【正文】 ............................................. 2 本文內(nèi)容的結(jié)構(gòu)安排 ............................................. 3 2 火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)整體 方案設(shè)計(jì) ......................................... 4 火災(zāi)產(chǎn)生原理及過(guò)程 .............................................. 4 系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì) ................................................ 6 系統(tǒng)硬件總體構(gòu)架 ............................................. 6 系統(tǒng)軟件總體構(gòu)架 ............................................. 6 系統(tǒng)主要器件的選擇 .............................................. 8 火災(zāi)探測(cè)器的選擇 ............................................. 8 單片機(jī)的選擇 ................................................ 15 3 火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) ........................................ 16 復(fù)位電路與晶振電路 ............................................ 16 晶振電路 ..................................................... 16 復(fù)位電路 .................................................... 16 傳感器信息 采集電路 ............................................ 17 聲光報(bào)警 顯示 電路 .............................................. 18 系統(tǒng)控制 電路 .................................................. 19 4 火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)程序設(shè)計(jì) ............................................ 20 軟件開(kāi)發(fā)環(huán)境 ................................................... 20 火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)程序設(shè)計(jì) ........................................... 21 數(shù)據(jù)采集 子 程序 ............................................... 22 火災(zāi)判斷 /報(bào)警 子 程序 .......................................... 23 控制系統(tǒng)子程序 ............................................... 25 5 總結(jié) ............................................................ 26 總結(jié) .......................................................... 26 展望 .......................................................... 27 附錄 1 系統(tǒng)程序 .................................................... 29 附錄 2 系統(tǒng)原理圖 .................................................. 38 參考文獻(xiàn) .......................................................... 39 致謝 .............................................................. 40 東北大學(xué) 2020 屆畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 第 1 頁(yè) 共 37 頁(yè) 1 緒論 課題研究的背景和意義 在各種災(zāi)害中，火災(zāi)是最經(jīng)常、最普遍地威脅公眾安全和社會(huì)發(fā)展的主要災(zāi)害之一?；馂?zāi)是世界上發(fā)生頻率較高的一種災(zāi)害，幾乎每天都有火災(zāi)發(fā)生。據(jù)統(tǒng)計(jì)，我國(guó) 70 年代火災(zāi)年平均損失不到 億元， 80 年代火災(zāi)年平均損失接近 億元。 嚴(yán)峻的事實(shí)證明，隨著社會(huì)和經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，社會(huì)財(cái)富日益增加，火災(zāi)給人類、社會(huì)和自然造成的危害范圍不斷 擴(kuò)大，它不僅毀壞物質(zhì)財(cái)產(chǎn)，造成社會(huì)秩序的混亂，還直接危脅生命安全，給人們的心靈造成極大的傷害?