单片机火灾自动报警系统设计
单片机火灾自动报警系统设计[20200128193624]
摘要
本系统安装在防火单位，负责向监视的现场发出车巡检信号，监视在现场的温度、浓度等，不断反馈信息给报警控制器，控制器比较接到的信号和内存的正常整定值、判断发生火灾。火灾发生，实现浓度显示、故障自诊断、声光报警、延时报警与上位机串口通信，是简易结构、性能平稳、操作方便、价格合适的智能化烟雾传感器，有相当的实用性价值。
摘要………………………………………………………………………第1页
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关键字:单片机、火灾报警、传感器
引言………………………………………………………………………第1页
一．火灾自动报警系统的简介第2页
（一）火灾自动报警系统的概述第2页
（二）火灾自动报警系统的组成第3页
二．系统主要硬件电路设计第4页
（一）核心芯片选择 第4页
（二）单片机外围接口电路 第4页
（三）信号处理电路 第5页
（四）A/D转换模块 第6页
（五）声音报警电路 第6页
（六）数码管显示电路 第6页
（七）状态指示灯及控制键电路 第7页
三．系统的软件设计第7页
(一)系统主程序流程图第7页
(二) 主程序初始化流程图第8页
(三)滤波子程序第8页
(四)线性化子程序第9页
（五）报警子程序第10页
（六）键盘处理子程序第11页
四．调试第12页
五．总结第14页
六．致谢第15页
七．参考文献第15页
附录
总火灾报警系统程序第16页
总火灾报警器原理图 第23页
总火灾报警器PCB 第24页
引言
本文对火灾报警控制器与探测器做了很深的探究，并且全面描述了火灾报警系统的控制器和探测器的硬件与软件的设计。以下是本文完成的主要工作：1.火灾报警系统的控制器采用AT89C52单片机的火灾自动报警系统，AT89C52是低功耗，高性能的CMOS 8位单片机，片内含4K Bytes TSP（In-system programma2ble）的可反复擦写1000次的Flash只读程序存储器，该器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存储技术制造，兼容标准MCS-51指令系统及80C51引脚结构。在控制器中采用LCD显示器进行报警系统所需各种信息显示，2 火灾报警控制器选用了以西门子PLC为核心部件进行设计，所设计的控制器具有较高的性价比，还具有操作人员管理、探测器管理、报告信息查询、预报警、通讯、火警处理、等功能，实现对火灾信息的检测和传递；为提高系统的适应性与扩展性，进行了写码器设计。3控制器与探测器之间的通讯采用无线高频通讯方式进行，运用KB8825双频合成器进行了无线通讯电路设计，具有很强的抗干扰能力。
一．火灾自动报警系统的简介
（一）火灾自动报警系统的概述
目前火灾自动报警系统有智能型、全总线型以及综合型等，这些系统不分区域报警系统或集中报警系统，可达到对整个火灾自动报警系统进行监视。当发生火灾时候，发出声光报警，并打印报警时间、地址等。同时向火灾现场发警铃报警，在火灾发生楼层的上下相邻层或火灾区域的相邻区域也会同一时间发出信号报警，应急疏散的指示灯会亮，指出疏散的方向（见图1）。
图1 火灾自动报警系统原理图
（二）火灾自动报警系统的组成
火灾自动报警系统是由触发器件、火灾报警装置、火灾警报装置和具有其它辅助功能的装置组成的火灾报警系统。
火灾探测器的选择应符合下列要求：
火灾初期阴燃阶段，产生大量烟和少量的热，很少或没有火焰辐射，用感烟探头；
火灾火势扩大，有大量热、烟及火焰辐射，选用感烟探头、感温探头、火焰探头或者它们的组合；
火灾发展迅速，有强烈的火焰辐射和少量烟、热的，选用火焰探头；
情况复杂或火灾形成特点不可预料的，可进行模拟实验，根据实验选用适宜探头。
火灾探测器的设置
(1) 探测区域内放置一个火灾探测器在每个房间。
(2) 感烟探测器、感温探测器的保护面积和保护半径应满足表2的规定。
表2 感烟、感温探测器的保护面积和保护半径
火 灾 探 测器 的 种 类 地面面积 S（m2） 房间高度 h(m) 一只探测器的保护面积A和保护半径R
房 间 坡 度 θ
θ≤15° 15°＜θ≤3° θ＞30°
A （m2） R (m) A （m2） R (m) A （m2） R (m)
感 烟 探 测 器 S≤80 h≤12 80 6.7 80 7.2 80 8.0
S＞80 6＜h≤12 80 6.7 100 8.0 120 9.9
h≤6 60 5.8 80 7.2 100 9.0
感 温 探 测 器 S≤30 h≤8 30 4.4 30 4.9 30 5.5
S＞30 h≤8 20 3.6 30 4.9 40 6.3
二．系统主要硬件电路设计
（一）核心芯片的选择
1. 芯片AT89S52
2. 集成温度传感器AD590
