基于51單片機智能家庭煙霧火災檢測報警系統(tǒng)

屆 別 2013 屆 學 號 畢業(yè)設計智能家庭煙霧檢測火災報警系統(tǒng) 姓 名 系 別 、 專 業(yè) 導 師 姓 名 、 職 稱 完 成 時 間 淘寶搜店鋪：79211940目錄摘要 .3Abstract.41 緒論 .51.1 課題背景 .51.2 設計概述 .51.3 煙霧報警器的國內(nèi)外現(xiàn)狀 .61.4 煙霧報警器的發(fā)展趨勢 .61.5 設計任務分析 .72 總體方案設計 .72.1 煙霧檢測傳感器選型 .82.2.1 煙霧傳感器的介紹 .92.2.2 MQ-2 半導體氣體煙霧傳感器 .122.2 單片機選型 .132.2.1 STC89C52 單片機簡介 .132.2.2 單片機的引腳功能描述 .142.1.3 溫度采集模塊 .153 系統(tǒng)的硬件電路 .163.1 單片機最小系統(tǒng) .163.2 單片機的時鐘電路與復位電路設計 .173.3 煙霧檢測 AD 采集電路 .173.4 顯示模塊 .183.5 聲音報警電路 .183.6 按鍵控制電路 .193.7 電源模塊 .193.8 溫度傳感器(DS18B20)電路 .203.8.1 DSl8B20 簡介 .203.8.2 DSl8B20 具體參數(shù)及工作方式 .223.8.3 18B20 接口電路 .234 系統(tǒng)軟件的設計 .254.1 系統(tǒng)主程序設計及流程圖 .255 硬件調(diào)試及調(diào)試中遇到的問題 .256 電路的調(diào)試 .267 總結(jié)評價 .26致謝 .271參考文獻 .28附件一：總體原理圖設計 .29附件二：部分程序源代碼 .29附件三：實物圖 .442摘要 隨著社會和經(jīng)濟的發(fā)展，防火工作越來越重要，但是目前國內(nèi)的許多研發(fā)都側(cè)重于大型場所的火災報警。因此，我們就有必要研制一種結(jié)構(gòu)簡單、經(jīng)濟實用的家庭煙霧報警器以適應市場的需求?；诠┘彝ナ褂玫臒熿F報警器應該具備的基本要求和功能，文章設計了一種比較適合的煙霧報警器。本設計以傳感器和單片機作為煙霧報警器設計的核心器件，配合其它器件即可實現(xiàn)聲光報警、自動排煙換氣和消防滅火等功能。設計中單片機選用 STC89C52 作為控制器件，傳感器選用 MQ-2 型半導體可燃氣體敏感元件煙霧傳感器實現(xiàn)煙霧的檢測。煙霧報警器主要由煙霧信號采集及前置放大電路、模數(shù)轉(zhuǎn)換電路、單片機控制電路、顯示電路、聲光報警電路和安全保護電路構(gòu)成，設計合理、簡單易懂、價格低廉，使單片機在煙霧報警系統(tǒng)的控制中得到充分應用，具有一定的實用價值。論文主要針對煙霧報警系統(tǒng)中的各個組成部分及功能進行了詳細的介紹和說明，并對其主控電路和外圍設備電路之間的接口連接方式，以及系統(tǒng)軟件設計進行了重點的分析和講解。關鍵字：煙霧報警器；單片機；傳感器 3AbstractWith the development of society and economy, the fire work is more and more important, but many of the current domestic research are focused on the large space fire alarm.Therefore, it is necessary to design a simple structure, economical and practical family smoke alarm to adapt to the needs of the market.The basic requirements of the smoke alarm for household use based on should have and function, this paper designs a smoke alarm is suitable for the.The design of the sensor and single-chip microcomputer as the core device