2015屆本科畢業設計
基於微控制器的倉庫火災報警系統設計
劉艷豔物理與電子資訊學院電子資訊科學與技術專業學號：110524068
指導老師：馬海燕
摘要：早期的火災報警系統是通過人的觀察，例如巡邏，當有人發現了火災時，就通過喊話或鳴銅鑼通知其他的人來滅火。隨著社會的進步，經濟的快速發展,倉庫的物資越來越多，火災報警迫在眉睫。
本設計採用智慧型化的火災報警系統，以at89c51微控制器作為系統的控制核心，結合外圍的煙霧感測器、溫度感測器，聲、光報警器、數碼管顯示器等電路，通過c語言程式設計，實現了對倉庫火情的監測與自動報警。基於微控制器的倉庫火災報警系統安全可靠，誤報率較低，操作較方便，成本較低。
關鍵詞：at89c51；火災；報警
the design of warehouse fire alarm system based on scm
liu yan-yan
college of physics and electronic information electronic information science and technology
no: 110524068
tutor: ma hai-yan
abstract：early fire alarm system is observed by people, such as patrol, when someone discovered fire, the other people on notice to the fire by shouting or beat gong. along with social progress, rapid economic development, more and more warehouse supplies, fire alarm imminent.
this design uses intelligent fire alarm system to at89c51 scm as the control system, combined with the periphery of the smoke sensors, temperature sensors, sound, light alarm, digital display and other circuit, through c language programming, a warehouse fire monitoring the situation with alarm. microcontroller-based warehouse fire alarm system is safe and reliable, low false alarm rate, the operation more convenient and low cost.
key words: at89c51; fire; alarm
目錄 摘要 1
1 引言 3
2 系統總體設計方案 3
2.1 系統的設計目標 4
2.2 系統的總體設計方案 4
3 主要元器件介紹 4
3.1 at89c51微控制器 5
3.2 感測器介紹 6
3.2.1 mq-2煙霧感測器 6
3.2.2 ds18b20溫度感測器 8
3.3 adc0832模數轉換器 8
4 系統硬體設計 9
4.1 微控制器最小系統 9
4.2 煙霧檢測電路 10
4.3 溫度檢測電路 11
4.4 煙霧濃度顯示電路 11
4.5 光報警電路 12
4.6 聲音報警電路 12
4.7 系統總電路圖 13
5 系統軟體設計 15
5.1 系統主流程圖 15
5.2 煙霧濃度處理流程圖 15
5.3 溫度採集流程圖 16
5.4 火災判斷與報警 17
6 pcb板圖設計 18
7 總結 19
參考文獻 20
附錄 21
1 引言
最早的火災報警系統是通過人的觀察，例如巡邏，當有人發現了火災時，就通過喊話或鳴銅鑼通知其他的人來滅火。隨著社會的進步，人們漸漸的研製出了高科技來預防火災的發生，節省了很多的人力物力。當發生火災的時候報警裝置發出報警訊號，人們就可以以最快的速度到達火災現場救火，以減輕損失，這就是火災報警的前身。
火災自動報警系統已有百餘年的發展歷史，19世紀40年代美國誕生的火災報警裝置標誌著火災自動報警系統首次進入人們的視野[1]。2023年在英國，感溫式火災探測器研製成功並應用於火災探測系統，標誌著火災自動報警系統的發展走上正軌[2]。此後，隨著世界科技取得了突飛猛進的進步和各種新興技術的出現和發展，火災監測技術也相應迅速發展，各種型別的火災探測器相繼問世，火災自動報警系統也在此基礎上蓬勃發展起來。
到20世紀80年代中後期開始，隨著計算機技術、控制技術、積體電路技術、感測器技術及智慧型技術的快速發展，火災自動報警系統步入智慧型化時代，各種智慧型的火災自動報警系統相繼出現，模擬量可定址技術的應用使得火災報警系統的安全性、精準性和智慧型性有了很大提高,在火災自動報警系統發展史上具有里程碑的意義[3]。
我國火災報警系統起步較晚，從20世紀70年代才開始研製生產這類產品。自改革開放以來，高層建築甚至超高層建築如同雨後春筍般蓬勃發展，使得火災自動報警系統的需求量迅速增加，同時也加速了火災自動報警系統的技術創新，帶動了這一行業的發展。隨著我國經濟的快速發展，如今的物資水平豐富，倉庫的火災報警迫在眉睫。
我國火災自動報警系統的研發，生產和應用等方面不斷地吸引了社會各界的人力、物力、財力和科技的投入,並取得了令人矚目的成就。
