火灾报警系统毕业论文

e
学士学位论文
论文题目智能火灾报警控制系统
（英文）Intelligent fire alarm and control system
学院物理与信息工程学院
专业电子信息工程
姓名陈洋
学号************
指导教师李建民
2006 年 6 月 15日
q
e
q 目录
文献综述 (3)
摘要 (6)
Abstract (6)
第一章绪论 (7)
1.1 课题的开发景 (7)
1.2 课题设计的意义 (7)
1.3 课题完成的功能 (7)
1.4 课题的设计方案 (8)
第二章系统设计原理 (9)
2.1 系统组成原理 (9)
2.2 系统原理设计框图 (10)
2.3 系统硬件电路原理图 (10)
第三章传感器电路及其接口 (10)
3.1 传感器的工作原理及组成 (10)
3.2 气体、门磁开关和温度传感器 (11)
3.2.1 气体传感器 (11)
3.2.2 门控传感器 (12)
3.2.3 温度传感器 (12)
3.2.4传感器的接口电路 (13)
第四章传感器的放大电路 (17)
4.1集成运算放大器的组成 (17)
4.2差动放大电路 (18)
4.3差动放大电路 (19)
第五章ADC0809芯片简介及接口 (20)
5.1 ADC0809芯片简介 (20)
5.2 ADCADC0809模数转换器的引脚功能 (21)
5.3 A/D转换器的主要技术参数 (21)
5.4 ADC0809与单片机接口 (22)
第六章 AT89C51单片机性能介绍 (23)
6.1 主要特性 (23)
6.2管脚说明 (24)
6.3振荡器特性 (25)
6.4芯片擦除 (26)
6.5 声光报警模块 (26)
第七章系统软件设计 (27)
结论 (31)
致谢 (32)
参考文献 (32)
e
q 文献综述
摘要：本文综述了火灾报警系统的发展和及现状，简述了国内外生产的火灾报警系统的优缺点，并且对智能型火灾报警器进行了简单的实例的分析．
关键字：单片机；传感器；智能型火灾报警器
1引言
进入上世纪90年代后，我国经济步入高速发展的时期，城市化建设不断加快，城市建筑也由分散式低密度向集中式高密度过渡，林立的高层建筑成了城市的主要的标志。

居民住进了高层塔楼，企业搬进了摩天CBD，高层建筑有效利用空间，节约了城市中本就十分紧张的土地资源。

任何事物的发展都具有两面性，高层建筑中各种通讯线路、动力和照明线路、以及各种系统中线路纵横交错，致使火灾的发生概率也在大幅增加。

加之现代建筑的密闭性较强，一旦发生火灾，整幢大楼就像一个大的火炉，而楼梯道、各种通风管道、线路竖井都是效果极佳的火筒，从而给灭火施救造成了巨大的难度，对火灾发生后及时发现、及时控制的要求促使了火灾报警产品应运而生。

与此同时，现代计算机技术、通讯网络技术和自动控制技术的飞速发展又为人类实现更加理想化的生活提供了可能．智能小区应运而生了。

在智能小区内安装智能型火灾报警控制系统是必不可少的。

智能型火灾报警系统是一个集信号检测、传输、处理和控制于一体的控制系统，代表了当前火灾报警系统的发展方向。

随着科学技术的迅猛发展以及国内外经济的迅速增长，市场上迫切需要一种容量大、性能优越、可靠性高、便于安装、使用和维护的智能型火灾报警控制系统。

当火灾发生时，报警器监测到火灾信息后，除了在火灾现场产生声光报警信号外，还需要将火灾信息按事先预留的电话号码自动拨号通知单位有关人员，并迅速上报消防指挥中心，为此，系统设计了单片机与Modem通讯模块，直接通过Modem经公用电话交换网迅速向消防指挥中心报告火情信息(包括火灾单位编码、单位名称、火情级别以及报警时间等)，同时产生声光报警信号，并按事先预留的电话号码自动拨号通知单位有关负责人。

