无线传感网的楼宇防火监控系统硬件设计(附件)
基于楼宇火灾时有发生，造成了严重的经济财产损失，更严重的威胁了人的生命。及时准确的知道火灾的发生，可以让损失降到最低。本文主要是介绍了无线传感器在楼宇防火监控系统上的应用与设计。利用传感器对数据的采集、发送以显示，当楼宇火灾参数，如温度、湿度、烟雾及CO浓度出现超标等危险情况时，传感器实时采集信息，通过无线收发器传输到微处理器，引发蜂鸣器报警，从而达到防火监控的目的。本设计以51单片机为核心，分别结合温湿度传感器，烟雾传感器，CO传感器采集温度，湿度，烟雾浓度，CO浓度的信息，并将检测到的所有信息通过nRF24L01传输至微处理器，微处理器将接收到的信息在液晶显示屏LCD1602显示，并在异常时用蜂鸣器进行报警。关键词 楼宇防火，无线传感网，传感器，无线收发器
目 录
1 绪论 1
1．1 课题研究背景和意义 1
1．2 研究现状和发展趋势 1
1．3 工作安排 3
2 基于无线传感网的楼宇防火监控系统的总体设计 3
2．1 基于无线传感网的楼宇防火监控系统的设计思想 3
2．2 总体功能 4
3 硬件设计 4
3．1 总体框图 4
3．2 微处理器STC90C51RC 5
3．3 温湿度传感器 7
3．4 烟雾传感器 8
3．5 CO传感器 9
3．6 AD芯片PCF8591 10
3．7 射频芯片nRF24L01 11
3．8 液晶显示屏 14
3．9 电源电路 16
3．10 报警电路 16
3．11 系统总体设计 16
4 基于无线传感网的楼宇防火监控系统软件设计 17
4．1 编写语言的选择 17
4．2 主程序 18
4．3 温湿度数据采集子程序模块 18
4．4 烟雾数据采集子程序模块 18
4．5 CO数据采集子程序模块 19
4．6 串口通信子程序模块 20
4．7 无线收发子程序模块 21
4 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ￥351916072$
．8 液晶显示子程序模块 23
5 软硬件联调 23
5．1 初始化状态 24
5．2 正常显示状态 24
5．3 异常显示状态 25
结 论 27
致 谢 28
参 考 文 献 29
附录A 总硬件电路图 31
附录B 焊接电路板图 32
附录C 系统程序代码 33
1 绪论
1．1 课题研究背景和意义
火灾是一种发生频率较高的灾害，一旦在人员聚集的地方如住宅区、办公区发生火灾，发现不及时会损失巨大的财产和造成人员的伤亡。在一些大型楼宇和人员密集场所都必须安装火灾报警装置。但是现在大部分的火灾报警装置都是有线的，这种有线的报警装置相对于无线火灾报警装置而言，不灵活，安装麻烦。基于无线传感网的楼宇防火监控能很好地避免这些问题。这种系统既省去了因为要布线浪费的人力财力，还不会因为线路老化或者磨损而造成的火灾报警的不及时，不准确。
采用无线传感器构成软硬件结合的无线传感网的楼宇防火监控系统，可以在火灾发生后，迅速报警，提醒大楼里的人员赶快撤离，也可以在最短的时间下让消防人员知道火灾发生的位置。通过每个房间传感器发回的温湿度，烟雾浓度，CO浓度变化，可以精确的知道火灾蔓延的趋势，从而更好地救人救火，让火灾造成的损失降到最低。
1．2 研究现状和发展趋势
无线传感网的发展为社会带来了很大的便利。传感器网络的特点是动态性，自主组织性。它的节点组成随机成本低，但是很密集。所以一个个传感器的节点发生了问题，也不会影响整个系统的功能。目前无线传感网络被广泛应用。
（1）军事应用
