简易消防报警系统硬件设计
随着科技的发展，电子产品走进人们的生活，由此引起建造物消防问题多发，如商场、学生寝室等建筑物火灾隐情等导致人们的生命财产安全受到重到威胁。设计一种简易的消防报警系统变得尤为重要。基于这且联系生活实际，本文设计了基于单片机的且适合建筑的消防报警系统。本设计可以安装在大楼内，它负责监视房间内的温度和浓度，将所接受到的信号发给控制器，控制器将所接受到的信号与内存的正常整定值进行比较来判断、确定火灾。当火灾发生时，可实现声光报警、浓度和位置显示。本课题以AT89C52单片机为基础，结合LCD1602显示器，DS18B20温度传感器和MQ2烟雾传感器，设计了一种结构简单、价格低廉、使用方便的简易的消防报警系统。关键词 消防报警， 传感器，显示器，单片机
目 录
1 引言1
1.1 选题的研究背景及意义 1
1.2 选题的研究现状 1
2 设计要求和方案设2
2.1 设计内容和要求2
2.2 本课题的研究范围和设计思路2
2.3 本课题的总体设计方 3
2.3.1 本设计的基本工作原理3
2.3.2 硬件的总体结构设计4
2.3.3 本设计各模块电路简要介绍5
2.3.4 传感器的寻址方案5
3 硬件系统的电路设计6
3.1 硬件电路的总体设计6
3.2 主控电路的选择与设计7
3.2.1 STC89C52单片机的介绍8
3.3 温度传感器的选择及设计9
3.3.1 DS18B20介绍9
3.3.2 DS18B20与传统测温的区别9
3.3.3 DS18B20电路设计9
3.4 烟雾传感器的选择及设计10
3.4.1 气体采集模块的介绍10
3.4.2 MQ2传感器介绍10
3.4.3 LM324运算放大器11
3.4.4 型号为PCF8591的转换器的介绍12
3.5 显示电路的选择和设计14
3.5.1 LCD1602的介绍14< *好棒文|www.hbsrm.com +Q: @351916072@
br /> 3.5.2 LCD1602的电路设计15
3.6 报警电路的选择及设计16
3.6.1 灯光报警电路的设计16
3.6.2 声音报警电路的设计16
4 系统的软件17
4.1 软件的主程序流程图 17
4.2 调试和开发工具 18
5 系统的仿真以及与软件的联调18
5.1 Proteus仿真原理图18
5.2 与软件的仿真联调20
5.3 与软件的实物联调23
结论 24
致谢 25
参考文献26
1 引言
1．1 选题的研究背景及意义
当今，人们在用火用电安全以及火灾预防意识方面仍有待提高，火灾造成了重大的损失并且其发生量呈现逐年上升的趋势，如商场、办公楼等建筑物的火灾导致人们的生命财产安全受到严重的威胁。关于建筑安全的消防问题已经开始吸引了大家的更多的关注和重视。人们开始慢慢的意识到了消防工作以及进行监控预警的关键地位，其中的一部分人如建造开发商们开始安装大量的消防报警系统。同时想要避免这个局面，除了需要考虑报警机制要及时且监控系统要良好之外，还需将成本、是否简便等问题考虑进去。但是目前的建筑消防报警系统存在安装维护复杂，安装成本虚高等问题，因此设计一种简易消防报警系统越来越来重要。因为多年以来的电子技术和传感器技术一直急速进步，因而简易消防报警系统不仅可以满足人们的消防安全需要，而且在生产成本和维护成本上也大大降低，简易消防报警系统开始进入普通人的家庭，开启了消防热潮。
1．2 选题的研究现状
消防报警系统主要能够分成以下四个发展阶段：其中，第一个发展阶段是消防报警的初级阶段。这一阶段主要关注单个建筑消防安全需要，该阶段的消防报警系统处于一种不成熟阶段，主要使用一些简单的传感器来实现基本的消防报警和电路设计理论基础。如中国建筑科学研究所在《某办公楼消防报警系统设计及相关问题研究》【1】中探究了办公司消防报警电路的系统设计。并对消防问题中电源以及卷帘门控制电路设计问题进行了详细的探究与分析。白永生在《常见消防报警的设计思路》【11】中，介绍了各种常用的消防报警探测器的工作原理、消防报警系统的设计方法和特殊场所消防报警系统。不仅替那些普通建筑的消防报警系统的设计提供了借鉴，也为本系统的设计做出了贡献。
