烟雾报警器系统设计
烟雾报警器系统设计[20191215153932]
摘 要
随着人类社会的城镇化发展，越来越多的人挤向城市，这使得城镇的住房越来越多，人口的密度越来越大，火灾的发生率也因此升高，火灾已成为危及人类生命财产的第一灾害。火灾一旦发生将很难被控制，造成的损失也是不可估量的,因此烟雾报警成为现代安全必不可少的环节，烟雾报警器也随着应运而生。
本论文主要介绍了烟雾报警器的设计实现调试过程。首先介绍了系统的硬件框图。包括数据采集模块、控制模块、按键输入模块、LCD液晶显示模块、声光报警模块和GSM信息发送模块。其中数据采集模块采用MQ-2烟雾传感器为主要元件，控制模块则选用AT89C51单片机，液晶显示模块的主要芯片型号是LCD1602，声光报警模块选用蜂鸣器，信息发送模块选用TC35iGSM。然后介绍了软件流程图。按信号流向走，其过程为上电后程序初始化,首先进入数据采集阶段，之后进行浓度显示及报警限判定环节，当浓度超过报警限时，系统开始报警同时发出警告信息，程序结束，否则，仍进行数据的监测与判定。整个软件流程是以C语言为开发语言实现的。最后介绍的则是软硬件调试过程，并对波形图、仿真图做了记录与分析，调试结果表明该系统能实现烟雾监测报警、浓度显示、报警限设置、警报信息发送的功能。
该系统的特点是使用方便、构造简单、价格低廉、性能多样，能大量广泛的应用到学校、商场、图书馆等场所中，对目前的火灾防范具有一定的实用价值。
查看完整论文请+Q: 351916072
关键字:烟雾报警器；AT89C51；TC35iGSM；烟雾传感器
目 录
摘 要 I
Abstract II
目 录 IV
第一章 绪 论 1
1.1 系统研究背景、目的及意义 1
1.1.1系统的研究背景 1
1.1.2系统的研究目的及意义 1
1.2 烟雾报警器的国内外文献综述与分析 2
1.3 毕业设计的主要任务 3
第二章 系统的方案论证 4
2.1 系统的设计思路 4
2.2 系统的方案确定 4
2.2.1 系统的工作原理 4
2.2.2系统的构成与功能 5
第三章 系统的硬件设计 6
3.1 系统的硬件框图 6
3.2 控制模块设计 6
3.2.1单片机的简介 6
3.2.2 AT89C51单片机的特点 7
3.3 数据采集模块的设计 8
3.3.1 烟雾传感器的类型 8
3.3.2 MQ-2型烟雾传感器的特性及技术指标 9
3.3.3 AD转换原理 11
3.4 GSM发送模块的设计 12
3.4.1 GSM模块简介 12
3.4.2 TC35iGSM发送模块的特性及技术指标 13
3.5系统的硬件电路设计 15
3.5.1声音报警电路 15
3.5.2 LCD液晶显示电路 15
3.5.3按键控制电路 16
第四章 系统的软件设计 18
4.1 AT89C51单片机的调试与开发工具 18
4.2 系统的软件流程图 19
4.3 系统的主要程序 20
第五章 系统的调试 23
5.1 系统的硬件调试 23
5.2 系统的软件调试 24
5.3 系统的软硬件联调 25
总结与展望 26
致 谢 27
参考文献 28
附 录A 实物图 29
附 录 B 程序 30
附 录C 外文翻译 44
第一章 绪 论
1.1 系统研究背景、目的及意义
1.1.1系统的研究背景
随着现代经济与建设的飞速发展，城市建筑的密集以及综合性活动场所的增加，用火用电量的也在同步走高，这大大增加了人们生活的火灾隐患，近年来企业和家庭火灾越来越高频率的发生，使得火灾一旦发生，就容易出现发现不及时、救火器材准备不足、火灾现场人员混乱等现象，从而导致重大财产损失，甚至危及人们的生命安全。
