基于單片機(jī)火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與研究畢業(yè)論文

TONGRENUNIVERSITYTONGRENUNIVERSITY本科畢業(yè)論文題目：基于單片機(jī)火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與研究學(xué)生姓名 班級(jí) 學(xué)院名稱 專業(yè)名稱指導(dǎo)教師學(xué)位論文原創(chuàng)性聲明本人鄭重聲明：所呈交的學(xué)位論文，是本人在導(dǎo)師的指導(dǎo)下，獨(dú)立進(jìn)行研究工作所取得的成果。除文中已經(jīng)注明引用或參考的內(nèi)容外，本論文不含任何其他個(gè)人或集體已經(jīng)發(fā)表或撰寫過的作品或成果。對本文的研究做出重要貢獻(xiàn)的個(gè)人和集體，均已在文中以明確方式標(biāo)注。本人完全意識(shí)到本聲明的法律結(jié)果由本人承擔(dān)。論文作者簽名： 日期： 年—月 日學(xué)位論文版權(quán)協(xié)議書本人完全了解關(guān)于收集、保存、使用學(xué)位論文的規(guī)定，即：本校學(xué)生在學(xué)習(xí)期間所完成的學(xué)位論文的知識(shí)產(chǎn)權(quán)歸所擁有。有權(quán)保留并向國家有關(guān)部門或機(jī)構(gòu)送交學(xué)位論文的紙本復(fù)印件和電子文檔拷貝，允許論文被查閱和借閱。可以公布學(xué)位論文的全部或部分內(nèi)容，可以將本學(xué)位論文的全部或部分內(nèi)容提交至各類數(shù)據(jù)庫進(jìn)行發(fā)布和檢索，可以采用影印、縮印或掃描等復(fù)制手段保存和匯編本學(xué)位論文。論文作者簽名： 導(dǎo)師簽名： 日期： 年月日 日期： 年月日目錄TOC\o"1-5"\h\z\o"CurrentDocument"目錄 -1-\o"CurrentDocument"摘要 -2-ABSTRACT -3-1.緒論 -4-\o"CurrentDocument"1課題的研究背景 -4-\o"CurrentDocument"1.2課題的研究目的與意義 -4-\o"CurrentDocument"1.3火災(zāi)報(bào)警器的發(fā)展與現(xiàn)狀 -5-\o"CurrentDocument"1.4課題的研究內(nèi)容 -5-\o"CurrentDocument"2火災(zāi)報(bào)警器的總體方案設(shè)計(jì) -7-\o"CurrentDocument"2.1系統(tǒng)的功能要求 -7-\o"CurrentDocument"2.2系統(tǒng)的技術(shù)要求 -7-\o"CurrentDocument"3系統(tǒng)的組成及方案設(shè)計(jì) -7-\o"CurrentDocument"3系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì) -9-1總體電路 -9-\o"CurrentDocument"3.2煙霧探測電路的設(shè)計(jì) -10-\o"CurrentDocument"3.2.1MQ-2介紹 -10-\o"CurrentDocument"3.3數(shù)碼管顯示電路設(shè)計(jì) -11-\o"CurrentDocument"3.4聲光報(bào)警提示電路 -11-3.4.1燈光提示電路 -11-2聲音報(bào)警電路 -12-\o"CurrentDocument"3.5按鍵電路 -12-\o"CurrentDocument"1按鍵電路的功能介紹 -13-\o"CurrentDocument"4系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) -14-1系統(tǒng)程序流程圖 -14-\o"CurrentDocument"5系統(tǒng)調(diào)試與仿真實(shí)驗(yàn) -15-\o"CurrentDocument"1調(diào)試 -15-\o"CurrentDocument"6結(jié)論 -16-\o"CurrentDocument"參考文獻(xiàn) -17-\o"CurrentDocument"致謝 -18-摘要改革開放以來，我國經(jīng)濟(jì)的發(fā)展越來越迅速，人們的生活水平也不斷提高，相應(yīng)的，家庭用火用電量也就大量增加了，這也就導(dǎo)致家庭火災(zāi)發(fā)生的頻率大大升高［1］。