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1、摘要 单片机火灾智能报警系统 专专 业：业：电气工程及其自动化 摘要 本文利用单片机结合传感器技术而开发设计了这一火灾自动报警系统。本设计将 采用 DS18B20 数字温度传感器，可将温度信号直接转换成数字信号送给单片机，电路 简单，成本低；同时可设置温度报警值，实现声光报警。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，具有灵敏度高、响应快、抗干扰能力强等优 点，而且价格低廉，使用寿命长。采用 SMC1602A 液晶显示模块可以直观的显示实时 温度和气体浓度。选用最常用的 AT89S52 单片机对所采集的数据进行处理。该火灾自 动报警系统结构简单、性能稳定、使用方便、价
2、格低廉，具有一定的实用价值。 关键字关键字：火灾自动报警系统 单片机 MQ-2 ABSTRACT I ABSTRACT This article used the Single Chip Microcomputer and sensor technology to develop has designed this automatic fire alarming system. This design will use the DS18B20 digital temperature sensor, the temperature signal can be converted directly
3、 into a digital signal and send to the Single Chip Microcomputer, the circuit is simple and low cost; At the same time, we can set the limiting temperature, and achieve the sound and light alarm. In which selects the MQ-2 semiconductor resistance type smog sensor realizes the smog examination, has t
4、he high sensitivity, quickly responds, strong anti jamming ability and so on the merits, moreover the price is inexpensive, the service life is long. Liquid Crystal Module can be used the SMC1602A visual display real time temperature and gas concentration. The most commonly used 89S52 Single Chip Mi
5、crocomputer used on the data collected for processing. This automatic fire alarming system is simple structure, stable performance, easy to use, low cost, and has certain practical value. Key words: Automatic fire alarming system Single Chip Microcomputer MQ-2 目录 II 目录 摘要 .I ABSTRACT II 目录 .III 前言 1
6、 设计要求及方案 .1 1.1 设计目的与基本要求 1 1.2 主要应用方向与设计构思 1 2 系统硬件组成和基本工作原理 .2 2.1 系统工作原理 2 2.2 控制器模块设计 2 2.3 显示模块设计 3 2.4 温度采集模块设计 5 2.5 气体采集模块设计 7 2.6 报警电路模块设计 .10 3 系统的应用软件设计 13 3.1 AT89S52 单片机调试及开发工具 .13 3.2 主程序流程 .13 4 系统调试 15 总 结 .16 致谢 17 参考文献 18 附录一 原理图 .19 附录二 程序 .20 附录三 实物图 .21 前言 III 前言 无线火灾传感器硬件和软件平台的
7、设计对于整个系统的开发与应用至关重要，作 为整个系统的底层支持，其必然向微型化、高度集成化、网络化、节能化、智能化的 方向发展，近几年，随着计算机成本下降和微处理器体积缩小，开发和构造火灾智能 无线报警系统将有广阔的应用前景。工程试验结果充分显示了技术的可行性和实现的 有效性。随着智能楼宇技术应用的迅速发展，商业市场对火灾报警器的需求不断增长， 目前主要使用的是智能型总线制分布式计算机系统的火灾报警系统，虽然在系统安装 方面比过去大大方便，但仍然不能满足现代需要，其安装成本约占设备成本的 33%70%。而无线火灾报警系统能够满足目前要求，它具有安装容易、快捷、便宜、 无需布线、对建筑物表面的最
