2015届本科毕业设计基于单片机的仓库火灾报警系统设计院 （系） 名 称物理与电子信息学院专 业 名 称电子信息科学与技术学 生 姓 名学 号指 导 教 师完 成 时 间1基于单片机的仓库火灾报警系统设计物理与电子信息学院 电子信息科学与技术专业 摘要：早期的火灾报警系统是通过人的观察，例如巡逻，当有人发现了火灾时，就通过喊话或鸣铜锣通知其他的人来灭火。随着社会的进步，经济的快速发展,仓库的物资越来越多，火灾报警迫在眉睫。本设计采用智能化的火灾报警系统，以AT89C51单片机作为系统的控制核心，结合外围的烟雾传感器、温度传感器，声、光报警器、数码管显示器等电路，通过C语言编程，实现了对仓库火情的监测与自动报警。基于单片机的仓库火灾报警系统安全可靠，误报率较低，操作较方便，成本较低。关键词：AT89C51；火灾；报警The Design of Warehouse Fire Alarm System Based on SCMCollege of Physics and Electronic Information Electronic Information Science and TechnologyAbstract：Early fire alarm system is observed by people, such as patrol, when someone discovered fire, the other people on notice to the fire by shouting or beat gong. Along with social progress, rapid economic development, more and more warehouse supplies, fire alarm imminent. This design uses intelligent fire alarm system to AT89C51 SCM as the control system, combined with the periphery of the smoke sensors, temperature sensors, sound, light alarm, digital display and other circuit, through C language programming, a warehouse fire monitoring the situation with alarm. Microcontroller-based warehouse fire alarm system is safe and reliable, low false alarm rate, the operation more convenient and low cost.Key words: AT89C51; fire; alarm目 录 摘要11 引言32 系统总体设计方案32.1 系统的设计目标42.2 系统的总体设计方案43 主要元器件介绍43.1 AT89C51单片机53.2 传感器介绍63.2.1 MQ-2烟雾传感器63.2.2 DS18B20温度传感器83.3 ADC0832模数转换器84 系统硬件设计94.1 单片机最小系统94.2 烟雾检测电路104.3 温度检测电路114.4 烟雾浓度显示电路114.5 光报警电路124.6 声音报警电路124.7 系统总电路图135 系统软件设计155.1 系统主流程图155.2 烟雾浓度处理流程图155.3 温度采集流程图165.4 火灾判断与报警176 PCB板图设计187 总结19参考文献20附录211 引言最早的火灾报警系统是通过人的观察，例如巡逻，当有人发现了火灾时，就通过喊话或鸣铜锣通知其他的人来灭火。随着社会的进步，人们渐渐的研制出了高科技来预防火灾的发生，节省了很多的人力物力。当发生火灾的时候报警设备发出报警信号，人们就可以以最快的速度到达火灾现场救火，以减轻损失，这就是火灾报警的前身。火灾自动报警系统已有百余年的发展历史，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1。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2。此后，随着世界科技取得了突飞猛进的进步和各种新兴技术的出现和发展，火灾监测技术也相应迅速发展，各种类型的火灾探测器相继问世，火灾自动报警系统也在此基础上蓬勃发展起来。到20世纪80年代中后期开始，随着计算机技术、控制技术、集成电路技术、传感器技术及智能技术的快速发展，火灾自动报警系统步入智能化时代，各种智能型的火灾自动报警系统相继出现，模拟量可寻址技术的应用使得火灾报警系统的安全性、精准性和智能性有了很大提高,在火灾自动报警系统发展史上具有里程碑的意义3。 我国火灾报警系统起步较晚，从20世纪70年代才开始研制生产这类产品。自改革开放以来，高层建筑甚至超高层建筑如同雨后春笋般蓬勃发展，使得火灾自动报警系统的需求量迅速增加，同时也加速了火灾自动报警系统的技术创新，带动了这一行业的发展。随着我国经济的快速发展，如今的物资水平丰富，仓库的火灾报警迫在眉睫。我国火灾自动报警系统的研发，生产和应用等方面不断地吸引了社会各界的人力、物力、财力和科技的投入,并取得了令人瞩目的成就。目前仓库应实现智能化要求，其中包括实行安全防范系统自动化监控管理；仓库的火灾、有害气体泄漏实行自动报警；火灾报警系统应是以烟、温及可燃气体等探测器为主体。