火灾报警系统

1、安徽工程大学机电学院电子设计大赛 安徽工程大学机电学院电子设计大赛技术报告专 业: 电子信息工程队伍名称: 电信梦之队设计项目： 火灾报警系统参赛队员： 王徐庆 杨青 左忠武 仇夏莉 火灾报警系统 摘 要火灾自动报警系统是由触发装置、火灾报警装置、火灾警报装置以及具有其它辅助功能装置组成的，它能将燃烧产生的烟雾、热量、火焰等物理量，通过火灾探测器变成电信号，传输到火灾报警控制器，并同时显示出火灾发生的部位、时间等，使人们能够及时发现火灾，并及时采取有效措施，扑灭初期火灾，最大限度的减少因火灾造成的生命和财产的损失，是人们同火灾做斗争的有力工具。本系统采用AT89C51作为控制器，选用温度传感器

2、DS18B20、可燃气体传感器MQ-2作为火灾探测的敏感元件。采用声光报警的方式，设计出可以应用于家庭房屋、工厂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、浓度并显示数据。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，直到异常被排除，系统自动停止报警。关键词: 单片机；温度传感器；气体传感器；声光报警 目 录1 设计背景及设计思路42 系统硬件设计与实现52.1 系统结构示意图52.2 主要模块介绍62.2.1单片机最小系统62.2.2 蜂鸣器的工作原理. 72.2.3 MQ-2系列模块 8 2.2.4温度传感器10 2.3芯片介绍 11 2.3.1关于AT

3、89C51112.3.2数码管显示电路122.3.3四线双极性步进电机133 流程图153.1 主程序流程图153.2 系统流程图 164 软件系统设计164.1 开发环境介绍164.2 程序调试过程175 性能测试与分析235.1 性能可实现的功能235.2成品实物展示246 体会与前景 246.1 体会 246.2 项目前景25参考文献26附录27附录1系统电路图27附录2元器件清单28 1设计背景及设计思路火灾是可燃物在时间或空间上失去控制的燃烧所造成的灾害，是威胁公众安全和社会发展的主要灾害之一。火，在给人类带来文明进步、光明和温暖的同时也在其失去控制之时给人类造成了巨大的灾难。据统计

4、，我国70年代火灾平均损失不到2.5亿元，80年代火灾平均损失接近3.2亿元。进入90年代，特别是1993年以来，火灾造成的直接损失上升到年均十几亿元，年均死亡2000多人。 严峻的事实证明，随着社会和经济的发展，社会财富日益增加，火灾给人类、社会和自然造成的危害范围不断扩大，它不仅毁坏物质财产，造成社会秩序的混乱，还直接威胁生命安全，给人们的心灵造成极大的伤害。残酷的现实让人们逐渐认识到监控预警和消防工作的重要性，良好的监控系统和及时的报警机制可以大大降低人员的上网，为社会减少不必要的损失。 随着电子产品在人类生活中的使用越来越广泛，由此引起的火灾也越来越多，在我们生活的四周到处潜伏着火灾隐

5、患。智能化火灾报警系统已并非传统意义上的简单的报警设备，而是融入了计算机技术、电子技术、自动控制技术、传感器的应用等各领域知识。伴随着科学技术的不断进步，火灾报警系统必将得到更快的发展。采用气体传感器、温度传感器、AT89C51单片机以及LED显示灯模块设计了一种智能火灾报警器，可以实现声光报警、浓度显示、温度显示，报警限值设置。是一种结构简单、性能稳定、使用方便、价格低廉、智能化的火灾报警器，具有一定的实用价值。 我们团队制作的火灾报警系统该系统是采用ATMEL公司的AT89C51单片机作为处理器，主要完成以下工作： (1) 基于AT89C51的火灾报警检测设计方案。 (2) 温度传感器DS

6、18B20、气体传感器MQ-2、A/D转换芯片ADC0809与单片机的接口电路设计。 (3) LED数码管驱动芯片ICM7218A与单片机的接口电路及其与数码管的硬件连接。 (4) 设计主要软件程序模块，完成软件设计。2系统硬件设计与实现2.1系统结构示意图智能火灾报警系统的工作，首先通过周围温度采集，经A/D转换送到单片机控制中心，经过信息处理，转化为C51单片机能够处理的数字量。在STC90C51单片机中，采集并经过处理的数据要与系统所规定的相关上限值进行比较，如果超出了上限值，则说明周围环境异常，要报警，以便人们的正常生活和工作。把信息综合处理，根据实际的需要以及现场的环境，来发现和识别

