基于单片机5608AD火灾报警设计.doc

1、 摘要基于单片机的火灾报警器设计火灾作为一种发生频率高、破坏性强的灾害，受到人们的大力重视。随着经 济和城市建设的快速发展，城市高层、地下建筑以及大型综合性建筑日益增多， 火灾隐患也大大增加，火灾的数量及其造成的损失呈逐年上升趋势。火灾自动报 警系统,作为火灾的先期预报、火灾的及时扑灭、保障人身和财产安全,起到了不 可替代的作用。随着传感器技术、无线通信技术、集成电路和微电子技术日臻完 善，火灾自动报警系统迎来了良好的发展契机，其智能化程度也越来越高据统计， 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不到 3.2 亿元。进入 90 年代，特别是1993年以来，火灾造

2、成的直接财产损失上升到年均十几亿元，年均死亡 2000多人。实践证明，随着社会和经济的发展，消防工作的重要性就越来越突出。“预防火灾和减少火灾的危害”是对消防立法意义的总体概括，包括了两层含义：一是做好预防火灾的各项工作， 防止发生火灾； 二是火灾绝对不发生是不可能的，而一旦发生火灾，就应当及时、有效地进行扑救，减少火灾的危害。为了防范火灾的发生，本次课程设计采用了基于单片机设计的火灾报警装置。 系统用 STC12C5608AD单片机作为核心，数据处理速度快、适合运行较为复杂的算法；采用高灵敏度的温度传感器 DS18B20 与烟雾传感器 MQ-2作 为探测器。 蜂鸣器组成的声音报警电路，数码显

3、示管组成的显示电路等。报警系统将传感器输出的电信号经放大滤波处理后送入 ADC0809 转 换，得到的数字信号由单片机进行处理分析，判断是否发生火灾。火灾自动报警 系统通过对传感器采集火情信息,采用多传感器信息融合技术,使用智能识别算 法实现对火灾的监测。当报警器监测到火情信息后, 立即产生声光报警信号。系 统具有声光报警、故障自诊断等功能，系统的结构简单、性能稳定，使用方便，智能化程度高。由于采用了感温和感烟探测器相结合探测方法，比使用单一的探 测器能更加准确报警、降低了误报率。 关键词：单片机 火灾报警 传感器目录第一章 绪论 3 1.1课题研究目的和意义4 1.2本次课设的安排4第二章

4、火灾自动报警系统的工作原理5 2.1火灾报警系统的类型5 2.2系统功能概述5第三章 系统硬件设计6 3.1主要元件功能介绍 3.1.1主控制器STC12C5608AD介绍8. 3.1.2温度传感器DS18B20介绍 8 3.1.3烟雾传感器MQ-2介绍9 3.2单片机原理接线图10 3.3温度与烟雾传感器原理接线图11 3.4报警电路原理接线图11 3.5数码管显示原理接线图12 3.6总原理接线图12 第四章 程序流程图 13 第五章 心得体会与展望14 4.1心得体会14 4.2 展望14第一章 绪论1.1 课题探究目的和意义 随着科技的发展， 越来越多的巨大的隐患由于工业生产和人们的日

5、常生活而 产生。为了早期发现和通报火灾，防止和减少火灾危害，保护人身和财产安全。 保卫社会主义现代化建设，防止火灾引起燃烧、爆炸等事故，造成严重的经济损 失，甚至危及生命安全。 为了减少这类事故的发生，就必须对烟雾进行现场实时检测，采用先进可靠 的安全检测仪表，严密监测环境中烟雾的浓度， 及早发现事故隐患，采取有效 措施，避免事故发生，才能确保工业安全和 家庭生活安全。因此，研究烟雾的 检测方法与研制烟雾报警 器就成为传感器技术发展领域的一个重要课题。 烟雾检测报警装置是能够检测环境中的烟雾浓度并具 有报警功能的仪器。 该报警装置是石油化学工业、有气体泄漏可能 的生产工厂及家庭防火防爆必备 的