为了减少人身财产的损失，烟雾报警系统开始真正的走入了人们的生活，并很好的发挥了它的作用。当出现火灾隐患时，烟雾报警器能实时监测环境烟雾浓度，并且在出现火灾隐患时能及时发出警告通知周围人员采取必要措施避免事故发生。 所以，在商场、图书馆、酒店、学校等公共场所，安装烟雾报警器已成为必要之举，同时有的私人住宅也会选择安装烟雾报警器。
1.1.2系统的研究目的及意义
人类生活城镇化加剧，越来越多的高楼，越来越多的人流量，让火灾的发生概率大大提高。为了尽早的发现火灾并及时通报，防止和减少火灾带来的危害，让人身安全和财产安全得到保障，烟雾报警器成为现今防止火灾的第一道保护。
烟雾报警器是一种能监测环境中的烟雾浓度并且有远程报警功能的装置。该装置是天然气生产工厂、石油化学生产厂家防火防爆的必要装置，目前公共场所也有安装烟雾报警器，甚至有些家庭也装有防火防爆仪器。《中华人民共和国强制检定的工作计量器具目录》中第46项提到烟雾报警器属于物理化学计量器具。2003年12月，新的烟雾检测器标准（GB 15322-2003）《可燃烟雾探测器》正式执行，第二年10月《可燃烟雾检测报警器规程JJG693-2004》也正式颁布。由此可见，更高性能、更廉价、更简单的烟雾报警器，对今后准确监测可燃性气体，具有极其重要的意义。
目前我国的许多城市已铺设了大量的煤气管道以供应人们的日常生活，约有两亿人口在使用，煤气出产地和中转站也有几千家之多。如果地方的火灾报警率按10%计算，烟雾报警器的需求量将超过两千万台。随着人们安全意识的提高以及社会对防火防爆的高度重视，这个数字将会继续提高。
近些年来，政府大力扶持农村，使得农村经济得到极大发展，沼气的使用正大规模的在农村推广。据估计，2015年，全国农村沼气池用户将达5000-5500万户。如此多的数量，为烟雾报警又提供了可观的市场。因此，烟雾报警器的市场前景十分广阔。
1.2 烟雾报警器的国内外文献综述与分析
烟雾报警系统目前在国内多侧重于大型场所的大型火灾报警系统的研发，而在居民住宅区等小型防火单位，却需要安装廉价实用的烟雾自动报警装置，因此，我们就有必要研制一种结构简单、价格低廉的数字联网烟雾报警器，以适应市场的需求。而对于小型防火单位来说，当火灾发生警铃报警时，也许会碰到周围无人的情况，这时将不能进行即使的防火措施以及报警，无线提示系统便发挥了相当大的作用，文献[1]通过信号采集电路、模拟转换模块、单片机控制模块和GSM网络的连接，设计了简单易用的报警系统，使单片机在烟雾报警系统中得到充分的使用。
文献[2]结合动态调整门限和变化率的测量法，又对当前烟雾报警装置的灵敏度不高的问题进行了很好的解决。其采用单片机技术来设计成一种高灵敏度的烟雾报警装置, 可对较低烟雾浓度的环境实行检测, 同时它的CAN现场总线接口,实现了与整个网络化管理系统的连接,能实现集中监控，省时省力。这样能更好的应用于家庭住宅的烟雾报警当中。而文献[4]则是侧重于CAN通信在烟雾报警系统中的应用，该系统的处理核心是飞思卡尔MC9S12C32 单片机，他能将烟雾传感器的报警信号转换为以CAN通信的方式,再通过上位机能实现对指定区域的烟雾浓度监控。这样对完善烟雾报警的灵敏度与远程的信息传送有着重要意义，能从中得到更多的知识借鉴。
为了提高监测的灵敏度以及抗干扰能力，文献[3]采用了烟雾传感器与红外传感器结合的设计，能很好的消除因环境变化和本身的变化所带来的干扰。两种不同的传感器同时对火灾进行监控，将传感器探头扫描的光信号转换成电信号，最后通过系统的控制器单片机进行综合判断，决定火灾情况是否进行报警。
1.3 毕业设计的主要任务
本论文是关于烟雾报警器的设计，该课题来自移动公司，主要分为两部分。