7、报警，构成智能化的监控系统，提高了系统工作的可靠性。此系统的总体模块框图如下：2.2主要模块介绍2.2.1 单片机最小系统国产宏晶STC单片机以其低功耗、廉价、稳定性能，占据着国内51单片机较大市场。所以我们选用STC单片机系列。单片机最小系统，或者称为最小应用系统，是指用最少的元件组成的单片机可以工作的系统。对51系列单片机的最小系统一般包括：单片机、晶振电路、复位电路。复位电路：当单片机系统在程序运行中，受到环境干扰出现程序跑飞的时候，按下复位按键内部的程序自动从头开始执行。电路图如下：晶振电路：振荡器产生时钟信号，电路图如下2.2.2蜂鸣器工作原理 蜂鸣器的发声原理由震动装置和谐振装置组

8、成，而蜂鸣器又分为无源他激励型与有源自激励型。无源他激励型蜂鸣器的工作发生原理是：方波信号输入谐振装置转换为声音信号输出，无源他激励型蜂鸣器的工作原理为：直流电源输入经过振荡系统的放大取样电路在谐振装置作用下产生声音信号，有源自激励型蜂鸣器的工作原理图如下： 2.2.3 MQ-2系列模块一 、模块描述1 可以用于家庭和工厂的气体泄漏监测装置， 适宜于液化气、 丁烷、 丙烷、 甲烷 、酒精、烟雾等的探测；2 灵敏度可调（图中蓝色数字电位器调节）3 工作电压 5V 使用前供电预热 2 分钟以上传感器稍微发烫属于正常现象;4 输出形式 a 模拟量电压输出b 数字开关量输出（0 和 1）5 设有固定螺

9、栓孔，方便安装6 小板 PCB 尺寸：4.5cm * 1.8cm二 、 模块接口说明（4 4 4 4 线制）1 VCC 5V 工作电压2 GND 外接 GND3 DO 小板数字开关输出接口（0 和 1）4 AO 小板模拟量输出接口三、 使用说明1 MQ-2 传感器模块对环境液化气、丁烷、丙烷、甲烷、酒精、烟雾等较敏感。2 模块在无上述气体影响或者气体浓度未超过设定阈值时，数字接口 DO 口输出高电平，模拟接口 A0 电压基本为 0v 左右，当气体影响超过设定阈值时，模块数字接口 D0 输出低电平，模拟接口 A0 输出的电压会随着气体的影响慢慢增大；3 小板数字量输出 D0 可以与单片机直接相连

10、，通过单片机来检测高低电平，由此来检测环境气体；4 小板数字量输出 DO 可以直接驱动本店继电器模块，由此可以组成一个气体开关；5 小板数字量输出 DO 可以直接驱动本店有源蜂鸣器模块，由此可以组成一个气体报警器；6 小板模拟量输出 AO 可以和本店 AD 模块相连，通过 AD 转换，可以获得环境气体浓度精准的数值；四 、测试说明接线说明：模块 VCC 接开发板 VCC模块 GND 接开发板 GND接好 VCC 和 GND，模块电源指示灯会亮2 MQ-2 传感器 模块使用说明将模块放置有无上述气体处，调节板上蓝色电位器，直到板上开关指示灯亮， 然后慢慢回调，直到开关指示灯灭。然后将模块放入有上

11、述气体的环境中，会发现模块上的开关指示灯会亮，这个现象就是说明，上述气体可以触发模块，从而使开关指示灯点亮。另外 资料里面附带一个 51 程序，用来检测 MQ2 模块数字接口D0 的高低电平具体说明如下：接线：模块 VCC 接开发板 VCC模块 GND 接开发板 GND模块 D0 接开发板 P0.1单片机：STC89C52串口发送数据波特率：9600现象：模块有气体触发，串口不断发送 01，同时开关指示灯亮；模块无气体触发，串口不发送数据，同时开关指示灯灭MQ-2模块电路图2.2.4温度传感器DS18B20数字温度传感器（1）适应电压范围更宽，电压范围：3.05.6v，在寄生电源方式下可由数据

12、线供电。（2）独特的单线接口方式，DS18B20在与微处理器连接时仅需要一条口线即可实现微处理器与DS18B20的双向通讯。（3）DS18B20支持多点组网功能，多个DS18B20可以并联在唯一的三线上，实现组网多点测温。（4）DS18B20在使用中不需要任何外围元件，全部传感元件及转换电路集成在形如一只三极管的集成电路内。 DS18B20的引脚GND:接地管脚 DQ：数字量的输入和输出 VDD：可选的+5v电源。温度传感器模块如上图2.3芯片介绍2.3.1关于AT89C51本设计的控制芯片使用的是ATMEL公司生产的AT89C51，AT89C51是一种带4K字节闪烁可编程可擦除只读存储器（F

