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1、基于单片机的智能火灾报警系统基于单片机的智能火灾报警系统 摘 要 随着科学技术的快速发展与进步，人们的生活水平也在不断的提高，科技给人们带来了越来越多的便利，例如电力科技的迅速发展和应用，各种合成材料也不断的产生，新型能源也不断的被发现，电气自动化的程度不断的提高等等，这都极大的改善了人们衣食住行等生活的基本必需品的条件。但是其负面的影响也伴随着显现出来，例如石油液化气，多种电子产品，易燃易爆的装饰物品等我们周围经常能接触到的很多常见的生活用品，这必然埋下了巨大的隐患，造成了以后火灾的发生，因此人们虽然在无时无刻的享受科学技术所带来的方便与好处，但也无时无刻不在受到那些潜藏的火灾的暴发的威胁。
2、正如人们所说的一样，水火无情，所以为了避免火灾的发生以及最大限度的减少火灾所造成的损失，给人们带来更加安宁的生活，通过残酷的现实和那些令人震惊的教训，我们务必要设计出更加完善的智能火灾报警系统，来提高火灾的预警度和早期对其的处理水平，以便我们能顺得的将还处在萌芽状态下的火灾及时的消灭，从而最大限度地降低火灾的发生对社会财富造成的损失。基于此种情况，本设计从人们生活中的现实情况开始出发，设计出 1 了一种可以应用到多种公共场所的报警系统，即基于单片机的智能火灾报警系统。该火灾报警系统的控制中心是AT89C51单片机，它可以接受并处理火灾探测器所显示出的烟雾浓度信号和温度信号，并发出声光报警。该系
3、统通过不断的向火灾发生现场发射出巡检信号来监测现场的烟雾浓度和温度等参数，并连续不断的向报警控制器反馈，接着控制器将接收到的参数信号与内部存储的正常整定值进行比较和判断，以确定此环境是否会有火灾发生。当此环境中的烟雾浓度或者温度参数发生异常时，发或者火灾发生时，便可立即实现声光报警、温度和烟雾浓度报警限设置、故障的自我诊断、报警延时等。本设计中的烟雾传感器不仅结构简单，性能稳定，而且操作方便，价格低廉，并且是智能化的，具有一定的实用价值。 关键词 智能报警;AT89C51单片机;控制器;传感器 2 Abstract With the rapid development and progress
4、 of science and technology, peoples living standard has been improved, science and technology have brought more and more convenience to people, such as the rapid development and application of electric power technology, various kinds of synthetic materials have been produced, new energy has been fou
5、nd, the electrical and automation degree unceasing enhancement, the have greatly improved the 3 basic necessities of life such as the condition of the people basic necessities of life.But its negative effects are accompanied by the show, such as liquefied petroleum gas, a variety of electronic produ
6、cts, a lot of flammable and explosive decorative items around us can often come into contact with the common daily activities , which buried the huge hidden trouble, caused after the fire, so people in every hour and moment to enjoy the convenience and the benefits of science and technology, but als
7、o every hour and moment is not in the hidden fire outbreak threat.As they say, Fire and water have no mercy., so in order to avoid the occurrence of fire and minimize the losses caused by the fire, bring more peaceful life, by the cruel reality and the shocking lesson, we must design a more perfect