8、小破坏性、对功能变化的易适应性等特点。有关资料统 计表明：凡是安装了火灾自动报警系统的场所，发生了火灾一股地说都能及早报警， 不会酿成重大火灾。 在各种灾害中，火灾是最经常、最普遍地威胁公众安全和社会发展的主要灾害之 一。火灾是世界上发生频率较高的一种灾害，几乎每天都有火灾发生。据联合国“世界 火灾统计中心(WFSC)2000 统计资料”，全球每年大约发生火灾 600 万至 700 万次，全 球每年死于火灾的人数约为 65000 至 75000 人。其中，欧美地区发生的火灾较多，死 亡人数却相对较少，这与欧美发达国家的生活水平以及消防技术和设施有关;相比较而 言，亚洲地区发生火灾次数较少，但死
9、亡人数较多，这与亚洲经济发展程度不高、消 防设施不完善等因素有关。据统计，我国 70 年代火灾年平均损失不到 2.5 亿元，80 年 代火灾年平均损失接近 3.2 亿元。进入 90 年代，特别是 1993 年以来，火灾造成的直接 财产损失上升到年均十几亿元，年均死亡 2000 多人。随着经济和城市建设的快速发展， 城市高层、地下以及大型综合性建筑日益增多，火灾隐患也大大增加，火灾发生的数 量及其造成的损失呈逐年上升趋势。一旦发生火灾，将对人的生命和财产造成极大的 危害7。 严峻的事实证明，随着社会和经济的发展，社会财富日益增加，火灾给人类、社 会和自然造成的危害范围不断扩大，它不仅毁坏物质财产
10、，造成社会秩序的混乱，还 直接危胁生命安全，给人们的心灵造成极大的伤害。残酷的现实让人们逐渐认识到监 控预警和消防工作的重要性，良好的监控系统和及时的报警机制可以大大降低人员的 伤亡，为社会减少不必要的损失8。火灾自动报警系统(FAS)就是为了满足这一需求而 研制出的，并且其自身的技术水平也在随着人们需求的不断地提高，在功能、结构、 形式等方面不断地完善。 火灾自动报警系统能迅速监测火情，可发现人们不易发觉的火灾早期特征，可将 火灾带来的生命财产损失降到最低限度。火灾发生的早期，会使得燃烧物质分解，析 出大量的有毒气体 CO，人们可能在毫无察觉火情的情况下就发生了 CO 中毒，从而无 力逃生，
11、火灾自动报警系统可监测到 CO 浓度的变化，为人们提供 CO 浓度超标报警信 息，通知人们及时疏散9。火灾自动报警系统可作为城市消防系统的单元，通过城市消 前言 IV 防专用网与城市消防报警中心联网，及时将报警信息传递到消防报警中心，城市消防 报警中心会自动查找到火灾发生的位置，并为消防队员制定消防路线图，以便消防队 员可以迅速抵达火灾地点10。火灾自动报警系统能对火灾进行实时监测和准确报警， 有着防止和减少火灾危害、保护人身安全和财产安全的重要意义，有着很大的经济效 益和社会效益。 黑龙江八一农垦大学毕业设计（论文） - 0 - 1 设计要求及方案 1.1 设计目的与基本要求 目的是设计一个
12、由单片机控制的火灾自动报警系统，采用温度传感器和烟 雾传感器，对温度及烟雾的情况进行实时监测，能对周围环境的温度及烟雾的 突变进行报警。通过这个设计提高自己对单片机的使用能力，了解和掌握温度 传感器和烟雾传感器的使用，巩固自己在大学所学知识，增强自己的实际操作 能力。 要求所设计的火灾自动报警系统能够对温度和烟雾进行实时监测，出现异 常状况能够进行报警，起到早期发现火灾和通报火灾的作用。 1.2 主要应用方向与设计构思 本设计主要用于居民住宅区、机房、办公室等小型防火单位，是为人们提 供的一种简单的、廉价实用的火灾自动报警装置。 本火灾自动报警系统应由触发器件、警报装置、显示装置以及数据处理等
13、 装置组成。触发器件包括自动或者手动产生报警信号的器件，如 DS18B20 温度 传感器，MQ-2 气体传感器，手动报警按钮。警报装置包括声音报警装置（蜂 鸣器）和光报警装置（LED 灯） 。显示装置是 CAI3461BH 数码管模块，能够实 时显示由 DS18B20 温度传感器和 MQ-2 气体传感器所传送的数据。采用 AT89S52 单片机作为主控芯片进行数据处理和各项操作。其中 MQ-2 气体传感 器需要配置放大电路和 A/D 转换模块对其信号进行处理，采用 LM324 芯片做 放大电路，ADC0804 芯片制作 A/D 转换模块。 黑龙江八一农垦大学毕业设计（论文） - 1 - 2 系
14、统硬件组成和基本工作原理 2.1 系统工作原理 本火灾自动报警系统中，以 AT89S52 单片机为主控核心，使用 DS18B20 温度传感器采集温度信息，使用 MQ-2 气体传感器采集气体信息。DS18B20 采 集的数据为数字信号，可以直接发送至单片机进行处理。MQ-2 气体传感器输 出的信号一般比较微弱，需要经过前置电路对其进行放大、滤波、电平调整， 满足单片机对输入信号的要求。MQ-2 半导体烟雾传感器属于电阻型，因此只 需串联一个参考电阻，再经过一个放大电路即可发送给 ADC0804 采集，信号 经过 A/D 转换模块后传送进入单片机进行处理。 单片机内部程序中预先设定报警临界值，包括
15、温度过高报警和气体浓度过 高报警。单片机正常工作后，判断所接收到的数据是否达到报警临界值，如果 到达报警值单片机控制蜂鸣器和 LED 灯进行报警，如果没有达到报警值单片机 继续接收并处理新数据。如果单片机接收到报警按键信号，直接报警。单片机 实时向 CAI3461BH 数码管显示模块输出显示信号，液晶显示模块显示周围环 境温度和气体数值。 下图是系统工作原理框图： 图 1 系统原理图 2.2 控制器模块设计 在自动火灾报警系统的设计中，单片机是其核心部件。单片机一方面要接 收来自传感器送来的感应信号和故障检测信号，另一方面要对不同信号分别进 行处理，控制后续电路的相应工作，同时还要查询是否有按
