四川理工学院本科毕业设计（论文） 四川理工学院毕业设计（论文） 基于单片机火灾报警系统设计学 生：何凡学 号：专 业：自 动 化 班 级：2010.4指导教师：范 焘四川理工学院自动化与电子信息学院二O一四年六月村民建房委员会应建立村级农房建设质量安全监督制度和巡查制度，选聘有责任心和具有一定施工技术常识的村民作为义务巡查监督员，开展经常性的巡查和督查。1摘 要本文设计了一种以单片机为基础，同时集成了语音芯片ISD1420、A/D转换器、温度传感器AD590和气体传感器TGS202等，利用多传感器信息融合技术，火灾探测器通过对火灾发出的物理、化学现象燃烧气体、烟雾粒子、温度的探测，将探测到的火情信号转化成火警电信号传递给火灾报警控制器，火灾报警器再发出报警信号。这是一种结构简单、使用方便、价格低廉、智能化的报警器系统，具有一定实用价值。关键词：火灾报警器；AD590；ISD1420；A/D转换器； ISD1420ABSTRACTThis paper designed a fire alarm based on single chip microcomputer, at the same time integration of voice chip ISD1420, A/D converter, temperature sensor AD590 and TGS202 gas sensors, using multi-sensor information fusion technology, the fire detector based on detection and fire a physical, chemical phenomena the combustion gases, smoke particles, the temperature, the fire the detected signal is transformed into the fire alarm signal to the fire alarm controller, fire alarm and alarm signal. This is an alarm system which has the advantages of simple structure, convenient operation, low price, intelligent, have certain practical value.Key words: Fire alarm; AD590; ISD1420; A/D converter; III 目录摘 要IABSTRACTII第1章 引 言11.1研究背景11.2设计的目的和意义1第2章 系统设计方案32.1 火灾的产生机理32.2 火灾报警器的类型42.3 技术实现的方法62.3.1系统硬件结62.3.2系统软件方案7第3章 火灾报警系统的硬件设计93.1 系统芯片介绍93.1.1 AD590温度传感器93.1.2 TGS202气体传感器103.1.3 ISD420语音芯片113.1.4 80C51芯片133.1.5 A/D转换芯片153.1.6数码显示电路173.2 单片机外围接口电183.2.1 晶振电路183.2.2 复位电路183.2.3 信号处理电路193.2.4 A/D转换电路213.2.5 报警电路233.2.6 语音报警电路233.2.7 状态指示灯电路243.2.8 数码管显示电路24第4章 火灾报警器的软件设计264.1 软件开发环境264.3 主程序流程264.2 主程序初始化流程图274.3 数据采集子程序284.4 火灾判断与报警程序304.4.1 火灾报警数据处理方法304.4.2 火灾判断与报警304.5 系统仿真31第5章 结束语35致谢36参考文献37附录381第1章 引 言1.1 研究背景火灾是指在时间和空间上失去控制，对财产和人身造成一定损害的燃烧现象称为火灾。从燃烧的角度看，火灾的实质是燃烧，是一种自然现象，但绝大多数火灾同人的因素有关，是社会现象。火灾的发生过程是复杂的，常常表现出普遍性、随机性、必然性和相似性。火灾发生的普遍性，是说火灾不论在什么单位和部位，从草原到森林，从居民住宅到大大小小的企业、事业单位，到处都可能发生，这表明了火灾发生的普遍性。经验告诫人们，任何单位、任何部位，也包括组成社会的细胞家庭，都要无一例外地预防火灾。火灾的发生的随机性，是说人们无法事前准确预测何地、何时、何物将发生火灾，以及火灾现场规模大小、火势呈现方式。这种特性告诫人们要时时刻刻预防火灾，不可麻痹懈怠1。实践证明，随着社会和经济的发展，消防工作的重要性就越来越突出。由此，火灾报警器在消防工作的作用尤为突出了。19世纪40年代美国诞生的火灾报警装置标志着火灾自动报警系统首次进入人们的视野2。1890年在英国，感温式火灾探测器研制成功并应用于火灾探测系统，标志着火灾自动报警系统的发展走上正轨3。在我国，采用的无线通信方式的火灾自动报警系统日益受到重视。由于其具有安装简便、对建筑物无损坏作业、灵活性好，易于扩展等优点，适用于许多场合，如名胜古迹、体育馆、博物馆、展览中心、处于施工阶段的建筑物、医院等。