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毕业论文无线GSM火灾报警系统毕业设计

RevisedonNovember25,2020

毕业论文无线GSM火灾报警系统毕业设计

******大学

本科毕业论文（设计）

题目：

无线火灾报警系统的设计

姓名：

****

学号：

****

系别：

***

专业班级：

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指导教师：

**

摘要

火灾还是一种终极型灾害，任何其他灾害最后都可能导致火灾。

火灾能给人类社会带来巨大的损失。

然而，旧时的火灾报警系统已经不能满足现代人的要求，有线的火灾报警系统具有一定的局域性，经常出现线路故障等问题，而无线火灾报警系统能打破局域限制，减少因为线路故障而引起的不便。

系统采用STC89C52，该芯片具有高速、低耗能，功能强、价格低、寿命长，适合运行较为复杂的算法；采用DS18B20温度传感器与火焰传感器作为探测器。

报警系统将传感器输出的电信号经放大滤波处理后送入STC89C52转换，得到的数字信号由单片机进行处理分析，判断是否发生火灾。

当检测到火灾发生时，由火焰传感器监测到火灾信号，由温度传感器再次检测确认火灾信号，最终由GSM模块发出火灾信号给用户手机，检测终端进行火灾显示以及报警。

系统的结构简单、性能稳定，使用方便，智能化程度高。

由于采用了温度传感器和火焰传感器、相结合探测方法，比使用单一的探测器能更加准确报警、降低了误报率。

关键词：

无线火灾报警系统；传感器；GSM模块

Abstract

Fireoranultimatetypeofdisaster,andanyotherdisastereventuallymayresultinfire.Firetogivehumansocietyahugeloss.However,theoldfirealarmsystemhasbeenunabletomeettherequirementsofmodern,wiredfirealarmsystemhasacertainlocality,oftenalinefault,andotherissues,wirelessfirealarmsystemtobreakthelocallimit,reducebecauseoflinefailuretheinconveniencecaused.

SystemusingSTC89C52,thechiphasahigh-speed,lowenergyconsumption,strongfunction,lowprice,longlife,suitableforrunningcomplexalgorithms;DS18B20temperaturesensorandflamesensorasadetector.AlarmsystemtothesensoroutputsignalbyamplifyingandfilteringprocessingintoSTC89C52conversion,thedigitalsignalprocessedbythemicrocontroller,todeterminewhetherthefire.Tothefiresignaldetectedwhenthefirebrokebytheflamesensortomonitorthetestingtoconfirmthefireagainbythetemperaturesensorsignal,andultimatelyissuedbytheGSMmodulefiresignaltotheuser'smobilephoneanddetectterminalfiredisplayandalarm.Systemofsimplestructure,stableperformance,easytouseandhighdegreeofintelligence.Asaresultofthetemperaturesensorandflamesensor,thecombinationofthedetectionmethod,thanusingasingledetectorcanbemoreaccuratealarm,reducingthefalsealarmrate.

Keywords:

Wirelessfirealarmsystem;Sensor;GSMmodule

1.绪论

火灾报警系统概述

火灾报警系统，一般由火灾探测器、区域报警器和集中报警器组成；也可以根据工程的要求同各种灭火设施和通讯装置联动，以形成中心控制系统。

即由自动报警、自动灭火、安全疏散诱导、系统过程显示、消防档案管理等组成一个完整的消防控制系统。

火灾探测器是探测火灾的仪器，由于在火灾发生的阶段，将伴随产生烟雾、高温格火光。

这些烟、热和光可以通过探测器转变为电信号报警或使自动灭火系统启动，及时扑灭火灾。

区域报警器能将所在楼层之探测器发出的信号转换为声光报警，并在屏幕上显示出火灾的房间号；同时还能监视若干楼层的集中报警器（如果监视整个大楼的则设于消防控制中心）输出信号或控制自动灭火系统。

集中报警是将接收到的信号以声光方式显示出来，其屏幕上也具体显示出着火的楼层和房间号，机上停走的时钟记录下首次报警时间性，利用本机专用电话，还可迅速发出指示和向消防队报警。

此外，也可以控制有关的灭火系统或将火灾信号传输给消防控制室。

无线火灾报警系统是一款新兴的智能防盗报警器，它以便宜的价格、娇小的身姿、实用的功能已经受到业界的广泛关注。

相信，在不久的未来，每家每户都能响起它们激昂的报警声。

国内外火灾报警发展状况及现状

火灾报警系统，从发展过程来看，大体可分为三个阶段。

第一阶段：

多线型火灾自动报警系统。

每个探测器除需提供两根电源线外，还需提供一根报警信号线，报警器提供探测器电源，探测器的信号线均连接到报警显示盘上，报警时点亮相应的指示灯，如日本“日探”公司生产的CPF火灾报警系统，此类系统的功能一般以报警为主，辅以一些简单的联动功能（也为多线制），如驱动警铃等，其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，安装此类系统比较繁琐，特别是校线工作量较大。