8、intelligent fire alarm system, to improve the fire warning degree and early on the processing level, so that we can arrange so will also in the bud under the fire timely eliminated, thus minimizing the occurrence cause of the loss of wealth of society of fire.Based on this situation, the design star
9、ts from the reality of peoples life, and designed a variety of alarm system can be applied to public places, namely intelligent fire alarm system based on the single chip microcomputer.The fire alarm control center of the system is AT89C51 mcu,It can accept and process the fire detector shows a conc
10、entration of smoke signals and temperature signals, and send out sound and light alarm.The system through continuous to the fire scene to emit the inspection signal to monitoring parameters in the field of smoke concentration and temperature,and continuous feedback to the alarm 4 controller, then th
11、e controller parameter signal and the internal storage received normal setting value comparison and judgment, to determine whether the environment will fire.When the environment of the smoke concentration or temperature parameters when an exception occurs, or when the fire occurs, can immediately ac
12、hieve sound and light alarm, temperature and smoke concentration alarm limit setting, fault self diagnosis, alarm delay. The design of the smoke sensor has the advantages of simple structure, stable performance, convenient operation,low price, and is intelligent, has a certain practical value. Keywo
13、rds Intelligent alarm;AT89C51 single chip microcomputer;Controller, Sensor 目 录 摘 要 . 1 Abstract . 3 1 绪论 . 6 1.1 选题的背景及意义 . 6 1.2 国内外发展状况和现状 . 8 1.2.1 火灾报警系统发展历程 . 8 1.2.2 国内外火灾报警系统的发展现状 . 10 2 火灾报警系统及其整体方案设计 . 12 2.1 火灾发生时的特点 . 12 2.2 火灾报警系统的功能 . 13 2.3 系统的组成与结构 . 13 2.3.1 系统的硬件总体结构 . 15 2.3.2 系统软件
