本科毕业设计（论文）文献综述学 生 姓 名：学 号：二级学院名称： 电子信息学院 专 业：电子科学与技术 指 导 教 师：职 称：合作/企业教师：职 称：填表日期： 20XX 年 X 月X 日一、引言现代化的建筑规模大、标准高、人员密集、设备众多，对防火要求极为严格。随着我国经济建设的发展，各种高层建筑、大中型商业建筑、厂房不断涌现，对消防报警系统提出了更高更严的要求。为了早期发现和通报火灾，防止和减少火灾危害，保护人身和财产安全，保卫社会主义现代化建设，在现代化的工业民用建筑、宾馆、图书馆、科研和商业部门，火灾自动报警系统已成为必不可少的设施。电气工程设计、安装和使用是否正确不仅直接影响到建筑的消防安全而且也直接关系到各种消防设施能否真正发挥作用。因此，火灾报警系统的设计及设备选型显得尤为重要。以往的火灾报警系统经常会出现总线上的数据冲突、长距离数据传输的不可靠以及不易扩展等问题，随着近年来一些低价格、高性能单片机被广泛应用于各个电路系统，尤其是电路控制等方面，这些问题都得到了一定的改善。在人们生产过程中或日常生活中，火灾是时有发生的，它会给人们带来巨大的灾害与苦难。

因此，正确采取预防火灾的手段是人类与火灾做斗争的重要课题。火灾自动报警及消防联动系统，作为智能建筑中的一个重要子系统，其重要性是众所周知的。要在智能建筑中创造一个安全舒适的环境，消防安全是其中的一个重要的方面。火灾自动报警及消防联动系统，作为火灾的先期预报、火灾的及时扑灭、保障人身和财产安全，起到了不可替代的作用。火灾自动报警系统是人们为了早期发现火灾，并及时采取有效措施，控制和扑灭火灾，而设置在建筑物中或其他场所的一种自动消防设施，是人类同火灾作斗争的有力工具[1]。二、国内外的研究现状2.1 火灾烟雾报警器的设计与开发及相关器件近年来森林火灾频现，由火灾造成的人员伤亡也随之增加，因此，在森林防火这一块国内也有专门的火灾报警系统设计。以森林防火为应用背景，设计一个太阳能森林防火报警器[2]。该报警器的电源来自于太阳能电池对蓄电池的储能，不但省去更换电源的麻烦，而且环保、安装也方便。当太阳能电池板对蓄电池进行充电时，该报警器能够对太阳能电池板的输出电压、输出电流进行跟踪，使其以最大功率点(MPP)输出，这样就可以以最快的速度将蓄电池充满。系统以单片机 为主控芯片，并设计DC/DC 变换电路。

利用烟雾传感器和温度传感器进行火灾探测，实现高分贝报警功能。该项目可应用于森林地形恶劣，或者电力线难以施工区域 的防火报警，系统成本低廉，具有实用价值和市场商业价值。太阳能森林防火报警器的电路结构如图1所示。该系统以为控制核心，通过 DC/DC变换电路控制10W太阳能板对12V蓄电池的充放电。蓄电池的电压经 开关电源电路降压至5 V，对系统进行供电。若烟雾检测模块检测到烟雾，或者温度检测模块检测到环境温度超过设定的阈值时，MCU产生中断，最后进行火灾报警。图1 太阳能森林防火报警器的电路结构DC/DC 变换电路采用的是基于 的同步buck电路[3]，其电路原理图如图2所示。该电路具备MPPT跟踪功能，首先对太阳能电池板的输出电压和电流进行采样，并计算出功率值，在MCU智能控制下，调节输入给的PWM 波的占空比，控制MOS管的导通与截止比例，达到控制后级阻抗的目的。当后级阻抗达到最佳阻抗时，太阳能电池板输出的功率为最大功率[4]。图2：基于 的同步buck电路当发生火灾时，会产生浓厚的烟雾并且周围的环境温度会骤然上升。

