1、樓宇自動化系統大作業題目：火災自動報警系統學生專業：自動化學生班級：14040101學生學號生姓名：陸志平教師姓名：姚明亮寫作日期：2017 年 11 月 15 日目錄摘要 - 2 -Automatic fire alarm system - 2 -Abstract - 2 -1 緒論 - 3 -1.1 概述 - 3 -1.2 國內現狀 - 3 -1.3 國外現狀 - 4 -2 煙霧檢測報警器的方案設計 - 4 -2.1 煙霧檢測報警器設計思路 - 4 -2.2 煙霧傳感器的選型 - 4 -2.2.1 煙霧傳感器介紹 - 5 -2.3 煙霧傳感器的選型 - 5 -2.

2、3.1 煙霧檢測報警器工作原理 - 5 -2.3.2 煙霧檢測報警器的結構 - 6 -3 煙霧檢測報警器的硬件設計 - 6 -3.1 單片機的選型 - 6 -3.1.1 單片機的選擇 - 6 -3.2 煙霧檢測報警器硬件電路設計 - 7 -3.2.1 信號采集及前置放大電路 - 7 -3.2.2 聲音報警電路 - 7 -3.2.3 數碼管顯示電路 - 8 -3.2.4 狀態指示燈及控制鍵電路 - 9 -4 煙霧檢測報警器的軟件設計 -.10 -4.1 煙霧檢測報警器軟件流程及設計 -. 10 -4.1.1 主程序設計及流程圖 -. 10 -4.2.2 主程序初始化流程圖 -. 12 -4.2.

3、3 中位值平均濾波法數字濾波子程序設計及流程圖 - 13 -4.2.4 插值法線性化處理子程序設計及流程圖 - 14 -4.2.5 報警子程序設計及流程圖 -. 15 -4.2.6 控制按鍵設計子程序及流程圖 -. 16 -5 結 論 -.17 -參考文獻 -.18 -火災自動報警系統摘要以電阻式煙霧傳感器和單片機技術為核心并與其他電子技術相結合， 設計出一種技術 水平較好的煙霧報警器。其中選用 MQ-2 型半導體可燃氣體敏感元件煙霧傳感器實現煙霧 的檢測，具有靈敏度高、響應快、抗干擾能力強等優點，而且價格低廉，使用壽命長。選用 的 STC12C5410AD 單片機，其整合了 A/D 轉換、硬

4、件乘法器、硬件脈寬調制器等資源， 具 有高速、低功耗、超強抗干擾等優點，是目前同類技術中性價比較高的產品。關鍵詞： 煙霧；報警器； STC12C5410 ；傳感器Automatic fire alarm systemAbstractThe present paper take leaves the minor smog sensor and the monolithic integrated circuit technology unifies as the core and with other electronic technology, designs one kind of techn

5、ical level good smog alarm apparatus.In which selects the 2M007 semiconductor resistance type smog sensor realization smog the examination, has the sensitivity high, responds, the antijamming ability quickly strong and so on the merits, moreover the price is inexpensive, the service life is long.Sel

6、ects the STC12C5410AD monolithic integrated circuit, its conformity A/D transformed, the hardware multiplier, resources and so on hardware PDM keyer, has high speed, low merits and so on power loss, ultra strong antijamming, is the present similar technology neutral price quite high product.Key word

7、: Smog;alarm apparatus;STC12C5410; sensor1 緒論1.1 概述火災自動報警系統， 一般由火災探測器、 區域報警器和集中報警器組成； 也 可以根據工程的要求同各種滅火設施和通訊裝置聯動， 以形成中心控制系統。 即 由自動報警、自動滅火、安全疏散誘導、系統過程顯示、消防檔案管理等組成一 個完整的消防控制系統。 火災探測器是探測火災的儀器， 由于在火災發生的階段， 將伴隨產生煙霧、 高溫格火光。 這些煙、 熱和光可以通過探測器轉變為電信號報 警或使自動滅火系統啟動，及時撲滅火災。1.2 國內現狀二十多年前， 中國的消防報警產品剛剛起步， 無論產品技術含量、 產

