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1、无线火灾报警器的设计与实现毕业设计（论文）无线多功能火灾报警器的设计与实现无线多功能火灾报警器的设计与实现摘要近几十年来，作为防火工作中的重要一环，火灾报警系统在宾馆、商场、图书馆、娱乐场所等各部门中应用越来越广泛，同时人们对其功能的要求也越来越高。本课题所研究的无线多功能火灾报警器采用了STC89C52为核心控制器，根据不同火情选用集成温度传感器AD590、气体传感器MQ2及烟雾传感器作为敏感元件。通过这些传感器，当环境中温度、烟雾浓度、可燃气体浓度等发生变化时系统会发出声光报警信号实现有线报警，并在有线报警器的基础上加进无线通信模块，从而实现无线报警，让人们及时发现火灾。关键词：火灾报警，

2、温度传感器AD590，气体传感器MQ2，烟雾传感器，无线数传AbstractIn recent decades, as an important part of fire control work, fire alarm system is used more and more widely in hotels, malls, library, recreation in various departments,at the same time,its function demand is also more and more high.Controller with a core of ST

3、C89C52 is adopted for the wireless multi-function fire alarm which is researched in this topic. According to different fire situation the wireless multi-function fire alarm selects integrated temperature sensor AD590, gas sensor MQ2 and smoke sensor as sensitive components. Through these sensors,whe

4、n the temperature, smoke concentration, combustible gas concentration changes in the environment, system will give out sound and light alarm signal to come true lineate alarm, and on the basis of lineate alarm the system is added wireless communication module to come true wireless alarm.Thus people

5、can discover fire timely.Key words: fire alarm，temperature sensor AD590，gas sensor MQ2，smoke sensor，wireless digital transmission 摘要1Abstract2第一章 绪论5第一节 课题的背景5第二节 课题研究的目的与意义5第三节 火灾报警器的发展与现状6第四节 主要研究内容7第二章 无线多功能火灾报警器的总体方案设计8 第一节 系统的功能要求8 第二节 系统的技术要求8 第三节 系统的组成及总体方案设计9第三章 无线多功能火灾报警器的硬件设计10第一节 温度传感器电路的

6、设计11第二节 烟雾传感器电路的设计14第三节 气体传感器电路的设计15第四节 无线发送电路的设计20第五节 无线接收电路的设计23第四章 无线多功能火灾报警器的软件设计27第一节 控制程序的设计思路27第二节 编码程序的设计思路28第三节 解码程序的设计思路28第五章 无线多功能火灾报警器的测试结果及结论30第一节 调试30第二节 结论30致谢32参考文献33附录34第一章 绪论第一节 课题的背景在我国，随着经济的发展和生活水平的提高，工业与民用建设日趋增多，火灾发生的可能性也随之大幅提高。另外，现代建筑物中塑料制品和玻璃的大量应用使火场内外部的求援行为困难重重。现代化的楼宇，尤其是大型宾馆

7、、酒店、商场、图书馆、博物馆、档案馆和办公楼等公共场所，也对火灾报警系统提出了更高的要求。一旦发生火灾将很难及时救助，势必要给国家和个人带来不可估量的损失。 因此，人们从很早之前就不得不对火灾发生过程进行专项研究，截至目前，已经形成了较为成熟的概念。火灾的发生和发展过程是一个复杂的物理化学过程，而且与环境的相关性很强。任何火灾，在其初始发展阶段，都将伴随烟雾、热量和火的产生，烟、热、光是物质燃绕的3大特征。火灾早期预报的重要手段，就是通过安装在现场的各类火灾探测器对火灾产生的烟、热、光等火灾参量做出有效响应，发出报警信号，呼唤工作人员采取必要的灭火措施，有效地制止火灾的发生。根据以上所述，火灾

