（4）火灾报警功能。一旦真出现火灾(烟雾和温度同时出现异常)时，能立即发出声光警报。据类似本系统的报警器现场模拟实验表明,本系统安全可靠,误报率低。且由于其体积小、操作维护方便、成本低廉等,具有广阔的应用前景。
2.3.2 系统的硬件总体结构
（1）硬件系统组成
一个完整的火灾报警系统，必须包含以下几个部分：系统控制模块，火灾探测模块，数据转换模块以及报警模块。本设计一单片机作为控制系统的核心，以传感器作为其测温装置，来实现火灾报警系统的设计。该设计可以对室内外温度以及烟雾实时采集可检测，当所测温度或者烟雾浓度高于临界温度时自动报警。温度信号或者烟雾浓度信号采集电路将温度信号或者烟雾浓度信号以数字信号的形式送入单片机。单片机对该数字信号进行滤波处理，并对处理后的数据进行分析，是否大于或者等于某个预设值，即报警临界温度或者烟雾浓度。如果大于则启动报警电路发出报警声音和显示非正常状态，反之则为正常状态。
（2）硬件系统控制方案设计
报警系统主要由数据采集模块、单片机控制模块、声光报警模块组成。图2-3为火灾报警系统的结构框图。
图2-3 火灾报警系统的总体结构框图
系统软件总体结构
为了便于系统维护和功能扩充，采用了模块化程序设计方法，系统各个模块的具体功能都是通过子程序调用实现的。本系统主要包括数据采集子程序、火灾判断与报警子程序等，系统程序流程图如图2-4所示。
图2-4 程序流程图
第三章 系统的硬件选择与设计
主要芯片的选择
3.1.1 单片机的选择
（1）单片机的比较
单片机是报警系统的核心部件，一方面它要接收来自传感器的烟雾浓度和温度的模拟信号数字信号和故障检测信号，另一方面要对两种信号分别进行处理，控制后续电路的相应工作；同时，查询是否有键按下的命令。在单片机实现的功能中，将模数转换后的信号做数字滤波，再进行线性化处理，这一过程的软件实现，需要单片机有较快的运算速度，使仪表监测人员能够观测到实时的烟雾浓度，并进行相应处理。AT89C51单片机应用普遍，工具多，易上手，片源广，价格低，且适合民用、商用，用途更广泛。综合以上观点，本论文选定AC89C51作为本系统的核心。
（2）关于AT89C51
本设计的控制芯片使用的是ATMEL公司生产的AT89C51，AT89C51是一种带4K字节闪烁可编程可擦除只读存储器（FPEROM）和128字节的随机存取数据存储器（RAM）的低电压，高性能CMOS8位微处理器，俗称单片机。AT89C51的引脚图如图3-1所示。芯片可以按照常规方法进行编程，也可以在线编程，其将通用的微处理器和Flash存储器结合在一起，特别是可反复擦写的Flash存储器可有效地降低开发成本。
图3-1 AT89C51的引脚图
3.1.2 模数转换芯片的选择
模数转换(ADC)亦称模拟一数字转换，与数/模(D/A)转换相反，是将连续的模拟量（如象元的灰阶、电压、电流等）通过取样转换成离散的数字量。例如，对图象扫描后，形成象元列阵，把每个象元的亮度（灰阶）转换成相应的数字表示，即经模/数转换后，构成数字图象。通常有电子式的模/数转换和机电式模/数转换二种。在遥感中常用于图象的传输，存贮以及将图象形式转换成数字形式的处理。
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。美国Analog Device公司生产的8位逐次逼近式模数转换器ADC0809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。是目前我国应用最为广泛，价格适中的A/D转换器。综合以上各种条件和因素，也根据本设计的需要，我选择的A/D转换器是ADC0809。
传感器的选择
3.2.1火灾探测器的分类
火灾探测器是火灾报警系统的现场探测部件，它的好坏直接关系到整个系统是否正常运行，它是整个系统最为重要的部件，是识别火灾是否发生的专门仪器。在发生火灾时，探测器通过把火灾发生时产生的各种非电量参数（如烟、气体浓度等）转化成电量参数从而得到统一测量参数，然后再传送给控制器。其特点是实时性，准确性。其能够实时跟随各种非电量参数的变化而变化。火灾探测器根据火灾发生时所产生的物理现象可以分为：感温型、感烟型、图光型、感声型、气敏型五大类。
本文仅探讨现场温度与烟雾这两项与火灾的发生相关的指标的检测，其他与火灾相关的因素本文未予探讨。 3.2.2 温度探测器的选定
（1）本设计温度探测器的选择条件
根据监测温度参数的不同，一般用于工业和民用建筑中的温度探测器有定温式、差温式、差定温式等几种。
①. 定温式探测器。定温式探测器是在规定时间内，火灾引起的温度上升超过某个定值时启动报警的火灾探测器。它有线型和点型两种结构。
