基于单片机的智能火灾报警系统毕业论文

摘

要科学技术的飞速发展与进步给人们的生活带来了前所未有的便利，如电力技术的迅猛发展与应用，合成材料的诞生，新能源的不断涌现，自动化程度的不断提高等等，使人们的衣食住行条件得到了极大的改善。然而其负面的作用也随之凸显出来，如液化石油气，各种电子产品，易燃装饰材料等我们身边经常接触到的一些普通生活用品，为火灾的发生埋下了巨大的隐患，人们在享受科技带来的便利之外无时不在受到潜在的火灾的威胁。所谓水火无情，为了避免火灾以及减少火灾造成的损失，让人们的生活更加安宁，残酷的现实以及触目惊心的教训要求我们必须设计和完善火灾自动报警系统，提高火灾的预警与早期处理水平，将火灾消灭在萌芽状态，最大限度地减少社会财富的损失。基于此，本文从生活中的实际情况着手，设计了一种适用于多种公共场所的基于单片机的火灾智能报警系统。该火灾报警系统是以AT89C51单片机作为控制中心，接受、处理火灾探测器输出的烟雾浓度信号、温度信号，并进行声光报警。它通过不断的向现场发射巡检信号来监视现场的温度、烟雾浓度等，并不断反馈给报警控制器，控制器将接到的信号与内存的正常整定值比较、判断确定是否有火灾的发生。当现场烟雾或者温度发生异常，或者发生火灾时，可实现声光报警、烟雾浓度、温度报警限设置、故障自诊断、延时报警等，是一种结构简单、性能稳定、使用方便、价格低廉、智能化的烟雾传感器，具有一定的实用价值。关键词：AT89C51单片机，智能报警，传感器，控制器

AbstractTherapiddevelopmentandprogressofscienceandtechnologyhasbroughtunprecedentedconveniencetopeople'slife,astherapiddevelopmentofelectrictechnologyandapplicationofcompositematerials,theconstantlyemergingofthenewenergy,theconstantimprovementofthedegreeofautomation,etc.makepeople'sfoodandclothinglivelineconditionsimprovedgreatly.However,itsnegativeeffectalsostandsout,someordinaryarticlesfordailyusesuchasliquefiedpetroleumgas(LPG),allkindsofelectronicproducts,flammabledecorativematerialsaroundus,buriedthehugehiddentroubleforthebeginningofthefire,peopleenjoyingtheconveniencefromtechnologyconstantlyunderthethreatofpotentialfire.So-calledwaterruthless,inordertoavoidfireandreducefirelosses,makepeople'slifemorepeaceful,theharshrealityandshockinglessonrequiresustodesignandimprovetheautomaticfirealarmsystemandimprovetheleveloffireearlywarningandhandling,whichwillmakeafireinthebud,tominimizethelossofwealthofsociety.Basedonthis,thistextsetaboutfromtheactualsituationinlife,wedesignakindofintelligentfiredetectionandalarmsystem

suitableforavarietyofpublicplacesofbasedonsinglechipmicrocomputer.ThefirealarmsystembasedonAT89C51asthecontrolcenter,acceptsandtreatsthesignalof

smokeconcentrationandtemperatureofthesmokefiredetector,

alarmingwithsoundandlight.Throughsendinginspectionsignaltothesiteinspection,itmonitorsthetemperatureandsmokeconcentration,andconstantlyfeedbackstoalarmcontroller,thecontrollerwillreceivethesignalcomparedwiththenormalsettingvalueofthememoryandjudgmentwhetherthereisafirehappening.Whenthesmoketemperatureanomalies,orthereisafire,itcanrealizesoundandlightalarm,thesettingofsmokeconcentrationandtemperaturealarmlimit,faultself-diagnosis,delayedalarm,etc.It'sakindofintelligentsmokesensor,whichhascertainpracticalvalue,withthesimplestructure,stableperformance,convenientusing,lowcosting,andsoon.Keywords:AT89C51singlechipmicrocomputer,Intelligentalarm,Sensor,Controller

目

录1绪论1.1选题的背景及意义1.2国内外发展状况和现状1.2.1火灾报警系统发展历程1.2.2国内外火灾报警系统的发展现状2火灾报警系统及其整体方案设计2.1火灾发生时的特点2.2火灾报警系统功能及其类型2.3本系统的总体方案设计2.3.1本设计的研究范围2.3.2系统的硬件总体结构2.3.3系统软件总体结构3系统的硬件选择与设计3.1主要芯片的选择3.1.1单片机的选择3.1.2模数转换芯片的选择3.2传感器的选择3.2.1火灾探测器的分类3.2.2温度探测器的选定3.2.3烟雾传感器的选择3.3各电路模块的设计3.3.1单片机外围接口电路3.3.2A/D转换电路3.3.3烟雾信号调理电路3.3.4光报警电路3.3.5声报警电路3.3.6报警器故障自诊断4火灾报警系统的软件设计4.1软件开发环境4.2火灾报警系统程序设计4.2.1主程序流程图4.2.2主程序初始化流程图4.2.3数据采集子程序4.2.4火灾判断与报警程序4.2.5滤波子程序5功能仿真验证分析5.1关于仿真与编程软件5.2Protues仿真原理图6总结与展望6.1总结6.2展望致