2 火灾报警控制系统现状及发展方向
我国的火灾自动报警控制系统经历了从无到有、从简单到复杂的发展过程，其智能化程度也越来越高。

目前，国产火灾自动报警系统均采用汉字显示，价格低廉，适合我国国情，但是火灾自动报警系统由于多数没有分布智能，可靠性低，且产品没有形成系列化、品种不全，产品的外观也较差，编程复杂，调试不方便，设备兼容性差。

国外产品多数具有分布智能，可靠性高，产品具有系列化、品种齐全，产品外观美观，人机对话功能强。

缺点是多数没有汉化，操作维护不便，价格较高，设备兼容性差。

根据以上的分析，开发具有国际先进水平的火灾自动报警设备，价格介于进口设备和国产设备之间，从而具有很高的性能价格比，因此，研制一种结构简单、价格低廉的智能型火灾报警器是非常必要的。

e
3 火灾报警控制系统的分类
火灾自动报警系统，一般由火灾探测器、区域报警器和集中报警器组成。

其主要组成部分就是火灾探测器。

火灾探测器是识别火灾是否发生的专门仪器，根据建筑物或实地场所的要求，安装不同类型的火灾探测器。

火灾探测器主要分为两种：即感烟探测器、感温探测器和光辐射探测器三大类，从物理作用上区分，可分为离子型、光电型。

从信号方式区分，可分为开关型，模拟型及智能型。

感温式探测器又可分为定温探测器、差温探测器、差定温探测器；感烟式探测器分为离子感烟探测器、光电感烟探测器；感光式探测器分为紫外光焰探测器、红外光焰探测器等。

其中离子感烟探测器稳定性能较好，误报率又低，寿命长等优点，在火灾报警系统中被广泛使用。

4 智能型火灾报警控制装置的优点
目前，智能型火灾报警控制装置的优点大多由微处理器组成．智能型火灾报警控制装置的发展具有以下特点：
（1）系统规模大随着火灾自动报警控制装置技术的发展，火灾自动报警控制装置的容量不断大．系统可编地址，火灾报警显示发生地点，并发出声光报警，目前有的火灾报警控制装置的最大地址数(回路数)达到上万个．
（2）探测对象多样化火灾自动报警控制装置除了有火灾报警功能外，还有防盗报警、燃气泄漏报警功能等．
（3）功能模块化、软件化，火灾自动报警控制装置采用可编址功能模块，对制造、设计、维修有很大方便．大部分功能通过软件设定，便于系统功法减低误报率．
（4）系统集散化它本身是集散系统，功能集中，系统分散，一旦某一部分发生故障，不会对其他部分造成影响．联网功能增强，应用网络技术，不但火灾自动报警控制装置可以相互连接，而且可以和建筑物自动控制系统联网，增强了综合防灾能力，多个建筑物的控制系统也可以连接起来，相互传递信息，便于发挥智能建筑的优越性．
（5）功能智能化在火灾自动报警控制装置中采用模拟火灾探测器，具有高灵敏度和蓄积时间设定能力．有的火灾探测器内置微处理器，具有信号处理能力，形成分布式智能系统．应用分布式智能技术，可减少误报的可能性．在火灾自动报警系统中采用人工智能、火灾数据库、模糊逻辑理论、人工神经网络等技术．
5 智能型火灾报警系统的实例分析
任何火灾，在其初始发展阶段，都将伴随烟雾、热量和火焰的产生，烟、热、光是物质燃烧的三大特征。

火灾早期预报的重要手段，就是通过安装在现场的各类火灾探测器对火灾产生的烟、热、光、等火灾参量做出有效响应，即应用相应的敏感元件，将表征火灾参数的物理量转化为电信号，通过电子线路将其放大、变换、传输、处理，发出报警信号，并以特定的音响和闪光报警信号引起人们的警觉，呼唤工作人员采取必要的灭火措施，有效地制止火灾的发生。

一般小型防火单位火灾报警系统如图1所示。

现场火灾报警器通过对传感器火情信息的检测，使用智能识别算法实现对火灾的监测。

当报警器监测到火情信息后，直接通过
q
e Modem经公用电话交换网迅速向消防指挥中心报告火情信息(包括火灾单位编
码、单位名称、火情级别以及报警时间等)，同时产生声光报警信号，并按事先预留的电话号码自动拨号通知单位有关负责人。

