智能火灾报警系统设计

摘要I

Abstract ....................................................................................................................... I I 第1章绪论. (1)

1.1 选题背景及意义 (1)

1.2 本文所做的工作 (1)

第2章火灾报警系统的工作原理 (3)

2.1 系统总体功能概述 (3)

2.2 火灾报警系统的类型 (3)

2.2.1 感温型火灾报警系统 (3)

2.2.2 感烟型火灾报警系统 (4)

2.2.3 感光型火灾报警系统 (4)

2.2.4 复合型火灾报警系统 (4)

2.3 火灾探测器的原理 (4)

2.4 本章小结 (5)

第3章系统硬件设计 (6)

3.1 核心芯片选择 (6)

3.1.1 芯片AT89S52 (6)

3.1.2 集成温度传感器AD590 (7)

3.1.3 气体传感器TGS-202 (8)

3.1.4 数码管驱动芯片ICM7218 (8)

3.2 单片机外围接口电路 (9)

3.3 信号处理电路 (10)

3.4 A/D转换模块 (11)

3.5 声音报警电路 (12)

3.6 数码管显示电路 (13)

3.7 状态指示灯及控制键电路 (14)

3.8 报警器故障自诊断 (15)

3.9 本章小结 (15)

第4章系统软件设计 (17)

4.1 主程序流程图 (17)

4.2 主程序初始化流程图 (18)

4.3 滤波子程序 (18)

4.4 线性化子程序 (19)

4.5 报警子程序 (21)

4.6 键盘处理子程序 (23)

4.7 本章小结 (23)

结论 (24)

参考文献 (25)

附录 (26)

致谢 (27)

黑龙江东方学院

毕业论文（设计）

题目：智能火灾报警系统设计

学生姓名闫作宁

学号11103129

专业电气工程及其自动化

班级2011级1班

指导教师魏昭辉

学部计算机科学与电气工程答辩日期2015年5月23日

黑龙江东方学院本科生毕业论文（设计）评语（一）

黑龙江东方学院本科生毕业论文（设计）评语（二）

黑龙江东方学院本科生毕业论文（设计）评语（三）

黑龙江东方学院本科生毕业论文（设计）任务书

智能楼宇火灾报警控制系统设计

摘要

目前，随着电子产品在人类生活中的使用越来越广泛，由此引起的火灾也越来越多，在我们生活得四周到处潜伏着火灾隐患。为了避免火灾以及减少火灾造成的损失，我们必须按照“隐患险于明火，防患胜于救灾，责任重于泰山”的概念设计和完善火灾自动报警系统，将火灾消灭在萌芽状态，最大限度地减少社会财富的损失。

本系统可安装在各防火单位，它负责不断地向所监视的现场发车巡检信号，监视现场的温度、浓度等，并不断反馈给报警控制器，控制器将接到的信号与内存的正常整定值比较、判断确定火灾。当发生火灾时，可实现声光报警、故障自诊断、浓度显示、报警限设置、延时报警及与上位机串口通信等，是一种结构简单、性能稳定、使用方便、价格低廉、智能化的烟雾传感器，具有一定的实用价值。

关键词：单片机;火灾报警;传感器

The Design of Intelligent Building Fire Alarm Control

System

Abstract

Now, with electronic products used in human life more and more widely, the resulting fire, more and more, we live in fire hazards lurking around everywhere. To avoid fires and reduce fire losses, we must follow the "hidden dangers fire in prevention is better than disaster relief, the responsibility is extremely heavy," the concept design and improvement of automatic fire alarm system, fire nipped in the bud, the maximum reduce the loss of social wealth.

The system can be installed in all fire units, which is responsible for continuously monitoring the site to start the inspection signal, monitor the site of temperature, concentration, and continuous feedback to the alarm controller, the controller will receive the signal and the normal memory setting value was determined by comparing to determine the fire. When fire occurs, can achieve sound and light alarm, fault diagnosis, concentration display, alarm limit settings, delay alarm and serial communication with the host computer is a simple structure, stable performance, easy to use, inexpensive, intelligent smoke sensor, has some practical value.

Keywords:SCM ; fire alarm; sensor

智能楼宇火灾报警控制系统设计

第1章绪论

1.1 选题背景及意义

火灾是可燃物在时间或空间上失去控制的燃烧所造成的灾害，是威胁公众安全和社会发展的主要灾害之一。火，在给人类带来文明进步、光明和温暖的同时也在其失去控制之时给人类造成了巨大的灾难。据统计，我国70年代火灾平均损失不到2.5亿元，80年代火灾平均损失接近3.2亿元。进入90年代，特别是1993年以来，火灾造成的直接损失上升到年均十几亿元，年均死亡2000多人。

严峻的事实证明，随着社会和经济的发展，社会财富日益增加，火灾给人类、社会和自然造成的危害范围不断扩大，它不仅毁坏物质财产，造成社会秩序的混乱，还直接威胁生命安全，给人们的心灵造成极大的伤害。残酷的现实让人们逐渐认识到监控预警和消防工作的重要性，良好的监控系统和及时的报警机制可以大大降低人员的上网，为社会减少不必要的损失。