谢参考文献附

录1绪论1.1选题的背景及意义在各种灾害中，火灾是最经常、最普遍地威胁到公众安全和社会发展的主要灾害之一。它威胁着人们的健康、生命和财产安全，一旦引发火灾，就能使成千上万的财产瞬间变为灰烬，其所造成的损失约为地震的5倍，仅次于干旱和洪涝灾害。据瑞士——保险公司调查报告，1970年~1985年世界平均每周发生3起大火，15年共造成150万人丧生，使全球5000万人无家可归，如果说天灾是人类共同面对的大敌，那么在尚不发达的发展中国家则是天灾与人祸并重，火灾隐患日益严重。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。火灾监测预防工作已变得日益紧迫，寻找一种及时有效的预防火灾产生的方法已经变成人们迫切需要解决的问题。良好的监控系统和及时的报警机制可以大大降低人员的伤亡，为社会减少不必要的损失。智能火灾自动报警系统就是为了满足这一需求而研制出的，并且其自身的技术水平也在随着人们需求的不断地提高，在功能、结构、形式等方面不断地完善。火灾自动报警系统能迅速监测火情，可发现人们不易发觉的火灾早期特征，可将火灾带来的生命财产损失降到最低限度。智能型火灾报警系统是一个集信号检测、传输、处理、报警于一体的系统。随着经济和城市建设的快速发展，城市高层、地下建筑以及大型综合性建筑日益增多，火灾隐患也大大增加，火灾的数量及其造成的损失呈逐年上升趋势，市场上迫切需要一种容量大、可靠性高、使用简单的智能型火灾报警控制系统。基于社会和经济方面的需求，本课题旨在开发一个能够对监测点实时监控、报警的智能火灾报警系统。1.2国内外发展状况和现状1.2.1火灾报警系统发展历程火灾报警系统的发展也是经历了由单一品种发展成现在样式多样化的过程，由以前误报率较高、安装复杂和监测范围较窄变成现在测量较精准、安装简单、监测范围广等从发展过程来看，大体上可分为以下几个阶段：第一阶段，从19世纪40年代至20世纪40年代，火灾报警系统处于发展的初级阶段，采用的探测器主要是感温式的探测器，它通过采集温度信号，然后判定是否超出设定的阂值，从而判断是否有火灾发生。这一阶段，火灾报警系统简单，仅靠单一的温度参量进行火灾判断。但是它易受环境中其他干扰源的影响，灵敏度低，响应速度慢，无法判断阴燃火灾，也无法满足智能化火灾报警系统的要求。第二阶段，20世纪40年代末，瑞士物理学家EmstMeili研究的离子感烟探测器推出以后，引起了人们对离子感烟探测器的重视，随后感烟探测器得到广泛应用，并逐渐占据了绝大部分市场，迫使感温式探测器退居其次；到70年代末，光电式感烟探测器在光电技术的基础上发展起来，并很快得到大力发展，它的使用寿命长，抗干扰能力强，没有离子感烟探测器的放射性问题。在这一阶段，火灾报警系统普遍采用多线制布局方式，布线、调试、系统可靠性是系统发展的瓶颈。第三阶段，20世纪80年代初期，总线型火灾报警系统开始兴起，在火灾报警领域中迈出了一大步，并得到了较普遍的应用。它使得布线工作量显著减少，安装调试更加容易，更能精确报警定位。但是这一时期的火灾报警系统的智能化水平不高，采用有线连接对工程要求高。第四阶段，从20世纪80年代中后期开始，随着计算机技术、控制技术、集成电路技术、传感器技术及智能技术的快速发展，火灾自动报警系统步入智能化时代，智能化火灾报警系统迅速发展起来，各种智能型的火灾自动报警系统相继出现。模拟量可寻址技术的应用使得火灾报警系统的安全性、精准性和智能性有了很大提高，在火灾自动报警系统发展史上具有里程碑的意义。1.2.2国内外火灾报警系统的发展现状随着科学技术的发展，新的高科技成果不断被应用到火灾报警系统，特别是近十几年的发展，先进的智能型火灾报警系统，依靠其高灵敏度、低误报率、安装简便灵活、便于集中监控等优点，目前在国外得到了广泛应用。这种系统的代表产品有如澳大利亚GO－DEXPTY.LTD公司生产的GO－DEX型空气采样式感烟火灾智能报警系统，澳大利亚维信防火与保安有限公司（VisionFire&Security）生产的VESDA产品等，其中维信公司的VESDA产品是最具有代表性的产品。该系统是全世界空气采样早期智能报警系统领域的领导者，系统对烟雾分析力为0.00075%obs/m，以其安装简便灵活，高可靠、高效率、低误报率的极早期探测智能报警性能，惊鸣世界、誉满全球，现在，VESDA已经发展到第三代技术，已经有超过20多万台VESDA的探测器被广泛应用在电信行业在内的各种复杂的应用场所，时刻为用户进行着先进可靠的火灾早期探测报警。目前，国内一些企业也已经瞄准早期智能报警系统的市场，开始研制一些早期智能报警系统的雏形产品。比如南京消防集团有限公司研制生产的超早期感烟火灾智能报警系统：SH97300高灵敏度激光吸气式感烟火灾探测报警系统。其灵敏度高达0.0042dB/m，比普通早期报警的感烟探测器灵敏度高100倍以上，且同样具有安装灵活简便、能够智能报警等。该系统被广泛应用于重要场所火灾报警，如各单位大楼的计算机房、资料室、图书馆等。但是由于国内的火灾报警系统较多的是进口产品或是靠引进技术，其系统的灵敏度、对环境变化的自适应能力、探测浓度范围、以及节电设计方面还有待进一步研究提高，在应用到市场之前还有很多问题需要解决。毫无质疑的是未来先进的火灾早期智能报警系统在随着科技水平的发展、市场推广的深入和全民火灾防范意识的不断加强，会被越来越多的用户所推崇，应用领域也会延伸至多种行业，火灾系统也会应技术的创新而不断发展更新。

2火灾报警系统及其整体方案设计2.1火灾发生时的特点火灾是一种失去人为控制的由燃烧造成的灾害，产生火灾的基本要素是可燃物、助燃物和点火源。可燃物以气态、液态和固态三种形态存在，助燃物通常是空气中的氧气。它们燃烧的基本过程是当从外部获取一定的能量时，液体或固体先蒸发成蒸汽或分解出可燃气体(如CO、H2等)的分子团、灰烬和未燃烧的物质颗粒悬浮在空气中，称之为气溶胶。在产生气溶胶的同时，产生分子较大的液体或固体微粒，称为烟雾。着火后，燃烧产生的热量使液体或固体的表面继续放出可燃气体，并形成扩散燃烧。同时，发出含有红、紫外线的火焰，散发出大量的热量。形成火灾。其中的气溶胶、烟雾、火焰和热量都称为火灾参量，通过对这些参量的测定便可确定是否存在火灾。根据火灾发生时产生现象的不同，可以将火灾分为慢速阴燃、明火和快速发展火焰等。通过大量的研究表明阴燃是诱发火灾的重要原因。总的来说，普通可燃物在燃烧时表现为以下形式：首先是产生燃烧气体，然后是烟雾，在氧气充足的条件下才能达到全部燃烧，产生火焰，发出可见光和不可见光，并散发出大量的热，使环境温度升高。起火过程中，起初和阴燃两个阶段所占的时间比较长，虽然产生大量的烟雾，但是环境温度不太高，若探测器就应该从此阶段开始进行探测，就可以火灾损失控制在最小限度。火焰燃烧后，迅速蔓延，产生大量的热使得环境温度升高，如果能将这时能够探测到有效地温度值，就可以比较及时地控制火灾。起火过程曲线如图2-1所示。图2-1起火过程曲线2.2火灾报警系统功能及其类型火灾报警系统一般由火灾探测器、区域报警器和集中报警器组成。火灾探测器通过对火灾发出的物理、化学现象——气（燃烧气体）、烟（烟雾粒子）、热（温度）、光（火焰）的探测，将探测到的火情信号转化成火警电信号传递给火灾报警控制器。区域报警器将接收到火警信号后经分析处理发出声光报警信号，警示消防控制中心的值班人员，并在屏幕上显示出火灾的房间号。集中报警是将接收到的信号以声光形式表现出来，其屏幕上也显示出着火的楼层和房间号，利用本机专用电话还可迅速发出指示和向消防队报警。此外，也可以控制有关的灭火系统或将火灾信号传输给消防控制室。整体电路的框图如图2-2所示及其类型。串口通信图2-2智能火灾报警系统框图火灾报警系统，一般由火灾探测器、联动单元和控制器三部分组成。由火灾探测器首先探测到火灾的萌芽而后通过联动单元传输至控制器分析其形势从而实现是否报警。火灾报警系统除了具有预防报警之外，还有遥控检测功能，它能够根据总台的监测预防的要求而有所对其功能模块进行远程调节。根据火灾报警系统中所使用的探测器种类的不同，火灾报警系统可以分为以下四种：（1）感温型火灾报警系统根据探测温度参数的不同，一般可以将感温型火灾报警系统分为定温式、温差式等几种。（2）感烟型火灾报警系统感烟型火灾报警系统主要有激光感烟式、光电感烟式和离子感烟式等。（3）感光型火灾报警系统感光型火灾报警系统就是通过响应火灾中产生的光特性，即扩散火焰的光强度和闪烁频率，来触发报警系统的。根据感应的敏感波长，可以将感光型火灾报警系统分为对波长较短的光辐射敏感的紫外报警系统和对波长较长的光辐射敏感的红外报警系统。（4）复合型火灾报警系统如果报警系统同时对温度、烟雾和光辐射中的两种或两种以上参数做出响应，那么它就是复合型火灾报警系统。目前复合型火灾报警系统有感温感烟型、感烟感光型、感温感光型等多种形式。2.3本系统的总体方案设计2.3.1本设计的研究范围火灾的发生场合各异，因而火灾发生前和发生时出现的情况也各不相同，比如在居民住宅楼，易燃物品较复杂的各型商场、超市，人员密集度较高的的网吧、影院，车库、粮库、油库等各种类型仓库，汽车、飞机、轮船等现代化的交通工具等场合，有些火灾发生的比较缓慢，随着湿度，温度等的慢慢变化，导致易燃物品接近并达到着火点而产生烟雾和明火，若此时不能得到有效控制则火势会逐渐蔓延，一致酿成大祸。对这一类火灾如果提高警惕，及时发现，就能够有效控制火灾的发生。而对于有些发生较快的火灾，通常只有几秒十几秒的时间火势便达到无法控制的地步，如2012年8月26日凌晨发生在陕西省延安市安塞县境内的一起触目惊心的重大车祸，大量的甲醇瞬间燃烧，车内乘客根本没有时间逃生。对于这类火灾我们只能从根本上采取措施杜绝一切可能产生火灾的因素，否则后果不堪设想。本文主要研究的是一般场合下的火灾火灾的预警与应对，此类火灾发生比较缓慢，发生之前伴随有温度的非正常变化，火苗出现之前的烟雾等有害气体的产生。方案涉及到现场温度的检测，烟雾浓度的检测，信号的采集与对比，声音报警，不同险情的不同灯光显示等。该火灾报警系统是以AT89C51单片机作为控制中心，接受、处理火灾探测器输出的烟雾浓度信号、温度信号，并进行声光报警。它通过不断的向现场发射巡检信号来监视现场的温度、烟雾浓度等，并不断反馈给报警控制器，控制器将接到的信号与内存的正常整定值比较、判断确定是否有火灾的发生。当现场烟雾或者温度发生异常，或者发生火灾时，报警系统会产生相应的报警信号。本文设计的用于小型防火单位的单片机火灾报警系统具有以下特点:（1）能对室内烟雾（CO2，CO）及温度突变进行报警,具有声、光双重报警功能。（2）系统故障报警功能。当系统出现硬件故障时，能发出故障报警信号。（3）异常报警功能。当环境出现异常(如烟雾浓度过大或是温度较高)时，能发出异常报警信号，引起人们注意，尽可能避免火灾的发生。（4）火灾报警功能。一旦真出现火灾(烟雾和温度同时出现异常)时，能立即发出声光警报。据类似本系统的报警器现场模拟实验表明,本系统安全可靠,误报率低。且由于其体积小、操作维护方便、成本低廉等,具有广阔的应用前景。2.3.2系统的硬件总体结构（1）硬件系统组成一个完整的火灾报警系统，必须包含以下几个部分：系统控制模块，火灾探测模块，数据转换模块以及报警模块。本设计一单片机作为控制系统的核心，以传感器作为其测温装置，来实现火灾报警系统的设计。该设计可以对室内外温度以及烟雾实时采集可检测，当所测温度或者烟雾浓度高于临界温度时自动报警。温度信号或者烟雾浓度信号采集电路将温度信号或者烟雾浓度信号以数字信号的形式送入单片机。单片机对该数字信号进行滤波处理，并对处理后的数据进行分析，是否大于或者等于某个预设值，即报警临界温度或者烟雾浓度。如果大于则启动报警电路发出报警声音和显示非正常状态，反之则为正常状态。（2）硬件系统控制方案设计报警系统主要由数据采集模块、单片机控制模块、声光报警模块组成。图2-3为火灾报警系统的结构框图。图2-3火灾报警系统的总体结构框图火灾报警系统主要实现对火灾现场的测试工作，从而启动火灾报警系统。其主要由烟雾传感数据采集程序、温度传感数据采集程序、声光报警程序等三个部分组成，其中，烟雾传感数据采集程序完成对烟雾浓度的采集并进行数据转换；温度采集程序显示对现场的温度进行采集；系统的工作原理是：先通过传感器(包括温感和烟感)将现场温度、烟雾等非电信号转化为电信号，调理电路将传感器输出的电信号进行调理(放大、滤波等)，使之满足A/D转换的要求,最后由A/D转换电路,完成将温度传感器和烟雾传感器输出的模拟信号到数字信号的转换，单片机判断现场是否发生火灾。报警程序设置报警的下限，当外界指标超出限制，将进行声光报警。2.3.3系统软件总体结构为了便于系统维护和功能扩充，采用了模块化程序设计方法，系统各个模块的具体功能都是通过子程序调用实现的。本系统主要包括数据采集子程序、火灾判断与报警子程序等，系统程序流程图如图2-4所示。为了降低误报率，系统采用多次采集、多次判断的方法。每次数据采集后根据得到的数据对现场情况进行判断，然后综合多次判断结果做出最终的火情判断。主程序是一个无限循环体，其流程是：首先在上电之后系统的各部分包括单片机各个端口输入输出的设置、外围驱动电路和数据存储电路等完成初始化，其次是对芯片内的程序进行初始化，接下来执行火灾报警系统中的数据采集任务，数据通信任务和查询判断任务。图2-4程序流程图

