目录
1 绪论 (1)
1.1 课题研究的背景和意义 (1)
1.2 国内外的研究现状 (2)
1.3 本文内容的结构安排 (3)
2 火灾报警系统整体方案设计 (5)
2.1火灾产生原理及过程 (5)
2.2系统总体方案设计 (6)
2.2.1 系统硬件总体构架 (6)
2.2.2 系统软件总体构架 (7)
2.3系统主要器件的选择 (8)
2.3.1 火灾探测器的选择 (8)
2.3.2 单片机及A/D转换芯片的选择 (12)
3 火灾自动报警系统硬件设计 (14)
3.1 前段信号调理电路 (14)
3.2 复位电路与晶振电路 (16)
3.2.1晶振电路 (16)
3.2.2 复位电路 (16)
3.4 数据采集电路 (18)
4 火灾报警系统程序设计 (21)
4.1软件开发环境 (21)
4.2火灾报警系统程序设计 (21)
4.2.1数据采集程序 (22)
4.2.2火灾判断与报警程序 (24)
5 总结 (26)
5.1 总结 (26)
5.2 展望 (26)
附录1 系统程序 (28)
附录2 系统原理图 (31)
参考文献 (32)
致谢 (34)
1 绪论
1.1 课题研究的背景和意义
在各种灾害中，火灾是最经常、最普遍地威胁公众安全和社会发展的主要灾害之一。火灾是世界上发生频率较高的一种灾害，几乎每天都有火灾发生。据联合国“世界火灾统计中心(WFSC)2000统计资料”，全球每年大约发生火灾600万至700万次，全球每年死于火灾的人数约为65000至75000人。其中，欧美地区发生的火灾较多，死亡人数却相对较少，这与欧美发达国家的生活水平以及消防技术和设施有关;相比较而言，亚洲地区发生火灾次数较少，但死亡人数较多，这与亚洲经济发展程度不高、消防设施不完善等因素有关。据统计，我国70年代火灾年平均损失不到2.5亿元，80年代火灾年平均损失接近3.2亿元。进入90年代，特别是1993年以来，火灾造成的直接财产损失上升到年均十几亿元，年均死亡2000多人。随着经济和城市建设的快速发展，城市高层、地下以及大型综合性建筑日益增多，火灾隐患也大大增加，火灾发生的数量及其造成的损失呈逐年上升趋势。一旦发生火灾，将对人的生命和财产造成极大的危害[1]。
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，还直接危胁生命安全，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伤亡，为社会减少不必要的损失[2]。火灾自动报警系统(FAS)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。火灾发生的早期，会使得燃烧物质分解，析出大量的有毒气体CO，人们可能在毫无察觉火情的情况下就发生了CO中毒，从而无力逃生，火灾自动报警系统可监测到CO浓度的变化，为人们提供CO浓度超标报警信息，通知人们及时疏散[3]。火灾自动报警系统可作为城市消防系统的单元，通过城市消防专用网与城市消防报警中心联网，及时将报警信息传递到消防报警中心，城市消防报警中心会自动查找到火灾发生的位置，并为消防队员制定消防路线图，以便消防队员可以迅
速抵达火灾地点[4]。火灾自动报警系统能对火灾进行实时监测和准确报警，有着防止和减少火灾危害、保护人身安全和财产安全的重要意义，有着很大的经济效益和社会效益。
1.2 国内外的研究现状
根据现代战争的突发性、立体性和区域不确定性,使攻防界线模糊,作战方向多变,战火灾自动报警系统已有百余年的发展历史，19世纪40年代美国诞生的火灾报警装置标志着火灾自动报警系统首次进入人们的视野[5]。1890年在英国，感温式火灾探测器研制成功并应用于火灾探测系统，标志着火灾自动报警系统的发展走上正轨[6]。此后，随着世界科技取得了突飞猛进的进步和各种新兴技术的出现和发展，火灾监测技术也相应迅速发展，各种类型的火灾探测器相继问世，并日臻完善，火灾自动报警系统也在此基础上逐渐地蓬勃发展起来，其发展过程可以分为以下几个阶段:
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Emst Meili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[7]。
近年来，采用无线通信方式的火灾自动报警系统在国外悄然兴起。这种系统引入了无线电通信技术，利用无线通信方式代替传统的有线通信方式，将大多的电器装置通过无线连接方式进行信息传输与控制，适用于各类建筑和场所。无线火灾自动报警系统起初仅用于特殊场合，如博物馆、名胜古迹等不宜布线的场合，而且其价格也比较高[8]。随着科技进步和元器件成本的降低，无线火灾自动报警系统的研发和生成成本也随之降低，它在性能和价格上都具有很强的竞争力，其市场潜力已经崭露头角[9]。
在我国，采用的无线通信方式的火灾自动报警系统日益受到重视。由于其具有安装简便、对建筑物无损坏作业、灵活性好，易于扩展等优点，适用于许多场合，如名胜古迹、体育馆、博物馆、展览中心、处于施工阶段的建筑物、医院等。火灾自动报警系统的智能性主要体现在火灾判决和统筹管理方面，一般分为分散式、集中式和分布式，分散式系统由非智能型控制器若干智能型探测节点组成，由探测节点完成火灾状态的判断;集中式系统由智能型控制器和若干非智能探测节点构成，探测节点仅将火灾参量传送给控制器，由控制器智能地判断火灾状态；分布式系统的控制器和探测节点均为智能型，也是今后火灾自动报警系统的发展方向[10]。
1.3 本文内容的结构安排
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。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。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。
本文的结构安排如下：
第1章：绪论。主要介绍课题的研究背景和意义，介绍了火灾报警系统的发展状况。此外，介绍了论文的主要内容及章节安排。
第2章：介绍了火灾探测原理，给出火灾自动报警系统的总体设计构架，分别给出
硬件和软件的整体构架，并给出系统设计中的主要器件的选型。
第3章：火灾自动报警系统硬件设计，详细介绍了传感器信号调理电路、单片机处理电路及声光报警电路，并给出相应的设计原理图。
第4章：火灾自动报警系统监控程序设计，介绍数据采集子程序、火灾判断与报警子程序等。
第5章：对本文工作进行总结，并对火灾报警器的发展前景进行展望。
2 火灾报警系统整体方案设计
2.1火灾产生原理及过程
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。根据可燃气体与空气混合方式不同有两种燃烧方式，如果在燃烧前，可燃气就与空气均匀混和，则称之为预混燃烧；如果可燃气体和空气分别进入燃烧区边混合边燃烧，则称之为扩散燃烧。液体和固体是凝聚态物质，难与空气均匀混合，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。一般气溶胶的分子较小(直径0.01μm)。在产生气溶胶的同时，产生分子较大(直径0.01一10μm)的液体或固体微粒，称为烟雾。可燃气体与空气混合，在较强火源作用下产生预混燃烧。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[11]。这些热量通过可燃物的直接燃烧、热传导、热辐射和热对流，使火从起火部位向周围蔓延，导致了火势的扩大，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。阴燃就是在疏松或颗粒介质中形成的缓慢进行的热解和氧化反应，它能长时间自行维持并传播，当条件发生变化时，或者自行熄灭，或者转化为明火。明火则是火灾发生时燃烧火焰产生的热量使液体或固体的表面放出可燃气体，并形成扩散燃烧，同时发出含有红、紫外线的火焰。快速发展火焰则是火灾扩散的速度特别快，这种类型的火灾一般为空气中混有大量可燃气体。通过大量的研究表明阴燃是诱发火灾的重要原因[12]。
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[13]。
图2.1 起火过程曲线
2.2系统总体方案设计
2.2.1 系统硬件总体构架
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2.2为火灾报警系统的结构框图[14]。
图2.2 系统结构框图
单片机是整个报警系统的核心，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。如果发生火灾，系统以声光的形式报警。
本火灾自动报警系统具有以下功能：
(1)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，能立即发出声光火灾警报[15]。