8、品系列 完整性、使用性，還是社會影響程度都是相當低的。 國外的產品和品牌一統天下， 占領中國的大部分市場。 由于中國的建設正在飛速發展， 市場大的驚人， 難道這 由中國發展帶來的成果只能由外國企業來瓜分？1.3 國外現狀在消防報警產品的技術含量上， 國內產品和國外產品差距不是很大， 許多指 標已經超越，存在的問題是： 類似于國外消防報警產品的大批量規?；纳a才 剛起步，有待于積累經驗和技術； 也因此在產品一致性和長期穩定性上有一些差 距；國內正在形成權重的大型企業和集團， 這樣可以帶領國內的各家企業去沖擊 海外市場，并最終占領海外的消防報警市場。2 煙霧檢測報警器的方案設計2.1 煙霧檢測報

9、警器設計思路煙霧檢測報警器是能夠檢測環境中的煙霧濃度， 并具有報警功能的儀器， 儀 器的最基本組成部分應包括： 煙霧信號采集電路、 模數轉換電路、 單片機控制電 路。煙霧信號采集電路一般由煙霧傳感器和模擬放大電路組成， 將煙霧信號轉化 為模擬的電信號。模數轉換電路將從煙霧檢測電路送出的模擬信號轉換成單片機 可識別的數字信號后送入單片機。 單片機對該數字信號進行濾波處理， 并對處理 后的數據進行分析，是否大于或等于某個預設值 （也就是報警限 ），如果大于則啟 動報警電路發出報警聲音， 反之則為正常狀態。 為方便檢測與監控， 使儀器測試 人員及用戶能夠直觀地觀察到環境中的可燃煙霧濃度值， 可將濃度

10、值送到顯示屏 中。方便調節報警限，可以加入按鍵。以上是根據報警器應具備的功能，提出的 整體設計思路。2.2 煙霧傳感器的選型煙霧傳感器屬于氣敏傳感器， 是氣-電變換器， 它將可燃性氣 體在空氣中的 含量（即濃度 ）轉化成電壓或者電流信號，通過 A/D 轉換電路 將模擬量轉換成數 字量后送到單片機， 進而由單片機完成數據處理、 濃度 處理及報警控制等工作。 傳感器作為煙霧檢測報警器的信號采集部分， 是儀表的核心組成部分之一。 由此 可見，傳感器的選型是非常重要的。煙霧傳感器介紹根據報警器檢測煙霧種類的要求， 一般選用接觸燃燒式煙霧傳感器和半導體 煙霧傳感器。使用接觸燃燒式傳感器，其探頭的阻緩及中

11、毒，是不可避免的問題。 半導體煙霧傳感器包括用氧化物半導體陶瓷材料作為敏感體制作的煙霧傳 感器以及用單晶半導體器件制作的煙霧傳感器， 它具有靈敏度高， 響應快、 體積 小、結構簡單，使用方便、價格便宜等優點，因而得到廣泛應用。半導體煙霧傳 感器的性能主要看其靈敏度、選擇性 （抗干擾性）和穩定性 （使用壽命）。經過對比上述兩種煙霧傳感器的應用特性， 發現半導體煙霧傳感器的優點更 加突出。而在眾多半導體氣體傳感器中，本設計選用 MQ-2 型煙霧傳感器，這 種型號的傳感器不但具備一般半導體煙霧傳感器靈敏度 高、響應快、抗干擾能 力強、壽命長等優點。2.3 煙霧傳感器的選型煙霧檢測報警器工作原理本論文

12、中的煙霧檢測報警器以 STC12C5410AD 單片機為控制核心，采用 MQ-2 型電阻式半導體傳感器采集煙霧信息。首先，傳感器送來的煙霧濃度對應的微小的電壓信號經過放大， 轉化成較大 的電壓信號送入 STC12C5410AD 單片機。 然后，在 STC12C5410AD 單片機內A/D轉換、濃度比較，對數據進行線性化處理，將數字化電壓信號轉化成為對 應的十進制濃度值；最后，將實際可燃性氣體濃度送入液晶， 并判斷濃度值是否 超出報警限，當濃度處于正常狀態綠燈長亮，當煙霧濃度超出設定的限定值時， 發出聲音報警并伴隨紅燈閃亮。232煙霧檢測報警器的結構報警器系統結構框圖如圖1所示，系統以單片機為核

