基于單片機的智能火災報警系統設計(編輯修改稿)

　

【文章內容簡介】 現代火災探測器的最大特征之 一就是判別功能和判定決定權不僅從觀念上分離，而且在實際應用中已經分別執行。早期的判別功能和判定決定權合二為一，由設置在探測器中的傳感器件實現，因而處理問題死板且易受干擾。而現代火災探測傳感器的判別功能和判定決定權由軟件控制，能濾除干擾，識別真假火災，實現火災智能判斷。 （ 2）可靠性提高 火災探測報警系統可靠性的提高首先體現在用智能技術處理傳感器提供的火災信息。人們采用多種火災探測算法和復合多傳感等傳感方式，為判斷火災提供了更加充分可靠的信息。模糊邏輯、神經網絡等高新技術用于火災的判別，大大提高火災探測的可靠 性。 （ 3）報警時間提前 新型火災探測器已不局限于對已發生的火災及時報警，可以在火災發生之前的幾小時或幾天內，識別潛在的火災危險性，實現超早期火災報警。 火災探測器新技術 （ 1）高靈敏度探測技術應用目前已研究開發出激光式高靈敏度感煙火災探測器、 安徽理工大學畢業設計 4 吸氣式高靈敏度火災探測報警系統和氣體火災探測報警系統等超早期火災探測報警產品。這些系統采用激光粒子計數原理、激光散射原理監視被保護空間，以單位體積內粒子增加的多少來判斷是否可能發生火災。與普通感煙火災探測報警系統相比，這種系統的探測靈敏度提高了兩個數量級 甚至更多。但目前，這種技術還僅限于對煙粒子的探測，在應用中不同程度地受到了應用場所環境的限制。 （ 2）氣體濃度探測技術應用利用氣體和氣體成分對火災早期階段生成物或構成火災的要素進行探測的火災探測技術，也能夠實現超早期火災探測。易燃易爆場所一旦爆炸起火，火勢蔓延速度極快，難以控制，人們為此專門開發研制了在火災爆炸事故之前，從可燃氣體濃度方面進行故障和火災爆炸危險性等方面預測的線型可燃氣體探測報警系統。它采用光學原理，利用不同氣體光譜特性的差別進行氣體濃度探測，從根本上解決了點型可燃氣體傳感元件穩定性差、壽命短 等缺陷，用于大面積可燃氣體探測報警時，性能價格比較高，其原理還可擴展用于其他場所氣體泄漏的監測。 （ 3）多信息技術應用早期的火災探測器對于火災信息的反應是輸出信息“ 0”或“ 1”即開關量，其他信息僅圍繞反映開關是否正常、能否動作等。而現代火災探測器是對火災過程進行監測，有些探測器實質上只起傳感器的作用。因此，其火災信息量明顯增加。另一方面，各種單一傳感器提供的火災信息均混雜非火災信息，給從傳感器提供的火災信息上判別火災增加了難度，人們于是開始研究基于新型探測原理的傳感器件（如氣體傳感器等）和復合探測器，對火災 過程的多參數進行監測，配以智能判別技術，以達到減少誤報，提高可靠性的目的。細微特征的辨識也是從提供信息角度識別火災的一種方法。采用單片機的智能火災探測器，可以打破采樣受控制器控制的被動局面，主動獲取對于識別真假火災參數非常重要的細微信息。 安徽理工大學畢業設計 5 2 總體設計及方案論證 火災智能監測及防火卷簾門自動控制系統 是有傳感器，信號變換，單片機及相應的 信號顯示、輸出部分 組成。通過 溫度和煙霧傳感器 采集 信號，經過單片機與其設定值進行比較后，根據差值和內部的軟件設計來對溫度 高低和煙霧濃度 進行檢測及控制， 及 時準確的報警和滅火，實現物資損失降低到最小。 工藝技術要求 由于本系統是為直接應用于工廠，所以所有參數必須與相關產品相匹配，下面我們就以硅鋼片退火的相關參數為例來進行設計： 利用單片機結合各類傳感器，實現樓宇（庫房） 現場溫度、煙氣信號的實時動態監測，實時顯示監測數據。 當火災發生時，由計算機控制系統發生把盆景及控制信號。 報警信號包括聲、光報警和電話語音報警，并通過通訊接口給相關部門發送火災位置信號。 控制信號用于卷簾門的自動控制（溫感一步降、煙感兩步降，同時具有手動控制功能）和 自動噴淋、排風換氣裝置的啟動，要求系統控制精度高，響應速度快 ，動作時間小于 5秒，工作可靠。 本設計可以獨立單元房間（面積 100 平方米）設計，要求系統可以方便地實現擴展。 