基于单片机的智能型火灾监测系统.docx

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基于单片机的智能型火灾监测系统

河南机电职业学院

毕业论文

论文题目：

基于单片机的火灾监测系统

所属系部：

电气工程学院

专业班级：

电气自动化专业13-3

学生姓名：

郭云龙

指导老师：

刑任周

摘要

科学技术的飞速发展与进步给人们的生活带来了前所未有的便利，如电力技术的迅猛发展与应用，合成材料的诞生，新能源的不断涌现，自动化程度的不断提高等等，使人们的衣食住行条件得到了极大的改善。

然而其负面的作用也随之凸显出来，如液化石油气，各种电子产品，易燃装饰材料等我们身边经常接触到的一些普通生活用品，为火灾的发生埋下了巨大的隐患，人们在享受科技带来的便利之外无时不在受到潜在的火灾的威胁。

当现场烟雾或者温度发生异常，或者发生火灾时，可实现声光报警、烟雾浓度、温度报警限设置、故障自诊断、延时报警等，是一种结构简单、性能稳定、使用方便、价格低廉、智能化的烟雾传感器，具有一定的实用价值。

关键词：

AT89C51单片机；智能报警；传感器；控制器

第1章绪论

1.1课题背景

近年来全国火灾事故频繁发生，造成人、财、物的巨大损失。

用户对火灾报警以至自动消防系统的要求越来越高。

针对多起火灾事故的分析，排除水压不足等因素外，现有的消防隔断未能起到应有的作用，是造成重大损失的关键。

本文基于上述考虑，通过研发全自动智能防火卷闸门电气控制系统，满足了防火卷闸门的各种动作状态要求，也满足了用户的不同使用环境的需要。

其主要功能是在火灾发生时，控制防火卷闸门可靠、准确地运行，实现防火卷闸门的一步降或二步降，达到分区防火，控制火势蔓延，减少火灾损失的目的。

防火卷闸门控制方式主要分为手动调整自动与联动等各种控制方式同时预留和上位机的通讯接口，为自动消防系统作好前期准备。

同时，通过温度传感器和烟雾传感器检测出信号，通过控制电路使电话自动拨号（119），并报告现场地址。

这对有效、快速扑救具有积极意义。

本系统适用于各种消防环境，尤其适合于不能用水做灭火介质的地方，如图书馆、档案馆、计算机房等处。

因单片机集成度高，故该装置具有结构简单，可靠性高，成本低等优点。

1.2智能火灾报警监测系统的新动向

火灾报警系统最初是单机式报警，即：

只有现场报警功能，如果有火灾信号，火灾现场发出声音警报，然后通知消防部门，这种报警方式在布防现场起到了一定的作用，但是存在较大的局限性。

总线制火灾报警系统通过小区内的局域总线作为物理网络，彻底摆脱电话线制的局限，其基本组成是:

报警控制器，探测器，总线和报警中心的接警计算机。

报警控制器连接多个探测器。

报警控制器通过总线与接警计算机相连，按一定的协议通信，对发生的火灾信号进行几次校对，确认后发出声光报警。

总线制报警系统具有先进性、开放性、独立性、扩展性、高效性和经济性等特点。

总线制报警系统还具有以下特点:

1.零使用、维护成本:

因为物理网络为小区内自己铺设的局域总线，在使用和维护上不需要投入资金，真正做到一次投资、终生受益。

2.报警反应高效、快速:

因其系统是采用数码流直接传输，不用拨号和模拟调制，真正做到即时警报、即时接警，从报警发生到中心警示，只需0.1s左右。

3.扩展方便、兼容性好:

智能小区的大多数子系统都通过小区的局域总线

传输信号，增减报警控制器不需要对总线改造。

4.集成度高，功能性好:

总线制报警系统的安装配置可以通过接警中心计算机的软件进行设置，还能与其他子系统互连.