3系统的硬件选择与设计3.1主要芯片的选择3.1.1单片机的选择（1）单片机的比较单片机是本方案的灵魂，所以我们选择是需要慎之又慎，下面我们来拿8031和AT89C51做一下比较。8031片内不带程序存储器ROM，使用时用户需外接程序存储器和一片逻辑电路373，外接的程序存储器多为EPROM的2764系列。用户若想对写入到EPROM中的程序进行修改，必须先用一种特殊的紫外线灯将其照射擦除，之后再可写入。写入到外接程序存储器的程序代码没有什么保密性可言。由于上述类型的单片机应用的早，影响很大，已成为事实上的工业标准。后来很多芯片厂商以各种方式与Intel公司合作，也推出了同类型的单片机，如同一种单片机的多个版本一样，虽都在不断的改变制造工艺，但内核却一样，也就是说这类单片机指令系统完全兼容，绝大多数管脚也兼容；在使用上基本可以直接互换。我们统称这些与8051内核相同的单片机为“51系列单片机”。在众多的51系列单片机中，要算ATMEL公司的AT89C51更实用，因他不但和8051指令、管脚完全兼容，而且其片内的4K程序存储器是FLASH工艺的，这种工艺的存储器用户可以用电的方式瞬间擦除、改写，在众多的51系列单片机中，要算ATMEL公司的AT89C51更实用，因他不但和8051指令、管脚完全兼容，而且其片内的4K程序存储器是FLASH工艺的，这种工艺的存储器用户可以用电的方式瞬间擦除、改写，一般专为ATMELAT89Cx做的编程器均带有这些功能。显而易见，这种单片机对开发设备的要求很低，开发时间也大大缩短。写入单片机内的程序还可以进行加密，这又很好地保护了你的劳动成果。而且AT89C51目前的售价比8031还低，市场供应也很充足。单对AT89C51来说，在实际电路中可以直接互换8051和8751，替换8031只是第31脚有区别，8031因内部没有ROM，31脚需接地（GND），单片机在启动后就到外面程序存储器读取指令；而8051/8751/89C51因内部有程序存储器，31脚接高电平（Vcc），单片机启动后直接在内部读取指令。也就是51芯片的31脚控制着单片机程序从内部读取还是从外部读取，31脚接电源，程序从内部读取，31脚接地，程序从外部读取，其他无须改动。由于内部RAM的存在，可以减少I/O扩展芯片、锁存器及片外RAM等等，使整个设计显得简单明了。单片机是报警系统的核心部件，一方面它要接收来自传感器的烟雾浓度和温度的模拟信号数字信号和故障检测信号，另一方面要对两种信号分别进行处理，控制后续电路的相应工作；同时，查询是否有键按下的命令。在单片机实现的功能中，将模数转换后的信号做数字滤波，再进行线性化处理，这一过程的软件实现，需要单片机有较快的运算速度，使仪表监测人员能够观测到实时的烟雾浓度，并进行相应处理。同时，在能够满足报警器设计的计算速度及接口数的要求的同类型单片机中，要考虑选择价格低廉且体积轻巧的机型，在保证了报警器的精确性、可靠性及抗干扰性的基础上，能够不提高成本，缩小体积。AT89C51单片机应用普遍，工具多，易上手，片源广，价格低，且适合民用、商用，用途更广泛。综合以上观点，本论文选定AC89C51作为本系统的核心。（2）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（FPEROM）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3-1AT89C51的引脚图3.1.2模数转换芯片的选择（1）模数转换芯片参数的比较模数转换(ADC)亦称模拟一数字转换，与数/模(D/A)转换相反，是将连续的模拟量（如象元的灰阶、电压、电流等）通过取样转换成离散的数字量。例如，对图象扫描后，形成象元列阵，把每个象元的亮度（灰阶）转换成相应的数字表示，即经模/数转换后，构成数字图象。通常有电子式的模/数转换和机电式模/数转换二种。在遥感中常用于图象的传输，存贮以及将图象形式转换成数字形式的处理。例如：图像的数字化等。选择模数转换芯片的条件：1转换速率sps：1秒内转换多少次，有200Ksps的，1Msps的等；2分辨率bit：一次转换的带宽，比如12bit，16bit，8bit等；3输入信号范围：可转换的最大信号和最小信号范围；4电源电压：工作电源是多少伏，是否区分模拟和数字电源；5输出接口：是并行数据总线、SPI、还是其它总线等，数据输出速率是多少；6封装：是DIP直插的，还是SO贴片的，还是其他封装的等；7参考源：参考源是单一参考源，还是多参考源，参考电压使多少等；8输入通道：是单通道转换，还是多通道转换等；9功耗：功耗也是需要考虑的问题之一。A/D转换器的种类很多，就位数来分，有8位、10位、12位、16位等。位数越高，其分辨率也越高，但价格也越贵。而就其结构而言，有单一的A/D转换器，有内含多路开关的A/D转换器。美国AnalogDevice公司生产的8位逐次逼近式模数转换器ADC0809转换速率高，自带三态输出缓冲电路，可直接与各种典型的8位或16位的微处理器相连而无需附加逻辑接口电路，且能与CMOS及TTL兼容。是目前我国应用最为广泛，价格适中的A/D转换器。加之内部含有三态输入缓冲电路，可直接与各种微处理器连接，且无须附加逻辑接口电路，内部设置的高精参考电压源和时钟电路，使它不需要任何外部电路和时钟信号，就能完成A/D转换功能，应用非常方便。综合以上各种条件和因素，也根据本设计的需要，我选择的A/D转换器是ADC0809。（2）关于ADC0809ADC0809是美国国家半导体公司生产的CMOS工艺8通道，8位逐次逼近式A/D模数转换器。其内部有一个8通道多路开关，它可以根据地址码锁存译码后的信号，只选通8路模拟输入信号中的一个进行A/D转换。ADC0809由8路模拟开头、地址锁存与译码器、8位A/D转换器和三态输出锁存缓冲器组成，芯片引脚图如图3-2所示,主要特性：1.8路输入通道，8位A/D转换器，即分辨率为8位。2.具有转换起停控制端。3-2ADC0809芯片的引脚图3.转换时间为100μs(时钟为640kHz时)，130μs（时钟为500kHz时）。4.单个+5V电源供电。5.模拟输入电压范围0～+5V，不需零点和满刻度校准。6.工作温度范围为-40～+85摄氏度。7.低功耗，约15mW。（3）内部结构ADC0809是CMOS单片型逐次逼近式A/D转换器，它由8路模拟开关、地址锁存与译码器、比较器、8位开关树型A/D转换器、逐次逼近寄存器、逻辑控制和定时电路组成。（4）外部特性（引脚功能）ADC0809芯片有28条引脚，采用双列直插式封装，下面说明各引脚功能。IN0～IN7：8路模拟量输入端。D0～D7：8位数字量输出端。ADDA、ADDB、ADDC：3位地址输入线，用于选通8路模拟输入中的一路ALE：地址锁存允许信号，输入，高电平有效。START：A/D转换启动脉冲输入端，输入一个正脉冲（至少100ns宽）使其启动（脉冲上升沿使0809复位，下降沿启动A/D转换）。EOC：A/D转换结束信号，输出，当A/D转换结束时，此端输出一个高电平（转换期间一直为低电平）。OE：数据输出允许信号，输入，高电平有效。当A/D转换结束时，此端输入一个高电平，才能打开输出三态门，输出数字量。CLK：时钟脉冲输入端。要求时钟频率不高于640KHZ。REF（+）、REF（-）：基准电压。Vcc：电源，单一+5V电源。GND：地。（5）ADC0809工作过程首先输入3位地址，并使ALE=1，将地址存入地址锁存器中。此地址经译码选通8路模拟输入之一到比较器。START上升沿将逐次逼近寄存器复位。下降沿启动A/D转换，之后EOC输出信号变低，指示转换正在进行。直到A/D转换完成，EOC变为高电平，指示A/D转换结束，结果数据已存入锁存器，这个信号可用作中断申请。当OE输入高电平时，输出三态门打开，转换结果的数字量输出到数据总线上。转换数据的传送：A/D转换后得到的数据应及时传送给单片机进行处理。数据传送的关键问题是如何确认A/D转换的完成，因为只有确认完成后，才能进行传送。为此可采用下述三种方式。1.定时传送方式对于一种A/D转换器来说，转换时间作为一项技术指标是已知的和固定的。例如ADC0809转换时间为128μs，相当于6MHz的MCS-51单片机共64个机器周期。可据此设计一个延时子程序，A/D转换启动后即调用此子程序，延迟时间一到，转换肯定已经完成了，接着就可进行数据传送。2.查询方式A/D转换芯片由表明转换完成的状态信号，例如ADC0809的EOC端。因此可以用查询方式，测试EOC的状态，即可确认转换是否完成，并接着进行数据传送。3.中断方式把表明转换完成的状态信号（EOC）作为中断请求信号，以中断方式进行数据传送。不管使用上述哪种方式，只要一旦确定转换完成，即可通过指令进行数据传送。