第二阶段：

总线型火灾自动报警系统。

采用微处理器控制此种自动报警系统，其线制一般有四线制、三线制、二线制，探测器和模块均采用地址编码形式，通过总线与控制器实现信号传送，其探测器的报警形式为开关量，它的灵敏度在制造时，通过硬件决定，不可调整，此类系统可进行现场编程，并通过各种模块对各联动设备实行较复杂的控制，此类系统已具有系统自检以及对外围器件的故障检验等功能，但对故障类型不能区分，目前国内生产的火灾自动报警系统大多数为此类产品，由于此类产品具有报警和控制功能，它的施工、安装较为方便，且价格较低，已被大量使用。

第三阶段：

智能型火灾自动报警系统。

由于采用了先进的计算机控制技术，智能化程度大大提高，探测器的报警形式采用数字量，并可通过软件对其灵敏度根据使用场合、时间进行设定和调整，如可设定白天、夜间、休息日不同灵敏度。

对探测器的使用环境参数变化较大的场所，灵敏度设定相对低一些，对环境较稳定或一些重要的场所，灵敏度设定相对高一些，这一功能可提高系统的稳定性及可靠性，减少误报

1.2.1国内无线火灾报警系统发展与现状

与世界上先进工业国相比，我国火灾报警产品起步较晚，某些地方和国外有些差距，品种不全，结构复杂，操作繁琐，维护费用高等问题。

但随着我国相关技术的发展，我国火灾报警系统与国外知名品牌的差距越来越小。

在1975年开始技术引进和研制投产，并于1979年开始自行研制、规模生产投入市场。

最初产品大多数为多线制（n+1）和电位信号传输方式，消防联动基本上是多线制的硬件组合，火灾误报几乎成为当时国内厂商的共同难题。

在国外大企业大量占领中国市场的时候，中国企业抓住了机遇，顶住了挑战，先是一批国家的科研院所，后是一批国营企业、民营企业，业内也吸引和凝聚一大批国内的技术和管理精英，花了十多年时间，通过几次产品更新换代，就使自己的产品紧紧跟上了国际水平，并且夺回了大部分国内市场，使得现在大多国外产品的优势逐渐丧失。

目前而言，我们基本占据的是国内市场，对外国市场还刚启动处于初始阶段。

中国企业以做好了充分的准备，准备进军。

现状与特点:

消防报警产品是一个系列产品，包括火灾探测设备、信息、报警分析控制器、消防控制联动。

是物理传感技术、自动控制、技术、数据传输和管理、等技术的综合集成，属于高新技术。

由于中国多年的基本建设的发展迅速，火灾报警行业也得到发展，具备了和国外知名企业抗衡的能力。

在目前中国许多冠名以高新技术的行业中，中国企业大多做的是下游的制造和服务，分取极少一部分的利润，象消防报警产品那样又拥有自我知识产权，又拥有大量市场的行业其实是很少的。

在消防报警产品的技术含量上，国内产品和国外产品差距不是很大，许多指标已经超越，存在的问题是：

类似于国外消防报警产品的大批量规模化的生产并未成熟，才刚处于起步阶段，有待于积累经验和技术；同时也导致了在产品一致性和长期稳定性上有一些差距；国内正在形成权重的大型企业和集团，这样可以带领国内的各家企业去冲击海外市场，并最终占领海外的消防报警市场。

1.2.2国外无线火灾报警系统发展与现状

国外火灾报警产品相对于我国来说起步较早。

技术发展比较成熟，一些较发达的国家，具有火灾预防、报警、扑救、善后处理等比较完善的消防体系。

政府每年都要拨出大笔资金用于消防设备更新、人员培训以及消防设施维护。

他们的产品，价格便宜，产品美观，功能齐全操作简单可靠性高，便于维修和更换。

例如法国、美国、加拿大、英国、澳大利亚、日本等发达国家在建设和应用城市火灾自动报警监控系统方面均有丰富的经验。

这些国家将自动火灾报警作为公共报警手段接入监控系统，并有效运行多年，能及时准确的报警，使消防指挥中心能够快速准确判断火灾地点、火灾情况，并调度消防部队快速到达火灾现场，减少火灾带来的经济以及人员损失

