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火災報警系統(tǒng)的設計畢業(yè)設計(參考版)

2024-08-31 07:39本頁面
  

【正文】 在此,我向身邊給予我?guī)椭耐瑢W致以誠摯的謝意!另外,系里的領導和老師也給了我們必要的指導,我也向系和年級的領導們表示衷心的感謝!最后感謝學院對我這幾年的培養(yǎng)。還不斷向我傳授分析問題和解決問題的辦法,并指出了正確的努力方向,使我在畢設過程中少走很多彎路。自始至終關心督促畢業(yè)設計進程和進度。 河北科技師范學院 2020 屆本科畢業(yè)設計 26 參考文 獻 [1]于瀟 .淺談我國火災自動報警系統(tǒng)生產(chǎn)行業(yè)的發(fā)展概況 [J].科技資訊 , 2020, 23 (5):100105. [2]潘剛 .消防產(chǎn)業(yè)發(fā)展趨勢 [J].消防科學與技術 , 2020,10(l):1517. [3]曉京 .火災探測報警技術的發(fā)展趨勢 [J]. 安徽消防 , 2020,5(16):103104. [4]胡耀輝 .楊帆等 .單片機系統(tǒng)開發(fā)實例經(jīng)典 [M]. 北京 :冶金出版社 , 2020. [5]高峰 .單片微機應用系統(tǒng)設計及實用技術 [M]. 北京 :機械工業(yè)出版社 , 2020. [6]張迎輝 ,龔雪梅 .單片 機原理與應用教程 [M].北京 :北京大學出版社 , 2020. [7]吳龍標 .火災探測與信息處理 [M]. 北京 :化學工業(yè)出版社 , 2020. [8]康保旺 .分布式智能火災報警控制系統(tǒng)設計 [J].電子技術應用 ,2020,6(11):4752. [9]何立民 . 51 系列單片機應用系統(tǒng)設計與接口技術 [M].北京 :北京航空航大大學出版社 ,1999 . [10]高峰 .單片微機應用系統(tǒng)設計及實用技術 [M].北京 :機械工業(yè)出版社 , 2020. [11]張立新 .單片機典型外圍器件及應用實例 [M].北京 :人民郵電出版社 , 2020. [12]付家才 .單片機控制與實踐技術 [M].北京 :化學工業(yè)出版社 , 2020. [13]kansah and reliability of submicron 1 T2 flash EEPROM[M]. UMI Number :9995534. Bell amp。感謝老師與同學們。同時我了解到完成一件設計是很不容易的,從準備到完成,需要經(jīng)歷很多的困難與挫折。通過查閱圖書、網(wǎng)絡資源,學習到了一些書本上沒有的知識。 5%LEL 之內(nèi),滿足檢測要求,達到了預期的設計效果的結(jié)論。這種方法既可濾去脈沖干擾又可濾去小的隨機干擾,不但最大限度地排除現(xiàn)場噪聲干擾,降低煙霧報警器誤報概率,而且易于在單片機中實現(xiàn)。為了能夠進一步提高安全性,可以在自動聲光報警的基礎上,增加火災聯(lián)動功能或電話聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)。選用 DS18B20 單線數(shù)字溫度傳感器 ,該傳感器使用方便,不需外接電路,只需一條總結(jié)接微處理器,可直接顯示溫度。該傳感器是對以烷類煙霧為主的多種煙霧有良好敏感特性的廣譜型半導體敏感器件。 根據(jù)設計要求、使用環(huán)境、成本等因素,在系統(tǒng)單片機控制電路的設計上 ,采用了靈活性高且廉價的 AT89C51 單片機作為核心芯片。