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单片机火灾报警控制系统设计大学毕业论文.doc
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2023-07-10
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单片机火灾报警控制系统设计大学毕业论文.doc
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计算机控制设计
课程设计报告
班级
*****
姓名
***
学号
**********
1
课程设计题目: 单片机火灾报警控制系统设计
本课程设计要求利用单片机结合传感器技术而开发设计的智能火灾报警系
统,从而可以对生活中有火灾隐患的地方进行监测与防范,并且当火灾发生时能
及时发出警报,让人们可以迅速赶到现场熄灭火灾,以此可以减少财务损失与人
员的伤亡。设计目的是设计和实现一种分布式智能火灾报警控制系统,实现系统软硬件的
组成和实现。
技术参数和设计任务:
为了全面有效地反映被监视环境的各种细微变化,故智能系统采用了设有专
用芯片的模拟量探测器设计,从而可以对烟雾和灰尘等影响实施自动补偿,同时
有数字量的探测器,直接将采集的信号信息送入控制器进行自动处理,以此而实
现各种智能特性、无灾误报和准确报警。
为了解决不同工程的适应性,同时提高运行的可靠性,故系统采用主从式网
络结构设计。
为了完成总线报警,又实现总线联动控制,故系统采用全总线计算机通信技
术设计。
为了能准确无误的产生报警,故采用了感烟效果好、灵敏度高的 MQ-2 烟雾
传感器和 DS18B20 数字温度传感器。
2
一、本课程设计系统概述
1、系统原理
本课程设计的智能火灾报警系统的工作,首先,通过数据采集模块的 MQ-2
烟雾传感器采集周围环境的烟雾浓度,经 A/D 转换送到单片机控制中心进行处理;
同时由 DS18B20 数字温度传感器采集周围环境中的温度,经过信息处理,转化为
C51 单片机能够处理的数字量。在 STC89C5RC 单片机中,采集并经过处理的数据
要与系统所规定的相关上限值进行比较(上限值是保证系统正常工作同时周围环
境处于良好状态时的上限),如果超过了上限值,则说明周围环境异常,要报警,
以便人们的正常生活和工作。把信息综合处理,根据实际的需要以及现场的环境,
来发现和识别警报,构成智能化的监控系统,提高了系统工作的可靠性。
2、系统模块框图图
此系统的总体模块框图如图 1 所示。
图 1 模块框图
3、控制方案
(1)单片机的选择
单片机是本方案的灵魂,所以我们选择是需要慎之又慎,下面我们来拿 8031
和 STC89C5RC 做一下比较。
8031 影响很大,已成为事实上的工业标准。后来很多芯片厂商以各种方式
与 Intel 公司合作,也推出了同类型的单片机,如同一种单片机的多个版本一样,
虽都在不断的改变制造工艺,但内核却一样,也就是说这类单片机指令系统完全
兼容,绝大多数管脚也兼容;在使用上基本可以直接互换。我们统称这些与 8051
内核相同的单片机片内不带程序存储器 ROM,使用时用户需外接程序存储器和一
片逻辑电路 373,外接的程序存储器多为 EPROM 的 2764 系列。用户若想对写入
到 EPROM 中的程序进行修改,必须先用一种特殊的紫外线灯将其照射擦除,之后
数据采集模块
A/D 转 换
模块
单片机主控处理
模块
报 警 电 路
模块
3
再可写入。写入到外接程序存储器的程序代码没有什么保密性可言。
由于上述类型的单片机应用的早,为 51 系列单片机。
在众多的 51 系列单片机中,要算 ATMEL 公司的 STC89C5RC 更实用,因他不
但和 8051 指令、管脚完全兼容,而且其片内的 4K 程序存储器是 FLASH 工艺的,
这种工艺的存储器用户可以用电的方式瞬间擦除、改写,一般专为 ATMEL AT89Cx
做的编程器均带有这些功能。显而易见,这种单片机对开发设备的要求很低,开
发时间也大大缩短。写入单片机内的程序还可以进行加密,这又很好地保护了你