14、总体结构 . 17 5 3 系统的硬件选择与设计. 18 3.1 主要元件的选择. 18 3.1.1 单片机的选择 . 18 3.1.2 模数转换元件的选择 . 20 3.2 传感器的选择. 25 3.2.1 火灾探测器的分类 . 25 3.2.2 温度传感器的选择 . 27 3.2.3 烟雾传感器的选择 . 31 3.3 各电路模块的设计 . 33 3.3.1单片机外围接口电路 . 33 3.3.2 A/D转换电路 . 36 3.3.3 烟雾信号调理电路 . 40 3.3.4 光报警电路 . 40 3.3.5 声报警电路 . 41 3.3.6 报警器故障自我诊断 . 41 4 火灾报警系统的
15、软件设计. 42 4.1 软件开发环境. 42 4.2 火灾报警系统程序设计 . 43 4.2.1主程序流程图 . 43 4.2.2 主程序的初始化流程图 . 44 4.2.3 数据采集子程序 . 45 4.2.4 火灾判断与报警程序 . 47 4.2.5 滤波子程序 . 49 5.结语 . 50 致 谢 . 51 参考文献 . 52 附 录 . 53 附录1 系统程序. 53 附录2 系统原理图. 67 1 绪论 1.1 选题的背景及意义 火作为人类生存必须的能源之一，对人类的生产具有重大的意义，但是对火本身的控制以及防御火灾的产生是生存的必需，从XX年到XX年，我国总共发生了44万起的火灾
16、，在这些起火灾中有6万多人6 丧失生命，其中造成的经济损失高达32.5亿，尤其是XX年在大兴安岭发生的火灾，直接造成了很严重的损失，各级的*人员渐渐的意识到了火灾控制的重要性，产生了一部分的火灾控制手段，但是对火灾控制的效果并不怎么的理想，在XX年一共发生了30起火灾，其所造成的经济损失仍高达30万元之多，甚至在10天内就发生了3起的火灾，最严重的一次造成的经济损失竟然有700万元之多，然而引发火灾的因素很多，也很难控制，尤其是人为造成的火灾不仅多且也最难控制，因此提高消防技术成为了提高控制火灾效率的必然途径，固必须彻底贯彻预防火灾的方针，同时还要提高消防技术，其中火灾报警控制作为重要环节。
17、本设计着重介绍近些年来广泛应用于建筑中的基于单片机的火灾智能控制仪器的原理及其技术，并尽量完善设计，考虑到避免漏报、误报、迟报、不报等方面的技术改进，随着近些年来单片机技术不断的更新，单片机逐渐在更多的自动控制领域中得到了很广泛的运用，本设计结合了近些年来单片机设计的研究现状，并根据建筑人口的密集度、火灾的高发区，对建筑中的火灾监测及报警进行了更深一步的探索，从而设计了基于单片机的实用可靠的智能火灾报警系统。 智能火灾报警系统是根据传感器对火灾情况的信息收集，再结合传感器的信息技术，并采用了已经成熟的智能识别算法来实现监测，即，报警器在接受到火灾信号以后，立即通过转换，发出声、光报警信号，并利
18、用Modem与公用的电话网进行连接，将信号迅速的传达给消防控制中心，并同时按照设计时的预留号码进行连通，之后将火灾情况以信7 号的方式传递到预留号码提部门，该部门一旦接受到信号，便可以通过信息数据库来查询火灾的发生位置、交通情况和水源情况等其他基本信息，通过这些基本信息的综合能快速的确定火灾情况，以确定最佳的火灾补救方案，并经信息网络连接直接下达命令，为能快速的扑灭火灾提供有利的保障。 1.2 国内外发展状况和现状 1.2.1 火灾报警系统发展历程 智能火灾报警系统的发展也是经历了由单一品种发展成现在样式多样化的过程，以前的火灾报警系统误报率比较高、安装复杂且监测的范围也比较窄，而现在的火灾报
19、警系统测量较以前要精准的多，安装也很简单，并且监测范围也变得很广。从结这发展历程来看，智能火灾报警系统大体上可归纳为以下几个阶段： 第一阶段，在19世纪XX年代到20世纪XX年代这期间，火灾自动报警系统处在发展的初始阶段，所采用的探测器以感温式的探测器为主，它能通过采集温度信号从而判断设定的阂值是否被超出，进而判断火灾是否会发生。在XX年，美国人研发出了第一台适用于城镇的火灾报警器，随后陆续推出了差温、定温、差定温等类型的火灾探测器。这个阶段所产生的火灾自动报警系统很简单，只依靠单一的温度参数对火灾进行判断。但是它也有不少的缺点，即容易受到周围环境中其他因素的干8 扰，灵敏也较比低，导至报警器
20、响应速度很慢而无法判断是否有阴燃火灾发生，更无法满足火灾自动报警系统智能化的要求。 第二阶段，从20世纪XX年代末到XX年代，占据主要地位的是代替感温式探测器的感烟式探测器。XX年瑞士科学家Emst Meili研究发明了离子感烟型探测器，虽然它的抗干扰性能比较差，而且误报率也高，但它比感温式探测器的灵敏度要高出许多，固而引起了人们对离子感烟型探测器的重视，随后感烟型探测器便得到了广泛的应用，并且在市场中逐渐占据了主导地位，感温式探测器被迫退居其次；到了XX年代末，在光电技术的基础上研发出了光电式感烟探测器，由于它的使用寿命比较长，而且抗干扰能力也比较强，也不存在离子感烟型探测器的放射性问题，因
