目錄10089前言 2106651.報警器的概述 3116191.1設計煙霧報警器的目的及意義 3166311.2火災報警器的現(xiàn)狀及特點 3121311.3火災報警器的發(fā)展趨勢 362302.系統(tǒng)總體方案的設計 4291282.1煙霧報警器的結構和工作原理 4219572.2煙霧傳感器的選型 444182.2.1煙霧傳感器的介紹 5161542.2.2MQ-5半導體氣體煙霧傳感器 542482.3單片機的選型 6223322.4A/D轉換器的選型 6116163.系統(tǒng)的硬件設計 7231583.1系統(tǒng)電源電路 7316493.2AT89C51的時鐘電路和復位電路 7148593.3信號采集及前置放大電路 819223.4A/D轉換電路 9311473.5聲音報警及消音鍵電路 10300653.6字符顯示電路 1196143.7狀態(tài)指示電路 1172613.8安全保護電路 1136274.系統(tǒng)的軟件設計 13130584.1系統(tǒng)主程序設計及流程圖 1379144.2主程序初始化流程圖 13123774.3報警子程序設計及流程圖 143917總結 1516541參考文獻 1627224致謝 1731636附錄1 18

煙霧報警器的設計摘要：隨著社會和經(jīng)濟的發(fā)展，防火工作越來越重要，但是目前國內(nèi)的許多研發(fā)都側重于大型場所的火災報警。因此，我們就有必要研制一種結構簡單、經(jīng)濟實用的家庭煙霧報警器以適應市場的需求。基于供家庭使用的煙霧報警器應該具備的基本要求和功能，文章設計了一種比較適合的煙霧報警器。本設計以傳感器和單片機作為煙霧報警器設計的核心器件，配合其它器件即可實現(xiàn)聲光報警、自動排煙換氣和消防滅火等功能。設計中單片機選用AT89C51作為控制器件，傳感器選用QM-N5型氣體傳感器實現(xiàn)對煙霧的檢測。論文主要針對煙霧報警系統(tǒng)中的各個組成部分及功能進行了詳細的介紹和說明，并對其主控電路和外圍設備電路之間的接口連接方式，以及系統(tǒng)軟件設計進行了重點的分析和講解。關鍵詞：煙霧報警器；單片機；傳感器前言單片機及煙霧傳感器是煙霧報警器系統(tǒng)的兩大核心。單片機好比一個橋梁，聯(lián)系著傳感器和報警電路設備。近幾年來，單片機已逐步深入應用到工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)各部門及人們生活的各個方面。各種類型的單片機也根據(jù)社會的需求而開發(fā)出來。單片機是器件級計算機系統(tǒng)，實際上它是一個微控制器或微處理器。由于它功能齊全，體積小，成本低，因此它可以應用到所有電子系統(tǒng)中。的早期信號并及時報警，發(fā)出警報同時告知用戶和周邊居民。它就像是一個個稱職的更夫，給居住、忙碌或是休息在家庭中的人們以極大的安全感。在火災的早期階段，準確的探測到火情并迅速報警，對于及時組織有序快速疏散、積極有效地控制火災的蔓延、快速滅火和減少火災對居住人群的損失都具有重要的意義。1.報警器的概述1.1設計煙霧報警器的目的及意義隨著社會和經(jīng)濟的發(fā)展，家庭火災防不勝防，防火工作也就越來越重要。據(jù)美國消防學會統(tǒng)計，最近十多年中，安裝自動消防設施的建筑中發(fā)生火災，消防設施的有效率高達96.1%，確實起到了保證建筑物消防安全的作用。目前我國火災自動報警系統(tǒng)只被安裝在重要建筑上，而在美國、日本等發(fā)達國家，包括許多居民家庭都安裝了火災自動報警系統(tǒng)。家庭防火重在防患于未然，因此，我們就有必要研制一種結構簡單、價格低廉的煙霧自動報警器，以適應市場的需求。1.2火災報警器的現(xiàn)狀及特點火災自動報警系統(tǒng)作為重要的建筑自動消防設施，其技術進步性表現(xiàn)報警時間提前、報警可靠性提高、特殊場所火災的探測報警、報警系統(tǒng)網(wǎng)絡化、消防聯(lián)動控制智能化、消防通信網(wǎng)絡技術與計算機接警指揮管理等。