因此火災(zāi)報(bào)警器也就應(yīng)運(yùn)而生，在很多場合都得到了應(yīng)用。這個(gè)課題研究和設(shè)計(jì)的火災(zāi)報(bào)警器，核心控制器主要采用了STC89C51,實(shí)現(xiàn)火災(zāi)煙霧報(bào)警這個(gè)功能主要還是用到了MQ-2氣體傳感器和ADC0809模數(shù)轉(zhuǎn)換器。當(dāng)當(dāng)前環(huán)境中的煙霧濃度或者可燃性氣體的濃度達(dá)到給系統(tǒng)設(shè)計(jì)的標(biāo)準(zhǔn)值時(shí)，系統(tǒng)通過MQ-2傳感器和單片機(jī)中的處理芯片接收并處理信號(hào)，從而發(fā)出相應(yīng)聲光報(bào)警信號(hào)，以此實(shí)現(xiàn)了報(bào)警這個(gè)功能。關(guān)鍵詞：氣體傳感器MQ-2；火災(zāi)煙霧報(bào)警；單片機(jī).AbstractSincethereformandopeningup,thedevelopmentoftheeconomyofourcountryismoreandmorerapidly,people'slivingstandardisimprovingconstantly,Thisalsoleadstothefrequencyofhomefireswasgreatlyincreased.Inthisway,Therefore,thefirealarmcameintobeingandithasbeenwidelyusedinmanyoccasions.Thissubjectresearchanddesignofthefirealarm,thecorecontrollerismainlyusedinSTC89C51,toachievethefunctionoffiresmokealarm,itusedtheMQ-2gassensorandADC0809analogdigitalconverte匚Whentheconcentrationofsmokeorcombustiblegasconcentrationreachedtothesystemdesignofthestandardvaluesystemthroughsensormq-2andMCUchipreceivesandsignalprocessing,itandgivesoundandlightalarmsignal,soastoachievethefunctionofalarm.Keywords:MQ-2gassensor;Firesmokealarm;MCU1?緒論1.1課題的研究背景要想研究火災(zāi)報(bào)警器，我們首先必須要從個(gè)方面來了解火災(zāi)形成的原因，這樣才能讓火災(zāi)報(bào)警器更好更快更準(zhǔn)確的報(bào)警，從而減小人們的各種損失?；馂?zāi)發(fā)生的前提是：各種預(yù)防措施和制度都失效了，火源，易燃物，空氣在不該出現(xiàn)的地方聚會(huì)，從而引發(fā)火災(zāi)。而且初期火災(zāi)沒有及時(shí)撲滅，從而對人們的各種財(cái)產(chǎn)和人身安全造成了極大的威脅。由此引發(fā)的安全事故也很多，所以人們對火災(zāi)這一環(huán)節(jié)不得不注重?；馂?zāi)很早以前在我國就經(jīng)常發(fā)生，且造成的破壞和影響都很嚴(yán)重。已經(jīng)成為我國最嚴(yán)重的災(zāi)害之一。在經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展的階段，我國的城市建設(shè)也得到了大力發(fā)展，各種建筑逐漸增多，這樣一來，火災(zāi)發(fā)生的幾率也就增大了，因此而造成的損失也會(huì)逐年增加。1.2課題的研究目的與意義目的：在我國，盡管城鄉(xiāng)居住條件逐漸的到改善，住宅小區(qū)也大量涌現(xiàn)，但并沒有完全消除和減少各類住宅火災(zāi)隱患［2］。相反地，隨著人們生活水平的提高，家庭物質(zhì)條件有了很大的改善，致使家庭用火用電增多，而由此引發(fā)的家庭火災(zāi)也接連不斷，且家庭火災(zāi)很難及時(shí)撲滅，并且由于大部分人的安全意識(shí)不強(qiáng)烈，不守規(guī)范和發(fā)生火災(zāi)時(shí)不夠冷靜，不能及時(shí)的逃離現(xiàn)場，最終不可避免的對生命和財(cái)產(chǎn)造成了損失。而且，據(jù)統(tǒng)計(jì)顯示，在我國的所有火災(zāi)事故中，家庭火災(zāi)句占了差不多三分之一。