智能火灾报警监测系统作为智能化系统中的子系统之一，同样承载着智能建筑所面临的挑战与机遇。

针对居住的环境不同，用户对于智能火灾报警监测系统的要求也不是一成不变的。

因而智能火灾报警监测系统的设计中要考虑这些因素。

既要易于使用、安装和维护，又要有利于扩张和升级，还要考虑与其他系统的集成和信息共享，关注计算机、通信技术的发展对系统带来的影响。

火灾自动报警系统属于楼宇自动化范畴，是当前楼宇自动化的一个主要构成系统。

其设置目的是为了防止和减少火灾危害，保护人身和财产安全。

火灾报警技术是预防火灾的一项基础工作，应用范围广泛。

报警早，损失少，不仅对发生火灾的单位和个人具有重要作用，而且对公安消防监督机构及时扑灭火灾、减少人员伤亡和财产损失同样具有十分重要的现实意义。

火灾自动报警系统由触发器件、火灾报警装置、火灾警报装置及具有其他辅助功能的装置组成。

随着电子技术和计算机技术的迅速发展，火灾自动报警系统的结构、形式越来越灵活多样，很难精确划分为几种固定的模式。

火灾自动报警技术趋向于智能化系统，这种系统可组合成任何形式的火灾自动报警网络形式，既可以是区域报警系统，又可以是集中报警系统或控制中心报警系统形式。

所谓智能火灾自动报警系统，应当是：

使用探测器件将火灾发生期间所产生的烟、温、光等信号以模拟量形式，连同外界相关的环境参数一起传送给报警器，报警器再根据获取的数据及内部存储的大量数据，利用火灾模型判据来判断火灾是否存在，这样的系统称为智能火灾自动报警系统。

由于该系统为解决火灾报警系统存在的两个难题（误报、漏报）提供了新的方法和手段，并在处理火灾真伪方面表现出明显的有效性和创新性，这是火灾自动报警系统在技

术上的飞跃。

从传统型走向智能型，是国内外火灾自动报警系统技术发展的必然趋势。

智能火灾自动报警控制系统具有如下特点：

（1）为全面有效地反映被监视环境的各种细微变化，智能系统采用了设有专用芯片的模拟量探测器，对湿度和灰尘等影响实施自动补偿，对电干扰及线路分布参数的影响进行自动处理，从而为实现各种智能特性、解决无灾误报和准确报警奠定了技术基础；

（2）系统采用主从式网络结构，解决了对不同工程的适应性，又提高了运行的可靠性；

（3）利用全总线计算机通信技术，既完成了总线报警，又实现了总线联动控制，彻底避免了控制输出与执行机构之间的长距离穿线布管，大大方便了系统布线设计和现场施工；

（4）系统采用大容量的控制矩阵和交叉查寻软件包，以软件编程代替了硬件组合，提高了消防联动的灵活性和可修改性；

（5）具有丰富的自诊断功能，为系统维护及正常运行提供了有利条件。

第2章火灾报警系统及其整体方案设计

2.1火灾发生时的特点

火灾是一种失去人为控制的由燃烧造成的灾害，产生火灾的基本要素是可燃物、助燃物和点火源。

可燃物以气态、液态和固态三种形态存在，助燃物通常是空气中的氧气。

它们燃烧的基本过程是当从外部获取一定的能量时，液体或固体先蒸发成蒸汽或分解出可燃气体（如CO、H2等）的分子团、灰烬和未燃烧的物质颗粒悬浮在空气中，称之为气溶胶。

在产生气溶胶的同时，产生分子较大的液体或固体微粒，称为烟雾。

总的来说，普通可燃物在燃烧时表现为以下形式：

首先是产生燃烧气体，然后是烟雾，在氧气充足的条件下才能达到全部燃烧，产生火焰，发出可见光和不可见光，并散发出大量的热，使环境温度升高。

起火过程中，起初和阴燃两个阶段所占的时间比较长，若探测器就应该从此阶段开始进行探测，就可以火灾损失控制在最小限度。

火焰燃烧后，迅速蔓延，产生大量的热使得环境温度升高，如果能将这时能够探测到有效地温度值，就可以比较及时地控制火灾。

起火过程曲线如图2-1所示。

图2-1起火过程曲线

2.2火灾报警系统功能及其类型

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。

火灾探测器通过对火灾发出的物理、化学现象——气（燃烧气体）、烟（烟雾粒子）、热（温度）、光（火焰）的探测，将探测到的火情信号转化成火警电信号传递给火灾报警控制器。

区域报警器将接收到火警信号后经分析处理发出声光报警信号，警示消防控制中心的值班人员，并在屏幕上显示出火灾的房间号。

集中报警是将接收到的信号以声光形式表现出来，其屏幕上也显示出着火的楼层和房间号，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。