在國外，現(xiàn)在的火災自動報警系統(tǒng)已達到智能型、全總線型和綜合型，系統(tǒng)一旦報警，馬上在顯示器上出現(xiàn)報警探測器的具體地址，一目了然。1.3火災報警器的發(fā)展趨勢面對人類社會經(jīng)濟與技術急速發(fā)展的時代，伴隨這電子、計算機、通訊和現(xiàn)代控制技術的迅速發(fā)展，現(xiàn)代火災自動報警應用技術發(fā)展趨勢正在向著全總線制、軟件編程、網(wǎng)絡化、智能化、多樣化、小型化、社區(qū)化、藍牙技術無線化、高靈敏化、綜合化等方面發(fā)展。針對當前火災自動報警系統(tǒng)存在的通訊協(xié)議不一致，系統(tǒng)誤報、漏報頻繁，智能化程度低，網(wǎng)絡化程度低、特殊惡劣環(huán)境的火災探測報警抗干擾等問題較為突出的現(xiàn)象，提出在符合國家消防規(guī)范的基礎下采用統(tǒng)一、標準、開放的通訊協(xié)議。2.系統(tǒng)總體方案的設計2.1煙霧報警器的結構和工作原理煙霧報警器是能夠檢測環(huán)境中的煙霧濃度，并具有報警功能的儀器。該報警系統(tǒng)的最基本組成部分應包括：信號采集及前置放大電路、模數(shù)轉換電路、單片機控制電路、字符顯示電路、聲光報警電路和安全保護電路等部分組成。報警器采用延時的工作方式，煙霧檢測報警器以單片機為控制核心，煙霧傳感器采集煙霧濃度信息，配合外圍電路構成煙霧報警系統(tǒng)。報警器系統(tǒng)結構如圖2-1。圖2-1可燃煙霧報警器系統(tǒng)結構框圖該系統(tǒng)的工作由煙霧信號采集及放大電路將集到的煙霧濃度信息轉化為放大的模擬電信號。模數(shù)轉換電路再將該模擬信號轉換成單片機可識別的數(shù)字信號后送入單片機。單片機對該數(shù)字信號進行處理，并對處理后的數(shù)據(jù)進行分析。當輸入A/D轉換器的放大信號不為零時，啟動報警電路。2.2煙霧傳感器的選型煙霧傳感器是測量裝置和控制系統(tǒng)的首要環(huán)節(jié)。而煙霧報警器的信號采集由煙霧傳感器負責。煙霧傳感器能夠將氣體的種類及其濃度有關的信息轉換為電信號，根據(jù)這些電信號的強弱就可以獲得與待測氣體在環(huán)境中存在的情況有關的信息，從而達到檢測、監(jiān)控、報警的功能。2.2.1煙霧傳感器的介紹煙霧傳感器是模擬傳感器。它能將空氣中的煙霧濃度變量轉換成有一定對應關系的輸出信號的裝置。煙霧傳感器就是通過監(jiān)測環(huán)境中煙霧的濃度來實現(xiàn)火災防范的。當煙霧探頭碰到煙霧或某些特定的氣體，煙霧探頭內(nèi)部阻值發(fā)生變化，產(chǎn)生一個模擬值，從而對其進行控制。2.2.2MQ-5半導體氣體煙霧傳感器MQ-5半導體傳感器是以清潔空氣中電導率較低的金屬氧化物二氧化錫(SnO2)為主體的N型半導體氣敏元件。當傳感器所處環(huán)境中存在可燃氣體時，傳感器的電導率隨空氣中可燃氣體濃度的增加而增大。圖2-2MQ-5半導體氣體煙霧傳感器結構2.3單片機的選型單片機是煙霧報警系統(tǒng)的心臟，用來接收火災型號并啟動報警裝置顯示和執(zhí)行相應的保護和消防動作。它們的功能、指令、管腳基本相同，主要差別在于ROM和RAM。8031、8032片內(nèi)無ROM，需要外擴程序存儲器；8051、8052為片內(nèi)掩膜ROM，供一次程序固化；8751、8752為光可擦片內(nèi)ROM，由于擦寫不方便，廠家生產(chǎn)家少；ATMEL89C51、89C52為Flash存儲器，擦寫方便，為市場流行主流品種。因此，測控系統(tǒng)中，使用ATMEL公司的89系列單片機是最理想的選擇，又在根據(jù)本設計對單片機在系能上、可靠性和性價比上，因此本設計采用單片機AT89C51型號。2.4A/D轉換器的選型將模擬信號轉換成數(shù)字信號的電路，稱為模數(shù)轉換器，簡稱A/D轉換器或ADC.A/D轉換器已成為信息系統(tǒng)中不可缺少的接口電路。編碼是將量化后的信號編碼成二進制代碼輸出。這些過程有些是合并進行的，例如，采樣和保持就利用一個電路連續(xù)完成，量化和編碼也是在轉換過程中同時實現(xiàn)的，且所用時間又是保持時間的一部分。所以兩者之間要進行信號轉換，那模塑轉換器是必不可少的，此設計選用ADC0809型號。