家庭火災(zāi)的發(fā)生是許多方面的原因造成的，而這些因素通常隱藏在我們看不到的地方。有很多家庭火災(zāi)事故都是因?yàn)槿藗儧]有基本的安全常識(shí)才引發(fā)的。而且家庭火災(zāi)一旦發(fā)生，造成人員傷亡的因素多數(shù)是因?yàn)榫用竦奶幹貌划?dāng)和報(bào)警遲緩。為了避免火災(zāi)以及減少火災(zāi)造成的損失，平時(shí)我們必須多看一些關(guān)于火災(zāi)預(yù)防等方面的書籍，加強(qiáng)自己火災(zāi)安全常識(shí)的方面的只是儲(chǔ)備，讓自己在火災(zāi)發(fā)生時(shí)不至于慌亂，能夠冷靜的處理并逃生，從而將火災(zāi)消滅在萌芽狀態(tài)，最大限度地減少自己各方血的損失。意義：在我國，家庭火災(zāi)幾乎每一天都在發(fā)生，所以我們每一個(gè)家庭必須始終關(guān)注防火。據(jù)調(diào)查，在最近的火災(zāi)事故中，大部分地方都是沒有安裝火災(zāi)報(bào)警器的。如果我們能根據(jù)自家的實(shí)際情況，提前采取簡單的防火措施，那么有些悲劇是完全不會(huì)發(fā)生的。聲音和視覺的報(bào)警，對減少火災(zāi)損失具有現(xiàn)實(shí)意義。因此聲光報(bào)警，對火災(zāi)的預(yù)防具有重要意義。1.3火災(zāi)報(bào)警器的發(fā)展與現(xiàn)狀近年來，我國自動(dòng)報(bào)警技術(shù)得到了較快的發(fā)展，但又因?yàn)樵趯?shí)際應(yīng)用中，火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)的通訊協(xié)議不一樣，技術(shù)還相對落后，存在著一些比較突出的問題［3］。比如只適用于一些比較小的范圍，智能化于網(wǎng)絡(luò)化程度也比較低，系統(tǒng)還會(huì)誤報(bào)和漏報(bào)等問題。針對這些問題，火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警應(yīng)用技術(shù)應(yīng)該著眼于國際新形式，向國際形式看齊，加快各種技術(shù)的研究進(jìn)程和加強(qiáng)一些新材料的應(yīng)用，改進(jìn)系統(tǒng)能力，使火災(zāi)報(bào)警技術(shù)變得更可靠［4］。當(dāng)前，國外火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警應(yīng)用技術(shù)的發(fā)展趨勢主要表現(xiàn)為以下幾個(gè)方面：網(wǎng)絡(luò)化，智能化，多樣化，小型化和社區(qū)化等。在我國，國家對無線通信的火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)的注重力度正在逐年加大。因?yàn)檫@種系統(tǒng)安裝簡便、對建筑物沒有損壞、靈活性又比較好，適用于許多場合。1.4課題的研究內(nèi)容煙霧報(bào)警器，主要就是檢測可燃?xì)怏w和煙霧，再通過單片機(jī)控制相應(yīng)的聲光報(bào)警。通過數(shù)碼管顯示當(dāng)前的煙霧值，通過按鍵設(shè)定相應(yīng)的閥值。該項(xiàng)目主要是為了完成任務(wù)，包括：硬件部分：傳感器，顯示模塊，數(shù)碼管，煙霧探測電路和聲光報(bào)警電路。C2)軟件部分：包括微處理器控制程序的編制和原理圖的繪制。(3)系統(tǒng)的綜合調(diào)試：當(dāng)軟硬件完成以后，要對系統(tǒng)進(jìn)行綜合測試，看一下該系統(tǒng)是否可靠實(shí)用，分析一下，看一下它還有什么不足之處需要改進(jìn)。2火災(zāi)報(bào)警器的總體方案設(shè)計(jì)2.1系統(tǒng)的功能要求該系統(tǒng)的主要功能有以下幾點(diǎn)：火災(zāi)實(shí)時(shí)監(jiān)測功能：由于火災(zāi)發(fā)生的場所不同，我們必須用不同的火災(zāi)監(jiān)測方法以提高報(bào)警的準(zhǔn)確性和及時(shí)性。其中火災(zāi)探測方法有溫度，煙霧，可燃?xì)怏w等探測法。聲音和發(fā)光報(bào)警功能：火災(zāi)發(fā)生時(shí)，一般都伴隨著濃煙與高溫，當(dāng)檢測到煙霧濃度過大時(shí)，火災(zāi)報(bào)警器就會(huì)發(fā)出刺耳的聲音和強(qiáng)光報(bào)警，從而達(dá)到報(bào)警的效果。