1、基于单片机的综合火灾报警系统学院：物理与机电工程学院 专业：电子信息工程 学号：202302324 姓名：刘振贵 指导老师：张士钱： 本系统采用AT89C51作为控制器，选用温度传感器DS18B20、烟雾传感器、红外敏感元件ST178P作为火灾探测的敏感元件，采用声光报警的方式，设计出可以应用于办公室、教室、家庭房屋等场所的简单实用的火灾探测报警器。单片机巡回检测温度、红外辐射、烟雾并显示温度，当以上任一项发生异常时系统判断具体是哪项异常，再发出相应的声光报警信号，只到异常被排除，系统自动停止报警关键字：单片机、DS18B20、ST178P、火灾报警目录 11 引言32报警器硬件设计 32.1
2、硬件组成32.2单片机控制模块32.2.1AT89C51的简介 32.2.2单片机接线42.3 数码显示电路42.4声光报警电路52.5烟雾检测模块52.6红外探测模块62.6.1LM339比拟器的使用简介62.6.2 ST178的工作原理62.7温度采集模块72.7.1 DS18B20简介 72.7.2 接线图82.8电源电路92.9主程序流程图103调试结果123.1 温度检测模块的功能调试123.2红外探测模块的功能调试133.3烟雾探测模块的功能调试 134设计总结13参考文献 13附页 14程序清单 141 引言：我国的火灾自动报警控制系统经历了从无到有、从简单到复杂的开展过程，其智
3、能化程度也越来越高，灵敏度也越来越高1。目前国内厂家多偏重用于大型仓库、商场、高级写字楼、宾馆等场所大型火灾报警系统的研发，他们采用集中区域报警控制方式，其系统复杂、本钱较高2。本系统那么主要应用于居民住宅、机房、办公室等场所的小型防火报警器。廉价实用且可在火灾发生的初期就检测到并且发出声光报警，同时可实时显示该场所的环境温度3。2报警器硬件设计 设计原理：单片机巡回检测温度、红外辐射、烟雾并显示温度，当以上三项任意两项或三项都同时发生异常时系统认为发生了火灾，发出声光报警信号，只到异常被排除，系统才自动停止报警。2.1硬件组成AT89C51控制模块温度采集模块红外检测模块烟雾探测模块声光报警
4、模块数码管显示模块 图2-1硬件组成 如图2-1，本系统主要由单片机控制模块、烟雾探测模块、温度采集模块、红外探测模块、数码管显示模块、声光报警模块、电源模块。2.2单片机控制模块 因本系统要求实时显示环境温度，涉及到一些计算及BCD转化的处理，同时考虑到功耗等问题，综合考虑后选择AT89C51作为本系统的中央控制器。 2.2.1AT89C51的简介AT89C51是一种带4K字节闪烁可编程可擦除只读存储器FPEROMFlash Programmable and Erasable Read Only Memory的低电压，高性能CMOS8位微处理器，俗称单片机。AT89C51是一种带2K字节闪烁
5、可编程可擦除只读存储器的单片机。单片机的可擦除只读存储器可以反复擦除100次。该器件采用ATMEL高密度非易失存储器制造技术制造，与工业标准的MCS-51指令集和输出管脚相兼容。由于将多功能8位CPU和闪烁存储器组合在单个芯片中，ATMEL的AT89C51是一种高效微控制器，AT89C51是它的一种精简版本。AT89C51单片机 为很多嵌入式控制系统提供了一种灵活性高且价廉的方案4。 2.2.2单片机接线 图2-2 单片机接线如图2-2所示P0口用于控制发光二极管，P1.0、P1.1作为数码显示的数据口和时钟。P1.2 接温度传感器DS18B20的数据脚，用于读入温度，P1.3接红外辐射的检测
6、口，当红外辐射大于常态时P1.3状态变为1，P1.4接烟雾传感器的检测口，当烟雾浓度大于常态时该口状态变为1， P1.5作为蜂鸣器的控制口，当发出声音报警是P1.5口输出一定频率的方波。20脚接地，40脚接电源，18、19接6MHZ晶振输入端，31脚接电源端。2.3 数码显示电路 图2-3 数码显示电路连接图本系统采用四个数码管来显示带一为小数位的温度，其接线如图2-3所示其中74LS164为移位存放器，数码管采用共阳接法。2.4声光报警电路因为本系统是应用在办公室、机房等小单位的防火场所，所已采用发光二及管电路及蜂鸣电路作为报警电路，其接线如图2-4所示 图2-4 声光报警电路2.5烟雾检测
