【正文】 I 本科畢業(yè)論文 （設(shè)計） 基于 STC12C5412AD 單片機(jī)的 火災(zāi)自動報警系統(tǒng) 設(shè)計 所 在 學(xué) 院 信息科學(xué)技術(shù)學(xué)院 專 業(yè) 名 稱 自動化 申請學(xué)士學(xué)位所屬學(xué)科 工 學(xué) 年 級 2021 級 II 摘 要 目前，隨著電子產(chǎn)品在人 類生活中的使用越來越廣泛，由此引起的火災(zāi)也越來越多，在我們生活 的 四周到處潛伏著火災(zāi)隱患。為了避免火災(zāi)以及減少火災(zāi)造成的損失，我們必須按照“隱患險于明火，防患勝于救災(zāi)，責(zé)任重于泰山”的概念設(shè)計和完善火災(zāi)自動報警系統(tǒng)，將火災(zāi)消滅在萌芽狀態(tài)，最大限度地減少社會財富的損失。 本論文以電阻式煙霧傳感器和單片機(jī)技術(shù)為核心并與其它 電子技術(shù)相結(jié)合， 設(shè)計出一種技術(shù)水平較好的煙霧報警器。其中選用 MQ2 型半導(dǎo)體 可燃?xì)怏w 敏感元件 的煙霧傳感器實現(xiàn)煙霧的檢測，具有靈敏度高、響應(yīng)快、抗干擾能力強(qiáng)等優(yōu)點，而且價格低廉，使用壽命長。選用的 STC12C5412AD 單片機(jī)，其整合了 A/D 轉(zhuǎn)換、硬件乘法器、硬件脈寬調(diào)制器等資源，具有高速、低功耗、超強(qiáng)抗干擾等優(yōu)點，是目前同類技術(shù)中性價比較高的產(chǎn)品。 以 STC12C5412AD單片機(jī)和 MQ2型半導(dǎo)體電阻式煙霧傳感器為核心設(shè)計的煙霧報警器可實現(xiàn)聲光報警、故障自診斷、濃度顯示、報警限設(shè)置、延時報警及與上位機(jī)串口通信等功能。是一種結(jié)構(gòu)簡單、性能穩(wěn)定、使用方便、價格低廉、智能化的煙霧報警器，具有一定的實用價值。 關(guān)鍵詞 ： 煙霧，報警器， STC12C5412AD，傳感器Abstract III ABSTRACT At present, as the electronic products more widely used in human life, the fire disaster caused more and more, fire hazards lurking around in our lives. We must follow the concept of hidden risks in the fire, precautionary measures better than disaster relief responsibility is extremely heavy design and improve the fire automatic alarm system, fire will be nipped in the bud, to minimize the loss of social wealth. In this thesis, resistance type smoke sensor and single chip puter as the core and other electronic technology, designs a technology better smoke alarm. The selection of MQ2 type semiconductor gas sensitive element of the smoke sensor smoke detection, which has high sensitivity, fast response, high anti interference ability, and the price is low, long