单片机的汽车汽车火灾报警系统模拟设计与实现论文

毕业设计论文题 目： 学校： 姓名： 老师： 联系方式： 2015月 1日 25日I摘 要随着现代汽车用量的增加，汽车汽车火灾发生的频率越来越高，汽车火灾报警器也随之被广泛的应用于各种场合。本设计是利用单片机结合传感器技术而开发设计的智能汽车火灾报警系统。设计目的是设计和实现一种分布式智能汽车火灾报警控制系统，实现系统软硬件的组成和实现。论文中主要针对智能汽车火灾报警器系统中的各个组成部件进行了介绍，对它的主控电路和外围设备电路之间的接口技术，还有软件方面进行了重点介绍。设计以 MCS-51 单片机为硬件核心实现智能汽车火灾报警系统的设计。文中选用 MQ-2 型半导体汽车火灾传感器实现汽车火灾的检测；选用 DS18B20 数字温度传感器实现温度的检测；使用 ADC0809 对 MQ-2 采集的模拟信号进行 A/D 转换，以便单片机处理。由于 ADC0809 的时钟信号通常为 500KHz，故而选用 74LS74 进行分频。单片机处理数据后，与设定的上限值进行比较，超过上限值时，发出指令，实现光报警，达到预期的效果。关键词：汽车火灾；单片机；报警器；传感器AbstractWith the modern family the use of fire, electricity consumption increases, households are more frequent fires, fire alarm also will be widely used in various applications. This design is the use of microcomputer with the sensor technology development and design of intelligent fire alarm system. Design purpose is to design and implementation of a distributed intelligent fire alarm control system, and the composition and realization of hardware and software. The main thesis of intelligent fire alarm system of the component parts have been introduced, its main control circuit and peripheral circuits interface between technology and software were also highlighted.Designed to MCS-51 microcontroller core for the hardware realization of intelligent fire alarm system. A selection MQ-2-type semiconductor Smoke Sensors detect smoke; optional digital temperature sensor DS18B20 Temperature measurement; use of the MQ-2 ADC0809 analog signals acquisition A / D converter for single chip processing. As the ADC0809 clock signal is usually 500KHz, Guer 74LS74 for frequency selection. MCU processing data, and set the upper limit comparison, over the limit, give directions, to achieve sound and light alarm, to achieve the desired results.Key words：Fire ， MCU，alarm apparatus，ADC0809，sensor目 录第 1 章 概 述 .11.1 汽车火灾报警技术的发展概况 .11.2 智能汽车火灾报警系统简介 .21.3 课题研究的意义 .3第 2 章 方案设计 .52.1 系统的主要功能及原理 .52.2 系统芯片的选择 .62.3 系统的结构原理框图 .9第 3 章 硬件模块设计 .103.1 单片机主控处理模块 .103.2 A/D 转换模块 .163.3 数据采集模块 .203.4 报警电路模块 .26第 4 章 系统软件设计 .284.1 编程 Keil 环境介绍 .284.2 系统软件设计 .29第 5 章 系统调试 .315.1 系统调试的步骤 .315.2 调试过程中遇到的问题及解决方法 .31结 论 .33参考文献 .34I致 谢 .350第 1 章 概 述近年来随着计算机在社会领域的渗透，单片机 1的应用正在不断地走向深入，同时带动传统控制检测日新月益得更新。在实时检测和自动控制的单片机应用系统中，单片机往往是作为一个核心部件来使用，仅单片机方面知识是不够的，还应根据具体硬件结构，以及针对具体应用对象特点的软件结合，以作完善。随着科学技术的不断发展，汽车火灾报警 2器因其具有体积小、功耗低、功能强、成本低等特点正在向各个领域渗透，在家用电器、安全保卫以及人们日常生活中广泛应用。 本文给出 STC89C51 单片机的工作原理，传感器 3与 ADC809和 C514的连接 5方式和单片机软件解码应用程序，并提供了对汽车火灾采集信号检测的应用程序。本文给出用软件方式实现汽车火灾报警的单片机程序，对于硬件电路，采集信号由 MQ-26和 DS18B20 完成，而接受部分则只需要在单片机系统中添加一个 A/D7芯片就可完成。1.1 汽车火灾报警技术的发展概况我国的汽车火灾自动报警控制系统经历了从无到有、从简单到复杂的发展过程，其智能化程度也越来越高。