7、模块离子感烟探测器和光电感烟探测器是目前工程中应用最广泛的两种火灾探测器。离子感烟探测器是利用放射性同位素目前普遍采用的是241Am衰变过程中放出的射线使电离室内的空气产生电离，使电离室在电子电路中呈现电阻特性。当烟雾进入电离室后，改变了空气电离的离子数，即改变了电离电流，也就相当于电离室的阻值发生了变化。根据电阻变化的大小识别烟雾量的大小，并判断是否发生火灾5。光电感烟探测器是利用火灾烟雾对光产生吸收和散射作用来探测火灾的一种装置。通过测量由于烟雾对光的吸收而产生的衰减作用来确定烟雾，从而探测火灾的探测器称为减光型光电感烟探测器。如果在光路以外的地方，通过测量烟雾对光的散射作用而产生的光能量
8、来确定烟雾从而探测火灾的探测器，称为散射型光电感烟探测器。本系统采用离子式感烟探测器，作为本系统的烟雾敏感元件。离子式感烟探测器的工作原理是：有两个电离室串联，构成等效于电阻串联的偏置电路。其中一个是根本不与外界相通的内电离室，另一个是与外界相通的外电离室，(即检测电离室)，两个电离室中均放入一片放射源镅24l(AM241)，不断地放射出粒子，使两室内的气体都被局部电离。当有烟雾进入外电离室，因烟雾颗粒吸附一局部离子，使外室的离子电流减小等效于它的电阻增大，分压电位增高。当烟雾到达检测的限定浓度时，那么电位增高到能触发开关电路(高电位触发型)而报警。该离子式感烟探测器型号SS-168，在市场上
9、可以买到，供电电压为9V，输出触发报警电路的高电平大约为3.2V，因此将该触发信号接至比拟器LM339的4脚作为比拟器正端，负端接1V电压，当无触发信号时比拟器输出端2脚输出底电平0V，当有触发报警信号时，比拟器输出5V的高电平，从而与单片机AT89C51的管脚电压相匹配。2.6红外探测模块2.6.1 LM339比拟器的使用简介由于LM339使用灵活，应用广泛，所以世界上各大IC生产厂、公司竟相推出自己的四比拟器，如IR2339、ANI339、SF339等，它们的参数根本一致，可互换使用6。LM339类似于增益不可调的运算放大器。每个比拟器有两个输入端和一个输出端。两个输入端一个称为同相输入端
10、，用“+表示，另一个称为反相输入端，用“-表示。用作比拟两个电压时，任意一个输入端加一个固定电压做参考电压也称为门限电平，它可选择LM339输入共模范围的任何一点，另一端加一个待比拟的信号电压。当“+端电压高于“-端时，输出管截止，相当于输出端开路。当“-端电压高于“+端时，输出管饱和，相当于输出端接低电位。两个输入端电压差异大于10mV就能确保输出能从一种状态可靠地转换到另一种状态，因此，把LM339用在弱信号检测等场合是比拟理想的。2.6.2 ST178的工作原理本系统的红外检测模块采用单光束反射取样式光电传感器ST178，该传感器是由南平旭光电子科技开发生产的主要应用于物体运动方向及正反
11、转转速、行程测量等。其在本系统中的应用原理是，光电传感器接收孔探测到火焰辐射的较强烈的红外线时，接收管导通输出一定的电压，辐射越强烈，那么3脚输出的电压也越大，应此把3脚接与比拟器LM339，当辐射到达一定时比拟器输出高电平，当在无红外辐射或辐射较少时，比拟器输出底电平，并且ST178对人体辐射的红外线波长不敏感，对火焰辐射的红外线可灵敏检测，价格实惠，因此本系统采用该传感器作为红外敏感元件。其电路接线如以下列图2-6所示,其中P1.3、P1.4接单片机的对应口，YL1接离子式烟雾传感器的报警触发信号口。 图2-6 ST178的接线图2.7 温度采集模块本系统要求要实时显示环境温度当温度高于常
12、态时作出声光报警，为了能够更准确更快速地采集到环境温度，采用温度传感器DS18B20作为温度敏感元件。2.7.1 DS18B20简介DS18B20、 DS1822 一线总线数字化温度传感器 同DS1820一样，DS18B20也 支持一线总线接口，测量温度范围为 -55C+125C，在-10+85C范围内,精度为0.5C。DS1822的精度较差为 2C 。现场温度直接以一线总线的数字方式传输，大大提高了系统的抗干扰性。适合于恶劣环境的现场温度测量，如：环境控制、设备或过程控制、测温类消费电子产品等。与前一代产品不同，新的产品支持3V5.5V的电压范围，使系统设计更灵活、方便。而且新一代产品更廉价，体积更小。 DS18B20、 DS1822 的特性 DS18B20可以程序设定912位的分辨率，精度为0.5C。可选更小的封装方式
