【文章內(nèi)容簡介】 83。 28 附錄 B 硬件原理圖 38 附錄 C 程序清單 39 石家莊鐵道大學(xué)四方學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 1 第 1 章 緒 論 課題研究的要求以及目的意義 課題研究的要求 本文設(shè)計的系統(tǒng)是一款新型的電子紅外報警系統(tǒng)，本文的設(shè)計是將火焰?zhèn)鞲衅魈綔y與智能控制相結(jié)合，通過對指定地區(qū)紅外的變化情況進(jìn)行監(jiān)測，當(dāng)出現(xiàn)異?，F(xiàn)象時進(jìn)行報警，以便通知工作人員進(jìn)行相應(yīng)的處理，以 防止火災(zāi)對人員生命財產(chǎn)造成傷害。 這款電子紅外報警系統(tǒng)具有一下優(yōu)點：系統(tǒng)采用模塊化設(shè)計，前端傳感器系統(tǒng)能夠快速，準(zhǔn)確的檢測到現(xiàn)場的異常狀況，進(jìn)行準(zhǔn)確可靠的報警，而且這款報警系統(tǒng)造價低廉，使用方便，智能化，適合室內(nèi)場所使用。 課題研究的目的意義 “火災(zāi) ”，是指在時間或空間上失去控制的燃燒所造成的災(zāi)害。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發(fā)展的主要災(zāi)害之一。人類能夠?qū)疬M(jìn)行利用和控制，是文明進(jìn)步的一個重要標(biāo)志?；?，給人類帶來文明進(jìn)步、光明和溫暖。但是，失去控制的火，就會給人類造成巨 大的災(zāi)難。對于火災(zāi)，在我國古代，人們就總結(jié)出 “防為上，救次之，戒為下 ”的經(jīng)驗。隨著社會的不斷發(fā)展，在社會財富日益增多的同時，導(dǎo)致發(fā)生火災(zāi)的危險性也在增多， 火災(zāi)的危害性也越來越大。據(jù)統(tǒng)計， 我國 70 年代火災(zāi)年平均損失不到 億元， 80 年代火災(zāi)年平均損失不到 億元。進(jìn)入 90 年代， 特別是 1993 年以來，火災(zāi)造成的直接財產(chǎn)損失上升到年均十幾億元，年均死亡數(shù)千人。 實踐證明，隨著社會和經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，消防工作的重要性就越來越突出。由此，火災(zāi)報警器在消防工作就的作用也尤為突出了。 國 內(nèi)外研究現(xiàn)狀 國內(nèi)研究現(xiàn)狀 我國的火災(zāi)自動報警控制系統(tǒng)經(jīng)歷了從無到有、從簡單到復(fù)雜的發(fā)展過程，其智能化程度也越來越高。但目前國內(nèi)外廠家多偏重用于大型倉庫、商場、高級寫字樓、賓館等場所大型火災(zāi)報警系統(tǒng)的研發(fā)，他們采用集中區(qū)域報警控制方式，其系統(tǒng)復(fù)雜、 石家莊鐵道大學(xué)四方學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 2 成本較高。而在居民住宅區(qū)、機(jī)房、辦公室等小型防火單位，需要設(shè)置一種單一或區(qū)域聯(lián)網(wǎng)、廉價實用的火災(zāi)報警系統(tǒng)，因此，研制一種結(jié)構(gòu)簡單、價格低廉的基于單片機(jī)與溫度控制傳感器、火焰?zhèn)鞲衅骰ヂ?lián)的簡單實用小型火災(zāi)報警系統(tǒng)是非常必要的。 國外研究現(xiàn)狀 二 十世紀(jì)八十年代至九十年代，隨著經(jīng)濟(jì)建設(shè)和半導(dǎo)體、微電子、光電、計算機(jī)和信息等科學(xué)技術(shù)的迅速發(fā)展，國外火災(zāi)自動報警技術(shù)以市場為導(dǎo)向，以應(yīng)用高新技術(shù)為先導(dǎo)，以減少誤報率、提高可靠性、靈敏度和擴(kuò)大探測范圍為根本目的，在開展基礎(chǔ)理論和應(yīng)用技術(shù)研究、老產(chǎn)品技術(shù)改造、新產(chǎn)品開發(fā)、標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范制修訂、產(chǎn)品質(zhì)量認(rèn)證和檢驗、系統(tǒng)設(shè)計安裝和維護(hù)、擴(kuò)大應(yīng)用范圍和提高應(yīng)用效益等方面，都有了很大的發(fā)展，出現(xiàn)了許多新產(chǎn)品、新技術(shù)，使火災(zāi)自動探測報警系統(tǒng)從火災(zāi)探測、報警傳輸、信號處理、報警控制顯示到與其他系統(tǒng)聯(lián)動等一系列功能和可靠性大大提高、完善，大大減少誤報率，大大增強(qiáng)人們預(yù)防現(xiàn)代化各種火災(zāi)的能力，為保衛(wèi)人類生命，財產(chǎn)防火安全發(fā)揮了重要作用，成為現(xiàn)代消防技術(shù)中的一種必不可少、具有廣闊發(fā)展前途的前沿消防領(lǐng)先技術(shù)和手段。 目前，國外普遍采用的火災(zāi)自動報警技術(shù)，主要有兩種 ： 一種是非智能火災(zāi)自動報警技術(shù)，包括嫁接新技術(shù)的老式或傳統(tǒng)火災(zāi)自動報警技術(shù)，七十年代末出現(xiàn)的可尋址火災(zāi)自動報警技術(shù)和八十年代初期出現(xiàn)的模擬量可尋址火災(zāi)自動報警技術(shù)，這些技術(shù)盡管高技術(shù)含量少，但由于成本低，能滿足眾多小型民用和商業(yè)防火保護(hù)需要，而被許多國家廣泛應(yīng)用。另一種是代表現(xiàn) 代化火災(zāi)自動報警技術(shù)發(fā)展水平和發(fā)展趨勢的智能火災(zāi)自動報警技術(shù)，包括從八十年代中期開始發(fā)到九十年代中期已發(fā)展成熟，并得到廣泛應(yīng)用的采用具有人工智能理論和技術(shù)的高級算法軟件的智能集中型模擬量可尋址智能火災(zāi)自動報警技術(shù)（既由智能控制器做報警決策的智能火災(zāi)自動報警技術(shù)）和九十年代初期開發(fā)，并得到應(yīng)用的采用人工智能理論和技術(shù)的高級算法軟件（主要指模糊邏輯和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)軟件技術(shù)）的智能分布型智能火災(zāi)自動報警技術(shù)（即由智能探測器做報警決策的智能火災(zāi)自動報警技術(shù)）。其中，智能集中型智能火災(zāi)自動報警技術(shù)發(fā)展最快、應(yīng)用最廣、現(xiàn)已成 為智能火災(zāi)自動報警技術(shù)中的一種主導(dǎo)技術(shù)，其中，由 50 只左右模擬量可尋址感煙探測器構(gòu)成的小型智能集中型智能火災(zāi)自動探測系統(tǒng)發(fā)展最快、應(yīng)用數(shù)量最多，不僅大大改進(jìn)了小空間的防火安全，而且也推動了火災(zāi)報警工業(yè)的發(fā)展。智能火災(zāi)自動報警技術(shù)主要用于解決大、中型空間防火安全和多種系統(tǒng)的聯(lián)動問題。當(dāng)前，智能火災(zāi)自動報警技術(shù)發(fā)展的一個顯著特點和重要趨勢是模糊邏輯和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)高級算法軟件人工智能理論和交互技術(shù)被越來越多的智能火災(zāi)自動探測系統(tǒng)采用，已成為智能火災(zāi)自動報警技術(shù)中的前沿技術(shù)和核心技術(shù)。 石家莊鐵道大學(xué)四方學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 3 論文研究內(nèi)容及創(chuàng)新點 主要研究內(nèi)容 本文以火焰?zhèn)鞲衅骱蛦纹瑱C(jī)技術(shù)為核心，與其它電子技術(shù)相結(jié)合，設(shè)計出了一款性能好且價格低廉的紅外火災(zāi)報警器。其中選用火焰?zhèn)鞲衅鲗崿F(xiàn)紅外線檢測，具有靈敏性能高、反應(yīng)快等優(yōu)點，而且價格低廉，通過 A/D 數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊，實現(xiàn)模擬量轉(zhuǎn)換成數(shù)字量，選用的 STC89C52 單片機(jī)，與 A/D 轉(zhuǎn)換相結(jié)合，具有高速、低耗等優(yōu)點。 以 STC89C52 單片機(jī)結(jié)合火焰?zhèn)鞲衅鳛楹诵牡幕馂?zāi)報警器可實現(xiàn)根據(jù)紅外線強(qiáng)弱報警、紅外線強(qiáng)弱顯示、報警數(shù)據(jù)界限等功能。