3. 气体传感器TGS-202
4. 数码管驱动芯片ICM7218
（二）单片机外围接口电路
AT89S52单片机外围接口电路如图2，主要包括：晶振电路、复位电路、.直流电源
（三）信号处理电路
电路图如上图3所示，运算放大器接成电压放大电路。从传感器采集过来的微弱电压信号，经过电压放大器的放大，得到较强的模拟电压信号。采样时，把相应的模拟电压信号从Vi端送进LM324A进行放大处理后，从Vo端输出送入A/D转换电路。
（四）A/D转换模块
A/D转换电路使用常用的8位8通道数模转换常用芯片ADC0809，烟雾、温度传感器的输出端分别接到ADC0809的IN0和IN1。 ADC0809的通道选择地址由AT89S52的P0.0～P0.2经地址锁存器74LS373输出提供。当P2.7=0时，与写信号WR共同选通ADC0809。ALE信号与ST信号是链接在一起，在WR信号的前沿写入地址信号，在其后沿启动转换。图中ADC0809转换结束状态信号EOC接到AT89S52的INT1引脚， A/D转换完成后，EOC变为高电平，意思是转换结束，接着中断。在中断服务程序中，将转换好的数据送到指定的存储单元。由于ADC0809片内无时钟，故利用8051提供的地址锁存使能信号ALE经D触发器二分频后获得时钟。因为ALE信号的频率是单片机时钟频率的1/6，若时钟频率为6MHZ，那么ALE信号的频率为1MHZ，经二分频后为500KHZ，与ADC0809的典型值相吻合。
（五）声音报警电路
由AT89S52的21脚实现声音报警控制。当可燃性气体浓度或温度超过限定值时，将P2.0置为低电平，三极管导通，扬声器发出鸣叫报警。
（六）数码管显示电路
本系统显示用的4位七段数码管由数码管专用驱动芯片ICM7218A驱动，27、3、1、25、2、24、26脚分别接数码管的a、b、c、d、e、f、g，15、16、23、20脚为位选，分别控制4位数码管的亮灭，ID0~7为数据线，接单片机P0口，WRITE、MODE是写控制位和模式控制位，分别接单片机P3.6、P2.6。
（七）状态
图4 控制按键连接示意图
状态指示灯及控制键电路如图41所示，单片机AT89S52的P2.2、P2.3、 P2.4控制输出的状态指示灯。绿灯亮表示正常状态，环境中没有火灾危险。黄灯亮表示传感器加热丝发生断线或者接触不良。红灯亮表示环境中烟雾浓度、温度超过报警限值，提醒用户尽快采取相应措施。
摘要
本系统安装在防火单位，负责向监视的现场发出车巡检信号，监视在现场的温度、浓度等，不断反馈信息给报警控制器，控制器比较接到的信号和内存的正常整定值、判断发生火灾。火灾发生，实现浓度显示、故障自诊断、声光报警、延时报警与上位机串口通信，是简易结构、性能平稳、操作方便、价格合适的智能化烟雾传感器，有相当的实用性价值。
摘要………………………………………………………………………第1页
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关键字:单片机、火灾报警、传感器
引言………………………………………………………………………第1页
一．火灾自动报警系统的简介第2页
（一）火灾自动报警系统的概述第2页
（二）火灾自动报警系统的组成第3页
二．系统主要硬件电路设计第4页
（一）核心芯片选择 第4页
（二）单片机外围接口电路 第4页
（三）信号处理电路 第5页
（四）A/D转换模块 第6页
（五）声音报警电路 第6页
（六）数码管显示电路 第6页
（七）状态指示灯及控制键电路 第7页
三．系统的软件设计第7页
(一)系统主程序流程图第7页
(二) 主程序初始化流程图第8页
(三)滤波子程序第8页
(四)线性化子程序第9页
（五）报警子程序第10页
（六）键盘处理子程序第11页
四．调试第12页
五．总结第14页
六．致谢第15页
七．参考文献第15页
附录
总火灾报警系统程序第16页
总火灾报警器原理图 第23页
总火灾报警器PCB 第24页
引言
本文对火灾报警控制器与探测器做了很深的探究，并且全面描述了火灾报警系统的控制器和探测器的硬件与软件的设计。以下是本文完成的主要工作：1.火灾报警系统的控制器采用AT89C52单片机的火灾自动报警系统，AT89C52是低功耗，高性能的CMOS 8位单片机，片内含4K Bytes TSP（In-system programma2ble）的可反复擦写1000次的Flash只读程序存储器，该器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存储技术制造，兼容标准MCS-51指令系统及80C51引脚结构。在控制器中采用LCD显示器进行报警系统所需各种信息显示，2 火灾报警控制器选用了以西门子PLC为核心部件进行设计，所设计的控制器具有较高的性价比，还具有操作人员管理、探测器管理、报告信息查询、预报警、通讯、火警处理、等功能，实现对火灾信息的检测和传递；为提高系统的适应性与扩展性，进行了写码器设计。3控制器与探测器之间的通讯采用无线高频通讯方式进行，运用KB8825双频合成器进行了无线通讯电路设计，具有很强的抗干扰能力。