2.2.2 系统软件总体构架
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2.3所示。
图2.3 程序流程图
为了降低误报率，系统采用了多次采集、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。
2.3系统主要器件的选择
2.3.1 火灾探测器的选择
1）探测器简介
火灾探测器是火灾报警系统的重要组成部分，直接关系到整个系统的正常运行。当火灾发生时，把火灾产生的各种非电量参数(如烟雾，温度)变成电量参数传送给控制器。其特点是模拟量传输，跟随各种非电量参数的变化而变化[16]。火灾探测器根据火灾发生时所表现出来的物理现象可以分为：气敏型、感温型、感烟型、感光型、感声型五大类。
(l)感温探测器
感温探测器一般分为定温式和差温式。单一的感温探测器灵敏度低、探测速度慢、探测范围小，尤其对阴燃情况不响应，因此不适用于火灾早期的探测，而在设计时往往安装在不宜安装感烟探测器的区域[17]。
(2)感烟探测器
感烟探测器可以分为离子感烟探测器和光电感烟探测器[18]。感烟探测器具有非常好的早期报警功能，即使在不太好的环境条件场所也会有比较好的探测效果，它一般适用于极高的房屋或空心花板或地下室中。感烟探测器适用于火灾前期及早期，产生大量的烟和少量的热，但它不能区分火灾信号与非火灾信号，如厨房烟、水蒸气等，所以误报率较高。
(3)气体探测器
气体探测器的主要作用是在发生可燃气体泄漏危险时，提醒有关人员采取相关措施以保护现场工作人员、生产设备的安全运转以及周围环境。气体探测器适用于散发可燃气体和可燃蒸汽的场所。但由于气体探测器探测对像CO易与还原气体发生化学反应，因此在有还原气体的场所可能会发生误报警。
(4)图像探测器
图像火灾探测器分为烟雾图像探测器、火焰图像探测器、激光图像感烟探测器等，它们都非常适合于商场大空间建筑。但烟雾图像火灾探测器对不规则物体或相似图像可能发生误报警;而火焰图像探测器则对高温物体或太阳光照射可能发生误报警;激光图像感烟火灾探测器则由于其良好的探测性能，发生误报警的概率小，非常适合商场建筑的火灾探测[19]。
(5)红、紫外火焰探测器
火灾中能够辐射出红外线的不仅仅是火焰，一些高温物体的表面都能发出与火焰红外线频带相吻合的红外线，因此这些并非火灾的红外源就容易使单波段红外火焰探测器产生误报警[20]。紫外火焰探测器灵敏度高(ms级)，反应快，适合在火灾时有强烈的火焰辐射而无阴燃阶段且需对火焰做出快速反应的场合，但当环境中有紫外辐射、高温物体或有太阳光直射时可能或产生误报警，因此，紫外火焰探测器不宜用于火焰出现前有浓烟扩散或有阳光直射的地方。
烟雾浓度是火灾的特性参数之一，在较大范围的监视场所，烟雾探测一直被广泛使用的火灾探测方法。火灾中会产生大量的热，温度也是火灾的另一特性参数，和环境温度相比火灾的温升是很明显的，所以温度也被用来进行火灾探测[21]。然而烟雾探测器在受到外界非火灾的干扰信号会产生误报警，且对于某些黑烟的探测并不敏感。温度探测器可以很好地补充烟雾探测器造成的漏报，但由于只有在燃烧的后两个阶段才会发生明显的变化，报警的响应时间慢。因此根据以上情况以及本系统的要求，采用感烟探测器和感温探测器相结合的多传感器探测方法[22]，可以发挥各自的优势、弥补不足之处，在火灾发生的早期就能够更加准确的报警。
2）烟雾探测器
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，但其受环境湿度影响较大。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。其特性参数和温湿度特性参数分别见表2.1和表2.2。NIS-09C离子烟雾探测器探测到的是烟雾浓度模拟量，通过其灵敏度特性（如表所示）可以看出，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。
表2.1 NIS-09C烟雾探测器的主要特征参数表
表2.2 NIS-09C烟雾传感器的温湿度特性参数表
3）温度探测器
温度探测器使用的是美国国家半导体公司生产的集成温度传感器LM94022，该传感器属于高精度模拟输出CMOS温度传感器，不仅工作电压低、静态电流小和输出功率极低，而且能与模数转换器(ADC)配合使用。其主要特性如下：(1)工作电压低，可在1.5V电压下工作；且工作电压范围宽，为1.5—5.5V；(2)静态电流小，典型值为5．41μA；
(3)末级为推挽输出，输出电压与感测的温度成反比，确保芯片即使在较高的温度范围内仍可保持极高的灵敏度；(4)可提供4个不同增益让用户自行选择，其中包括-5.5mV/℃、-8.2 mV /℃、-10.9mV /℃及-13.6mV /℃；(5)温度范围宽，可以监控由-50℃至150℃范围内的温度；(6)设计灵活、功率极低，采用极小巧的SC70封装，大小与美国国冢半导体的标准型号LM20温度传感完全相同。LM94022的管脚排列如图2.4所示。
图2.4 LM94022管脚排列
当给LM94022的灵敏度选择输入端GS0、GS1施加不同电平时，有4种不同的灵
敏度供用户选择，如表2.3所示(由于输出电压随温度升高而下降，其灵敏度为负值)。用户可根据测温的范围及接口电路的工作电压的条件来合理。选择要求高电平大于(V DD-0.5V) ；低电平小于0.5V。
表2.3 LM94022的4种灵敏度
LM94022的输出特性如图2.5所示，这是测量温度与输出电压在不同灵敏度时的特性。由于输出电压随温度升高而下降，其灵敏度为负值。从图可看出，LM94022的输出电压与感测的温度成反比，并且其线性度极好，这是线性化后的特性。在V DD为5V 时，不同灵敏度的几个特定温度值时的输出电压如表2.4所示（典型值）。
图2.5 LM94022的输出特性
表2.4V DD为5V，t为25℃时的输出电压值
续表2.4V DD为5V，t为25℃时的输出电压值
按表2.4的数据计算出的灵敏度值与表2.3给出的典型灵敏度有一些差值。例如，在GS=00时，-25℃时的输出电压为1168 mV，-50℃时的输出电压为1299 mV，则其平均灵敏度为-5.24 mV /℃；50℃时的输出电压为760 mV，75℃时的输出电压为619 mV，则其平均灵敏度为5.64 mV /℃。表2中GS==00时，灵敏度为-5.5 mV /℃。
2.3.2 单片机及A/D转换芯片的选择
本设计的控制芯片使用的是ATMEL公司生产的A T89C51，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2.6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2.6 AT89C51芯片的引脚图
A/D转换电路采用了常用的8位8通道数模转换专用芯片ADC0809，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2.7所示。
图2.7 ADC0809芯片的引脚图
ADC0809的主要性能指标为:
（1）分辨率为8位。
（2）最大不可调误差：ADC0809为 1LSB。
（3）单电源+5v供电，基准电压由外部提供，典型值为+5v，此时允许输入模拟电压为0—5V。
（4）具有锁存控制的8路模拟选通开关。
（5）可锁存三态输出，输出电平与TTL电平兼容。
（6）转换速度取于决芯片的时钟频率。当时钟频率500KHz时，转换时间为128μs。
3 火灾自动报警系统硬件设计
3.1 前端信号调理电路
由于传感器输出的模拟信号比较微弱，且含有干扰信号，所以系统需要将信号进行放大和滤波。温度传感器使用的是高精度模拟输出CMOS 温度传感器LM94022，该传感器的末级为推挽输出，输出电压与感测的温度成反比，即温度越高输出电压越低；可提供4个不同增益让用户自行选择，其中包括-5.5mV/℃ 、-8.2 mV /℃ 、-10.9mV /℃及-13.6mV /℃。本设计温度传感器灵敏度选择-5.5mV/℃，所以LM94022的GS0和GS1端口都接地，温度信号调理电路如图3.1所示。烟雾传感器输出电压较大，能达到几伏，不需要放大烟雾信号，只需要将信号滤波处理，烟雾信号调理电路如图3.2所示。由于温度、烟雾信号调理电路运放LM324接直流电源，电路中有直流，所以在电路中设计了起隔直通交的电容C1、C2、C7。系统采用固定门限检测法[23]判断火灾是否发生，温度阈值设定为57℃，烟雾浓度阈值设定为3.2%每英尺。
图3.1 温度信号调理电路
电路设计中要求高输入低输出，故放大电路、滤波电路的前置电阻R4、R8的阻值设为10K [24]。由于运放LM324的输入级是差动放大电路，要求两端输入回路参数对称，即N P R R =，1//N F R R R =，故546//R R R =，58.3R K =。依据运算放大器“虚短”、“虚
断”特性，有u u -+=。电压放大倍数为：