16、键按下的请求。如 今市面上比较普遍的单片机主要是 89S52 系列。89S52 单片机应用普遍，工具 多，易上手，片源广，价格低，编程灵活，控制简单，很适合我们所要制作的 火灾自动报警系统。 2.2.1 AT89S52 单片机 AT89S52 单片机是低功耗的、具有 4KB 在线可编程 Flash 存储器的单片机。 它与通用 80C51 系列单片机的指令系统和引脚兼容。片内的 Flash 可允许在线 重新编程，也可使用非易失性存储器编程。他将通用 CPU 和在线可编程 Flash 集成在一个芯片上，形成了功能强大、使用灵活和具有较高性能性价比的微控 按键报警 DS18B20 MQ-2LM324
17、ADC0804 AT89S52 单片机 CAI3461BH 蜂鸣器 LED 灯 黑龙江八一农垦大学毕业设计（论文） - 2 - 制器。 图 2 AT89S52 引脚图 AT89S52 具有如下特性：片内程序存储器含有 4KB 的 Flash 存储器，允许 在线编程，擦写周期可达 1000 次；片内数据存储器内含 128 字节的 RAM；I/O 口具有 32 根可编程 I/O 线；具有两个 16 位 I/O 线；中断系统具有 6 个中断源、 5 个终端矢量、2 个中断优先级的中断结构；串行口是一个全双工的串行通信口； 具有两个数据指针 DPTR0 和 DPTR1；低功耗节电模式有节电模式和掉电模
18、式； 包含 3 级程序锁定位；AT89S52 的电源电压为 4.0-5.5V；振荡器频率 0- 33MHz；具有片内看门狗定时器；灵活的在线片内编程模式（字节和页编程模 式） ；具有断电标志模式 POF。 89S52 相对于 89C51 增加的新功能包括：新增加很多功能，性能有了较大 提升，价格基本不变，甚至比 89C51 更低；ISP 在线编程功能，这个功能的优 势在于改写单片机存储器内的程序不需要把芯片从工作环境中剥离，是一个强 大易用的功能；最高工作频率为 33MHz，大家都知道 89C51 的极限工作频率 是 24M，就是说 S52 具有更高工作频率，从而具有了更快的计算速度；具有双
19、工 UART 串行通道；内部集成看门狗计时器，不再需要像 89C51 那样外接看 门狗计时器单元电路；双数据指示器；电源关闭标识；全新的加密算法，这使 得对于 89S52 的解密变为不可能，程序的保密性大大加强，这样就可以有效的 保护知识产权不被侵犯。兼容性方面：向下完全兼容 51 全部字系列产品，比 如 8051、89C51 等等早期 MCS-51 兼容产品，也就是说所有教科书、网络教 程上的程序（不论教科书上采用的单片机是 8051 还是 89C51 还是 MCS-51 等 等） ，在 89S52 上一样可以照常运行，这就是所谓的向下兼容。 黑龙江八一农垦大学毕业设计（论文） - 3 -
20、2.3 显示模块设计 本火灾自动报警系统需要实现对周围环境温度和气体的实时监测，故需要 显示模块来显示周围环境的温度和气体变量。采用 SMC1602A 液晶显示模块可 以实时清楚的显示周围环境变量，该液晶显示模块能够同时显示 16*02 即 32 个 字符，也就是 16 列 2 行，便于独立显示温度和气体变量。 2.3.1 CAI3461BH 数码管介绍 其主要技术参数如下： 模块工作电压： 2.75.5V 工作电流： 80mA,每段 10mA 字高： 11.4mm 环境相对湿度： #include “18b20.h“ #include “display.h“ #include “adc083
21、2.h“ unsigned char value=1; unsigned char count=0; void main() TMOD=0x11;/定时器 0c 初始化 TH1=(65535-1000)/256; TL1=(65535-1000)%256; EA=1; ET0=1; ET1=1; TR0=1; TR1=1; Init_DS18B20();/温度 芯片初始化 P0=0xff; /初始化 断口 P1=0xff; P3=0xff; while(1) Scan_Key(); baojin(); value = ReadAdc0832(0); 附录 - 0 - 附录三 实物图 附图 2 设计实物图 黑龙江八一农垦大学黑龙江八一农垦大学 毕业论文（设计）成绩单毕业论文（设计）成绩单 院系信息技术学院专 业 电气工程及其 自动化 入学时间2009 年 9 月 17 日 学号 20094073335 学生姓名杨行班 级三班 周数16 周起止日期 12.12.19- 13.05.18 指导教师孟洁职称讲师 论文（设计）题目单片机火灾智能报警系统设计 指 导 教 师 评 语 指导教师签名年 月 日 评 阅 人 评 语 评阅人签名年 月 日 答 辩 小 组 评 语答辩小组负责人签名 年 月 日 指导教师评阅人答辩小组平均分五级制等级 评 分