工厂多功能报警器系统设计(附件)【字数：7493】
摘 要随着制造业的发展，一些工厂逐步暴露安全问题，有效的加强工厂的安全预警和安全防护是必要的，它不仅影响着企业的发展，还涉及到人身财产安全，每年因为工厂安全导致的事故很多，设计一款工厂多功能报警器用于检测工厂的运行状态，当空气中烟雾浓度超过标准时，触发报警器，在安全人员的判别下进行相应的处理，使用雷达反射传感器来监测档案室、财务室等机密场合，在夜间不法分子进入机密场合时，会触发报警，第一时间反馈给值班人员，从而加强了工厂的安全保障。工厂多功能报警器主要由51单片机电路，雷达监测电路，烟雾检测电路，显示电路，报警电路等构成，当触发报警时，显示电路会显示报警原因，报警电路产生语音和灯光提示，采用模块化设计，方便后期的更新与维护，降低了成本，增强了稳定性，本文详实的阐述了传感器的选用，信号调理电路和程序等软硬件的设计和调试。
目录
一、引言 1
（一）课题意义和发展 1
（二）本文主要研究内容 1
二、系统设计方案 2
（一）系统框图 2
三、硬件选择与设计 2
（一）单片机芯片选择 3
（二）单片机电路设计 3
（三）烟雾传感器电路设计 4
（四）人体感应传感器选择 5
（五）微波雷达电路设计 6
（六）报警电路设计 6
（七）电源电路设计 7
（八）显示电路设计 9
四、软件系统设计 10
（一）软件设计 10
（二）主程序流程图 10
（三）烟雾检测程序流程图 11
（四）微波雷达检测程序流程图 12
五、系统调试 13
（一）软硬件调试 13
总 结 15
致 谢 16
参考文献 17
附录一：原理图 18
附录二：源代码 20
附录三：实物图 25
一、引言
（一）课题意义和发展
保护好劳动者的生命安全和职业健康是安全生产最基本的核心，随着社会的进步，工厂的制造产量大幅度增长，同时员工数量也持续增长，工厂在生产制造的过程中会产生各种 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ￥351916072$
各样的安全隐患，这些隐患对劳动者的生命安全有着极大的威胁，同时如果工厂的财产安全受到威胁，会给工厂带来财产损失，针对这一情况，结合大数据调查，发现工厂的安全隐患大多是由火灾，盗窃，生产操作流程不规范等造成的。
设计一款能够实时监测工厂安全的设备是重要的，工厂多功能报警器可为人身安全和财产安全保驾护航，报警器分为自动报警和手动报警，自动报警采用烟雾传感器和微波雷达传感器，当工厂发生火灾和盗窃事件时，烟雾传感器和微波雷达传感器被触发，发送信号给单片机，单片机采集后经过处理输出信号给报警电路，报警电路触发报警器和报警灯。员工收到报警信息快速反应，保证了人身安全和财产安全，手动报警通过按动报警键控制，当员工发现工厂某处发生安全隐患，同时报警器没有触发，可直接触发报警按键实现报警。
（二）本文主要研究内容
针对工厂的实际情况，针对性的设计一款多功能报警器满足工厂的安全防护，结合实际的考察和老师的指导，以及自己所学习的课程理论知识，针对报警下最终制定了以下几种研究内容：
（1）采用实际环境模拟火灾，调整烟雾传感器灵敏度，达到最快的响应。
（2）计算雷达模块的监测区域，减小盲区，提高其隐蔽性和稳定性。
（3）提高产品的准确性和稳定性，减小产品的功耗。
在功能保障的前提下，减小产品的成本，提高可开发性。
二、系统设计方案
（一）系统框图
图（21）系统框图是系统的主要组成，人体感应电路采用雷达监测模块和信号调理电路构成，在监测区域内，当有物体移动或人走动式会触发电平响应。将信号送给单片机进行处理，烟雾感应电路主要由烟雾探头和信号处理电路构成，可调整烟雾传感器的灵敏度控制电平大小，经过信号调理电路输出。单片机采集电路主要采集两路传感器信号，判别输入电平，从而将显示信息和报警信号分别送入液晶显示电路和报警电路，液晶显示电路实时更新最新的报警情况。按键电路模拟主动报警，当工作人员发生意外，或者工厂有其他安全隐患，用户可触发报警按键，单片机接到信号会触发报警电路，从而减少安全事故的发生。