首先送出口地址并以信号有效时，OE信号即有效，把转换数据送上数据总线，供单片机接受。3.2传感器的选择3.2.1火灾探测器的分类火灾探测器是火灾报警系统的现场探测部件，它的好坏直接关系到整个系统是否正常运行，它是整个系统最为重要的部件，是识别火灾是否发生的专门仪器。在发生火灾时，探测器通过把火灾发生时产生的各种非电量参数（如烟、气体浓度等）转化成电量参数从而得到统一测量参数，然后再传送给控制器。其特点是实时性，准确性。其能够实时跟随各种非电量参数的变化而变化。火灾探测器根据火灾发生时所产生的物理现象可以分为：感温型、感烟型、图光型、感声型、气敏型五大类。但在实际应用中，考虑到测量的方便性还有实用性，我们经常用到的火灾探测器主要是感烟型、感温型、感光型、可燃气体型、复合型五大类。（1）感烟型火灾探测器。感烟型火灾探测器可以分为离子感烟型探测器和光电感烟型探测器。其中离子感烟型探测器是利用烟雾对具有放射性性质的镅241的影响，从而通过检测电路检测其反应，并做出响应。但是由于含有放射性物质，在一定程度上会污染环境，不利于彩色环保。光电感烟型探测器是基于烟雾粒子对光线产生散射、吸收原理而做成的烟雾探测器。（2）感温型火灾探测器。在火灾起火燃烧过程中会产生大量的热量，使周围的温度急剧升高。通过对温度变化转换为电信号从而可以得到所测量范围的温度参数所作出响应的探测器就是感温型火灾探测器。根据测量依据的不同，可以把感温型火灾探测器分为定温型、差温型和差定温型三种类型。（3）感光型火灾探测器。火灾燃烧时会产生火焰，并伴随着发射出各种辐射光线。根据所探测火焰辐射的光线不同，感光型火灾探测器可以分为两大种：一种对波长较长的光辐射敏感的红外光辐射探测器，另一种对波长较短的光辐射敏感的紫外光辐射探测器。（4）可燃气体火灾探测器。在火灾起火燃烧的过程除了会产生烟雾、热量、光三种产物外，还会产生多种可燃气体。可燃气体火灾探测器是对探测的单一或者多种可燃气体浓度做出响应的探测器。（5）复合型火灾探测器。复合型火灾探测器即使能够对两种或两种以上的火灾参数做出响应的探测器。现在市面上常用地复合型火灾探测器主要有有烟温复合型探测器，烟温气三复合型探测器，光电、离子、感温三复型合探测器等。本文仅探讨现场温度与烟雾这两项与火灾的发生相关的指标的检测，其他与火灾相关的因素本文未予探讨。3.2.2温度探测器的选定（1）本设计温度探测器的选择条件根据监测温度参数的不同，一般用于工业和民用建筑中的温度探测器有定温式、差温式、差定温式等几种。1.定温式探测器。定温式探测器是在规定时间内，火灾引起的温度上升超过某个定值时启动报警的火灾探测器。它有线型和点型两种结构。其中线型是当局部环境温度上升达到规定值时，可熔绝缘物熔化使两导线短路，从而产生火灾报警信号。2.差温式探测器。差温式探测器是在规定时间内，火灾引起的温度上升速率超过某个规定值时启动报警的火灾探测器。它也有线型和点型两种结构。线型差温式探测器是根据广泛的热效应而动作的，点型差温式探测器是根据局部的热效应而动作的，主要感温器件是空气膜盒、热敏半导体电阻元件等。3.差定温式探测器。差定温式探测器结合了定温和差温两种作用原理并将两种探测器结构组合在一起。差定温式探测器一般多是膜盒式或热敏半导体电阻式等点型组合式探测器。在温度传感器的选型过程中考虑的因素：ａ被测对象的温度是否需记录、报警和自动控制，是否需要远距离测量和传送。ｂ测温范围的大小和精度要求。ｃ测温元件大小是否适当。ｄ在被测对象温度随时间变化的场合，测温元件的滞后能否适应测温要求。ｅ被测对象的环境条件对测温元件是否有损害。ｆ价格如保，使用是否方便。综合以上多种原因，经对比，本文温度探测器使用DS18B20数字温度传感器，其引脚与实物样式如图3-4所示。（２）关于DS18B20DS18B20数字温度传感器接线方便，封装成后可应用于多种场合，如管道式，螺纹式，磁铁吸附式，不锈钢封装式，型号多种多样，有LTM8877，LTM8874等。1.DS18B20的主要特性：ａ适应电压范围更宽，电压范围：3.0～5.5V，在寄生电源方式下可由数据线图3-4DS18B20数字温度传感器引脚图供电。ｂ2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。ｃDS18B20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。ｄDS18B20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。ｅ温范围－55℃～+125℃，在-10～+85℃时精度为±0.5℃。ｆ可编程的分辨率为9～12位，对应的可分辨温度分别为0.5℃、0.25℃、0.125℃和0.0625℃，可实现高精度测温。ｇ在9位分辨率时最多在93.75ms内把温度转换为数字，12位分辨率时最多在750ms内把温度值转换为数字，速度更快。ｈ测量结果直接输出数字温度信号，以“一线总线”串行传送给CPU，同时可传送CRC校验码，具有极强的抗干扰纠错能力。ｉ负压特性：电源极性接反时，芯片不会因发热而烧毁，但不能正常工作。2.DS18B20的外形和内部结构。DS18B20内部结构主要由四部分组成：64位光刻ROM、温度传感器、非挥发的温度报警触发器TH和TL、配置寄存器。3.DS18B20引脚定义：ａDQ为数字信号输入/输出端；ｂGND为电源地；ｃVDD为外接供电电源输入端（在寄生电源接线方式时接地）。3.2.3烟雾传感器的选择（１）烟雾传感器的比较分析1.离子式烟雾传感器该烟雾报警器内部采用离子式烟雾传感，离子式烟雾传感器是一种技术先进，工作稳定可靠的传感器，被广泛运用到各消防报警系统中，性能远优于气敏电阻类的火灾报警器。2.光电式烟雾传感器光电烟雾报警器内有一个光学迷宫，安装有红外对管，无烟时红外接收管收不到红外发射管发出的红外光，当烟尘进入光学迷宫时，通过折射、反射，接收管接收到红外光，智能报警电路判断是否超过阈值，如果超过发出警报。两种传感器的比较:离子烟雾报警器对微小的烟雾粒子的感应要灵敏一些，对各种烟能均衡响应；而前向式光电烟雾报警器对稍大的烟雾粒子的感应较灵敏，对灰烟、黑烟响应差些。当发生熊熊大火时，空气中烟雾的微小粒子较多，而闷烧的时候，空气中稍大的烟雾粒子会多一些。如果火灾发生后，产生了大量的烟雾的微小粒子，离子烟雾报警器会比光电烟雾报警器先报警。这两种烟雾报警器时间间隔不大，但是这类火灾的蔓延极快，此类场所建议安装离子烟雾报警器较好。另一类闷烧火灾发生后，产生了大量的稍大的烟雾粒子，光电烟雾报警器会比离子烟雾报警器先报警，这类场所建议安装光电烟雾报警器。3.气敏式烟雾传感器气敏传感器是一种检测特定气体的传感器。它主要包括半导体气敏传感器、接触燃烧式气敏传感器和电化学气敏传感器等，其中用的最多的是半导体气敏传感器。它的应用主要有：一氧化碳气体的检测、瓦斯气体的检测、煤气的检测、氟利昂（R11、R12）的检测、呼气中乙醇的检测、人体口腔口臭的检测等等。它将气体种类及其与浓度有关的信息转换成电信号，根据这些电信号的强弱就可以获得与待测气体在环境中的存在情况有关的信息，从而可以进行检测、监控、报警；还可以通过接口电路与计算机组成自动检测、控制和报警系统。气敏式烟雾传感器的典型型号有MQ-2气体传感器。该传感器常用于家庭和工厂的气体泄漏装置，适宜于液化气、丁烷、丙烷、甲烷、酒精、氢气、烟雾等的探测。气敏式烟雾传感器与离子式烟雾传感器的比较：火灾烟雾是由气、液、固体微粒群组成的混合物，具有体积、质量、温度、电荷等物理特性。离子型烟雾探测器是通过相当于烟敏电阻的电离室引起的电压变化来感知烟雾粒子的微电流变化装置。当烟雾粒子进入电离室，改变了电离室空气的电离状态，从而宏观表现为电离室的等效电阻增加引起电离室两端的电压增大，由此来确定空气中的烟雾状况。而气敏式传感器是探测空气中某些可燃气体的成分，所以在火灾探测方面，气敏式传感器性能并不如离子式传感器。探测空气中可燃气体的含量。有效地探测煤气、液化石油气、然气、一氧化碳等多种可燃性气体的微量泄漏。适用于石油、化工、煤炭、电力、冶金、电子等工业企业，以及煤气厂、液化石油气站、氢气站等生产和贮存可燃性气体的场所。通过比较分析，本设计的感烟探测器采用的是日本NEMOTO公司生产NIS-09C离子型感烟探测器，内部有微量的放射性物质媚(Am)241，探测器被金属电极覆盖，放射能不会泄露。它对白色、灰白和黑色烟雾都有良好的响应，符合美国UL217标准，欧洲EN-54-7标准及GB4715-93国家标准。NIS-09C是具有低功耗、普适性的传感器，适用于高灵敏度烟雾探测器、火灾报警系统。