The design of fire alarm system based on MCU

【ABSTRACT】 The system was mainly made up of ATmega16, temperature sensors, smoke sensors, and EX-1 auto dialed alarm module. In the system, temperature signals were transformed to serial data, and smoke signals were transformed to voltage signals. All the data were processed by MCU. When the surveillance system checked fire in warehouse, alarm signal was turn on, meanwhile the messages were transmitted to managers through EX-1. Application of the system was convenient to deal with fire in-time, efficiently by warehouse manager.

【Key Words】fire alarm transducer，smoke sensor system，ATmega16

1 the introduction

1.1 the research significance of this topic research situation at home and abroad .

With the development of society and science and technology unceasing development, peoples living standards been improved greatly, and to the private property protection means in the unceasing enhancement, the intelligent facilities for anti-theft puts forward new requirements. This design is to meet the need of modern residential anti-theft designed family electronic alarm system. It in previous devices based on improved greatly, because use the single-chip processor signal, not only can used for single residential area, also can be used in a large-scale residential security systems. Its the job of the performance is good, do not appear to report and misstatement phenomenon, safe and reliable.

In our country, the present market condition alarm basically has triggered alarm system pressure switch electron and alarm system and pressure shading triggered alarm system, etc. Various kinds of alarm, but this several common alarm there are some shortcomings. This system USES a human pyroelectric infrared sensor in the human body detector in the flied, passive pyroelectric infrared detectors because of its low cost, easy fabrication, low cost, installation is more convenient, anti-theft performance is stable and high sensitivity, safe and reliable, has attracted broad family characteristics such as popular with the customers. And alarms installation concealment, not easily by rogue found.

Automatic fire alarm control system has experienced a process from the simple to the complex and intelligence system increasingly in China. The characteristic is automatic fire detection and alarm technology has a great progress along with computing and detection technology development. At present, automatic fire alarm control system was used in bulk storage plant, shopping malls, high-level office buildings, hotels and other places. They were used in a number of collections focused on one area of intelligent alarm control method with higher levels of bus-type alarm control system, and in some residential areas and commercial buildings were installed by a single automatic fire alarm detection device. These alarm detection devices fail to report sometimes, or misinformation. Its reliability is not high because of using single sensor. Therefore, it is needed to develop a simple structure, low cost, high reliability, fast responding, automatic fire detection system.

1.2 AT89C51 In-Circuit Programming

Circuitry added to support AT89C51 incircuit programming should appear transparent to the application when programming is not taking place.

EA/VPP must be held high during programming. In applications which do not utilize external program memory, this pin may be permanently strapped to VCC. Applications utilizing external program memory require that this pin be held low during normal operation.

RST must be held active during programming. A means must be provided for overriding the application reset circuit, which typically asserts RST only briefly after power is applied.

PSEN must be held low during programming, but must not be driven during normal operation.

ALE/PROG is pulsed low during programming, but must not be driven during normal operation.

During programming, AT89C51 I/O ports are used for the application of mode select, addresses and data, possibly requiring that the controller be isolated from the application circuitry. How this is done is application dependent and will be addressed here only in general terms.

Port Used for Input

During programming, the controller must be isolated from signals sourced by the application circuitry. A buffer with threestate outputs might be inserted between the application circuitry and the controller, with the buffer outputs three-stated when programming is enabled. Alternately, a multiplexer might be used to select between signal sources, with signals applied to the controller by either the application circuitry or the programmer circuitry.

Port Used for Output

No circuit changes are required if the application circuitry can tolerate the state changes which occur at the port during programming. If the prior state of the application circuitry must be maintained during programming, a latch might be inserted between the controller and the application circuitry. The latch is enabled during programming, preserving the state of the application circuitry.

An Application Example

The AT89C51 application shown in Figure 1 is an implementation of a moving display. This application was selected for its simplicity and ability to show graphically the results of in-circuit reprogramming. The text to be displayed is programmed into the controller as part of its firmware, and cannot be changed without reprogramming the device.

The displayed text is presented in one of two modes selected by the four-position DIP switch. In the first mode, one character at a time enters the display from the right and moves quickly to the left through each element of the display to its final position in the assembled message. In the second mode, the message moves through the display, from right to left, with the

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基于单片机的防火防盗系统设计

【摘 要】该系统主要由ATmega16的，温度传感器，烟雾传感器，EX-1自动拨通报警模块组成。在该系统中，温度信号转换为串行数据，烟雾信号转化为电压信号。由MCU进行所有数据的处理。监控系统检测到异常时，防火和报警信号为开启状态，同时消息通过EX-1传送到终端。该系统的应用能有效地处理火灾等情况。