644F uf R R A R R =-=-，5uf A =- （3-1）
图3.2 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[9]。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（Low Pass Filter ，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、温度调理电路中的简单二阶低通滤波器电路[26]。二阶低通滤波电路中891R R R K ===，890.1C C C F μ===。
LPF 电路电压放大倍数为：
()()u 2113A s sRC sRC =
++ （3-2） 用j ω取代s ，且令012f R C π=，0 1.6f K H z =，得出电压放大倍数为：
2001
13u A f f j f f =??-+ ??? （3-3）
由于为信号频率二次幂的函数式，故为二阶LPF 。设带通截止频率为H f ，则当
H f f =LPF 的上限截止频率为：
00.37H f f ≈ ，0.59H f K H z = （3-4）
二阶低通滤波电路的衰减斜率可达-40dB/十倍频，但是有由于H f 远离0f ，即在
0f f =处，信号的放大倍数已急剧下降，所以该滤波电路以降低滤波器通频带为代价来
获得滤波器衰减斜率[27]。
3.2晶振电路与复位电路
3.2.1晶振电路
晶振电路为单片机AT89C51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C5、C6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C5、C6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3010pF pF ±；如果使用陶瓷谐振，则电容容量大小为4010F pF p ±。本设计中使用石英晶体，电容的容值设定为30pF 。
3.2.2 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。AT89C51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Ch1可避免高频谐波对电路的干扰。AT89C51的复位电路如图3.3所示。
图3.3 晶振电路与复位电路
3.3声光报警电路
声光报警电路在AT89C51的控制下，可以根据不同的情况（火灾、异常、故障)，发出不同的声光信号报警。
声音报警电路如图3.4所示。由于蜂鸣器的工作电流一般比较大，以致于单片机的I/O 口是无法直接驱动的，所以要利用放大电路来驱动，一般使用三极管来放大电流就可以了。声报警电路由单片机的P10引脚进行控制，当P10输出的电平为高电平时，三极管导通，蜂鸣器的电流形成回路，发出声音报警；否则，三极管截止，蜂鸣器不发出声音[24]。
图3.4 蜂鸣器报警
光报警电路路如图3.5，其中单片机的P2口进行控制，P2口的P2.3～P2.6分别控制4个发光二极管，予以光报警，如图所示。P2.3～P2.6控制的灯依次为红色(火灾信号灯)、红色(异常信号灯) 、黄色(故障信号灯)和绿色(正常信号灯) 。当P2.3～P2.6输出低电平时，对应的信号灯便会发光报警。
图3.5 光报警
3.4 数据采集电路
本设计中的A/D使用的是通用8位芯片ADC0809，芯片的几个重要管脚功能如下：ALE为地址锁存允许输入线，高电平有效。当ALE线为高电平时，地址锁存与译码器将
毕业设计 学生姓名学号 系(部) 专业机电一体化技术 题目火灾报警器毕业设计 指导教师 （姓名）（专业技术职称/学位） （姓名）（专业技术职称/学位） 2017 年9 月
摘要：随着现代家庭用火、用电量正在逐年增加，家庭火灾发生的频率越来越高，火灾烟雾报警器也随之被广泛应用于各种场合。本设计是利用单片机结合传感器技术而开发了这一火灾烟雾报警系统。论文中主要烟雾报警器系统各个组成部分进行了介绍，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。 关键词：报警器，80C51，声光传感器 目录 1 绪论 (3) 1.1声光报警器的发展及现状 (3) 1.2论文研究的目的及意义 (4) 1.3论文内容 (4) 2 基于C51单片机的声光报警的设计方案 (5) 2.1任务分析 (5) 2.2设计方案 (5) 3 系统硬件实现 (6) 3.1主控电路设计 (6) 3.2外围接口电路设计 (10) 3.3总电路设计 (16) 4 软件实现 (18) 4.1编程KEIL环境介绍 (18) 4.2程序流程 (18) 4.3程序 (19) 5 调试 (21) 5.1调试的步骤 (21) 5.2调试过程中遇到的问题及解决方法 (22) 结论 (24) 致谢 (25) 参考文献 (26)
1 绪论 1.1 声光报警器的发展及现状 1.1.1 火灾探测技术 火灾作术为一种在时空上失去控制的燃烧所引发的灾害，对人类生命财产和社会安全构成了极大的威胁。由此引发的重大安全事故比比皆是，所以人类一直也未停止过对它的研究。 火灾的发生和发展是一个非常复杂的非平稳过程，它除了自身的物理化学变化以外还会受到许多外界的干扰，火灾一旦产生便以接触式(物质流)和非接触式〔能量流)的形式向外释放能量。接触式形式包括可燃气体、燃烧气体和烟雾、气溶胶等。非接触式如声音、辐射等。火灾探测技术就是利用敏感元件将火灾中出现的物理化学特征转换为另外一种易于处理的物理量。各种探测器对应的火灾物理参量及探测器如图1-1所示。 图1-1 各种探测器对应的火灾物理参量及探测器 1.1.2 火灾探测器的发展趋势 探测器朝新探测技术的发展进一步拓展了火灾探测的应用领域，为一些传统探测器无法胜任的环境提供了有效的手段。相关技术的发展，如傅立叶近红外光谱技术弱信号处理技术、低功耗MCU技术进一步促进了传统探测技术的改进，使得传统探测器在技术和性能上有了显著的提高。火灾着极早期探测、多传感器复合探测和探测器小型化、智能化的方向发展迈出了更快的步伐。 近几年来，单片机已逐步深入应用到工农业生产各部门及人们生活的各个方面。各种类型的单片机也根据社会的需求而开发出来。单片机是器件级计算机系统，实际上它是一个微控制器或微处理器。[2]由于它功能齐全，体积小，成本低，因此它可以应用到任何
基于单片机的火灾报警器设计 火灾作为一种发生频率高、破坏性强的灾害，受到人们的大力重视。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。火灾自动报警系统,作为火灾的先期预报、火灾的及时扑灭、保障人身和财产安全,起到了不可替代的作用。随着传感器技术、无线通信技术、集成电路和微电子技术日臻完善，火灾自动报警系统迎来了良好的发展契机，其智能化程度也越来越高。 系统用AT89C51单片机作为核心，其容量大、数据处理速度快、适合运行较为复杂的算法；采用高灵敏度的温度传感器LM94022与烟雾传感器NIS-09C作为探测器。报警系统将传感器输出的电信号经放大滤波处理后送入ADC0809转换，得到的数字信号由单片机进行处理分析，判断是否发生火灾。火灾自动报警系统通过对传感器采集火情信息,采用多传感器信息融合技术,使用智能识别算法实现对火灾的监测。当报警器监测到火情信息后, 立即产生声光报警信号。系统具有声光报警、故障自诊断等功能，系统的结构简单、性能稳定，使用方便，智能化程度高。由于采用了感温和感烟探测器相结合探测方法，比使用单一的探测器能更加准确报警、降低了误报率。 关键词：火灾自动报警系统，温度探测器，烟雾探测器，AT89C51
