火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)

1、安徽工程大學(xué)機(jī)電學(xué)院電子設(shè)計(jì)大賽 安徽工程大學(xué)機(jī)電學(xué)院電子設(shè)計(jì)大賽技術(shù)報(bào)告專 業(yè): 電子信息工程隊(duì)伍名稱: 電信夢之隊(duì)設(shè)計(jì)項(xiàng)目： 火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)參賽隊(duì)員： 王徐慶 楊青 左忠武 仇夏莉 火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng) 摘 要火災(zāi)自動報(bào)警系統(tǒng)是由觸發(fā)裝置、火災(zāi)報(bào)警裝置、火災(zāi)警報(bào)裝置以及具有其它輔助功能裝置組成的，它能將燃燒產(chǎn)生的煙霧、熱量、火焰等物理量，通過火災(zāi)探測器變成電信號，傳輸?shù)交馂?zāi)報(bào)警控制器，并同時(shí)顯示出火災(zāi)發(fā)生的部位、時(shí)間等，使人們能夠及時(shí)發(fā)現(xiàn)火災(zāi)，并及時(shí)采取有效措施，撲滅初期火災(zāi)，最大限度的減少因火災(zāi)造成的生命和財(cái)產(chǎn)的損失，是人們同火災(zāi)做斗爭的有力工具。本系統(tǒng)采用AT89C51作為控制器，選用溫度傳感器

2、DS18B20、可燃?xì)怏w傳感器MQ-2作為火災(zāi)探測的敏感元件。采用聲光報(bào)警的方式，設(shè)計(jì)出可以應(yīng)用于家庭房屋、工廠等場所的簡單實(shí)用的火災(zāi)探測報(bào)警器。單片機(jī)巡回檢測溫度、濃度并顯示數(shù)據(jù)。當(dāng)以上任一項(xiàng)發(fā)生異常時(shí)系統(tǒng)判斷具體是哪項(xiàng)異常，再發(fā)出相應(yīng)的聲光報(bào)警信號，直到異常被排除，系統(tǒng)自動停止報(bào)警。關(guān)鍵詞: 單片機(jī)；溫度傳感器；氣體傳感器；聲光報(bào)警 目 錄1 設(shè)計(jì)背景及設(shè)計(jì)思路42 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)52.1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖52.2 主要模塊介紹62.2.1單片機(jī)最小系統(tǒng)62.2.2 蜂鳴器的工作原理. 72.2.3 MQ-2系列模塊 8 2.2.4溫度傳感器10 2.3芯片介紹 11 2.3.1關(guān)于AT

3、89C51112.3.2數(shù)碼管顯示電路122.3.3四線雙極性步進(jìn)電機(jī)133 流程圖153.1 主程序流程圖153.2 系統(tǒng)流程圖 164 軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)164.1 開發(fā)環(huán)境介紹164.2 程序調(diào)試過程175 性能測試與分析235.1 性能可實(shí)現(xiàn)的功能235.2成品實(shí)物展示246 體會與前景 246.1 體會 246.2 項(xiàng)目前景25參考文獻(xiàn)26附錄27附錄1系統(tǒng)電路圖27附錄2元器件清單28 1設(shè)計(jì)背景及設(shè)計(jì)思路火災(zāi)是可燃物在時(shí)間或空間上失去控制的燃燒所造成的災(zāi)害，是威脅公眾安全和社會發(fā)展的主要災(zāi)害之一?；穑诮o人類帶來文明進(jìn)步、光明和溫暖的同時(shí)也在其失去控制之時(shí)給人類造成了巨大的災(zāi)難。據(jù)統(tǒng)計(jì)