13、PEROM）和128字节的随机存取数据存储器（RAM）的低电压，高性能CMOS8位微处理器，俗称单片机。AT89C51是一个低功耗高性能单片机，片内置通用8位中央处理器（CPU）和Flash存储单元，可灵活应用于各种控制领域。40个引脚，32个外部双向输入/输出（I/O）端口，同时内含2个外中断口，2个16位可编程定时计数器,2个全双工串行通信口。AT89C51的引脚图如图3-1所示。芯片可以按照常规方法进行编程，也可以在线编程，其将通用的微处理器和Flash存储器结合在一起，特别是可反复擦写的Flash存储器可有效地降低开发成本。图3-1 AT89C51的引脚图 2.3.2数码管显示电路可燃

14、气体浓度数据采集进来并被成功地由模拟量转化为数字量后，经过计算公式后转换为LEL%形式，而从DS18B20出来的温度数据直接为十进制温度，两组数据被传送到系统的显示模块。让人们更直接地观察到相关数据。在本系统中，对LED进行的是动态扫描，除了给显示器提供段的输入之外，还要对显示器进行位控制。显示器的前四位显示的是温度，而后四位则显示可燃气体LEL%浓度值。 我们的系统显示用的8位8段数码管由数码管专用驱动芯片ICM7218A驱动，27、3、1、25、2、24、26、4脚分别接数码管的a、b、c、d、e、f、g、dp，15、16、23、20、17、22、21、18脚为位选，分别控制8位数码管的亮

15、灭，ID07为数据线，接单片机P1口，WRITE、MODE是写控制位和模式控制位，分别接单片机P3.6、P0.0。其电路图如下图所示2.3.3四线双极性步进电机一般双极性四线步进电机线序是 A B A/ B/, 其中A 与A/是 一个线圈，B和B/是一个线圈，一般这种驱动需要的是H桥电路，这里就不必介绍H桥了。下面介绍一下H双极性四线步进电机驱动相序：1.单相四拍通电驱动时序 正转： A/ B A B/ 反转： B/ A B A/2.双相通电四拍驱动时序 正转：A/B AB AB/ A/B/ 反转：A/B/ AB/ AB A/B3.半步八拍驱动时序 正转：A/ A/B B AB A AB/ B

16、/ A/B/ 反转：A/B/ B/ AB/ A AB B A/B A/原理图如下:3程序流程图3.1主程序流程图 3.2系统流程图温度显示STC89C51单片机A/D转换放大电路温度传感器蜂鸣器电源模块微型水泵4软件系统的设计4.1开发环境介绍 程序的开发环境是在keil软件的使用下进行的，包括源程序的编写、编译和链接，并最终生成可执行文件。 Keil软件是面对单片机学习者的CPU的单片机嵌入式应用开发软件。设计中的调试和使用是建立在普中烧录软件的基础上进行的。利用keil软件生成hex文件利用普中烧录软件导入到单片机开发板中，显示最终的一系列结果。开发软件界面4.2程序代码调试#includ

17、e<reg51.h>#include< intrins.h>#include< absacc.h> #include"lcd.h"#include"temp.h"#define uchar unsigned char#define uint unsigned intunsigned char date;void Initial_com(void);void BEEP();void airwarn();unsigned char code table="warning"sbit P3_3 =P33;s

18、bit Beep = P32; /接蜂鸣器sbit P3_1 = P31;sbit key1=P01;void LcdDisplay(int);void delay2(uint z) uint i,j; for(i=z;i>0;i-) for(j=110;j>0;j-); void Delay(unsigned int I char j,a; for(i; i > 0; i-)for(a=38;a>0;a-) for(j = 138; j > 0; j-); void main() P1=0x00;LcdInit(); /初始化LCD1602LcdWriteCom

19、(0x88);/写地址 80表示初始地址LcdWriteData('C'); while(1)LcdDisplay(Ds18b20ReadTemp();/Delay1ms(1000);/1s钟刷一次 if(P3_3=airwarn(); void LcdDisplay(int temp) /lcd显示/unsigned int k; unsigned int i; unsigned char datas = 0, 0, 0, 0, 0; /定义数组float tp; if( temp< 0)/当温度值为负数LcdWriteCom(0x80);/写地址 80表示初始地址 L