因此，必须对烟雾浓度和环境温度进行检测，来判断是否发生了火灾。1) 烟雾检测采用的是 MQ-2气体传感器。当所处环境中存在可燃气体时，烟雾传感器的电导率随空气 中可燃气体浓度的增加而增大。MQ-2 气体传感器具有在较宽的浓度范围内对可燃气体有良好的灵敏度、寿命长、成本低的特点。系统中的MQ-2气体传感器 主要检测的是 CO 气体，当森林火灾发生时，树木的 燃烧不完全，将产生CO气体，CO 气体浓度增加时，MQ-2气体传感器阻值将下降。因此，可以通过电压比较器检测MQ-2气体传感器阻值是否降低到一定阈值来判断是否发生森林火灾[5]。2) 温度检测采用的是 数字温度传感器。它具有一线总线的特点，体积小、抗干扰能力强，精度可达±0.5℃。当深林火灾发生时，系统周围的环境温度上升很快，这时 检测到的温度值不断增大，当温度值超过设定的阈值时，通过单片机控制报警[6]。2.2 火灾烟雾报警器的国内外研究概况国外从20世纪30年代开始研究及开发烟雾传感器，且发展迅速，一方面是因为人们安全意识增强，对环境安全性和生活舒适性要求提高；另一方面是因为传感器市场增长受到政府安全法规的推动。

据有关统计，美国1996年~2002年烟雾传感器年均增长率27%~30%。随着传感器生产工艺水平逐步提高，传感器日益小型化、集成度不断增大，使得烟雾检测仪器的体积也逐渐变小，提高了烟雾检测仪器的便携性，更加利于生产、运输及市场推广[7]。 欧洲在1988年就把PVC(聚氯乙烯)电缆列入淘汰对象。MICC(无机绝缘铜包层电缆)的使用也正在减少。趋于淘汰。目前使用的替代电缆具有成本低、耐火性能好、无毒性的优点。英国正在对火灾探测系统用的各种电缆的耐火性能进行全面检查，并专门制订了一个新的电缆规范，开发适宜的耐火电缆。另一个趋势是光缆的应用可能会越来越广泛。它的优点是不存在EMC(电磁兼容性)和RFI(射频干扰)的问题，尤其是适于长距离传输，其信号损失的危险性最小。但目前尚需改进电缆的连接技术，以减少接点信号损失，并要在降低成本上下一番功夫。近两年，在普遍采用硬连线的同时，无线火灾自动报警传输技术已开始大量涌现，以欧洲发展最快，其频点多选用146、167和182 MHz。主要应用于医院、古建筑和机场、综合建筑、体育场、展览中心、旅馆等规模较大、干扰较小的建筑。以及一些必要设置的临时建筑，它的好处是：便于安装、对建筑的损坏小、经济、便于与原有系统集成且容易扩展。

系统设计简单且可完全寻址，便于网络化设计。市场前景非常好[8]。在报警控制技术上，国内外市场上都以智能型火灾报警控制器为主流。智能型报警系统从结构型式上有三种类型：分散智能型、集中智能型和分布智能型。分散智能型的探测器为智能型探测器．而控制器仅接收探测器传来的信息，不参与火灾判断。系统中控制器为被动，探测器是主动的。集中智能型的探测器实际上只是传感器，仅是将火灾现场探测到的烟雾、温度等火火灾参数进行综合智能处理，判断是否发生火灾。系统的关键在控制器，也称为主机智能型。目前我国的智能系统绝大多数即属于集中智能系统。当建筑规模庞大时，由于探测器和消防设备数目众多，系统主机会出现应用软件复杂庞大、探测器巡检周期过长、火灾监控系统可靠性降低和使用维护不便等缺点。分布智能型实质上是主机智能与探测器智能两者结合．也称全智能系统。即探测器与控制器均为智能型，分别承担不同的职能，具体讲：将对火灾信息的基本处理、环境补偿、探头报脏和故障判断等功能返还给探测器，使控制器能从容实现上级管理功能，如系统巡检、火灾参数算法运算、消防设备监控、联网通信等。提高了系统巡检速度、稳定性和可靠性。全智能系统在欧、美发展很快．将成为今后发展方向。