service life. The selection of STC12C5412AD singlechip microputer, the integration of the A/D conversion, hardware multiplier, hardware pulse width modulator and other resources, has the advantages of high speed, low power, strong antiinterference and other advantages, is of similar technology, costeffective products. With STC12C5412AD MCU and MQ2 type semiconductor resistor type smoke sensor as the core design of the smoke alarm can be realized soundlight alarm, fault diagnosis, the concentration display, alarm limit settings, delay alarm and PC serial munications and other functions. It is a kind of simple structure, stable performance, convenient operation, low price, intelligent smoke alarm, has a certain practical value. Key words: Smog, alarm, STC12C5412AD, sensor目錄 IV 目 錄 1 引言 1 概述 1 發(fā)展趨勢 1 現(xiàn)狀及特點 2 2 煙霧檢測報警器的方案設(shè)計 2 煙霧檢測報警器設(shè)計思路 2 煙霧傳感器的選型 3 煙霧檢測報警器整體設(shè)計方案 7 3 煙霧檢測報警器的硬件設(shè)計 9 單片機(jī)的選型 10 煙霧檢測報警器硬件電路設(shè)計 11 4 煙霧檢測報警器的軟件設(shè)計 16 STC12系列單片機(jī)調(diào) 試及開發(fā)工具 16 煙霧檢測報警器軟件流程及設(shè)計 17 5 實驗檢定及誤差分析 25 煙霧檢測報警器檢定 25 實驗誤差分析 28 6 結(jié)束語 30 參考文獻(xiàn) 31 致 謝 32 本科畢業(yè)論文（設(shè)計） 1 1 引言 概述 火災(zāi)自動報警系統(tǒng)，一般由火災(zāi)探測器、區(qū)域報警器和集中報警器組成；也可以根據(jù)工程的要求同各種滅火設(shè)施和通訊裝置聯(lián)動，以形成中心控制系統(tǒng)。即由自動報警、自動滅火、安全疏散誘導(dǎo)、系統(tǒng)過程顯示、消防檔案管理等組成一個完整的消防控制系統(tǒng)。 火災(zāi)探測器是探測火災(zāi)的儀器，由于在火災(zāi)發(fā)生的階段，將伴隨產(chǎn)生煙霧、高溫格火光。這些煙、熱和光可以通過探測器轉(zhuǎn)變?yōu)?電信號報警或使自動滅火系統(tǒng)啟動，及時撲滅火災(zāi)。區(qū)域報警器能將所在樓層之探測器發(fā)出的信號轉(zhuǎn)換為聲光報警，并在屏幕上顯示出火災(zāi)的房間號；同時還能監(jiān)視若干樓層的集中報警器（如果監(jiān)視整個大樓的則設(shè)于消防控制中心）輸出信號或控制自動滅火系統(tǒng)。集中報警是將接收到的信號以聲光方式顯示出來，其屏幕上也 具體顯示出著火的樓層和房間號，機(jī)上停走的時鐘記錄下首次報警的時間 ，利用本機(jī)專用電話，還可迅速發(fā)出指示和向消防隊報警。此外，也可以控制有關(guān)的滅火系統(tǒng)或?qū)⒒馂?zāi)信號傳輸給消防控制室。 