毕业设计(论文)-火灾报警系统的研究.doc
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1、火灾报警系统设计 - I -摘要火灾已成为我国常发性和破坏性以及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,火灾的数量及其造成的损失呈逐年上升趋势。在工业和民用建筑、宾馆、酒店、图书馆、科研和商业部门,火灾报警系统已成为必要的装置。火灾报警系统对现代建筑起着极其重要的安全保障作用。火灾报警控制器是火灾报警系统的核心。本文对火灾报警控制器和探测器做了深入的研究,并全面阐述了火灾报警控制器和探测器硬件和软件设计。以下是本文完成的主要工作: 1火灾报警系统的控制器采用C8051F020单片机进行设计,所设计的控制器具有较高的性
2、价比,还具有操作人员管理、报警信息查询、探测器管理、预报警、火警处理、通讯等功能,在控制器中采用LCD显示器进行报警系统所需各种信息显示。 2探测器控制电路的核心采用PHILIP公司的低功耗P87LPC762单片机,它实现了对火灾信息的检测和传送;为提高系统的适应性与扩展性,进行了写码器设计。 3控制器与探测器之间的通讯采用无线高频通讯方式进行,运用 KB8825双频合成器进行了无线通讯电路设计,具有抗干扰能力强、功耗低等优点,可靠地完成了探测器与控制器之间的无线通信。 本文设计的火灾报警系统能有效地防止和减少火灾危害,解决有线火灾报警系统不能解决的问题,对保护人身安全和财产安全具有现实意义。
3、关键词 火灾报警系统;火灾探测器;单片机;无线通讯AbstractIn our country, as a disaster, the fire has many characteristics, such as: mediocrity, breakage and influence. In recent years, the economy and the construction develop quickly, increasing of modern building, underground architecture and large-scale construction, the
4、 occasion of fire is increasing, the quantity of fire and the losing it leads to raise gradually, the intention of fireproofing is avoiding loss. In the instruction of industry and civil, hotel, grogshop, library, the department of scientific research and trade, the fire alarm system has become the
5、necessary installation. The fire alarm system has important functions to the modern buildings. The fire alarm system controller is its core. We introduce the research of fire alarm controller and narrate its hardware and software. The fire alarm system controller is designed by the C8051F020 MCU, it
6、 has a high rate of capability and price, at the same time, it has many functions such as: handlers manage, alarm information inquire, detector manage, preparative alarm, the process of fire alarm, communication and so on. In the controller, the LCD display shows all kinds of fire alarm information.
7、 The detectors control circuits is designed by P87LPC762 MCU, it can detect and transmit the fire information. We design a coder for improving the systems adaptability and reliability. The communication mode of controller and detector is wireless, the core of wireless communication circuit is KB8825
8、 dual frequency synthesizer, it is strong anti-jamming and low power. It is reliability to complete the wireless communication function between the controller and detector. The fire alarm system can avoid and reduce the fire harm. It settles the problem that the wire fire alarm system can not fulfil