在恶劣严峻的环境中，无线传感网仍旧可以监控敌军的状况，定位敌军的位置，知道敌军的布防情况，是否有化学武器的存在。因为无线传感网络不易被破坏，即使遭到敌方的恶意攻击，也不会轻易的瓦解。在战场上，往往获得信息多的一方获胜，无线传感网可以让战争指挥人员准确，及时的知道敌方的物质，武器装备，战士的情况。传感器采集相应的信息，通过无线收发器传送到微处理器，即使不出门，也可以知道外面的情况。无线传感器体积小，传输快，当敌军还未反应过来，就已经把信息传输过来，指挥官可以进一步拟定作战计划，大大提高了作战胜率。相对于地面的雷达和独立卫星，无线传感网的节点综合多方面信息可以克服雷达和卫星难以克服的信噪比。况且，无线传感器成本低，高冗余，可以大大提高系统的容错能力。多个传感器的应用让探测的性能大大提高，增大探测的区域面积。由于传感器节点可以近距离接触到探测目标，这可以减少周围环境对系统探测造成的误差。利用个别传感器的可移动性，可以有效的减少区域的盲点。无线传感器应用于军事可以大大减少军队的伤亡，为作战提供有效的信息。
（2）家庭生活
传感器网络给家庭和外部提供了一个连接平台。当今网络技术发展迅速。如果在家中安装无线传感器，即使不在家里，也可以在任何可以上网的地方知道家里是否发生煤气泄漏水电没关，甚至进行远程控制。通过传感器节点对家庭环境的采集，如夏天房间闷热，在外面就可以打开家里空调，人们就可以享受凉爽的环境。如果家中有孩子，通过图像传感器，可以知道孩子在家中的安全情况。建立一个智能幼儿园，了解孩子的生活轨迹。
（3）医疗方面
无线传感网可以检测人体的各种数据，医生通过无线传感器网络，可以随时知道病人的身体情况。在意外来临前就可以及时处理。病人服药后，可以通过节点的检测判断药品的作用时间和功效，这对研制新型药物非常有意义。研究人员通过对传感器节点数据的分析，可以知道病人发病的原因，这对以后的医疗研究大有益处。
（4）农业生产
利用无线传感器可以检测土壤的酸碱度、肥沃度和农作物遭受害虫的受灾情况。专门从事农业生产的人员会在大棚中安装无线传感器来探测土壤的温湿度，光照强度，监控农作物的生长状态。利用无线传感器对信息的采集，可以确定给农作物浇水，施肥，除草的时间。这给农民带来了极大的帮助，提高了农业生产的效率和生产种植的科学性。
目 录
1 绪论 1
1．1 课题研究背景和意义 1
1．2 研究现状和发展趋势 1
1．3 工作安排 3
2 基于无线传感网的楼宇防火监控系统的总体设计 3
2．1 基于无线传感网的楼宇防火监控系统的设计思想 3
2．2 总体功能 4
3 硬件设计 4
3．1 总体框图 4
3．2 微处理器STC90C51RC 5
3．3 温湿度传感器 7
3．4 烟雾传感器 8
3．5 CO传感器 9
3．6 AD芯片PCF8591 10
3．7 射频芯片nRF24L01 11
3．8 液晶显示屏 14
3．9 电源电路 16
3．10 报警电路 16
3．11 系统总体设计 16
4 基于无线传感网的楼宇防火监控系统软件设计 17
4．1 编写语言的选择 17
4．2 主程序 18
4．3 温湿度数据采集子程序模块 18
4．4 烟雾数据采集子程序模块 18
4．5 CO数据采集子程序模块 19
4．6 串口通信子程序模块 20
4．7 无线收发子程序模块 21
4 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ￥351916072$
．8 液晶显示子程序模块 23
5 软硬件联调 23
5．1 初始化状态 24
5．2 正常显示状态 24
5．3 异常显示状态 25
结 论 27
致 谢 28
参 考 文 献 29
附录A 总硬件电路图 31
附录B 焊接电路板图 32
