毕业设计（论文）火灾报警控制器设计

桂林电子科技大学毕业设计（论文）报告用纸 第 9 页 共 51页摘 要 火灾作为危害人类生存的大敌,越来越受到人们的重视。随着高层建筑的不断增多, 火灾隐患增加。一旦发生火灾,将对人的生命财产造成极大的危害,会给国家造成极大的经济损失,给社会带来重大影响。所以，如何较快的检测到火灾越来越受到人们的重视，各个国家在这方面都投入的巨大的人力和物力，各种各样的火灾检测及报警系统便应运而生了。 本系统根据火灾发生时的特征即烟和热，利用QM-N5传感器检测烟雾，利用DS18B20检测温度，当检测到烟雾或温度较高时，通过单片机处理实现报警，并通过MAX485实现与上位机通信，实现上位机对下位机的分布式监控。 本系统下位机有信号采集模块，报警模块，串口通信模块组成，上位机通过VB界面对下位机进行监控。整个系统效果还是比较好的，反应也较快，测量结果比较准确，有一定的实用性和应用前景。关键词：传感器;MAX485;上位机;下位机；分布式Abstract As the great enemy of mankind's survival,the fire are getting more and more attention With the continuous increase in high-rise building, the hidden trouble of fire increased. Once a fire happened ,there will be a great harm to people's lives and property ,it will cause great economic losses and a major impact on the community.So,how to konw quikely when the fire happens are receiving more and more people's attention,and every country are putting more and more people and money on this aspect.So,a wide rang of fire detection and alarm system came into being. According to the characteristics of a happenning fire ,namely the heat and smoke,the system in this paper make use of QM-N5 smoke detection sensors to detect the smoke,make use of DS18B20 to test the heat,when the system find the smoke or high temperature,handling by the SCM,the system will give an alarm.The system communicate with the PC through MAX485,so that the PC can control the SCM. The system are made up of signal acquisition module, alarm modules, serial communication modules.The PC monitor the SCM through VB interface.The final effect of the entire system is relatively good, and has the faster response the measurement is also comparatively accurate, it still has a certain relevance and application prospects.Key words: sensor; MAX485; PC; the next crew目 录引言11 课题的现状及研究意义21.1 课题现状21.2 课题的研究意义21.3 课题要求和各章内容安排22 相关技术和基础理论介绍32.1 传感器概述32.2 RS485总线42.2.1简介42.2.2 RS -485 方式构成的多机通信52.3 主要器件及应用62.3.1温度传感器DS18B2062.3.2烟雾传感器QM-N592.3.3 MAX485102.3.4 STC89C51123 系统的总体分析与器件的选择163.1 系统的整体框架163.2 温度传感器的选型173.3 烟雾传感器选型174 硬件电路设计及其实现184.1 单片机最小系统184.2 温度检测模块184.3 烟雾检测模块204.4 远距离通信电路204.5 报警电路225 软件部分设计235.1 下位机程序设计235.1.1主程序235.1.2温度读取程序235.1.3 DS18B20初始化、读写程序285.1.4下位机通信程序295.2 上位机程序设计306 电路布板，调试及故障分析316.1 PCB设计一般步骤316.2 PCB布线工艺要求346.3 电路的调试及故障分析357 总结36谢 辞37参考文献38附 录1 系统PCB图39附 录2 程序40 引言 在众多灾害中,火灾已成为我国常发性、破坏性和影响力最强的灾害之一。