9、l. Keywords fire alarm system; fire detector; MCU; wireless communication- II -火灾报警系统设计目录摘要IAbstractII目录11 绪 论31.1 课题背景31.2 国内外报警系统的现状及发展情况31.2.1 火灾报警系统发展历程31.22 火灾报警系统在国内外的发展情况41.3 火灾报警系统的分类41.4 课题研究的目的和意义52 方案设计和探测器的选择62.1 总体设计方案62.2 硬件电路的设计方案62.3 火灾探测器的选择82.3.1 火灾报警探测器的探测原理82.3.2 火灾探测器的分类92.3.3 火
10、灾探测器的误报警原因92.3.4 火灾探测器的标定102.3.5 离子感烟探测器102.3.6 通讯方式122.4 本章小结123 火灾报警控制器的具体设计133.1 电源模块的设计133.1.1 供电方式的选择133.1.2 变压器的选择133.1.3 稳压电源的设计143.1.4 不间断供电电路183.2 主控模块设计193.2.1 MCU的选择193.2.2 C8051F020的功能、特点193.2.3 MCU资源分配213.2.4 电源监视电路233.2.5 键盘电路接口243.2.6 LCD模块的接口电路243.3 本章小结264 火灾报警系统探测器的硬件设计274.1 探测器控制电
11、路的设计274.2 无线高频接收、发射电路294.3 写码器设计314.4 本章小结325 火灾报警系统的软件设计335.1 火灾报警系统设计的要求335.2 火灾报警系统控制器软件设计335.3 火灾报警系统探测器单片机软件设计355.4 火灾报警系统通讯模块软件设计365.5 本章小结37结 论38参考文献39致 谢411 绪 论1.1 课题背景 火灾是世界上发生频率较高的一种灾害,几乎每天都有火灾发生,据联合国“世界火灾统计中心(WFSC)2000统计资料”,全球每年约发生火灾600万至700万次,全球每年死于火灾的人数约为65000人至75000人。 欧洲和北美发生的火灾较多,死亡人数
12、却相对较少,这与欧美发达国家的生活水平高以及消防设施完善有关;亚洲居住人数最多,发生火灾次数较少,但死亡人数较多,这与亚洲经济发展程度不高、消防设施不完善等因素有关。 火灾早已成为我国常发性和破坏性以及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呈逐年上升趋势。我国2000年中国火灾统计年鉴记载,从1950年至1999年,全国共发生火灾3258105起,死亡人数165499人,伤313766人,直接经济损失1828亿元1。我国每年的起火次数较少,但死亡人数较高,这说明我国的消防保护体系对保护生
13、命安全还有一定的差距,因此现阶段有必要提高全民的防火安全观念,提高我国消防设施水平。 火灾作为危害人类生存的大敌,越来越受到人们的重视。一旦发生火灾,将对人的生命财产造成极大的危害,于是人们开始寻求一种早期发现火灾的方法,以便控制和扑灭火灾,减少损失,保障生命安全。火灾报警系统就是为了满足这一需求而研制出来的,并越来越被人们所接受,其自身技术水平也随着人们需求的不断提高,在功能、结构、形式等方面不断地完善。 1.2 国内外报警系统的现状及发展情况 1.2.1 火灾报警系统发展历程 火灾报警系统,从发展过程来看,大体可分为三个阶段。 第一阶段:多线型火灾自动报警系统。每个探测器除需提供两根电源线
14、外,还需提供一根报警信号线,探测器电源由报警器提供,探测器的信号线均 连接到报警显示盘上,报警时点亮相应的指示灯,如日本“日探”公司生产的CPF火灾报警系统,此类系统的功能一般以报警为主,辅以一些简单的联动功能(也为多线制),如驱动警铃等,其报警器对外围探测器无故障检测功能,只会对电源线的断线做出故障反应,安装此类系统比较繁琐,特别是校线工作量较大2。第二阶段:总线型火灾自动报警系统。这种自动报警系统已采用微处理器控制,其线制一般有四线制、三线制、二线制,探测器和模块均采用地址编码形式,通过总线与控制器实现信号传送,其探测器的报警形式为开关量,它的灵敏度在制造时,通过硬件决定,不可调整,此类系
15、统可进行现场编程,并通过各种模块对各联动设备实行较复杂的控制,此类系统已具有系统自检以及对外围器件的故障检验等功能,但对故障类型不能区分,目前国内生产的火灾自动报警系统大多数为此类产品,由于此类产品具有报警和控制功能,它的施工、安装较为方便,且价格较低,已被大量使用3。第三阶段:智能型火灾自动报警系统。由于采用了先进的计算机控制技术,智能化程度大大提高,探测器的报警形式采用数字量,并可通过软件对其灵敏度根据使用场合、时间进行设定和调整,如可设定白天、夜间、休息日不同灵敏度。对探测器的使用环境参数变化较大的场所,灵敏度设定相对低一些,对环境较稳定或一些重要的场所,灵敏度设定相对高一些,这一功能可