6、仪器。烟雾报警器属于中华人 民共和国强制检定的工作计量器具目录中 第 46 项， 它归类于物理化学 计量器具。 建筑设计防火规范 (GBJ16-87)第 10.3.2 条明确规定:“散发可燃烟雾、可燃蒸汽的甲类厂房和场所，应设置烟雾浓度检 国家执行新的烟雾探测器标准(GB 15322-2003) 可 测报警装置” 2003 年 12 月， 。 燃烟雾探测器2004 年 10 月国家颁布 ， 可燃烟雾检测报警器规程 JJG693-2004 ， 研究新型、性能稳定、准确监测可燃性气 体，并合乎国家相关规定的报警器具 有极其重要得意义。 目前我国已有许多城市铺设了煤气管道，使用人口约达二亿人，煤气

7、发生 基地及中转站也达几千家。如果这些家用燃气和煤气基地及中转站的 报警率按 10% 计算，烟雾检测报警器的需求量就达 2000 万台以 上。随着全社会对防火 防爆及人身安全的重视程度的提高，这个数字会继 续增长。 近十年来，农村的沼气使用也得到了极大的发展。到 2006 年底，全 国沼气 池数量已达近 1300 万座，这就为检测沼气（主要成分是甲烷）浓 度的仪器提供 了市场。可见，烟雾报警器具有十分广阔的市场前景。1.2本次课设的安排 6月18日：完成课题的选定即人员分组的安排。 6月19日-27日：完成课设的设计部分，包括设计的可行性，网上查找芯片资料，小组讨论研究，最后确定设计方案，了解

8、总的工作原理，编写试验程序，完成实验报告。 6月28日-30日：老师进行检查，并且改进实验方案，进行拓展。第二章 报警系统的工作原理2.1火灾报警系统的类型 根据火灾报警系统中所使用的探测器种类的不同，分为几种不同的探测器，如下 （1）感烟探测器 一种是离子感烟探测器，它在内外电离室里面有放射源镅 241，电离产生的 正、负离 子，在电场的作用下各向正负电极移动。在正常的情况下，内外电离室的电流、电压都是稳 定的。一旦有 烟雾窜逃外电离室。千扰了带电粒子的正常运动，使电流，电压就有所改变，破坏了内外电 离室之间的平 衡，于是就发出了信号。还有一种叫光电感应探测器，它有一个发光元件和一个光敏元件

9、， 平常光源发出 的光，通过透镜射到光敏元件上，电路维持正常，如果有烟雾从中阻隔，到达光敏元件上的 光就显著减弱， 于是光敏元件就把光强的变化变成电的变化，通过放大电路向人们报警。还有一种叫管道抽 吸式感烟探测 器，它的工作原理与光电感应探测器中另一种散射型相似，通过烟雾的反射或散射产生光敏 电流，主要用 在船舶上。近年来还出现了激光感烟探测器，它也是利用光电感应原理，不同的是光源改用 激光束。这种 探测器采用半导体器件，体积小、价格低、耐震动、寿命长，很有发展前途。（2）感温型火灾报警系统 一种是运用金属热胀冷缩的特性。正常的情况下，探测器的电路断开；当温 度升到一 定值时，由于金属膨胀、延

10、伸，导体接通，于是发出了信号。一种是利用某些金属易熔的特 性，在探测器 里固定一块低熔点合金，当温度升到它的熔点(7090)时，金属熔化，借助弹簧的作用力， 使触头相碰， 电路接通，发出信号。这二种探测器都属定温型。即当外界温度超过某一限值时就报警;还有 一类是差温型， 升温的速度超过特定值时，便会感应报警。如将两者结合起来，便成为差定温组合式。（3）光辐射探测器。 一种是红外光辐射探测器。物质在燃烧时，由化学反应产生闪烁的红外光 辐射使硫 化铅红外光敏元件感应，转变成电信号，经放大后，就能向人们报警。另一种是紫外光辐射 探测器，则利 用有机化合物燃烧时，火光中的紫外光，使紫外光敏管的电极激发