The Fire Alarm System Based on Single Chip Design Abstract As one kind of high-frequency, highly destructive disasters，people pays great attention to fire. Along with the rapid development of the economy and urban construction, urban high-rise and underground constructions, as well as the large-scale and comprehensive constructions are increasing, and the Potential danger of fire is also greatly increased. The number of fires and the loss was caused by upward trend year after year. The automatic fire alarm systems (FAS), a previous forecast, fire exterminate, guarantee personal and property security, have played an irreplaceable role. As technology of the sensor，the wireless communication，the integration circuit and the micro-electronics gradually progresses, the FAS meets an excellent opportunity, its intelligent degree becomes higher and higher. System uses AT89C51 as the core, because of its large capacity, data processing speed, suitable for operation more complex algorithms. System uses sing high sensitivity of the temperature sensor LM94022 and smoke sensor NIS - 09C as detectors. Alarm system will send sensor output signal after filtering processing enlargement to ADC0809 conversion. The single-chip microcomputer analysis the digital signal processed, and it determine whether fires. FAS collect fire information through sensors, using multi-sensor information fusion technology, and use intelligent identification algorithm for fire monitoring. When the alarm monitors the fire information, it produces sound-light alarm signal immediately. System has the acousto-optic alarm, fault diagnosis system. The system has simple structure and stable performance, and it is easy to use and intelligent. In this paper, it uses the method of combining temperature detector and smoke detector to detect, and can be a more accurate report than using a single detector, while reduced the false rate. Key words：Automatic fire alarm system，Temperature detectors，Smoke detectors ，AT89C51
电子科技大学 《模拟电路基础》电子线路应用设计报告 设计题目： 学生姓名：学号： 教师姓名：日期： 2017-1-6
一仿真目的 火灾报警器设计电路 二指标要求 通过两个温度传感器获得的电压差实现火灾自动报警。 ?正常情况下，电压差为零，发光二极管不亮，蜂鸣器不响。?当有火情时，电压差增大，发光二极管发光，蜂鸣器鸣叫。 三电路原理 放大微弱电压信号----判断是否需要报警—报警指示 放大微弱电压信号-----判断是否需要报警----------报警指示
一，温度传感电路 以二极管作为温度传感器，将温度变化转化为输出电压u i 。 ? 用恒定电流驱动二极管 ? 输出电压u i 等于二极管的正向电压 ? 温度上升时，二极管正向电压下降，输出电压下降。 二．电压放大电路 发生火灾时，温度传感器的电压差可以迅速上升至几十到几百mV ，根据后级的比较电压（可选）确定放大倍数，通过差分放大器将电压放大到大于比较电压。 )(I1I2f O u u R R u -?=
三．单限比较器 差分电路输出的电压从A2的正向输入端输入，与单限电压比较器的阈值电压U T 进行比较。 ? u o1U T 时，u o2=U oH 。 稳压管 运放输出端可以用稳压管限幅，根据稳定电压和稳定电流、负载电流 可以计算限流电阻。 CC T V R R R U ?+=4 34
四．声光报警电路 当A2输出为高电平时，发光二极管导通，发光。 根据稳定电压和发光二极管的导通电压（）、工作电流（10-20mA）可以计算电阻R5。 放大电路 当A2输出为高电平时，晶体管T导通，蜂鸣器鸣叫。 根据选择的基极电流（I B）和稳定电压计算基极电阻R6。
本 科毕业设计 （自然科学） 题 目：火灾报警系统的设计（偏硬） Hebei Normal University of Science & Technology 专业：电气工程及其自动化 学号：93110070121
毕业设计（论文）原创性声明和使用授权说明 原创性声明 本人郑重承诺：所呈交的毕业设计（论文），是我个人在指导教师的指导下进行的研究工作及取得的成果。尽我所知，除文中特别加以标注和致谢的地方外，不包含其他人或组织已经发表或公布过的研究成果，也不包含我为获得及其它教育机构的学位或学历而使用过的材料。对本研究提供过帮助和做出过贡献的个人或集体，均已在文中作了明确的说明并表示了谢意。 作者签名：日期： 指导教师签名：日期： 使用授权说明 本人完全了解大学关于收集、保存、使用毕业设计（论文）的规定，即：按照学校要求提交毕业设计（论文）的印刷本和电子版本；学校有权保存毕业设计（论文）的印刷本和电子版，并提供目录检索与阅览服务；学校可以采用影印、缩印、数字化或其它复制手段保存论文；在不以赢利为目的前提下，学校可以公布论文的部分或全部内容。 作者签名：日期：
独创声明 本人郑重声明：所呈交的毕业设计(论文)，是本人在指导老师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果，成果不存在知识产权争议。尽我所知，除文中已经注明引用的内容外，本设计（论文）不含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体均已在文中以明确方式标明。 本声明的法律后果由本人承担。 作者签名: 二〇一〇年九月二十日 毕业设计（论文）使用授权声明 本人完全了解滨州学院关于收集、保存、使用毕业设计（论文）的规定。 本人愿意按照学校要求提交学位论文的印刷本和电子版，同意学校保存学位论文的印刷本和电子版，或采用影印、数字化或其它复制手段保存设计（论文）；同意学校在不以营利为目的的前提下，建立目录检索与阅览服务系统，公布设计（论文）的部分或全部内容，允许他人依法合理使用。 （保密论文在解密后遵守此规定） 作者签名: 二〇一〇年九月二十日
电子科技大学 课程设计报告 学生姓名：李星村学号：2013040203027 指导教师：张雅丽 一、课程名称：模拟电路基础 二、课程设计名称：火灾报警器电路 三、课程设计目的： 1.了解火灾报警器基本工作原理 2.理解火灾报警器电路 3.学习运用Multisim仿真软件对电路进行仿真 四、课程设计内容： 计算火灾报警器电路个原件参数并用Multisim进行电路仿真，观察报警器工作情况。 五、课程设计步骤： 1. 查看资料书籍了解火灾报警器工作原理：正常情况下，即无火情时，两个温度传感器产生的电压相等，即u11=u12，发光二极管不亮，蜂鸣器不响；有火情时，u11不等于u12，即产生电压差，使得发光二极管发亮，蜂鸣器鸣叫报警。故可用函数发生器产生0V信号表示正常情况，用有幅度的信号代表火灾发生时两输入端产生的电压差。 2.设计出总体框图以及电路图总体图
3.设计各个部分电路具体参数： 选取Ｒ１＝200Ω，Ｒ２＝400Ω，从而，通过一级运放后的输出电压Ｕ１＝Ｒ２·（ＵＩ１－ＵＩ２）／Ｒ１ 第二级运放有门限电压ＵT＝VCC·Ｒ４／（Ｒ３＋Ｒ４）可以选Ｒ３＝100Ω，Ｒ４＝２00Ω，从而ＵT＝4V。当Ｕ１＇＞ＵT时，ＵＯＨ＝ＵＺ。 发光二极管ＵＤ＝２．５Ｖ，ＩＤ≦２０ｍＡ。由ＩＤ＝（ＵＯＨ－ＵＤ）／Ｒ５，可以得出Ｒ５＝1.2KΩ。 三极管的基极电流ＩＢ＝（ＵＯＨ－ＵＢＥ）／Ｒ６，ＵＢＤ＝０．７Ｖ，ＩＢ约为几毫安，因此Ｒ６可以选1.8ＫΩ。 蜂鸣器电流即集电极电流ＩＣ＝βＩＢ 电源为直流电源，加在运放上的为１２Ｖ，具体位置参看电路图。 4.对电路进行初步测试并进行修改调试：在进行初步调试是发现LED两端电压过大，在实际情况中很容易烧坏二极管，故采用在其两端接入稳压二极管，是发光二极管正常工作。最 终得到实际电路如图.