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图（21）系统框图
三、硬件选择与设计
（一）单片机芯片选择
单片机作为主控器件发挥着至关重要的作用，不同型号的单片机，资源、成本、开发难度、体积、功耗都不同，结合报警器和实际需求合理的选用主控芯片的型号，以保证在各个方便达到预期的目标。经过筛选，选取市场上最常用的3种单片机进行对比：
（1）STM32系列单片机：体积小，功耗低，外设接口丰富，执行速度快，可配合操作系统，搭建人机交互系统。一般应用于工业控制以及消费电子的产品，其核心电压是3.3V，综合考虑其成本高，开发难度大，周期长，适合复杂的产品开发。
（2）Arduino单片机：近几年来，Arduino单片机逐步进入市场，在教育行业广泛使用，其主要应用于少儿编程，优点是开发过程简单，不需要书写代码，不需要学习繁琐的语言知识，有完整的图形化编程模块。使用图形化编程可锻炼开发者的逻辑思维能力，但考虑其后期的可维护性，Arduino单片机在工业控制领域用户少，市场占有率低，后续产品更新不能满足需求。
（3）51单片机：相信提到51单片机，业界无人不知，其历史悠久，获得单片机初学者的一致好评。作为一款入门单片机，可使用C语言和汇编语言，市场占有率高，开源资料多，移植性强，语法易学，成本低，稳定性好，广泛应用于工业控制和智能化产品。
综合考虑，STM32单片机适用于复杂控制的场所，Arduino单片机主要用于少儿编程，启蒙儿童编程思维。而51单片机主要用于工业控制和消费产品，结合大学所学的单片机课程和自身的掌握情况，到成本、开发周期、可维护性综合来考虑，最终选择51单片机作为报警器的主控芯片。
（二）单片机电路设计
图（31）单片机电路主要由单片机最小系统和电源电路组成，为方便调试和后期的维护，加入了下载电路。下面分别介绍三种电路：
（1）单片机最小系统：
最小系统由STC89C52主控芯片，复位电路，时钟电路构成，由于PO端口内部无上拉电阻，为提高P0口的驱动能力，加入8个10K的上拉电阻，复位电路分为上电复位和手动控制复位。单片机通电瞬间，由于电容的初态过程，复位引脚被置高电平，单片机复位，常态下电容视为开路，电流通过下拉电阻释放到地，单片机工作，复位时间取决于电容和电阻的大小。时钟电路由启动电容和晶振组成，保证单片机的正常工作。
（2）下载电路：
目录
一、引言 1
（一）课题意义和发展 1
（二）本文主要研究内容 1
二、系统设计方案 2
（一）系统框图 2
三、硬件选择与设计 2
（一）单片机芯片选择 3
（二）单片机电路设计 3
（三）烟雾传感器电路设计 4
（四）人体感应传感器选择 5
（五）微波雷达电路设计 6
（六）报警电路设计 6
（七）电源电路设计 7
（八）显示电路设计 9
四、软件系统设计 10
（一）软件设计 10
（二）主程序流程图 10
（三）烟雾检测程序流程图 11
（四）微波雷达检测程序流程图 12
五、系统调试 13
（一）软硬件调试 13
总 结 15
致 谢 16
参考文献 17
附录一：原理图 18
附录二：源代码 20
附录三：实物图 25
一、引言
（一）课题意义和发展
保护好劳动者的生命安全和职业健康是安全生产最基本的核心，随着社会的进步，工厂的制造产量大幅度增长，同时员工数量也持续增长，工厂在生产制造的过程中会产生各种 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ￥351916072$
各样的安全隐患，这些隐患对劳动者的生命安全有着极大的威胁，同时如果工厂的财产安全受到威胁，会给工厂带来财产损失，针对这一情况，结合大数据调查，发现工厂的安全隐患大多是由火灾，盗窃，生产操作流程不规范等造成的。
