單片機的火災(zāi)報警系統(tǒng)設(shè)計

/單片機火災(zāi)報警系統(tǒng)煙霧檢測報警器設(shè)計思路煙霧檢測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，儀器的最基本組成部分應(yīng)包括：煙霧信號采集電路、模數(shù)轉(zhuǎn)換電路、單片機限制電路。煙霧信號采集電路一般由煙霧傳感器和模擬放大電路組成，將煙霧信號轉(zhuǎn)化為模擬的電信號。模數(shù)轉(zhuǎn)換電路將從煙霧檢測電路送出的模擬信號轉(zhuǎn)換成單片機可識別的數(shù)字信號后送入單片機。單片機對該數(shù)字信號進行濾波處理，并對處理后的數(shù)據(jù)進行分析，是否大于或等于某個預(yù)設(shè)值(也就是報警限)，假如大于則啟動報警電路發(fā)出報警聲音，反之則為正常狀態(tài)。為便利檢測和監(jiān)控，使儀器測試人員及用戶能夠直觀地視察到環(huán)境中的可燃煙霧濃度值，可將濃度值送到顯示屏中。便利調(diào)整報警限，可以加入按鍵。為使報警裝置更加完善，可以在聲音報警基礎(chǔ)上，加入光閃報警，變更的光信號可以引起用戶留意，彌補嘈雜環(huán)境中聲音報警的局限。以上是依據(jù)報警器應(yīng)具備的功能，提出的整體設(shè)計思路。煙霧傳感器的選型煙霧傳感器屬于氣敏傳感器，是氣-電變換器，它將可燃性氣體在空氣中的含量(即濃度)轉(zhuǎn)化成電壓或者電流信號，通過A/D轉(zhuǎn)換電路將模擬量轉(zhuǎn)換成數(shù)字量后送到單片機，進而由單片機完成數(shù)據(jù)處理、濃度處理及報警限制等工作。傳感器作為煙霧檢測報警器的信號采集部分，是儀表的核心組成部分之一。由此可見，傳感器的選型是特殊重要的。煙霧檢測報警器整體設(shè)計方案該創(chuàng)新的煙霧檢測報警器以STC12C5410AD單片機為限制核心，接受MQ-2型電阻式半導(dǎo)體傳感器采集煙霧信息。首先，傳感器送來的煙霧濃度對應(yīng)的微小的電壓信號經(jīng)過放大，轉(zhuǎn)化成較大的電壓信號送入STC12C5410AD單片機；然后，在STC12C5410AD單片機內(nèi)A/D轉(zhuǎn)換、濃度比較，對數(shù)據(jù)進行線性化處理，將數(shù)字化電壓信號轉(zhuǎn)化成為對應(yīng)的十進制濃度值；最終，將實際可燃性氣體濃度送入液晶，并推斷濃度值是否超出報警限，當(dāng)濃度處于正常狀態(tài)綠燈長亮，當(dāng)煙霧濃度超出設(shè)定的限定值時，發(fā)出聲音報警并伴隨紅燈閃亮。另外由于煙霧傳感器須要在加熱狀態(tài)下工作，溫度越高，反應(yīng)越快，響應(yīng)時間和復(fù)原時間就越快。為提高響應(yīng)時間，保證傳感器精確地、穩(wěn)定地工作，報警器須要向煙霧傳感器持續(xù)輸出一個5V的電壓。為了保證其牢靠性，在輸出5V的電壓的同時，進行故障監(jiān)測。當(dāng)傳感器加熱絲或電纜線和傳感器斷線或接觸不良時，進行故障報警，發(fā)出聲光報警信號。當(dāng)然幾種狀態(tài)的報警信號是各不相同的。