2.2系統(tǒng)的技術(shù)要求現(xiàn)在，我們對該系統(tǒng)的工作原理與功能已經(jīng)有了一定的了解，那么對于這個(gè)系統(tǒng)需要什么技術(shù)也就可以確定了。又因?yàn)樵撓到y(tǒng)采用的處理器成本不高，可以大量生產(chǎn)，可以滿足各類工程的需求。對于一個(gè)完整且實(shí)用的系統(tǒng)而言，為了戰(zhàn)勝其他市場提供的系統(tǒng)，那么該系統(tǒng)就應(yīng)該符合體積不能過大，只有它的體積小,才不怎么占用空間，使用和更換才會(huì)方便。功率消耗也要低一點(diǎn)一般可以采用三節(jié)5號(hào)干電池或5v電源供電。，還有制造的成本不能過高，探測于報(bào)警也要準(zhǔn)確可靠。該系統(tǒng)的探測結(jié)果由數(shù)碼管精確顯示，可以同時(shí)進(jìn)行聲音和燈光報(bào)警，很可靠。2.3系統(tǒng)的組成及方案設(shè)計(jì)本設(shè)計(jì)主要由煙霧探測傳感器電路、單片機(jī)、燈光報(bào)警電路、負(fù)載驅(qū)動(dòng)電路、控制程序和編解碼程序等組成。系統(tǒng)的組成結(jié)構(gòu)如下：圖2.13系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)3.3.1總體電路圖3.0總體電路圖3.0總體電路如圖如圖3.0所示，該圖是Protel99SE畫的，當(dāng)前的煙霧值能實(shí)時(shí)顯示，共有3個(gè)按鍵來設(shè)置該系統(tǒng)的報(bào)警的上下值。圖中由傳感器模塊，電源電路，四位一體數(shù)碼管驅(qū)動(dòng)模塊，ADC0809模數(shù)轉(zhuǎn)換電路，單片機(jī)，復(fù)位電路，晶振電路，按鍵電路和報(bào)警電路組成。其中傳感器模塊的主要功能就是通過煙霧傳感器來檢測當(dāng)前環(huán)境下的煙霧濃度的；而ADC0809模數(shù)轉(zhuǎn)換電路主要就是把傳感器模塊感應(yīng)到的煙霧這個(gè)模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)；在通過數(shù)碼管顯示出來。復(fù)位電路就是使電路在通過了一個(gè)操作后能夠恢復(fù)到起始狀態(tài)的電路；晶振電路主要是結(jié)合單片機(jī)內(nèi)部的電路,產(chǎn)生單片機(jī)所必需的時(shí)鐘頻率，單片機(jī)一切指令的執(zhí)行都是建立在這一基礎(chǔ)上的，晶振提供的頻率越高，單片機(jī)運(yùn)行的速度越快。按鍵電路主要就是設(shè)置報(bào)警的上下值的；報(bào)警電路主要由報(bào)警驅(qū)動(dòng)PNP的驅(qū)動(dòng)，蜂鳴器和LED組成，它的工作原理就是當(dāng)前面感應(yīng)到的煙霧濃度達(dá)到按鍵電路所設(shè)置的值時(shí)，它就會(huì)發(fā)出報(bào)警。3.2煙霧探測電路的設(shè)計(jì)2) 11 2203.2煙霧探測電路的設(shè)計(jì)2) 11 220RA1 11 2206■7~>GNDRL1MQ-2B-F-y-GNDAD00809ST -EOC -D3>OE -CLK -+51TST -EOC -D3>OE -CLK -+51TT三T~j_TTloITIn3In4In5In6In7suEOIniInOADDAADDBADDCALE282726；2T24~12ITD3 D7OE D6CLOCK D5Vx D4Vrefr DOGND Vref-D1 D2232221201918n1615INAGNDr7654|0一STDDDDD(ADC1AD00809V

GND圖3.1煙霧探測電路如圖3.1所示，這個(gè)電路主要由檢測煙霧的傳感器和模數(shù)轉(zhuǎn)換電路兩個(gè)部分組成。當(dāng)煙霧傳感器檢測到延誤時(shí)，就會(huì)把該信號(hào)傳送給模數(shù)轉(zhuǎn)換電路，將電信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，從而由單片機(jī)讀取并處理這一信號(hào)［5］。3.2.1MQ-2介紹MQ-2型氣敏元件具有以下特點(diǎn)：采用半導(dǎo)體所形成的敏感原件，具有穩(wěn)定的電阻值，從而保證了長期工作的穩(wěn)定性。