是一種結(jié)構(gòu)簡單、性能穩(wěn)定、使用方便、價格低廉、智能化的火災(zāi)報警器 ，這款火災(zāi)報警器具有一定使用價值。 主要創(chuàng)新點 本文設(shè)計的紅外報警系統(tǒng)主要創(chuàng)新點在于是面對廣大普通用戶，其價格低廉，操作簡單，采用火焰?zhèn)鞲衅魅z測外界紅外的變化，通過單片機(jī) STC89C52 去進(jìn)行簡單的處理，以達(dá)到報警效果，并能夠設(shè)定數(shù)據(jù)報警界限，用戶更能夠在本設(shè)計的原有基礎(chǔ)上，進(jìn)行簡單的器材添加，做成多效果，多層次的火災(zāi)報警器。 第 2 章 火災(zāi)報警器的方案設(shè)計 石家莊鐵道大學(xué)四方學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 4 火災(zāi)報警器的設(shè)計思路 紅外火災(zāi)報警器是能夠檢測環(huán)境中的紅外線變化，并具有報警功能的儀器，儀器的最基本組成部 分應(yīng)包括 :紅外信號采集電路、模數(shù)轉(zhuǎn)換電路、單片機(jī)控制電路。 紅外信號采集電路一般由火焰?zhèn)鞲衅鲗⒓t外信號轉(zhuǎn)化為模擬的電信號。模數(shù)轉(zhuǎn)換電路將從紅外信號采集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)行處理，并對處理后的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，是否小于或等于某個預(yù)定值 (也就是報警界限 )，如果小于則啟動報警電路發(fā)出報警聲音，反之則為正常狀態(tài)。 為了方便檢測與監(jiān)控，使儀器測試人員及用戶能夠直觀地觀察到環(huán)境中的紅外光值，可將紅外光值送到顯示屏中。方便調(diào)節(jié)報警界限，加入了按鍵功能。為使報警裝置更 加完善，在聲音報警的同時加入了光閃報警，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。 火焰?zhèn)鞲衅骷皢纹瑱C(jī)是紅外光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)的火焰?zhèn)鞲衅骷皢纹瑱C(jī)芯片是至關(guān)重要的?；鹧?zhèn)鞲衅鞯倪x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 3 章詳細(xì)介紹。 火焰?zhèn)鞲衅鬟x定方案 火焰?zhèn)鞲衅骱喗? 原理介紹：遠(yuǎn)紅外火焰?zhèn)鞲衅髂軌蛱綔y到波長在 700 納米～ 1000 納米范圍內(nèi)的紅外光，探 測角度為 60，其中紅外光波長在 880 納米附近時，其靈敏度達(dá)到最大。遠(yuǎn)紅外火焰探頭將外界紅外光的強(qiáng)弱變化轉(zhuǎn)化為電流的變化，通過 A/D 轉(zhuǎn)換器反映為 0～ 255 范圍內(nèi)數(shù)值的變化。外界紅外光越強(qiáng)，數(shù)值越小；紅外光越弱，數(shù)值越大。 功能用途：遠(yuǎn)紅外火焰?zhèn)鞲衅骺梢杂脕硖綔y火源或其它一些波長在 700 納米～1000 納米范圍內(nèi)的熱源。在機(jī)器人比賽中，遠(yuǎn)紅外火焰探頭起著非常重要的作用，它可以用作機(jī)器人的眼睛來尋找火源或足球。利用它可以制作滅火機(jī)器人、足球機(jī)器人等。 選用火焰?zhèn)鞲衅鞯脑? 火焰是由各種燃燒生成物、中間物 、高溫氣體、碳?xì)湮镔|(zhì)以及無機(jī)物質(zhì)為主體的高溫固體微粒構(gòu)成的。火焰的熱輻射具有離散光譜的氣體輻射和連續(xù)光譜的固體輻射。不同燃燒物的火焰輻射強(qiáng)度、波長分布有所差異，但總體來說，其對應(yīng)火焰溫度 石家莊鐵道大學(xué)四方學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 5 的 1～ 2μm近紅外波長區(qū)域具有最大的輻射強(qiáng)度。例如汽油燃燒時的火焰輻射強(qiáng)度的波長 。 發(fā)生火災(zāi)的過程中必定有火焰的出現(xiàn)，那么我們利用火焰的這個特性制作一款簡單的火災(zāi)報警器，其原理簡單，效果明顯。 