基于单片机的烟雾检测报警系统(附仿真)

基于单片机的烟雾检测报警系统(附仿真)(毕业论文21000字,答辩ppt,仿真程序)
摘要
本文设计的用单片机控制的烟雾检测报警系统，是采用催化燃烧效应原理的探头制成的烟雾浓度测量及报警的仪器，适用于家庭、中小型煤矿、农村沼气池等存在可燃气体的场所，进行多种可燃气体（液化石油气、氢气、甲烷）在空气中的浓度测量，系统能够根据可燃气体报警界限进行声、光报警，并留有可直接使用的扩展功能端口，可以根据用户的需要用于安全控制装置（排风、鸣笛等）。
系统由带有A/D转换模块及看门狗模块的单片机、敏感元件、前置小信号放大电路、显示电器、键盘电路、声光报警电路、模式切换电路、电源电路、继电器控制电路等组成。其中单片机为系统的核心，完成数据的采集、处理、输出、显示等功能；双通道模式的敏感元件用于准确检测烟雾的含量，其输出与烟雾浓度对应的电压信号；小信号放大电路用于放大敏感元件输出的电压；显示电路用于显示烟雾的浓度；键盘电路用于调整报警界限及消音；报警电路用于对超限的烟雾进行声光报警；模式切换电路用于切换测量哪种可燃烟雾（液化石油气、氢气、甲烷）；电源电路为系统提供稳定的电压；继电器控制电路为用户需要留下扩展功能。
该系统的特点是测量气体种类多，测量范围宽，精度高；结构简单，成本低；可靠性和稳定性好；具有死机自动重启、双通道传感器测量功能，是一种电路设计新颖、参数测量准确、操作方便的多种烟雾浓度检测与报警的实用设备。

关键词：烟雾检测；传感器；单片机
 
Detection Alarm System of Smoke Based on Single Chip Microcomputer
ABSTRACT
The alarm system designed in this article, which is controlled by the MCU and it's used to detect the smog, it's a device which can measure the density of the smog and give an alarm using probes with the principle of combustion catalysis. It can be applied to the places such as ordinary houses, medium scale collieries, rural methane tanks where a flammable gas exists. It can measure the density of multiple kinds of flammable gases (LPG, hydrogen, methane etc.) and give an alarm (sound and light) according to the limits of the content of the flammable gases. The system also saves the port which can be directly used for the extended function and the port can be used for the safety control devices (air exhaust, whistle etc) depending on users' needs.
The system consists of a microcontroller with the A/D converter module and the Watchdog module, sensitive components, the front small-signal amplifier circuit, electrical display, keyboard circuit, sound and light alarm circuit, the mode switching circuit, power circuit, the relay control circuit, etc. Which single chip microcomputer as the core of the system, complete the data collection, processing, output, display and other functions; the sensitive element of the double channel mode for accurate detection of smoke, the output voltage signal corresponding to the smoke concentration; small the signal amplifier circuit is used to enlarge the sensitive components of the output voltage; display circuit is used to display the concentration of smoke; the keyboard circuit is used to adjust the alarm limits and silencers; the alarming circuit used to smoke to overrun audible and visual alarm; the mode switching circuit for switching measuring what kind of combustible smoke (liquefied petroleum gas, hydrogen, methane);the power circuit provide a stable voltage power supply circuit for the system; the relay control circuits need to leave behind for user extensions.
The system has lots of characteristics. Firstly, it has wide measuring range high precision; secondly, its structure is simple with low cost; thirdly, it has marvelous reliability and stability; finally, when the system crashes, it can automatically restart; what’s more, it has a double channel sensor measuring function. All in all, it’s practical equipment for detection and alarm of a variety smoke concentration with novel circuit design, accurate parameter measurement and convenient operation.

Key words：Smoke Detection; Sensor; Single Chip Microcomputer

本论文的主要任务与创新思路
本篇论文是烟雾报警系统的研制，主要有基本部分和创新扩展部分：
1、基本部分
（1）对系统进行整体规划和结构设计。
（2）以STC12C5410AD单片机为中央处理器，对硬件电路进行设计和改进，使其功能更加完善。系统硬件电路主要分为前置差动放大电路、键盘电路、串口通信电路、声光报警电路、数码管显示电路、模式切换电路、电源电路、继电器控制电路八大部分。
(3)系统的软件编制。按照软件实现的功能，主要分为主程序、初始化子程序、键盘处理子程序、滤波子程序、浓度显示子程序、报警子程序、报警限值设置子程序。在程序的编写过程中，加入了详细的文字注释，便于后期的改进与维护。
(4)硬件电路和软件的综合调试。
2、创新思路
（1）再加入一路传感器信号采集电路，利用双通道数据实现采集的优化，主要是利用辅助的一路进行修正主传感器，以提高精度和可靠性。
（2）增加切换模式电路，引进多种计算方法，实现多种气体浓度的测量。
（3）增加继电器控制电路，留有可直接使用的扩展端口。
（4）增加稳压电路，可直接使用220V交流电压供电，也可以使用9V电池供电。