我国也正在开发基本上属于分布智能型的火灾报警系统。我国在70年代初期开始研制烟雾报警器，生产型号多样、品种较齐全，应用范围也由单一的炼油系统扩展到几乎所有危险作业环境的各种类型报警器，产品数量也在不断增加。但主要是在引进国外先进的传感器技术和先进的生产工艺基础上，进行研究与开发形成自己的特色。近年来，在烟雾选择性和产品稳定性上也有很大进步。燃气报警器可分为民用火灾烟雾报警器、工业用烟雾报警器、有毒有害烟雾报警器三大系列产品[9]。民用火灾烟雾报警器 民用火灾烟雾报警器为居民家庭用的火灾报警器,一般安装在厨房，遇到火灾产生的烟雾时时，报警器可发出声光报警，或同时伴有数字显示，同时联动外部设备。有的报警器可自动开启排风扇，把烟雾排出室外 工业用烟雾报警器及有毒有害烟雾报警器 工业用烟雾报警器及有毒有害烟雾报警器只是检测探头有差异，而在原理和应用中都很相近。工业用燃气报警器及有毒烟雾报警器根 据检测环境的不同，也可分为检漏仪、控制器和探测器。 检漏仪的体积较小，可随身携带或手持，主要应用于燃气管理的查漏 与巡检。若有燃气泄漏，检漏仪便会发出声光报警，同时数字显示烟雾浓 度，以便及时采取安全措施，防止爆炸等恶性事故的发生。

控制器与探测器结合使用，可在防爆现场长期监测烟雾的浓度。探测器安装在防爆现场，控制器壁挂在值班室等有人值守的地方，二者采用屏 蔽电缆线连接。当在现场的探测器探测到燃气泄漏之后，通过屏蔽电缆线将信号传到控制器，控制器发出声光报警，同时启动排风装置或关闭电磁阀切断气源，以确保安全。此种仪器广泛应用于液化气站、汽车加油站、锅炉房等工业场所[10]。 2.3 烟雾火灾报警器的研究现状近年来全国每年的火灾伤亡人数不低于2000、直接财产损失高达15亿元，其主要原因是火灾报警的不及时、不准确。火灾报警器的研制已成为当今社会的热门话题。但由于监控的火灾特征值较少，传统的基于单一烟雾、温度传感的火灾报警器容易造成误判或失判。为了能监控更多的火灾特征值，使用了烟雾传感器、温度传感器及光强传感器，并利用CAN总线和概率综合模型开发报警器。该报警器的开发应用大大提高了火灾报警的准确性、及时性和灵活性[11]。2.3.1报警器的硬件设计报警器的硬件构架如图3所示[12]。该报警器控制核心采用，通过片上12位分辨率的AⅨ：对光强信号、烟雾信号进行采样；通过IO端口对进行程控，实现温度信号的采样；可根据所采信息判断火灾等级，并给出警报信号，当火灾等级较高时，可通过控制继电器关断电源；可将信息通过CAN总线传送至PC机平台[13]。

图3 报警器的硬件结构该报警器针对光强信号、烟雾信号及温度信号分别设计了相应的采样电路及信号调理电路。设计中采用光敏电阻与39K电阻对5V电源分压实现光信号到电压信号的转换，并利用仪表运放与RC低通滤波器对信号进行调理。工作时光敏电阻呈现出负光强度特性，且近似为线性变化关系。烟雾信号采用烟雾传感器MQ一2转换为电信号，并同样利用仪表运放与RC低通滤波器进行调理，MQ一2的灵敏度特性为负线性。温度信号通过单片机程控温度传感器进行采集。主要特性如下：可实现对一55℃～+125℃范围内的温度测量，并且测量温度的误差在士0.5℃，实际报警器的分辨率可单独设定，并且保存在中，即使断电也能够保存；现场温度的测量值通过串行通信的方式传输，即“单线总线”的数字方式传输[14]。信号调理电路[15]如图4所示。仪表放大电路采用的运算放大器为0P07，该运算放大器具有极低的输入失调电压，极低的失调电压温漂，非常低的输入噪声电压幅度及长期稳定等特点，可广泛应用于稳定积分、精密绝对值电路、比较器及微弱信号的精确放大。RC低通滤波器的一3dB带宽决定，由于所采信号均为低频信号，因此设计中R=10K，C=0.1uF。