smoke alarm design, with other devices can achieve sound and light alarm, automatic exhaust ventilation and fire extinguishing function.Design of single chip STC89C52 is selected as the control device, the selection of sensor for detection of MQ-2 type semiconductor gas sensitive element smoke sensor smoke.The smoke alarm is mainly composed of smoke signal acquisition and the preamplifier circuit, analog-digital conversion circuit, single-chip microcomputer control circuit, display circuit, alarm circuit and protection circuit, reasonable design, simple, low price, make full use of MCU alarm system in the control of the smoke, and has a certain practical value.The main thesis of the smoke alarm system for the various components and functions are introduced and explained, and the connection mode of the main control circuit and peripheral equipment circuit interface, and the software design of the system is analyzed and the explanation of the key. Key words:The smoke alarm; MCU; sensor4淘寶搜店鋪：79211941 緒論1.1 課題背景隨著科技的發(fā)展，越來越多的巨大的隱患由于工業(yè)生產(chǎn)和人們的日常生活而產(chǎn)生。為了早期發(fā)現(xiàn)和通報火災，防止和減少火災危害，保護人身和財產(chǎn)安全。保衛(wèi)社會主義現(xiàn)代化建設，防止火災引起燃燒、爆炸等事故，造成嚴重的經(jīng)濟損失，甚至危及生命安全。為了減少這類事故的發(fā)生，就必須對煙霧進行現(xiàn)場實時檢測，采用先進可靠的安全檢測儀表，嚴密監(jiān)測環(huán)境中煙霧的濃度， 及早發(fā)現(xiàn)事故隱患，采取有效措施，避免事故發(fā)生，才能確保工業(yè)安全和 家庭生活安全。因此，研究煙霧的檢測方法與研制煙霧報警 器就成為傳感器技術發(fā)展領域的一個重要課題。 1.2 設計概述單片機及煙霧傳感器是煙霧報警器系統(tǒng)的兩大核心。單片機好比一個橋梁，聯(lián)系著傳感器和報警電路設備。近幾年來，單片機已逐步深入應用到工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)各部門及人們生活的各個方面。各種類型的單片機也根據(jù)社會的需求而開發(fā)出來。單片機是器件級計算機系統(tǒng)，實際上它是一個微控制器或微處理器。由于它功能齊全，體積小，成本低，因此它可以應用到所有電子系統(tǒng)中。同樣，它也可以廣泛應用于報警技術領域，使各類報警裝置的功能更加完善，可靠性大大提高，以滿足社會發(fā)展的需要。而傳感器作為信息技術系統(tǒng)的“感官”器件，如果沒有“感官”感受信息，或者“感官”遲鈍，都難以形成高精度、高速度的控制系統(tǒng)。美國曾把二十世紀八十年代稱為傳感技術時代，日本更是把傳感技術列為十大技術之首。所以，根據(jù)報警器功能的需要，選擇合適、精確、經(jīng)濟的煙霧傳感器和單片機芯片是至關重要的。