一、结构特点及工作原理： 烟雾检测器MC14467—1和MC14468是美国摩托罗拉（MOTOROLA）公司生产的离子感烟探测报警专用芯片，为大规模CMOS电路构造。它只需外接一个离子源和用于安装离子源的离子室及少量的外部元件，即完成烟雾探测、报警的功能。当探测到烟雾时，它能通过外接的压电式换能器和内部的驱动电路发出报警声。它主要具有以下一些特点： ①内置高输入阻抗的场效应管和比较器 ②内含压电式蜂呜器的驱动电路，可以直接驱动蜂呜器； ③探测信号输入端具有保护二极管； ④电池欠压报警，电池电压报警点可通过外接电阻设置； ⑤探测阀值即灵敏度可通过电阻进行设置； ⑥具有电池极性反接保护功能（仅MC14467—1具有）； ⑦MC14468还具有一个I/O脚，允许40个报警单元相互连接在一起，组成一个多点报警区域系统。 MC14467—1和MC14468为双列直插式（DIP）16脚封装，其引脚如图一所示。由图可看出它具有具有直接同离子室中的各极相连的引脚和发光二极管驱动输出脚等。MC14467—1和MC14468的内部结构框图如图二所示。内含有振荡器、定时器、锁存器、报警控制逻辑电路和高输入阻抗的比较器、电阻网络等。没有检测到烟雾时，MC14467—1和MC14468的内部振荡器振荡周期为1.67S。每个1.67S周期内，内部的电源都提供给整个芯片工作。除了LED闪亮、电池欠压告警和有烟雾报警期间，它都不停地检测有无烟雾，每24个周期检测一次电池电压是否正常，它是通过与比较器中的一个齐纳稳压二极管相比较而得出，因为整个探测装置对功耗的要示比较高，所以经12脚接的振荡电容应该选低泄漏的电容，以提高电池使用寿命。 当MC14467—1或MC14468一旦检测到有烟雾时，振荡器的振荡周期变为40MS，压电蜂鸣器振荡驱动电路启动，启动使能输出为维持高电平160MS后，停止80MS。在停止期间，继续检测烟雾的变化，这时如果没有检测到烟雾，则禁止蜂鸣器振荡电路振荡，将不发出报警声。在烟雾报警过程中，将禁止电池欠压报警，同时LED 发光二极管指示灯闪亮，频率约为1Hz。
毕业论文声明 本人郑重声明： 1．此毕业论文是本人在指导教师指导下独立进行研究取得的成果。除了特别加以标注地方外，本文不包含他人或其它机构已经发表或撰写过的研究成果。对本文研究做出重要贡献的个人与集体均已在文中作了明确标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。 2．本人完全了解学校、学院有关保留、使用学位论文的规定，同意学校与学院保留并向国家有关部门或机构送交此论文的复印件和电子版，允许此文被查阅和借阅。本人授权大学学院可以将此文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本文。 3．若在大学学院毕业论文审查小组复审中，发现本文有抄袭，一切后果均由本人承担，与毕业论文指导老师无关。 4.本人所呈交的毕业论文，是在指导老师的指导下独立进行研究所取得的成果。论文中凡引用他人已经发布或未发表的成果、数据、观点等，均已明确注明出处。论文中已经注明引用的内容外，不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的研究成果。对本文的研究成果做出重要贡献的个人和集体，均已在论文中已明确的方式标明。 学位论文作者（签名）： 年月
关于毕业论文使用授权的声明 本人在指导老师的指导下所完成的论文及相关的资料（包括图纸、实 验记录、原始数据、实物照片、图片、录音带、设计手稿等），知识产权归 属华北电力大学。本人完全了解大学有关保存，使用毕业论文的规定。同 意学校保存或向国家有关部门或机构送交论文的纸质版或电子版，允许论 文被查阅或借阅。本人授权大学可以将本毕业论文的全部或部分内容编入 有关数据库进行检索，可以采用任何复制手段保存或编汇本毕业论文。如 果发表相关成果，一定征得指导教师同意，且第一署名单位为大学。本人 毕业后使用毕业论文或与该论文直接相关的学术论文或成果时，第一署名 单位仍然为大学。本人完全了解大学关于收集、保存、使用学位论文的规 定，同意如下各项内容： 按照学校要求提交学位论文的印刷本和电子版本；学校有权保存学位 论文的印刷本和电子版，并采用影印、缩印、扫描、数字化或其它手段保 存或汇编本学位论文；学校有权提供目录检索以及提供本学位论文全文或 者部分的阅览服务；学校有权按有关规定向国家有关部门或者机构送交论 文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权大学可以将本学 位论文的全部或部分内容编入学校有关数据库和收录到《中国学位论文全 文数据库》进行信息服务。在不以赢利为目的的前提下，学校可以适当复 制论文的部分或全部内容用于学术活动。 论文作者签名：日期： 指导教师签名：日期： 专业：电气工程及其自动化 学号：93110070121
编号： 设计说明书 题目：基于单片机的火灾报警器设计与实现学院：桂林电子科技大学职业技术学院专业：电子信息工程技术 学生姓名： 学号： 指导教师：周光祥 职称：讲师 2015 年 6 月日
摘要 火灾自动报警系统（Fire Alarm System，简称FAS系统）是人们为了早期发现通报火灾，并及时采取有效措施，控制和扑灭火灾，而设置在建筑物中或其它场所的一种自动消防设施，是人们同火灾作斗争的有力工具。 本次设计以AT89C51单片机，MQ-2烟雾传感器和DS18B20温度传感器为核心设计的火灾报警器可实现报警故障自诊断、报警设置、实时温度显示及与温度报警值设定等功能。是一种结构简单、电路简单、而且易懂、性能稳定、使用方便、价格低廉、智能化的烟雾报警器，具有非常高的实用价值。 关键词:AT89C51；温度传感器；烟雾传感器；火灾报警器；四位共阴数码管；
目录 引言 (1) 1 系统概述 (2) 1.1选题背景 (2) 1.2 设计要求 (2) 2 设计原理 (2) 2.1 硬件部分 (2) 2.2 软件部分 (3) 3 硬件电路设计与分析 (3) 3.1 硬件框架图 (3) 3.2 单片机最小系统 (4) 3.2.1 STC89C52芯片介绍 (4) 3.2.2 时钟电路 (4) 3.2.3 复位电路 (5) 3.3 四位数码管 (6) 3.3.1 数码管的介绍 (6) 3.3.2 四位数码管共阳和共阴的区分 (7) 3.3.3数码管的驱动方式 (8) 3.4 74HC573芯片介绍 (8) 3.5 温度传感器DS18B20模块 (9) 3.6 烟雾传感器MQ-2模块 (9) 4 软件设计与分析 (10) 4.1 程序主流程图： (10) 4.2 初始化定时器程序 (11) 4.3 四位共阴数码管的动态显示程序 (11) 5 系统调试 (12) 5.1 硬件调试 (12) 5.1.1 最小系统调试 (12) 5.1.2 四位数码管调试 (12) 5.2 软件调试 (12) 5.3 脱机运行调试 (12) 6 总结 (13) 谢辞 (14) 附录1：火灾报警器原理图： (15) 附录2：火灾报警器PCB图： (15) 附录3：火灾报警器程序 (16)