11、出离子，通过继电器等， 就能打开开关 电路报警。 火灾报警器是重要的安全设备，一切重要的场所，如大型物资仓库、隧道、大型船舶、高层 建筑都应 该安装。它还可以与自动灭火设备一起组成自动报警、自动灭火的“自动消防队” 。 2.2系统功能概述 火灾报警系统一般由火灾探测器，区域报警器和集中报警器组成。火灾探测器通过对火灾发出的物理，化学现象气（燃烧气体），烟（烟雾粒子），热（温度），光（火焰）的探测，将探测到的火情信号转化成或经典信号传递给火灾报警控制器，如图（下）。STC12C5608控制模块烟雾探测模块声光报警模块数码管显示模块温度采集模块第三章 系统硬件设计3.1主要元器件功能介绍 3.1.

12、1主控制器STC12C5608AD介绍在火灾报警器的设计中，单片机是其核心部件。它的一方面要接收来自传感器送来的温度，烟雾对应的模拟信号和故障检测信号，另一方面要对这两种信号分别进行处理，已控制后续电路进行相应动作；与此同时查询是否有键按下的请求。STC12C5608AD系列单片机是宏晶科技生产的单时钟/机器周期的单片机，是高速/低功耗/超强干扰的新一代8051单片机，指令代码完全兼容传统8051，但速度快8-12倍。内部集成MAX810专用复位电路，4路PWM,8路高速10位A/ 转换,针对电机控制，强干扰场合。STC12C5608AD 系列单片机是宏晶科技生产的单时钟/机器周期(1T)的单

13、片机，是高速/低功耗/超强抗干扰的新一代8051单片机，指令代码完全兼容传统8051,但速度快8-12倍。内部集成MAX810专用复位电路,4路PWM,8路高速10位A/D转换,针对电机控制,强干扰场合。1.增强型8051CPU，1T，单时钟/机器周期，指令代码完全兼容传统8051。2.工作电压：STC12C5620A系列工作电压：5.5V-3.5V（5V单片机）STC12LE5620A系列工作电压：3.6V-2.2V（3V单片机）3.工作频率范围：035MHz，相当于普通8051的0420MHz4.用户应用程序空间30K/28K/24K/20K/16K/12K/8K/4K字节5.片上集成76

14、8字节RAM。6.通用I/O口（27/23/15个），复位后为：准双向口/弱上拉（普通8051传统I/O口）可设置成四种模式：准双向口/弱上拉，强推挽/强上拉，仅为输入/高阻，开漏每个I/O口驱动能力均可达到20mA，但整个芯片最大不要超过55mA7.ISP（在系统可编程）/IAP（在应用可编程），无需专用编程器，无需专用仿真器可通过串口（P3.0/P3.1）直接下载用户程序，数秒即可完成一片8.有EEPROM功能。9.看门狗。10.内部集成MAX810专用复位电路（外部晶体20M以下时，可省外部复位电路）。11.时钟源：外部高精度晶体/时钟，内部R/C振荡器用户在下载用户程序时，可选择是使用

15、内部R/C振荡器还是外部晶体/时钟常温下内部R/C振荡器频率为：5.2MHz6.8MHz精度要求不高时，可选择使用内部时钟，但因为有制造误差和温漂，以实际测试为准。12.共6个16位定时器两个与传统8051兼容的定时器/计数器,16位定时器T0和T1，没有定时器2，PCA模块可再实现4个16位定时器。13.2个时钟输出口，可由T0的溢出在P1.0输出时钟，可由T1的溢出在P1.1输出时钟。14.外部中断9路,下降沿中断或低电平触发中断,PCA模式可分别或同时支持上升沿中断/下降沿中断，PowerDown模式可由外部中断唤醒。15.PWM(4路)/PCA（可编程计数器阵列,4路）-也可用来当4路