烟雾检测报警系统的功能
（1）检测燃气种类切换功能
通过两个开关切换检测燃气种类，并且设置检测液化石油气为默认状态，通过两个开关设置更改检测种类，可切换成检测氢气模式及甲烷模式。适合多种场合的使用。
（2）烟雾浓度显示
通过数码管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。
（3）烟雾报警功能
当烟雾浓度连续20秒取值都在报警限值之上，蜂鸣器开始报警，并且伴随红灯闪烁及像警车一样的报警声。因为人对变化的信号更为敏感，所以闪烁的灯光及警声更容易引起用户的注意。
（4）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。
（5）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，一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。
（6）与上位机通讯功能
可以实现与计算机串口通讯，对报警器采取统一控制，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。
（7）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。

烟雾检测报警系统的主要技术指标
（1）传感器类型：热催化燃烧式
（2）检测范围：0～100%LEL
（3）报警准确度:：±3%LEL
（4）报警点设置：液化石油气、甲烷达30%LEL，氢气达25%LEL开始报警
（5）报警器工作方式：现场固定安装，自然扩散进行采样，长年连续运行
（6）工作环境温度：检测器 0°C～70°C；报警器0°C～70°C
（7）工作环境湿度：≤95%RH
（8）报警方式：烟雾泄漏声光报警
（9）指示方式：数字显示，可显示被测烟雾的实际浓度及设定报警限值
（10）响应时间：≤10S 输出信号：可输出与烟雾浓度对应的0～5V DC标准信号
（11）工作电压：AC220V±15%，50±lHz或DC9V±10%
（12）具备快速重复检测和延时报警功能，可区别烟雾的泄漏和短时间的微量散失，防止误报。
 

#p#副标题#e#
目 录
1绪论    1
1.1论文研究来源、目的和意义    1
1.1.1论文研究来源    1
1.1.2论文研究目的和意义    1
1.2烟雾报警系统的国内外现况    2
1.3本论文的主要任务与创新思路    3
2系统的总体方案设计    5
2.1烟雾传感器的选型    5
2.1.1烟雾传感器介绍    5
2.1.2烟雾传感器的选型    8
2.1.3 MC101型烟雾传感器的工作原理    8
2.1.4 MC101型烟雾传感器的特点与技术指标    9
2.2烟雾报警系统总体设计方案    11
2.2.1烟雾检测报警系统工作原理    11
2.2.2烟雾检测报警系统的结构    11
2.2.3烟雾检测报警系统的功能    11
2.2.4烟雾检测报警系统的主要技术指标    13
3烟雾检测报警系统硬件设计    14
3.1单片机的选型    14
3.1.1单片机的选型    14
3.1.2 STC12C5410AD单片机的特点    15
3.2烟雾检测报警系统硬件电路设计    17
3.2.1信号采集及前置信号放大电路    17
3.2.2声光报警电路    18
3.2.3数码管显示电路    19
3.2.4键盘控制与模式切换控制电路    20
3.2.5安全控制装置电路    21
3.2.6直流稳压电源电路    22
3.3基于单片机的烟雾检测报警系统硬件总电路    23
4烟雾检测报警系统软件设计    24
4.1 STC12系列单片机调试及开发工具    24
4.2烟雾检测报警系统软件流程及设计    25
4.2.1主程序设计及流程图    25
4.2.2主程序初始化设计及流程图    26
4.2.3数码管显示程序设计    27
4.2.4外部中断0程序设计及流程图    27
4.2.5 T0中断程序设计及流程图    28
4.2.6 ADC中断程序设计及流程图    29
5仪器标定及误差分析    31
5.1烟雾检测报警系统标定    31
5.1.1爆炸下限（LEL）概念介绍    31
5.1.2仪器的标定    32
5.2烟雾检测报警系统误差分析    33
结论    35
参考文献    37
致谢    37
附录A    39