消防指挥中心根据接收到的火警信息，立即在消防信息数据库中查询单位位置、周围道路、交通、水源情况等基本信息，根据所获得的信息迅速确定最佳救火方案，通过网络将出警命令直接下达各消防中队。

6 小结
随着科学技术水平迅猛发展，安全防范技术也得到迅速发展。

智能住宅的安全防范系统正朝着多功能型方向发展，这种多功能型安全防范系统具有安全对讲、防盗报警、防火（火灾报警）、防煤气泄漏、家用电器设备自动控制等综合性功能，它能更有效保证居民的生命和财产的安全。

7 参考文献
单片机原理及应用张伟主编机械工业出版社
单片机微型计算机原理及应用张毅坤陈善久裘雪红编著西安电子科技大学出版社
/ 百度搜索引擎
/ GOOGLE搜索引擎
维普资讯
q
e
q 智能火灾报警控制系统
摘要：介绍一种智能火灾报警控制系统及其工作原理．智能防火技术研究的主要内容是：火灾参数的检测技术，火灾信息处理与自动报警技术，消防设备联动与协调控制技术，消防系统的计算机管理技术，以及火灾监控系统的设计、构成、管理和使用等．该系统由单片机构成，采用了独特的整体解决方案，其主要特点为：低功耗，模拟量，报警迅速和抗干扰能力强.
关键词：智能火灾报警控制器；模拟信号；单片机；烟雾探测器。

Intelligent fire alarm and control system
Abstract：introduces a kind of intelligent fire alarm control system and its working principle．The main research works on intelligent fire control technology are the detection of fire parameters，the process of fire information and automatic alarm，fire control equipment linkage and harmony control，management of firecontrol system ，the design，construction，management，use of computer supervising system of fire contro1．Single chip is adopted in the system for a special solution is given．The main characteristics are low power los， analog signals， quick alarming and strong anti—interferenceability． application in fire control system ．
Key words：intelligent fire alarm controller； analog signals；single —chip microcomputer；Smog detector
e
q 绪论
1.1课题的开发背景
进入上世纪90年代后，我国经济步入高速发展的时期，城市化建设不断加快，城市建筑也由分散式低密度向集中式高密度过渡，林立的高层建筑成了城市的主要的标志。

居民住进了高层塔楼，企业搬进了摩天大楼，高层建筑有效利用空间，节约了城市中本就十分紧张的土地资源。

任何事物的发展都具有两面性，高层建筑中各种通讯线路、动力和照明线路、以及各种系统中线路纵横交错，致使火灾的发生概率也在大幅增加。

加之现代建筑的密闭性较强，一旦发生火灾，整幢大楼就像一个大的火炉，而楼梯道、各种通风管道、线路竖井都是效果极佳的火筒，从而给灭火施救造成了巨大的难度，对火灾发生后及时发现、及时控制的要求促使了火灾报警产品应运而生。

与此同时，现代计算机技术、通讯网络技术和自动控制技术的飞速发展又为人类实现更加理想化的生活提供了可能．智能小区应运而生了。

在智能小区内安装智能型火灾报警控制系统是必不可少的。

智能型火灾报警系统是一个集信号检测、传输、处理和控制于一体的控制系统，代表了当前火灾报警系统的发展方向。

随着科学技术的迅猛发展以及国内外经济的迅速增长，市场上迫切需要一种容量大、性能优越、可靠性高、便于安装、使用和维护的智能型火灾报警控制系统。

1.2课题设计的意义
我国的火灾自动报警控制系统经历了从无到有、从简单到复杂的发展过程，其智能化程度也越来越高。

目前，国产火灾自动报警系统均采用汉字显示，价格低廉，适合我国国情，但是火灾自动报警系统由于多数没有分布智能，可靠性低，且产品没有形成系列化、品种不全，产品的外观也较差，编程复杂，调试不方便，设备兼容性差。