21、此光电式感烟探测器很快便得到了大力发展。这一阶段的火灾自动报警系统通常采用的布局方式是多线制，且系统发展的瓶颈是布线、调试的系统的可靠性。 第三阶段，从20世纪XX年代初期到XX年代后期这段时间里，总线型火灾报警系统占据了主导地位，而瑞士的cerberus公司则最先推出了总线制方式的火灾报警系统，在火灾自动报警领域中取得了一大进步。XX年国内开始生产总线型智能火灾报警系统，并开始大面积推广，随着便得到了较普遍的应用。总线型火灾自动报警系统不仅布线工作量比之前的明显减少，而且安装调试时也更加容易，维护起来也容易，也能9 更加精确的报警定位。但是这一时期的火灾报警系统的智能化水平不高，采用有线连接
22、对工程要求高。 第四阶段，从20世纪XX年代中后期开始，随着计算机技术、控制技术、集成电路技术、传感器技术以及智能技术的迅速发展，火灾自动报警系统真正的进入了智能化时代，智能火灾报警系统也由此迅速的发展起来，各种类型的智能火灾自动报警系统接二连三的出现。模拟量可寻址技术及分布智能探测技术的应用大大提高了火灾自动报警系统的安全性、精确度和智能化特性，对火灾自动报警系统的发展具有极其重要的意义。 第五阶段，从20世纪XX年代开始,早期火灾自动预报警系统就开始出现了,这个系统釆用了一种全新的高科技算法人工神经网络算法,这个算法具有非常强的适应性能、并行处理能力和容错能力,能够全面的判断火灾信号是真是
23、假,从而为火灾探测技术的发展开辟了一条新的道路。 1.2.2 国内外火灾报警系统的发展现状 我国火灾自动报警系统的起步与发达国家相比晚了几十年，我国研究生产火灾自动报警系统这类产品是从上世纪70午代开始的。在进入XX年代以后，国内的一些主要厂家也大多是仿造国外的产品来生产，又或者是从国外引进生产技术来生产火灾自动报警系统这类产品，真正意义上的核心技术并不存在，而且国内的市场也处在发育的初始阶段。我10 国火灾自动报警产品的真正发展是在XX年代以后才开始，随着我国改革开放政策的实施，国外企业开始大量的涌入国内消防市场，在带来先进科学技术的同时也促进了国内市场逐渐走向成熟的这个时期里，我国生产火灾
24、自动报警产品的企业也在迅速的发展，其中一部分进行了合资生产、技术合作的企业，取得了极在的成绩，现今消防市场上那些有实力的商家都是因此而产生的，而且部分技术也已经接近或赶上了国际消防市场的水平。 国外一些比较发达的国家，具有火灾预防、自动报警、及时扑救、妥善处理等比较完善的消防系统，而且*每年都会拨出大量的资金用于消防设施的更新、人员的培训以及消防设施的维护上。美国、德国、日本等国家已采用计算机与客户端的传感器或者客户终端的信号采集器相连接，并且对火灾自动报警设备实时监控以及故障远程传输。一些国家例如美国、日本、加拿大、澳大利亚、英国等在城市火灾自动报警监控系统的建设和应用方面都有许多成功的经验
25、可供参考。他们将智能火灾报警作为通用的报警手段接入监测系统，并能有效的持续运行多年，使得消防控制中心能够很快的准确判断火灾发生的地点、火灾的类型，并及时调派消防部队迅速到达火灾发生地，智能报警监测系统在这里起到了非常大的作用。除此之外，这些国家在监测系统的管理方面也很规范，它们专门成立了一个监测服务机构，这个机构的责任即是保证消防报警数据通信畅通，为用户服务，对用户负责，并及时将可靠的火灾报警信息传送给消防部队，而对这类服务机构进行资质审查和监督管理则是消防部门的主要责任。 11 2 火灾报警系统及其整体方案设计 2.1 火灾发生时的特点 火灾是因失控引发的燃烧而造成的灾害，火灾的产生要素主要
26、包括可燃物、助燃物和点火源这三个。可燃物包括气体、液体和固体三种，助燃物常是空气中的氧气。它们燃烧的基本过程是首先产生气溶胶，即为可燃物从外部获得一定能量时，液体或固体变成蒸汽或者分产生出可燃的气体(像CO、H2等)、灰烬和没有燃烧的物质颗粒悬浮于空气中。与此同时，产生烟雾。着火以后，燃烧时产生的热量会使液体或者固体的表面持续排出可燃烧的气体，并且燃烧向周围扩散。同时，伴随有红、紫外线的火焰发生，产生大量的热气，由此而形成火灾。 总体说，常见的可燃烧物在燃烧时主要表现为以下的形式：刚开始时产生燃烧气体，接着产生烟雾，且在氧气足够的情况下方可达到全部燃烧，产生出火焰，发出能见的光和不能见的光，并
27、且会产生大量的热气，从而造成周围的环境温度逐渐升高。在起火的过程中，而最初和引燃这两个阶段占的时间较长，其间会产生大量烟雾，但由于环境的温度12 不是很高，固当探测器就从这个阶段开始进行探测时，即可将火灾造成的损失控制在最小范围内。随着火苗的点燃，火焰会迅速蔓延到其他地方，燃烧过程中产生的大量的热气让此环境的温度逐渐升高，若在此刻能探测出温度的有效值，便可使火灾得到及时的控制。 2.2 火灾报警系统的功能 火灾报警系统具有以下几个功能: (1)具有声、光双重报警功能。 (2)当系统的硬件出现故障时，可发出故障报警的信号。 (3)当环境中出现像烟雾的浓度过大或者是温度较高的异常时，会发出异常报警