發(fā)展趨勢 二十多年前，中國的消防報警產(chǎn) 品剛剛起步，無論產(chǎn)品技術(shù)含量、產(chǎn)品系列完整性、使用性，還是社會影響程度都是相當(dāng)?shù)偷?。國外的產(chǎn)品和品牌一統(tǒng)天下，占領(lǐng)中國的大部分市場。由于中國的建設(shè)正在飛速發(fā)展，市場大的驚人，難道這由中國發(fā)展帶來的成果只能由外國企業(yè)來瓜分？可幸的是中國企業(yè)抓住了機(jī)遇，頂住了挑戰(zhàn)，先是一批國家的科研院所，后是一批國營企業(yè)、民營企業(yè)，業(yè)內(nèi)也吸引和凝聚一大批國內(nèi)的技術(shù)和管理精英，花了十多年時間，通過幾次產(chǎn)品更新?lián)Q代，就使自己的產(chǎn)品緊緊跟上了國際水平，并且奪回了大部分國內(nèi)市場，使得現(xiàn)在大多國外產(chǎn)品只有招架之功，這是典型的自力更生，走 自己的路。當(dāng)然目前而言，我們基本占據(jù)的是國內(nèi)市場，對外還剛啟動。中國企業(yè)正虎視眈眈，準(zhǔn)備進(jìn)軍海外市場。 本科畢業(yè)論文（設(shè)計） 2 現(xiàn)狀及特點 消防報警產(chǎn)品是一個系列產(chǎn)品，包括火災(zāi)探測設(shè)備、信息傳輸設(shè)備、報警分析控制器、消防控制聯(lián)動。是物理傳感技術(shù)、自動控制、計算機(jī)技術(shù)、數(shù)據(jù)傳輸和管理、智能樓宇等技術(shù)的綜合集成，屬于高新技術(shù)。依托中國多年的基本建設(shè)的發(fā)展，這個行業(yè)也得到發(fā)展，具備了和國外知名企業(yè)抗衡的能力。在目前中國許多冠名以高新技術(shù)的行業(yè) 中，中國企業(yè)大多做的是下游的制造和服務(wù)，分取極少一部分的利潤，像 消防報警產(chǎn)品那樣又擁 有自 主 知識產(chǎn)權(quán)，又擁有大量市場的行業(yè)其實是很少的。 在消防報警產(chǎn)品的技術(shù)含量上，國內(nèi)產(chǎn)品和國外產(chǎn)品差距不是很大，許多指標(biāo)已經(jīng)超越，存在的問題是：類似于國外消防報警產(chǎn)品的大批量規(guī)?；纳a(chǎn)才剛起步，有待于積累經(jīng)驗和技術(shù)；也因此在產(chǎn)品一致性和長期穩(wěn)定性上有一些差距；國內(nèi)正在形成權(quán)重的大型企業(yè)和集團(tuán)，這樣可以帶領(lǐng)國內(nèi)的各家企業(yè)去沖擊海外市場，并最終占領(lǐng)海外的消防報警市場。 2 煙霧檢測報警器的方案設(shè)計 煙霧檢測報警器設(shè)計思路 煙霧檢測報警器是能夠檢測環(huán)境中的煙霧濃度，并具有報警功能的儀器，儀器的最基本組成部分 應(yīng)包括：煙霧信號采集電路、模數(shù)轉(zhuǎn)換電路、單片機(jī)控制電路。 煙霧信號采集電路一般由煙霧傳感器和模擬放大電路組成，將煙霧信號轉(zhuǎn)化為模擬的電信號。模數(shù)轉(zhuǎn)換電路將從煙霧檢測電路送出的模擬信號轉(zhuǎn)換成單片機(jī)可識別的數(shù)字信號后送入單片機(jī)。單片機(jī)對該數(shù)字信號進(jìn)行濾波處理，并對處理后的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，是否大于或等于某個預(yù)設(shè)值 (也就是報警限 )，如果大于則啟動報警電路發(fā)出報警聲音，反之則為正常狀態(tài)。為方便檢測與監(jiān)控，使儀器測試人員及用戶能夠直觀地觀察到環(huán)境中的可燃煙霧濃度值，可將濃度值送到顯示屏中。方便調(diào)節(jié)報警限，可以加入按鍵。