技术与发展 学生签名年月日 指导教师签名年月日 教研室主任签名年月日 系主任签名年月日 常州信息职业技术学院电子与电气工程学院毕业设计论文 毕业设计论文开题报告 设计论文题目 选题的背景和意义火灾，是指在时间或空间上失去控制的燃烧所造成的灾害。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。人类能够对火进行利 用和控制，是文明进步的个重要标志。火，给人类带来文明进步光明和温暖。但是，失去控 制的火，就会给人类造成巨大的灾难。对于火灾，在我国古代，人们就总结出防为上，救次之， 戒为下的经验。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，我国年代火灾年平均损失不到亿元， 年代火灾年平均损失不到亿元。进入年代，特别是年以来，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。由此，火灾报警器在消 防工作就的作用也尤为突出了。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。但目前国内厂家多偏重用于大型仓库商场高级写字楼 宾馆等场所大型火灾报警系统的研发，他们采用集中区域报警控制方式，其系统复杂成本较高。 而在居民住宅区机房办公室等小型防火单位，需要设置种单或区域联网廉价实用的火 灾自动探测报警装置，因此，研制种结构简单价格低廉的语音数字联网火灾报警器是非常必 要的。 课题研究的主要内容本章主要阐述了烟雾报警仪的设计方案，即传感器的选型和报警器的 设计。传感器从种类选定工作原理基本特性四个方面分别叙述。 根据本设计要求及使用环境成本等因素选用的型半导体电阻式烟雾敏感器件。并且 从结构功能技术指标三方面对报警器进行了详细地论述，使其在较宽的温度范围工作，用 于检测空气中烟雾或可燃性液体蒸汽的浓度。 该报警器将空气中烟雾或可燃性液体蒸汽的浓度显示在仪表盘上，当空气中的烟雾或可燃性 液体蒸汽的浓度达到定浓度时，则启动快速重复检测和延时报警，以区别出是管道中烟雾的 泄漏，还是由于短暂打开阀门产生的可燃烟雾的微量散失，防止误报。若判断是烟雾泄漏，则 发出声光报警信号，也可在报警的同时自动驱动相关安全装置而且具有故障自诊断功能。此 系统还可接计算机进行现场实时控制。 常州信息职业技术学院电子与电气工程学院毕业设计论文 主要研究设计方法论述烟雾检测报警器是能够检测环境中的烟雾浓度，并具有报警功 能的仪器，仪器的最基本组成部分应包括烟雾信号采集电路模数转换电路单片机控制电路。 烟雾信号采集电路般由烟雾传感器和模拟放大电路组成，将烟雾信号转化为模拟的电信 号。模数转换电路将从烟雾检测电路送出的模拟信号转换成单片机可识别的数字信号后送入单 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，是否大于或等于个 预设值也就是报警限，如果大于则启动报警电路发出报警声音，反之则为正常状态。为方便 检测与监控，使仪器测试人员及用户能够直观地观察到环境中的可燃烟雾浓度值，可将浓度值 送到显示屏中。方便调节报警限，可以加入按键。为使报警装置更加完善，可以在声音报警基 础上，加入光闪报警，变化的光信号可以引起用户注意，弥补嘈杂环境中声音报警的局限。以 上是根据报警器应具备的功能，提出的整体设计思路。 四设计论文进度安排 时间迄止日期工作内容 常州信息职业技术学院电子与电气工程学院毕业设计论文 五指导教师意见 指导教师签名年月日 六系部意见 系主任签名年月日 常州信息职业技术学院电子与电气工程学院毕业设计论文 目录 摘要 关键词 第章绪论 概述结构 为适应家庭和工业等场所对可燃性易爆烟雾安全性要求，设计的可燃性烟雾 报警仪应不仅能在较宽的温度范围工作，而且应具有显示可燃烟雾浓度故障自 检延时报警功能及可接计算机进行现场远测和实时控制等功能。其目标是在传 统的烟雾报警仪的基础上，尽量提高准确性，降低成本，缩小体积。 报警器系统结构框图如图所示，系统以单片机为核心，配合外围电路共 同完成信号采集浓度显示时间显示状态显示声音及闪烁报警按键输入 故障自检等功能。报警器采用巡检的工作方式，进行两级报警值设定，并发出不 同的光声信号。系统应采用高性能的单片机，要求工作稳定测量精度高通 用性强功耗低，保证报警器的精确性及可靠性，而且最好体积小，成本低，有 利于减少报警器的体积，降低报警器的成本。 图可燃性气体检测报警器结构框图 烟雾检测报警器的功能 自诊断故障报警功能 当传感器加热丝或者电缆线发生断线或者接触不良的情况时，报警器发出警 报，并且黄色指示灯闪烁，提醒用户检查传感器或者电路线接触情况，及时排除 故障，保证安全。 烟雾浓度显示 通过液晶屏显示可燃烟雾的浓度值，并且可以切换到设置状态，通过键盘设 置或者更改报警限值，以便于用户或检测人员随时观测烟雾浓度及更改报警限。 