煙霧檢測報警器的結(jié)構(gòu)為適應(yīng)家庭和工業(yè)等場所對可燃性易爆煙霧平安性要求，設(shè)計的可燃性煙霧報警儀應(yīng)不僅能在較寬的溫度范圍工作，而且應(yīng)具有顯示可燃煙霧濃度、故障自檢、延時報警功能及可接計算機進行現(xiàn)場遠測和實時限制等功能。其目標是在傳統(tǒng)的煙霧報警儀的基礎(chǔ)上，盡量提高精確性，降低成本，縮小體積。報警器系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖如圖所示，系統(tǒng)以單片機為核心，協(xié)作外圍電路共同完成信號采集、濃度顯示、時間顯示、狀態(tài)顯示、聲音及閃爍報警、按鍵輸入、故障自檢等功能。報警器接受巡檢的工作方式，進行兩級報警值設(shè)定，并發(fā)出不同的光、聲信號。系統(tǒng)應(yīng)接受高性能的單片機，要求工作穩(wěn)定、測量精度高、通用性強、功耗低，保證報警器的精確性及可靠性，而且最好體積小，成本低，有利于削減報警器的體積，降低報警器的成本。可燃性氣體檢測報警器結(jié)構(gòu)框圖煙霧檢測報警器的功能(1)自診斷故障報警功能當(dāng)傳感器加熱絲或者電纜線發(fā)生斷線或者接觸不良的狀況時，報警器發(fā)出警報，并且黃色指示燈閃爍，提示用戶檢查傳感器或者電路途接觸狀況，剛好解除故障，保證平安。(2)煙霧濃度顯示通過液晶屏顯示可燃煙霧的濃度值，并且可以切換到設(shè)置狀態(tài)，通過鍵盤設(shè)置或者更改報警限值，以便于用戶或檢測人員隨時觀測煙霧濃度及更改報警限。(3)煙霧報警功能當(dāng)煙霧濃度連續(xù)20秒取值都在報警限值之上，蜂鳴器起先報警，且聲音越來越急促，并且伴隨紅燈閃爍。因為人對變更的信號更為敏感，所以變更的聲音及燈光更簡潔引起用戶的留意。(4)防止報警器誤報功能快速重復(fù)檢測及延時報警可以區(qū)分出是管道中可燃煙霧的泄漏，還是由于打開閥門時的微量煙霧的散失。(5)看門狗自檢單片機狀態(tài)功能調(diào)用單片機中的看門狗程序，定時檢查單片機工作狀態(tài)，一旦發(fā)覺單片機出現(xiàn)死循環(huán)狀態(tài)，立刻復(fù)位，保證報警器工作正常。(6)和上位機通訊功能可以實現(xiàn)和計算機串口通訊，對報警器實行統(tǒng)一限制，以及便于采集和處理數(shù)據(jù)，也可以在計算機上更改報警限值等。(7)自動限制相關(guān)平安裝置的擴展功能留有繼電器接口，可以帶動排風(fēng)扇或大功率蜂鳴器，也可以限制管道電子閥門，可在報警的同時自動啟動相關(guān)平安裝置。煙霧檢測報警器的硬件設(shè)計在報警儀的設(shè)計中，單片機是其核心部件。它一方面要接收來自傳感器送來的煙霧濃度對應(yīng)的模擬信號和故障檢測信號，另一方面要對兩種信號分別進行處理，限制后續(xù)電路進行相應(yīng)動作；和此同時查詢是否有鍵按下的請求。在單片機完成這些的工作中，尤其是信號處理中，比較濃度值后送入顯示的軟件實現(xiàn)比較困難，要求單片機具備較快的運算速度，使檢測人員能夠較精確地觀測到煙霧濃度，并依據(jù)狀況做進行相應(yīng)處理。并且也要考慮選擇低價好用的機型，并為研制同一系列的低功耗產(chǎn)品做準備。依據(jù)多方面的比較，本設(shè)計選用宏晶科技生產(chǎn)的STC12系列單片機。聲音報警電路聲音報警電路圖如下圖所示。報警裝置接受無源壓電式KM3712x型蜂鳴器[26]，較一般的蜂鳴器體積大，聲音嘹亮，適用于家用煤氣報警器的報警聲音源。