8、报警技术便应运而生，火灾报警系统是随时警惕火灾、及时报警和输出联动灭火信号的忠实哨兵，是早期报警的有力手段第二节 课题研究的目的与意义当今社会随着高科技的发展，安全隐患越来越多，而火灾则是其中比较严重的一项。因此，国家对建筑市场进行进一步的规范，建筑物安全性能的优劣受到了社会空前的重视。尤其是火灾报警器，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。近年来，电子技术和无线通信技术走进了人们的视线，人们越来越希望火灾报警器既要美观实用，又要节省资源。原来的多线制、总线制的火灾报警器已远远不能满足用户的新需求，给人们的日常生活带来了诸多隐忧。于是，无线火灾报警器为了满足这一需求而被研制出

9、来，并越来越被人们所接受，其自身技术水平也随着人们需求的不断提高，在功能、结构、形式等方面不断地完善。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，无线火灾报警系统由无线火灾探测装置及无线火灾报警控制器组成。无线火灾探测装置主要由火灾探测器、无线发射模块组成;当无线火灾探测装置在探测范围内发生火灾或内部发生故障时，探测装置将产生不同信号，同时启动发射器，发出不同的报警信号;无线火灾报警控制器在接收到报警信号后能实现火灾和探测装置故障的声光报警功能。无线火灾探测装置按规定可以是任何一种触发装置，这种

10、触发装置用某种无线传输方法组合的控制接收设备进行通讯，对于各种形式的火灾探测装置，其应用无线传输的形式也有不同的要求，无线火灾报警系统有它独特的优势并孕育着巨大的市场潜力。无线火灾报警系统与传统的有线系统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。二者的主要硬件成分几乎是一致的，包括控制器、感烟或感温或气敏探测装置及发声器等。无线火灾报警系统借助于无线电信号而不是导线传输数据，当感烟或感温探测装置监测到烟雾时，短波无线电将所得数据传送到控制器。该控制器类似于有线系统的控制器，有各种控制元件，包括与其他设备相联的输入输出装置，由天线完成到系统的主要信息输入输出。第三节 火灾

11、报警器的发展与现状国外一些较发达的国家，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。德国、日本、美国等国家就采用计算机与用户终端的传感器或者用户终端信号采集器相连，对火灾自动报警设备实时监控以及故障远程传输。火灾探测报警系统可靠性的提高体现在用智能技术处理传感器提供的信息上人们建立了多种火灾探测算法、模糊逻辑、神经网络模式，也有从事研究非火灾探测的模式。而各种单一传感器提供的火灾信息均混杂非火灾信息，从而，给从传感器提供的火灾信息上判别火灾增加了难度。于是，人们开始探索新型探测原理的传感器件（如气体气味传感器等）和

12、复合探测器，取得显著成效的是对火灾过程多参数进行监测的复合传感器。它对火灾产生的多种参数进行多种信息的分析，排除干扰，确定火灾，从而提高了判断火灾的准确性。而与之配套的硬件则采用复合多传感器等传感方式，为判断火灾提供更加充分的火灾信息。成熟的产品有烟、温复合智能火灾报警探测系统，并以用于实际工程。我国火灾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火灾报警系统产品。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，没有真正意义上核心技术，并且市场也刚刚开始发育。火灾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

13、市场，带来先进技术的同时也促进了市场的成熟。这时期，我国生产火灾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。第四节 主要研究内容本课题所研究的无线多功能火灾报警器由有线报警和远程报警两部分组成。在有线部分实现火情探测功能和声光报警功能的基础上无线多功能火灾报警器通过无线通信模块以及单片机的控制实现远程火灾报警。本课题主要完成的任务包括：(l)对控制器进行整体规划和结构设计。 (2)硬件部分：以STC89C52单片机为核心部件，包括传感器的选择，无线模块的选 择，火情探测电路设计，无线通讯

14、电路设计以及报警电路设计。(3)软件部分：包括单片机控制程序以及无线通信程序。 (4)硬件电路和软件程序的综合调试与分析：在软硬件完成以后，要对系统进行综合的测试与实验，分析系统的可靠性与实用性，调整系统的不足。第二章 无线多功能火灾报警器的总体方案设计本课题采用有线报警与无线报警可分离的方式设计火灾报警器，下面分别对系统功能要求、系统技术要求及系统实现方案总体阐述。第一节系统的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多种方式进行火情的探测。在实际使用中，根据不同的防火场所，用户可以选用温度探测法、可燃气体检测法及烟雾