4、，我國70年代火災(zāi)平均損失不到2.5億元，80年代火災(zāi)平均損失接近3.2億元。進(jìn)入90年代，特別是1993年以來，火災(zāi)造成的直接損失上升到年均十幾億元，年均死亡2000多人。 嚴(yán)峻的事實(shí)證明，隨著社會和經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，社會財(cái)富日益增加，火災(zāi)給人類、社會和自然造成的危害范圍不斷擴(kuò)大，它不僅毀壞物質(zhì)財(cái)產(chǎn)，造成社會秩序的混亂，還直接威脅生命安全，給人們的心靈造成極大的傷害。殘酷的現(xiàn)實(shí)讓人們逐漸認(rèn)識到監(jiān)控預(yù)警和消防工作的重要性，良好的監(jiān)控系統(tǒng)和及時(shí)的報(bào)警機(jī)制可以大大降低人員的上網(wǎng)，為社會減少不必要的損失。 隨著電子產(chǎn)品在人類生活中的使用越來越廣泛，由此引起的火災(zāi)也越來越多，在我們生活的四周到處潛伏著火災(zāi)隱

5、患。智能化火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)已并非傳統(tǒng)意義上的簡單的報(bào)警設(shè)備，而是融入了計(jì)算機(jī)技術(shù)、電子技術(shù)、自動控制技術(shù)、傳感器的應(yīng)用等各領(lǐng)域知識。伴隨著科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步，火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)必將得到更快的發(fā)展。采用氣體傳感器、溫度傳感器、AT89C51單片機(jī)以及LED顯示燈模塊設(shè)計(jì)了一種智能火災(zāi)報(bào)警器，可以實(shí)現(xiàn)聲光報(bào)警、濃度顯示、溫度顯示，報(bào)警限值設(shè)置。是一種結(jié)構(gòu)簡單、性能穩(wěn)定、使用方便、價(jià)格低廉、智能化的火災(zāi)報(bào)警器，具有一定的實(shí)用價(jià)值。 我們團(tuán)隊(duì)制作的火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)該系統(tǒng)是采用ATMEL公司的AT89C51單片機(jī)作為處理器，主要完成以下工作： (1) 基于AT89C51的火災(zāi)報(bào)警檢測設(shè)計(jì)方案。 (2) 溫度傳感器DS

6、18B20、氣體傳感器MQ-2、A/D轉(zhuǎn)換芯片ADC0809與單片機(jī)的接口電路設(shè)計(jì)。 (3) LED數(shù)碼管驅(qū)動芯片ICM7218A與單片機(jī)的接口電路及其與數(shù)碼管的硬件連接。 (4) 設(shè)計(jì)主要軟件程序模塊，完成軟件設(shè)計(jì)。2系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)2.1系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖智能火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)的工作，首先通過周圍溫度采集，經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換送到單片機(jī)控制中心，經(jīng)過信息處理，轉(zhuǎn)化為C51單片機(jī)能夠處理的數(shù)字量。在STC90C51單片機(jī)中，采集并經(jīng)過處理的數(shù)據(jù)要與系統(tǒng)所規(guī)定的相關(guān)上限值進(jìn)行比較，如果超出了上限值，則說明周圍環(huán)境異常，要報(bào)警，以便人們的正常生活和工作。把信息綜合處理，根據(jù)實(shí)際的需要以及現(xiàn)場的環(huán)境，來發(fā)現(xiàn)和識別

7、報(bào)警，構(gòu)成智能化的監(jiān)控系統(tǒng)，提高了系統(tǒng)工作的可靠性。此系統(tǒng)的總體模塊框圖如下：2.2主要模塊介紹2.2.1 單片機(jī)最小系統(tǒng)國產(chǎn)宏晶STC單片機(jī)以其低功耗、廉價(jià)、穩(wěn)定性能，占據(jù)著國內(nèi)51單片機(jī)較大市場。所以我們選用STC單片機(jī)系列。單片機(jī)最小系統(tǒng)，或者稱為最小應(yīng)用系統(tǒng)，是指用最少的元件組成的單片機(jī)可以工作的系統(tǒng)。對51系列單片機(jī)的最小系統(tǒng)一般包括：單片機(jī)、晶振電路、復(fù)位電路。復(fù)位電路：當(dāng)單片機(jī)系統(tǒng)在程序運(yùn)行中，受到環(huán)境干擾出現(xiàn)程序跑飛的時(shí)候，按下復(fù)位按鍵內(nèi)部的程序自動從頭開始執(zhí)行。電路圖如下：晶振電路：振蕩器產(chǎn)生時(shí)鐘信號，電路圖如下2.2.2蜂鳴器工作原理 蜂鳴器的發(fā)聲原理由震動裝置和諧振裝置組