13、心，配合外圍電路共同 完成信號采集、濃度顯示、時間顯示、狀態顯示、聲音及閃爍報警、按鍵輸入、 故障自檢等功能。圖1可燃性氣體檢測報警器結構框圖3煙霧檢測報警器的硬件設計3.1單片機的選型單片機的選擇單片機是煙霧檢測報警器的核心部件，一方面它要接收來自傳感器的煙霧濃度的模擬信號和故障檢測信號，另一方面要對兩種信號分別進行處理， 控制后續 電路的相應工作；同時，查詢是否有鍵按下的命令。在單片機實現的功能中，將 模數轉換后的信號做數字濾波，再進行線性化處理，然后送 LCD 顯示。3.2 煙霧檢測報警器硬件電路設計信號采集及前置放大電路傳感器輸出信號一般比較微弱， 需要經過前置電路對其進行放大、 濾波

14、、電 平調整，滿足單片機對輸入信號的要求。 本系統采用的半導體煙霧傳感器屬于電 阻型，因此只需串聯一個參考電阻， 再經過一個放大電路即可發送給 ADC 采集。 由于系統采用的是單極性供電， 所以采用同相比例放大電路， 可以減少硬件開銷。 常見的運算放大器中， LM324 價格低廉、使用簡單等優點比較突出，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。聲音報警電路聲音報警電路圖如圖 2 所示。報警裝置采用無源壓電式 KM3712x 型蜂鳴器 26 ，較一般的蜂鳴器體積大，聲音響亮，當單片機 STC12C5410AD 的 17 腳 (P3.7) 置 1 時， 三極管 Q1 導

15、通 ，蜂 鳴器 報警 。本報警 器采用單 片機 STC12C5410AD 的 PWM 功能，如果煙霧濃度達到報警限，單片機控制P3.7(PWM) 口輸出占空比一定的脈沖， 報警時蜂鳴器會發出如警車警笛的聲音。圖2聲音報警電路圖323數碼管顯示電路報警器濃度顯示采用共陽數碼管。顯示濃度級別，其主要技術參數如下:模塊工作電壓： 2.75.5V工作電流：80ma,每段10ma字高：11.4mm 環境相對濕度：85 % 視角：6:00工作溫度：-10+50 °C顯示方式：反射式正顯示存儲溫度：-20+60 °C接口方式：8線并行接口SMCE:圖3數碼管結構圖324狀態指示燈及控制鍵

16、電路狀態指示燈及控制鍵電路圖如圖 4所示。單片機STC12C5410AD的18腳 (P1.0)、12腳(P2.4)、13腳(P2.5)，控制輸出的狀態指示燈。綠燈常亮表示正常 狀態，環境中可燃煙霧濃度極低。黃燈閃亮表示傳感器加熱絲或者電纜發生斷線 或者接觸不良。紅燈閃亮表示環境中可燃煙霧濃度超過報警限值，提醒用戶盡快作相應安全措施。當煙霧濃度超過報警限，報警器發出鳴叫，用戶到達現場，可按下按鍵停止 報警器鳴叫。若過一點時間濃度仍超出報警限，報警器會再次鳴叫提醒用戶圖4狀態指示燈電路圖mKJnTLrLFLrlTIHrLHP MF2VCCHr?4K7T S?KEY Jb亠 rO 0 SW-PB圖5

17、控制按鍵連接示意圖4煙霧檢測報警器的軟件設計4.1煙霧檢測報警器軟件流程及設計本論文中，軟件解決的主要問題是檢測煙霧傳感器的煙霧濃度信號，然后對信號進行AD轉換，數字濾波，線性化處理，段式液晶濃度顯示，按鍵功能設置，以及報警器聲光警報。主程序設計及流程圖主程序流程圖如圖 6 所示。首先要給傳感器預熱三分鐘，因為 MQ-2 型半 導體電阻式煙霧傳感器在不通電存放一段時間后， 再次通電時， 傳感器不能立即 正常采集煙霧信息，需要一段時間預熱。 程序初始化結束后，系統進入監控狀態。 本論文的主程序設計先對傳感器預熱三分鐘， 預熱同時， 對傳感器加熱絲故障檢 測，采用軟件方式檢測傳感器加熱絲或電纜線是

