单片机的火灾报警系统设计
单片机的火灾报警系统设计[20200128193131]
摘要
本文设计了一种以AT89C51单片机为核心控制器，结合集成语音芯片ISD1420、A／D转换器, 集成温度传感器AD590 和气体传感器TGS202等,利用多传感器信息融合技术,完成报警的实用、可靠的单片机自动报警系统,着重讲述了该系统的组成形式及工作原理。实践表明,单片机技术在系统报警和其它一些自动控制领域中有着广泛的应用前景。
该系统能负责不断地向所监视的现场发出巡检信号，监视现场的温度、浓度等，并不断反馈给报警控制器，控制器将接到的信号与内存的正常整定值比较、判断确定火灾。当发生火灾时，可实现鸣响报警、故障自诊断、浓度显示、报警限设置、延时报警等，是一种结构简单、性能稳定、使用方便、价格低廉的烟雾传感器，非常具有具有实用价值。
*查看完整论文请+Q: 351916072
关键字:AT89C51火灾报警传感器
一、引言 1
（一）课题背景及研究概述 1
（二）论文完成的主要要求 1
一、 火灾报警系统整体方案设计 2
（一）火灾产生原理及过程 2
（二）系统总体方案设计 2
1、系统总体功能概述 2
2、系统硬件总体构架 3
3、系统软件总体构架 4
三、火灾报警系统硬件设计 4
（一） 单片机控制系统 4
（二） 数据采集 6
1、AD590温度传感器 6
2、TGS202气体传感器 6
3、 电路连接 6
（三）ISD1420语音芯片 7
1、ISD1420各引脚及其功能介绍 7
2、语音段的寻址 8
（四） A/D转换 8
（五）数码管显示 9
四、火灾报警系统软件设计 10
（一）主程序 10
（二）主程序初始化流程图 10
（三）数据采集子程序 11
总结 13
致谢 14
参考文献 15
附录一：系统电路 16
附录二：源程序 17
一、引言
（一）课题背景及研究概述
据联合国“世界火灾统计中心(WFSC)2000统计资料”，全球每年大约发生火灾650万次左右，全球每年死于火灾的人数约为76000。其中，欧美地区火灾经常发生，为什么因为火灾而死亡的人却很少，原因是与他们的生活水平以及消防技术和设施有关;相比较而言亚洲地区不仅火灾发生次数远高于欧美而且因火灾而死亡的人数也远远高于欧美，这与亚洲生活水平、消防意识、消防设施密不可分。据统计，我国70年代火灾年平均损失不到2.5亿元，80年代火灾年平均损失接近3.2亿元。
“隐患险于明火，防患胜于救灾，责任重于泰山” 目前，随着电子产品在人类生活中的使用越来越广泛，家用燃气的普及，由此引起的火灾也越来越多，在我们四周潜伏着许多火灾隐患。为了避免火灾发生以及减少火灾造成的损失，所以本文设计和完善火灾自动报警系统，将火灾消灭在萌芽状态，最大限度地减少社会财富的损失。
火灾自动报警系统能对火灾进行实时监测和准确报警，有着防止和减少火灾危害、保护人身安全和财产安全的重要意义，有着很大的经济效益和社会效益。
（二）论文完成的主要要求
本文主要包括以下内容：
1、熟悉Keil编程环境,和protel画图软件；
2、熟悉有关探测器的理论知识；
3、单片机控制模块、数据采集模块、声光报警模块的建立。
4、编制单片机与个子模块之间的通信程序。实现火灾的预警及报警。
一、 火灾报警系统整体方案设计
（一）火灾产生原理及过程
火灾发生时液体或固体先蒸发成蒸汽或分解出可燃气体(如CO、H2等)的分子团、灰烬和未燃烧的物质颗粒悬浮在空气中，可燃气体与空气混合，这样容易造成火灾。发生火灾后，燃烧产生的热量使液体或固体的表面继续放出可燃气体，并形成扩散燃烧。同时，会产生火焰，并且会有大量的热量，它们可以通过可燃物进行燃烧。所以我们可以进行对这些热量火焰及烟雾进行一个火灾的判断。
