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毕业论文（设计）

英文翻译

原文标题 Designs of a Fire Detecting and Fire Pre-warning System Based on Single Chip Microcomputer

译文标题 基于单片机的火灾探测及火灾预警系统的设计 1

基于单片机的火灾探测及火灾预警系统的设计

曾毅山 钱倩

合肥工业大学机械与汽车工程学院，合肥230009

摘要 - 本文主要研究针对封闭易燃场所的自动消防系统的硬件设计。 本系统采用烟感器和温度传感器单片机作为检测装置。 通过使用单片机，可以达到自动灭火的目的。 而且，该系统采用高压氮气作为灭火剂，经济环保。 符合人类的环保需求。

索引术语 - 单片机; 火灾探测; 传感器; A / D转换器;

1 介绍

火灾的使用促进了人类社会和文明的发展。 但是，火灾失控，即火灾危害严威胁着人类的生命财产安全，严重损害了人类赖以生存的生态环境。 为了防止和减少火灾损失，开发一个集智能火灾探测和自动化作战功能为一体的实用控制系统具有十分重要的意义。

与现有的火灾报警系统相比，该系统具有以下特点。 首先，通过集成温度传感器和烟雾传感器的检测功能，可以降低漏报率和误报率。其次，由于人机交互系统，系统可以方便地监控易燃场所。 第三，系统可以实现多点数据记录，扩大报警范围。 最后，用高压氮气灭火不损害环境，经济效益好。

2 系统的工作原理

2.1火灾探测的参数

该系统选择烟雾和温度作为火灾探测参数。 它具有由烟雾探测器和热探测器组成的

复杂火灾探测系统。 复合检测可消除非实际火灾信号参数的非火灾信号引起的干

扰和误报。 这些信号包括灰尘，水，气体和烟草烟雾。

2.1.1整个系统的计划设计

基于单片机的自动报警灭火系统原理如图1所示。系统可分为两个模块：信号采集模块和信号处理模块。

图1.系统工作原理图

信号采集模块由烟雾探测器，温度探测器和信号处理电路组成。

烟雾探测器主要由红外发光二极管和光电晶体管组成。光源是红外发光二极管，通过振荡电路产生高频红外辐射脉冲。

光电晶体管作为红外接收器与发光点固定一定的距离。发生火灾时，一定浓度的烟雾进入烟雾探测器。 那么光电晶体管接收的红外光的强度减小，光电晶体管的电阻增加。 所以晶体管变得导电。 信号处理后，输出电压V₁大大降低。

在温度检测器中，使用具有正温度系数的热敏电阻。 火灾发生后，温度信号电压V₂随着室内温度缓慢上升。

2.1.2信号处理模块

控制部分由两个主要功能模块组成：A / D转换器，8279键盘和监控模块的接口。 见图2。

信号处理后的温度信息

ADC 0816

信号处理后的烟雾信息

中继

光电隔离

声音报警

电磁阀

8279

键盘

CPU 8051

用4位LED显示

图2单片机系统控制电路图

光报警

前置放大器后的烟雾信号和温度信号进入A / D转换器。 ADC0816将模拟信号转换为数字信号并发送给CPU，CPU将数字信号与程序中的设置进行比较，并决定是否打开光电隔离控制继电器。 这些继电器实现了光学报警，声音报警和高压氮气的灭火。

将8279芯片与CPU连接，通过Monitor的键盘和接口电路扩展接口。 报警温度的值通过键盘输入，并显示在LED上。 因此实现了人机交互，体现了智能化，这是使用微机的另一个优势。

2.2.1微控制器电路设计

控制电路原理图如图2所示，主要由8051芯片，16通道A / D转换器ADC0816，4times;4键盘，4位LED显示器等接口芯片组成。 为了提高抗干扰能力，相对设计了几种抗干扰系统。

2.2.2 ADC0816与8051芯片之间的接口设计

在系统中，ADC0816和8051硬件的接口电路采用中断方式，如图3所示。通过这种方式，CPU启动A / D转换后，主程序可以继续运行。 当A / D转换结束时，发送一个EOC信号作为转换结束，经过一个反相器后由8051的INT1端接收，然后向CPU发出一个中断请求。 CPU响应后，数据将被读取和处理。