烟雾报警功能 当烟雾浓度连续秒取值都在报警限值之上，蜂鸣器开始报警，且声音越来 越急促，并且伴随红灯闪烁。因为人对变化的信号更为敏感，所以变化的声音及 灯光更容易引起用户的注意。 常州信息职业技术学院电子与电气工程学院毕业设计论文 防止报警器误报功能 快速重复检测及延时报警可以区别出是管道中可燃烟雾的泄漏，还是由于打 开阀门时的微量烟雾的散失。 看门狗自检单片机状态功能 调用单片机中的看门狗程序，定时检查单片机工作状态，旦发现单片机出 现死循环状态，立即复位，保证报警器工作正常。 与上位机通讯功能 可以实现与计算机串口通讯，对报警器采取统控制，以及便于采集和处理 数据，也可以在计算机上更改报警限值等。 自动控制相关安全装置的扩展功能 留有继电器接口，可以带动排风扇或大功率蜂鸣器，也可以控制管道电子阀门，可在报警 的同时自动启动相关安全装置。 第三章烟雾检测报警器的硬件设计 在报警仪的设计中，单片机是其核心部件。它方面要接收来自传感器送来 的烟雾浓度对应的模拟信号和故障检测信号，另方面要对两种信号分别进行处 理，控制后续电路进行相应动作与此同时查询是否有键按下的请求。在单片机 完成这些的工作中，尤其是信号处理中，比较浓度值后送入显示的软件实现比较 复杂，要求单片机具备较快的运算速度，使检测人员能够较准确地观测到烟雾浓 度，并根据情况做进行相应处理。并且也要考虑选择低价实用的机型，并为研制 同系列的低功耗产品做准备。根据多方面的比较，本设计选用宏晶科技生产的 系列单片机。 单片机的选型 单片机的选择 单片机是烟雾检测报警器的核心部件，方面它要接收来自传感器的烟雾 浓度的模拟信号和故障检测信号，另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，然后送显示，这过 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。同时，在能够满足报警器设计的计算速度及接口 数的要求的同类型单片机中，要考虑选择价格低廉且体积轻巧的机型，在保证了 报警器的精确性可靠性及抗干扰性的基础上，能够不提高成本，缩小体积。 常州信息职业技术学院电子与电气工程学院毕业设计论文 如今市面上比较普遍的单片机有系列与系列。 单片机虽然应用普遍，工具多，易上手，片源广，价格低，但是速度 慢，功耗大，适合民用，商用，不适合工业用途。 单片机是公司的产品，其突出的特点是功耗低，精简指令集， 抗干扰性好，可靠性高，但是存在溢出隐患问题。系列采用的是堆栈指针， 采用硬件堆栈级。当堆栈指针设定合理，局部变量少的情况下，系列 用层的程序嵌套不会出现问题。而单片机程序嵌套包括中断最多不能超过 层。所以如果用语言进行编程设计容易堆栈溢出。 汇编语言对于不同的，其汇编语言可能有所差异，所以不易移植。而 语言是种结构化的高级语言，虽然占用资源较汇编多，但是可读性好，移植容 易，是普遍使用的种计算机语言。鉴于语言的易读性和普遍性，本论文的软 件设计选择语言编程，所以系列单片机在此处不是非常适合。 为适用于本论文设计的烟雾检测报警器，应选择种比系列速度快， 功耗低，抗干扰性好，而又避免语言编程溢出问题的单片机。宏晶科技新推 出的系列单片机具有高速低功耗超强抗干扰等优点，是的新代 单片机，指令代码完全兼容传统，速度却比单片机快倍。而且 系列下属的系列单片机是低功耗单片机，它的高效寻 址方式大容量转换硬件乘法器硬件脉宽调制器 等功能特点，较好的实现了强大的功能与超低功耗的结合。而且在功能同样的情 况下，管脚较少封装体积小，价格比其他型号便宜，因此具有很好的性价比和应 用适应性。 系列单片机有种型号分别是 和。 它们是以单片机内部集成的大小区分的。在价格相同的情况下，尽量选择 较大的芯片，所以选择了单片机作为本论文设计的烟雾报警 器的单片机核心芯片。它体积小，价格低，非常适用于本设计，下面介绍 的自身特点。 烟雾检测报警器硬件电路设计 信号采集及前置放大电路 传感器输出信号般比较微弱，需要经过前置电路对其进行放大滤波电 平调整，满足单片机对输入信号的要求。本系统采用的半导体烟雾传感器属于电 阻型，因此只需串联个参考电阻，再经过个放大电路即可发送给采集。 由于系统采用的是单极性供电，所以采用同相比例放大电路，可以减少硬件开销 反之，如果采用反相放大，则般需要利用双极性供电，这就需要系统额外的利 用变压芯片产生个负压，这显然会造成浪费。常见的运算放大器中，价 格低廉使用简单等优点比较突出，所以本设计中的前置放大电路采用作 为电路的运算放大器。 常州信息职业技术学院电子与电气工程学院毕业设计论文 是单片高增益四运算放大器，可在较宽电压范围内的单电源或双电源 下工作，其电源电流很小且与电源电压无关，四个运放致性好其输入偏流电 阻是温度补偿的，也不需外接频率补偿，可做到输出电平与数字电路兼容。 下面详细介绍运算放大电路 如