8、成，而蜂鳴器又分為無源他激勵(lì)型與有源自激勵(lì)型。無源他激勵(lì)型蜂鳴器的工作發(fā)生原理是：方波信號輸入諧振裝置轉(zhuǎn)換為聲音信號輸出，無源他激勵(lì)型蜂鳴器的工作原理為：直流電源輸入經(jīng)過振蕩系統(tǒng)的放大取樣電路在諧振裝置作用下產(chǎn)生聲音信號，有源自激勵(lì)型蜂鳴器的工作原理圖如下： 2.2.3 MQ-2系列模塊一 、模塊描述1 可以用于家庭和工廠的氣體泄漏監(jiān)測裝置， 適宜于液化氣、 丁烷、 丙烷、 甲烷 、酒精、煙霧等的探測；2 靈敏度可調(diào)（圖中藍(lán)色數(shù)字電位器調(diào)節(jié)）3 工作電壓 5V 使用前供電預(yù)熱 2 分鐘以上傳感器稍微發(fā)燙屬于正?，F(xiàn)象;4 輸出形式 a 模擬量電壓輸出b 數(shù)字開關(guān)量輸出（0 和 1）5 設(shè)有固定螺

9、栓孔，方便安裝6 小板 PCB 尺寸：4.5cm * 1.8cm二 、 模塊接口說明（4 4 4 4 線制）1 VCC 5V 工作電壓2 GND 外接 GND3 DO 小板數(shù)字開關(guān)輸出接口（0 和 1）4 AO 小板模擬量輸出接口三、 使用說明1 MQ-2 傳感器模塊對環(huán)境液化氣、丁烷、丙烷、甲烷、酒精、煙霧等較敏感。2 模塊在無上述氣體影響或者氣體濃度未超過設(shè)定閾值時(shí)，數(shù)字接口 DO 口輸出高電平，模擬接口 A0 電壓基本為 0v 左右，當(dāng)氣體影響超過設(shè)定閾值時(shí)，模塊數(shù)字接口 D0 輸出低電平，模擬接口 A0 輸出的電壓會隨著氣體的影響慢慢增大；3 小板數(shù)字量輸出 D0 可以與單片機(jī)直接相連

10、，通過單片機(jī)來檢測高低電平，由此來檢測環(huán)境氣體；4 小板數(shù)字量輸出 DO 可以直接驅(qū)動本店繼電器模塊，由此可以組成一個(gè)氣體開關(guān)；5 小板數(shù)字量輸出 DO 可以直接驅(qū)動本店有源蜂鳴器模塊，由此可以組成一個(gè)氣體報(bào)警器；6 小板模擬量輸出 AO 可以和本店 AD 模塊相連，通過 AD 轉(zhuǎn)換，可以獲得環(huán)境氣體濃度精準(zhǔn)的數(shù)值；四 、測試說明接線說明：模塊 VCC 接開發(fā)板 VCC模塊 GND 接開發(fā)板 GND接好 VCC 和 GND，模塊電源指示燈會亮2 MQ-2 傳感器 模塊使用說明將模塊放置有無上述氣體處，調(diào)節(jié)板上藍(lán)色電位器，直到板上開關(guān)指示燈亮， 然后慢慢回調(diào)，直到開關(guān)指示燈滅。然后將模塊放入有上