火焰?zhèn)鞲衅鞯姆诸? 火焰發(fā)射出的光是一種電磁波，其波長在 ～ 10μm或更寬的范圍內(nèi)。人眼能感覺到的電磁波波長為 ～ ，范圍非常窄。火焰?zhèn)鞲衅骶褪抢么嗽?，檢測 。實用化的火焰?zhèn)鞲衅鞣诸惾缦拢? (1)紫外線檢出型輻射式傳感器 (受光元件是利用 UV(紫外線 )透鏡 GM(光敏 )光電效應(yīng)放電管，對波長 ～ 。放電管加上 200～ 300V的電壓，對光電效應(yīng) (photoelectric effect)產(chǎn)生的脈沖電壓進(jìn)行計數(shù)，啟動開關(guān)電路。 由于太陽光的波長是 ，所以該傳感器可用在石化工業(yè)露天監(jiān)測場合。這種傳感器的感受波長 與熒光燈、水銀燈、白熾燈等照明光波波長也不相同，故誤動作很少。 紫外線波長短，容易衰減，塵埃附著會使檢測器靈敏度下降，在室外使用時必須勤于維護(hù)，經(jīng)常清掃和檢查。 (2)二氧化碳共鳴輻射檢出型傳感器 (CO2 resonated cheeked out radiation flame transducer)二氧化碳加熱，在 。按該輻射原理檢出的火焰?zhèn)鞲衅骷捶Q二氧化碳共鳴輻射檢出型傳感器?？扇嘉锏娜紵裏崾谷紵傻亩趸?xì)怏w受熱，即產(chǎn)生其特有的共鳴輻射光譜。利用有高敏感度光導(dǎo)元件（硒化 鉛）作為感受元件，采用濾光片 (～ )可檢出共鳴輻射光譜。 波長 。因此，自然光、人工光源幾乎不干擾這個信號。該種檢測器可以用于室內(nèi)、室外任何防燃、防爆場合。 (3)紅外線檢出型輻射式傳感器 (fixed radiation flame transducer by infrared rays cheek out type)火焰輻射的 ，由硅光電二極管和光敏晶體管等檢測。它是采用 作而檢測定輻射波長的傳感器。 這種檢測器由于跟太陽光的波長分布相近，所以不適用于室外場合監(jiān)測。 (4) 二波長檢出型閃爍式傳感器 (dual wavelength checked out flashing type transducer)火焰溫度大約為 1100～ 1600K(827～ 1327℃ )。太陽光和照明光溫度比火焰溫度高 (白熾燈大約為 2800K)，因而火焰光是紅外區(qū)長波長段，自然光和照明光是光譜中紅外區(qū)域短波長段。根據(jù)檢出這兩種波長的差來判斷其屬于哪一段的原理制成的 石家莊鐵道大學(xué)四方學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 6 傳感器就是二波長檢出型傳感器。 (5) 單波 長檢出型閃爍傳感器 (single wavelength cheeked out flashing type transducer)主要用于空氣輸送管道內(nèi)。與空氣同時被輸送的可燃性物質(zhì)，因高速移動中產(chǎn)生靜電造成過熱等原因會發(fā)生短時間內(nèi)閃爍火花。單波長檢出型閃爍傳感器是見火即檢測、要求響應(yīng)速度很快的一種傳感器。檢出火災(zāi)危險的同時也要求迅速采取消防措施，以防止重大火災(zāi)事故的發(fā)生 [1]。 火焰?zhèn)鞲衅鞯倪x定 此次設(shè)計由于自身條件的限制以及畢業(yè)設(shè)計要求的規(guī)定，我們決定選用紅外線檢出型輻射式傳感器 (fixed radiation flame transducer by infrared rays cheek out type)，這款火焰?zhèn)鞲衅魍耆珴M足了我們畢業(yè)設(shè)計的需求，而且價格便宜，適合作為面對廣大群眾的產(chǎn)品開發(fā)。 火災(zāi)報警器的整體設(shè)計方案 紅外火災(zāi)報警器的工作原理 本文中紅外火災(zāi)報警器采用 STC89C52 單片機(jī)為控制核心，采用火焰?zhèn)鞲衅鳛樾畔⒉杉瘋鞲衅鳌? 首先，火焰?zhèn)鞲衅鱾鱽淼募t外線強(qiáng)弱程度對應(yīng)的微小電壓信號（模擬數(shù)據(jù)），傳送到 A/D 模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊，經(jīng) A/D 模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊的程序計算，轉(zhuǎn)換成 數(shù)字信號，傳送到 STC89C52 單片機(jī)，經(jīng)燒拷在單片機(jī)里的算法程序運(yùn)行之后，由單片機(jī)輸出口傳送到數(shù)碼管，顯示數(shù)據(jù)，此數(shù)據(jù)在由單片機(jī) STC89C52 判斷是否達(dá)到我們設(shè)定的數(shù)據(jù)界限，如果達(dá)到，那么我們設(shè)定好的 LED 燈就會閃爍，同時向蜂鳴器發(fā)送一個 +5V 電壓，蜂鳴器就會發(fā)出聲音。