系統 設計思想 系統硬件及信號由 AT89C51單片機內部有非易失性 Flash存儲器分別包含 128 字節 RAM 、 32 條 I/O 口線、 3 個 16 位定時 /計數器、 6 輸入 4 優先級嵌套中斷結構、 1 個串行 I/O口（可用于多機通信、 I/O擴展或全雙工 UART） 以及片內振蕩器和時鐘電路。使用 AT89C51芯片 ， 能夠滿足需要 ， 還可以 使外圍器件盡可能少 ， 另外價格也便宜 ，所以選用它 。 防火門及相應的控制 、 動力機構安裝完畢后，首先要確定時間 。 通過 傳 送信號給單片機 ， 通知單片機要開始設置時間 。 有 3個時間要設置 ： 防火門的全程上升時間和全程下降時間及從頂下降到中位所需的時間 。 所確定的時間被存在 EEPROM中 。 上述 3個時間存入 EEPROM后 ， 就可以隨意按動 “ 上 ”、“ 下 ”、“ 停 ” 3個按鈕中的任何一個 ， 使防火門運行或停止 。 通常使防火門停在最高處 ， 當火災發生時 ， 防火門向下運行 ， 切斷火勢曼延的通路 。 發生火災時 ， 防火門的工作模式有如下幾種 ， 我們可以預先做以下 設置 。 ]5[ 1） 煙霧二步降 。 發生火災 ， 一般都是煙先竄到防火門 ， 火后一步到 。 防火門的 安徽理工大學畢業設計 6 傳感器感知到煙信號后 ， 防火門立即開始下降 ， 并發出聲光報警信號 。 防火門下降到中位 （ 通常門已關閉一半 ， 下面一半開著 ， 讓人逃生 ） 停止下降 ， 延時一段時間 ， 以便讓里面的人逃生 ， 而后繼續下降 （ 稱作第二步下降 ）， 直到防火門完全關閉為止 。在第二步下降過程中 ， 只要有人按動 “ 上 ”、“ 下 ”、“ 停 ” 3個按鈕中的任何一個 ， 門就會自動上升到中位 ， 以便人逃離火場 。 2） 煙溫二步降 。 火災發生 ， 煙霧先到達 ， 這時防火門附 近的溫度還處在正常范圍 。 防火門感知此煙 ， 立即下降到中位 ， 并在中位停下來 ， 以便人員逃生 。 在防火門附近的溫度上升到一定的高度以前 ， 防火門將一直停在中位 。 當防火門的感應系統感知到防火門附近的溫度達到比較高的程度后 ， 防火門開始第二步下降 ， 從中位下降到把整個門關閉 。 因為只有溫度達到一定的高度 ， 才說明火將曼延過來 ， 須迅速徹底關閉防火門 。 防火門在第二步下降的過程中 ， 若有人按動 “ 上 ”、“ 下 ”、“ 停 ” 3個按鈕中任何一鈕 ， 門都將上升到中位 。 到達中位后 ， 將立刻開始下降 ， 但只要有人再次按任何一鈕 ， 門仍將上升到中位 。 不論是煙霧二步 降還是煙溫二步降 ， 當門徹底關閉后 ， 只要有人按上述 3個鈕任一鈕 ， 門就上升到中位 ， 以讓人逃離火場 。 3） 高溫處理 。 不論初始設置的是煙霧二步降還是煙溫二步降 ， 只要高溫先到達或是與煙霧信號同時到達 ， 防火門都將從頂不停地一直下降到底 。 還有一種情形也會導致 “ 高溫處理 ” ： 若火災發生時沒有高溫 ， 當防火門從頂下降到中位前或下降到中位后在中位停留的時間內 ， 檢測到有高溫信號 ， 防火門系統將自動轉入 高溫處理 ， 立即開始第二步下降 。 火撲滅后 ， 防火門系統檢測到既無煙又無高溫 ， 則確認火已滅 ，便自動關閉報警信號 ， 防火門自動上升到正常位置 。 方案論證 單片機的 擇 選 單片機是本方案的靈魂，所以我們選擇是需要慎之又慎，下面我們來拿 8031 和AT89C51 做一下比較。 8031 片內不帶程序存儲器 ROM，使用時用戶需外接程序存儲器和一片邏輯電路373，外接的程序存儲器多為 EPROM 的 2764系列。用戶若想對寫入到 EPROM 中的程序進行修改，必須先用一種特殊的紫外線燈將其照射擦除，之后再可寫入。寫入到外接程序存儲器的程序代碼沒有什么保密性可言。 由于上述類型的單片機應用的早，影響很大，已成為事實上的工業標準。后來很多芯片廠商 以各種方式與 Intel 公司合作，也推出了同類型的單片機，如同一種單片機的多個版本一樣，雖都在不斷的改變制造工藝，但內核卻一樣，也就是說這類單片機指令系統完全兼容，絕大多數管腳也兼容；在使用上基本可以直接互換。我們統稱 安徽理工大學畢業設計 7 這些與 8051 內核相同的單片機為 51系列單片機 。 