單電源供電，其功耗僅0.7W左右。對所測試的氣體有極高的靈敏度和信噪比。MQ-2的特點(diǎn)和工作參數(shù)如下：(1)探測范圍廣泛⑵靈敏度高/快速響應(yīng)恢復(fù)⑶穩(wěn)定性優(yōu)異/壽命長（4）驅(qū)動(dòng)電路簡單3.3數(shù)碼管顯示電路設(shè)計(jì)由于在實(shí)物焊接過程中，要把四個(gè)獨(dú)立的數(shù)碼管焊接在一起比較麻煩，所以該系統(tǒng)用到的數(shù)碼管是四位一體數(shù)碼管，這焊接起來比較方便。如果每個(gè)LED上要現(xiàn)實(shí)的數(shù)字不同，那么，數(shù)碼管在同一時(shí)刻是不能同時(shí)顯示的，所以這種數(shù)碼管都需要?jiǎng)討B(tài)顯示。這就需要提到輪流顯示了，為什么數(shù)碼管同一時(shí)刻不能同時(shí)顯示，但我們感覺卻是同時(shí)顯示的，是靜態(tài)的。這是因?yàn)槊课粩?shù)碼管的點(diǎn)亮?xí)r間為l-2ms,由于人的視覺暫留現(xiàn)象和發(fā)光二極管的余輝效應(yīng)，所以才會(huì)感覺是同時(shí)顯示的。3.4聲光報(bào)警提示電路3.4.1燈光提示電路D2\LEDDI\LEDRL12.2KRL22.2KGND圖D2\LEDDI\LEDRL12.2KRL22.2KGND圖3.3燈光提示電路3.4.2聲音報(bào)警電路3.5按鍵電路3.5.1按鍵電路的功能介紹在整個(gè)按鍵電路中，S3是設(shè)置鍵，S1和S2是加減鍵，由設(shè)置鍵和加減鍵就可以設(shè)置該報(bào)警器報(bào)警的規(guī)定值，如果煙霧傳感器感應(yīng)到的當(dāng)前環(huán)境下的煙霧濃度超過設(shè)定的報(bào)警值，則報(bào)警。4系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)4.1系統(tǒng)程序流程圖5系統(tǒng)調(diào)試與仿真實(shí)驗(yàn)5.1調(diào)試在調(diào)試的過程中，首先就是要檢查這個(gè)設(shè)計(jì)的設(shè)計(jì)原理的正確性，看一下該設(shè)計(jì)到底能不能達(dá)到預(yù)想的效果；之后就是檢查焊接電路是否焊好，看有沒有連錫或漏焊。之后就是檢查各個(gè)電路是否都能實(shí)現(xiàn)其功能；最后再把調(diào)試的各個(gè)部位整合起來調(diào)試一遍，入股能實(shí)現(xiàn)其功能，則該設(shè)計(jì)就算初步成功了。在調(diào)試過程中遇到的問題有：由于在焊接電路之前沒有認(rèn)真的練習(xí)一下，使得焊錫分布不均勻，有的地方還連錫了，還有有些器件也焊廢了，最后只好又重新買了一套器材;煙霧值一直顯示很高，經(jīng)過查閱資料和換元件測試發(fā)現(xiàn)，煙霧傳感器初次使用得通電幾小時(shí)以上才可以正常使用，要做老化試驗(yàn)。在解碼程序的編寫過程中，隨著理解的深入也作了相應(yīng)的修改。6結(jié)論在做這個(gè)設(shè)計(jì)之前，先要通過各種資料及當(dāng)前技術(shù)預(yù)期一下該系統(tǒng)最終最終要實(shí)現(xiàn)什么樣的功能。即該系統(tǒng)設(shè)計(jì)完成，測試時(shí)，最起碼要能夠?qū)崿F(xiàn)它感應(yīng)煙霧并能夠發(fā)出聲光報(bào)警這個(gè)基本功能。在做該設(shè)計(jì)期間，從最開始購買元器件到通過查找資料并做出了一個(gè)實(shí)用的設(shè)計(jì)產(chǎn)品來，遇到了很多困難，但也得到了很多收獲。剛開始的時(shí)候，由于不了解這個(gè)設(shè)計(jì)還有焊接元件也不怎么熟練，焊錫絲不是滴少了就是多了，有的還焊接連錫了，從而焊壞了這份元件，后來參考并查閱了一些資料，由于吸取了第一次失敗的教訓(xùn)，每一步都是三思而后行，先確定了要怎么做的思路，在考慮可不可行，最后才去付諸行動(dòng)，最后，能夠?qū)崿F(xiàn)感應(yīng)煙霧并發(fā)出報(bào)警的煙霧報(bào)警器總算是做出來了。在這次設(shè)計(jì)中，除了遇到上面的這些問題以外，也獲得了很大的收獲。剛開始的時(shí)候，有點(diǎn)不相信自己，感覺自己沒那個(gè)本事，做不出這個(gè)東西來，后來經(jīng)過自己多次嘗試，總算是做出來了，這大大的提高了自己的自信心，自己的動(dòng)手和操作能力也得到了提高，獨(dú)立思考問題的能力也