图4 信号调理电路2.3.2报警器的软件设计程序设计了两个全局状态参数结构体。一个定义了报警器为了满足上述模型的要求，增强报警器的灵活性与适应性，程序设计采取了开放式的设计思想，即程序仅仅嵌入了上述概率模型的基本函数表达式，而函数中的全部代数参量都是开放的，用户可以通过设计者自定义的总线命令进行现场软件设计包括数据采集，装载，控制算法处理，CAN通信，状态显示，外围动作单元响应等。以下简要展示主函数以及定时器中断服务函数。如图5、图6所示：图5 main () 流程图图6 定时器中断服务函数流程图为了满足上述模型的要求，增强报警器的灵活性与适应性，程序设计采取了开放式的设计思想，即程序仅仅嵌入了上述概率模型的基本函数表达式，而函数中的全部代数参量都是开放的，用户可以通过设计者自定义的总线命令进行现场序设计了两个全局状态参数结构体。一个定义了报警器的动作命令以及通用命令，包括设置操控／监控状态(操控优先级高于监控，即程序进入操控状态则报警器只对环境做监测，但对监测结果不响应，而只响应操控命令，要回到监控状态必须先退出操控状态)，报警灯开／关状态，报警灯闪烁频率，报警笛开／关状态，报警笛呜叫频率，消防器设备起／停状态，室内电源通／断状态，各路传感器采样频率；另一个定义了概率模型算法参数，包括设置光强度统计分析时间长度丁L，其均值影响概率下限P二，其均值响应下限值睇，其均值影响饱和值E”，另外用一个包含了阈值、饱和值、权重的结构体嵌套，定义了光强信号,烟雾离子信号，温度信号m，程序运行过程中，通过扫描这两个全局状态参数结构体，而做出相应动作，给相应模型计算传递相应参数[15]。

以上控制命令及参数设置命令全部包含在设计者自定义的CAN总线控制集中，此外，该控制集还包含一个报警器参数初始化命令[16]。这些控制命令是利用标准CAN数据帧中的11位标识符以及8个数据字节组成的。报警器对环境的监控结果也是通过CAN总线实时向上位机发送的。监控结果中包括三路传感器检测到的相应环境变量，总的火灾概率值以及报警灯、报警笛、消防设备、室内电源的当前状态。该报警器软件设计适应性强，对所监控的环境没有依赖性，对所使用的传感器依赖较小，也就是说只要监控的环境变量是上述三者，则程序基本无需改写，只需要通过CAN总线命令根据现场环境、相应传感器型号，设置合适的参数值即可。一般来说，现场环境主要影响三路传感器的权重，因为不同环境布置，火灾产生的信号成分不同；而传感器类型主要影同环境布置，火灾产生的信号成分不同；而传感器类型主要影响模型参数，不同型号的传感器由于响应能力不同，导致对火灾的敏感程度不同。报警器对火灾监控的准确程度，在某种程度上主要取决于这些参数的设置，所以得到可靠的模型参数对报警器的监控是至关重要的[17]。三、基于单片机的烟雾火灾报警器存在的问题 3.1 烟雾火灾报警系统设计存在的问题如何设计一种火灾检测与报警系统，可以通过气体传感器实时获取可燃气体浓度、温度传感器获得火灾现场温度，并通过LED显示，当浓度或温度超过限定值时则报警。