设计一款能够实时监测工厂安全的设备是重要的，工厂多功能报警器可为人身安全和财产安全保驾护航，报警器分为自动报警和手动报警，自动报警采用烟雾传感器和微波雷达传感器，当工厂发生火灾和盗窃事件时，烟雾传感器和微波雷达传感器被触发，发送信号给单片机，单片机采集后经过处理输出信号给报警电路，报警电路触发报警器和报警灯。员工收到报警信息快速反应，保证了人身安全和财产安全，手动报警通过按动报警键控制，当员工发现工厂某处发生安全隐患，同时报警器没有触发，可直接触发报警按键实现报警。
（二）本文主要研究内容
针对工厂的实际情况，针对性的设计一款多功能报警器满足工厂的安全防护，结合实际的考察和老师的指导，以及自己所学习的课程理论知识，针对报警下最终制定了以下几种研究内容：
（1）采用实际环境模拟火灾，调整烟雾传感器灵敏度，达到最快的响应。
（2）计算雷达模块的监测区域，减小盲区，提高其隐蔽性和稳定性。
（3）提高产品的准确性和稳定性，减小产品的功耗。
在功能保障的前提下，减小产品的成本，提高可开发性。
二、系统设计方案
（一）系统框图
图（21）系统框图是系统的主要组成，人体感应电路采用雷达监测模块和信号调理电路构成，在监测区域内，当有物体移动或人走动式会触发电平响应。将信号送给单片机进行处理，烟雾感应电路主要由烟雾探头和信号处理电路构成，可调整烟雾传感器的灵敏度控制电平大小，经过信号调理电路输出。单片机采集电路主要采集两路传感器信号，判别输入电平，从而将显示信息和报警信号分别送入液晶显示电路和报警电路，液晶显示电路实时更新最新的报警情况。按键电路模拟主动报警，当工作人员发生意外，或者工厂有其他安全隐患，用户可触发报警按键，单片机接到信号会触发报警电路，从而减少安全事故的发生。
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图（21）系统框图
三、硬件选择与设计
（一）单片机芯片选择
单片机作为主控器件发挥着至关重要的作用，不同型号的单片机，资源、成本、开发难度、体积、功耗都不同，结合报警器和实际需求合理的选用主控芯片的型号，以保证在各个方便达到预期的目标。经过筛选，选取市场上最常用的3种单片机进行对比：
（1）STM32系列单片机：体积小，功耗低，外设接口丰富，执行速度快，可配合操作系统，搭建人机交互系统。一般应用于工业控制以及消费电子的产品，其核心电压是3.3V，综合考虑其成本高，开发难度大，周期长，适合复杂的产品开发。
（2）Arduino单片机：近几年来，Arduino单片机逐步进入市场，在教育行业广泛使用，其主要应用于少儿编程，优点是开发过程简单，不需要书写代码，不需要学习繁琐的语言知识，有完整的图形化编程模块。使用图形化编程可锻炼开发者的逻辑思维能力，但考虑其后期的可维护性，Arduino单片机在工业控制领域用户少，市场占有率低，后续产品更新不能满足需求。
（3）51单片机：相信提到51单片机，业界无人不知，其历史悠久，获得单片机初学者的一致好评。作为一款入门单片机，可使用C语言和汇编语言，市场占有率高，开源资料多，移植性强，语法易学，成本低，稳定性好，广泛应用于工业控制和智能化产品。
综合考虑，STM32单片机适用于复杂控制的场所，Arduino单片机主要用于少儿编程，启蒙儿童编程思维。而51单片机主要用于工业控制和消费产品，结合大学所学的单片机课程和自身的掌握情况，到成本、开发周期、可维护性综合来考虑，最终选择51单片机作为报警器的主控芯片。
（二）单片机电路设计
图（31）单片机电路主要由单片机最小系统和电源电路组成，为方便调试和后期的维护，加入了下载电路。下面分别介绍三种电路：
（1）单片机最小系统：
最小系统由STC89C52主控芯片，复位电路，时钟电路构成，由于PO端口内部无上拉电阻，为提高P0口的驱动能力，加入8个10K的上拉电阻，复位电路分为上电复位和手动控制复位。单片机通电瞬间，由于电容的初态过程，复位引脚被置高电平，单片机复位，常态下电容视为开路，电流通过下拉电阻释放到地，单片机工作，复位时间取决于电容和电阻的大小。时钟电路由启动电容和晶振组成，保证单片机的正常工作。
（2）下载电路：
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