单片机的火灾报警系统设计
【Key words】 51Microcontroller; AD590; ISD1420; Fire alarm 目 录
一、引言 1
二、系统设计方案 1
三、火灾报警系统电路 3
（一）单片机最小系统 3
1.MCS-51单片机简介 3
2.晶振电路 4
3.复位电路 4
（二）温度检测电路 5
（三）气体检测电路 6
（四）语音电路 6
（五）A/D转换电路 8
（六）放大电路 10
（七）状态显示电路 11
（八）液晶显示电路 12
四、软件设计 13
（一）主函数设计 13
（二）子函数设计 14
1.数据采集函数 14
2.火灾判断与报警程序函数 14
五、调试 16
六、总结与展望 20
致谢 21
参考文献 22
附录 23
附录1：原理图 23
附录2：源程序 24
一、引言
火灾通常指违反人们的意图发生或者扩大，最终在空间与时间上失去人的控制而造成人身伤害和财物损失的燃烧现象。火灾造成的损失颇为巨大，现如今每年我国由火灾导致的直接经济损失高达数十亿。社会实践证明，伴随着社会和经济的快速发展，火灾防护工作的重要性就越来越得到人们的关注。因此，一系列火灾报警器在消防工作中的作用极其重要。19世纪40年代左右，美国发明火灾报警装置，这就意味着火灾自动报警系统正式进入人们的视野。1890年的英国，研制感温式火灾探测器并且成功应用于火灾的探测系统，从此标志着火灾自动报警系统 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: *351916072*
的研发发展走上了新的道路。火灾的防患有了更好的选择，人们的财产损失得到了有效的降低。早在我国，火灾报警器应用广泛，近些年来，各种小区住宅，商场等，都陆续安装上了火灾报警器，在一定程度上保护了我国公民的财产，有效降低了火灾的造成损失。现在我们已经能够快速定位火源地，第一时间控制火势，有效降低损失。火灾自动报警系统智能最主要体现在统筹管理和火灾判定解决方面，我们一般把其归类为分步式、集中式和分散式。分散式系统是由非智能型控制器和多个智能型探测点构成，由探测点自动完成火灾状态判断；集中式系统由智能型控制器和多个非智能探测点构组，探测点仅能够把火灾参考量传输给控制器，火灾状态有控制器来智能判断；分布式系统则是全智能，控制器和探测点都是智能型的，因此是未来火灾自动报警系统的研究发展的方向。
火灾报警器能过快速判决火情，火灾前期，燃烧产生的烟雾，温度，以及人物不易察觉的CO、NO2等有毒气体，能够快速做出判断，进行预报警。很多死亡人数，有一部分原因是前期没注意，导致CO中毒，丧生火海。现在，尤其是老龄人对火灾防范意识较差，缺少起码的消防安全常识和技能，往往成为许多火灾的直接受害者。在全国大大小小火灾中，老人的火灾死亡率高居不下。原因火灾一旦发生，在火灾初期人们不能快速的察觉并作出判断，导致在火势蔓延后，人们意识到已经晚了，自救工作变得杂乱无章，大大降低了逃离率。燃烧过程中，燃烧各种物质从而产生有毒气体CO、NO2等，造成人员的中毒不适，严重的导致昏迷，最终营救不及时葬身火海。
二、系统设计方案
火灾早期，不可见烟发生，能够根据火灾释放的气体进行侦测；火灾的阴燃期，可见烟雾信号可用探测器来探测测；起火阶段，我们可以依据火焰发出的光来进行探测；高温阶段，随着温度升高可以进行探测。如图1所示为火灾温度烟雾变化曲线。
图1 火灾烟雾和温度变化曲线图
根据火灾的以上特性，用温度检测器和烟雾检测器构成火灾传感探测电路，报警器通过接收到的火警信号经分析处理发出光声报警信号，提示消防控制中心的工作人员进行处理，同时提示人群及时疏散。整体电路系统如图2所示。
图2 火灾报警系统框图
该火灾报警系统主要由数据采集模块、控制模块、声光报警模块组成。单片机是此报警系统的核心，其原理是通过现场的传感器（烟感和温感）将物理信号转化成电信号，再通过信号处理电路进行处理（放大、滤波等），使之满足A/D转换器的要求，最后A/D转换器在将模拟信号转化为数字信号，再由单片机控制并判断现场是否发生火灾。如果发生火灾，就利用声光报警系统进行报警。