（2）烟雾检测器工作原理首先，传感器送来的烟雾浓度对应的微小的电压信号经过放大，转化成大的电压信号送入AT89C51单片机；后，在AT89C51单片机内A/D转换、浓度比较，对数据进行线性化处理，将数字化电压信号转化成为对应的十进制浓度值；最后，将实际可燃性气体浓度送入液晶，并判断浓度值是否超出报警限，另外由于烟雾传感器需要在加热状态下工作，温度越高，反映越快，响应时间和恢复时间就越快。为提高响应时间，保证传感器准确地、稳定地工作，报警器需要向烟雾传感器持续输出一个5V的电压。为了保证其可靠性，在输出5V的电压的同时，进行故障监测。当传感器加热丝或电缆线和传感器断线和接触不良时，进行故障报警，发出声光报警信号。当然几种状态的报警信号是各不相同的。烟雾检测器的功能如下：1.自诊断故障功能、2.看门狗自检单片机状态功能调用单片机中的看门狗程序，定时检查单片机工作状态，一旦发现单片机出现死循环状态，立即复位，保证报警器工作正常。3.与上位机通讯功能可以实现与计算机串口通讯，对报警器采取统一控制，以及便于采集和处理数据，也可以在计算机上更改报警限值等。（3）关于NIS-09C在本次设计中，我们选用NIS-09C烟雾传感器。它是离子式烟雾传感器，是日本NEMOTO公司专为检测延误而精心设计的新型传感器。检测方式：离子型，一源两室。放射参数：电源电压是DC9v，输出电压是5.6+0.4v电流损耗是27+3pA，灵敏度是0.6+0.1v。特性参数如下表所示：1.灵敏度特性（根据UL217标准风速0.1M/秒）2.电源电压特性（25℃60﹪RH）3.温湿度特性温度特性（温度60﹪）4.温度特性（温度25℃）源：放射元素是媚241，放射量是平均33.3KBq=0.9uCi（29K——37KBq）。5.工作环境：电源电压是DC6.0-18.0V，最大24V；温度是0-50℃，最大-10-60℃，温度95﹪。保存温度-25-80℃，温度95﹪。NIS-09C离子烟雾探测器探测到的是烟雾浓度模拟量，烟雾浓度p和输出电压v之间是近似线性的关系，其特性曲线方程：v=-0.3p+5.6。3.3各电路模块的设计3.3.1单片机外围接口电路（1）晶振电路晶振电路为单片机80C51工作提供时钟信号，芯片中有一个用于构成内部振荡器的高增益反相放大器，引脚XTAL1和XTAL2分别是该放大器的输入端和输出端。这个放大器与作为反馈元件的片外石英晶体或陶瓷谐振荡器一起构成自激振荡器。电路中的外接石英晶体及电容C2、C3接在放大器的反馈回路中构成并联振荡电路，系统的晶振电路如图3-3所示。由于外接电容C2、C3的容量大小会轻微影响振荡频率的高低、振荡器工作的稳定性、起振的难易程度及温度稳定性，如果使用石英晶体，电容的容量大小范围为；如果使用陶瓷谐振，则电容容量大小为。本设计中使用石英晶体，电容的容值设定为30pF。（2）复位电路复位电路的基本功能是：系统上电时提供复位信号，直至系统电源稳定后，撤销复位信号。为可靠起见，电源稳定后还要经一定的延时才撤销复位信号，以防电源开关或电源插头分合过程中引起的抖动而影响复位。单片机在启动时都需要复位，以使CPU及系统各部件处于确定的初始状态，并从初态开始工作。80C51的复位信号是从REST引脚输入到芯片内的施密特触发器中的。当系统处于正常工作状态时，且振荡器稳定后，如果REST引脚上有一个高电平并维持2个机器周期(24个振荡周期)以上，则CPU就可以响应并将系统复位。单片机系统的复位方式有：手动按钮复位和上电复位，本设计采用的是手动按钮复位。手动按钮复位需要人为在复位输入端REST上加入高电平,采用的办法是在REST端和正电源VCC之间接一个按钮。当人为按下按钮时，则VCC的+5V电平就会直接加到REST端，系统复位。由于人的动作再快也会使按钮保持接通达数十毫秒，所以，设计完全能够满足复位的时间要求。复位电路中SW-PB为手动复位开关，电容C1可避免高频谐波对电路的干扰。AT89C51晶振电路与复位电路如图3-5，图3-6所示。图3-5AT89C51单片机的晶振电路图3-6AT89C51单片机的复位电路、3.3.2A/D转换电路经气敏传感器所检测的电压信号为模拟信号，无法直接被单片机所识别，所以在经过放大电路后对信号进行A/D装换，将模拟信号转化为数字信号输入单片机A/D转换电路采用了常用的8位8通道数模转换常用芯片ADC0809，烟雾、温度传感器的输出端分别接到ADC0809的IN0和IN1。ADC0809的通道选择地址由AT89S52的P0.0～P0.2经地址锁存器74LS373输出提供。当P2.7=0时，与写信号WR共同选通ADC0809。其中ALE信号与ST信号连在一起，在WR信号的前沿写入地址信号，在其后沿启动转换。图中ADC0809转换结束状态信号EOC接到AT89S52的INT1引脚，当A/D转换完成后，EOC变为高电平，表示转换结束，产生中断。在中断服务程序中，将转换好的数据送到指定的存储单元。由于ADC0809片内无时钟，故利用8051提供的地址锁存使能信号ALE经D触发器四分频后获得时钟。因为ALE信号的频率是单片机时钟频率的1/6，如果时钟频率为12MHZ，则ALE信号的频率为2MHZ，经四分频后为500KHZ，与ADC0809的典型值吻合。电路图如图3-7所示。当AT89C51的ALE端口不访问外部存储器时，AT89C51的ALE端以时钟振荡频率的1/6输出固定的正脉冲信号，故晶振设定12MKz，再经过二分频电路，单片机即可向ADC0809输出500KHz的时钟信号。二分频电路由D触发器实现，R、S端接地，D接Q非，Q端作为输出端，CLK接AT89C51的ALED端。D触发器的特性方程为由于当CP=1时，D触发器有效；CP=0时，触发器保持原来状态。故D触发器能实现对ALE端口的信号二分频。由于本火灾报警系统只采集温度、烟雾信号，经过调理的温度、烟雾信号分别进入ADC0809的IN-0和IN-1端口，其余输入引脚接地，8个图3-7AD转换电路数字量输出引脚接AT89C51的P0口。单片机的P0口接受ADC0809传输来8位数字量，向A/D输出的8位地址经地址锁存器74LS373锁存，选择低3位地址作为A/D的通道选通地址。本设计使用74LS373作为地址锁存器，当三态允许控制端OE为低电平时，输出端O0~O7为正常逻辑状态，可用来驱动负载或总线。当OE为高电平时，O0~O7呈高阻态，既不驱动总线，也不为总线的负载，但锁存器内部的逻辑操作不受影响。图中三态允许控制端OE接地，表示三态门一直打开。锁存允许端LE为高电平时，输出端O0~O7状态与输入端D0~D7状态相同；当LE由“1”变为“0”时，数据输入锁存器中。LE端接至单片机的地址锁存允许ALE端。当P20=0时，与写信号WR共同选通ADC0809。图中ALE信号与START信号连在一起，在WR信号的前沿写入地址信号，在其后沿启动转换。当ALE端口变为高电平，将74LS373输出端的低3位地址存入A/D的地址锁存器中，此地址经译码选通8路模拟输入之一到比较器。START上升沿将A/D内的寄存器清零，下降沿启动A/D转换，之后EOC端变成低电平，指示转换正在进行。例如，输出地址F8H可选通通道IN0，实现对温度传感器输出的模拟量进行转换；输出地址F9H可选通通道IN1，实现对烟雾传感器输出的模拟量进行转换。ADC0809的转换结束状态信号EOC接到AT89C51的INT1引脚，当A/D转换完成后，EOC变为高电平，表示转换结束，结果数据已存入锁存器,并产生产生中断。当AT89C51知道A/D转换完成后，P20与读信号RD共同控制下的A/D端口OE电平变为高电平时，输出三态门打开，转换结果的数字量输出到单片机上。3.3.3烟雾信号调理电路滤波电路能使有用频率信号通过，同时抑制无用频率成分，滤除或衰减无用频率信号到足够小。一阶滤波电路过渡带较宽，幅频特性的最大衰减频率仅为-20dB/十倍频。为使滤波器的滤波特性接近理想特性，即在通频带内特性曲线更平缓在同频带外特性曲线衰减更陡峭，只有增加网络的级数，系统使用二阶滤波器电路。由于在火灾发生早期，温度烟雾信号是一种缓变信号[25]，故系统使用二阶有源低通滤波器电路（LowPassFilter，LPF）。将串联的两节RC低通网络直接与反向电压跟随器电路相连，可构成烟雾、温度图3-8烟雾信号调理电路调理电路中的简单二阶低通滤波器电路。二阶低通滤波电路中，。3.3.4光报警电路此类报警根据单片机所给电压，确定LED灯中的电流流向，以驱动灯发光。连接电路如图3-8所示：图中当单片机为低电平时，小灯是亮的；高电平时，小灯灭。图3-9光报警电路3.3.5声报警电路其电路图如图3-9所示图3-10声报警电路3.3.6报警器故障自诊断判断传感器电源连接情况。在传感器的地端串联一个电阻R，当传感器正常连接时，电阻和传感器分压，此时电阻两端有微弱的电压，单片机可以通过P2.1口检测到：如果如果传感器电源连接不正常，则会产生断路，检测到电阻两端电压为0V。