目前国内厂家多偏重用于大型仓库、商场、高级写字楼、宾馆等场所大型汽车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、成本较高。而在居民住宅区、机房、办公室等小型防火单位，需要设置一种单一或区域联网、廉价实用的智能汽车火灾报警装置，因此，研制一种结构简单、价格低廉的智能 8汽车火灾报警器是非常必要的。汽车火灾报警系统，从发展过程来看，大体可分为三个阶段:第一阶段为多线型汽车火灾自动报警系统，每个探测器除需提供两根电源线外，还需提供一根报警信号线，探测器电源由报警器提供，探测器的信号线均连接到报警显示盘上，报警时点亮相应的指示灯，如日本“日探”公司生产的 CPF汽车火灾报警系统。此类系统的功能一般以报警为主，辅以一些简单的联动功能(也为多线制)，如驱动蜂鸣器等，其报警器对外围探测器，无故障检测功能，只1会对电源线的断线作出故障反应，安装此类系统比较繁琐，特别是校线工作量较大。第二阶段为总线型汽车火灾自动报警系统，已采用微处理器控制。其线制一般有四线制、三线制、二线制。探测器和模块通过总线与控制器实现信号传送。其探测器的报警形式为开关量，它的灵敏度在制造时，通过硬件决定，不可调整。此类系统可通过各种模块对各联动设备实行较复杂的控制。此类系统已具有系统自检以及对外围器件的故障检验等功能，但对故障类型不能区分。目前国内生产的汽车火灾自动报警系统大多数为此类产品。由于此类产品具有先进的报警和控制功能，施工、安装较为方便，且价格较低，己被大量使用。第三阶段为智能型汽车火灾自动报警系统，由于采用了先进的计算机控制技术，智能化程度大大提高，探测器的报警形式采用模拟量，并可通过软件对其灵敏度根据使用场合、时间进行设定和调整，如可设定白天、夜间、休息日不同灵敏度。对探测器的使用环境参数变化较大的场所，灵敏度设定相对低一些，对环境较稳定或一些重要的场所，灵敏度设定相对高一些，这一功能可提高系统的稳定性及可靠性，减少误报。1.2 智能汽车火灾报警系统汽车火灾自动报警系统属于楼宇自动化范畴，是当前楼宇自动化的一个主要构成系统。其设置目的是为了防止和减少汽车火灾危害，保护人身和财产安全。汽车火灾报警技术是预防汽车火灾的一项基础工作，应用范围广泛。报警早，损失少，不仅对发生汽车火灾的单位和个人具有重要作用，而且对公安消防监督机构及时扑灭汽车火灾、减少人员伤亡和财产损失同样具有十分重要的现实意义。汽车火灾自动报警系统由触发器件、汽车火灾报警装置、汽车火灾警报装置及具有其他辅助功能的装置组成。随着电子技术和计算机技术的迅速发展，汽车火灾自动报警系统的结构、形式越来越灵活多样，很难精确划分为几种固定的模式。汽车火灾自动报警技术趋向于智能化系统，这种系统可组合成任何形式的汽车火灾自动报警网络形式，既可以是区域报警系统，又可以是集中报警系统或控制中心报警系统形式。所谓智能汽车火灾自动报警系统，应当是：使用探测器件 9将汽车火灾发生期间所产生的烟、温等信号以模拟量形式，连同外界相关的环境参数一起传送给2报警器，报警器再根据获取的数据及内部存储的大量数据，利用汽车火灾模型判据来判断汽车火灾是否存在，这样的系统称为智能汽车火灾自动报警系统。从传统型走向智能型，是国内外汽车火灾自动报警系统技术发展的必然趋势。智能型汽车火灾报警系统是一个集信号检测、传输、处理和控制于一体的控制系统，代表了当前汽车火灾报警系统的发展方向。随着科学技术的迅猛发展以及国内外经济的迅速增长，市场上迫切需要一种容量大、性能优越、可靠性高、便于安装、使用和维护的智能型汽车火灾报警控制系统。在本次设计中采用了感烟效果好、灵敏度高的 MQ-2 汽车火灾传感器和 DS18B20 数字温度传感器来完成设计要求。智能汽车火灾自动报警控制系统具有如下特点：（1）为全面有效地反映被监视环境的各种细微变化，智能系统采用了设有专用芯片的模拟量探测器，对汽车火灾和灰尘等影响实施自动补偿，同时有数字量的探测器，直接将采集的信号信息送入控制器进行自动处理，从而为实现各种智能特性、解决无灾误报和准确报警奠定了技术基础；（2）系统采用主从式网络结构，解决了对不同工程的适应性，又提高了运行的可靠性；（3）利用全总线计算机通信技术，既完成了总线报警，又实现了总线联动控制，彻底避免了控制输出与执行机构之间的长距离穿线布管，大大方便了系统布线设计和现场施工。（4）基于单片机的灵活性，可对整个系统进行扩展，实现更多的功能。1.3 课题研究的意义随着生产和生活的迅猛发展，消防安全显得越来越重要。本文就智能汽车火灾报警系统中探测器的选型及单片机联动设计方案的合理选择等问题，结合在实际工程中的应用，作初步探讨，供参考。伴随着科学技术的不断进步，智能汽车火灾报警系统必将得到更快的发展。智能汽车火灾报警控制器是一种能向汽车火灾探测器供电、接收、显示和传递汽车火灾报警等信号的报警装置，它是智能汽车火灾报警系统的重要组成部分。在智能汽车火灾报警系统中，汽车火灾探测器随时监视着周围环境的情况，是系统的“感觉器官” 。汽车火灾报警控制器则是该系统的“躯体” ， “大脑” ，是系统的核心。汽车火灾报警控制器担负着为汽车3火灾探测器提供稳定的工作电源;监视探测器及系统自身的工作状态:接受、转换、处理汽车火灾探测器输出的报警信号:进行声光报警；同时执行相应辅助控制等任务。4第 2 章 方案设计2.1 系统的主要功能及原理2.1.1 目的和要求本次设计是设计和实现一种分布式智能汽车火灾报警控制系统，实现系统软硬件的组成和实现。实时、准确报警和可靠的联动控制，使系统可靠性高、灵活性强、人机界面友好。设计成果能对室内汽车火灾(CO2，CO 10，甲烷等)及温度突变进行报警，汽车火灾和温度同时出现异常，则说明有汽车火灾，发出汽车火灾警报。通过设计熟悉 51 单片机的使用方法、ADC0809 和 DS18B20、MQ-2 传感器11等芯片的工作原理及其使用，并通过 Keil12编程往单片机上下载程序，进而实现对外接在单片机上的电路控制报警系统，驱动扬声器，达到预期效果。在智能汽车火灾报警系统设计过程中，根据设计要求编写程序，绘制 Protel13原理图来达到设计的最优化和理想化、实用化。2.1.2 系统的工作原理本文的智能汽车火灾报警系统 14的工作，首先，通过数据采集模块的 MQ-2汽车火灾传感器采集周围环境的汽车火灾浓度，经 A/D 转换送到单片机控制中心进行处