国外产品多数具有分布智能，可靠性高，产品具有系列化、品种齐全，产品外观美观，人机对话功能强。

缺点是多数没有汉化，操作维护不便，价格较高，设备兼容性差。

根据以上的分析，开发具有国际先进水平的火灾自动报警设备，价格介于进口设备和国产设备之间，从而具有很高的性能价格比，因此，研制一种结构简单、价格低廉的智能型火灾报警器是非常必要的。

e
1.3课题完成的功能
当报警器监测到火情信息后，将表征火灾参数的物理量转化为电信号，通过电子线路将其放大、变换、传输、处理，直接通过Modem经公用电话交换网迅速向消防指挥中心报告火情信息(包括火灾单位编码、单位名称、火情级别以及报警时间等)，同时产生声光报警信号，并按事先预留的电话号码自动拨号通知单位有关负责人。

消防指挥中心根据接收到的火警信息，立即在消防信息数据库中查询单位位置、周围道路、交通、水源情况等基本信息，根据所获得的信息迅速确定最佳救火方案，通过网络将出警命令直接下达各消防中队。

1.4课题设计的方案
1.4.1方案一
当被监视的环境中烟雾急剧增加时，使空气中的透光性恶化，此时光敏三极管接收到的光通量减少，其内阻增大，串联感光电路中的电流也随之减小，使报警电路工作，发出报警声响。

如图1-1所示。

图1-1
1.4. 2 方案二
智能型火灾报警系统要求选用结构简单、价值低廉的元器件构成，而且
要考虑其实用性。

传感器的选取：要准确地进行火灾报警，选择合适的温度和烟雾传感
器是准确报警的前提。

综合考虑各因素，本文选择集成温度传感器AD590和气体传感器TGS202用作采集系统的敏感元件。

硬件电路方框图如图1-2所示：
q
e
q
图1-2
比较以上两种方案，方案一是采用的传统的模拟控制方式，其难以实现复杂
的控制和计算，控制方案也比较麻烦。

方案二是采用以AT89C51为核心的单片机系统，可以实现由单片机控制实现不同的声光报警(异常报警、故障报警、火灾报警)功能，当报警器监测到火情信息后，直接通过Modem经公用电话交换网迅速向消防指挥中心报告火情信息(包括火灾单位编码、单位名称、火情级别以及报警时间等)，同时产生声光报警信号，并按事先预留的电话号码自动拨号通知单位有关负责人，大大提高了系统的智能化程度，并且系统所测结果的精度很高。

该方案比较使用，技术也比较成熟，普及程度比较高。

经过比较，本设计决定采用第二种方案
第二章系统设计原理
2.1 系统组成原理
一般小型防火单位火灾报警系统如系统原理设计框图所示。

现场火灾报警器通过对传感器火情信息的检测，通过放大器将信号进行放大，然后通过A/D转换，将信号送到单片机，使用智能识别算法实现对火灾的监测。

当报警器监测到火情信息后，直接通过Modem经公用电话交换网迅速向消防指挥中心报告火情信息(包括火灾单位编码、单位名称、火情级别以及报警时间等)，同时产生声光报警信号，并按事先预留的电话号码自动拨号通知单位有关负责人。

消防指挥中
e
心根据接收到的火警信息，立即在消防信息数据库中查询单位位置、周围道路、交通、水源情况等基本信息，根据所获得的信息迅速确定最佳救火方案，通过网络将出警命令直接下达各消防中队。

本文将详细介绍小型防火单位语音数字联网报警器的设计与实现。

2.2 系统原理设计框图如图1-2所示
2.3系统硬件电路原理图
第三章传感器电路及接口
3.1 传感器的工作原理及组成
传感器是能感受规定的被测量并按照一定规律转换成可用输出信号的器件或装置。