；馂?zāi)發(fā)生的早期，會(huì)使得燃燒物 質(zhì)分解，析出大量的有毒氣體 CO，人們可能在毫無(wú)察覺(jué)火情的情況下就發(fā)生了 CO中毒，從而無(wú)力逃生，火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)可監(jiān)測(cè)到 CO 濃度的變化，為人們提供CO 濃度超標(biāo)報(bào)警信息，通知人們及時(shí)疏散 [3]。 1890 年在英國(guó)，感溫式火災(zāi)探測(cè)器研制成功并應(yīng)用于火災(zāi)探測(cè)系統(tǒng)，標(biāo)志著火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)的發(fā)展走上正軌 [6]。 第二階段， 20 世紀(jì) 40年代末，瑞士物理學(xué)家 Emst Meili 研究 的離子感煙探測(cè)器推出以后，引起了人們對(duì)離子感煙探測(cè)器的重視，隨后感煙探測(cè)器得到廣泛應(yīng)用，并逐漸占據(jù)了絕大部分市場(chǎng)，迫使感溫式探測(cè)器退居其次；到 70年代末，光電式感煙探測(cè)器在光電技術(shù)的基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)，并很快得到大力發(fā)展，它的使用壽命長(zhǎng)，抗干擾能力強(qiáng)，沒(méi)有離子感煙探測(cè)器的放射性問(wèn)題。但是這一時(shí)期的火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)的智能化東北大學(xué) 2020 屆畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 第 3 頁(yè) 共 37 頁(yè) 水平不高，采用有線連接對(duì)工程要求高。這種系統(tǒng)引入了無(wú)線電通信技術(shù)，利用無(wú)線通信方式代替?zhèn)鹘y(tǒng)的有線通信方式，將大多的電器裝置通過(guò)無(wú)線連接方式進(jìn)行信息傳輸與控制，適用于各類建筑和場(chǎng)所。由于其具有安裝簡(jiǎn)便、對(duì)建筑物無(wú)損壞作業(yè)、靈活性好，易于擴(kuò)展等優(yōu)點(diǎn)，適 用于許多場(chǎng)合，如名勝古跡、體育館、博物館、展覽中心、處于施工階段的建筑物、醫(yī)院等。智能型火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)是一個(gè)集信號(hào)檢測(cè)、傳輸、處理、報(bào)警于一體的系統(tǒng)。主要介紹課題的研究背景和意義 ，介紹了火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)的發(fā)展?fàn)顩r。 第 4 章：火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)監(jiān)控程序設(shè)計(jì)，介紹數(shù)據(jù)采集子程序、火災(zāi)判斷 /報(bào)警子程序和系統(tǒng)控制子程序等。根據(jù)可燃?xì)怏w與空氣混合方式不同有兩種燃燒方式，如果在燃燒前，可燃?xì)饩团c空氣均勻混和，則稱之為預(yù)混燃燒；如果可燃?xì)怏w和空氣分別進(jìn)入燃燒區(qū)邊混合邊燃燒，則稱之為擴(kuò)散燃燒?？扇?xì)怏w與空氣混合，在較強(qiáng)火源作用下產(chǎn)生預(yù)混燃燒。其中的氣溶膠、煙霧、火焰和熱量都稱 為火災(zāi)參量，通過(guò)對(duì)這些參量的測(cè)定便可確定是否存在火災(zāi)。快速發(fā)展火焰則是火災(zāi)擴(kuò)散的速度特別快，這種類型的火災(zāi)一般為空氣中混有大量可燃?xì)怏w?；鹧嫒紵螅杆俾?，產(chǎn)生大量的熱使得環(huán)境溫度升高，如果能將這時(shí)能夠探測(cè)到有效地溫度值，就可以比較及時(shí)地控制火災(zāi)。 圖 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖 單片機(jī)是整個(gè)報(bào)警系統(tǒng)的核心，系統(tǒng)的工作原理是：先通過(guò)傳感器 (包括溫感和煙感 )將現(xiàn)場(chǎng)溫度、煙霧等非電信號(hào)轉(zhuǎn)化為電信號(hào)，再通過(guò)外接電路或者芯片內(nèi)置電路將所獲取的電信號(hào)轉(zhuǎn)化為單片機(jī)可讀取的信號(hào)，傳入單片機(jī)。 (2)手動(dòng)報(bào)警及取消報(bào)警的功能。本系統(tǒng)主要包括數(shù)據(jù)采集子程序、火災(zāi)判斷、報(bào)警子程序與系統(tǒng)控制子程序等，系統(tǒng)程序流程圖如圖 所示?；馂?zāi)探測(cè)器根據(jù)火災(zāi)發(fā)生時(shí)所表現(xiàn)出來(lái)的物理現(xiàn)象可以分為：氣敏型、感溫型、感煙型、感光型、感聲型五大類。感煙探測(cè)器具有非常好的早期報(bào)警功能，即使在不太好的環(huán)境條件場(chǎng)所也會(huì)有比較好的探測(cè)效果，它一般適用于極高的房屋或空心花板或地下室中。但由于氣體探測(cè)器探測(cè)對(duì)像 CO 易與還原氣體發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，因此在有還原氣體的場(chǎng)所可能會(huì)發(fā)生誤報(bào)警。激光圖像感煙火災(zāi)探測(cè)器則由于其良好的探測(cè)性能，發(fā)生誤報(bào)警的概東北大學(xué) 2020 屆畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 第 9 頁(yè) 共 37 頁(yè) 率小，非常適合商場(chǎng)建筑的火災(zāi)探測(cè) [19]。