與此同時，我們可以通過鍵盤發(fā)出信號，選擇我們在STC89C52 單片機(jī)中已經(jīng)燒拷的程序執(zhí)行 “選擇數(shù)據(jù)界限 ”，以達(dá)到控制報警界限的目的。在這個電路中，我們所使用的都是 +5V 直流電壓。 紅外火災(zāi)報警器的結(jié)構(gòu) 為適應(yīng)家庭和一些公共場所 對人身以及財產(chǎn)安全的防護(hù)要求，設(shè)計的紅外火災(zāi)報警器應(yīng)不僅能在光亮環(huán)境下起作用，而且應(yīng)具有顯示紅外線強(qiáng)度功能及實時控制等功能。我們的主要思想是在傳統(tǒng)的火災(zāi)報警器的基礎(chǔ)上，盡量提高準(zhǔn)確性，降低成本，縮小體積。 下圖是我們所設(shè)計的火災(zāi)報警器的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖，以單片機(jī) STC89C52 為核心，結(jié) 石家莊鐵道大學(xué)四方學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 7 合外圍電子設(shè)備，共同完成信息采集、數(shù)模轉(zhuǎn)換、信息顯示、聲音及閃爍報警、按鍵輸入等功能。系統(tǒng)采用單片機(jī) STC89C52，要求工作穩(wěn)定、測量精度高、保證報警器的精確性及可靠性，而且最好體積小，成本低，有利于減少報警器的體積，降低報警器 的成本。 圖 21 紅外火災(zāi)報警器的結(jié)構(gòu) 紅外火災(zāi)報警器的功能 (1).與上位機(jī)通訊功能 可以實現(xiàn)與計算機(jī)串口通訊，對報警器采取統(tǒng)一控制，以及便于采集和處理 數(shù)據(jù)，也可以在計算機(jī)上更改報警限值等。 （ 2）紅外數(shù)據(jù)顯示功能 通過數(shù)碼管可以顯示紅外線強(qiáng)度值，而且可以顯示設(shè)置狀態(tài)，顯示通過鍵盤設(shè)置的報警界限數(shù)值，這個設(shè)計有利于用戶觀察和設(shè)置報警器的狀態(tài)，以為了解外界環(huán)境的狀態(tài)。 （ 3）蜂鳴器報警功能 這款火災(zāi)報警器，當(dāng)外界紅外線強(qiáng)度超出預(yù)設(shè)數(shù)值時，蜂鳴器開始報警，而且聲音較為急促，可以 更好的引起用戶的注意。我們的設(shè)計沒有添加自動回復(fù)功能，其目的是為了防止用戶麻痹大意之下沒有注意聲音報警，防止災(zāi)害的發(fā)生。 （ 4）閃光報警功能 在這款紅外火災(zāi)報警器中，我們設(shè)定了一個 LED 燈為光閃爍報警。在嘈雜的環(huán)境中，聲音報警不容易引起用戶的注意，但是當(dāng)我們看見一盞很明顯的燈在閃爍時就蜂鳴器報警 火焰?zhèn)鞲衅? A/D 轉(zhuǎn)換模塊 光報警 數(shù)碼管顯示 鍵盤輸入 STC89C52單片機(jī) 擴(kuò)展功能 數(shù)碼管顯示 石家莊鐵道大學(xué)四方學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 8 會引起注意，當(dāng)然在我們所提供的實物中這個 LED 燈并沒有這么顯眼，需要進(jìn)一步的外接更容易引起用戶注意的燈。 （ 5）鍵盤控制報警界限功能 這款紅外火災(zāi)報警我們設(shè)定了鍵盤控制報警界限功能，可以通過鍵盤設(shè)定系統(tǒng)的額定報警界限，這個設(shè)計 是為了適應(yīng)在不同的環(huán)境下，在不同的光線條件下造成誤報。 （ 6）擴(kuò)展功能 這款紅外洪災(zāi)報警器，采用一塊單片機(jī)程序開發(fā)板，可以擴(kuò)展更多的功能，例如：可以加上煙霧傳感器，可以加上溫度傳感器，擴(kuò)展成更加完美的火災(zāi)報警器；可以加上光敏傳感器，做成一款具有防盜功能的火災(zāi)報警器。