在眾多的 51 系列單片機中，要算 ATMEL 公司的 AT89C51 更實用，因他不但和8051指令、管腳完全兼容，而且其片內的 4K 程序存儲器是 FLASH 工藝的，這種工藝的存儲器用戶可以用電的方式瞬間擦除、改寫，一般專為 ATMEL AT89Cx 做的編程器均帶有這些功能。顯而易見，這種單片機對開發設備的要求很低，開發時間也大大縮短。寫入單片機內的程序還可以進行加密，這又很好地保護了你的勞動成果。而且AT89C51 目前的售價比 8031 還低，市場供應也很充足。 單對 AT89C51 來說，在實際電路中可以直接互換 8051 和 8751，替換 8031 只是第 31腳有區別， 8031 因內部沒有 ROM， 31腳需接地（ GND），單片機在啟動后就到外面程序存儲器讀取指令；而 8051/8751/89c51 因內部有程序存儲器， 31 腳接高電平（ Vcc），單片機啟動 后直接在內部讀取指令。也就是 51芯片的 31 腳控制著單片機程序從內部讀取還是從外部讀取， 31 腳接電源，程序從內部讀取， 31 腳接地，程序從外部讀取 ， 其他無須改動。另外， AT89C51 替換 8031 后因不用外存儲器，不必安裝原電路的外存儲器和 373 芯片。 由于內部 RAM的存在，可以減少 I/O 擴展芯片、鎖存器及片外 RAM 等等，使整個設計顯得簡單明了，所以我們選擇 AT89C51。 模數轉換器的選擇 A/D 轉換器的種類很多，就位數來分，有 8位、 10位、 12位、 16 位等。位數越高，其分辨率也越高，但價格也越 貴。而就其結構而言，有單一的 A/D 轉換器，有內含多路開關的 A/D轉換器。根據本設計的需要，我選擇的 A/D轉換器是 ADC0809。 ]6[ ADC0809 是美國 Analog Device 公司生產的 8位逐次逼近式模數轉換器，轉換速率高 ， 自帶三態輸出緩沖電路，可直接與各種典型的 8位或 16位的微處理器相連而無需附加邏輯接口電路，且能與 CMOS及 TTL 兼容。是目前我國應用最為廣泛，價格始終的 A/D轉換器。加之內部含有三態輸入緩沖電路，可直接與各種微處理器連接，且無須附加邏輯接口 電路，內部設置的高精參考電壓源和時鐘電路，使它不需要任何外部電路和時鐘信號，就能完成 A/D轉換功能，應用非常方便。 安徽理工大學畢業設計 8 3 單片機 AT89C51 原理 AT89C51 是美國 ATMEL 公司生產的低電壓，高性能 CMOS8 位單片機。片內含 4K bytes 的可反復擦寫的只讀程序存儲器（ PEROM）和 128 bytes 的隨機存取數據存儲器（ RAM），器件采用 ATMEL 公司的高密度、非易失性存儲技術生產，兼容標準 MCS51 指令系統，片內置通用 8位中央處理器（ CPU）和 Flash 存儲單元，功能強大 AT89C51單片 機可為您提供許多高性價比的應用場合，可靈活應用于各種控制領域。 引腳說明 主要性能參數 AT89C51 管腳圖，如圖 31。 圖 31 AT89C51 管腳圖 與 MCS51 產品指令系統完全兼容 4K字節可重擦寫 Flash 閃速存儲器 1000 次擦寫中期 全靜態操作： 0Hz—— 24MHz 三級加密程序存儲器 128*8 字節內部 RAM 32個可編程 I/O 口線 2個 16位定時 /計數器 6個中斷源 可編程串行 UART 通道 低功耗空閑和掉電式 安徽理工大學畢業設計 9 功能特性概述 AT89C51 提供以下標準功能： 4K字節 Flash 閃存存儲器， 128 字節內部 RAM， 32個 I/O 口線，兩個 16 位定時 /計數器，一個 5 向量兩級中斷結構，一個全雙工串行通信口，片內振蕩器及時鐘電路。同時， AT89C51 可降至 0Hz 的靜態邏輯操作，并支持兩種軟件可選的節電工作模式。空閑方式停止 CPU 的工作，但允許 RAM，定時 /計數器，串行通信口及中斷系統繼續工作。掉電方式保存 RAM中的內容。但振蕩器停止工作并禁止其它所有 工作直到下一個硬件復位。 AT89C51 方框圖