為 使報警裝置更加完善，可以在聲音報警本科畢業(yè)論文（設(shè)計） 3 基礎(chǔ)上，加入光閃報警， 變化的光信號可以引起用戶注意，彌補(bǔ)嘈雜環(huán)境中聲音報警的局限。以上是 根據(jù)報警器應(yīng)具備的功能 提出的整體設(shè)計思路。 煙霧傳感器及單片機(jī)是可燃煙霧檢測報警器的兩大核心，根據(jù)報警器功能的需要，選擇合適、精確、經(jīng)濟(jì)的煙霧傳感器及單片機(jī)芯片是至關(guān)重要的。煙霧傳感器的選型在下一節(jié)詳細(xì)介紹。單片機(jī)作為硬件電路的核心，它的選型將在第三部分 詳述。 煙霧傳感器的選型 煙霧傳感器屬于氣敏傳感器，是氣 電變換器，它將可燃性氣體在空氣中的含量 (即濃度 )轉(zhuǎn)化成電壓或者電流 信號，通過 A/D 轉(zhuǎn)換電路將模擬量轉(zhuǎn)換成數(shù)字量后送到單片機(jī)，進(jìn)而由單片機(jī)完成數(shù)據(jù)處理、濃度處理及報警控制等工作。傳感器作為煙霧檢測報警器的信號采集部分，是儀表的核心組成部分之一。由此可見，傳感器的選型是非常重要的。 煙霧傳感器介紹 (1) 煙霧傳感器的分類 煙霧傳感器種類繁多，從檢測原理上可以分為三大類 [10]： (a)利用物理化學(xué)性質(zhì)的煙霧傳感器：如半導(dǎo)體煙霧傳感器、接觸燃燒煙霧傳感器等。 (b)利用物理性質(zhì)的煙霧傳感器：如熱導(dǎo)煙霧傳感器、光干涉煙霧傳感器、紅外傳感器等。 (c)利用電 化學(xué)性質(zhì)的煙霧傳感器：如電流型煙霧傳感器、電勢型氣體傳感器等。 (2) 煙霧傳感器應(yīng)滿足的基本條件 一個煙霧傳感器可以是單功能的，也可以是多功能的；可以是單一的實體，也可以是由多個不同功能傳感器組成的陣列。但是，任何一個完整的煙霧傳感器都必須具備以下條件： (a)能選擇性地檢測某種單一煙霧，而對共存的其它煙霧不響應(yīng)或低響應(yīng)； 本科畢業(yè)論文（設(shè)計） 4 (b)對被測煙霧具有較高的靈敏度，能有效地檢測允許范圍內(nèi)的煙霧濃度； (c)對檢測信號響應(yīng)速度快， 重復(fù)性好； (d)長期工作穩(wěn)定性好； (e)使用壽命長； (f)制造成本低 ，使用與維護(hù)方便。 (3) 常見煙霧傳感器簡介 下面對工業(yè)上常用的幾種煙霧傳感器作簡單介紹 [5]。 (a) 半導(dǎo)體煙霧傳感器 半導(dǎo)體煙霧傳感器包括用氧化物半導(dǎo)體陶瓷材料作為敏感體制作的煙霧傳感器，以及用單晶半導(dǎo)體器件制作的煙霧傳感器。自 1962 年半導(dǎo)體金屬氧化物煙霧傳感器問世以來，由于 其 具有靈敏度高、響應(yīng)快、輸出信號強(qiáng)、耐久性強(qiáng)、結(jié)構(gòu)簡單、價格便宜等諸多優(yōu)點，得到了廣泛的應(yīng)用。該傳感器己成為世界上產(chǎn)量最大、使用最廣的煙霧傳感器之一。按照敏感機(jī)理分類，可分為電阻型和非電阻型。 (b) 接觸燃燒式傳感器 當(dāng)易燃煙霧接觸這種被催化物覆蓋的傳感器表面時會發(fā)生氧化反應(yīng)而燃燒，故得名接觸燃燒式傳感器。接觸燃燒式煙霧傳感器的檢測元件一般為鉑金屬絲 (也可表面涂鉑、鈀等稀有金屬催化層 )，使用時將鉑絲通電，保持 300176。 C~400176。 C 的高溫，此時若與煙霧接觸，煙霧就會在稀有金屬催化層上燃燒，因此鉑絲的溫度會上升，鉑絲的電阻值也上升；通過測量鉑絲的電阻值變化的大小，就知道煙霧的濃度。 (c) 高分子煙霧傳感器 利用高分子氣敏材料制作的煙霧傳感器近年來得到很大的發(fā)展。高分子氣敏材料在遇到特定煙霧時，其電阻、介電常數(shù)、材料 表面聲波傳播速度和頻率、材料重量等物理性能發(fā)生變化。高分子氣敏材料由于具有易操作性、 制作 工藝簡單、常溫選擇性好、價格低廉、易與微結(jié)構(gòu)傳感器和聲波器件相結(jié)合，在毒性煙霧和食品鮮度等