目录 目录 (1) 摘要 (3) 1引言 (1) 2火灾自动报警系统概述 (2) 3建筑概况 (3) 3.1建筑物概况 (3) 3.2系统保护对象分级 (3) 3.3报警区域和探测区域的划分 (4) 4火灾自动报警系统设计 (6) 4.1火灾自动报警系统基本形式选择 (6) 4.2火灾报警控制器的确定 (6) 4.3火灾探测器的确定及布置 (7) 4.4火灾自动报警系统的线制 (8) 4.5火灾自动报警系统的配套设备 (10) 4.5.1手动报警按钮 (10) 4.5.2火灾事故广播 (10) 4.5.3消防专用电话设置 (11) 4.5.4火灾自动报警系统常用模块 (11) 4.6消防联动系统 (12) 4.7供电与接地 (12)
5主要设备清单 (14) 6总结 (15) 参考文献 (16) 附录 (17)
摘要 火灾自动报警系统是人们为了早期发现通报火灾，并及时采取有效措施，控火和扑灭火灾，而设置在建筑物中或其它场所的一种自动消防设施，是人们同火灾作斗争的有力工具。为建筑物的安全提供了有力的保证。 本文对沈阳市某酒店进行了火灾自动报警系统设计。首先介绍了建筑概况，划分防火分区，根据规范进行了系统保护对象分级，划分了报警区域和探测区域，然后选择了火灾自动报警系统基本形式，确定了火灾报警控制器的型号，通过计算与校验，合理的布置了火灾探测器，确定了火灾自动报警系统的线制，进行了火灾自动报警系统的配套设备的选择，然后介绍了消防联动系统，确定了系统供电与接地装置，最后绘制了火灾自动报警系统平面图。 关键词：探测器；探测区域；火灾探测器；火灾报警控制器
唐山师范学院本科毕业论文 题目：火灾报警器的设计 学生：22222 指导老师：姜丽飞讲师 年级：08级 专业：电子信息科学与技术 系别：物理系 唐山师范学院物理系 2012年5 月
郑重声明 本人的毕业论文（设计）是在指导教师姜丽飞的指导下独立撰写完成的。如有剽窃、抄袭、造假等违反学术道德、学术规范和侵权的行为，本人愿意承担由此产生的各种后果，直至法律责任，并愿意通过网络接受公众的监督。特此郑重声明。 毕业论文（设计）作者（签名）： 2012年月日
目录 火灾报警器的设计 (1) 摘要 (1) 1.序言 (1) 2.硬件设计 (1) 2.1 DS18B20温度传感器 (2) 2.1.1 DS18B20的特性 (2) 2.1.2 DS18B20内部结构及DS18B20的管脚排列 (2) 2.1.3 DS18B20使用注意事项 (2) 2.2.ＭＱ－２烟雾传感器 (3) 2.2.1 MQ-2的特性 (3) 2.2.2 MQ-2的结构 (3) 2.2.3 MQ-2的原理图 (4) 2.3有线通信 (5) 2.4.比较器LM339 (6) 2.4.1电压比较器LM339简介 (6) 2.4.2应用范围 (6) 2.4.3引脚配置 (6) 2.4.4 LM339的特点和一些参数 (7) 3．软件设计 (7) 3.1程序流程图 (7) 参考文献 (12) 致谢 (13) 外文页 (14) 附录： (15)
火灾报警器的设计 宁波 摘要随着现代家庭用火、用电量的增加，家庭火灾发生的频率越来越高，从而导致生命财产的重大损失。火灾自动报警系统是为了早期发现通报火灾，并及时采取有效措施，控制和扑灭火灾而设置在建筑物中或其它场所的一种自动消防设施，是人们同火灾作斗争的有力工具。报警系统主要是通过传感器自动检测，产生报警信号，从现场发出报警信号或通过专门电缆近距离报警，从而引起人们的警觉。本设计实现了火灾报警器的小型化和智能化，使仪器具有结构简单、性能稳定、体积小、成本低等优点，具有一定的实用价值。 关键词温度传感器烟雾传感器电压比较器串口通信 1.序言 本设计具有一定的实用价值。本设计实现了仪器的小型化，和智能化。使仪器具有结构简单、性能稳定、体积小、成本低等优点。具有一定的使用价值。火灾自动报警系统是由触发器件、火灾报警装置、火灾警报装置以及具有其它辅助功能的装置组成火灾报警系统按钮的火灾报警系统。它能够在火灾初期，将燃烧产生的烟雾、热量和光辐射等物理量，通过感温、感烟和感光等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，记录火灾发生的时间。 2.硬件设计 原理如图1： 图1
基于单片机的智能火灾报警系统 前言 目前，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，在我们生活得四周到处潜伏着火灾隐患。为了避免火灾以及减少火灾造成的损失，我们必须按照“隐患险于明火，防患胜于救灾，责任重于泰山”的概念设计和完善火灾自动报警系统，将火灾消灭在萌芽状态，最大限度地减少社会财富的损失。 本系统可安装在各防火单位，它负责不断地向所监视的现场发车巡检信号，监视现场的温度、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、判断确定火灾。当发生火灾时，可实现声光报警、故障自诊断、浓度显示、报警限设置、延时报警及与上位机串口通信等，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。 1 基于单片机的智能火灾报警系统介绍 1.1 选题背景及意义 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，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。 1.2设计要求
石家庄铁道大学电气与电子工程学院 模拟电子技术课程设计 火灾报警器 班级 姓名 学号 2016.01.01专业 电气工程及自动化 题目 日期
题目：火灾报警器 摘要：生活中难免遇到火灾的发生，为了在火灾来临之前防患于未然，因此一个火灾报警器是十分必要的，因而我模拟设计了火灾报警电路。它包括了温度传感器、放大器、电阻、模拟电路实验箱、发光二极管、蜂鸣器等等。其中温度传感器是个热敏电阻，它通过感知温度的变化来改变电路中电流的大小，并影响电路中二极管和蜂鸣器中所通过的电流，使其产生变化。而后通过MultisimlO.O软件仿真的实现来使二极管发光以及使蜂鸣器报警，从而来实现预防火灾及减小火灾危害的作用。
目录1?摘要: 2.原理框图: 3.火灾报警电路总体说明: 4.火灾报警电路原理分析: (1)温度传感器: (2)比例运算电路: (3)单限电压比较器: (4)声光电报警电路: 5.主要元器件选择及参数计算: 6.电路仿真: 7.组装调试过程: 8.结果分析: 9.课程设计评分标准: 10.附件:
火灾报警电路原理图 1?温度传感器 温度传感器是检测温度的器件，温度传感器一般分为接触式和非接触式两大类。所谓接触式就 是传感器直接与被测物体接触进行温度测量，这是温度测量的基本形式。而非接触式是测量物体热 辐射而发出的红外线从而测量物体的温度，可进行遥测，这是接触方式所做不到的。接触式温度传 感器有热电偶、热敏电阻以及铂电阻等，利用其产生的热电动势或电阻随温度变化的特性来测量物 体的温度。 此次设计采用的是热敏电阻这一接触式温度传感器。 、原理框图 1. 2. 3. 4. 火灾报警电路总体说明 温度控制电路有热敏电阻的水温度的的变化电阻减小而控制必列运算电路的输入电压。 比 例运算实现电压差。并用输出控制单限比较器。 不同的电压使单限比较器输出不同的电平。使二极管和晶体管导通，控制报警电路。 导通 后二极管亮，蜂鸣器发声报警。 火灾报警电路原理与分析
课程设计 设计题目：基于单片机的火灾报警器设计
课程设计任务书 专业：电子信息工程学号:4091426 学生姓名（签名）： 设计题目：基于单片机的火灾报警器设计 一、设计实验条件 微机实验室 二、设计任务及要求 1.根据题目要求进行资料收集及监测方案设计； 2.主要功能要求：（1）实时检测至多8个监测点的环境温度、烟雾浓度等因素变化， 以判断是否出现火警；（2）判定某监控点出现火警时进行声光报警，并显示此监控点编号；（3）能手动报警和取消报警；（4）能手动进行系统检测；（5）监控点数目可以通过键盘设置。 3.撰写课程设计说明书； 三、设计报告的内容 1.设计题目与设计任务（设计任务书） 2.前言（绪论）(设计的目的、意义等) 3.设计主体（各部分设计内容、分析、结论等） 4.结束语（设计的收获、体会等） 5.参考资料 四、设计时间与安排 1、设计时间：2周 2、设计时间安排： 熟悉实验设备、收集资料： 2 天 设计图纸、实验、计算、程序编写调试：9天 编写课程设计报告：2天 答辩：1天
目录 1 绪论 (1) 1.1 课题研究的背景和意义 (1) 1.2 国内外的研究现状 (2) 1.3 本文内容的结构安排 (3) 2 火灾报警系统整体方案设计 (4) 2.1火灾产生原理及过程 (4) 2.2系统总体方案设计 (6) 2.2.1 系统硬件总体构架 (6) 2.2.2 系统软件总体构架 (6) 2.3系统主要器件的选择 (8) 2.3.1 火灾探测器的选择 (8) 2.3.2 单片机的选择 (15) 3 火灾自动报警系统硬件设计 (16) 3.1 复位电路与晶振电路 (16) 3.1.1晶振电路 (16) 3.1.2 复位电路 (16) 3.2 传感器信息采集电路 (17) 3.3 声光报警显示电路 (18) 3.4 系统控制电路 (19) 4 火灾报警系统程序设计 (20) 4.1软件开发环境 (20) 4.2火灾报警系统程序设计 (21) 4.2.1数据采集子程序 (22) 4.2.2火灾判断/报警子程序 (23) 4.2.3控制系统子程序 (25) 5 总结 (26) 5.1 总结 (26)
烟雾报警器课程设 计
成绩评定________ 检测与转换技术 课程设计 题目：烟雾报警器 院系：电子工程学院 专业：电子信息工程技术 姓名：疯狂的大驴子 年级： xxxxxxx 指导教师： xxxxx 12月
目录 1. 设计任务与要求 (3) 2. 设计目的 (3) 3. 设计方案 (4) 4. 设计框图 (5) 5. 工作原理 (5) 6. 设计总结 (7) 参考文献 (9)
1. 设计任务与要求 （1）在此设计中采用了较为冷门的STC系列单片机，熟悉STC 系列芯片如何控制外围电路。 （2）了解MQ-2烟雾传感器的工作原理，设计数据采集模块来完成数据的采集。 （3）将采集后的烟雾浓度模拟信号进行A/D转换后送至单片机存储、处理。 （4）设置键盘模块，以便能够在不同要求下更改浓度阀值。 （5）当所测的烟雾浓度超标时，红色LED灯闪烁报警，蜂鸣器报警。 (6 ) 完成电子元器件的焊接和相关调试工作。 (7 ) 功能完全调试成功后，撰写相关实训报告。 （8）在学完了《电子设计与制作》课程的基本理论，基本知识后，能够综合运用所学理论知识、拓宽知识面，系统地进行电子电路的工程实践训练，锻炼动手能力，培养工程师的基本技能，提高分析问题和解决问题的能力。 （9）熟悉集成电路的引脚安排，掌握各芯片的逻辑功能及使用方法了解面包板结构及其接线方法，了解其的组成及工作原理（10）培养独立思考、独立准备资料、独立设计规定功能的数字系统的能力。 （11）培养书写综合设计实验报告的能力
2.设计目的 烟雾报警器就是经过检测烟雾的浓度来实现火灾防范的，烟雾感应器内部采用例子是烟雾传感，是一种技术陷阱，工作稳定可靠的传感器，被广泛运用到各种消防报警系统中，性能远优于气敏电阻类的火灾报警器。 本系统采用AT89C51单片机，选用温度传感器MQ-2，利用多传感信息融合技术科用于小型环境的简单烟雾报警。 为了能切实保障人们的生命安全及财产安全不受火灾的影响，我们设计出一种能够在火灾刚刚发生时或者有可燃气体堆积引起的火灾隐患或人员安全时就能报警，而且自动打开喷水阀灭火的装置，就能极大地减少不良后果的发生。做到防患于未然，使人们及早得知火情，将火灾扑灭在萌芽状态。 3. 设计方案 方案一： 以LM324集成电路核心构成的报警电路。整个电路分为电源、检测、定时报警输出三部分。电路结构较为简单。其核心元件是烟雾传感器和LM324集成电路。电源部分是由变压器、电桥、CW7805集成电路、CW7805集成电路几部分构成的。电路检测部分是由烟雾传感器和一个电位器组成，报警电路是由LM324
3．3．1 火灾报警控制器的设计与安装 火灾报警控制装置的分类，大多按其用将报警控制装置分为域报警控制器和集中报警控制器两种。 一、区域报警控制器 它是由火灾探测器或手动火灾报警按钮以及火灾报警控制器组成。适用于较小范围的保护。 区域控制器的作用，将区域内探测器送来的火警信号转换成声光报警信号，同时输出信号给集中报警控制器。它还兼负将24V直流电提供给探头，并备有联动其它外部设备动作的触点。其功能如下： 1、供电功能。 2、火灾自动报警并记忆。发出声响和灯光，打印报警内容；接受手动或机械式探测器送来信号;时钟停走(记录首次报警时间)；发火警信号给集中报警控制器。 3、消音后再声响功能。当一个回路报警后，按消音钮消音，如果这时控制器又接受其它回路的报警信号，它仍能产生声、光报警。 4、输出控制功能。具有一对以上输出控制接点，供火警时切断空调、通风设备的电源，关闭防火门或启动自动消防设施设备，阻止火灾蔓延扩大。 5、监控传输线断线功能。当探测器到区域报警控制器间的连续断路或松动，区域报警控制器立即发出区别于火