未来无线火灾报警系统发展趋势

随着科学技术的发展，以及对消防安全的要求，无线火灾报警系统将会有更加广阔的发展空间。

未来无线火灾报系统将会更加智能化、自动化、高度集成化、更容易的操作以及便于维护。

安全性更高更加可靠、误报、漏报等问题将会得到进一步的解决。

伴随着电子、计算机、通讯和现代控制技术的快速发展，现代火灾报警控制器这一高技术产品正向着全总线制软件编程，智能化，网络化发展。

目前，国内外关于无线火灾报警系统的研究方兴未艾，由于其与有线系统在工程安装上无可比拟的优越性，正越来越被人们看好。

随着我国对消防安全要求的进一步提高，应用领域将逐渐扩展，需要量将会逐年加大，随着该项目产品批量的增加，新工艺的采用，将使成本大大下降，产品将会以一个合理的价位走进千千万万个家庭，为正在兴起的家庭安防潮流注入新的活力。

课题研究的目的与意义

随着科技、经济的快速发展，安全隐患越来越多，而火灾是安全隐患中比较严重的一项。

每年由于火灾，造成了大量的人员伤亡以及财产损失。

所以火灾报警系统的建立是非常重要的，其性能的好坏更是直接影响到用户的经济利益与生命财产安全。

但随着无线通讯技术以及电子技术的引入，旧式的多线制、总线制的火灾报警器已经不能满足用户的要求。

为满足用户的新需求，无线火灾报警器被研制出来。

无线火灾报警系统是近几年来在国外发展起来的新型火灾报警系统，它是利用无线火灾探测装置发出的火警信号和故障信号，并进行报警的火灾自动报警专用设备。

无线火灾报警系统与传统的有线系统二者的主要硬件成分几乎是一致的，但它们的区别在于前者是通过无线电信号而不是用导线将各个装置连成一个系统。

这样能更灵活，更便捷的实现火灾报警，减少了由于线路的问题而导致整个火灾报警系统不能正常的工作的情况，进而更有效的减少火灾所带来的危害。

无线火灾报警系统它具有能在火灾初期，将燃烧产生的热量、火焰等物理量，通过火灾探测器变成电信号，传输到火灾报警控制器，使人们能够及时发现火灾，并及时采取有效措施，扑灭初期火灾，最大限度的减少因火灾造成的生命和财产的损失，是人们同火灾做斗争的有力工具。

2.无线多功能火灾报警系统的总体方案设计

系统功能要求

本系统的研制主要包括以下几项功能：

（1）火情探测功能：

为提高火灾报警的准确性和及时性，本系统火灾报警器需采用温度传感器18B20与火焰传感器进行火情的探测。

（2）无线数传功能：

当有火灾报警情况发生时，单片机要启动数据发送模块将探测器自身引导码、状态码发送给GSM模块，GSM模块接收到数据后，将接受到的数据传送到用户手机中，判断是否产生火情，并确定是否报警。

（3）声光报警功能：

当有检测到火情发生时，蜂鸣器与LED进行声光报警。

（4）用12864显示由温度传感器与火焰传感器检测到的温度。

系统技术要求

本系统采用了无线数传模块GSM进行数据传输，提高了系统的可操作性，减少了一些由于线路问题而出现的故障。

系统采用的单片机处理器成本均比较低，、.对于完整的系统而言，要求该系统应符合体积小、重量轻、功耗低、数传性能可靠和成本低廉等技术要求。

无线火灾报报警系统总体设计流程

单片机系统结构如下：

3.系统硬件设计

单片机的选定

单片机是把微型计算机中的微处理器、存储器、I/O接口、定时器/计数器、串行接口、中断系统等电路继承到一片集成电路芯片上形成的微型计算机。

单片机是应测控领域的需要而诞生的，用以实现各种测试和控制。

它的组成结构既包含通用微型计算机中的基本组成部分，又增加了具有实时测控的一些部件。

单片机是无线火灾报警系统的重要组成部分，它要接收来自传感器的模拟信号，对信号进行分析处理，同时控制后续的电路相应的工作，另外考虑到降低功耗、成本以及可靠性等方面，本系统选用了STC89C52单片机。