20、cdWriteData('-'); /显示负/因为读取的温度是实际温度的补码，所以减1，再取反求出原码temp=temp-1;temp=temp;tp=temp;temp=tp*0.0625*100+0.5; /留两个小数点就*100，+0.5是四舍五入，因为C语言浮点数转换为整型的时候把小数点 /后面的数自动去掉，不管是否大于0.5，而+0.5之后大于0.5的就是进1了，小于0.5的就 /算由?.5，还是在小数点后面。else LcdWriteCom(0x80);/写地址 80表示初始地址 LcdWriteData('+'); /显示正tp=temp;/因为数

21、据处理有小数点所以将温度赋给一个浮点型变量/如果温度是正的那么，那么正数的原码就是补码它本身temp=tp*0.0625*100+0.5;/留两个小数点就*100，+0.5是四舍五入，因为C语言浮点数转换为整型的时候把小数点/后面的数自动去掉，不管是否大于0.5，而+0.5之后大于0.5的就是进1了，小于0.5的就/算加上0.5，还是在小数点后面。datas0 = temp / 10000;datas1 = temp % 10000 / 1000;datas2 = temp % 1000 / 100;datas3 = temp % 100 / 10;datas4 = temp % 10;if(

22、datas1>=2) Delay(100); if(datas1>=3&&datas2>=2) /Delay(100); BEEP(); P3_1 =1; for(i=0x40;i<0x47;i+) LcdWriteCom(0x83+i); LcdWriteData(tablei-0x40); /百位 else for(i=0x40;i<0x47;i+) LcdWriteCom(0x83+i); LcdWriteData(' '); /百位 LcdWriteCom(0x82); /写地址 80表示初始地址LcdWriteData(&

23、#39;0'+datas0); /百位LcdWriteCom(0x83); /写地址 80表示初始地址LcdWriteData('0'+datas1); /十位LcdWriteCom(0x84); /写地址 80表示初始地址LcdWriteData('0'+datas2); /个位 LcdWriteCom(0x85); /写地址 80表示初始地址LcdWriteData('.'); /显示 .LcdWriteCom(0x86); /写地址 80表示初始地址LcdWriteData('0'+datas3); /显示小数点 L

24、cdWriteCom(0x87); /写地址 80表示初始地址LcdWriteData('0'+datas4);void BEEP()unsigned char y;for(y=1000;y>0;y-)Delay(1);Beep=1; Delay(1);Beep=0;P3_1 =0 void Initial_com(void) EA=1; /开总中断 ES=1; /允许串口中断 ET1=1; /允许定时器T1的中断 TMOD=0x20; /定时器T1，在方式2中断产生波特率 PCON=0x00; /SMOD=0 SCON=0x50; / 方式1 由定时器控制 TH1=0x

25、fd; /波特率设置为9600 TL1=0xfd; TR1=1; /开定时器T1运行控制位void airwarn() unsigned int i; Initial_com(); BEEP(); if(key1=0)delay2(1); /消抖动if(key1=0) /确认触发SBUF=0X01;delay2(200);for(i=0x40;i<0x47;i+) LcdWriteCom(0x83+i); LcdWriteData(tablei-0x40); /百位 delay2(200); if(RI) date=SBUF; /单片机接受SBUF=date; /单片机发送RI=0; /

26、 delay2(200); /* for(i=0x40;i<0x47;i+) LcdWriteCom(0x83+i); LcdWriteData(' '); /百位 */P3_1 =1;5.1性能可实现的功能 到遇到火灾时，温度传感器感应温度，当达到预定温度时，数码管上显示温度，蜂鸣器响起，同时LED显示有火灾显示。交通灯模块的红灯报警显示。此时给水泵一个高电压，使得水泵向火灾源处供水，浇灭火灾。5.2成品实物展示6.1体会与前景6.1设计体会对于火灾报警器电路的设计，在开始做的时候会感到很迷茫，不知从何下手，此次火灾报警电路设计让我得到多方面的锻炼。一使我对模拟电子技术

27、专业知识有了进一步的掌握并熟悉了更多电子仪器的使用方法，掌握电子电路的测试方法，了解常用电子器件的类型和特性，同时掌握如何合理选用电子器件的原则。应用知识更为得心应手，熟练自如。有了更多对模拟电子技术综合性训练的机会。也通过实用型模拟电子电路设计、安装、调试等各环节，培养了我运用课程中所学的理论与实践紧密结合，独立的解决实际问题的能力。当你真正愿意花时间去研究它的时候，它会变得很简单，因此，我们在以后的学习中，生活中，我会尽量养成勤于思考，勤于动手，不怕困难的好习惯，我们在平时要注意理论与实际的关系。6.2项目前景二十一世纪是网络化时代，在计算机技术、微电子技术和网络技术的迅速发展下，火灾探测报警技术的更新变化也非常明显，总体