总的来说，普通可燃物在燃烧时表现为以下形式：首先是产生燃烧气体，然后是烟雾，在氧气充足的条件下才能达到全部燃烧，产生火焰，发出可见光和不可见光，并散发出大量的热，使环境温度升高。起火过程中，起初和阴燃两个阶段所占的时间比较长，虽然产生大量的烟雾，但是环境温度不太高，若探测器就应该从此阶段开始进行探测，就可以火灾损失控制在最小限度。火焰燃烧后，迅速蔓延，产生大量的热使得环境温度升高，如果能将这时能够探测到有效地温度值，就可以比较及时地控制火灾。起火过程曲线如图1所示。
图1 起火过程曲线
（二）系统总体方案设计
1、系统总体功能概述
火灾报警系统一般由火灾探测器、报警器组成。火灾探测器通过对火灾发出的物理、化学现象——气（燃烧气体）、烟（烟雾粒子）、热（温度）、光（火焰）的探测，将探测到的火情信号转化成火警电信号传递给火灾报警控制器。报警器将接收到火警信号后经分析处理发出报警信号，警示消防控制中心的值班人员，并在屏幕上显示出火灾的位置。整体电路的框图如图2所示 ：
图2 系统原理及组成框图
2、系统硬件总体构架
报警系统主要由数据采集模块、单片机控制模块、声光报警模块组成。图3为火灾报警系统的结构框图
图3 系统结构框图
本系统先通过传感器 (包括温感和烟感)将现场温度、烟雾等非电信号转化为电信号，调理电路将传感器输出的电信号进行调理(放大、滤波等)，使之满足A /D转换的要求 ,最后由A /D转换电路 ,完成将温度传感器和烟雾传感器输出的模拟信号到数字信号的转换，单片机判断现场是否发生火灾。如果发生火灾，系统以声光的形式报警。
本文设计的用于小型防火单位的单片机火灾报警系统具有以下特点:
(1)异常报警功能。当烟雾浓度过大或是温度较高时，能发出异常报警信号，引起人们注意，尽可能避免火灾的发生。
(2)能对室内烟雾(CO2, CO) 及温度突变进行报警,具有声、光双重报警功能。
(3)火灾报警功能。一旦真出现火灾(烟雾和温度同时出现异常)时，能立即发出语音、光火灾警报。本系统安全可靠, 误报率低。且由于其体积小、操作维护方便、成本低廉等, 具有广阔的应用前景。
(4)系统故障报警功能。当系统出现硬件故障时，能发出故障报警信号.
电路原理图见附录一。
3、系统软件总体构架
为了便于系统维护和功能扩充，采用了模块化程序设计方法，系统各个模块的具体功能都是通过子程序调用实现的。本系统主要包括数据采集子程序、火灾判断与报警子程序等。
为了降低误报率，系统采用多次采集、多次判断的方法。每次数据采集后根据得到的数据对现场情况进行判断，然后综合多次判断结果做出最终的火情判断。主程序是一个无限循环体，其流程是：首先在上电之后系统的各部分包括单片机各个端口输入输出的设置、外围驱动电路和数据存储电路等完成初始化，其次是对芯片内的程序进行初始化，接下来执行火灾报警系统中的数据采集任务，数据通信任务和查询判断任务。
总程序见附录二。
三、火灾报警系统硬件设计
（一） 单片机控制系统
AT89C51 提供以下标准功能：4k 字节Flash 闪速存储器，128字节内部RAM，32 个I/O 口线，两个16位定时/计数器，一个5向量两级中断结构，一个全双工串行通信口，片内振荡器及时钟电路。同时，AT89C51可降至0Hz的静态逻辑操作，并支持两种软件可选的节电工作模式。空闲方式停止CPU的工作，但允许RAM，定时/计数器，串行通信口及中断系统继续工作。掉电方式保存RAM中的内容，但振荡器停止工作并禁止其它所有部件工作直到下一个硬件复位。其各管脚功能如下。
VCC：供电电压。 GND：接地。
P0、P1、P2口用作I/O接口。
P3口也可作为AT89C51的一些特殊功能口，如下：
摘要