28、的信号，引起人们的注意，尽可能避免发生火灾。 (4)具有火灾报警的功能。一旦真发生火灾异常时，可立郂发出火灾声、光的警报(烟雾与温度同时）并及时的将火灾的信息通过远程的报警电路传达给消防中心和校保卫处。 2.3 系统的组成与结构 火灾自动报警系统一般情况下是由火灾探测器、区域报警器和集中报警器三部分组成的。火灾探测器可通过对燃烧气体、烟雾粒子、热、光即火焰等这些火灾产生出的化学、物理现象的探测，把探测到的火灾情况的信号转普变为火警的电信号发送给火灾自动报警的控制器。然后区域的报警器则将接收到的火警信号经过分析和处理后发出声、光报警的信号，以警告火灾控制中心的工作人员，并且在屏幕上明确显示出火1
29、3 灾发生的房间号码。而集中报警器则是将接收到的报警信号以声光的形式表现出来，且其屏幕上也显示出火灾发生的楼号和房间号，利用本机的专用电话还可以快速的发出指示并向消防队报警。除此之外，也可控制相关的灭火系统或者将火灾信号传输递给消防控制中心。整体的电路框图如图2所示。 传感器 放大电路 A/D转换 微型计算机 状态指示灯 声音报警 浓度温度显示 串口通信 按键 图2 智能火灾报警系统框图 智能火灾报警系统，通常是由火灾探测器、联动单元和控制器三部分组成的。首先由火灾探测器探测到火灾的萌芽，然后联动单元再将其传输到控制器分析其形势，进而执行是否报警的命令。智能火灾报警系统不仅具有预防报警的功能，
30、还具有遥控检测的功能，即它能根据总台的监测预防要求而进行远程调节它的功能模块。根据智能火灾报警系统中使用了不同种类的探测器，智能火灾报警系统可分以下几种： 1、感温式火灾报警系统 根据探测器所探测到的温度参数的不同，一般我们可将感温式火灾14 报警系统分为差温式、定温式、以及差定温探测器等几种。 2、感烟式火灾报警系统 感烟式火灾报警系统主要包括激光感烟式探测器、光电感烟式探测器和离子感烟式探测器等。 3、感光式火灾报警系统 感光式火灾报警系统是通过响应火灾中发生的光特性，即了扩散的火焰的光强度和闪烁的频率，从而触发智能报警系统。根据感应到的敏感波长，便可将感光式火灾报警系统分为紫外报警系统和
31、红外报警系统。 4、复合式火灾报警系统 如果智能报警系统对温度、烟雾和光辐射这三个中的任何两种或两种以上的参数同时做出响应，则是复合式火灾报警系统。到目前为止，复合式火灾报警系统包括感温感烟式、感烟感光式、感温感光式等几种形式。 2.3.1 系统的硬件总体结构 1、硬件系统的组成 一个完整的智能火灾报警系统，必须包含有以下几个部分：报警系统控制模块、火灾参数探测模块、数据转换模块以和火灾报警模块。该 15 设计以单片机作为控制系统的核心，把传感器作为它的测温装置，从而实现智能火灾报警系统的设计。这个设计可以对室内和室外的温度以及烟雾进行及时的采集可检测，当所测出的温度或烟雾的浓度比临界温度高有
32、时候便自动的报警。温度的信号或烟雾的浓度的信号的采集电路把温度的信号或烟雾的浓度信号则用数字信号的形式传送到单片机里。单片机则对接收到的数字的 信号进行滤波处理，且对处理过的数据进行详细的分析，看是否高于或者等于某一个预置值，也就是报警的临界温度或烟雾浓度。若是大于这个预设值则立即启动报警电路并发出报警声音且显示非正常的状态，否则为正常的状态。 2、硬件系统的控制方案的设计 智能火灾报警系统主要由数据采集模块、单片机控制模块、声光报警模块三个模块组成。图3是智能火灾报警系统的结构框图。 烟雾，温度传感信号调理电路 烟雾，温度显示 声光报警 图3 智能火灾报警系统的结构框图 单片机 A/D转换电
33、 16 智能火灾报警系统的功能主要是实现对火灾发生现场的测试工作，来启动火灾报警系统。它主要由烟雾的传感数据采集程序、温度的传感数据采集程序和声光报警程序等这三个部分组成，而其中的烟雾的传感数据采集程序则是完成对烟雾浓度的采集并且进行数据转换；温度的传感数据采集程序则显示对现场温度的采集信息；该系统的工作原理是：首先通过传感器(包括温感式和烟感式)将现场的温度、烟雾等不电的信号转化成电信号，信号调理电路则将传感器输出的电信号进行放大、滤波等的调理，以使之能满足A/D转换要求,最后再由A/D转换电路完成把传感器(包括温感式和烟感式)输出的模拟信号向数字信号进行转换，由此单片机便可判断现场是否会有火灾发生。报警程序则设置了报警下限，当外界的参数指标超过限制时将进行声光报警。 2.3.2 系统软件总体结构 为了系统维护更加方便和功能的扩充，