16、提高系统的稳定性及可靠性,减少误报4 5。 1.22 火灾报警系统在国内外的发展情况 1.国外一些较发达的国家,具有火灾预防、报警、扑救、善后处理等比较完善的消防体系。政府每年都要拨出大笔资金用于消防设备更新、人员培训以及消防设施维护。德国、日本、美国等国家就采用计算机与用户终端的传感器或者用户终端信号采集器相连,对火灾自动报警设备实时监控以及故障远程传输。例如:美国、加拿大、英国、澳大利亚、日本等国家在建设和应用城市火灾自动报警监控系统方面均有可供借鉴的成功经验。他们将自动火灾报警作为公共报警手段接入监控系统,并有效运行多年,使消防指挥中心能够快速准确判断火灾地点、火灾类型,并调度消防部队迅
17、速到达现场,自动报警监控系统在此起到了很大的作用。此外,这些国家在监控系统管理方面比较规范,专门成立一个监控服务机构,该机构的责任是保证火灾报警数据通信畅通,为用户服务,对用户负责,同时向消防部队传送可靠的火灾报警信息,而消防部门的主要责任是对此类服务机构进行资质审查及监督管理。这种管理运作方式已经取得了良好的效果。2.我国火灾报警系统起步较发达国家晚几十年,从上世纪70年代我国才开始研制生产火灾报警系统产品。进入80年代后,国内主要厂家也多是模仿国外产品,或是引进国外技术进行生产,没有真正意义上的核心技术,并且市场也刚刚开始发育。火灾报警产品真正发展是在90年代以后,随着政府逐渐开放国门,国
18、外企业开始大量进入中国消防市场,带来先进技术的同时也促进了市场的成熟。这时期,我国生产火灾报警产品的企业也得到了快速发展,部分企业进行了合资生产、技术合作,取得了不菲的成绩,也造就了现今市场上许多有实力的商家,部分技术已接近或赶上了国际水平。 1.3 火灾报警系统的分类 火灾报警系统根据需要可划分为区域报警系统、集中报警系统和控制中心报警系统6。 区域报警系统是由火灾探测器、受动火灾报警按钮、区域控制器等组成。区域可以视为一栋楼或几层楼的范围,在区域报警系统中宜设置一台区域控制器,最多设置不应超过三台区域控制器。 集中报警控系统是由火灾探测器、手动火灾报警按钮、区域报警控制器、集中报警控制器等
19、组成。在集中报警系统中应设置一台集中报警控制器和两台以上的区域报警控制器。集中报警控制器应设置专用值班室或消防值班室内,由专人看守。 控制中心报警系统是由火灾探测器、手动火灾报警按钮、区域报警控制器、集中报警控制器、消防控制设备等组成。系统中应至少设置一台集中报警控制器和相关的消防控制设备设置在值班室,其他部位的集中报警控制器应将火灾报警信号和消防联动控制信号均送至消防控制值班室。 1.4 课题研究的目的和意义 本系统研究的火灾报警系统里来源于校企横向合作项目,它主要应用在宾馆、酒店的场合。其中,火灾报警控制器是一种能接收、显示和传递火灾报警等信号的报警装置,它是火灾报警系统的主要组成部分。火
20、灾报警探测器是监视周围环境状况的“感觉器官”,而火灾报警控制器则是系统的“神经”、“大脑”,是整个系统的核心。火灾报警控制器担负着监视探测器及系统自身的工作状况、处理火灾探测器输出的报警信号、进行声光报警、指示报警的具体部位、时间及执行相应的辅助控制等任务。 研制火灾报警控制器的目的是为了立足于掌握核心开发技术,降低系统成本。 尽管通过最近几年的消防治理整顿,取得了不少成绩,但与其他国家相比,千次火灾死亡人数较多,我国的火灾形势不容乐观,加之我国经济在高速发展,生活水准大幅度提高,各种生产、办公以及居住场所火灾大增,塑料制品和双层玻璃的大量应用,使火场的外部求援困难重重7。因此,设计简单实用的
21、火灾报警控制系统有着防止和减少火灾危害、保护人身安全和财产安全的重要意义。2 方案设计和探测器的选择 2.1 总体设计方案 由以上的分析,本系统的总体设计框图如图2-5所示,现在对该图进行简要说明: 该系统工作中离子探测器的探头将探测的物理信号转换为电压信号,然后送入探测器,由探测器内的P87PLC762单片机处理,将处理信号送往振荡器混频、高频电路调制、发射。无线传输的高频信号由报警控制器的接收电路接收、解调后送往MCU(C8051F020)处理。最后输出,由指示灯、LCD显示火警情况,等待操作人员处理。 P87LPC762单片机离子感烟探测器信号流信 号 流被探测对象信 号 流信号流输出设
22、备信号流C8051F020处理器接收、发送电路图2-5 总体设计框图 Fig.2-5 The overall design frame 2.2 硬件电路的设计方案 在本系统中,按功能可分为探测器模块、控制器模块和通讯模块三部分。 图2-6是报警系统的组成图。报警系统以控制器为核心,通过它对探测器采集到的信息进行处理。同时将各种信息如:探头的现状、火警等信息送往输出设备,通过报警指示灯点亮,LCD显示和打印机打印信息等实现人机信息交互。 探测器模块控制器模块无线通讯模块图2-6 报警系统的组成 Fig.2-6 The form of alarm system 图2-7是探测器模块原理框图。探测器
23、工作过程中,探测器内部的核心控制器芯片P87PLC762单片机对离子感烟探测器探头传来的数据进行处理。并将处理后的信息送往调制电路,经过调制电路对信号调制后,由发射电路将信号发给控制器的接收电路。P87LPC762单片机信 号 流离子感烟探测器信 号 流被探测对象信 号 流高频发射电路信 号 流混频电路图2-7 探测器模块框图 Fig.2-7 The configuration of detector module 为实现对火灾情况进行实时、准确、快速的控制,选择合适的微处理器进行控制器设计是很有必要的,考虑的问题有:能否对探测器实施24小时不间断的监控,能否及时准确报告火灾情况,是否有对系统
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