附录C 系统程序代码 33
1 绪论
1．1 课题研究背景和意义
火灾是一种发生频率较高的灾害，一旦在人员聚集的地方如住宅区、办公区发生火灾，发现不及时会损失巨大的财产和造成人员的伤亡。在一些大型楼宇和人员密集场所都必须安装火灾报警装置。但是现在大部分的火灾报警装置都是有线的，这种有线的报警装置相对于无线火灾报警装置而言，不灵活，安装麻烦。基于无线传感网的楼宇防火监控能很好地避免这些问题。这种系统既省去了因为要布线浪费的人力财力，还不会因为线路老化或者磨损而造成的火灾报警的不及时，不准确。
采用无线传感器构成软硬件结合的无线传感网的楼宇防火监控系统，可以在火灾发生后，迅速报警，提醒大楼里的人员赶快撤离，也可以在最短的时间下让消防人员知道火灾发生的位置。通过每个房间传感器发回的温湿度，烟雾浓度，CO浓度变化，可以精确的知道火灾蔓延的趋势，从而更好地救人救火，让火灾造成的损失降到最低。
1．2 研究现状和发展趋势
无线传感网的发展为社会带来了很大的便利。传感器网络的特点是动态性，自主组织性。它的节点组成随机成本低，但是很密集。所以一个个传感器的节点发生了问题，也不会影响整个系统的功能。目前无线传感网络被广泛应用。
（1）军事应用
在恶劣严峻的环境中，无线传感网仍旧可以监控敌军的状况，定位敌军的位置，知道敌军的布防情况，是否有化学武器的存在。因为无线传感网络不易被破坏，即使遭到敌方的恶意攻击，也不会轻易的瓦解。在战场上，往往获得信息多的一方获胜，无线传感网可以让战争指挥人员准确，及时的知道敌方的物质，武器装备，战士的情况。传感器采集相应的信息，通过无线收发器传送到微处理器，即使不出门，也可以知道外面的情况。无线传感器体积小，传输快，当敌军还未反应过来，就已经把信息传输过来，指挥官可以进一步拟定作战计划，大大提高了作战胜率。相对于地面的雷达和独立卫星，无线传感网的节点综合多方面信息可以克服雷达和卫星难以克服的信噪比。况且，无线传感器成本低，高冗余，可以大大提高系统的容错能力。多个传感器的应用让探测的性能大大提高，增大探测的区域面积。由于传感器节点可以近距离接触到探测目标，这可以减少周围环境对系统探测造成的误差。利用个别传感器的可移动性，可以有效的减少区域的盲点。无线传感器应用于军事可以大大减少军队的伤亡，为作战提供有效的信息。
（2）家庭生活
传感器网络给家庭和外部提供了一个连接平台。当今网络技术发展迅速。如果在家中安装无线传感器，即使不在家里，也可以在任何可以上网的地方知道家里是否发生煤气泄漏水电没关，甚至进行远程控制。通过传感器节点对家庭环境的采集，如夏天房间闷热，在外面就可以打开家里空调，人们就可以享受凉爽的环境。如果家中有孩子，通过图像传感器，可以知道孩子在家中的安全情况。建立一个智能幼儿园，了解孩子的生活轨迹。
（3）医疗方面
无线传感网可以检测人体的各种数据，医生通过无线传感器网络，可以随时知道病人的身体情况。在意外来临前就可以及时处理。病人服药后，可以通过节点的检测判断药品的作用时间和功效，这对研制新型药物非常有意义。研究人员通过对传感器节点数据的分析，可以知道病人发病的原因，这对以后的医疗研究大有益处。
（4）农业生产
利用无线传感器可以检测土壤的酸碱度、肥沃度和农作物遭受害虫的受灾情况。专门从事农业生产的人员会在大棚中安装无线传感器来探测土壤的温湿度，光照强度，监控农作物的生长状态。利用无线传感器对信息的采集，可以确定给农作物浇水，施肥，除草的时间。这给农民带来了极大的帮助，提高了农业生产的效率和生产种植的科学性。
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