并對儀器的整體設計和各個組成部分進行了詳細的分析和設計。 開始 初始化、預熱傳感器 A/D 轉(zhuǎn)換 數(shù)字濾波 線性化 超過爆炸下限 報警 暫存數(shù)據(jù) 數(shù)據(jù)顯示 返回 河北科技師范學院 2020 屆本科畢業(yè)設計 25 結(jié)論 火災報警系統(tǒng)可保障生產(chǎn)與生活的安全,避免火災和爆炸事故以及煤氣中毒的發(fā)生,它是防火、防爆和安全生產(chǎn)所必備的儀器,具有廣闊的市場空間與發(fā)展前景。否則結(jié)束。傳感器的輸出模擬量經(jīng)過 A/D 轉(zhuǎn)換后得出數(shù)字量,進行線性化處理,通過計算公式轉(zhuǎn)換成可燃氣體 LEL 濃度。所有數(shù)字 濾波完成的數(shù)據(jù)都暫存與單片機的存儲器里,并顯示溫度。 接著進行數(shù)據(jù)采集,采集后通過 中位值平均濾波法進行數(shù)字濾波,取出最恰當?shù)闹担c溫度上限值進行比較。沒有超過則返回 DS18B20 初始化,進行新一輪的檢測。接著調(diào)用溫度檢測子程序,與溫度傳感器中設置的上限值行比較,如果溫度超過,則報警,黃燈亮。 可燃氣體濃度獲取子流程圖 可燃氣體濃度獲取子流程圖如下圖 18 所示。 4 系統(tǒng)軟件設計 系統(tǒng)主流程圖 系統(tǒng)主流程圖如下圖 16 所示。 分頻說明: 1, 2, 3, 4, 5, 6 為一組, 8, 9, 10, 11, 12, 13 為一組。 河北科技師范學院 2020 屆本科畢業(yè)設計 21 ( 3) 2 端與 6 端聯(lián)接, 8 端與 12 端聯(lián)接。 圖 15 雙 D 型觸發(fā)器 引腳說明: ( 1) 11 端與 3 端為原時鐘輸入端。因為 ALE 信號的頻率是單片機時鐘頻率的 1/6,如果時鐘頻率為 12MHZ,則 ALE 信號的頻率為 2MHZ,經(jīng)四分頻后為 512KHZ,與 ADC0809的典型值吻合。 本設計中各類可燃氣體爆炸下限中,丁烷最低,為 %體積比,對應的報警限設在 20%LEL,也就是丁烷含量為 %體積比時報警器報警。假定甲烷的爆炸下限為 5%體積比,那也就是說,把這個 5%體積比,一百等分,讓 5%體積比對應 100%LEL,也就是說,當檢測儀數(shù)值到達 10%LEL 報警點時,相當于此時甲烷的含量為 %體積比。一般可燃煙霧檢測儀的測量范圍為 0~100%LEL。低于爆炸下限或高于爆炸上限都不會發(fā)生爆炸。爆炸極限一般用體積百分比濃度表示。低于爆炸下限,混合氣中的可燃氣的含量不足,不能引起燃燒或爆炸,高于上限混合氣中的氧氣的含量不足,也不能引起燃燒或爆炸。燃燒與爆炸沒有嚴格的區(qū)分。可燃氣的燃燒可以分為兩類,一類是擴散燃燒,即揮發(fā)的或從設備中噴出、泄漏的可燃氣,遇到點火源 混合燃燒。 煙霧的濃度過低或過高時 是沒有危險的,只有與空氣混合形成混合氣或更確切地說遇到氧氣形成一定比例的混合氣才會發(fā)生燃燒或爆炸。可燃煙霧在空氣中遇明火種爆炸的最低濃度,稱為爆炸下限 (Lower Explosion Limited),簡稱 LEL。本論文設計的煙霧檢測報警器選用“ %LEL”作為煙霧的測量單位及衡量標準,下面介紹關于 LEL 的相關概念。溫度小于 0℃時, DS1 顯示“ — ”(負)。其電路圖如圖 14 所示。顯示器的前四位顯示的是溫度,而后四位 則顯示可燃氣體 LEL%濃度值 。 