整体电路的框图如图2-2所示及其类型。

图2-2智能火灾报警系统框图

火灾报警系统，一般由火灾探测器、联动单元和控制器三部分组成。

由火灾探测器首先探测到火灾的萌芽而后通过联动单元传输至控制器分析其形势从而实现是否报警。

火灾报警系统除了具有预防报警之外，还有遥控检测功能，它能够根据总台的监测预防

的要求而有所对其功能模块进行远程调节。

根据火灾报警系统中所使用的探测器种类的不同，火灾报警系统可以分为以下四种：

（1）感温型火灾报警系统

根据探测温度参数的不同，一般可以将感温型火灾报警系统分为定温式、温差式等几种。

（2）感烟型火灾报警系统

感烟型火灾报警系统主要有激光感烟式、光电感烟式和离子感烟式等。

（3）感光型火灾报警系统

感光型火灾报警系统就是通过响应火灾中产生的光特性，即扩散火焰的光强度和闪烁频率，来触发报警系统的。

根据感应的敏感波长，可以将感光型火灾报警系统分为对波长较短的光辐射敏感的紫外报警系统和对波长较长的光辐射敏感的红外报警系统。

（4）复合型火灾报警系统

如果报警系统同时对温度、烟雾和光辐射中的两种或两种以上参数做出响应，那么它就是复合型火灾报警系统。

目前复合型火灾报警系统有感温感烟型、感烟感光型、感温感光型等多种形式。

2.3本系统的总体方案设计

2.3.1本设计的研究范围

火灾的发生场合各异，因而火灾发生前和发生时出现的情况也各不相同，比如在居民住宅楼，易燃物品较复杂的各型商场、超市，人员密集度较高的的网吧、影院，车库、粮库、油库等各种类型仓库，汽车、飞机、轮船等现代化的交通工具等场合，有些火灾发生的比较缓慢，随着湿度，温度等的慢慢变化，导致易燃物品接近并达到着火点而产生烟雾和明火，若此时不能得到有效控制则火势会逐渐蔓延，一致酿成大祸。

对这一类火灾如果提高警惕，及时发现，就能够有效控制火灾的发生。

而对于有些发生较快的火灾，通常只有几秒十几秒的时间火势便达到无法控制的地步，如2012年8月26日凌晨发生在陕西省延安市安塞县境内的一起触目惊心的重大车祸，大量的甲醇瞬间燃烧，车内乘客根本没有时间逃生。

对于这类火灾我们只能从根本上采取措施杜绝一切可能产生火灾的因素，否则后果不堪设想。

本文主要研究的是一般场合下的火灾火灾的预警与应对，此类火灾发生比较缓慢，发生之前伴随有温度的非正常变化，火苗出现之前的烟雾等有害气体的产生。

方案涉及到现场温度的检测，烟雾浓度的检测，信号的采集与对比，声音报警，不同险情的不同灯光显示等。

该火灾报警系统是以AT89C51单片机作为控制中心，接受、处理火灾探测器输出的烟雾浓度信号、温度信号，并进

行声光报警。

它通过不断的向现场发射巡检信号来监视现场的温度、烟雾浓度等，并不断反馈给报警控制器，控制器将接到的信号与内存的正常整定值比较、判断确定是否有火灾的发生。

本文设计的用于小型防火单位的单片机火灾报警系统具有以下特点:

（1）能对室内烟雾（CO2，CO）及温度突变进行报警,具有声、光双重报警功能。

（2）系统故障报警功能。

当系统出现硬件故障时，能发出故障报警信号。

（3）异常报警功能。

当环境出现异常（如烟雾浓度过大或是温度较高）时，能发出异常报警信号，引起人们注意，尽可能避免火灾的发生。

（4）火灾报警功能。

一旦真出现火灾（烟雾和温度同时出现异常）时，能立即发出声光警报。

据类似本系统的报警器现场模拟实验表明,本系统安全可靠,误报率低。

且由于其体积小、操作维护方便、成本低廉等,具有广阔的应用前景。

2.3.2系统的硬件总体结构

（1）硬件系统组成

一个完整的火灾报警系统，必须包含以下几个部分：

系统控制模块，火灾探测模块，数据转换模块以及报警模块。

本设计一单片机作为控制系统的核心，以传感器作为其测温装置，来实现火灾报警系统的设计。

该设计可以对室内外温度以及烟雾实时采集可检测，当所测温度或者烟雾浓度高于临界温度时自动报警。

温度信号或者烟雾浓度信号采集电路将温度信号或者烟雾浓度信号以数字信号的形式送入单片