當(dāng)單片機STC12C5410AD的17腳(P3.7)置1時，三極管Q1導(dǎo)通，蜂鳴器報警。本報警器接受單片機STC12C5410AD的PWM功能，假如煙霧濃度達到報警限，單片機限制P3.7(PWM)口輸出占空比確定的脈沖，報警時蜂鳴器會發(fā)出如警車警笛的聲音。聲音報警電路圖數(shù)碼管顯示電路報警器濃度顯示接受共陽數(shù)碼管。顯示濃度級別，其主要技術(shù)參數(shù)如下：模塊工作電壓：2.7~5.5V工作電流：80ma,每段10ma字高：11.4mm環(huán)境相對濕度：<85％視角：6:00工作溫度：-10~+50°C顯示方式：反射式正顯示存儲溫度：-20～+60°C接口方式：8線并行接口數(shù)碼管結(jié)構(gòu)圖煙霧檢測報警器的軟件設(shè)計主程序設(shè)計及流程圖主程序流程圖如下圖所示。首先要給傳感器預(yù)熱三分鐘，因為MQ-2型半導(dǎo)體電阻式煙霧傳感器在不通電存放一段時間后，再次通電時，傳感器不能立刻正常采集煙霧信息，須要一段時間預(yù)熱。程序初始化結(jié)束后，系統(tǒng)進入監(jiān)控狀態(tài)。本論文的主程序設(shè)計先對傳感器預(yù)熱三分鐘，預(yù)熱同時，對傳感器加熱絲故障檢測，接受軟件方式檢測傳感器加熱絲或電纜線是否斷線或者接觸不良。STC12C5410AD單片機對傳感器檢測的煙霧濃度信號進行A/D轉(zhuǎn)換、平均值法濾波、線性化處理后，將濃度值和報警限設(shè)定值相比較，推斷是否報警。同時送入段式液晶顯示煙霧濃度值。主程序還包括狀態(tài)指示燈及按鍵功能設(shè)置，中斷子程序等，使報警器功能更加完善，給用戶帶來便利。主程序流程圖主程序初始化流程圖主程序初始化流程圖如下圖所示。給傳感器預(yù)熱后，程序起先執(zhí)行初始化子程序，這部分實現(xiàn)的功能包括各種I/O口輸入輸出狀態(tài)的設(shè)定、寄存器初始化、中斷使能等。首先設(shè)定定時初值50ms，利用IAP寫入EEPROM，作為取值間隔。然后設(shè)置定時器0，選擇方式1。方式1狀態(tài)下定時器的工作寄存器TH1、TL1是全16位參和操作。接下來定時器0中斷允許位置1，打開定時器0，關(guān)閉蜂鳴器，開啟綠燈，設(shè)置報警限初值。主程序初始化流程圖報警子程序設(shè)計及流程圖當(dāng)煙霧濃度超過報警設(shè)定值時，報警器發(fā)出一種近似警笛的鳴叫聲，對應(yīng)通道的紅燈閃亮，以提示操作人員實行平安對策或自動限制相關(guān)平安裝置，從而保障生產(chǎn)平安，避開火災(zāi)和爆炸事故的發(fā)生。為防止誤報，在程序設(shè)計上，對煙霧濃度進行快速重復(fù)檢測和延時報警，以區(qū)分出是管道中煙霧的泄漏，還是由于暫短打開閥門產(chǎn)生的可燃煙霧的微量散失，防止誤報。報警子程序流程圖如下圖所示。報警子程序流程圖、煙霧檢測報警器可保障生產(chǎn)和生活的平安，避開火災(zāi)和爆炸事故以及煤氣中毒的發(fā)生，它是防火、防爆和平安生產(chǎn)所必備的儀器，具有廣袤的市場空間和發(fā)展前景。在系統(tǒng)單片機限制電路的設(shè)計上，接受了高性能、高整合度的STC12C5410AD單片機作為核心芯片，充分利用了其高速數(shù)