警的声、光断线故障报警信号。 6、主备电源自动监控转换功能。火灾报警控制器的主电源是交流220V市电，其直流备用电源一般为镍镉电池。当市电停电或出现故障时，能自动转换到备用直流电源。市电恢复正常后，又能自动切换到交流220V市电，此时稳压电源要给电池充电，当充好后，自动断开，以备下次使用。 当市电断电，备用直流电源电压偏低时，区域火灾报警控制器能及时发出备用电源欠压的报警信号。 7、熔丝烧断告警功能。火灾报警控制器中任何一根熔丝(保险线)烧断时，能及时以各种形式发出故障报警信号。 8、火警优先功能。当火灾报警控制器接受到火灾报警信号时，能自动切除原先可能存在的其他故障告警信号，只报火警以免引起混淆。只有当火情排除，人工将区域报警控制器复位时，若故障仍然存在，才再次发出故障报警信号。 9、手动检查功能。由于自动火灾报警系统对火警和各类故障均进行自动监控，而且平时该系统处于监视状态，在无火警、无故障时，使用人员无法知道这些自动监控功能是否完好。所以，在火灾报警控制器上都设置了手动检查试验装置，可供随时或定期检查系统各部分的电路和元、器件是否完好无损，系统各种自动监控功能是否正常，以保证火灾自动报警系统处于正常工作状态。手动检查试验后，设备
毕业设计用纸
摘要
随着科技的发展，时代的进步，高楼大厦才能追上人类的脚步，伴随着家庭用火、用电量 的增加，所以火灾出现的可能性在持续加大，全国各地几乎每天都有不同情况的火灾在发 生，也正是因为这个原因，用来警示火灾的火灾报警器的地位越来越重要，在各种建筑内 被广泛使用。 该论文的主要研究对象为无线且具备多种功能的火灾报警器，该报警器使用的是利用气体 的传感器 MQ - 2、 ADC0832模数转换器以及温度传感器（型号为 DS18B20 ） ，以及用 STC89C51 作为主要核心进行控制的组件等来使基础功能得以实现。一旦在室内的温度， 或者是一定体积内的燃烧后产生的气体的浓度达到了传感器能够感知的临界值时，火灾警 示器就会通过声音和警示灯来提示可能发生火灾险情，让处于建筑物的人们能够及时逃生。
关键词：气体传感器 MQ-2；火灾报警；51 单片机；智能控制；DS18B20
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ABSTRACT
With the development of science and technology, the progress of The Times, high-rise buildings to catch up with the pace of the human race,Along with the family in the fire, the increase of electricity consumption, and thus the fire frequency is higher and higher, almost all the fire in different regions, Fire alarm and therefore is widely applied to various occasions for warning of fire.This topic research the multi-function wireless fire alarm the STC89C51 as the core controller, using gas sensor MQ - 2, ADC0832 and DS18B20 temperature sensor to realize the basic functions.Through these sensors, when the concentration of combustible gas in the environment or indoor temperature changes, such as system have a corresponding light and sound alarm signals, to prompt the process of fire, let people to save his life.With the development of science and technology, the progress of The Times, high-rise buildings to catch up with the pace of the human race. Key words:MQ-2 gas sensor; fire alarm; MCU51; intelligent control；DS18B20
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课程设计 令狐采学 设计题目：基于单片机的火灾报警器设计 课程设计任务书 专业：电子信息工程学号:4091426 学生姓名（签名）： 设计题目：基于单片机的火灾报警器设计 一、设计实验条件 微机实验室 二、设计任务及要求 1.根据题目要求进行资料收集及监测计划设计； 2.主要功能要求：（1）实时检测至多8个监测点的环境温度、烟 雾浓度等因素变更，以判断是否呈现火警；（2）判定某监控点呈现火警时进行声光报警，并显示此监控点编号；（3）能手动报警和取消报警；（4）能手动进行系统检测；（5）监控点数目可以通过键盘设置。 3.撰写课程设计说明书； 三、设计陈述的内容 1.设计题目与设计任务（设计任务书） 2.前言（绪论）(设计的目的、意义等) 3.设计主体（各部分设计内容、阐发、结论等） 4.结束语（设计的收获、体会等）
5.参考资料 四、设计时间与安插 1、设计时间： 2周 2、设计时间安插： 熟悉实验设备、收集资料： 2 天 设计图纸、实验、计算、法度编写调试： 9 天 编写课程设计陈述： 2 天 辩论： 1天 目录 1 绪论1 1.1 课题研究的布景和意义1 1.2 国内外的研究现状4 1.3 本文内容的结构安插3 2 火灾报警系统整体计划设计4 2.1火灾产生原理及过程4 2.2系统总体计划设计6 2.2.1 系统硬件总体构架6 2.2.2 系统软件总体构架6 2.3系统主要器件的选择8 2.3.1 火灾探测器的选择8 2.3.2 单片机的选择15 3 火灾自动报警系统硬件设计16
3.1复位电路与晶振电路16 3.1.1晶振电路16 3.1.2 复位电路16 3.2传感器信息收集电路17 3.3声光报警显示电路18 3.4系统控制电路19 4火灾报警系统法度设计20 4.1软件开发环境20 4.2火灾报警系统法度设计21 4.2.1数据收集子法度22 4.2.2火灾判断/报警子法度23 4.2.3控制系统子法度25 5 总结26 5.1 总结26 5.2 展望27 附录1 系统法度29 附录2 系统原理图38 参考文献39 致谢40 1 绪论 1.1 课题研究的布景和意义 在各种灾害中，火灾是最经常、最普遍地威胁公众平安和社会成长的主要灾害之一。火灾是世界上产生频率较高的一种灾害，几乎每天都有火灾产生。据联合国“世界火灾统计中心(WFSC)2000统计资料”，全球每年年夜约产生火灾600万至700万次，全球每年死于火灾的人数约为65000至75000人。其中，欧美地区产生的火灾较多，死亡人数却相对较少，这与欧美发财国家的生活水平以及消防技术和设施有关;相比较而言，亚洲地区产生火灾次数较少，但死亡人数较多，这与亚洲经济成长水平不高、消防设施不完善等因素有关。