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基于单片机的烟雾报警器设计-学位论文.doc
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2023-07-10
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基于单片机的烟雾报警器设计-学位论文.doc
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基于单片机的烟雾报警器设计
摘 要
随着社会和经济的发展,防火工作越来越重要,但是目前国内的许多研发都侧重于大
型场所的火灾报警。因此,我们就有必要研制一种结构简单、经济实用的家庭烟雾报警器
以适应市场的需求。基于供家庭使用的烟雾报警器应该具备的基本要求和功能,文章设计
了一种比较适合的烟雾报警器。
本设计以传感器和单片机作为烟雾报警器设计的核心器件,配合其它器件即可实现声
光报警、自动排烟换气和消防灭火等功能。设计中单片机选用 AT89C51 作为控制器件,传
感器选用 QM-N5 型气体传感器实现对烟雾的检测。烟雾报警器主要由烟雾信号采集及前置
放大电路、模数转换电路、单片机控制电路、显示电路、声光报警电路和安全保护电路构
成,设计合理、简单易懂、价格低廉,使单片机在烟雾报警系统的控制中得到充分应用,
具有一定的实用价值。论文主要针对烟雾报警系统中的各个组成部分及功能进行了详细的
介绍和说明,并对其主控电路和外围设备电路之间的接口连接方式,以及系统软件设计进
行了重点的分析和讲解。
关键词:烟雾报警器;单片机;传感器
Design of Smoke Alarm Based on
Microcontroller
Abstract
With the development of social and economic
,
the prevention of fire are more and
more important.However, in the present, most of research and development of fire
alarm systems only focus on large sites. Therefore, it is necessary to design a simple,
economical and practical family Smoke Alarm to meet the market demand. Taking
both the basic requirement and the function of family Smoke Alarms should have into
account, thesis designs a suitable smoke alarm for household using.
Which the sensor and the microcontroller of the design is the most important part
of alarm devices, with other devices can achieve alarming with sound and light,
automatically reducing smoke and fighting fire ,etc. IN design, microcontroller used
AT89C51 and select QM-N5 Gas Sensor to detect smoke. Smoke alarm mainly by the
signal acquired circuit, A/D converted circuit, MCU controlled circuit,displayed
circuit and alarming with sound and light circuit,reasonable design, simple structure,
easy to use, inexpensive. As a result, the microcontroller in the control of the smoke
alarm system is fully applied. Therefore, this design about smoke alarm has practical
value. Thesis give detailed introduction for the function and theory of the various
component parts of the alarm system, focus on the interface technology between its
main controlled circuit and peripheral circuit, also give explanation of the software .
Key words :Smoke Alarm;MCU; sensor
目 录
摘要
Abstract
1 绪论 ..............................................................1
1.1 概述 ............................................................1
1.2 设计烟雾报警器的目的及意义 ......................................1
1.3 火灾报警器的现状及特点...........................................2
1.4 火灾报警器的发展趋势.............................................3
2 系统的总体方案设计 ................................................4
2.1 烟雾报警器的工作结构和原理.......................................4
2.2 烟雾传感器的选型.................................................5
2.2.1 烟雾传感器的介绍...............................................5
2.2.2 QM-N5 半导体气体烟雾传感器.....................................8
2.3 单片机的选型.....................................................9
2.4 烟雾报警器的主要功能设计........................................12
3 系统的硬件电路 ...................................................13
3.1 系统电源电路 ...................................................13
3.2 AT89C51 的时钟电路和复位电路....................................13
3.3 信号采集及前置放大电路..........................................14
3.4 A/D 转换电路....................................................16
3.5 声音报警及消音键电路............................................17
3.6 字符显示电路....................................................18
3.7 状态指示灯电路..................................................19
3.8 安全保护电路....................................................20
3.9 报警器故障自诊断电路............................................21
3.10 烟雾报警器硬件总电路...........................................21
4 系统的软件的设计 .................................................23
4.1 系统主程序设计及流程图..........................................23
1
基于单片机的烟雾报警器设计
1 绪论
1.1 概述
单片机及烟雾传感器是烟雾报警器系统的两大核心。单片机好比一个桥梁,
联系着传感器和报警电路设备。近几年来,单片机已逐步深入应用到工农业生产
各部门及人们生活的各个方面。各种类型的单片机也根据社会的需求而开发出来。
单片机是器件级计算机系统,实际上它是一个微控制器或微处理器。由于它功能
齐全,体积小,成本低,因此它可以应用到所有电子系统中。同样,它也可以广
泛应用于报警技术领域,使各类报警装置的功能更加完善,可靠性大大提高,以
满足社会发展的需要。而传感器作为信息技术系统的“感官”器件,如果没有
“感官”感受信息,或者“感官”迟钝,都难以形成高精度、高速度的控制系统。
美国曾把二十世纪八十年代称为传感技术时代,日本更是把传感技术列为十大技
术之首。所以,根据报警器功能的需要,选择合适、精确、经济的烟雾传感器和
单片机芯片是至关重要的。在本论文中的最主要的设计是选 AT89C51 单片机和
QM-N5 半导体气体烟雾传感器为核心器件。
AT89C51 单片机兼容标准 MCS-51 指令系统,功能强大,可供许多高性价比
的场合应用,能够灵活应用于各种控制领域。QM-N5 半导体气体烟雾传感器在较
宽的浓度范围内对可燃气体有良好的灵敏度,寿命长,成本低,非常适用于家庭
使用的气体泄漏报警器。由这两个核心器件设计而成的整个烟雾报警器系统可实
现声光报警、报警状态字符显示、换气扇排烟和喷水灭火等烟雾报警器应有的功
能,是一种结构简单、性能稳定、使用方便、价格低廉、智能化的烟雾报警器,
具有一定的实用价值。
目前,现代建筑都会有选择地安装不同功能的火灾自动报警系统。因为火灾
自动报警系统是建筑物的神经系统,它能够感受、接收着发生火灾的早期信号并
及时报警,发出警报同时告知用户和周边居民。它就像是一个个称职的更夫,给
居住、忙碌或是休息在家庭中的人们以极大的安全感。在火灾的早期阶段,准确
的探测到火情并迅速报警,对于及时组织有序快速疏散、积极有效地控制火灾的
蔓延、快速灭火和减少火灾对居住人群的损失都具有重要的意义。
1.2 设计烟雾报警器的目的及意义
随着社会和经济的发展,家庭火灾防不胜防,防火工作也就越来越重要。据
美国消防学会统计,最近十多年中,安装自动消防设施的建筑中发生火灾,消防
设施的有效率高达 96.1%,确实起到了保证建筑物消防安全的作用。这是因为火
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