15、探测法等合适的火灾探测方法，来有效的探测火灾。(2)无线数传功能：当有火灾报警、故障等异常情况发生时，单片机要启动无线数据发送模块将探测器自身引导码、状态码发送给无线通信模块的发送端，而接收端再将接收到的编码传递给单片机进行解码，判断是否产生火情，并确定是否报警。(3) 声光报警功能：当有火情产生、故障等异常情况发生时，报警器要进行声光报警。当控制器处于火灾报警状态时，火警指示灯应点亮，并发出报警声。第二节系统的技术要求在了解本系统的工作原理和功能之后，我们就可以确定系统的技术要求。本系统采用了标准的无线数传模块进行数据传输，大大提高了系统的可靠性和通用性。系统采用的单片机处理器成本均比较低，

16、适合批量生产和各类工程的需要。对于完整的系统而言，为了提高市场竞争力，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。具体参数和指标如下：(1)小体积：探测器的体积要尽可能的小，这样才能减少占用的空间，而且更便于安装和更换。(2)低功耗：系统采用三节5号干电池供电，电池电量有限，并且无线发射模块消耗电能比较大。因此要求有线部分的功耗要尽可能的低才能满足时间工作的要求。(3)高可靠性:由于系统工作环境可能存在不确定的电磁干扰，为了保证系统长时间可靠地工作，减少误报发生的机率，选择的无线模块应具有较高的抗干扰性能。第三节系统的组成及总体方案设计本无线多功能火灾报警器主要由

17、传感器、单片机、无线通信模块、控制电路、声光报警电路、编码解码电路等组成。设计的关键在于三个传感器电路的设计以及无线通信部分的程序设计。系统的组成结构如下：第三章 无线多功能火灾报警器的硬件设计总体电路 图3.1如图3.1，左边的火情探测电路从上到下依次为温度探测电路、烟雾探测电路、气体探测电路。当他们检测到有异常时，就会分别通过P0.0,P0.1,P0.2口输出高电平，高电平进入单片机进行处理。右上部分为单片机对信号处理后通过内部程序控制不同的LED灯亮和蜂鸣器响，实现声光报警。右下部分为无线数传部分，(1)无线发送电路：在单片机检测到前面控制部分输入为火灾异常情况后先进行编码，然后通过数据

18、输出口P3.1口传给无线发送模块F05P；(2)无线接收电路，通过无线接收模块J04V接收到无线发送的编码，再通过数据输入口传给P3.2口，再由另一块单片机对收到的信号进行解码，判断是否有火情发生，进而决定是否报警。第一节 温度传感器电路的设计图3.2工作原理：如图3.2，集成温度传感器AD590和R1也组成一个分压电路，电容的作用是滤波，滤掉电流中的交流成分。电阻R0和电位器R4组成一个分压电路，比较器LM358的反向端(2脚)的电压为VCC的部分电压；比较器LM358的正向端（3脚）的电压随AD590温度变化而变化。在室温下，调节电位器R4，使比较器LM358中的2脚电压高于3脚电压，此时

19、比较器输出端1脚就会输出一个低电平；当外界温度达到一定的高度后，集成温度传感器AD590的线性输出电流增大，3脚的电压也就跟着增加，最后使比较器3脚电压高于2脚电压，1脚输出为高电平，即为有效信号，判断有火情发生。其中，我们可以通过调节电位器R4的阻值大小来设置整个电路输出为高电平时所需达到的温度。温度传感器AD590的介绍：温度传感器：产生火灾时会散发出大量的热，使得环境温度升高，用热敏传感器检测环境温度或温升速率，探测火灾初期征兆，也是实现火灾早期报警功能的一种重要手段。其特点是:结构简单，电路少，与烟雾传感器相比可靠性高、误报率低，且可以做成密封结构，防潮防火防腐蚀性好，可在风速大、灰尘