随着电子产品在人类生活中的使用越来越广泛，由此引起的火灾也越来越多，在我们生活的四周到处潜伏着火灾隐患。智能化火灾报警系统已并非传统意义上的简单的报警设备，而是融入了计算机技术、电子技术、自动控制技术、传感器的应用等各领域知识。伴随着科学技术的不断进步，火灾报警系统必将得到更快的发展。

1.2 本文所做的工作

本文采用气体传感器、温度传感器、AT89S52单片机以及LED显示灯模块设计了一种智能火灾报警器，可以实现声光报警、故障自诊断、浓度显示、报警限设置、延时报警及与上位机串口通信等功能。是一种结构简单、性能稳定、使用方便、价格低廉、智能化的火灾报警器，具有一定的实用价值。

本系统采用ATMEL公司的AT89S52单片机作为处理器，主要完成以下工作：

1. 基于AT89S52的火灾报警检测设计方案。

2. 温度传感器AD590、烟雾传感器TGS202、A/D转换芯片ADC0809的选择

以及与单片机的接口电路设计。

接。

4. 设计主要软件程序模块，完成软件设计。

第2章火灾报警系统的工作原理

2.1 系统总体功能概述

火灾报警系统一般由火灾探测器、区域报警器和集中报警器组成。火灾探测器通过对火灾发出的物理、化学现象——气（燃烧气体）、烟（烟雾粒子）、热（温度）、光（火焰）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。区域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，并在屏幕上显示出火灾的房间号。集中报警是将接收到的信号以声光形式表现出来，其屏幕上也显示出着火的楼层和房间号，利用本机专用电话还可迅速发出指示和向消防队报警[1]。此外，也可以控制有关的灭火系统或将火灾信号传输给消防控制室。整体电路的框图如图2-1所示：

图2-1

系统原理及组成框图

2.2 火灾报警系统的类型

根据火灾报警系统中所使用的探测器种类的不同，火灾报警系统可以分为以下四种：

2.2.1 感温型火灾报警系统

由于火灾发生时燃烧物会产生大量的热量，使得周围温度迅速变化。感温型火灾报警系统就是通过判断周围温度变化而产生响应的火灾报警系统，再把温度的变化转换为电信号以达到判断报警的目的。根据探测温度参数的不同，一般可以将感温型火

灾报警系统分为定温式、温差式等几种。

烟雾是早期火灾的重要特征之一。在火灾发生的初期，由于温度比较低，许多物质都处于阴燃阶段，产生大量的烟雾。感烟型火灾报警系统就是对空气中可见或不可见的烟雾粒子进行探测，然后将烟雾浓度的变化转换为电信号来触发报警。感烟型火灾报警系统主要有激光感烟式、光电感烟式和离子感烟式等[2]。

2.2.3 感光型火灾报警系统

物质燃烧不但会产生烟雾和热量，同时也会产生可见或不可见的光辐射。感光型火灾报警系统就是通过响应火灾中产生的光特性，即扩散火焰的光强度和闪烁频率，来触发报警系统的。根据感应的敏感波长，可以将感光型火灾报警系统分为对波长较短的光辐射敏感的紫外报警系统和对波长较长的光辐射敏感的红外报警系统[3]。

2.2.4 复合型火灾报警系统

如果报警系统同时对温度、烟雾和光辐射中的两种或两种以上参数做出响应，那么它就是复合型火灾报警系统。目前复合型火灾报警系统有感温感烟型、感烟感光型、感温感光型等多种形式。

2.3 火灾探测器的原理

火灾发生时，必然会伴随着产生烟雾、高温和火光，探测器对这些都很敏感。当有烟雾、高温、火光产生的时候，它就改变平时的正常状态，引起电流、电压或机械部分发生变化或位移，再通过放大、传输等过程发出警报声，有的还能同时发出灯光信号并显示发生火灾的部位、地点。

火灾探测器主要分感烟、感温、光辐射三大类：

（1）感烟探测器。一种是离子感烟探测器，它在内外电离室里面有放射源镅241，电离产生的正负离子，在电场的作用下各向正负电极移动。在正常的情况下，内外电离室的电流、电压都是稳定的。一旦有烟雾窜逃外电离室，干扰了带电粒子的正常运动，电流、电压就有所改变，破坏了内外电离室之间的平衡，于是就发出了信号。还有一种叫光电感应探测器，它有一个发光元件和一个光敏元件，平常光源发出的光，通过透镜射到光敏元件上，电路维持正常，如果有烟雾从中阻隔，到达光敏元件上的光就显著减弱，于是光敏元件就把光强的变化变成电的变化，通过放大电路向人们报警。还有一种叫管道抽吸式感烟探测器，他的工作原理与光电感应探测器中另一种散射型相似，通过烟雾的反射或散射产生光敏电流，主要用在船舶上。近年来还