通常由敏感元件和转换元件组成。

其中，敏感元件是指传感器中能直接感受被测量的部分，转换元件指传感器中能将敏感元件输出转换为适于传输和测量的电信号部分。

传感器输出信号有很多形式，如电压、电流、频率、脉冲等，输出信号的形式由传感器的原理确定。

q
传感器的组成：
一般讲传感器由敏感元件和转换元件组成。

但是由于传感器输出信号一般都很微弱。

需要有信号调节与转换电路将其放大或转换为容易传输、处理、记录和显示的形式。

随着半导体器件与集成技术在传感器中的应用，传感器的信号调节与转换电路可能安装在传感器的壳体里或与敏感元件一起集成在同一芯片上。

因此，信号调节与转换电路以及所需电源都应作为传感器组成的一部分。

如图3-1所示：
常用的信号调节与转换电路有放大器、电桥、振荡器、电荷放大器等，它们分别与相应的传感器相配合。

本系统所用到的是气体传感器和温度传感器。

3.2 气体、门磁开关和温度传感器
3.2.1 气体传感器
火灾中气体烟雾主要是CO2和CO。

TGS202气体传感器应用电路如图3-2所示，它能探测CO2，CO，甲烷、煤气等多种气体，他灵敏度高，稳定性好，气体传感器TGS202适合于火灾中气体的探测。

如图3-1所示，当TGS202探测到CO2或CO时，传感器的内阻变小，VA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，VA端获得适当的电压(设为3 V)。

图3-2
3.2.2、门控传感器
门控传感器采用热电式传感器IRA－E100SZ1，当检测到有人接触时，传感器接收到的温度升高，接收到的信号经过交流放大器放大，使传感器的弱小电压升高，使输出能使ADC0809能够识别的电压值，当电压值小于0.8V时，可以认为传感器正常工作，输出为“0”。

当电压高于0.8V以后，就被认为是有人接触到此传感器，送到ADC0809的信号就会为“1”，通过主机发出报警信号通知用户，如图3-3所示。

3.2.3 温度传感器
AD590是美国Analog Devices公司生产的一种电流型二端温度传感器。

应用电路如图3-4所示。

由于AD590是电流型温度传感器，他的输出同绝对温度成正比，即1μA/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 kΩ的电阻R1和一个100Ω的可调电阻W，将电流量变为电压量送入ADC0809。

通过调节可调电阻，便可在输出端VT获得与绝对温度成正比的电压量，即10 mV/K。

AD590只需单电源工作，输出的是电流而不是电压，因此，抗干扰能力强，要求的功率很低（1.5mV/+5V/+25°C），使得AD590特别适于工作运动测量。

因为是高阻抗电流输出，所以长线上的电阻对器件工作上影响不大。

用绝缘良好的双绞线连接，可以使器件在距电源25m处正常工作。

高输出阻抗又能极好的消除电源电压漂移和纹波的影响，电源由5V变到10V时，最大只有1µA的电流变化，相等于1°C的等效误差。

输出特性也使得AD590易于老化，可以使CMOS多路转换器来开关期间的输出电流或用逻辑门的输出作为器件的工作电源来切换。

还要指出的是，AD590能经受高至44V的正向电压和20V的反向电压，因而不规则的电源变化或管脚反接也不会损坏器件。

如图3-4
3.2.4传感器的接口电路
接口电路就是将传感器与后续有关电路相联系，构成实用传感器系统。

这种接口有两种，即硬件接口和软件接口。

所谓软件接口就是不管传感器与微型计算机连接方式如何，要在CPU控制下用相应程序取自传感器的数据存入计算机，由计算机进行处理。

所谓硬件接口，就是考虑传感器与计算机连接采用何种电路，通过什么样输入口，获得期望的精度与响应特性。

接口设计是应考虑以下两个问题，其一是传感器的输出与计算机输入的匹配。

传感器的输出信号有三种形式，即数字开关量、数字脉冲列和模拟信号，相应有三接口，如图3-5所示。

(c)
图3-5
如图3-5（a）为微动开关与光电开关等传感器输出的数字开关量。

因微动开关有抖动，在与计算机连接时必须接入如图3-6所示。

的消除抖动电路。

图3-6 消除抖动电路
数字开光量有两种输出类型，电压输出型和触点输出型，传感器与控制装置连接有多种形式，一般有传感器输出0V或5V电压信号可以直接与控制装置连
接。