【关键词】火灾报警传感器，烟雾传感器系统，ATmega16的温度传感器

1 绪论

1.1 本课题的研究现状及研究意义

随着社会的不断进步和科学技术不断发展，人们生活水平得到很大的提高，对私有财产的保护手段在不断的增强，对防盗设施的智能化提出了新的要求。本设计就是为了满足现代住宅防盗的需要而设计的家庭式电子防盗系统。它在以前的防盗器基础上进行了很大的改进，由于使用了单片机做信号处理器，不但可以用于单一的住宅区，也可以用于较大规模住宅区的防盗系统。它的工作性能好，不易出现不报和误报现象，安全可靠。

在我国，目前市面上报警器主要有压力触发式防盗报警器开关电子防盗报警器和压力遮光触发式防盗报警器等各种报警器，但这几种比较常见的报警器都存在一些缺点。本系统采用了人体热释电红外传感器，在人体探测器领域中，被动式热释电红外探测器因其价格低廉、制作简单、成本低，安装比较方便，防盗性能比较稳定，灵敏度高、安全可靠等特点，备受广大家庭用户的欢迎。而且防盗器安装隐蔽，不易被盗贼发现。

火灾自动报警控制系统经历了一个过程，从简单到复杂和情报系统在中国越来越多。其特点是自动火灾探测报警技术，随着计算机和检测技术的发展有很大的进步。目前，火灾自动报警控制系统采用大容量的抽水蓄能电站，商场，高层办公楼，酒店和其他地方。他们被用在一些更高层次的总线型报警控制系统，智能报警控制方法的一个区域集中的集合，在一些居民区和商业楼宇安装了由单一的火灾自动报警检测装置。这些检测报警装置，有时失败报告，或误传。它的可靠性不高，因为使用单一传感器。因此，需要开发具有结构简单，成本低，可靠性高，响应快的火灾自动检测系统。

1.2单片机在编程电路中的应用

当不在运行系统时，电路设计中的AT89C51单片机的设计是显而易见的。

在程序中必须重视EA/VPP这一引脚。在不使用外部程序存储器的应用程序中，这一引脚可能会永久接到VCC。应用程序使用的外部程序存储器要求这一引脚为低电平才能正常运行。

RST在编程期间必须为高电平。应该提供一种方法使得电路通入电源以后，使RST代替主要的复位电路起到复位的作用 。

在编程过程中，PSEN必须保持低电平，在正常运行期间绝不能使用。

ALE/ PROG在编程过程中输出低电平，在正常运行期间绝不能使用。

在编程过程中，AT89C51的I / O端口是用于模式应用程序，地址和数据选择的，可能需要该控制器从应用的电路隔离。如何做到这一点取决于应用程序。

输入端口

在编程过程中，控制器必须与应用电路的信号来源隔离。带有三个输出状态的缓冲区会在应用程序之间插入电路和控制器，同时在编程时缓冲区输出三种状态。一个多路复用器可用于信号源之间进行选择，适用于任何一方的应用电路或编程控制器电路的信号。

输出端口

如果应用的电路可以允许端口在编程过程中的状态变化，则不需要改变电路。如果应用电路的状态，必须事先在编程过程中的保持不变，可能在控制器和应用电路中插入锁存。锁存在编程期间是可用的，并保存应用程序的电路状态。

应用实例

应用是该AT89C51一个移动的显示情况。此应用程序有在电路重新编程时将结果以图表的形式显示的简单能力。文本显示被设计作为其硬件的一部分，不能在无改编情况下变化。

显示的文本可在4位DIP开关选择两种模式之一中进行。在第一种模式的时候，进入一个字符从右边显示和快速移动，通过每个元素显示其在最后的装配位置的左侧。在第二个模式，信息在信息窗口中右到左移动显示。这种模式与股票价格的显示器所使用的方法类似。

输出包括四个DL1414T，4位17段的积分解码器和驱动程序的字母数字显示器。这就产生了16名显示元素，每个数字有0-9的显示能力，是大写字母，标点符号和一些字符。可显示字符的ASCII 码，范围为20H-5FH。上电复位电路和一个6 MHz的晶体振荡器完成应用软件程序。无论外部程序存储器或外部数据存储器都时可用的。

支持应用程序的修改

据推测，编程器在休眠时，既不会驱动，也不会加载应用程序。由于应用程序不使用外部程序存储器，EA/VPP脚接VCC电源。复位电路被两种转换器改变状态，此转换器允许编程时RST接高电平。在基本应用时未使用的PSEN和ALE/ PROG，是被程序员直接控制的。

编程器的编程需要获得所有数据表中记录的AT89C51的I / O端口。编程器是与那些应用程序未使用的控制器的引脚相连的，而这些应用程序的引脚需要最低有效位的四所产生的地址是可获得的，如下段所述。