以方便人们更好的掌握安全状况，提高生活质量。这是整个系统设计出现的主要问题也是设计思路，但在设计过程中有一些细节性的问题也需要好好考虑与解决。火灾烟雾报警系统常见的一些问题及需要解决的，主要有以下几个方面：如何设置火灾报警器的烟雾浓度报警界限火灾报警器报警的浓度设置过高报警效果达不到，设置过低，怕检测不到，所以这个标准的把控是一个问题。于是便选择作为温度感应器，因为它对温度的检测比较灵敏，各路器件也尽量选择比较灵敏的器件方便达到检测的标准。(2) 系统的电源供电选择系统工作采用4节1.5 V干电池共4.5V做电源，经过实验验证系统工作时，单片机、传感器的工作电压稳定能够满足系统的要求，而且电池更换方便。火灾报警器电路焊接的难易程度把控焊接的过程仔细一点，容易出错的地方自己多加小心。(4) 各个模块的连接问题硬件部分的难点是合理的将各模块部分有机的连接起来。(5) 控制器的选择要有丰富的RAM，八位机主要靠扩展，内部RAM一般在以内，更多的RAM得靠外扩，必然加大成本。所以控制芯片最好拥有自带的FLASH和RAM。四、本课题要解决的问题和所要达到的基本目标 4.1 基本目标 完成基于的火灾报警器的设计，最后实现的功能如下： （1）能够感知烟雾的浓度，到达一定的数值之后实现报警功能； （2）能够检测现场的温度，到达一定的数值之后实现报警功能。

实现三极管驱动数码管显示当前采集模块烟物浓度和温度值功能。 （3）实现两种报警方式可紧急报警方式和手动取消紧急报警方式。 （4）实现可设置烟雾浓度和高温报警值功能，并在掉电情况下有掉电保存功能。 （5）实现一旦检测到火宅释放的烟雾超过一定数值，即可进行蜂鸣器同步报警功能； （6）实现能够检测到温度的升高，超过设定的报警温度时候，蜂鸣器也将产生报警功能。4.2 课题难点和解决的方案 难点一：需要完成检测烟雾浓度算法十分复杂，既要考虑火灾报警检测性能，又要考虑感应的灵敏度。 难点二：正确选用单片机和温度感应器以及数码管显示。 难点三：本系统具有较多的模块，需要合理的分配单片机的I/O，不然I/O可能不够，同时在编程上层次可能也较为复杂。 解决方案： (1) 通过互联网和图书馆等资源，努力学习相关的知识，尽可能的做到熟练掌握。 (2) 通过所学的C语言知识，并通过自己查阅资料，学习计算机底层知识，从而掌握相关的知识，并达到能较好的处理。(3) 做好各个模块的连接工作，并且让程序编程起来思路更加清晰明朗。五、结语通过对国内外相关论文的阅读与深入的研究，使我对基于单片机火灾烟雾报警器相关的系统设计具有了较深入了理解和认识。

本文提出了烟雾火灾报警器目前存在的一些问题后，比如说成本的问题、报警器的发展和研究等问题，对这些做了一些讨论，但还有些问题需要进一步的改进和完善。学习了较多关于、火灾报警器、显示等方面的专业知识，对本次的毕业设计全面完整的设计具有很大的帮助，学习各个技术方案的优缺点，学会选择合理材料等模块。对自己今后进一步的学习研究提供了一个良好的思路和途径。 参考文献[1] 姜波. 浅谈消防报警及联动控制系统的安装调试与维护- 工程建设标准化 2014(11) [2] 刘荣.自然能供电技术[M].北京：科学出版社.2000:56-61.[4] 刘庆新, 程树英. 双 buck 太阳能 LED 路灯照明控制系统[J].电子技术应用, 2011, 37(5): 142-145.[3] 张化德. 太阳能光伏电池系统的研究 山东大学 2007 32-34.[4] 振芫祯. 太阳能最大功率追踪器之研究[D]. 大同大学, 2008.[5] 李永生 杨莉玲.半导体气敏元件的选择性研究 [J] 仪表,教育出版社 2010[6] 赵浪涛;赵永花 芯片在温度测量系统中的应用- 兰州工业高等专科学校学报 2009(4) [7] 冯长江. 基于单片机的智能烟尘测试仪[J]. 电子技术应用，1999，4：19－20. [8] 聂巍 李晓青.智能火灾报警系统设计[J] 信息通信 2012.2 :92.NIE Wei LI Xiao-qing. of fire alarm [J]. 2012 2 :92.[9] 李忠望.一种智能火灾报警系统的设计方案 [ J ] 安防科技 2008 2 :48-49.LI [