火災(zāi)中會(huì)產(chǎn)生大量的熱，溫度也是火災(zāi)的另一特性參數(shù)，和環(huán)境溫度相比火災(zāi)的溫升是很明顯的，所以溫度也被用來(lái)進(jìn)行火災(zāi)探測(cè) [21]。 2）煙霧探測(cè)器 本設(shè)計(jì)的感煙探測(cè)器采用的是 MQ2氣體傳感器，其特點(diǎn)有：廣泛的探測(cè)范圍、 高靈敏度、快速響應(yīng)恢復(fù)、優(yōu)異的穩(wěn)定性、壽命長(zhǎng)、簡(jiǎn)單的驅(qū)動(dòng)電路等等。對(duì)于我們普通的電子愛(ài)好者來(lái)說(shuō)， DS18B20 的優(yōu)勢(shì)更是我們學(xué)習(xí)單片機(jī)技術(shù)和開(kāi)發(fā)溫度相關(guān)的小產(chǎn)品的不二選擇。 ? 12 位分辨率時(shí)的最大工作周期為 750 毫秒。 C (–67176。 ? 多樣封裝形式，適應(yīng)不同硬件系統(tǒng)。 VDD 電源電壓 18B20 共有三種形態(tài)的存儲(chǔ)器資源，它們分別是： ROM 只讀存儲(chǔ)器，用于存放 DS18B20ID 編碼，其前 8 位是單線系列編碼（ DS18B20 的編碼是 19H），后面 48 位是芯片唯一的序列號(hào)，最后 8 位是以上 56的位的 CRC 碼（冗余校驗(yàn)）。第 2 個(gè)字節(jié)是溫度轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)值信息，第 4 個(gè)字節(jié)是用戶 EEPROM（常用于溫度報(bào)警值儲(chǔ)存）的鏡像。第 9 個(gè)字節(jié)為前 8 個(gè)字節(jié)的 CRC 碼。 2， 存在脈沖：在復(fù)位電平結(jié)束之后，控制器應(yīng)該將數(shù)據(jù)單總線拉高，以便于在 15~60uS 后接收存在脈沖，存在脈沖為一個(gè) 60~240uS 的低電平信號(hào)。 ROM 指令為 8 位長(zhǎng)度，功能是對(duì)片內(nèi)的 64 位光刻 ROM 進(jìn)行操作。操作指令同樣為 8 位，共 6 條，存儲(chǔ)器操作指令分別是寫(xiě) RAM 數(shù)據(jù)、讀 RAM 數(shù)據(jù)、將 RAM 數(shù)據(jù)復(fù)制到 EEPROM、溫度轉(zhuǎn)換、將 EEPROM 中的報(bào)警值復(fù)制到 RAM、工作方式切換。如執(zhí)行數(shù)據(jù)讀寫(xiě)指令則需要嚴(yán)格遵循 18B20 的讀寫(xiě)時(shí)序來(lái)操作。其它的操作流程也大同小異，在此不多介紹。空閑方式停止 CPU 的工作，但允東北大學(xué) 2020 屆畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 第 16 頁(yè) 共 37 頁(yè) 許 RAM，定時(shí)／計(jì)數(shù)器．串行通信口及中斷系統(tǒng)繼續(xù)工作。由于外接電容 C C2的容量大小會(huì)輕微影響振蕩頻率的高低、振蕩器工作的穩(wěn)定性、起振的難易程度及溫度穩(wěn) 定性，如果使用石英晶體，電容的容量大小范圍為 30 10pF pF? ；如果使用陶瓷諧振，則電容容量大小為 40 10 FpF p? 。單片機(jī)在啟動(dòng)時(shí)都需要復(fù)位，以使 CPU 及系統(tǒng)各部件處于確定的初始狀態(tài)，并從初態(tài)開(kāi)始工作。 手動(dòng)按鈕復(fù)位需要人為在復(fù)位輸入端 RST 上加入高電平 ,采用的辦法是在RST 端和正電源 Vcc 之間接一個(gè)按鈕。 AT89C52 的復(fù)位電路如圖 所示。 此設(shè)計(jì)圖中，撥碼開(kāi)關(guān) SW1 即模擬的是 8個(gè)煙霧傳感器經(jīng)過(guò)外部電路處理后傳回來(lái)的電信號(hào)。 以方便操作，選用了直流電壓控制型的蜂鳴器、紅色發(fā)光二級(jí)管以及紅色 7段數(shù)碼管作為聲光報(bào)警顯示設(shè)備。 圖 聲光報(bào)警電路 系統(tǒng)控制電路 系統(tǒng)控制電路包含了 10個(gè)按鍵和一個(gè)藍(lán)色數(shù)碼管， 1~8號(hào)按鍵分別對(duì)應(yīng)著 1~8號(hào)檢測(cè)位置， 9號(hào)按鍵對(duì)應(yīng)系統(tǒng)中的取消報(bào)警鍵， 10 號(hào)按鍵對(duì)應(yīng)系統(tǒng)中的設(shè)置檢測(cè)點(diǎn)數(shù)目功能鍵，藍(lán)色數(shù)碼管則實(shí)時(shí)地顯 示當(dāng)前監(jiān)測(cè)點(diǎn)的個(gè)數(shù)，方便用戶調(diào)整。 同時(shí)為了提高程序運(yùn)行的效率，本設(shè)計(jì)將兩個(gè) 83 編碼器 GS輸出端通過(guò)一個(gè)與門（ 74LS08）連接到單片機(jī)的外部中斷 0 口，這樣把中斷與管腳掃描結(jié)合一體，使得程序運(yùn)行效率有了大大提高。 本系統(tǒng)的軟件編程使用的是美國(guó) Keil Software 公司出品的 Keil C51，是 51系列兼容單片機(jī) C 語(yǔ)言軟件開(kāi)發(fā)系統(tǒng)。 C52 工具包的整體結(jié)構(gòu)中，μ Vision與 Ishell分別是 C52for Windows和 for Dos的集成開(kāi)發(fā)環(huán)境 (IDE)，可以完成編輯、編譯、連接、調(diào)試、仿真等整個(gè)開(kāi)發(fā)流程。 程序流程圖： 東北大學(xué) 2020 屆畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 第 22 頁(yè) 共 37 頁(yè)