18、否斷線或者接觸不良。STC12C5410AD 單片機對傳感器檢測的煙霧濃度信號進行 A/D 轉換、平均 值法濾波、線性化處理后，將濃度值與報警限設定值相比較，判斷是否報警。同 時送入段式液晶顯示煙霧濃度值。 主程序還包括狀態指示燈及按鍵功能設置， 中 斷子程序等，使報警器功能更加完善，給用戶帶來便利。圖6主程序流程圖422主程序初始化流程圖主程序初始化流程圖如圖7所示。給傳感器預熱后，程序開始執行初始化子 程序，這部分實現的功能包括各種I/O 口輸入輸出狀態的設定、 寄存器初始化、 中斷使能等。首先設定定時初值 50ms，利用IAP寫入EEPROM，作為取值間 隔。然后設置定時器0，選擇方式1

19、。方式1狀態下定時器的工作寄存器 TH1、 TL1是全16位參與操作。接下來定時器 0中斷允許位置1，打開定時器0，關 閉蜂鳴器，開啟綠燈，設置報警限初值< 開鮒 >圖7主程序初始化流程圖423中位值平均濾波法數字濾波子程序設計及流程圖在煙霧傳感器對煙霧濃度采樣時，可能會遇到尖脈沖干擾的現象。干擾通常只影響個別采樣點的數據，此數據與其他采樣點的數據相差比較大。如果米用一般的平均值法，則干擾將“平均”到計算結果上去，故平均值法不易消除由于脈沖干擾而引起的煙霧濃度采樣值的偏差為此，可采取中位值平均濾波法（又稱防脈沖干擾平均濾波法），先對N個采樣數據進行比較，去掉其中的最大值和最小值，然

20、后計算余下的N 個數據的算術平均值。這種方法既可濾去脈沖干擾又可濾去小的隨機干擾。保證報警器檢測煙霧濃度的準確性，減小誤報、錯報的可能。在實際應用中，N可取任何值，但為了加快測量計算速度，本論文數字濾波 的設計中N取10。即調用A/D連續進行10次采樣，去掉其中的最大值和最小值，計算其余8個值的平均值，將這個平均值送入寄存器。中位值平均濾波法的 程序流程圖如圖8所示/開輛圖8中位值平均濾波法程序流程圖424插值法線性化處理子程序設計及流程圖MQ-2型傳感器的電阻是隨著煙霧濃的升高而降低的， 因此輸入單片機的電壓也是隨之降低的。圖9為單片機采集電壓值與煙霧濃度百分比的對應曲線， 可 以看出，電壓

21、值與煙霧濃度之間是非線性的關系， 為了實時顯示煙霧濃度，需要 對其進行線性化處理。在誤差許可范圍內，根據標定曲線形狀，以及單片機處理能力，把曲線分成若干小段，對每小段分別線性化圖9單片機采集電壓值與煙霧濃度百分比線性化曲線425報警子程序設計及流程圖當煙霧濃度超過報警設定值時，報警器發出一種近似警笛的鳴叫聲， 對應通道的紅燈閃亮，以提示操作人員采取安全對策或自動控制相關安全裝置，從而保障生產安全，避免火災和爆炸事故的發生。為防止誤報，在程序設計上，對煙霧 濃度進行快速重復檢測和延時報警，以區別出是管道中煙霧的泄漏，還是由于暫 短打開閥門產生的可燃煙霧的微量散失，防止誤報。報警子程序流程圖如圖1

22、0 所示。圖10報警子程序流程圖426控制按鍵設計子程序及流程圖本報警器設計附加一個按鍵，功能分別為：確定 （消音）。按鍵處理子程序流程圖如圖11所示。才1描鍛値 N4 r tsT v皐啊好？s披下 一ffL圖11鍵盤處理子程序5結論根據設計要求、使用環境、成本等因素，選用MQ-2型半導體電阻式煙霧傳感器。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。它的靈敏度適中，具有響應與恢復特性好，長期工作穩定性、重現 性、不易受環境影響及抗溫濕度影響等優點。煙霧報警器能在較寬的溫度范圍工作，可將煙霧濃度顯示用LCD顯示。當煙霧的濃度達到設定的濃度時，發出聲光報警。還具有故障自診斷功能快速重復