但对于程序控制器，多半采用触点输出形式。

而电压输出型传感器要采用晶体管作为无触点作用连接。

如图（b ）所示的数字脉冲列信号，一般是用计数电路进行计数，然后送入计算机。

而（c ）所示传感器输出为模拟信号，对模拟信号处理最为复杂。

首先要把模拟信号变为适合A/D 转换器进行模/数转换。

虽进行了预处理但还要放大、分压、滤波、取样保持和加减运算等，这一般采用运算放大器电路来实现，如图3-7所示，下一章节将具体介绍。

输出=输入×（1+
12R R ） 输出=输入×2
11R R R 图3-7放大与分压电路
其二是器件的选用。

分立元件、组件和大规模集成块都可实现相应的接口功能。

但要兼顾成本、时间和技术力量选择合适的器件。

接口的具体实现可采用硬件或软件，对于硬件接口主要考虑A/D 转换器与计算机连接基本方式。

首先经过预处理，把传感器输出为0~5V 的电压信号，再经A/D 转换为8为数字信号。

一般是计算机发出启动信号，启动A/D 转换味为数字信号。

一般是计算机发出启动信号，启动A/D 开始转换，并用状态标志位来检测转换的结束，若转换期
间状态标志位呈现低电平，一旦转换完成，状态标志位便呈现高电平，计算机的CPU通过各种方法检测到这个状态位的高电平的出现，并把数据取走。

A/D转换器的重要之处是转换速度与分辨率。

但还要考虑传感器的响应、预处理电路特性和微处理机速度等。

消除噪声的方法有，传感器与预处理放大电路接线要尽量短；传感器信号界限要采用屏蔽线，外皮接地；放大电路的输入与输出之间尽量远离；放大电路增益不要太高，以免产生振荡；放大电路与传感器远离，以免产生强电场、磁场的干扰等。

软件接口是通过编程来实现。

CPU通过A/D采集模拟数据方法大致有定时询问，即定时查询标志位，转换结束取走数据；延时等待，即CPU发出启动转换指令后，延时一段时间，转换结束后取走数据；中断技术，即采用中断方式取走数据等。

消除开关量抖动的软件方式是在检测到开关状态发生变换时，进行一段的程序延迟，以避开开关抖动所造成的状态不稳时间。

A/D转换的程序实例如下：
START：LD A，00H
OUT （00H），A
LD A，01H
OUT （00H），A
INPUT：IN A，（02）H
ANI 01H
JP NZ，INPUT
IN A，（01H）
第四章 传感器的放大电路
集成电路是利用各种不同的加工工艺，在一块连续的衬底材料上同时做出大量的三极管、二极管和电阻等电路元件，并把他们互连而成。

这些元件尺寸极小、元件密度高、引线短，使得外部接线大为减少，从而提高了电子设备的可靠性与灵活性，降低了成本，使电子设备的装配大为减化，为电子技术的应用开辟了一个崭新的时代。

集成运算放大器就是其中之一，它是一个具有高放大倍数的直接耦合放大器。

它首先被应用于模拟计算机的数值运算，所以称之为运算放大器。

随着电子技术的发展，运算放大器的应用早已远远超出数值运算的范畴，作为一种放大器件，它广泛应用在测量、控制、通信、信号变换等各个方面。

因此，集成运算放大器已成为模拟电路中的一个基本单元电路。

可以这么说，凡需要电压放大的场合，都会首先考虑采用运算放大器。

4.1集成运算放大器的组成
集成运算放大器的种类繁多，内部电路各不相同，但原则上它们都是由输入级、中间放大级、低阻输出级偏置电路组成，其构成框图如图4-1（a ）所示。

输入级有+U 和-U 两个输入端。

当在+U 端输入i U 时，输出信号0U 与i U 的极性相同，故称+U 端为同相端；当在-U 端输入i U 时，输出信号0U 与i U 的极性相反，故称-U 端为反相输入端。

图4-1（b ）为集成运算放大器的电路符号。

（a ）电路框图。