（1）主要部分
首先需要对该设计进行整体规划以及结构设计，绘制硬件框图，以AT89c51单片机为控制模块，由MQ-2烟雾传感器的信息采集模块和TC35iGSM模块组成的烟雾报警器主要部分。该系统还有以下几个功能模块组成，分别为LCD液晶显示模块，按键输入模块和声光报警模块。以上为该设计的硬件部分；然后是系统的软件流程，按信号流向可分为初始化子程序、数据采集子程序、浓度显示子程序、按键输入子程序、报警子程序以及串口通信子程序。最后是设计的软硬件调试。
（2）附加部分
加入一个报警限调节电路，对报警限进行调节来实现对不同环境烟雾浓度报警的需求。
第二章 系统的方案论证
2.1 系统的设计思路
烟雾报警器是一种能监测环境烟雾浓度的装置，当浓度超过设定值时，装置将发出烟雾报警。该仪器主要由以下几部分构成：数据采集电路、LCD液晶显示电路、按键输入电路、报警电路、单片机控制电路以及GSM信息发送模块。
信号采集电路由烟雾传感器和模拟放大电路构成，该电路能把烟雾信号转化成模拟电信号。数模转换模块能将从信号采集电路送出的模拟信号转换成数字信号后送入单片机。单片机对送来的信息进行综合处理与分析，当处理结果大于预设值时，则单片机会发出指令启动报警电路发出报警，同时通过串口控制GSM模块使其发送信息到指定的手机上。为了能更好的得知目前环境的烟雾浓度，单片机会将信息传送给LCD数字显示电路，使浓度值更直观地告诉给用户。同时在报警限调节方面，还可以加入键控电路来调节因不同环境所需的不同烟雾报警限，使得报警装置能更加完善。以上是该烟雾报警器的基本设计思路。
2.2 系统的方案确定
在设计初期曾对烟雾报警器的核心模块，也就是数据分析以及命令发送模块进行过选择，主要有两个方案，一是电压比较器，另一个是单片机，两者都能实现烟雾报警功能。开始时选择过电压比较器，因为该元件在报警器领域被广泛使用过，可以通过对电压的比较然后判断输出端是高电平还是低电平，从而很容易达到报警目的，虽然这一思路比较简单且实用，但是并不能达到本系统中烟雾浓度显示、报警限调节等多个功能的实现。出于这个考虑后，又对单片机进行了了解与分析，它相当于一个微型计算机，对一些基本操作都能很好的进行处理，主要是能满足该系统的各功能的实现，经过比较及思考，最终确定选用单片机的方案。
2.2.1 系统的工作原理
烟雾报警器是通过监测环境烟雾浓度来达到火灾报警与预防的目的，其内部主要采用一种烟雾传感器的元件，该元件有一个启动阀值，当烟雾浓度达到该阀值时，烟雾报警器会发出报警声音。目前，烟雾报警器多采用离子式烟雾传感器，它技术先进、工作稳定、灵敏度高，性能优于气敏电阻式烟雾传感器，被广泛应用于消防报警系统中。
2.2.2系统的构成与功能
（1）该报警器分为两大部分，包括主要部分和辅助部分
主要部分：该烟雾报警器主要有三部分构成，有单片机、烟雾传感器和GSM信息传送模块，这三部分构成了烟雾报警器的核心。其中烟雾传感器为信息采集电路，把采集到的烟雾浓度转化为电信号传送给烟雾报警器的大脑—单片机，单片机将信息进行整合分析之后，对烟雾传感器和GSM模块发出指令是否进行烟雾报警。
辅助部分：为了更好更方便地实现烟雾报警器的功能，还加入了LCD数字显示电路、报警限调节电路和复位电路，这使得烟雾报警器更能满足人们的生活需要。
（2）功能：烟雾报警器因烟雾传感器结构的不同分为离子烟雾报警器和光电烟雾报警器，它们通过监测环境中烟雾的浓度来达到预防火灾的目的。当浓度高过报警限浓度时，报警器会发出警报声，并向用户发送信息告知有火灾发生，从而避免火灾过大而引起人身以及财产事故。
摘 要