随着经济和城市建设的快速发展,城市高层、地下建筑以及大型综合性建筑日益增多,火灾隐患也大大增加,火灾发生的数量及其造成的损失都呈逐年上升趋势。 虽然我国城市中的大、中型建筑及公共场所安装的火灾探测报警系统及消防设施已逐渐普及、完善,但在实际使用过程中暴露出的问题也日益突出。 随着网络技术、控制技术和通讯技术的高速发展,为消防行业的现代化动态管理提供了可能。自动控制技术、传感技术逐渐被广泛地应用在工业与民用建筑上,而以网络技术为核心的分布式技术的迅速渗入,为分布式火灾自动报警监控系统的建立拓展了发展空间。 DCS是分散控制系统（Distributed Control System）的简称，国内一般习惯称为集散控制系统。它是一个由过程控制级和过程监控级组成的以通信网络为纽带的多级计算机系统，综合了计算机（Computer）、通讯（Communication）、显示（CRT）和控制（Control）等4C技术，其基本思想是分散控制、集中操作、分级管理、配置灵活、组态方便。DCS具有高可靠性、灵活性、易于维护等特点。 本文介绍的系统是应用温度传感器DS18B20、烟雾传感器MQN5，通过传感器测量数据，通过单片机处理传到上位机（PC机）显示。设计简单实用的特点,实现单片机对传感器的控制,该设计可以加快检测速度、提高效率、增强安全性。其中的当烟雾达到一定浓度时，会声光报警，提醒人们可能有火灾发生或者有其他异常情况发生。1 课题的现状及研究意义1.1 课题现状 在各种灾害中，火灾是最经常、最普遍地威胁公众安全和社会发展的主要灾害之一。人类能够对火进行利用和控制，是文明进步的一个重要标志。火，给人类带来文明进步、光明和温暖。但是，失去控制的火，就会给人类造成灾难。所以说人类使用火的历史与同火灾作斗争的历史是相伴相生的，人们在用火的同时，不断总结火灾发生的规律，尽可能地减少火灾及其对人类造成的危害。 随着社会的不断发展，在社会财富日益增多的同时，导致发生火灾的危险性也在增多，火灾的危害性也越来越大。据统计，我国70年代火灾年平均损失不到2 .5亿元，80年代火灾年平均损失不到3.2亿元。进入90年代，特别是1993年以来，火灾造成的直接财产损失上升到年均十几亿元，年均死亡2000多人。实践证明，随着社会和经济的发展，消防工作的重要性就越来越突出。 对于火灾最好的方案当然是预防为主，但当火灾已经发生时，如何才能较快的检测到火灾并发出危险警报就显得尤其重要。所以各种火灾报警系统便应运而生。其中尤以分布式火灾报警系统发展最快，因为它有效的结合各种软硬件设施，并加入了网络技术，使得人们能在火灾造成影响较小时像人们发出警报。1.2 课题的研究意义 火灾一般有初始、蔓延和扩大几个阶段，把火灾消灭在萌芽状态，对做好城市消防工作有着十分重要的意义。消防工作实行“预防为主，防消结合”的方针。这是我国人民长期以来与火灾作斗争的经验总结。 对本课题的研究可以在火灾发生的初期更快更好的检测并发出报警，更好地保卫社会主义现代化建设，保障公共财产和公民生命财产的安全，减少火灾造成的社会秩序的混乱。1.3 课题要求和各章内容安排 设计的任务是采用单片机为核心器件，配合单总线数字温度传感器DS18B20和烟雾传感器QM-N5实现分布式温度和烟雾信息的采样与控制，下位机通过发光二极管实时显示温度，并通过RS485协议实现与上位机的远距离通信。上位机通过VB程序对下位机的工作进行实时监视。系统能有良好的实时性、准确性和可靠性。并且具有一定的实际意义。 各章内容安排：第一二章两章主要是基础理论知识的介绍。主要有本课题的研究意义、传感器的相关理论知识以及简要的分析了一下所用到芯片相关理论知识；第三章主要从总体方面分析系统的设计以及用到的相关原理；第四章是本次系统设计的硬件电路设计部分，详细分析了每一模块的原理、功能、相关原理图以及元件和参数的选择；第五章系统的软件部分设计，分模块介绍显示电路的软件编程；第六章主要讲述了系统的分析测试情况；第七章主要陈述本次系统设计的总体以及各功能的实现情况；最后是主要参考的文献、系统的原理图、PCB图以及完整的程序代码。2 相关技术和基础理论介绍本系统最重要的部分就是信号的采集和信号的传输。因此传感器和RS-485的通信协议是整个系统的基础。我们先来了解下这些知识。2.1 传感器概述一、传感器的定义传感器是一种以测量为目的，以一定的精度把测量转换为与值偶确定关系的、便于处理的另一种物理量器件，传感器的输出信号多为易于处理的电量，如电压、电流、频率等。传感器由敏感元件、传感元件及转换电路三个部分组成。二、传感器的分类传感器的种类繁多，分类方法也不尽相同，一般常用的分类方法有两种：一种是按被测的对象的参数分类；另一种是按传感器的变换原理分类。此外，还有其他的分类方法，如按传感器材料分类，按传感器本身是否能产生电动势分类和按驶入、输出特性分类等。按变换原理分类的传感器有：电阻式传感器、电感式传感器、压电式传感器、光电式传感器光栅式传感器、热点式传感器、红外传感器、光纤传感器、超声波传感器、激光传感器等。按被测对象的参数分类的传感器有：温度传感器、压力传感器、位移传感器、流量传感器、液位传感器、力传感器、力矩传感器、加速度传感器、流速传感器、振动传感器等传感器的上述两种分类方式各有其优缺点。按被测对象参数分类是实用性强，便于选用，但缺乏系统性。例如测温用的传感器有很多种，有利用热电变换原理的热电偶传感器，有利用光电变