本论文设计的单片机报警系统适用于小型企业及小区，一般有以下几个特点：
（1）若果屋内CO2短时间增多，温度有大幅度的升高就会报警。
（2）异常报警功能。当前装置周围出现烟雾或者温度异常时，会发出警报，提醒人做好安全防滑措施。
（3）火灾报警功能。火灾一旦发生，检测到温度烟雾浓度突变，能够及时报警。
三、火灾报警系统电路
（一）单片机最小系统
电源电路，晶振电路和复位电路组成单片机的最小系统，也是单片机系统的核心。本设计采用了AT80C51芯片作为主要控制元件。
1.MCS-51单片机简介
AT80C51芯片的引脚图如图3所示。
图3 AT80C51引脚图
（1）电源引脚VCC和VSS
VCC（40脚）：+5V电源正端；
VSS（20脚）：+5V电源正端。
（2）外接晶体振荡器引脚：XTAL1和XTAL2。
（3）RST/VPD（9脚）：备用电源引脚，作为单片机上电复位。晶振出现两个周期高电平时，能够实现reset，让单片机进入初始状态。VCC不供电时，为了不让ARM数据丢失，VPD为内部RAM提供5V。
（4）EA/Vpp（31脚）：当低平时，EA能够方位外部存储。高电平访问内部。单片机具备EPROM，编程时需要接21V Vpp。
TXD（串行口输出端）
P3.2
TXD（串行口输出端）
P3.3
INT1（中断1请求输入端，低电平有效）
P3.4
T0（时器/计数器0计数脉冲端）
P3.5
T1（时器/计数器1数脉冲端）
P3.6
WR（数据存储器写选通信号输出端，低电平有效）
（10）模拟输入（ANA IN）：录音输入信号端口。如接入话筒，ANA OUT需要外接一个电容连接到本体。
（11）喇叭输出（SP+、SP-）：外置声音输出端。
（12）外部时钟（XCLK）：此端内部有拖地元件。输时钟的占空比时无影响，芯片内部会自行分频。
一、引言 1
二、系统设计方案 1
三、火灾报警系统电路 3
（一）单片机最小系统 3
1.MCS-51单片机简介 3
2.晶振电路 4
3.复位电路 4
（二）温度检测电路 5
（三）气体检测电路 6
（四）语音电路 6
（五）A/D转换电路 8
（六）放大电路 10
（七）状态显示电路 11
（八）液晶显示电路 12
四、软件设计 13
（一）主函数设计 13
（二）子函数设计 14
1.数据采集函数 14
2.火灾判断与报警程序函数 14
五、调试 16
六、总结与展望 20
致谢 21
参考文献 22
附录 23
附录1：原理图 23
附录2：源程序 24
一、引言
火灾通常指违反人们的意图发生或者扩大，最终在空间与时间上失去人的控制而造成人身伤害和财物损失的燃烧现象。火灾造成的损失颇为巨大，现如今每年我国由火灾导致的直接经济损失高达数十亿。社会实践证明，伴随着社会和经济的快速发展，火灾防护工作的重要性就越来越得到人们的关注。因此，一系列火灾报警器在消防工作中的作用极其重要。19世纪40年代左右，美国发明火灾报警装置，这就意味着火灾自动报警系统正式进入人们的视野。1890年的英国，研制感温式火灾探测器并且成功应用于火灾的探测系统，从此标志着火灾自动报警系统 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: *351916072*
的研发发展走上了新的道路。火灾的防患有了更好的选择，人们的财产损失得到了有效的降低。早在我国，火灾报警器应用广泛，近些年来，各种小区住宅，商场等，都陆续安装上了火灾报警器，在一定程度上保护了我国公民的财产，有效降低了火灾的造成损失。现在我们已经能够快速定位火源地，第一时间控制火势，有效降低损失。火灾自动报警系统智能最主要体现在统筹管理和火灾判定解决方面，我们一般把其归类为分步式、集中式和分散式。分散式系统是由非智能型控制器和多个智能型探测点构成，由探测点自动完成火灾状态判断；集中式系统由智能型控制器和多个非智能探测点构组，探测点仅能够把火灾参考量传输给控制器，火灾状态有控制器来智能判断；分布式系统则是全智能，控制器和探测点都是智能型的，因此是未来火灾自动报警系统的研究发展的方向。
