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基于51单片机的NRF2401无线火灾的报警系统

MQ-2传感器、火焰传感器、DS18B20温度传感器,NRF2401传输
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沈阳工学院
毕业设计
题 目: 基于单片机的建筑物无线
火灾报警系统的设计与实现
院 系:
专 业:
班级学号:
学生姓名:
指导教师:
成 绩:
年 月 日

目 录
1 方案设计............................................................................................1
1.1 系统设计任务要求.........................................................................................1
1.2 总体设计方案.................................................................................................1
1.3 编程语言与调试环境.....................................................................................3
1.4 电路设计与仿真环境.....................................................................................3
2 硬件设计............................................................................................4
2.1 单片机最小系统电路设计.............................................................................4
2.1.1 单片机型号的选择...............................................................................4
2.1.2 单片机最小系统的晶振电路设计.......................................................4
2.1.3 单片机最小系统的复位电路设计.......................................................5
2.2 烟雾传感器的电路设计.................................................................................7
2.2.1 烟雾传感器的选取...............................................................................7
2.2.2 烟雾传感器电路设计...........................................................................8
2.3 温度传感器的电路设计.................................................................................9
2.3.1 温度传感器的选取...............................................................................9
2.3.2 温度传感器电路设计...........................................................................9
2.4 火焰传感器的电路设计...............................................................................10
2.5 无线通信的电路设计...................................................................................11
2.5.1 无线通信模块的选择.........................................................................12
2.5.2 无线通信模块的电路设计.................................................................12
2.6 电源电路设计...............................................................................................13
2.7 报警电路设计...............................................................................................14
2.8 电磁继电器的电路设计...............................................................................15
2.9 ID 设置与显示的电路设计..........................................................................16
3 软件设计..........................................................................................18
3.1 系统主程序设计...........................................................................................18
I

3.2 无线通信子程序设计...................................................................................20
3.3 火灾探测子程序设计...................................................................................21
3.4 报警子程序设计...........................................................................................22
3.5 ID 设置子程序设计......................................................................................22
参考文献.............................................................................................23
附录 A 硬件原理图............................................................................25
附录 B 程序代码................................................................................27
附录 C 实物图....................................................................................41
II

沈阳工学院本科毕业设计
1 方案设计
1.1 系统设计任务要求
该控制系统为基于单片机的建筑物无线火灾报警系统,是以单片机为控制中心,
以多种传感器为检测单元,以无线传输方式进行信息传递的火灾报警系统。提升传统
报警系统的可靠性和局限性,降低生产成本的同时提升市场空间,该报警系统设计任
务要求如下:
⑴ 设计包含了硬件设计部分和软件设计部分这两部分。硬件设计部分应将电
路划分成各功能模块,并阐述各功能模块的功能、优点、原理和设计思路,以及各功
能模块之间的关系,各功能模块的调试方法等。软件设计部分应阐述软件结构框架,
各功能子程序设计方法和实现原理,并在有必要的程序代码后标注说明。在论文部分
应有软件、硬件设计的有关资料、方案论证、方案选择和总体方案设计。
⑵ 功能设计单元划分为单片机控制单元、传感器检测单元、声光报警单元、
信息传输单元、调制机构单元。各单元之间紧密联系,共同组成火灾检测无线报警系
统,由传感器检测单元检测环境是否发生火情,将检测信息发送给单片机控制单元进
行数据处理,单片机控制单元作出报警指令经信息传输单元发出,并向声光报警单元
发出报警指令,从而发出声、光报警,并提供一个可控的外部调制机构进行现场调制。
⑶ 火灾无线限报警系统主要体现在对火情的检测和信息的传输。在火情检测
方面应考虑全面的火灾情况,贴合实际选取所需的传感器,可选择多种传感器配合使
用。本设计应用无线传输技术,降低装置安装难度,避免现场布线以及人力安装,更
符合现代市场的需求。
1.2 总体设计方案
传统的火灾报警系统是常见的红外漫反射式火灾报警器,安装在被检测区的上
方,供电后进行火灾检测。这种报警器是依靠物体燃烧发出的浓烟来识别火情,当烟
雾进入到报警器中,烟雾使得在报警器中的红外光发生漫反射,触发红外接收管产生
报警信号,发出报警声音以及灭火措施
[1]
。这种传统的火灾报警系统检测的火情的方式
单一,具有一定的误触发率,安装时需专业人员安装,布线繁琐。如今,随着人们对
1

沈阳工学院本科毕业设计
自身安全和财产安全认知的提升,传统的火灾报警系统就暴露出很大的局限性,需要
一款稳定、准确、安装简便的新型火灾报警系统。
本系统正是本着提高火情检测精度、方式,减少人工劳力的目的,开发设计现
代化的建筑物火灾无线报警系统,采用数字自动控制系统。无线信息传输技术使得安
装简便,外部调节方式更容易调节报警范围,更适应独特环境的使用。人性化的配置
报警器的个数,实现一对多实时监控,掌握全局。增加火情探测感应传感器,以多种
形式的检测判断火情,提升安全保障。
本系统总体设计方案结构是:以单片机为控制核心,以传感器、通信单元和报
警电路作为周围电路所构成的控制系统。系统工作流程可分为系统初始化、传感器信
息采集、火情信息分析、执行火灾报警和火灾信息发送。系统初始化主要由系统软件
完成,其主要目的是给定外围器件初始值和运行时间,初始化需要一定的时间,因其
要扫描整个系统。待初始化完成后,火灾检测端(发射端)与监控端(接收端)进行
无线通信链接,并在接收端显示已连接的发射端 ID 提示灯,随后系统进入火情信息采
集状态,传感器检测环境参数的模拟量并进行数字量转化,呈现 I/O 口电平高低的的变
化,单片机控制核心扫描到变化的 I/O 口,进行火情信息的分析,判断是否达到火灾报
警的报警值,若判断为火灾,单片机控制核心向本地报警装置和电磁开关发出报警指
令和吸合指令,同时通过无线传输模块将报警信息发出,接收端接到报警信号也会向
报警装置发出报警指令,进行报警提示。
分析系统设计方案的组成结构,划分成具有一定功能的模块,可分为电源滤波
模块、单片机最小系统模块、火情信息采集模块、无线传输模块、发射端 ID 设置模块、
接收端 ID 显示模块、声光报警模块以及电磁继电器模块。单片机最小系统模块为系统
控制核心,读取控制其它模块,系统总体设计方案框图如下图 1.1 所示。
2
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