一．火灾自动报警系统的简介
（一）火灾自动报警系统的概述
目前火灾自动报警系统有智能型、全总线型以及综合型等，这些系统不分区域报警系统或集中报警系统，可达到对整个火灾自动报警系统进行监视。当发生火灾时候，发出声光报警，并打印报警时间、地址等。同时向火灾现场发警铃报警，在火灾发生楼层的上下相邻层或火灾区域的相邻区域也会同一时间发出信号报警，应急疏散的指示灯会亮，指出疏散的方向（见图1）。
图1 火灾自动报警系统原理图
（二）火灾自动报警系统的组成
火灾自动报警系统是由触发器件、火灾报警装置、火灾警报装置和具有其它辅助功能的装置组成的火灾报警系统。
火灾探测器的选择应符合下列要求：
火灾初期阴燃阶段，产生大量烟和少量的热，很少或没有火焰辐射，用感烟探头；
火灾火势扩大，有大量热、烟及火焰辐射，选用感烟探头、感温探头、火焰探头或者它们的组合；
火灾发展迅速，有强烈的火焰辐射和少量烟、热的，选用火焰探头；
情况复杂或火灾形成特点不可预料的，可进行模拟实验，根据实验选用适宜探头。
火灾探测器的设置
(1) 探测区域内放置一个火灾探测器在每个房间。
(2) 感烟探测器、感温探测器的保护面积和保护半径应满足表2的规定。
表2 感烟、感温探测器的保护面积和保护半径
火 灾 探 测器 的 种 类 地面面积 S（m2） 房间高度 h(m) 一只探测器的保护面积A和保护半径R
房 间 坡 度 θ
θ≤15° 15°＜θ≤3° θ＞30°
A （m2） R (m) A （m2） R (m) A （m2） R (m)
感 烟 探 测 器 S≤80 h≤12 80 6.7 80 7.2 80 8.0
S＞80 6＜h≤12 80 6.7 100 8.0 120 9.9
h≤6 60 5.8 80 7.2 100 9.0
感 温 探 测 器 S≤30 h≤8 30 4.4 30 4.9 30 5.5
S＞30 h≤8 20 3.6 30 4.9 40 6.3
二．系统主要硬件电路设计
（一）核心芯片的选择
1. 芯片AT89S52
2. 集成温度传感器AD590
3. 气体传感器TGS-202
4. 数码管驱动芯片ICM7218
（二）单片机外围接口电路
AT89S52单片机外围接口电路如图2，主要包括：晶振电路、复位电路、.直流电源
（三）信号处理电路
电路图如上图3所示，运算放大器接成电压放大电路。从传感器采集过来的微弱电压信号，经过电压放大器的放大，得到较强的模拟电压信号。采样时，把相应的模拟电压信号从Vi端送进LM324A进行放大处理后，从Vo端输出送入A/D转换电路。
（四）A/D转换模块
A/D转换电路使用常用的8位8通道数模转换常用芯片ADC0809，烟雾、温度传感器的输出端分别接到ADC0809的IN0和IN1。 ADC0809的通道选择地址由AT89S52的P0.0～P0.2经地址锁存器74LS373输出提供。当P2.7=0时，与写信号WR共同选通ADC0809。ALE信号与ST信号是链接在一起，在WR信号的前沿写入地址信号，在其后沿启动转换。图中ADC0809转换结束状态信号EOC接到AT89S52的INT1引脚， A/D转换完成后，EOC变为高电平，意思是转换结束，接着中断。在中断服务程序中，将转换好的数据送到指定的存储单元。由于ADC0809片内无时钟，故利用8051提供的地址锁存使能信号ALE经D触发器二分频后获得时钟。因为ALE信号的频率是单片机时钟频率的1/6，若时钟频率为6MHZ，那么ALE信号的频率为1MHZ，经二分频后为500KHZ，与ADC0809的典型值相吻合。
（五）声音报警电路
由AT89S52的21脚实现声音报警控制。当可燃性气体浓度或温度超过限定值时，将P2.0置为低电平，三极管导通，扬声器发出鸣叫报警。
（六）数码管显示电路
本系统显示用的4位七段数码管由数码管专用驱动芯片ICM7218A驱动，27、3、1、25、2、24、26脚分别接数码管的a、b、c、d、e、f、g，15、16、23、20脚为位选，分别控制4位数码管的亮灭，ID0~7为数据线，接单片机P0口，WRITE、MODE是写控制位和模式控制位，分别接单片机P3.6、P2.6。
（七）状态
图4 控制按键连接示意图
状态指示灯及控制键电路如图41所示，单片机AT89S52的P2.2、P2.3、 P2.4控制输出的状态指示灯。绿灯亮表示正常状态，环境中没有火灾危险。黄灯亮表示传感器加热丝发生断线或者接触不良。红灯亮表示环境中烟雾浓度、温度超过报警限值，提醒用户尽快采取相应措施。
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