目前倉庫應實現智慧型化要求，其中包括實行安全防範系統自動化監控管理；倉庫的火災、有害氣體洩漏實行自動報警；火災報警系統應是以菸、溫及可燃氣體等探測器為主體。本設計採用at89c51微控制器為控制核心，配合外圍電路，利用煙霧感測器、溫度感測器、a/d轉換器和聲、光報警電路、顯示電路，可實現對火災的自動報警。該系安全可靠，誤報率較低，操作較方便，成本較低，還可用於住宅，小區，宿舍，辦公樓等場所。
2 系統總體設計方案
2.1 系統的設計目標
基於微控制器的倉庫火災報警系統設計一般由感測器、火災警報裝置及具有其它輔助功能的裝置組成的。它應能在火災初期，將燃燒時產生的煙霧、熱量以及光輻射等物理量，通過感溫、感煙等火災探測器變成電訊號，傳輸到火災報警的控制器，進行報警[4]。溫度感測器把溫度訊號（數字形式）傳送給微控制器，煙霧濃度訊號是模擬訊號，必須轉換成數碼訊號傳送給微控制器。
微控制器數碼訊號濾波處理和資料分析之後判斷是否大於或等於預設值，即臨界溫度報警或煙塵濃度。如果溫度或煙霧濃度大則觸發報警電路，開始發出報警，則顯示非正常狀態，否則這是乙個正常的狀態。
2.2 系統的總體設計方案
基於微控制器的倉庫火災報警系統設計，由微控制器、微控制器最小系統、感測器、顯示器和報警模組組成。由於at89c51微控制器不具有模數轉換功能，所以煙霧感測器必須將煙霧濃度訊號（模擬形式）通過a/d轉換器轉換成數字形式，溫度感測器將溫度訊號（數字形式）傳送給微控制器。微控制器數碼訊號濾波處理和資料分析之後判斷是否大於或等於預設值，如果煙霧濃度或溫度大於預設值則觸發報警電路，發出聲、光報警。
基於微控制器的倉庫防火報警系統原理框圖如圖1所示。
圖1 基於微控制器的倉庫防火報警系統原理框圖
3 主要元器件介紹
3.1 at89c51微控制器
自動報警系統的核心器件是微控制器，它是整個系統的「心臟」，由它來接收報警訊號並控制、協調各功能模組的正常工作。市面上有很多種類的微控制器，在該設計中可使用at89c2051、stc89c51、at89s51和凌陽公司生產的16位微控制器等。在選擇微控制器的時候要考慮許多因素，一般來說在選取微控制器時從下面幾個方面考慮：
效能、儲存器、執行速度、i/o口、定時/計數器、序列介面、模擬電路功能、工作電壓、功耗、封裝形式、抗干擾性、保密性。考慮到系統的功能和經濟性等因素，採用的是40引腳的at89c51系列微控制器，作為核心控制cpu。由atmel公司生產的mcs-51系列微控制器at89c51型號微控制器是一種低功耗、高效能的8位cmos微型處理器晶元。
片內帶有4kb的eeprom程式儲存器，與工業標準的89c51指令相容。at89c51微控制器引腳圖如圖2所示：
圖2 at89c51微控制器引腳圖
at89c51微控制器主要的工作特性[5]：
（1）內含4kb的flash儲存器，擦寫次數1000次；
（2）內含節的ram；
（3）具有32根可程式設計i/o線；
（4）具有2個16位可程式設計定時器；
（5）具有5個中斷源、2級優先權的中斷結構；
（6）具有1個全雙工的可程式設計序列通訊介面；
（7）具有1個資料指標dptr；
（8）兩種低功耗工作模式，即空閒模式和掉電模式；
（9）具有可程式設計的3級程式鎖定位；
（10）at89c51的工作電源電壓為5（1+0.2）v典型值為5v；
（11）at89c51最高工作頻率為24mhz。
3.2 感測器介紹
為了能及時有效地發現火災，必須做好關鍵的第一步，即火災感測器的選擇。經過對火災發展的過程分析，發現火災一般有3個階段，即早期火災的陰燃、中期溫度上公升階段和後期發光**階段。若火災在陰燃階段，會產生大量的煙、少量的熱和很少量的光輻射；中期上公升階段宜採用溫度感測器；如果火勢進一步發展，就會產生很強的光輻射，此時宜採用感光感測器進行監測[6]。
其中煙霧感測器不僅可探測一般火情，對陰燃火的探測效果較好，主要用於火情早期各種燃燒的煙霧顆粒進行探測，這一點就彌補了溫度感測器對陰燃火不敏感，響應速度慢以及不能區分是火災的熱還是環境或人為因素的熱等缺點。可以探知早期火災煙霧中的可燃氣體濃度，這樣就大大降低了各種環境因素的干擾，提高了報警的可信度。在倉庫的火災報警系統設計中只**早期和中期火災的報警系統，採用感煙、感溫感測器相結合的方式。
3.2.1 mq-2煙霧感測器
基於微控制器的倉庫防火報警系統採用的是二氧化錫半導體氣敏材料的感測器，型號為mq-2，這種感測器是n型半導體表面離子式。mq-2煙霧感測器所使用的氣敏材料是在清潔空氣中電導率較低的二氧化錫(sno2)。給感測器乙個預熱電源（五伏直流電源），但溫度加熱到200~300℃溫度時候，空氣中的氧氣被二氧化錫所吸附，氧氣變成負離子吸附在表面，這樣半導體中的電子就會減少，從而導電能力減弱，使電阻值增加。
是利用這一點把煙霧的濃度的資訊轉化成電訊號，當感測器所處環境中存在可燃氣體時，煙霧的濃度越大，電阻率就會變小電阻就減小，導電率上公升。mq－2煙霧感測器可檢測出多種可燃性氣體，尤其對液化氣、丙烷和氫氣的靈敏度高，對天然氣和其他可燃蒸汽的檢測也很理想，是一款適合多種應用的低成本感測器,其顯著的優點是在較寬的濃度範圍內對可燃氣體有良好的靈敏度[6]。mq-2煙霧感測器實物圖及引腳圖如圖3所示。
基於微控制器溫測系統
1 wire 網路具有嚴謹的控制結構，其結構如圖2.8所示，一般通過雙絞線與 1 wire 元件進行資料通訊，它們通常被定義為漏極開路端點，主 從式多點結構，而且一般都在主機端接上乙個上拉電阻 5v 電源。通常為了給 1 wire 裝置提供足夠的電源，需要乙個 mosfet 管將 1 wire 匯流...
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