16、D/A使用-也可用来再实现4个定时器-也可用来再实现4个外部中断(上升沿中断/下降沿中断均可分别或同时支持)。16.A/D转换,10位精度ADC，共8路17.通用全双工异步串行口(UART)，由于STC12系列是高速的8051，也可再用定时器软件实现，也可再用定时器软件实现多串口。18.ISP同步通信口，主模式/从模式。3.1.2温度传感器DS18B20介绍采用数字式温度传感器DS18B20，此传感器是仅需要一条数据线进行数据传输的数字式传感器，与单片机连接简单，不需要再添加A/D模块，简化硬件电路同时降低成本。而且，数字是温度传感器测量精度高，测量范围广。DS18B20温度传感器是一种改进型

17、智能温度传感器，与传统的热敏电阻等测温元件相比，它能直接读出被测温度，并且可根据实际要求通过简单的编程实现9-12位的数字值读数方式。性能特点如下：1 单线结构，只需一根信号线和 CPU 相连。2 2. 不需要外部元件，直接输出串行数据。 3 3. 可不需要外部电源，直接通过信号线供电，电源电压范围为 3.3V5V。 4 4测温精度高，测温范围为：一 55+125，在-10+85范围内，精度为O.5。 5测温分辨率高，当选用 12 位转换位数时，温度分辨率可达 00625。 6数字量的转换精度及转换时间可通过简单的编程来控制：9 位精度的转换时间为 9375 ms：10 位精度的转换时间 18

18、7.5ms：12 位精度的转换时间 750ms。 7. 具有非易失性上、下限报警设定的功能，用户可方便地通过编程修改上、下限的数值。 8. 8可通过报警搜索命令识别哪片 DS18820 采集的温度超越上、下限。3.1.3烟雾传感器MQ-2介绍1) 烟雾传感器的分类 烟雾传感器种类繁多，从检测原理上可以分为三大类： (a) 利用物理化学性质的烟雾传感器：如半导体烟雾传感器、接触燃 烧烟雾 传感器等。(b)利用物理性质的烟雾传感器：如热导烟雾传感器、光干涉烟雾传 感器、 红外传感器等。 (c)利用电化学性质的烟雾传感器：如电流型烟雾传感器、电势型气 体传感 4 器等。 (2) 烟雾传感器应满足的基

19、本条件 一个烟雾传感器可以是单功能的，也 可以是多功能的；可以是单一的实体，也可以是由多个不同功能传感器组成 的阵列。但是，任何一个完整的烟雾传感器都必须具备以下条件： (a)能选择性地检测某种单一烟雾，而对共存的其它烟雾不响应或低 响 应； (b)对被测烟雾具有较高的灵敏度，能有效地检测允许范围内的烟雾 浓 度； (c)对检测信号响应速度快，重复性好； (d)长期工作稳定性好； (e)使用寿命长； (f)制造成本低，使用与维护方便。通过利用烟雾传感器，当烟雾扩散时，烟雾传感器感应到烟雾时，继电器打到 NO，风扇开始工作，马达 转动，风扇产生吸力将烟雾吸入到装有活性炭和负离子的过滤外壳中，排出

20、清新干净的气体，极大地改善 室内环境，具有环保的现时意义。MQ-2型传感器属于二氧化锡半导体气敏材料，属于表面离子式N型半导体。当处于200-300度温度时，二氧化锡吸附空气中的氧，形成氧的负离子吸附，是半导体中的电子密度减少，从而使其电阻值增加。当与烟雾接触时，如果晶粒间接触时，如果晶粒间界处的势垒受到该烟雾的调制而变化，就会因其表面电导率的变化。利用这一点就可以获得这种烟雾存在的信息。性能及主要技术指标：1. MQ-2型传感器对天然气，液化石油气等烟雾有很高的灵敏度，尤其对烷累烟雾更为敏感。2. MQ-2型传感器具有良好的重复性和长期的稳定性。初始稳定，响应时间短，长时间工作性能好。3.