第二个发展阶段是消防报警的系统阶段。这个阶段的消防报警技术趋于成熟，在对单个建造物的消防报警发展为N+1的消防报警系统设计。将传感器安装于安装多个安全多发地，同时要使用有线的方式来进行数据的传输和数据的处理。并用一个中央处理器处理这些报警，使消防问题得到及时解决。如韩耀正在《基于CAN总线的气体报警系统的研究与实现》【3】中探究了带有CAN总线和485通信总线的电路设计，并探 究了总线设计的实现以及安全性的分析。杨铁军在《集中式消防报警系统的设计与实现》【6】中讨论了集中式消防系统的优缺点。系统详细而具体的从分级控制的结构上面来具体地讨论了总控中心以及分控中心联系与区别，并把它们结合控制后组成消防报警系统。总控中心对每一个分控中心都采用集中控制管理的方法，分控中心内部集成网络并作为网关对分控分支进行控制和处理。在该阶段内，消防报警系统的消防面积十分广，但是安装结构也很复杂。
第三个发展阶段是消防无线报警的系统阶段。随着无线技术的发展的进步，消防报警系统从有线的信息连接进入无线信息处理阶段，这个阶段开始利用大量的无线信息传输装置实现消防报警系统的无线传输，这种技术利用最为广泛的就ZigBee无线通信技术，如张金棒、刘军在《分布式无线报警系统硬件设计》【4】中将ZigBee无线通信技术带入报警系统的设计中，并且结合多点传感器对报警系统的硬件设计可实现性进行了分析和实验。
第四阶段为物联网消防报警系统阶段。随着万物联网的概念开始提出，而在消防报警系统也开始进入物联网阶段，技术人员利用网络通信置将传感器信息连接如网络，方便用户及时通过手机和网络及时处理消防安全问题。如王招治在《智能家居消防报警系统的设计与研究》【5】中结合现代科学技术和互联网技术的飞速发展。讨论了智能小区，智能家居以及智能家电等各种智能产品应用下的嵌入式消防报警系统的设计的实现。并且结合多种传感器、图像采集显示电路对该系统进行实现。
目 录
1 引言1
1.1 选题的研究背景及意义 1
1.2 选题的研究现状 1
2 设计要求和方案设2
2.1 设计内容和要求2
2.2 本课题的研究范围和设计思路2
2.3 本课题的总体设计方 3
2.3.1 本设计的基本工作原理3
2.3.2 硬件的总体结构设计4
2.3.3 本设计各模块电路简要介绍5
2.3.4 传感器的寻址方案5
3 硬件系统的电路设计6
3.1 硬件电路的总体设计6
3.2 主控电路的选择与设计7
3.2.1 STC89C52单片机的介绍8
3.3 温度传感器的选择及设计9
3.3.1 DS18B20介绍9
3.3.2 DS18B20与传统测温的区别9
3.3.3 DS18B20电路设计9
3.4 烟雾传感器的选择及设计10
3.4.1 气体采集模块的介绍10
3.4.2 MQ2传感器介绍10
3.4.3 LM324运算放大器11
3.4.4 型号为PCF8591的转换器的介绍12
3.5 显示电路的选择和设计14
3.5.1 LCD1602的介绍14< *好棒文|www.hbsrm.com +Q: @351916072@
br /> 3.5.2 LCD1602的电路设计15
3.6 报警电路的选择及设计16
3.6.1 灯光报警电路的设计16
3.6.2 声音报警电路的设计16
4 系统的软件17
4.1 软件的主程序流程图 17
4.2 调试和开发工具 18
5 系统的仿真以及与软件的联调18
5.1 Proteus仿真原理图18
5.2 与软件的仿真联调20