随着人类社会的城镇化发展，越来越多的人挤向城市，这使得城镇的住房越来越多，人口的密度越来越大，火灾的发生率也因此升高，火灾已成为危及人类生命财产的第一灾害。火灾一旦发生将很难被控制，造成的损失也是不可估量的,因此烟雾报警成为现代安全必不可少的环节，烟雾报警器也随着应运而生。
本论文主要介绍了烟雾报警器的设计实现调试过程。首先介绍了系统的硬件框图。包括数据采集模块、控制模块、按键输入模块、LCD液晶显示模块、声光报警模块和GSM信息发送模块。其中数据采集模块采用MQ-2烟雾传感器为主要元件，控制模块则选用AT89C51单片机，液晶显示模块的主要芯片型号是LCD1602，声光报警模块选用蜂鸣器，信息发送模块选用TC35iGSM。然后介绍了软件流程图。按信号流向走，其过程为上电后程序初始化,首先进入数据采集阶段，之后进行浓度显示及报警限判定环节，当浓度超过报警限时，系统开始报警同时发出警告信息，程序结束，否则，仍进行数据的监测与判定。整个软件流程是以C语言为开发语言实现的。最后介绍的则是软硬件调试过程，并对波形图、仿真图做了记录与分析，调试结果表明该系统能实现烟雾监测报警、浓度显示、报警限设置、警报信息发送的功能。
该系统的特点是使用方便、构造简单、价格低廉、性能多样，能大量广泛的应用到学校、商场、图书馆等场所中，对目前的火灾防范具有一定的实用价值。
查看完整论文请+Q: 351916072
关键字:烟雾报警器；AT89C51；TC35iGSM；烟雾传感器
目 录
摘 要 I
Abstract II
目 录 IV
第一章 绪 论 1
1.1 系统研究背景、目的及意义 1
1.1.1系统的研究背景 1
1.1.2系统的研究目的及意义 1
1.2 烟雾报警器的国内外文献综述与分析 2
1.3 毕业设计的主要任务 3
第二章 系统的方案论证 4
2.1 系统的设计思路 4
2.2 系统的方案确定 4
2.2.1 系统的工作原理 4
2.2.2系统的构成与功能 5
第三章 系统的硬件设计 6
3.1 系统的硬件框图 6
3.2 控制模块设计 6
3.2.1单片机的简介 6
3.2.2 AT89C51单片机的特点 7
3.3 数据采集模块的设计 8
3.3.1 烟雾传感器的类型 8
3.3.2 MQ-2型烟雾传感器的特性及技术指标 9
3.3.3 AD转换原理 11
3.4 GSM发送模块的设计 12
3.4.1 GSM模块简介 12
3.4.2 TC35iGSM发送模块的特性及技术指标 13
3.5系统的硬件电路设计 15
3.5.1声音报警电路 15
3.5.2 LCD液晶显示电路 15
3.5.3按键控制电路 16
第四章 系统的软件设计 18
4.1 AT89C51单片机的调试与开发工具 18
4.2 系统的软件流程图 19
4.3 系统的主要程序 20
第五章 系统的调试 23
5.1 系统的硬件调试 23
5.2 系统的软件调试 24
5.3 系统的软硬件联调 25
总结与展望 26
致 谢 27
参考文献 28
附 录A 实物图 29
附 录 B 程序 30
附 录C 外文翻译 44
第一章 绪 论
1.1 系统研究背景、目的及意义
1.1.1系统的研究背景
随着现代经济与建设的飞速发展，城市建筑的密集以及综合性活动场所的增加，用火用电量的也在同步走高，这大大增加了人们生活的火灾隐患，近年来企业和家庭火灾越来越高频率的发生，使得火灾一旦发生，就容易出现发现不及时、救火器材准备不足、火灾现场人员混乱等现象，从而导致重大财产损失，甚至危及人们的生命安全。