的劳动成果。而且 STC89C5RC 目前的售价比 8031 还低,市场供应也很充足。
单对 STC89C5RC 来说,在实际电路中可以直接互换 8051 和 8751,替换 8031
只是第 31 脚有区别,8031 因内部没有 ROM,31 脚需接地,单片机在启动后就到
外面程序存储器读取指令;而 8051/8751/89c51 因内部有程序存储器,31 脚接
高电平,单片机启动后直接在内部读取指令。也就是 51 芯片的 31 脚控制着单片
机程序从内部读取还是从外部读取,31 脚接电源,程序从内部读取,31 脚接地,
程序从外部读取,其他无须改动。另外,STC89C5RC 替换 8031 后因不用外存储
器,不必安装原电路的外存储器和 373 芯片。
由于内部 RAM 的存在,可以减少 I/O 扩展芯片、锁存器及片外 RAM 等等,
使整个设计显得简单明了,所以我们选择 STC89C5RC。
(2)A/D 转换器的选择
A/D 转换器的种类很多,就位数来分,有 8 位、10 位、12 位、16 位等。位
数越高,其分辨率也越高,但价格也越贵。而就其结构而言,有单一的 A/D 转换
器,有内含多路开关的 A/D 转换器。根据本设计的需要,我选择的 A/D 转换器是
ADC0809 芯片。
ADC0809 是美国 Analog Device 公司生产的 8 位逐次逼近式模数转换器,转
换速率高,自带三态输出缓冲电路,可直接与各种典型的 8 位或 16 位的微处理
器相连而无需附加逻辑接口电路,且能与 CMOS 及 TTL 兼容,是目前我国应用
最广泛,价格便宜的 A/D 转换器。加之内部含有三态输入缓冲电路,可直接与
各种微处理器连接,且无须附加逻辑接口电路,内部设置的高精参考电压源和时
钟电路,使它不需要任何外部电路和时钟信号,就能完成 A/D 转换功能,应用
非常方便。
(3)烟雾传感器的选择
4
烟雾检测报警器主要应用在石油、化工、冶金、油库、液化气 站、喷漆作
业等易发生可燃烟雾泄漏的场所,根据报警器检测烟雾 种类的要求,一般选用
接触燃烧式烟雾传感器和半导体烟雾传感器。
使用接触燃烧式传感器,其探头的阻缓及中毒,是不可避免的问题。 阻缓
是当在烟雾与空气的混合物中含有硫化氢等含硫物质的情况下,则有可能在无焰
燃烧的同时,有些固态物质附着在催化元件表面,阻塞载体的微孔,从而引起响
应缓慢反应滞缓,灵敏度降低。虽然将阻缓的传感器再放回新鲜空气环境中有得
到某种程度的恢复的可能,但是如果长期暴露在这样的环境中,其灵敏度会不断
下降,导致传感器最终丧失检测烟雾的能力。中毒是如果环境空气中含有硅烷之
类的物质时,则传感器将 使催化元件产生不可逆转的中毒,以致灵敏度很快就
丧失。当怀疑检测环 境中存在这些物质时,经常对探头进行标定,是必须且有
效的办法。
因此,经常对传感器进行标定,是保证其准确性的必要的途径。一般连续使
用两个月后应对传感器进行量程校准,这种经常性对传感器的维护,无形中加大
了工作人员的工作量,同时增加了报警器的维护成本。
半导体烟雾传感器包括用氧化物半导体陶瓷材料作为敏感体制作的烟雾传
感器以及用单晶半导体器件制作的烟雾传感器,它具有灵敏度高, 响应快、体
积小、结构简单,使用方便、价格便宜等优点,因而得到广泛应用。半导体烟雾
传感器的性能主要看其灵敏度、选择性(抗干扰性)和稳 定性(使用寿命)。
经过对比上述两种烟雾传感器的应用特性,发现半导体烟雾传感器的优点更
加突出:灵敏度高、响应快、抗干扰性好、使用方便、价格便宜,且不会发生探
头阻缓及中毒现象,维护成本较低等。因此,本设计采用半导体烟雾传感器作为
报警器烟雾信息采集部分的核心。而在众多半导体气体传感器中,本设计选用
MQ-2 型烟雾传感器,这种型号的传感器不但具备一般半导体烟雾传感器灵敏度
高、响应快、抗干扰能力强、寿命长等优点。
(4)温度传感器的选择
温度传感器,使用范围广,数量多,居各种传感器之首。温度传感器的发展
大致经历了以下 3 个阶段:
1).传统的分立式温度传感器(含敏感元件),主要是能够进行非电量和电
量之间转换。传统的分立式温度传感器如热电偶传感器。热电偶传感器是工业测
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