探测器采用半导体器件，体积小、价格低、耐震动、寿命长，很有发展前途[4]。

（2）感温探测器。一种是运用金属热胀冷缩的特性。正常的情况下，探测器的电路断开，当温度升到一定值时，由于金属膨胀、延伸，导体接通，于是发出了信号。一种是利用某些金属易熔的特性，在探测器里固定一块低熔点合金，当温度升到它的熔点（70～90℃）时，金属熔化，借助弹簧的作用力，使触头相碰，电路接通，发出信号。这两种探测器都属定温型，即当外界温度超过某一限值时就会报警；还有一类是差温型，升温的速度超过特定值时，便会感应报警。如将两者结合起来，便成为差定温组合式[5]。

（3）光辐射探测器。一种是红外光辐射探测器。物质在燃烧时，由化学反应产生闪烁的红外光辐射使硫化铅红外光敏元件感应，转变成电信号，经放大后，就能向人们报警。另一种是紫外光辐射探测器，则利用有机化合物燃烧时，火光中的紫外光，使紫外光敏管的电极激发出离子，通过继电器等，就能打开开关电路报警[6]。

火灾报警器是重要的安全设备，一切重要的场所，如大型物资仓库、隧道、大型船舶、高层建筑都应该安装。它还可以与自动灭火设备一起组成自动报警、自动灭火的“自动消防队”。

2.4 本章小结

本章主要介绍了火灾报警系统的主要组成以及工作原理，并简单的介绍了一些生活中常见的火灾系统的工作原理和该系统选用的火灾探测器以及火灾探测器的工作原理。通过本章，可以使我们对现代化抵御火灾的技术有一定的了解，同时也为接下来的研究设计奠定一个良好的基础。

第3章系统硬件设计

3.1 核心芯片选择

3.1.1 芯片AT89S52

在火灾报警器的设计中，单片机是其核心部件。它一方面要接收来自传感器送来的温度、烟雾对应的模拟信号和故障检测信号，另一方面要对这两种信号分别进行处理，以控制后续电路进行相应动作；与此同时查询是否有键按下的请求。在单片机完成这些工作的过程中，尤其是信号处理中，比较浓度值后送入显示的软件实现比较复杂，要求单片机具备较快的运算速度，使检测人员能够较准确地观测到烟雾浓度，并根据情况进行相应的处理。并且也要考虑选择低价实用的机型，并为研制同一系列的低功耗产品做准备。根据多方面的比较，本设计选用ATMEL公司的AT89S52单片机作为控制器。

AT89S52是一个低功耗、高性能的CMOS 8位单片机，片内含4k Bytes(In-system programmable)的可反复擦写1000次的Flash只读程序存储器，器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存储技术制造兼容标准MCS-51指令系统及80C51引脚结构。芯片内集成了通用8位中央处理器和ISP Flash存储单元，功能强大的计算机AT89S52可为许多嵌入式控制应用系统提供高性价比的解决方案[7]。

AT89S52片内集成256字节程序运行空间、8K字节Flash存储空间，支持最大64K外部存储扩展。根据不同的运行速度和功耗的要求，时钟频率可以设置在0-33M 之间。片内资源有4组I/O控制端口、3个定时器、8个中断、软件设置低能耗模式、看门狗和断电保护。可以在4V到5.5V宽电压范围内正常工作。不断发展的半导体工艺也让该单片机的功耗不断降低。根据本次设计的具体情况，采用双列直插DIP-40封装。AT89S52的引脚图如图3-1所示：

图3-1 DIP-40封装AT89S52

3.1.2 集成温度传感器AD590

图3-2 AD590应用电路

AD590是美国Analog Devices公司生产的一种电流型二端传感器，电路如图所示。由于AD590是电流型温度传感器，它的输出同绝对温度成正比，及1 A∕K，而数模转换芯片ADC0809的输入要求是电压量，所以在AD590的负极接出一个10千欧的电阻R1和一个100欧的可调电阻W，将电流量变为电压量送入ADC080。通过调

节可调电阻便可在输出端V T获得与绝对温度成正比的电压量，即10mV∕K,温度0℃时输出为0，温度25℃时输出为2.982V。这样便于A/D转换器采集数据。AD590的应用电路如图3-2所示。

3.1.3 气体传感器TGS-202

火灾中气体烟雾主要是CO2和CO，TGS202气体传感器能探测CO2，CO，甲烷，煤气等多种气体，它灵敏度高，稳定性好，适合于火灾中气体的探测。如上图所示，当TGS202探测到CO2或CO时，传感器的内阻变小，V A迅速上升。选择适当的电阻阻值，使得当气体浓度达到一定程度（如CO浓度达到0.06﹪）时，V A端获得适当的电压（设为3V）。电路图如图3-3所示。

3.1.4 数码管驱动芯片ICM7218

ICM7218是INTERSIL公司生产的一种性能价格比较高的通用8位L ED数码管驱动电路,28脚双列封装,是一种多功能LED数码管驱动芯片,可与多种单片机接口使用。ICM7218的输出可直接驱动LED显示器,不需外接驱动电路,工作电压为+5V,其构成的显示电路结构简单,使用方便。同样由单片机向ICM7218写控制字及数据，编程部分像给外部RAM写数据一样简单[8]。

当单片机写入模式控制字后，ICM7218以约定的方式接收显示数据并将数据写入

图3-3 TGS202检测电路