本设计采用AT89C51单片机为控制核心，配合外围电路，利用烟雾传感器、温度传感器、A/D转换器和声、光报警电路、显示电路，可实现对火灾的自动报警。该系安全可靠，误报率较低，操作较方便，成本较低，还可用于住宅，小区，宿舍，办公楼等场所。2 系统总体设计方案2.1 系统的设计目标 基于单片机的仓库火灾报警系统设计一般由传感器、火灾警报装置及具有其它辅助功能的装置组成的。它应能在火灾初期，将燃烧时产生的烟雾、热量以及光辐射等物理量，通过感温、感烟等火灾探测器变成电信号，传输到火灾报警的控制器，进行报警4。温度传感器把温度信号（数字形式）发送给单片机，烟雾浓度信号是模拟信号，必须转换成数字信号发送给单片机。单片机数字信号滤波处理和数据分析之后判断是否大于或等于预设值，即临界温度报警或烟尘浓度。如果温度或烟雾浓度大则触发报警电路，开始发出报警，则显示非正常状态，否则这是一个正常的状态。2.2 系统的总体设计方案基于单片机的仓库火灾报警系统设计，由单片机、单片机最小系统、传感器、显示器和报警模块组成。由于AT89C51单片机不具有模数转换功能，所以烟雾传感器必须将烟雾浓度信号（模拟形式）通过A/D转换器转换成数字形式，温度传感器将温度信号（数字形式）发送给单片机。单片机数字信号滤波处理和数据分析之后判断是否大于或等于预设值，如果烟雾浓度或温度大于预设值则触发报警电路，发出声、光报警。基于单片机的仓库防火报警系统原理框图如图1所示。温度检测晶振电路烟雾检测A/D转换复位电路烟雾浓度显示状态指示灯声音报警AT89C51图1 基于单片机的仓库防火报警系统原理框图3 主要元器件介绍3.1 AT89C51单片机 自动报警系统的核心器件是单片机，它是整个系统的“心脏”，由它来接收报警信号并控制、协调各功能模块的正常工作。市面上有很多种类的单片机，在该设计中可使用AT89C2051、STC89C51、AT89S51和凌阳公司生产的16位单片机等。在选择单片机的时候要考虑许多因素，一般来说在选取单片机时从下面几个方面考虑：性能、存储器、运行速度、I/O口、定时/计数器、串行接口、模拟电路功能、工作电压、功耗、封装形式、抗干扰性、保密性。考虑到系统的功能和经济性等因素，采用的是40引脚的AT89C51系列单片机，作为核心控制CPU。由ATMEL公司生产的MCS-51系列单片机AT89C51型号单片机是一种低功耗、高性能的8位CMOS微型处理器芯片。片内带有4KB的EEPROM程序存储器，与工业标准的89C51指令兼容。AT89C51单片机引脚图如图2所示：图2 AT89C51单片机引脚图AT89C51单片机主要的工作特性5：（1）内含4KB的Flash存储器，擦写次数1000次；（2）内含128字节的RAM；（3）具有32根可编程I/O线；（4）具有2个16位可编程定时器；（5）具有5个中断源、2级优先权的中断结构；（6）具有1个全双工的可编程串行通信接口；（7）具有1个数据指针DPTR；（8）两种低功耗工作模式，即空闲模式和掉电模式；（9）具有可编程的3级程序锁定位；（10）AT89C51的工作电源电压为5（1+0.2）V典型值为5V；（11）AT89C51最高工作频率为24MHZ。3.2 传感器介绍为了能及时有效地发现火灾，必须做好关键的第一步，即火灾传感器的选择。经过对火灾发展的过程分析，发现火灾一般有3个阶段，即早期火灾的阴燃、中期温度上升阶段和后期发光爆炸阶段。若火灾在阴燃阶段，会产生大量的烟、少量的热和很少量的光辐射；中期上升阶段宜采用温度传感器；如果火势进一步发展，就会产生很强的光辐射，此时宜采用感光传感器进行监测6。其中烟雾传感器不仅可探测一般火情，对阴燃火的探测效果较好，主要用于火情早期各种燃烧的烟雾颗粒进行探测，这一点就弥补了温度传感器对阴燃火不敏感，响应速度慢以及不能区分是火灾的热还是环境或人为因素的热等缺点。可以探知早期火灾烟雾中的可燃气体浓度，这样就大大降低了各种环境因素的干扰，提高了报警的可信度。在仓库的火灾报警系统设计中只探讨早期和中期火灾的报警系统，采用感烟、感温传感器相结合的方式。3.2.1 MQ-2烟雾传感器 基于单片机的仓库防火报警系统采用的是二氧化锡半导体气敏材料的传感器，型号为MQ-2，这种传感器是N型半导体表面离子式。MQ-2烟雾传感器所使用的气敏材料是在清洁空气中电导率较低的二氧化锡(SnO2)。给传感器一个预热电源（五伏直流电源），但温度加热到200300温度时候，空气中的氧气被二氧化锡所吸附，氧气变成负离子吸附在表面，这样半导体中的电子就会减少，从而导电能力减弱，使电阻值增加。是利用这一点把烟雾的浓度的信息转化成电信号，当传感器所处环境中存在可燃气体时，烟雾的浓度越大，电阻率就会变小电阻就减小，导电率上升。MQ2烟雾传感器可检测出多种可燃性气体，尤其对液化气、丙烷和氢气的灵敏度高，对天然气和其他可燃蒸汽的检测也很理想，是一款适合多种应用的低成本传感器,其显著的优点是在较宽的浓度范围内对可燃气体有良好的灵敏度6。MQ-2烟雾传感器实物图及引脚图如图3所示。图3 MQ-2烟雾传感器实物图及引脚图传感器的特性及主要技术指标：（1） MQ-2型传感器的一般特点： MQ-2型传感器对天然气、液化石油气等烟雾有很高的灵敏度，尤其对烷类烟雾更为敏感。 MQ-2型传感器具有良好的重复性和长期的稳定性。初始稳定,响应时间短，长时间工作性能好。 MQ-2型传感器具有良好的抗干扰性，可准确排除有刺激性非可燃性烟雾的干扰信息