本文设计了一种以AT89C51单片机为核心控制器，结合集成语音芯片ISD1420、A／D转换器, 集成温度传感器AD590 和气体传感器TGS202等,利用多传感器信息融合技术,完成报警的实用、可靠的单片机自动报警系统,着重讲述了该系统的组成形式及工作原理。实践表明,单片机技术在系统报警和其它一些自动控制领域中有着广泛的应用前景。
该系统能负责不断地向所监视的现场发出巡检信号，监视现场的温度、浓度等，并不断反馈给报警控制器，控制器将接到的信号与内存的正常整定值比较、判断确定火灾。当发生火灾时，可实现鸣响报警、故障自诊断、浓度显示、报警限设置、延时报警等，是一种结构简单、性能稳定、使用方便、价格低廉的烟雾传感器，非常具有具有实用价值。
*查看完整论文请+Q: 351916072
关键字:AT89C51火灾报警传感器
一、引言 1
（一）课题背景及研究概述 1
（二）论文完成的主要要求 1
一、 火灾报警系统整体方案设计 2
（一）火灾产生原理及过程 2
（二）系统总体方案设计 2
1、系统总体功能概述 2
2、系统硬件总体构架 3
3、系统软件总体构架 4
三、火灾报警系统硬件设计 4
（一） 单片机控制系统 4
（二） 数据采集 6
1、AD590温度传感器 6
2、TGS202气体传感器 6
3、 电路连接 6
（三）ISD1420语音芯片 7
1、ISD1420各引脚及其功能介绍 7
2、语音段的寻址 8
（四） A/D转换 8
（五）数码管显示 9
四、火灾报警系统软件设计 10
（一）主程序 10
（二）主程序初始化流程图 10
（三）数据采集子程序 11
总结 13
致谢 14
参考文献 15
附录一：系统电路 16
附录二：源程序 17
一、引言
（一）课题背景及研究概述
据联合国“世界火灾统计中心(WFSC)2000统计资料”，全球每年大约发生火灾650万次左右，全球每年死于火灾的人数约为76000。其中，欧美地区火灾经常发生，为什么因为火灾而死亡的人却很少，原因是与他们的生活水平以及消防技术和设施有关;相比较而言亚洲地区不仅火灾发生次数远高于欧美而且因火灾而死亡的人数也远远高于欧美，这与亚洲生活水平、消防意识、消防设施密不可分。据统计，我国70年代火灾年平均损失不到2.5亿元，80年代火灾年平均损失接近3.2亿元。
“隐患险于明火，防患胜于救灾，责任重于泰山” 目前，随着电子产品在人类生活中的使用越来越广泛，家用燃气的普及，由此引起的火灾也越来越多，在我们四周潜伏着许多火灾隐患。为了避免火灾发生以及减少火灾造成的损失，所以本文设计和完善火灾自动报警系统，将火灾消灭在萌芽状态，最大限度地减少社会财富的损失。
火灾自动报警系统能对火灾进行实时监测和准确报警，有着防止和减少火灾危害、保护人身安全和财产安全的重要意义，有着很大的经济效益和社会效益。
（二）论文完成的主要要求
本文主要包括以下内容：
1、熟悉Keil编程环境,和protel画图软件；
2、熟悉有关探测器的理论知识；
3、单片机控制模块、数据采集模块、声光报警模块的建立。
4、编制单片机与个子模块之间的通信程序。实现火灾的预警及报警。
一、 火灾报警系统整体方案设计
（一）火灾产生原理及过程
火灾发生时液体或固体先蒸发成蒸汽或分解出可燃气体(如CO、H2等)的分子团、灰烬和未燃烧的物质颗粒悬浮在空气中，可燃气体与空气混合，这样容易造成火灾。发生火灾后，燃烧产生的热量使液体或固体的表面继续放出可燃气体，并形成扩散燃烧。同时，会产生火焰，并且会有大量的热量，它们可以通过可燃物进行燃烧。所以我们可以进行对这些热量火焰及烟雾进行一个火灾的判断。