为了减少人身财产的损失，烟雾报警系统开始真正的走入了人们的生活，并很好的发挥了它的作用。当出现火灾隐患时，烟雾报警器能实时监测环境烟雾浓度，并且在出现火灾隐患时能及时发出警告通知周围人员采取必要措施避免事故发生。 所以，在商场、图书馆、酒店、学校等公共场所，安装烟雾报警器已成为必要之举，同时有的私人住宅也会选择安装烟雾报警器。
1.1.2系统的研究目的及意义
人类生活城镇化加剧，越来越多的高楼，越来越多的人流量，让火灾的发生概率大大提高。为了尽早的发现火灾并及时通报，防止和减少火灾带来的危害，让人身安全和财产安全得到保障，烟雾报警器成为现今防止火灾的第一道保护。
烟雾报警器是一种能监测环境中的烟雾浓度并且有远程报警功能的装置。该装置是天然气生产工厂、石油化学生产厂家防火防爆的必要装置，目前公共场所也有安装烟雾报警器，甚至有些家庭也装有防火防爆仪器。《中华人民共和国强制检定的工作计量器具目录》中第46项提到烟雾报警器属于物理化学计量器具。2003年12月，新的烟雾检测器标准（GB 15322-2003）《可燃烟雾探测器》正式执行，第二年10月《可燃烟雾检测报警器规程JJG693-2004》也正式颁布。由此可见，更高性能、更廉价、更简单的烟雾报警器，对今后准确监测可燃性气体，具有极其重要的意义。
目前我国的许多城市已铺设了大量的煤气管道以供应人们的日常生活，约有两亿人口在使用，煤气出产地和中转站也有几千家之多。如果地方的火灾报警率按10%计算，烟雾报警器的需求量将超过两千万台。随着人们安全意识的提高以及社会对防火防爆的高度重视，这个数字将会继续提高。
近些年来，政府大力扶持农村，使得农村经济得到极大发展，沼气的使用正大规模的在农村推广。据估计，2015年，全国农村沼气池用户将达5000-5500万户。如此多的数量，为烟雾报警又提供了可观的市场。因此，烟雾报警器的市场前景十分广阔。
1.2 烟雾报警器的国内外文献综述与分析
烟雾报警系统目前在国内多侧重于大型场所的大型火灾报警系统的研发，而在居民住宅区等小型防火单位，却需要安装廉价实用的烟雾自动报警装置，因此，我们就有必要研制一种结构简单、价格低廉的数字联网烟雾报警器，以适应市场的需求。而对于小型防火单位来说，当火灾发生警铃报警时，也许会碰到周围无人的情况，这时将不能进行即使的防火措施以及报警，无线提示系统便发挥了相当大的作用，文献[1]通过信号采集电路、模拟转换模块、单片机控制模块和GSM网络的连接，设计了简单易用的报警系统，使单片机在烟雾报警系统中得到充分的使用。
文献[2]结合动态调整门限和变化率的测量法，又对当前烟雾报警装置的灵敏度不高的问题进行了很好的解决。其采用单片机技术来设计成一种高灵敏度的烟雾报警装置, 可对较低烟雾浓度的环境实行检测, 同时它的CAN现场总线接口,实现了与整个网络化管理系统的连接,能实现集中监控，省时省力。这样能更好的应用于家庭住宅的烟雾报警当中。而文献[4]则是侧重于CAN通信在烟雾报警系统中的应用，该系统的处理核心是飞思卡尔MC9S12C32 单片机，他能将烟雾传感器的报警信号转换为以CAN通信的方式,再通过上位机能实现对指定区域的烟雾浓度监控。这样对完善烟雾报警的灵敏度与远程的信息传送有着重要意义，能从中得到更多的知识借鉴。
为了提高监测的灵敏度以及抗干扰能力，文献[3]采用了烟雾传感器与红外传感器结合的设计，能很好的消除因环境变化和本身的变化所带来的干扰。两种不同的传感器同时对火灾进行监控，将传感器探头扫描的光信号转换成电信号，最后通过系统的控制器单片机进行综合判断，决定火灾情况是否进行报警。
1.3 毕业设计的主要任务
本论文是关于烟雾报警器的设计，该课题来自移动公司，主要分为两部分。
（1）主要部分