由编程器生成的最小的四位地址是与DIP转换的数据在控制器的端口多路复用的

请注意，加在开关上的四个电阻在基本应用中并不是必须的，因为AT89C51的端口上提供一个内部上拉电阻。

在应用程序的正常运作时，控制器端口0，1个分别在显示器上提供数据和控制信号。在编程和程序验证时，编程受端口0和端口2的一部分控制。程序设计器连接端口0和1，没有缓冲，因为，在不活动时，它的存在不影响应用程序的正常运作。

透明锁存器被加在了控制器的两个端口之间做输入控制。锁存持有的显示控制信号在编程过程中不反应，从而消除端口0和2由于程序控制器的活动造成操作失误。显示数据输入是不能被孤立的，因为数据应用到输入被忽略时，控制信号无效。

AT89C51单片机复位电路，输入多路复用器和输出锁存器是由程序控制器生成一个单一的信号来控制的。在编程过程中，复位键生效，多路开关信号输入，以及冻结显示锁存控制线。

为确保控制线显示在已知的状态前锁定，AT89C51的外部中断是用来允许程序控制器在复位之前向应用程序发出信号。应用程序固件响应中断显示一条消息，关闭显示控制线。

编程后，当复位生效，当锁存可视控制器端口输出高电平。由于显示控制输入不为高电平，直到新的程序写入显示器内部不被改变。这个应用程序不是必要的，它可能在某些应用中必须存在，但在编程过程中不会影响外围电路的状态。

1.3 红外报警技术简介

1.3.1自然界物体的红外辐射特性

自然界的任何物体，只要温度高于绝对零度（273℃），总是不断地向外发出红外辐射，并以光的速度传播能量。物体向外辐射红外辐射的能量与物体的温度和红外辐射的波长有关。假定物体发射红外辐射的峰值波长为几，，它的温度为T，则辐射能量等于红外辐射的峰值波长戈与物体温度T的乘积。这一乘积为一常数，即：

物体的温度越高，它所发射的红外辐射的峰值波长越小，发出红外辐射的能量也越大。

1.3.2热释电效应

被动式红外探测器又称为热释电红外探测器，其主要工作原理便是热释电效应。热释电效应是指如果使某些强介电质材料(如钦酸钡、钦错酸铅P(zT)等)的表面温度发生变化，则随着温度的上升或下降，材料表面发生极化，即表面上就会产生电荷的变化，从而使物质表面电荷失去平衡，最终电荷变化将以电压或电流形式输出。

1.3.3热释电红外传感器的基本结构

热释电红外传感器由传感探测元、干涉滤光片和场效应管匹配器三部分组成。按照探测元的数目来分，热释电红外传感器有单元、双元和四元等几种，用于人体探测的红外传感器采用双元或四元式结构。按照热释电红外传感器的用途来分，有以下几种：用于测量温度的传感器，它的工作波长为（1－20）纳米;用于火焰探测的传感器，它的工作波长为0.435 /-0.15纳米;用于人体探测的传感器，它的工作波长为7－15脚。图1是一个双探测元的热释电红外传感器的结构示意图。该传感器将两个极性相反、特性一致的探测元串接在一起，目的在于消除因环境温度和自身变化引起的干扰。它利用两个极性相反、大小相等的干扰信号在内部相互抵消的原理，使传感器起到补偿作用。当人体处于静止状态时，两元件极化程度相同，相互抵消;当人体移动时，两元件极化程度不同，净输出电压不为0，从而达到探测移动人体的目的。

图1

Fig1

1.3.4热释电红外探测器的基本原理

热释电红外传感器通过接收移动人体辐射出的特定波长的红外线，可以将其转化为与人体运动速度，距离，方向有关的低频电信号。当防范区域内没有移动的人体时，由于所有的背景物体(如墙壁、家具等)在室温下红外辐射的能量比较小，而且基本上是稳定的，所以不能触发报警器。当有人体突然进入探测区域时，会造成红外辐射能量的突然变化，红外探测器将接收到的活动人体与背景物体之间的红外热辐射能量的变化转化为相应的电信号，电信号的大小，决定于敏感元件温度变化的快慢，经过后级比较器与状态控制器产生相应的输出信号U。，送往报警器，发出报警信号。红外探测器的探测波长为8－14微米，人体的红外辐射波长正好处于这个范围之内，因此能较好的探测到活动的人体。

1.4 火灾自动报警系统

传统电子安全报警系统主要是通过传感器自动检测，产生报警信号，从现场发出报警信号或通过专门电缆近距离报警，从而引起人们的警觉。通过多年的研究和发展，现在的报警器可以说是门类众多。由于报警器的飞速发展和社会各个领域的急切需要，能应用的领域越来越多，特别是在民用领域更是急速发展。