21、MQ-2型传感器具有良好的抗干扰性，可准确排除有刺激性非可燃性厌恶的干扰信息，例如酒精和烟雾。3.2单片机原理接线图(1) STC 3脚接复位电路，可按复位按钮给单片机复位。3.3温度传感器与湿度传感器原理接线图由于温度传感器DS18B20与烟雾传感器MQ-2的输出电压足够大，座椅可直接连到单片机上，为不需要再加放大电路。 1.温度传感器2.烟雾传感器3.4报警电路原理接线图（1）复位后，p3.7置1，蜂鸣器不响，当执行程序，温度或烟雾达到预定上限时，p3.7置0，或者由外部开关手动解除报警。 3.5数码管显示原理接线图3.6总原理接线图第四章 程序流程图火灾报警器运行流程：首先通过单片机复位

22、实现系统初始化，之后对温度进行显示并比较，如果温度大于系统设置的最大温度，蜂鸣器鸣叫，火灾警报启动。如果温度未到温度最大值，则比较烟雾浓度。烟雾浓度大于系统预设值，蜂鸣器鸣叫，火灾警报启动。如果烟雾浓度正常则开始新一轮检测。若警报响起，通过按键可解除警报。开始系统初始化传感器测温测量烟雾浓度火灾报警火灾报警数码管显示温度按键处理解除警报系统重新初始化温度是否过高烟雾浓度是否过高YYNN第四章 总结与心得体会总结经过这次课程设计的学习，终于完成了烟雾报警的设计，过程当中用到的单片机作为控制内核， 四段数码管作为显示部分，及其他电路，共同组成了火灾报警控制电路。首先 设计的是它的硬件电路，最重要的

23、部分是 STC12C5608AD控制内核，所有的数据处理都是采用的单片机，而且我们熟悉掌握STC12C5608AD的各种引脚功能，它是自带AD转换电路，这样方便了我们的芯片连接并且缩小了板子的体积大小，其次是 DS18B20 温度采集电路，对于这部分我们通过上网查资料，了解了DS18B20温度传感器的工作原理和一些基本实现的功能，最后就是烟雾传感器，对此我们一点不了解，但是我们通过上网学习，查阅各种资料去了解其构造，特性及工作原理引脚分配等。最终，我们将这三部分电路连在一起组成了火灾自动报警电路。从这次的课程设计中，我真真正正的意识到，在以后的学习中，要理论联系 实际，把我们所学的理论知识用到

24、实际当中，不仅使我真正的学会了设计，而且我相信通过这次的学习我能够达到举一反三的效果，同时这次的不足之处是在有些细节方面刚开始做的很不详细， 我想原因在于自己平时对自己的学习要求的不够严格，才造成遇到一些问题显得惊慌失措，在日后我会克服这些问题，达到一个新的高度！二十一世纪是网络化时代，在计算机技术、微电子技术和网络技术的迅速发展下， 火灾探测报警技术的更新变化也非常明显，总体来看，主要的发展变化是：数字技术和 新工艺、 新材料的应用， 改进系统能力和减少维护要求， 向着高可靠、 低误报和网络化、 智能化方向发展。 l)早期、超早期的火灾探测报警 超早期火灾报警的主要指导思想是：(1)提高灵敏

25、度，在火灾早期阶段生成物较少 的时候即可探测报警;(2)探测火灾过程中尚未形成火灾时的生成物即超早期火灾探测报 警。为此，利用提高灵敏度实现早期火灾探测报警的方法中，已经将粒子计数测量技术 用于火灾探测。 2)全新的火灾判定依据 从以搜集时间信息为主作为报警依据， 转为以物性信息与时间信息相结合作为报警 依据。 3)采用智能技术处理传感器提供的火灾信息 目前传感器所提供的是混合型时间信息，做好对信息的处理，以弥补信息源头的缺陷， 尽可能提高报警的可靠性和后续工程系统联动控制的准确性。 4)火灾探测报警的网络化 火灾探测报警系统网络化是指将计算机数据通信技术应用于火灾探测报警系统， 使 控制器之间或者探测器之间，系统内部之间和系统外部之间通过网络协议交换数据信 息，实现火灾自动报警系统层次功能设定，远程数据调用管理、119 自动报警、网络监 控和网络通信服务等功能。