11、述氣體的環(huán)境中，會發(fā)現(xiàn)模塊上的開關(guān)指示燈會亮，這個(gè)現(xiàn)象就是說明，上述氣體可以觸發(fā)模塊，從而使開關(guān)指示燈點(diǎn)亮。另外 資料里面附帶一個(gè) 51 程序，用來檢測 MQ2 模塊數(shù)字接口D0 的高低電平具體說明如下：接線：模塊 VCC 接開發(fā)板 VCC模塊 GND 接開發(fā)板 GND模塊 D0 接開發(fā)板 P0.1單片機(jī)：STC89C52串口發(fā)送數(shù)據(jù)波特率：9600現(xiàn)象：模塊有氣體觸發(fā)，串口不斷發(fā)送 01，同時(shí)開關(guān)指示燈亮；模塊無氣體觸發(fā)，串口不發(fā)送數(shù)據(jù)，同時(shí)開關(guān)指示燈滅MQ-2模塊電路圖2.2.4溫度傳感器DS18B20數(shù)字溫度傳感器（1）適應(yīng)電壓范圍更寬，電壓范圍：3.05.6v，在寄生電源方式下可由數(shù)據(jù)

12、線供電。（2）獨(dú)特的單線接口方式，DS18B20在與微處理器連接時(shí)僅需要一條口線即可實(shí)現(xiàn)微處理器與DS18B20的雙向通訊。（3）DS18B20支持多點(diǎn)組網(wǎng)功能，多個(gè)DS18B20可以并聯(lián)在唯一的三線上，實(shí)現(xiàn)組網(wǎng)多點(diǎn)測溫。（4）DS18B20在使用中不需要任何外圍元件，全部傳感元件及轉(zhuǎn)換電路集成在形如一只三極管的集成電路內(nèi)。 DS18B20的引腳GND:接地管腳 DQ：數(shù)字量的輸入和輸出 VDD：可選的+5v電源。溫度傳感器模塊如上圖2.3芯片介紹2.3.1關(guān)于AT89C51本設(shè)計(jì)的控制芯片使用的是ATMEL公司生產(chǎn)的AT89C51，AT89C51是一種帶4K字節(jié)閃爍可編程可擦除只讀存儲器（F

13、PEROM）和128字節(jié)的隨機(jī)存取數(shù)據(jù)存儲器（RAM）的低電壓，高性能CMOS8位微處理器，俗稱單片機(jī)。AT89C51是一個(gè)低功耗高性能單片機(jī)，片內(nèi)置通用8位中央處理器（CPU）和Flash存儲單元，可靈活應(yīng)用于各種控制領(lǐng)域。40個(gè)引腳，32個(gè)外部雙向輸入/輸出（I/O）端口，同時(shí)內(nèi)含2個(gè)外中斷口，2個(gè)16位可編程定時(shí)計(jì)數(shù)器,2個(gè)全雙工串行通信口。AT89C51的引腳圖如圖3-1所示。芯片可以按照常規(guī)方法進(jìn)行編程，也可以在線編程，其將通用的微處理器和Flash存儲器結(jié)合在一起，特別是可反復(fù)擦寫的Flash存儲器可有效地降低開發(fā)成本。圖3-1 AT89C51的引腳圖 2.3.2數(shù)碼管顯示電路可燃