近年来，红外线报警器已经成为报警领域的一个热点，由于其采用的是不可见的红外线探测，所以具有隐蔽性好、安全等特点。红外线传感器按机理不同可以分为光探测型和热探测型。光探测传感器是利用光子效应的红外探测器。这类传感器响应速度快、灵敏度高、检测特性好，但需要冷却，使用不方便。而且器件的检测灵敏度与红外波长有关。热探测传感器是利用热释电效应的红外探测器。在接收到目标的红外辐射后温度升高，温度的升高又引起传感器内部某些物理量的变化，通过检测物理量的变化来确定红外线辐射。这类传感器在室温条件下工作，检测灵敏度也很高，响应速度也很快，而且与红外线辐射波长无关，可探测功率只受背景辐射的限制，应用很方便。本文设计的是被动式热释电红外探测器。文中主要论述了热释电的原理、热释电探测器的特性、BISS0001传感信号处理器、555定时器组成的多谐振荡报警电路等内容。最后设计完成了热释电红外探测报警器的硬件电路。

随着现代家庭用火、用电量的增加，家庭火灾发生的频率越来越高。家庭火灾一旦发生，很容易出现扑救不及时、灭火器材缺乏及在场人惊慌失措、逃生迟缓等不利因素，最终导致重大生命财产损失。探讨家庭火灾的特点及防火对策，对于预防家庭火灾，减少火灾损失具有现实意义。在现代城市家庭里，许多人因不懂家庭安全常识引起火灾事故，使好端端的幸福家庭转眼间毁于一旦,有的导致家破人亡,而且一旦发生居民家庭火灾，处置不当、报警迟缓,是造成人员受害的原因。人们应该积极了解家庭火灾的主要起因，掌握防止发生火灾的知识和万一发生火灾时保护自己的方法,及时消除隐患。英国每年发生50000起以上的严重家庭火灾，其中大部分火灾造成人员伤亡和重大的家庭财产损失，有的还连累左邻右舍，火灾损失更加惨重。在调查火灾起因的时候，绝大多数发生火灾家庭的当事人说，以前总觉得火灾是人家的事情，与自己离得很远，没有想到这一次竟然会发生在自己的头上。

家庭火灾的主要原因是麻痹大意，没有及时采取预防措施。在我国的一些大中城市，几乎每天都发生家庭火灾，所以防火是每个家庭必须时刻注意的问题。假如能根据您家的实际情况预先采取简单的防火措施，一些悲剧是完全可以避免的。火灾自动报警系统是人们为了早期发现通报火灾，并及时采取有效措施，控制和扑灭火灾，而设置在建筑物中或其它场所的一种自动消防设施，是人们同火灾作斗争的有力工具。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；也可以根据工程的要求同各种灭火设施和通讯装置联动，以形成中心控制系统。即由自动报警、自动灭火、安全疏散诱导、系统过程显示、消防档案管理等组成一个完整的消防控制系统。火灾探测器是探测火灾的仪器，由于在火灾发生的阶段，将伴随产生烟雾、高温格火光。这些烟、热和光可以通过探测器转变为电信号报警或使自动灭火系统启动，及时扑灭火灾。区域报警器能将所在楼层之探测器发出的信号转换为声光报警，并在屏幕上显示出火灾的房间号；同时还能监视若干楼层的集中报警器（如果监视整个大楼的则设于消防控制中心）输出信号或控制自动灭火系统。集中报警是将接收到的信号以声光方式显示出来，其屏幕上也具体显示出着火的楼层和房间号，机上停走的时钟记录下首次报警时间性，利用本机专用电话，还可迅速发出指示和向消防队报警。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。

火灾自动报警系统是由触发器件、火灾报警装置、火灾警报装置以及具有其它辅助功能的装置组成火灾报警系统按钮的火灾报警系统。它能够在火灾初期，将燃烧产生的烟雾、热量和光辐射等物理量，通过感温。感烟和感光等火灾探测器变成电信号，传输到火灾报警控制器，并同时显示出火灾发生的部位，记录火灾发生的时间。一般火灾自动报警系统和自动喷水灭火系统、室内消火栓系统、防排烟系统、通风系统、空调系统、防火门、防火卷帘、挡烟垂壁等相关设备联动，自动或手动发出指令、启动相应的装置。

(一)触发器件:在火灾自动报警系统中，自动或手动产生火灾报警信号的器件称为触发件，主要包括火灾探测器和手动火灾报警按钮。火灾探测器是能对火灾参数(如烟、温度、火焰辐射、

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