总的来说，普通可燃物在燃烧时表现为以下形式：首先是产生燃烧气体，然后是烟雾，在氧气充足的条件下才能达到全部燃烧，产生火焰，发出可见光和不可见光，并散发出大量的热，使环境温度升高。起火过程中，起初和阴燃两个阶段所占的时间比较长，虽然产生大量的烟雾，但是环境温度不太高，若探测器就应该从此阶段开始进行探测，就可以火灾损失控制在最小限度。火焰燃烧后，迅速蔓延，产生大量的热使得环境温度升高，如果能将这时能够探测到有效地温度值，就可以比较及时地控制火灾。起火过程曲线如图1所示。
图1 起火过程曲线
（二）系统总体方案设计
1、系统总体功能概述
火灾报警系统一般由火灾探测器、报警器组成。火灾探测器通过对火灾发出的物理、化学现象——气（燃烧气体）、烟（烟雾粒子）、热（温度）、光（火焰）的探测，将探测到的火情信号转化成火警电信号传递给火灾报警控制器。报警器将接收到火警信号后经分析处理发出报警信号，警示消防控制中心的值班人员，并在屏幕上显示出火灾的位置。整体电路的框图如图2所示 ：
图2 系统原理及组成框图
2、系统硬件总体构架
报警系统主要由数据采集模块、单片机控制模块、声光报警模块组成。图3为火灾报警系统的结构框图
图3 系统结构框图
本系统先通过传感器 (包括温感和烟感)将现场温度、烟雾等非电信号转化为电信号，调理电路将传感器输出的电信号进行调理(放大、滤波等)，使之满足A /D转换的要求 ,最后由A /D转换电路 ,完成将温度传感器和烟雾传感器输出的模拟信号到数字信号的转换，单片机判断现场是否发生火灾。如果发生火灾，系统以声光的形式报警。
本文设计的用于小型防火单位的单片机火灾报警系统具有以下特点:
(1)异常报警功能。当烟雾浓度过大或是温度较高时，能发出异常报警信号，引起人们注意，尽可能避免火灾的发生。
(2)能对室内烟雾(CO2, CO) 及温度突变进行报警,具有声、光双重报警功能。
(3)火灾报警功能。一旦真出现火灾(烟雾和温度同时出现异常)时，能立即发出语音、光火灾警报。本系统安全可靠, 误报率低。且由于其体积小、操作维护方便、成本低廉等, 具有广阔的应用前景。
(4)系统故障报警功能。当系统出现硬件故障时，能发出故障报警信号.
电路原理图见附录一。
3、系统软件总体构架
为了便于系统维护和功能扩充，采用了模块化程序设计方法，系统各个模块的具体功能都是通过子程序调用实现的。本系统主要包括数据采集子程序、火灾判断与报警子程序等。
为了降低误报率，系统采用多次采集、多次判断的方法。每次数据采集后根据得到的数据对现场情况进行判断，然后综合多次判断结果做出最终的火情判断。主程序是一个无限循环体，其流程是：首先在上电之后系统的各部分包括单片机各个端口输入输出的设置、外围驱动电路和数据存储电路等完成初始化，其次是对芯片内的程序进行初始化，接下来执行火灾报警系统中的数据采集任务，数据通信任务和查询判断任务。
总程序见附录二。
三、火灾报警系统硬件设计
（一） 单片机控制系统
AT89C51 提供以下标准功能：4k 字节Flash 闪速存储器，128字节内部RAM，32 个I/O 口线，两个16位定时/计数器，一个5向量两级中断结构，一个全双工串行通信口，片内振荡器及时钟电路。同时，AT89C51可降至0Hz的静态逻辑操作，并支持两种软件可选的节电工作模式。空闲方式停止CPU的工作，但允许RAM，定时/计数器，串行通信口及中断系统继续工作。掉电方式保存RAM中的内容，但振荡器停止工作并禁止其它所有部件工作直到下一个硬件复位。其各管脚功能如下。
VCC：供电电压。 GND：接地。
P0、P1、P2口用作I/O接口。
P3口也可作为AT89C51的一些特殊功能口，如下：
版权保护: 本文由 hbsrm.com编辑，转载请保留链接: www.hbsrm.com/jxgc/zdh/4462.html