图3-1STC89C52单片机

STC89C52单片机简介：

STC89C52是一种低功耗、高性能CMOS8位微控制器，具有8K在系统可编程Flash存储器。

在单芯片上，拥有灵巧的8位CPU和在系统可编程Flash，使得STC89C52为众多嵌入式控制应用系统提供高灵活、超有效的解决方案。

该器件采用ATMEL搞密度非易失存储器制造技术制造，与工业标准的MCS-51指令集和输出管脚相兼容。

具有以下标准功能：

8k字节Flash，512字节RAM，32位I/O口线，看门狗定时器，内置4KBEEPROM，MAX810复位电路，三个16位定时器/计数器，一个6向量2级中断结构，全双工串行口。

另外STC89X52可降至0Hz静态逻辑操作，支持2种软件可选择节电模式。

空闲模式下，CPU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，RAM内容被保存，振荡器被冻结，单片机一切工作停止，直到下一个中断或硬件复位为止。

最高运作频率35Mhz，6T/12T可选。

和atmel的对比STC89C52RC单片机:

8K字节程序存储空间；512字节数据存储空间；内带4K字节EEPROM存储空间;可直接使用串口下载；AT89S52单片机:

8K字节程序存储空间；256字节数据存储空间；没有内带EEPROM存储空间；

声音报警电路

声音报警电路采用5V蜂鸣器，该蜂鸣器声音响亮，成本低，耗能低，适合实验。

图3-2最小系统图3-3蜂鸣器电路图

当检测到有火灾信号时单片机17脚（）置0时，三极管Q1导通，蜂鸣器报警。

火焰检测器

火焰检测器是火灾报警中一个重要组成部分，通过检测到火焰，并将信号输送到单片机，然后单片机通过处理后将数据传送给设备，达到报警的目的，控制火情，减少火灾的危害

3.3.1常用火焰传感器简介

（1）紫外线检出定辐射式传感器（fixedradiationflametransducerbyultravoletcheekouttype）该传感器可用在石化工业露天监测场合。

（2）二氧化碳共鸣辐射检出型传感器（CO2resonatedcheekedoutradiationflametransducer）该种检测器可以用于室内、室外任何防燃、防爆场合。

（3）红外线检出型定辐射式传感器（fixedradiationflametransducerbyinfraredrayscheekouttype）这种检测器由于跟太阳光的波长分布相近，所以不适用于室外场合监测。

（4）二波长检出型闪烁式传感器（dualwavelengthcheckedoutflashingtypetransducer）。

（5）单波长检出型闪烁传感器（singlewavelengthcheekedoutflashingtypetransducer）主要用于空气输送管道内。

3.3.2火焰传感器应满足基本条件

（1）对检测信号响应速度快，重复性好。

（2）长期工作稳定性好。

（3）使用寿命长。

（4）制造成本低。

基于以上条件，本实验选用了集成放大电路的火焰传感器，该火焰传感器可以检测火焰或者波长在760纳米～1100纳米范围内的光源，探测角度60度左右，对火焰光谱特别灵敏，灵敏度可调，性能稳定，工作电压5V，数字量模拟量双输出。

3.3.3火焰传感器电路设计

图3-4火焰传感器电路图3-5火焰传感器

此乃集成的火焰传感器，当检测到火灾发生时，火焰传感器的AO,DO脚会被置0。

信号经单片机处理通过串口传输到GSM模块，再通过GSM模块发送到用户手机。

温度传感器检测

本实验要求体积小，相对于传统温度传感器精度高、稳定性好、电路简单、控制方便综上所述本实验采用DS18B20温度传感器。

3.4.1DS18B20简介

特性：

（1）应用中不需要外部任何元器件即可实现测温电路。

（2）测温范围-55~+125℃，最大精度0.0625℃。

（3）只通过一条数据线即可实现通信。

（4）每个DS1820器件上都有独一无二的序列号，所以一条数据线上可以挂接很多该传感器。

（5）内部有温度上、下限告警功能。

3.4.2温度传感器工作原理

18B20具有温度检测和数据处理组成两部分。

18B20先初始化，当有个脉冲信号输入温度传感器时，温度传感器内的模块就会检测脉冲信号，将检测完的脉冲信号存储到存储器内，再第二个脉冲输入时，前一个存储的数据将会输出。