3.系統(tǒng)的硬件設計3.1系統(tǒng)電源電路任何電子設備都需要穩(wěn)定的直流電源供電，直流穩(wěn)壓電源是將交流電壓轉換成穩(wěn)定的直流電壓的設備。一般直流電穩(wěn)壓電源是由電源變壓器、整流電路、濾波電路和穩(wěn)壓電路四部分組成。其組成方框圖如圖3-1所示。圖3-1直流穩(wěn)壓電源組成方框圖電源變壓器的作用是：改變電網(wǎng)的交流電壓的大小，將220V、50Hz的市電進行降壓，是變壓器的副邊輸出的交流電壓符合設計要求。以下是本設計所采用的電源電路圖3-2。圖3-2系統(tǒng)電源電路圖3.2AT89C51的時鐘電路和復位電路1.時鐘電路AT89C51單片機行騙內(nèi)部設有一個反向放大器構成的振蕩器，XTAL1和XTAL2分別為振蕩電路的輸入端和輸出端，時鐘可由內(nèi)部或外部生產(chǎn)，在XTALE1和XTAL2引腳上外接晶體振蕩器Y，內(nèi)部振蕩電路就會產(chǎn)生自激震蕩。時鐘電路如圖3-3所示。圖3-3時鐘電路和復位電路2.復位電路單片機有做多種復位電路，本系統(tǒng)采用自動復位（上電復位）與手動復位方式，電路如圖3-3所示。當上電時，C3充電，電源經(jīng)過電容器C3加到RESET引腳，是單片機復位；在正常工作時，按下復位鍵時單片機復位。3.3信號采集及前置放大電路如圖3-4所示，IC2A作為電壓跟隨器，通過滑動變阻器Rp2產(chǎn)生的參考電壓Vref接入IC2B的反相輸入端，輸出電壓V0通過電阻R22接到反相輸入端，由此組成查分比例運算電路。該電路的反饋組態(tài)為電壓串聯(lián)負反饋。圖3-4信號采集及前置放大電路圖3.4A/D轉換電路單片機與A/D的接口電路如圖3-5所示。圖3-5ADC0809與單片機的接口電路圖在單片機擴展連接ADC0809電路中，地址譯碼引腳A、B、C分別與地址總線的低三位A0,A1,A2相連，以選通IN0～IN7中的一路。轉換結束信號EOC經(jīng)反向后送到單片機的/INT0引腳，單片機讀取A/D轉換結果并將結果送P1端口顯示。3.5聲音報警及消音鍵電路電路通過三級管基極串聯(lián)一個電阻與單片機P2.3端口連接從而達到控制蜂鳴器是否報警。報警裝置采用電磁式無源蜂鳴器HC-12075-B，其參數(shù)特點如下表：系統(tǒng)設有一個消音按鍵，當報警器發(fā)出鳴叫時，用戶到達現(xiàn)場，可按下消音按鍵停止報警器鳴叫。若過一點時間濃度仍超出報警限，報警器會再次鳴叫提醒用戶。圖3-6聲音報警電路圖3-7消音按鍵連接電路3.6字符顯示電路報警器濃度等級顯示采用一個八段共陽極數(shù)碼管顯示。由于不顯示小數(shù)點，所以不接dp段。電路采用型號為CPS08011BR的光普牌LED共陽極數(shù)碼管。圖3-8數(shù)碼管字符顯示電路3.7狀態(tài)指示電路綠燈常亮表示正常狀態(tài)，環(huán)境中可燃煙霧濃度極低；黃燈閃爍表示傳感器連接故障或是線路接觸不良；紅燈閃爍表示環(huán)境中煙霧濃度超過報警最低預設值，提醒用戶盡快做出相應安全防范措施。圖3-9指示燈電路圖3.8安全保護電路在安全保護電路中，繼電器（電磁繼電器）是否動作是保護動作是否執(zhí)行的唯一條件。當被檢測到的現(xiàn)場煙霧濃度達到給定裝置所設定的報警預設值時，繼電器KA1動作，自動換氣風扇啟動。此時，單片機調用延時子程序，經(jīng)延時600s后，繼電器KA2動作，調節(jié)閥打開同時灑水滅火。圖3-10繼電路器連接及控制電路4.系統(tǒng)的軟件設計4.1系統(tǒng)主程序設計及流程圖主程序流程圖如下圖所示。首先要給傳感器預熱，因為QM-N5型半導體電阻式煙霧傳感器在不通電存放一段時間后，再次通電時，傳感器不能立即正常采集煙霧信息，需要一段時間預熱。圖4-1主程序流程圖在整個報警器系統(tǒng)工作中，AT89C51單片機對傳感器檢測的煙霧濃度信號進行信號放大、A/D轉換處理后，由單片機進行分析處理，判斷系統(tǒng)是否啟動聲光報警。主程序還包括LED八段式數(shù)碼管濃度字符顯示功能、消音按鍵功能、安全聯(lián)動裝置，中斷子程序等，使報警器功能更加完善，給用戶帶來便利。