20、多、潮湿等恶劣环境中使用。AD590是电流型温度传感器，通过对电流的测量可得到所需要的温度值。根据特性分析，AD590的后缀以I，J，K，L，M表示。AD590L，AD590M一般用于精密温度测量电路，其电路外形如图1所示，它采用金属壳3脚封装，其中1脚为电源正端V；2脚为电流输出端I0；3脚为管壳，一般不用。集成温度传感器的电路符号如图2所示。 AD590的主特性参数如下：工作电压：430V；工作温度：55150；保存温度：65175；正向电压：44V；反向电压：20V；焊接温度（10秒）：300；（7）灵敏度：1AK。AD590的主要特性是：（1）流过器件的电流（mA）等于器件所处环境的热

21、力学温度（开尔文）度数，即： mA/K式中：流过器件（AD590）的电流，单位为mA； T热力学温度，单位为K。（2）线性电路输出：1uAK，正比于绝对温度；（3）宽温度范围：-55+150；（4）精度高：激光校准精度到0.5(AD590M)（5）线性好：满量程范围0.3(AD590M)（6）电源范围宽：+4+30VAD590的用途是相当广泛的，除温度测量外，还可用于分立元件的补偿和校准；正比于绝对温度的偏置；流速测量；流体液位测量及风速测量等。相于其它类型的光电式传感器，温度传感器AD590的线性输出好，温度范围宽，精度高，所以我们在这个电路中选用了集成温度传感器AD590。双运算放大器LM

22、358介绍；LM358由两个独立、高增益和内部频率补偿的运算放大器组成。可用一个宽范围的单电源供电，也可用带隙电源供电；低输入电流不依赖供电电压的大小。在整个频带增益有温度补偿，输入偏置电流有温度补偿，兼容所有的逻辑电平，可用电池供电。LM358 的封装形式有塑封8引线双列直插式和贴片式。脚位排列图如下图所示：主要特点：同一增益内部频率补偿大DC电压增益，达100dB同一增益带宽：1MHz单电源供电：3V到32V双电源供电：1.5V到16V非常低的耗电（500A）不依赖电源供电低输入偏流低输入失调电压和失调电流共模输入电压范围宽，包括接地差模输入电压范围宽，等于电源电压范围输出电压摆幅大(0

23、至Vcc-1.5V)第二节 烟雾传感器电路的设计图3.3工作原理：如图3.3，在这个电路中，有两个分压电路，其中电阻R6和光敏电阻G组成一个，电阻R7和电位器R8组成另外一个。发光二极管LED的作用是给光敏电阻G提供光源。电阻R5的作用是保护发光二极管LED，防止因为电压过大而使LED烧坏。电路中调节电位器R8，使光敏电阻G在光电阻(此时电阻很小，所以光敏电阻两端分到的电压就很少了)情况下，比较器LM358反向端(2脚)电压高于同相端(3脚)电压，使输出端(1脚)输出低电平；当光敏电阻G在暗电阻(此时光敏电阻电压非常的大，其两端分到的电压很高)情况下，比较器LM358中2脚电压低于3脚电压，1

24、脚输出高电压，为有效信号。自制烟雾传感器简介：在我们这个电路中，理想的情况下，我们应该选用烟雾传感器来测量烟雾的浓度；但是在我们附近的市场上，我们没有找到烟雾传感器，而且成本较高，不太符合本设计的要求，因而我们只有用其他方法来间接测量烟雾的浓度。所以就选用了光电材料，在这些光电材料中，光敏电阻由于它的各种性能都比较好（比如：稳定性高，灵敏度高）而突颖而出，因此我们就采用了光敏电阻来间接的测量烟雾浓度。光敏电阻：光敏电阻是用光电导体制成的光电器件，又称为光导管，它是基于半导体光电效应工作的。光敏电阻没有极性，纯粹是一个电阻器件，使用时可加直流偏压，也可以加交流电压。 工作原理如下：当无光照时，光

