温度精度要求不高，设计成本及电路复杂性的关系，我们这里采用数字温度传感器的型号是DS18B20。
DS18B20是DALLAS半导体公司推出的一线总线技术的典型产品。
它能够直接读出被测温度并且可根据实际要求通过简单的编程实现精度1/2～1/6的四级转换，可以分别在93.75ms和750ms内将温度值转化9位和12位的数字量[5]。
其内部结构如图3-3所示。
其内部结构主要包括7个部分：
（1）寄生电源；
（2）温度传感器；（3）64位激光（laser）ROM与单线接口；（4）高速暂存器，便笺式RAM，用于存放中间数据；（5）TH触发寄存器和TL触发寄存器，分别用来存储用户设定的温度上、下限、tH、tL值；（6）存储与控制逻辑；（7）8位循环冗余校验码（CRC）发生器。
图3-4DS18B20的内部结构示出寄生电源电路。
当I/O或VDD引脚为高电平时，这个电路便“取”得电源。
只要符合指定的定时和电压要求，I/O将提供足够的功率。
寄生电源的优点是双重的：
1）利用此引脚，远程温度检测无需本地电源，2）缺少正常电源条件下也可以读ROM。
为了使DS18B20能完成准确的温度变换，当温度变换发生时，I/O线上必须提供足够的功率。
因为DS18B20的工作电流高达1mA，5KΩ的上拉电阻将使得I/O线没有足够的驱动能力。
如果几个DS18B2
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