在本論文中的最主要的設計是選 STC89C52 單片機和 MQ-2 半導體氣體煙霧傳感器為核心器件。 目前，現(xiàn)代建筑都會有選擇地安裝不同功能的煙霧自動報警系統(tǒng)。因為煙霧自動報警系統(tǒng)是建筑物的神經(jīng)系統(tǒng)，它能夠感受、接收著發(fā)生火災的早期信號并及時報警，發(fā)出警報同時告知用戶和周邊居民。它就像是一個個稱職的更夫，給居住、忙碌或是休息在家庭中的人們以極大的安全感。在火災的早期階段，準確的探測到火情并迅速報警，對于及時組織有序快速疏散、積極有效地控制火災的蔓延、快速滅火和減少火5災對居住人群的損失都具有重要的意義。1.3 煙霧報警器的國內(nèi)外現(xiàn)狀 國外從 20 世紀 30 年代開始研究及開發(fā)煙霧傳感器，且發(fā)展迅速，一 方面是因為人們安全意識增強，對環(huán)境安全性和生活舒適性要求提高；另 一方面是因為傳感器市場增長受到政府安全法規(guī)的推動。據(jù)有關統(tǒng)計，美 國 1996 年2002 年煙霧傳感器年均增長率為 27%30%。隨著傳感器生產(chǎn) 工藝水平逐步提高，傳感器日益小型化、集成度不斷增大，使得煙霧檢測 儀器的體積也逐漸變小，提高了煙霧檢測儀器的便攜性，更加利于生產(chǎn)、運輸及市場推廣。 1963 年 5 月，日本開發(fā)完成第一臺接觸燃燒式家用燃氣泄漏報警器，次年 12 月其改良產(chǎn)品問世，改良的報警器可以檢測燃氣、一氧化碳等氣 體，可以安裝在浴室或者采用集中監(jiān)視。 我國在 70 年代初期開始研制煙霧報警器，生產(chǎn)型號多樣、品種較齊全，應用范圍也由單一的煉油系統(tǒng)擴展到幾乎所有危險作業(yè)環(huán)境的各種類型報警器，產(chǎn)品數(shù)量也在不斷增加。但主要是在引進國外先進的傳感器技術和先進的生產(chǎn)工藝基礎上，進行研究與開發(fā)形成自己的特色。近年來，在煙霧選擇性和產(chǎn)品穩(wěn)定性上也有很大進步。燃氣報警器可分為民用火災煙霧報警器、工業(yè)用煙霧報警器、 有毒有害煙霧報警器三大系列產(chǎn)品。(1) 民用火災煙霧報警器 民用火災煙霧報警器為居民家庭用的火災報警器,一般安裝在廚房，遇到火災產(chǎn)生的煙霧時時，報警器可發(fā)出聲光報警，或同時伴有數(shù)字顯示，同時聯(lián)動 外部設備。有的報警器可自動開啟排風扇，把煙霧排出室外 (2) 工業(yè)用煙霧報警器及有毒有害煙霧報警器 工業(yè)用煙霧報警器及有毒有害煙霧報警器只是檢測探頭有差異，而在原理和應用中都很相近。工業(yè)用燃氣報警器及有毒煙霧報警器根 據(jù)檢測環(huán)境的不同，也可分為檢漏儀、控制器和探測器。 檢漏儀的體積較小，可隨身攜帶或手持，主要應用于燃氣管理的查漏 與巡檢。若有燃氣泄漏，檢漏儀便會發(fā)出聲光報警，同時數(shù)字顯示煙霧濃 度，以便及時采取安全措施，防止爆炸等惡性事故的發(fā)生。 控制器與探測器結(jié)合使用，可在防爆現(xiàn)場長期監(jiān)測煙霧的濃度。探測器安裝在防爆現(xiàn)場，控制器壁掛在值班室等有人值守的地方，二者采用屏 蔽電纜線連接。當在現(xiàn)場的探測器探測到燃氣泄漏之后，通過屏蔽電纜線將信號傳到控制器，控制器發(fā)出聲光報警，同時啟動排風裝置或關閉電磁閥切斷氣源，以確保安全。此種儀器廣泛應用于液化氣站、汽車加油站、鍋爐房等工業(yè)場所。 61.4 煙霧報警器的發(fā)展趨勢面對人類社會經(jīng)濟與技術急速發(fā)展的時代，伴隨這電子、計算機、通訊和現(xiàn)代控制技術的迅速發(fā)展，現(xiàn)代火災自動報警應用技術發(fā)展趨勢正在向著全總線制、軟件編程、網(wǎng)絡化、智能化、多樣化、小型化、社區(qū)化、藍牙技術無線化、高靈敏化、綜合化等方面發(fā)展。針對當前煙霧自動報警系統(tǒng)存在的通訊協(xié)議不一致，系統(tǒng)誤報、漏報頻繁，智能化程度低，網(wǎng)絡化程度低、特殊惡劣環(huán)境的煙霧探測報警抗干擾等問題較為突出的現(xiàn)象，提出在符合國家消防規(guī)范的基礎下采用統(tǒng)一、標準、開放的通訊協(xié)議。