首先需要对该设计进行整体规划以及结构设计，绘制硬件框图，以AT89c51单片机为控制模块，由MQ-2烟雾传感器的信息采集模块和TC35iGSM模块组成的烟雾报警器主要部分。该系统还有以下几个功能模块组成，分别为LCD液晶显示模块，按键输入模块和声光报警模块。以上为该设计的硬件部分；然后是系统的软件流程，按信号流向可分为初始化子程序、数据采集子程序、浓度显示子程序、按键输入子程序、报警子程序以及串口通信子程序。最后是设计的软硬件调试。
（2）附加部分
加入一个报警限调节电路，对报警限进行调节来实现对不同环境烟雾浓度报警的需求。
第二章 系统的方案论证
2.1 系统的设计思路
烟雾报警器是一种能监测环境烟雾浓度的装置，当浓度超过设定值时，装置将发出烟雾报警。该仪器主要由以下几部分构成：数据采集电路、LCD液晶显示电路、按键输入电路、报警电路、单片机控制电路以及GSM信息发送模块。
信号采集电路由烟雾传感器和模拟放大电路构成，该电路能把烟雾信号转化成模拟电信号。数模转换模块能将从信号采集电路送出的模拟信号转换成数字信号后送入单片机。单片机对送来的信息进行综合处理与分析，当处理结果大于预设值时，则单片机会发出指令启动报警电路发出报警，同时通过串口控制GSM模块使其发送信息到指定的手机上。为了能更好的得知目前环境的烟雾浓度，单片机会将信息传送给LCD数字显示电路，使浓度值更直观地告诉给用户。同时在报警限调节方面，还可以加入键控电路来调节因不同环境所需的不同烟雾报警限，使得报警装置能更加完善。以上是该烟雾报警器的基本设计思路。
2.2 系统的方案确定
在设计初期曾对烟雾报警器的核心模块，也就是数据分析以及命令发送模块进行过选择，主要有两个方案，一是电压比较器，另一个是单片机，两者都能实现烟雾报警功能。开始时选择过电压比较器，因为该元件在报警器领域被广泛使用过，可以通过对电压的比较然后判断输出端是高电平还是低电平，从而很容易达到报警目的，虽然这一思路比较简单且实用，但是并不能达到本系统中烟雾浓度显示、报警限调节等多个功能的实现。出于这个考虑后，又对单片机进行了了解与分析，它相当于一个微型计算机，对一些基本操作都能很好的进行处理，主要是能满足该系统的各功能的实现，经过比较及思考，最终确定选用单片机的方案。
2.2.1 系统的工作原理
烟雾报警器是通过监测环境烟雾浓度来达到火灾报警与预防的目的，其内部主要采用一种烟雾传感器的元件，该元件有一个启动阀值，当烟雾浓度达到该阀值时，烟雾报警器会发出报警声音。目前，烟雾报警器多采用离子式烟雾传感器，它技术先进、工作稳定、灵敏度高，性能优于气敏电阻式烟雾传感器，被广泛应用于消防报警系统中。
2.2.2系统的构成与功能
（1）该报警器分为两大部分，包括主要部分和辅助部分
主要部分：该烟雾报警器主要有三部分构成，有单片机、烟雾传感器和GSM信息传送模块，这三部分构成了烟雾报警器的核心。其中烟雾传感器为信息采集电路，把采集到的烟雾浓度转化为电信号传送给烟雾报警器的大脑—单片机，单片机将信息进行整合分析之后，对烟雾传感器和GSM模块发出指令是否进行烟雾报警。
辅助部分：为了更好更方便地实现烟雾报警器的功能，还加入了LCD数字显示电路、报警限调节电路和复位电路，这使得烟雾报警器更能满足人们的生活需要。
（2）功能：烟雾报警器因烟雾传感器结构的不同分为离子烟雾报警器和光电烟雾报警器，它们通过监测环境中烟雾的浓度来达到预防火灾的目的。当浓度高过报警限浓度时，报警器会发出警报声，并向用户发送信息告知有火灾发生，从而避免火灾过大而引起人身以及财产事故。
版权保护: 本文由 hbsrm.com编辑，转载请保留链接: www.hbsrm.com/dzxx/txgc/2169.html