5.3 与软件的实物联调23
结论 24
致谢 25
参考文献26
1 引言
1．1 选题的研究背景及意义
当今，人们在用火用电安全以及火灾预防意识方面仍有待提高，火灾造成了重大的损失并且其发生量呈现逐年上升的趋势，如商场、办公楼等建筑物的火灾导致人们的生命财产安全受到严重的威胁。关于建筑安全的消防问题已经开始吸引了大家的更多的关注和重视。人们开始慢慢的意识到了消防工作以及进行监控预警的关键地位，其中的一部分人如建造开发商们开始安装大量的消防报警系统。同时想要避免这个局面，除了需要考虑报警机制要及时且监控系统要良好之外，还需将成本、是否简便等问题考虑进去。但是目前的建筑消防报警系统存在安装维护复杂，安装成本虚高等问题，因此设计一种简易消防报警系统越来越来重要。因为多年以来的电子技术和传感器技术一直急速进步，因而简易消防报警系统不仅可以满足人们的消防安全需要，而且在生产成本和维护成本上也大大降低，简易消防报警系统开始进入普通人的家庭，开启了消防热潮。
1．2 选题的研究现状
消防报警系统主要能够分成以下四个发展阶段：其中，第一个发展阶段是消防报警的初级阶段。这一阶段主要关注单个建筑消防安全需要，该阶段的消防报警系统处于一种不成熟阶段，主要使用一些简单的传感器来实现基本的消防报警和电路设计理论基础。如中国建筑科学研究所在《某办公楼消防报警系统设计及相关问题研究》【1】中探究了办公司消防报警电路的系统设计。并对消防问题中电源以及卷帘门控制电路设计问题进行了详细的探究与分析。白永生在《常见消防报警的设计思路》【11】中，介绍了各种常用的消防报警探测器的工作原理、消防报警系统的设计方法和特殊场所消防报警系统。不仅替那些普通建筑的消防报警系统的设计提供了借鉴，也为本系统的设计做出了贡献。
第二个发展阶段是消防报警的系统阶段。这个阶段的消防报警技术趋于成熟，在对单个建造物的消防报警发展为N+1的消防报警系统设计。将传感器安装于安装多个安全多发地，同时要使用有线的方式来进行数据的传输和数据的处理。并用一个中央处理器处理这些报警，使消防问题得到及时解决。如韩耀正在《基于CAN总线的气体报警系统的研究与实现》【3】中探究了带有CAN总线和485通信总线的电路设计，并探 究了总线设计的实现以及安全性的分析。杨铁军在《集中式消防报警系统的设计与实现》【6】中讨论了集中式消防系统的优缺点。系统详细而具体的从分级控制的结构上面来具体地讨论了总控中心以及分控中心联系与区别，并把它们结合控制后组成消防报警系统。总控中心对每一个分控中心都采用集中控制管理的方法，分控中心内部集成网络并作为网关对分控分支进行控制和处理。在该阶段内，消防报警系统的消防面积十分广，但是安装结构也很复杂。
第三个发展阶段是消防无线报警的系统阶段。随着无线技术的发展的进步，消防报警系统从有线的信息连接进入无线信息处理阶段，这个阶段开始利用大量的无线信息传输装置实现消防报警系统的无线传输，这种技术利用最为广泛的就ZigBee无线通信技术，如张金棒、刘军在《分布式无线报警系统硬件设计》【4】中将ZigBee无线通信技术带入报警系统的设计中，并且结合多点传感器对报警系统的硬件设计可实现性进行了分析和实验。
第四阶段为物联网消防报警系统阶段。随着万物联网的概念开始提出，而在消防报警系统也开始进入物联网阶段，技术人员利用网络通信置将传感器信息连接如网络，方便用户及时通过手机和网络及时处理消防安全问题。如王招治在《智能家居消防报警系统的设计与研究》【5】中结合现代科学技术和互联网技术的飞速发展。讨论了智能小区，智能家居以及智能家电等各种智能产品应用下的嵌入式消防报警系统的设计的实现。并且结合多种传感器、图像采集显示电路对该系统进行实现。
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