4.2主程序初始化流程圖主程序初始化流程圖如圖4-2所示。給傳感器預熱后，程序開始執(zhí)行初始化子程序，這部分實現(xiàn)的功能包括各種I/O口輸入輸出狀態(tài)的設定、寄存器初始化、中斷使能等。圖4-2主程序初始化流程圖4.3報警子程序設計及流程圖當放大后的信號不為零時，即煙霧濃度達到系統(tǒng)的報警預設值，對煙霧濃度進行快速重復檢測和延時報警，以區(qū)別出是管道中煙霧的泄漏，還是由于暫短打開閥門產(chǎn)生的可燃煙霧的微量散失，防止誤報。報警子程序流程圖如圖4-3所示。圖4-3報警子程序流程圖總結煙霧檢測報警器可保障生產(chǎn)與生活的安全，避免火災和爆炸事故以及煤氣中毒的發(fā)生，它是防火、防爆和安全生產(chǎn)所必須的儀器，具有廣闊的市場空間與發(fā)展前景。其中電子元件是其核心部分，那就是單片機。根據(jù)設計要求、使用環(huán)境、成本等因素，選用MQ-5型半導體電阻式煙霧傳感器，該傳感器是以對烷類煙霧為主的多種煙霧有良好敏感特性的廣譜型半導體敏感器件。這種傳感器有良好的靈敏度，能夠檢測多種可燃性氣體，十分適合應用在家庭的氣體泄漏報警器中。是一款便攜式氣體檢測器，非常適合多種應用的低成本傳感器。本文在對煙霧傳感器和報警技術進行深入研究的基礎上，詳細地闡述了基于單片機控制的煙霧報警器的設計目的和實現(xiàn)方法。通過系統(tǒng)方框圖、硬件電路圖和軟件流程圖的表示，全面、具體地闡述了系統(tǒng)中各個部分的原理和功能。設計報警系統(tǒng)能夠自動檢測管道的水壓，讓單片機控制調節(jié)閥的不同輸出實現(xiàn)出水量自由變化，若水壓不足就可以及時地通知用戶儲水，以免發(fā)生火災時措手不及等。參考文獻[1]謝敏.單片機應用技術.北京：機械工業(yè)出版社，2008.[2]何利民.單片機高級教程[M].北京：北京航空航天大學出版社，2006.[3]胡錦，蔡谷明，梁先宇.單片機技術使用教程.北京：高等教育出版社，2003.[4]胡長勝.單片機原理及應用.北京：高等教育出版社，2006.[5]王宗和.單片機實驗與綜合訓練.北京：高等教育出版社，2005.[6]李勛.單片機實用教程.北京：北京航空航天大學出版社，2000.[7]李曉瑩.傳感器與測試技術[M].北京：高等教育出版社,2004.[8]王桂榮.傳感器原理及應用[M].北京：中國電力出版社,2010.[9]王煜東.傳感器應用電路400例[M].北京：中國電力出版社,2008.[10]李朝青.單片機原理與接口技術[M].北京：航空航天大學出社,2009.致謝在此，由衷地感謝我的指導老師，從論文題目選擇、提綱擬定、內(nèi)容排版、到最后的論文敲定，整個論文的完成過程中始終給予我及時正確的指導和必要的督促；另外對答辯和評閱的各位老師表示感謝！附錄1#include<AT89C51.h>#defineuncharunsignedchar#defineuintunsignedintucharTem1,Tem2,Smok1,Smok2;ucharTem=3.6,Smok=4.6;//設定溫度煙霧報警閾值uchara,a1,a2,b,b1,b2;voidcaiji_wenyan();voiddelay_10ms(uinti);//程序聲明voidpanduan);voidbaojing();voidmain(){P10=0;P20=0;WR=1;RD=1;P0=0XFa;P23=1;P24=1;P25=1;P26=0;//初始化while(1)//主程序{caiji_wenyan();//第一次采集溫度煙霧信號Tem2=Tem1;Smok2=Smok1;delay_10ms(5);//延時50ms，讓ADC0809準備好第二次數(shù)據(jù)轉換caiji_wenyan();//第二次采集溫度煙霧信號panduan();//將轉換的數(shù)據(jù)與設定的報警閾值比較baojing();//報警程序delay_10ms(1500);//系統(tǒng)隔15s對現(xiàn)場判斷};}voidcaiji_wenyan(){P0=0XF8;