②. 差温式探测器。差温式探测器是在规定时间内，火灾引起的温度上升速率超过某个规定值时启动报警的火灾探测器。它也有线型和点型两种结构。
③. 差定温式探测器。差定温式探测器结合了定温和差温两种作用原理并将两种探测器结构组合在一起。差定温式探测器一般多是膜盒式或热敏半导体电阻式等点型组合式探测器。在温度传感器的选型过程中考虑的因素：
ａ被测对象的温度是否需记录、报警和自动控制，是否需要远距离测量和传送。 ｂ测温范围的大小和精度要求。 ｃ测温元件大小是否适当。
ｄ在被测对象温度随时间变化的场合，测温元件的滞后能否适应测温要求。 综合以上多种原因，经对比，本文温度探测器使用DS18B20数字温度传感器，其引
脚与实物样式如图3-4所示。
（２）关于DS18B20
DS18B20数字温度传感器接线方便，封装成后可应用于多种场合，如管道式，螺纹式，磁铁吸附式，不锈钢 封装式，型号多种多样，有LTM8877，LTM8874等。
①. DS18B20的主要特性：
ａ适应电压范围更宽，电压范围：～，在寄生电源方式下可由数 据线
图3-2 DS18B20数字温度传感器引脚图
供电。
ｂ2独特的单线接口方式，DS18B20在与微处理器连接时仅需要一条口线即可实现微处理器与DS18B20的双向通讯。
ｃDS18B20支持多点组网功能，多个DS18B20可以并联在唯一的三线上，实现组网多点测温。
ｄDS18B20在使用中不需要任何外围元件，全部 传感元件及转换电路集成在形如一只三极管的集成电路内。
ｅ温范围－55℃～+125℃，在-10～+85℃时精度为±℃。
ｆ可编程的分辨率为9～12位，对应的可分辨温度分别为℃、℃、℃和℃，可实现高精度测温。
ｇ在9位分辨率时最多在 内把温度转换为数字，12位分辨率时最多在750ms内把温度值转换为数字，速度更快。
②. S18B20的外形和内部结构。
DS18B20内部结构主要由四部分组成：64位光刻ROM 、温度传感器、非挥发的温度报警触发器TH和TL、配置寄存器。
③. DS18B20引脚定义： ａDQ为数字信号输入/输出端； ｂGND为电源地；
ｃVDD为外接供电电源输入端（在寄生电源接线方式时接地）。 3.2.3 烟雾传感器的选择
（１）烟雾传感器的比较分析 ①. 离子式烟雾传感器
该烟雾报警器内部采用离子式烟雾传感，离子式烟雾传感器是一种技术先进，工作稳定可靠的传感器，被广泛运用到各消防报警系统中，性能远优于气敏电阻类的火灾报警器。
②. 光电式烟雾传感器
光电烟雾报警器内有一个光学迷宫，安装有红外对管，无烟时红外接收管收不到红外发射管发出的红外光，当烟尘进入光学迷宫时，通过折射、反射，接收管接收到红外光，智能报警电路判断是否超过阈值，如果超过发出警报。 ③. 气敏式烟雾传感器
气敏传感器是一种检测特定气体的传感器。它主要包括半导体气敏传感器、接触燃烧式气敏传感器和电化学气敏传感器等，其中用的最多的是半导体气敏传感器。它的应用主要有：一氧化碳气体的检测、瓦斯气体的检测、煤气的检测、氟利昂（R11、R12）的检测、呼气中乙醇的检测、人体口腔口臭的检测等等。
它将气体种类及其与浓度有关的信息转换成电信号，根据这些电信号的强弱就可以获得与待测气体在环境中的存在情况有关的信息，从而可以进行检测、监控、报警；还可以通过接口电路与计算机组成自动检测、控制和报警系统。
通过比较分析，本设计的感烟探测器采用的是日本NEMOTO公司生产NIS-09C离子型感烟探测器，内部有微量的放射性物质媚(Am)241，探测器被金属电极覆盖，放射能不会泄露。它对白色、灰白和黑色烟雾都有良好的响应，符合美国UL217标准，欧洲EN-54-7标准及GB4715-93国家标准。NIS-09C是具有低功耗、普适性的传感器，适用于高灵敏度烟雾探测器、火灾报警系统。
（2）烟雾检测器工作原理
首先，传感器送来的烟雾浓度对应的微小的电压信号经过放大，转化成大的电压信号送入AT89C51单片机；后，在AT89C51单片机内A/D转换、浓度比较，对数据进行线性化处理，将数字化电压信号转化成为对应的十进制浓度值；最后，将实际可燃性气体浓度送入液晶，并判断浓度值是否超出报警限，另外由于烟雾传感器需要在加热状态下工作，温度越高，反映越快，响应时间和恢复时间就越快。为提高响应时间，保证传感器准确地、稳定地工作，报警器需要向烟雾传感器持续输出一个5V的电压。为了保证其可靠性，在输出5V的电压的同时，进行故障监测。当传感器加热丝或电缆线和传感器断线和接触不良时，进行故障报警，发出声光报警信号。当然几种状态的报警信号是各不相同的。
相关推荐：
loading