图3-618b20温度检测电路图3-718B20外形及引脚

3.4.3温度传感器检测设计

设定一个温度值，当温度传感器检测到环境温度超过60度的时候单片机控制蜂鸣器发出报警信号，从而达到火灾报警的效果。

指示灯及控制电路

图3-8LED指示电路

单片机与手机模块通过串口连接时，指示灯亮以示与手机模块握手成功。

GSM模块

GSM模块，是将GSM射频芯片、基带处理芯片、存储器、功放器件等集成在一块线路板上，具有独立的操作系统、GSM射频处理、基带处理并提供标准接口的能模块。

GSM模块具有发送SMS短信，语音通话，GPRS数据传输等基于GSM网络进行通信的所有基本功能。

简单来讲，GSM模块加上键盘、显示屏和电池，就是一部手机。

开发人员使用ARM或者单片机通过RS232串口与GSM模块通信，使用标准的AT命令来控制GSM模块实现各种无线通信功能，例如：

发送短信，拨打电话，GPRS拨号上网等。

基于GSM模块产品的开发往往都是基于ARM平台，使用嵌入式系统进行开发。

有些GSM模块具有“开放内置平台”功能，可以让客户将自己的程序嵌入到模块内的软件平台中。

随着GSM移动通信网络的迅速普及及和竞争的日益激烈，新技术和新业务的开发和应用已经提高到十分重要的位置，GSM模块作为一种主要的GSM网络接入设备，以得到越来越多的系统和制造商的重视。

GSM模块是继GSM手机外又一种非常重要的GSM移动通信系统终端设备。

它是传统调制解调器与GSM无线移动通信系统相结合的一种数据终端设备。

因此也叫无线调制解调器。

它的出现改变了传统的以话音为主的通信手段。

在应用上，凡是使用调制解调器的地方大多数可以用GSM替代。

单片机通过RS232串口与GSM模块通信，使用标准的AT命令来控制GSM模块实现各种无线通信功能，例如：

发送短信，拨打电话，GPRS拨号上网等。

基于GSM模块产品的开发往往都是基于ARM平台，使用嵌入式系统进行开发。

有些GSM模块具有“开放内置平台”功能，可以让客户将自己的程序嵌入到模块内的软件平台中。

3.6.1GSM的发展与现状

GSM全名为"GlobalSystemforMobileCommunication"-泛欧数字移动电话系统。

GSM最初是北欧邮政及电信组织（NordicPost,TelephoneandTelegraph）於1982年向欧洲邮政电信组织（CEPT）所提出之一欧洲通讯系统，而由欧洲电信标准所（EuropeanTelecommunicationStandardsInstitute,ETSI）负责制定GSM的使用标准及规格，包括了采用数字时分多址（TimeDivisionMultipleAccess,TDMA）等技术。

直至1991年，GSM系统才正式在市场上推出。

由于GSM系统拥有许多技术上的优点，因此在推出后，很快地被世界上许多国家所采用，截至目前为主，GSM以被一百多个国家和地区，总共超过两百多个以上的移动电话业者所采用，并持续增加中。

原先的GSM标准只包括900MHz（即GSM900），而后基于系统容量上的需求，又增加了对1800MHz（即GSM1800或DCS1800）及1900MHz（即GSM1900）两个频段的使用规范。

早期的GSM模块主要是供手机厂使用，手机厂直接购买模块，配上外围的器件就是可以生产一部手机。

GSM模块解决了手机设计中复杂的射频发送和基带处理问题，并提供了标准的通信接口，厂商不用再从底层的芯片级开始进行手机的设计，缩短了设计周期。

5年前，国内的手机厂家几乎都是购买国外的成品GSM模块进行二次开发生产手机的，近几年，随着国内手机设计公司的逐渐成熟，手机厂家才摆脱对GSM模块的依赖，转为直接从芯片级入手生产手机。

目前，GSM模块依然在广泛的工业应用领域使用，在各行各业都能看到GSM模块应用的产品。

例如，在车载监控领域，使用GSM模块将车辆行驶的GPS数据传输回车辆管理中心；在电力、水务系统，通过GSM模块实现了远程智能抄表，可以实时监控用户的用电和用水量；在测绘行业，为很多偏僻的测绘点安装了GSM模块实现了实时的监控，不必再人工收集数据；在家庭，可以安装无线报警系统，一旦发生火情或盗窃行为，可以立即通知户主和报警；在国外，很多老人小孩带了个人跟踪器，防止老人和小孩走失或意外发生，里面也是集成了GSM模块。

可以说，随着GSM的网络建设的完善，GSM模块的应用范围也越来越广。

3.6.2常见GSM模块介绍

GSM是GlobalSystemforMobileCommunications的缩写，意为全球移动通信系统，是世界上主要的蜂窝系统之一。

GSM是基于窄带TDMA制式，允许在一个射频同时进行8组通话。

GSM80年代兴起于欧洲，1991年投入使用。

到1997年底，已经在100多个国家运营，成为欧洲和亚洲实际上的标准，到了2001年，在