14、氣體濃度數(shù)據(jù)采集進(jìn)來并被成功地由模擬量轉(zhuǎn)化為數(shù)字量后，經(jīng)過計(jì)算公式后轉(zhuǎn)換為LEL%形式，而從DS18B20出來的溫度數(shù)據(jù)直接為十進(jìn)制溫度，兩組數(shù)據(jù)被傳送到系統(tǒng)的顯示模塊。讓人們更直接地觀察到相關(guān)數(shù)據(jù)。在本系統(tǒng)中，對LED進(jìn)行的是動態(tài)掃描，除了給顯示器提供段的輸入之外，還要對顯示器進(jìn)行位控制。顯示器的前四位顯示的是溫度，而后四位則顯示可燃?xì)怏wLEL%濃度值。 我們的系統(tǒng)顯示用的8位8段數(shù)碼管由數(shù)碼管專用驅(qū)動芯片ICM7218A驅(qū)動，27、3、1、25、2、24、26、4腳分別接數(shù)碼管的a、b、c、d、e、f、g、dp，15、16、23、20、17、22、21、18腳為位選，分別控制8位數(shù)碼管的亮

15、滅，ID07為數(shù)據(jù)線，接單片機(jī)P1口，WRITE、MODE是寫控制位和模式控制位，分別接單片機(jī)P3.6、P0.0。其電路圖如下圖所示2.3.3四線雙極性步進(jìn)電機(jī)一般雙極性四線步進(jìn)電機(jī)線序是 A B A/ B/, 其中A 與A/是 一個(gè)線圈，B和B/是一個(gè)線圈，一般這種驅(qū)動需要的是H橋電路，這里就不必介紹H橋了。下面介紹一下H雙極性四線步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動相序：1.單相四拍通電驅(qū)動時(shí)序 正轉(zhuǎn)： A/ B A B/ 反轉(zhuǎn)： B/ A B A/2.雙相通電四拍驅(qū)動時(shí)序 正轉(zhuǎn)：A/B AB AB/ A/B/ 反轉(zhuǎn)：A/B/ AB/ AB A/B3.半步八拍驅(qū)動時(shí)序 正轉(zhuǎn)：A/ A/B B AB A AB/ B

16、/ A/B/ 反轉(zhuǎn)：A/B/ B/ AB/ A AB B A/B A/原理圖如下:3程序流程圖3.1主程序流程圖 3.2系統(tǒng)流程圖溫度顯示STC89C51單片機(jī)A/D轉(zhuǎn)換放大電路溫度傳感器蜂鳴器電源模塊微型水泵4軟件系統(tǒng)的設(shè)計(jì)4.1開發(fā)環(huán)境介紹 程序的開發(fā)環(huán)境是在keil軟件的使用下進(jìn)行的，包括源程序的編寫、編譯和鏈接，并最終生成可執(zhí)行文件。 Keil軟件是面對單片機(jī)學(xué)習(xí)者的CPU的單片機(jī)嵌入式應(yīng)用開發(fā)軟件。設(shè)計(jì)中的調(diào)試和使用是建立在普中燒錄軟件的基礎(chǔ)上進(jìn)行的。利用keil軟件生成hex文件利用普中燒錄軟件導(dǎo)入到單片機(jī)開發(fā)板中，顯示最終的一系列結(jié)果。開發(fā)軟件界面4.2程序代碼調(diào)試#includ

17、e#include#include #includelcd.h#includetemp.h#define uchar unsigned char#define uint unsigned intunsigned char date;void Initial_com(void);void BEEP();void airwarn();unsigned char code table=warning;sbit P3_3 =P33;sbit Beep = P32; /接蜂鳴器sbit P3_1 = P31;sbit key1=P01;void LcdDisplay(int);void delay2(u

18、int z) uint i,j; for(i=z;i0;i-) for(j=110;j0;j-); void Delay(unsigned int I char j,a; for(i; i 0; i-)for(a=38;a0;a-) for(j = 138; j 0; j-); void main() P1=0x00;LcdInit(); /初始化LCD1602LcdWriteCom(0x88);/寫地址 80表示初始地址LcdWriteData(C); while(1)LcdDisplay(Ds18b20ReadTemp();/Delay1ms(1000);/1s鐘刷一次 if(P3_3=a