火灾自动报警系统的智能性主要体现在火灾判决和统筹管理方面，一般分为分散式、集中式和分布式，分散式系统由非智能型控制器若干智能型探测节点组成，由探测节点完成火灾状态的判断;集中式系统由智能型控制器和若干非智能探测节点构成，探测节点仅将火灾参量传送给控制器，由控制器智能地判断火灾状态；分布式系统的控制器和探测节点均为智能型，也是今后火灾自动报警系统的发展方向4。1.2 设计的目的和意义在各种灾害中，火灾是最经常、最普遍地威胁公众安全和社会发展的主要灾害之一。据联合国“世界火灾统计中心（WFSC）2000统计资料”，全球每年大约发生火灾600万至700万次，全球每年死于火灾的人数约为65000至75000人。其中，欧美地区发生的火灾较多，死亡人数却相对较少，这与欧美发达国家的生活水平以及消防技术和设施有关；相比较而言，亚洲地区发生火灾次数较少，但死亡人数较多，这与亚洲经济发展程度不高、消防设施不完善等因素有关。据统计，我国70年代火灾年平均损失不到2.5亿元，80年代火灾年平均损失接近3.2亿元。进入90年代，特别是1993年以来，火灾造成的直接财产损失上升到年均十几亿元，年均死亡2000多人。随着经济和城市建设的快速发展，城市高层、地下以及大型综合性建筑日益增多，火灾隐患也大大增加，火灾发生的数量及其造成的损失呈逐年上升趋势。一旦发生火灾，将对人的生命和财产造成极大的危害5。火灾自动报警系统能迅速监测火情，可发现人们不易发觉的火灾早期特征，可将火灾带来的生命财产损失降到最低限度。火灾发生的早期，会使得燃烧物质分解，析出大量的有毒气体CO，人们可能在毫无察觉火情的情况下就发生了CO中毒，从而无力逃生，火灾自动报警系统可监测到CO浓度的变化，为人们提供CO浓度超标报警信息，通知人们及时疏散6。为此，本系统由火灾检测模块、A/D转换模块、信号处理模块和声光报警模块组成。火灾检测模块由温度检测和烟雾检测构成，其温度传感器选用AD590，气体传感器选用TGS202。A/D转换模块选用常用ADC0809。声光报警模块分为声音报警和光报警。火灾探测器通过对火灾发出的物理、化学现象燃烧气体、烟雾粒子、温度的探测，将探测到的火情信号转化成火警电信号传递给火灾报警控制器。报警器将接收到火警信号后经分析处理发出声光报警信号，警示消防控制中心的值班人员，并显示出火灾的位置。这是一种结构简单、使用方便、价格低廉、智能化的烟雾传感器，具有一定实用价值。第2章 系统设计方案2.1 火灾的产生机理众所周知，物质燃烧的基本条件是：可燃物、助燃物（氧气）、和足够的温度。其中可燃物为气体时，根据它和空气混合方式的不同可以分成预混燃烧和扩散燃烧两种。当可燃物是液体和固体时，因为它们难与空气均匀混合，所以它们燃烧的基本过程是当外部提供一定的能量时，液体或固体先蒸发成蒸汽或分解出可燃气体（如CO、H2等），同时还形成一些气溶胶。这些气相形式的可燃物与空气混合，在较强火源作用下产生预混燃烧。着火后，燃烧火焰产生的热量使液体或固体的表面继续释放出大量的热量。这些热量通过可燃物的直接燃烧、热传导、热辐射和热对流，使火从起火部位向周围蔓延，这就是常说的火蔓延。火蔓延导致了火势的扩大，形成了火灾根据火灾发生的场所不同，一般将火灾分成建筑火灾，森林火灾；根据燃烧空间的不同可分为受限空间火灾和开放空间火灾。典型的受限空间固体物质火灾点火源的发展都要经历四个阶段:早期、阴燃、火焰和放热。图2-1为火灾产生的不同阶段的生成产物图7。其中，不可见烟发生在火灾早期，可以根据火灾产生气体进行探测；在火灾的阴燃期出现可见烟雾信号可用于探测；起火阶段可以根据火焰进行探测；高温阶段可以利用温度信号进行探测。高温时间熄灭温度起火阴火早期火焰可见烟不可见烟火灾产物温度信号烟雾信号图2-1 火灾烟雾和温度变化曲线图2.2 火灾报警器的类型（1）感烟火灾探测 感烟式火灾探测器具有早期报警的效果，是目前使用最为广泛的一种探测器。感烟火灾探测器可分为离子型、光电型、电容式和半导体型等几种。其中又以离子型和光电型火灾探测器使用居多。（2）感温火灾探测器物质在燃烧过程中，释放出大量的热，使环境温度升高，探测器中的热敏元件发生物理变化，从而将温度信号转变成电信号，传输给火灾报警控制器，发出火灾报警信号。由于可采用敏感元件繁多，如热敏电阻、热电偶、双金属片、易熔金属、膜盒式半导体元件等，故而感温式火灾探测器的种类也颇多。根据感热效果和结构型式，可将它们分为定温火灾探测器、差温火灾探测器和差定温复合火灾探测器。定温火灾探测器根据局部环境到达规定温度上下时开始动作。差温火灾探测器根据升温速率来动作，如果升温速率超过预定值时则发出报警信号。差定温复合火灾探测器是兼有差温、定温两种功能的感温火灾探测器。（3）感光火灾探测器感光火灾探测器又称为火焰探测器，仅适用于有焰燃烧，只能在起火阶段进行探测，不适合于火灾早期探测。它是一种响应火焰辐射光谱中的红外和紫外的点型火灾探测器，主要有红外火焰型和紫外火焰型两种。红外火焰探测器的探测波长为 7000 微米，紫外火焰探测器的探测波长为 4000微米。由于光辐射的传播速度快（83 10m /s ），且火焰探测器的传感器件接收光辐射的响应时间极短（ms 数量级），因而火焰探测器响应速度也极快。它对于环境中气流速度也没什么限制，这类探测器适用于生产、储存和运输高度易燃物质（特别是可燃液体火灾或爆炸品）