讓人們更直接地觀察到相關數(shù)據(jù)。聲光報警電路如下圖 13 所示。由 74LS373 的 4Q、 5Q、 7Q 控制輸出指示燈, 綠燈亮表示正常狀態(tài),環(huán)境中沒有火災危險。 河北科技師范學院 2020 屆本科畢業(yè)設計 17 圖 12 A/D 轉(zhuǎn)換模塊電路圖 聲光報警電路 由 74LS373 的 8Q 實現(xiàn)聲音報警控制。因為 ALE 信號的頻率是單片機時鐘頻率的 1/6,如果時鐘頻率為 12MHZ,則 ALE 信號的頻率為 2MHZ,經(jīng)四分頻后為 512KHZ,與ADC0809 的典型值吻合。在中斷服務程序中,將轉(zhuǎn)換好的數(shù)據(jù)送到指定的存儲單元。其中 ALE 信號與 ST 信號連在一起,在 WR 信號的前沿寫入地址信號,在其后沿啟動轉(zhuǎn)換。 ADC0809 的通道選擇地址由 AT89C51 的 P2口 經(jīng)地址鎖存器 74LS373 輸出提供。 A/D 轉(zhuǎn)換電路采用了常用的 8 位 8 通道數(shù)模轉(zhuǎn)換常用芯片 ADC0809。而電壓跟隨器的作用就如上面介紹的,它只是用來匹配阻抗用的,防止 R3 和 R4 對滑動變阻器輸出電壓的影響。它利用滑動變阻器產(chǎn)生一個參考電壓 Vref,再利用電壓跟隨器把電壓輸入到運算放大電路的電壓參考端。高輸入阻抗就可以減少放大電路對前端電路的影響,同時低輸出阻抗也可以提高自身的抗干擾性,這顯然有利于電路中其他模塊的設計。如果不接 R3 和 R4,則此電路就成了“電壓跟隨器”,它可以減少電路模塊間由于阻抗引起的干擾。因為不存在“虛地”現(xiàn)象,所以其輸入端有較高的共模輸入電壓。在圖 11 中,根據(jù)運放的“虛短”和“虛斷”的特點可知, I = I+ = 0, 所以 V = Vo*R3/R3 + R4 +Vref*R4/R3 + R4 (31) 名稱 引腳號 功能說明 SEG ASEG G 1618,2023 七段驅(qū)動輸出 DIGIT1DIGIT8 14,2427 八位位選輸出 ID0ID7 57,1014 八位數(shù)據(jù)接口輸出 WR 8 數(shù)據(jù)寫入控制管腳 MODE 9 區(qū)分顯示數(shù)據(jù)、控制字管腳 15 小數(shù)點顯示管腳 VCC 19 + 5V 電源 GND 28 地 河北科技師范學院 2020 屆本科畢業(yè)設計 15 而且 V = V+ = Vi 圖 11 MQ2 的運算放大電路 Vo = Vi*( R3 + R4) /R3 (32) 由以上兩式可求出 Vo=VrefR4/R3 (33) 所以本放大電路的放大倍數(shù) A =1+ R4/ R3 ,此放大電路為同相比例放大電路,它的放大倍數(shù)總是大于或等于 1。 下面詳細介紹 運算放大電路: 如圖 11 所示,從傳感器的上端出來的信號 Vi 經(jīng)過運算放大器的同相輸入端,但是為保證引入的是負反饋,輸出電壓 Vo 通過電阻 R4 接到反相輸入端,同時,反相輸入端通過電阻 R3 接到參考電壓 Vref。常見的運算放大器中, LM324 價格低廉、使用簡單等優(yōu)點比較突出,所以本設計中的前置放大電路采用 LM324 作為電路的運算放大器。本系統(tǒng)采用的半導體氣體傳感器屬于電阻型,因此只需串聯(lián)一個參考電阻,再經(jīng)過一個放大電路即可發(fā)送給 ADC 采集。 其引腳圖內(nèi)部框圖如下圖 圖 10 所示 ,引腳功能如下表 5。 (5) 有低功耗工作狀態(tài) ,功耗僅 10μ A 左右 。 (3) 無需外加限流電阻和時鐘 。 ICM7218A 有如下特點: (1) 可同時驅(qū)動 8 位 L ED 數(shù)碼管 。當要更改顯示數(shù)據(jù)時,首先要寫入控制字節(jié),接著按順序?qū)懭?8 個要顯示的數(shù)據(jù)即可。此時 ,該器件采用數(shù)據(jù)串操作方式 ,這里的串操作是指八個數(shù)據(jù)連續(xù)依次寫入 ICM7218A的 RAM , 第八個以后的任何數(shù)據(jù)均無效 , 當 8位數(shù)據(jù)全寫完畢時 , LED 才被驅(qū)動顯示 ,否則 LED 全滅。 ICM7218A 芯片具有典型的 8 位并行數(shù)據(jù)接口,顯示數(shù)據(jù)和控制字都是通過這 8 位河北科技師范學院 2020 屆本科畢業(yè)設計 13 數(shù)據(jù)接口輸入的。 ICM7218A 的輸出可直接驅(qū)動 LED 顯示器 ,不需外接驅(qū)動電路 ,工作電壓為 +5V,其構成的顯示電路結(jié)構簡單 ,使用方便。 ○12 GND:地。 ⑩ REF( +)、 REF( ):基準電壓。 ⑨ CLK:時鐘脈沖輸入端。 ⑧ OE:數(shù)據(jù)輸出允許信號,輸入,高電平有效。 ⑥ START: A/D 轉(zhuǎn)換啟動脈沖輸入端,輸入一個正脈沖(至少 100ns 寬)使其啟動(脈沖上升沿使 0809 復位,下降沿啟動 A/D 轉(zhuǎn)換)。 ③ 21~ 28: 8 位數(shù)字量輸出端。 下面說明各引腳功能。 圖 7 ADC0809 內(nèi)部框圖 ( 3) 外部特性(引腳功能) ① ADC0809 芯片有 28 條引腳,采用雙列直插式封裝 。 ( 2) 內(nèi)部結(jié)構 ADC0809 是 CMOS 單片型逐次逼近式 A/D 轉(zhuǎn)換器,它由 8 路模擬開關、地址鎖存與譯碼器、比較器、 8 位開關樹型 A/D 轉(zhuǎn)換器、逐次逼近寄存器、邏輯控制和定時電路組成。 ⑥ 工作溫度范圍為 40~ +85 攝氏度 。 ④ 單個 +5V 電源供電 。 ② 具有轉(zhuǎn)換起??刂贫恕J悄壳皣鴥?nèi)應用最廣泛的 8 位通用 A/D 芯片 。3Ω 室溫 PH 加熱功耗 ≤900mW 符號 參數(shù)名稱 技術條件 備注 Tao 使用溫度 10℃ 50℃ Tas 儲存溫度 20℃ 70℃ RH 相對濕度 小于 95%RH O2 氧氣濃度 21%(標準條件 ) 氧氣濃度 會影響靈敏度特性 最小值大于2% 河北科技師范學院 2020 屆本科畢業(yè)設計 11 轉(zhuǎn)換器 。 預熱時間 不超過 1小時 A/D 轉(zhuǎn)換器 ADC0809 是美國國家半導體公司生產(chǎn)的 CMOS 工藝 8 通道, 8 位逐次逼近式 A/D符號 參數(shù)名稱 技術條件 備注 Vc 回路電壓 ≤15V AC or DC VH 加熱電壓 177。 相對濕度: 65%177。 河北科技師范學院 2020 屆本科畢業(yè)設計 10 表 2 標準工作條件 表 3 環(huán)境條件 表 4 靈敏度特性 符號 參數(shù)名稱 技術參數(shù) 備注 Rs 敏感體表面電阻 3KΩ30KΩ (1000ppm 異丁烷 ) 探測濃度范圍 100ppm10000ppm 液化氣和丙烷
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