19、irwarn(); void LcdDisplay(int temp) /lcd顯示/unsigned int k; unsigned int i; unsigned char datas = 0, 0, 0, 0, 0; /定義數(shù)組float tp; if( temp=2) Delay(100); if(datas1=3&datas2=2) /Delay(100); BEEP(); P3_1 =1; for(i=0x40;i0x47;i+) LcdWriteCom(0x83+i); LcdWriteData(tablei-0x40); /百位 else for(i=0x40;i0;y-)De

20、lay(1);Beep=1; Delay(1);Beep=0;P3_1 =0 void Initial_com(void) EA=1; /開總中斷 ES=1; /允許串口中斷 ET1=1; /允許定時(shí)器T1的中斷 TMOD=0x20; /定時(shí)器T1，在方式2中斷產(chǎn)生波特率 PCON=0x00; /SMOD=0 SCON=0x50; / 方式1 由定時(shí)器控制 TH1=0xfd; /波特率設(shè)置為9600 TL1=0xfd; TR1=1; /開定時(shí)器T1運(yùn)行控制位void airwarn() unsigned int i; Initial_com(); BEEP(); if(key1=0)delay

21、2(1); /消抖動if(key1=0) /確認(rèn)觸發(fā)SBUF=0X01;delay2(200);for(i=0x40;i0x47;i+) LcdWriteCom(0x83+i); LcdWriteData(tablei-0x40); /百位 delay2(200); if(RI) date=SBUF; /單片機(jī)接受SBUF=date; /單片機(jī)發(fā)送RI=0; / delay2(200); /* for(i=0x40;i0x47;i+) LcdWriteCom(0x83+i); LcdWriteData( ); /百位 */P3_1 =1;5.1性能可實(shí)現(xiàn)的功能 到遇到火災(zāi)時(shí)，溫度傳感器感應(yīng)溫度

22、，當(dāng)達(dá)到預(yù)定溫度時(shí)，數(shù)碼管上顯示溫度，蜂鳴器響起，同時(shí)LED顯示有火災(zāi)顯示。交通燈模塊的紅燈報(bào)警顯示。此時(shí)給水泵一個(gè)高電壓，使得水泵向火災(zāi)源處供水，澆滅火災(zāi)。5.2成品實(shí)物展示6.1體會與前景6.1設(shè)計(jì)體會對于火災(zāi)報(bào)警器電路的設(shè)計(jì)，在開始做的時(shí)候會感到很迷茫，不知從何下手，此次火災(zāi)報(bào)警電路設(shè)計(jì)讓我得到多方面的鍛煉。一使我對模擬電子技術(shù)專業(yè)知識有了進(jìn)一步的掌握并熟悉了更多電子儀器的使用方法，掌握電子電路的測試方法，了解常用電子器件的類型和特性，同時(shí)掌握如何合理選用電子器件的原則。應(yīng)用知識更為得心應(yīng)手，熟練自如。有了更多對模擬電子技術(shù)綜合性訓(xùn)練的機(jī)會。也通過實(shí)用型模擬電子電路設(shè)計(jì)、安裝、調(diào)試等各環(huán)節(jié)，培養(yǎng)了我運(yùn)用課程中所學(xué)的理論與實(shí)踐緊密結(jié)合，獨(dú)立的解決實(shí)際問題的能力。當(dāng)你真正愿意花時(shí)間去研究它的時(shí)候，它會變得很簡單，因此，我們在以后的學(xué)習(xí)中，生活中，我會盡量養(yǎng)成勤于思考，勤于動手，不怕困難的好習(xí)慣，我們在平時(shí)要注意理論與實(shí)際的關(guān)系。6.2項(xiàng)目前景二十一世紀(jì)是網(wǎng)絡(luò)化時(shí)代，在計(jì)算機(jī)技術(shù)、微電子技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的迅速發(fā)展下，火災(zāi)探測報(bào)警技術(shù)的更新變化也非常明顯，總體來看，主要的發(fā)展變化是：數(shù)字技術(shù)和新工藝、新材料的