通過對新技術、新工藝、新材料和新設備的應用研究，對系統(tǒng)方案、設備選型的優(yōu)化組合，改進煙霧自動報警系統(tǒng)的工作性能、減少維護費用和維護要求，向著高可靠性、高靈敏性、低誤報率、系統(tǒng)網(wǎng)絡化、技術智能化方向發(fā)展，為更好的預防和遏制建筑火災提供了強有力的保障，從而更好的保護國家和人民的生命、財產(chǎn)安全。1.5 設計任務分析本篇論文是煙霧報警器的研制：(1)對系統(tǒng)進行整體規(guī)劃和結(jié)構(gòu)設計。(2)以 STC89C52 單片機為中央處理器，對硬件電路進行設計和改進，使其功能更加完善。系統(tǒng)硬件電路主要分為數(shù)據(jù)收集、聲音報警電路、狀態(tài)指示燈電路、數(shù)碼管顯示電路部分。 (3)系統(tǒng)的軟件編制。按照軟件實現(xiàn)的功能，主要分為主程序、初始化子程序、濃度顯示子程序、報警子程序、報警限值設置子程序。在程序的編寫過程中，加入了詳細的文字注釋，便于后期的改進與維護。 (4)硬件電路和軟件的綜合調(diào)試。 2 總體方案設計煙霧報警器是能夠檢測環(huán)境中的煙霧濃度，并具有報警功能的儀器。該報警系統(tǒng)的最基本組成部分應包括：信號采集模數(shù)轉(zhuǎn)換電路、單片機控制電路、字符顯示電路、聲光報警電路和安全保護電路等部分組成。為適應家庭和工業(yè)等場所對可燃性易爆煙霧安全性要求，設計的煙霧報警器具有顯示報警狀態(tài)。報警器采用延時的工作方式，煙霧檢測報警器以 STC89C52 單片機為控制核心，選用 MQ-2 半導體氣體煙霧傳感器采集煙霧濃度信息，配合外圍電路構(gòu)成煙霧報警系統(tǒng)。本設計包括硬件和軟件設計兩個部分。從設計的要求來分析該設計須包含如下結(jié)構(gòu)：煙霧檢測部分、STC89C52 單片機主控部分、報警部分，AD 采集四大部分。電路總題框圖如圖 1 所示：7電源開關電源 STC89C52 單片機AD 采集電路顯示電路報警電路按鍵控制 圖 1 總體設計框圖處理器采用 51 系列單片機 STC89C52。整個系統(tǒng)是在系統(tǒng)軟件控制下工作的。設置在監(jiān)測點上的煙霧檢測探頭將檢測到的煙霧變換成電信號，送出模擬信號，給 AD 采集電路采集。在單片機內(nèi)，經(jīng)軟件查詢、識別判決等環(huán)節(jié)實時發(fā)出煙霧報警狀態(tài)控制信號。驅(qū)動蜂鳴器及報警指示燈報警。2.1 煙霧檢測傳感器選型煙霧傳感器是測量裝置和控制系統(tǒng)的首要環(huán)節(jié)。而煙霧報警器的信號采集由煙霧傳感器負責。煙霧傳感器能夠?qū)怏w的種類及其濃度有關的信息轉(zhuǎn)換為電信號，根據(jù)這些電信號的強弱就可以獲得與待測氣體在環(huán)境中存在的情況有關的信息，從而達到檢測、監(jiān)控、報警的功能?？梢哉f，沒有精確可靠的傳感器，就沒有精確可靠的自動檢測、控制和報警系統(tǒng)。煙霧傳感器作為報警器中不可缺少的核心器件，它決定了所采集的煙霧濃度信號的準確性和可靠性。煙霧傳感器內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖 2 所示。圖 2 煙霧傳感器及其結(jié)構(gòu)圖82.2.1 煙霧傳感器的介紹煙霧傳感器是模擬傳感器。它能將空氣中的煙霧濃度變量轉(zhuǎn)換成有一定對應關系的輸出信號的裝置。煙霧傳感器就是通過監(jiān)測環(huán)境中煙霧的濃度來實現(xiàn)火災防范的。當煙霧探頭碰到煙霧或某些特定的氣體，煙霧探頭內(nèi)部阻值發(fā)生變化，產(chǎn)生一個模擬值，從而對其進行控制。煙霧傳感器利用煙霧敏感元件的電阻受煙霧（主要是可燃顆粒）濃度影響阻值變化的原理向單片機發(fā)送煙霧濃度相應的模擬信號。在智能建筑中對火災探測器的應用主要以感煙火災探測器選用為主。隨著傳感器生產(chǎn)工藝水平逐步提高，傳感器日益小型化、集成度不斷增大，使得煙霧探測器的體積也逐漸變小，提高了煙霧探測器的便攜性，更加利于生產(chǎn)、運輸和市場推廣。目前，煙霧傳感器廣泛應用在城市安防、小區(qū)、工廠、公司、學校、家庭、別墅、倉庫、