4火灾报警系统的软件设计4.1软件开发环境本系统摒弃了传统的汇编语言而采用C语言进行程序设计。因为C语言的描述由函数组成，是一种结构化的程序设计语言，所以更容易实现模块化，而且具有可读性好，易于移植等优点，同时还有汇编语言一样的位操作功能的硬件详细控制指令。数据结构方面，可以使用结构体和数组，能够处理复杂的数据，可用于实时处理系统。4.2火灾报警系统程序设计4.2.1主程序流程图火灾报警系统控制器上采用80C51作为主控芯片，其主要功能包括：控制IO端口、逻辑判断处理、驱动外部电路、语音报警和A/D采样等，该部分是火灾报警系统智能化的集中体现。为了便于系统维护，在火灾报警系统的软件设计中采用了模块化程序设计方法，系统各个模块的具体功能都是通过子程序调用实现的。既使得程序结构清晰，又便于以后进一步扩展其功能。本系统主要包括主程序、温度烟雾数据采集子程序、火灾判断与报警子程序等。系统程序流程图如图4-1所示。主程序是一个无限循环体，其流程是：首先在上电之后系统的各部分包括单片机输出输入端口的设置、数据存储电路、外围驱动电路等完成初始化，接下来执行火灾报警图4-1程序流程图系统的数据采集程序、火灾判断、报警程序。系统初始化后，单片机的P2.5为低电平，P2.2、P2.3、P2.4为高电平，所以只有绿灯亮，红灯、黄灯不亮，蜂鸣器不报警。4.2.2主程序初始化流程图主程序初始化流程图如图4-2所示。这部分实现的功能包括各种I/O输入输出状态的设定、寄存器初始化、中断使能等。首先设定定时器工作方式，然后开系统中断，以便响应中断定时，及时对气体浓度和温度进行采样。然后关闭蜂鸣器，开启绿灯，设置报警限初值。返回图4-2主程序初始化流程图4.2.3数据采集子程序数据采集是火灾报警系统中的重要环节。为了降低误报率，系统设计时对温度烟雾采用了两次采集、两次判断的方法。每次采集温度烟雾数据后，将数据存入单片机的寄存器，然后在火灾判断程序中，将采集的数据与设定的阈值进行比较，判断现场是否发生火灾。具体流程是：系统和程序初始化后，驱动ADC0809的IN0对温度信号进行A/D转换，单片机接受转换好的数据，存入寄存器，由INT1中断服务程序完成；系统延时10ms，驱动ADC0809的IN1对烟雾信号进行A/D转换，转换完成后存入寄存器。系统延时50ms，进行第二次温度烟雾信号采集，将转换好的数据存入寄存器中。单片机每次驱动A/D转换后等待外部中断1，当ADC0809的EOC端变为1时，即中断到来，说明A/D转换已经完成，通过中断服务程序读取转换得到的数据。由于设计采用的是模块化设计，系统实现报警功能是通过调用子程序实现的。在数据采集子程序中，一次温度烟雾信号采集延时10ms，是让ADC0809准备好进行下一次信号转换。当系统采集2次温度烟雾信号后，转换好的数据存入单片机的寄存器中，系统再调用火灾判断子程序。系统温度烟雾信号采集程序流程图如图4-3所示。在火灾自动报警系统的程序设计中使用了延时程序，延时10ms的程序如下：void