25、敏电阻（暗电阻)很大（大约有几M欧姆)，电路中的电流很小（仅仅几K几十K欧姆）。当光敏电阻受到一定波长范围的光照时，它的阻值（亮电阻)急剧减少，因此电路中的电流迅速增加。光敏电阻的灵敏度容易受潮湿的影响，因此要将光敏电阻严密封装在带有玻璃的壳体中。光敏电阻具有很高的灵敏度，很好的光谱特性，光谱响应从紫外区一直到红外区。而且体积小、重量轻、性能稳定。第三节 气体传感器电路的设计图3.4工作原理：如图3.4，在这个电路中，气体传感器MQ2和电位器R10组成一个分压电路，电位器R11和电阻R12组成一个分压电路，比较器3脚电压随环境中可燃气体含量而变化。发光二极管LED的作用是检查电路是否接通了电源

26、，当LED发光后说明电路两端被加上了电压，可以正常工作；否则就表示电源电路没有电压输入。电阻R9的作用是保护发光二极管，防止因电压过大使LED烧坏。调节电位器R10和R11，在气体传感器没有响应的状态下，使LM358的反向端(2脚)的电压高于同相端（3脚）的电压，输出端（1脚）输出低电平；在气体传感器有响应的状态下，就会使2脚电压低于3脚电压，1脚输出高电平，为有效信号。MQ-2简介：MQ-2型气体传感器用于以氢气为主要成分的城市煤气、天然气、液化石油的测量，而且它抗干扰能力强，水蒸气、烟等干扰气体对它的影响小。MQ-2型气敏元件具有以下特点：(1)采用烧结半导体所形成的敏感烧结体，具有稳定的

27、R (即器件在纯洁空气中的阻抗)阻值，从而保证了长期工作的稳定性。(2)单电源供电，其功耗仅0.7W左右。(3)对所测试的气体有极高的灵敏度和信噪比。MQ-2型气敏元件有两种型号。MQ-2A型适用于天然气、城市煤气、石油液化气、丙丁烷及氢气等;MQ-2型适用于烟雾等减光型有害气体。器件的灵敏度：S=Ro/Rx为1030。常见为QM系列的S值仅8左右。Rx为器件在丁烷浓度为0.2%时的阻抗。电路如右图所示：器件的主要参数如下:响应时间：Tr10s恢复时间：Tn60s加热电压：V=5+0.2V加热功率：:约0.7W抗干扰能力：丁烷浓度在0.2%时在湿度小于85%RH，在-10+40温度下不会引起误

28、报。工作环境：温度-10+50湿度85%RH下图是元件外形结构图，基座采用耐高温酚醛塑料压制，引脚为镀镍铜丝，上罩采用双层密纹不锈钢网压制，有较高的强度和防爆能力。MQK-2型元件外形结构图MQ-2气敏元件的结构和外形如上图所示, 由微型AL2O3陶瓷管、SnO2 敏感层,测量电极和加热器构成的敏感元件固定在塑料或不锈钢制成的腔体内，加热器为气敏元件提供了必要的工作条件。封装好的气敏元件有只针状管脚，其中个用于信号取出，个用于提供加热电流。上图是MQ-2型元件典型气体浓度测试特性曲线，在丁烷浓度0.6%以下有极高的灵敏度。上图是MQ-2型元件通电时间特性曲线。可看出，通电后6090s，元件即进

29、入稳定待测工作状态。MQ-2的特点和工作参数如下：特点： 广泛的探测范同 高灵敏度快速响应恢复 优异的稳定性长寿命 简单的驱动电路 下面是MQ-2的规格 A. 标准工作条件符号参数名称技术条件备注 Vc 回路电压15VAC or DC VH加热电压5.0V0.2 VAC or DC RL负载电阻可调 RH加热电阻313室温 PH加热功耗900mW B. 环境条件符号参数名称技术条件备注 Tao使用温度-10-50 Tas储存温度-20-70 RH相对湿度小于95%RH O2氧气浓度21%(标准条件)氧气浓度会影响灵敏度特性最小值大于 C. 灵敏度特性符号参数名称 技术参数备注Rs敏感体表面电阻 3K-30K (1000ppm 异丁烷 )探测浓度范围100ppm-10000ppm 液化气和丙烷300ppm-5000ppm 丁烷5000ppm-20000ppm 甲烷300ppm-5000ppm 氢气100ppm-2000ppm 酒精 (3000/1000) 异丁烷浓度斜率 0.6标准工作条件 温度：