火灾报警器能过快速判决火情，火灾前期，燃烧产生的烟雾，温度，以及人物不易察觉的CO、NO2等有毒气体，能够快速做出判断，进行预报警。很多死亡人数，有一部分原因是前期没注意，导致CO中毒，丧生火海。现在，尤其是老龄人对火灾防范意识较差，缺少起码的消防安全常识和技能，往往成为许多火灾的直接受害者。在全国大大小小火灾中，老人的火灾死亡率高居不下。原因火灾一旦发生，在火灾初期人们不能快速的察觉并作出判断，导致在火势蔓延后，人们意识到已经晚了，自救工作变得杂乱无章，大大降低了逃离率。燃烧过程中，燃烧各种物质从而产生有毒气体CO、NO2等，造成人员的中毒不适，严重的导致昏迷，最终营救不及时葬身火海。
二、系统设计方案
火灾早期，不可见烟发生，能够根据火灾释放的气体进行侦测；火灾的阴燃期，可见烟雾信号可用探测器来探测测；起火阶段，我们可以依据火焰发出的光来进行探测；高温阶段，随着温度升高可以进行探测。如图1所示为火灾温度烟雾变化曲线。
图1 火灾烟雾和温度变化曲线图
根据火灾的以上特性，用温度检测器和烟雾检测器构成火灾传感探测电路，报警器通过接收到的火警信号经分析处理发出光声报警信号，提示消防控制中心的工作人员进行处理，同时提示人群及时疏散。整体电路系统如图2所示。
图2 火灾报警系统框图
该火灾报警系统主要由数据采集模块、控制模块、声光报警模块组成。单片机是此报警系统的核心，其原理是通过现场的传感器（烟感和温感）将物理信号转化成电信号，再通过信号处理电路进行处理（放大、滤波等），使之满足A/D转换器的要求，最后A/D转换器在将模拟信号转化为数字信号，再由单片机控制并判断现场是否发生火灾。如果发生火灾，就利用声光报警系统进行报警。
本论文设计的单片机报警系统适用于小型企业及小区，一般有以下几个特点：
（1）若果屋内CO2短时间增多，温度有大幅度的升高就会报警。
（2）异常报警功能。当前装置周围出现烟雾或者温度异常时，会发出警报，提醒人做好安全防滑措施。
（3）火灾报警功能。火灾一旦发生，检测到温度烟雾浓度突变，能够及时报警。
三、火灾报警系统电路
（一）单片机最小系统
电源电路，晶振电路和复位电路组成单片机的最小系统，也是单片机系统的核心。本设计采用了AT80C51芯片作为主要控制元件。
1.MCS-51单片机简介
AT80C51芯片的引脚图如图3所示。
图3 AT80C51引脚图
（1）电源引脚VCC和VSS
VCC（40脚）：+5V电源正端；
VSS（20脚）：+5V电源正端。
（2）外接晶体振荡器引脚：XTAL1和XTAL2。
（3）RST/VPD（9脚）：备用电源引脚，作为单片机上电复位。晶振出现两个周期高电平时，能够实现reset，让单片机进入初始状态。VCC不供电时，为了不让ARM数据丢失，VPD为内部RAM提供5V。
（4）EA/Vpp（31脚）：当低平时，EA能够方位外部存储。高电平访问内部。单片机具备EPROM，编程时需要接21V Vpp。
TXD（串行口输出端）
P3.2
TXD（串行口输出端）
P3.3
INT1（中断1请求输入端，低电平有效）
P3.4
T0（时器/计数器0计数脉冲端）
P3.5
T1（时器/计数器1数脉冲端）
P3.6
WR（数据存储器写选通信号输出端，低电平有效）
（10）模拟输入（ANA IN）：录音输入信号端口。如接入话筒，ANA OUT需要外接一个电容连接到本体。
（11）喇叭输出（SP+、SP-）：外置声音输出端。
（12）外部时钟（XCLK）：此端内部有拖地元件。输时钟的占空比时无影响，芯片内部会自行分频。
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