delay_10ms(uinti){

while(i--)

{

uchari，j，k；

for(i=5；i>0；i--)

for(j=4；j>0；j--)

for(k=248；k>0；k--)；

}

}4.2.4火灾判断与报警程序（1）火灾报警数据处理方法固定门限检测法是使用最早，且应用最广泛的火灾探测方法，优点是计算量小且易于实现，其原理是根据火灾探测器的信号幅值作为火灾报警的依据，并与固定的阈值进行比较：当信号幅值超过报警阈值时，则发出报警，否则解除报警。火灾报警系统中使用的是温度传感器DS18B20和烟雾传感器NIS-09，烟雾传感器输出电压v与烟雾浓度p关系为：v=-0.3p+5.6。在本设计中报警温度设为57℃，烟雾报警浓度设为3.2％FS（参照市面销售的火灾报警器温度烟雾的报警临界值）。经过换算可得出温度烟雾传感器输出火灾报警临界电压值为：（2）火灾判断与报警系统对温度和烟雾进行了两次数据采集与判断，每次信号采集后根据得到的数据与设定的阈值比较，当温度≥57℃，温度异常，置寄存器变量a为1，否则为0；当烟雾浓度≥3.2％，烟雾浓度异常，置寄存器变量b为1，否则为0。综合两次温度烟雾信号的采集，根据温度和烟雾的寄存器变量a和b的状态，判断现场情况：2个寄存器变量图4-3数据采集流程图变量均为0，表示情况正常；2个中仅有1个为1，表示情况异常；2个均为1，表示有火灾发生。系统对现场进行报警判断后，间隔20s后（通过系统的延时程序实现），再一次采集现场的温度烟雾信号进行判断，即每一次语音报警持续20s，直到系统做出下一次判断结果。当系统状态为00时，表示正常，80C51的P2.2口变成低电平，绿灯亮。当系统状态为01或10时，表示异常，P2.3口变为低电平，P2.1口变为低电平，黄灯亮，蜂鸣器报警。当系统状态为11时，表示发生火灾，P24口变为低电平，P2.1口变为低电平，红灯亮，蜂鸣器报警。如果两次采集同一种信号寄存器变量不相同，说明系统出现故障，P24口变为低电平，P10口变为高电平，红灯亮，蜂鸣器报警。4.2.5滤波子程序在对气体浓度采样时，可能会遇到尖脉冲干扰的现象。干扰通常只影响个别采样点的数据，此数据与其他采样点的数据相差比较大。如果采用一般的平均值法，则干扰将“平均”到计算结果上去，故平均值法不易消除由于脉冲干扰而引起的烟雾浓度采样值的偏差。为此，可采取去极值平均滤波法，先对N个采样数据进行比较，去掉其中的最大值和最小值，然后计算余下的N–2个数据的算术平均值。这种方法既可滤去脉冲干扰又可滤去小的随机干扰。保证报警器检测烟雾浓度的准确性，减小误报、错报的可能。滤波子程序流程图如图4-3所示。图4-3滤波子程序流程图

5功能仿真验证分析5.1关于仿真与编程软件本次设计首先用KeilC51进行编程开发，然后通过Protues软件进行仿真调试，最后根据调试得出应有的结果。（1）KeilC51开发系统KeilC51的相关介绍见第四章，本章不再赘述。（2）Protues软件概述Protues软件是英国Labcenterelectronics公司出版的EDA工具软件。它不仅具有其它EDA工具软件的仿真功能，还能仿真单片机及外围器件。5.2Protues仿真原理图当设定房间发生火情时，也就是房间一的温度和烟雾的水平超过传感器预设值。Protues仿真原理图如下图5-1所示图5-1仿真原理图