图3. ADC0816与8051芯片之间的接口电路

ADC0816的起始信号START由芯片选择线P2.1产生，写入信号WR由“NOR”产生。 ALE连接START，即模拟信息由所选的输入通道决定，转换开始。 输出使能信号OE由读取信号RD和来自芯片选择线P2.1的“或非”决定。 数据的输出之后是来自ADC0816的读取操作。 转换结束信号EOC“NOT”连接到8051的INT1。在转换结束时，EOC从0变为1.最后INT1为0，中断打开。

根据图3中的线路选择和解码连接，ADC0816模拟通道0到16的地址是重复的。 一种分配方法是：FDF0H〜FDFFH。 输入电压VIN = D * VREF / 255 = 5D / 255。

2.2.3键盘接口电路的设计

在设计键盘接口电路的过程中，根据数字输入和控制功能要求确定按键的数量，功能及相应的接线。 键盘上有16个操作键，排列是4times;4。可用的14个操作键是：

• 数字键标记为0〜9。
• “ENT”键：按下该键可以在参数设置和更改后使系统工作。
• “CLR”键：当需要修改报警温度时，按键可以清除显示器。
• “STP”键：在系统报警过程中，按此键可关闭报警铃，关闭高压氮气控制阀。
• “RST”键：用于系统复位。

图4.键盘接口电路

键盘接口电路如图4所示。使用三条扫描线SL0〜SL3。 这些扫描线由3-8解码器74LS138解码，解码器输出线Y0，Y1。 8279的两条线和八条返回线构成了2times;8矩阵。 由于第16个按键是复位按钮，因此它不与8279连接

times;4）连接矩阵，8279设置连续的键值从0到15.特别是数字键0到9与它们自己表示的值一致。 这个属性极大地方便了关键处理的设计。 按键输入，8279通知微机处理中断。

2.3显示接口电路的设计

显示器的主要用途包括LED（发光二极管显示器）和LCD（液晶显示器）。 两个显示器都是低成本的，配置灵活，并且方便了微控制器的接口。 LED显示器用于此设计。

在图5所示的监视器的接口电路中，8279中的两个输出线OUTB0〜OUTB3和OUTA0〜OUTA3通过六位输入输出的两个反向驱动器芯片7404连接到公共阴极LED的分段选择侧。 所以它可以输入段选择代码。 总共有4个LED显示器，所以8279是8个字符的显示器。 其扫描线SL0〜SL2以编码的方式输出信号，通过3-8线解码器驱动芯片74LS138实现对监视器的位选择控制。 8279状态/控制端口为7FFFH，数据端口为7FEFH。

图5.监视器的接口电路

3 系统的软件设计

系统需要先检测环境温度和烟雾信号，然后转换成数字值。 如果数值大于设定的值，则发出声光报警。 同时启动高压氮气控制阀扑灭火灾。

软件系统的流程图如图6所示。

图6.软件的流程图

4 结论

燃烧火焰是一个复杂的现象，具有多种特征参数。 仅通过一次参数测量就可以在早期检测时很难同时获得高精度和广泛的适应性。 本文中的火灾探测技术通过使用由温度探测器和烟雾探测器组成的复杂探测器，更准确地反映了火灾现象的真实综合特征。 从而全面判断火灾烟气，温度，光照等多个相关参数，有效实现灾前检测和报警。 系统通过与微机的接口实现对硬件电路的控制，使检测更加智能化。 火灾探测能更大程度地满足人们对火灾安全的要求。 可广泛应用于许多行业，具有显着的经济效益和社会效益。

参考文献：

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2. 吴龙彪袁红永 火灾探测与控制工程。 中国科学技术大学出版社，合肥，1999。
3. 赵小玲苏梅君 封闭可燃场所自动消防系统研究。

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1. 赵金利肖兴达 微控制器的基础和应用。 中国机械出版社，北京，2008。
2. 王华祥张淑英 传感器原理和应用。 天津大学出版社，1999。

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