6总结与展望6.1总结本文设计了一种基于单片机AT89C51的火灾自动报警系统，系统安全可靠，误报率低，操作方便，成本较低。本设计抛弃了传统的使用单一传感器探测报警，采用了温度传感器DS18B20和烟雾传感器NIS-90C相结合的多传感器探测方法，使系统灵敏度高、响应时间短，在火灾发生的早期就能准确的报警。系统使用了8位A/D转换芯片ADC0809，以通用芯片AT89C51作为系统的控制器。系统在采集温度烟雾信号时，采用多次采集，多次判断的方法，降低了误报率。在系统的软件设计方面，采用了模块化程序设计方法，系统各个模块的具体功能都是通过子程序调用实现的。既使得程序结构清晰，又便于以后进一步扩展其功能，也便于系统的维护。当发生火灾，系统以声光的形式发出报警。在系统中设置了1个蜂鸣器，实现声音报警；并且还设置了4个发光二极管，分别对应系统的正常、异常、火灾、故障状态。如果系统出现硬件故障，能发出故障报警；如果只有一种信号参数出现异常(如烟雾浓度过大或是温度较高)，能发出异常报警信号；如果烟雾和温度同时出现异常，则说明有火灾，发出火灾警报。由于时间紧迫和个人能力有限，本文设计的火灾报警系统还存在许多需要完善和作进一步研究的问题，如：（1）火灾报警系统判断的算法有待进一步的研究改进，应用更先进的神经网络和模糊识别等智能算法，降低系统的误报率，提高灵敏度。（2）本文使用的DS18B20在保证精确度的情况下可以并联使用8个，可以实现多点测温。（3）DS18B20的测温范围为－55℃～+125℃，在温度升高较快的现场不适用，若同时使用其他类型的温度传感器如热电偶温度传感器，其测温范围最高可达2000摄氏度。（4）可以设置联动装置，当有险情发生时不仅能发出报警信号，而且能驱动相应的灭火装置进行灭火，在火灾发生的早期及时控制险情的蔓延。但这种情况下提高报警系统的精确度，降低误报率是应该考虑研究的主要难题。（5）火灾报警系统没有联网，可以使用GSM模块进行信息的无线传送，这样能够及时将险情信息发送至消防指挥中心。（6）用户不能根据自己的需要设定火灾报警阈值，报警系统的灵活性不高，可以考虑扩展人机对话模块，提高报警系统在多种场合下的适应性。6.2展望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，总体来看，主要的发展变化是：数字技术和新工艺、新材料的应用，改进系统能力和减少维护要求，向着高可靠、低误报和网络化、智能化方向发展。（l）早期、超早期的火灾探测报警，超早期火灾报警的主要指导思想是：1.提高灵敏度，在火灾早期阶段生成物较少的时候即可探测报警。2.探测火灾过程中尚未形成火灾时的生成物即超早期火灾探测报警。（2）全新的火灾判定依据从以搜集时间信息为主作为报警依据，转为以物性信息与时间信息相结合作为报警依据。（3）采用智能技术处理传感器提供的火灾信息目前传感器所提供的是混合型时间信息，做好对信息的处理，以弥补信息源头的缺陷，尽可能提高报警的可靠性和后续工程系统联动控制的准确性。（4）灾探测报警的网络化火灾探测报警系统网络化是指将计算机数据通信技术应用于火灾探测报警系统，使控制器之间或者探测器之间，系统内部之间和系统外部之间通过网络协议交换数据信息，实现火灾自动报警系统层次功能设定，远程数据调用管理、119自动报警、网络监控和网络通信服务等功能。在论文的结尾，笔者认为即使计算机技术、微电子技术和网络技术发展再迅速，报警系统再先进，都智能从一定程度上限制险情的发生，而不能彻底消除火患。若要从根本上减少火灾给人类社会带来的危害，最基本的还是提高警惕，从思想上重视起来，长期牢固树立防火减灾的意识。

致

谢感谢我的导师杨金显教授，他们严谨细致、一丝不苟的作风一直是我工作、学习中的榜样；他们循循善诱的教导和不拘一格的思路给予我无尽的启迪。感谢我的室友们，从遥远的家来到这个陌生的城市里，是你们和我共同维系着彼此之间兄弟般的感情，维系着寝室那份家的融洽。只是今后大家就难得再聚在一起吃每年元旦那顿饭了吧，没关系，各奔前程，大家珍重。我们在一起的日子，我会记一辈子的。感谢我的爸爸妈妈，焉得谖草，言树之背，养育之恩，无以回报，你们永远健康快乐是我最大的心愿。在论文即将完成之际，我的心情无法平静，从开始进入课题到论文的顺利完成，有多少可敬的师长、同学、朋友给了我无言的帮助，在这里请接受我诚挚的谢意！

参考文献[1]孙育才．MCS-51系列单片微型计算机及其应用．第4版，东南大学出版社，2006．[2]王庆．Protel99SE&DXP电路设计教程．电子工业出版社，2008．[3]康华光．电子技术基础模拟部分．第4版，高等教育出版社,2006．[4]刘军．单片机原理与接口技术．华东理工大学出版社，2006．[5]赖寿宏．微型计算机控制技术．机械工业出版社，2009．[6]李中望．一种智能火灾报警系统的设计方案．安防科技，2008．[7]王忠民．基于单片机的语音数字联网火灾报警器设计．现代电子技术，2004．[8]王钊．智能型火灾报警系统的设计与研究：（硕士学位论文）．西安理工大学，2009．[9]孙健．基于ARM7的火灾自动报警控制器研制：（硕士学位论文）．浙江大学，2007．[10]雍静，李北海，杨岳等．建筑智能化技术［M］．北京:科学出版社，2008．[11]王忠民，郝静，张瑜等．基于单片机的语音数字联网火灾报警器设计.西安邮电学院．[12]张向亮．智能建筑火灾自动报警系统的设计与研究：（硕士学位论文）武汉理工大学，2010．[13]陈颖．基于C8051F单片机的火灾智能报警控制系统的设计：大连海事大学，2007．[14]于智洋．浅析智能建筑中火灾自动报警系统的设计[J]．潜江：江汉石油科技，2008.[15]丁璐，李春华，杨戍等．火灾探测技术的分析[J]．煤矿现代化.2007(4).[16]吴龙标，袁宏永．火灾探测与控制工程[M]．合肥：中国科学技术大学出版社，1999.[17]范维澄.中国火灾科学基础研究概况[J]．火灾科学，2005．[18]缪顺兵，熊光明，李永萍等．自动火灾报警系统设计与研究[J]．装备制造技术.2006．[19]黄凤娟．单片机火灾报警系统的设计．安徽电子信息职业技术学院学报，2010年第1期.[20]孟立凡，蓝金辉．传感器原理与应用．北京：电子工业出版社，2007.8.[21]胡显华．火灾探测器误报警的原因及改进方法[J]．电脑开发与应用，2007，Vol.20，N0.11：60~62.[22]陈悦，刁若菲，刘志伟等．烟雾检测火灾报警系统的设计[J]．北京：微计算机信息，2007，23(8~2)：93~95．[23]陈晓娟，卜乐平，李其修等。基于图像处理的明火火灾探测研究[J]．2007.6，Vol.19，No.3：6~11．

附

录附录1系统程序#include<AT89C51.h>#defineuncharunsignedchar#defineuintunsignedintucharTem1,Tem2,Smok1,Smok2;#include"intrins.h"

//_nop_();延时函数用#define

DisdataP0

//段码输出口#define

discan

P2

//扫描口#define

ucharunsignedchar#define

uint

unsignedintsbit

DQ=P3^3;

//温度输入口sbit

DIN=P0^7;

//LED小数点控制uint

h;ucharflag;voidcaiji_wenyan();voiddelay(uintx);voiddelay_10ms(uinti);

//程序声明voidpanduan();voidbaojing();//**************温度小数部分用查表法***********//ucharcodeditab[16]={0x00,0x01,0x01,0x02,0x03,0x03,0x04,0x04,0x05,0x06,0x06,0x07,0x08,0x08,0x09,0x09};//ucharcodedis_7[12]={0xc0,0xf9,0xa4,0xb0,0x99,0x92,0x82,0xf8,0x80,0x90,0xff,0xbf};//共阴LED段码表

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uchar