CN105741472A - 一种基于烟雾及温度异常的火灾自动报警系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于烟雾及温度异常的火灾自动报警系统，所述系统包括由键盘输入模块、烟雾传感模块、火焰传感器模块、温度传感器模块、时钟芯片模块，上述所有模块对各种信息进行采集后作为系统的输入模块将采集到的信息交给主控芯片处理和储存，所述主控芯片经过处理和存储以后将信息传送给以下输出模块：液晶显示模块、蜂鸣器模块、手机报警模块，能够及时的监控家里的火灾发生情况。
Description
技术领域
本发明属于安全信息技术领域，具体涉及一种基于烟雾及温度异常的火灾自动报警系统。
背景技术
火灾的发生在我国发生相对来说是蛮多的，家庭火灾占据着我国火灾发生事件的一大部分。家庭火灾若没有及时的发现和扑救这会给发生火灾的家庭带来很大的灾难，现在进入电子信息时代，我们生活什么方面都用到电，要是没有布置好电的线路有时候会发生短路，这样电线会起火也可能导致用电器也会起火。最后是家用电器的起火如：电冰箱、洗衣机、空调、电磁炉等家庭大功率用电器会起火，家庭的一切用品都离不开电器。特别是现在城市房子的装修都是用木板装修的，装暗线电线，家里都放各种豪华的家具特别容易起火，当起火来全屋都会被烧掉。再者现在各种家用电器盛行并且功率比较大，在家庭火灾埋下了很大的隐患。
我国对火灾发生的监控发展现状：我国的火灾自动报警系统发展是比较缓慢的，火灾自动报警系统产品从1980年才开始研制。如今我国在火灾自动报警方面取得了较大的进步，但发展水平还比较低，存在的主要问题有：智能化的程度较低，对传感器的参数较少、几乎没有开发对系统支持的开发软件、传感器对数据的采集灵敏度不比较低等问题。
为了避免火灾我们不仅要有很好的防火意识、救助措施，更重要的是我们先能够第一时间发现火灾。，电子产品在现代生活中使用越来越广泛，普及到我们生活的方方面面，由此引发的火灾越来越多，在我们生活的四周到处潜伏着火灾隐患在火灾刚发生的时候就发现他以便很好的救火，减小火灾带来的灾难。特别是现在在家庭里，家用的电器等设备多功率大，不规范使用电，随时都有可能带来很大的安全隐患，当人们去上班的时候家里突然着火了，甚至有可能留小孩子在家，那样带来的后果可不堪设想，不仅仅是在家，在娱乐场所等其他地方只要一发生火灾我们就能够及时发现，那样就能够大大的减少火灾给我们带来的损失了。
因此需要提供一种火灾报警系统能够及时告知大家，及时救火。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明的目的是提供一种基于烟雾及温度异常的火灾自动报警系统，能够及时的监控家里的火灾发生情况。
一种基于烟雾及温度异常的火灾自动报警系统，所述系统包括由键盘输入模块、烟雾传感模块、火焰传感器模块、温度传感器模块、时钟芯片模块，上述所有模块对各种信息进行采集后作为系统的输入模块将采集到的信息交给主控芯片处理和储存，所述主控芯片经过处理和存储以后将信息传送给以下输出模块：液晶显示模块、蜂鸣器模块、手机报警模块。
优选地，所述液晶显示模块显示时间和各个传感器的值，蜂鸣器和手机作为报警模块，向客户反应火灾的发生。
优选地，所述主控芯片为STC12C5A60S2系列单片机。
优选地，所述火焰传感器模块用于采集火焰的强度，火焰传感器检测火焰或者波长在760纳米—1100范围内的光源，探测角度是60度，正常工作电压为5V，具有数字模拟量双输出功能。
优选地，所述温度传感器选择DS18B20数字温度计，所述温度传感器用于检测周围环境的温度。
优选地，所述烟雾传感器的用于对烟雾进行采集，其尺寸长32mm、宽22mm、高27mm，所述烟雾传感器的主要组成的芯片有LM393和ZYMQ_2气体传感器，工作电压是5V直流电压。
优选地，所述手机报警模块为GSM模块，所述GSM模块包括交换分系统MSS、基站分系统BSS、移动台MS和操作与维护分系统OMS。
优选地，所述液晶显示模块采用Nokia5110液晶。
优选地，所述时钟芯片为DS1302芯片。
优选地，所述蜂鸣器为电磁式蜂鸣器，所述电磁式蜂鸣器是由振荡器、电磁线圈、磁铁、振动膜片及外壳组成。
本发明的技术方案具有以下有益效果：
本发明提供一种基于烟雾及温度异常的火灾自动报警系统，主要应用于家庭，采用烟雾传感器、火焰传感器、温度传感器、、GSM短信模块、stc12c5a60s2、诺基亚5110液晶屏、时钟芯片、键盘输入以及蜂鸣器设计了一种智能火灾报警器，可以实现火焰强度显示、温度显示、烟雾浓度、时间日期，若是达到火灾发生的条件蜂鸣器就会响以及会自动打电话到用户的手机上；能够及时的监控家里的火灾发生情况，这可以使我们放心的在外面不用担心家里是否发生火灾。
附图说明
下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。
图1是本发明一种基于烟雾及温度异常的火灾自动报警系统总体框架图；
图2本发明一种基于烟雾及温度异常的火灾自动报警系统流程图；
图3本发明一种基于烟雾及温度异常的火灾自动报警系统主控芯片STC12C5A60S2系列单片机的引脚图。
具体实施方式
为了清楚了解本发明的技术方案，将在下面的描述中提出其详细的结构。显然，本发明实施例的具体施行并不足限于本领域的技术人员所熟习的特殊细节。本发明的优选实施例详细描述如下，除详细描述的这些实施例外，还可以具有其他实施方式。
下面结合附图和实施例对本发明做进一步详细说明。
参照图1和图2，一种基于烟雾及温度异常的火灾自动报警系统，所述系统包括由键盘输入模块、烟雾传感模块、火焰传感器模块、温度传感器模块、时钟芯片模块，上述所有模块对各种信息进行采集后作为系统的输入模块将采集到的信息交给主控芯片处理和储存，所述主控芯片经过处理和存储以后将信息传送给以下输出模块：液晶显示模块、蜂鸣器模块、手机报警模块；液晶显示作为输出模块之一，主要显示时间和各个传感器的值，蜂鸣器和手机作为报警模块，向客户反应火灾的发生。
所述主控芯片为STC12C5A60S2系列单片机，参照图3，stc12c5a60s2单片机模块的功能主要是对数据进行处理、执行各个命令、存储寄存数据、传输数据等；STC12C5A60S2系列单片机是STC生产的单时钟/机器周期的单片机，内部集成了数据存储器128字节RAM，接上电源、晶振等就可以构成最小系统便可工作。STC12c5A60S2单片机中央处理器CPU、程序储蓄器Flash、数据存储器SRAM、定时器、计数器、UART串口、串口2、I/O接口、高速A/D转换、SPI接口、PCA、看门口及片内R/C振荡器和外部晶体振荡电路等模块。STC12C5A60S2系列单片机几乎包含了数据采集和控制中所需要的所有单元模块。
各个引脚的功能：管脚P0.0-P0.7，PO口既可以作为输入、输出口，又可以做地址、数据复用总线使用。当P0口作为输入、输出口时，P0是一个8位准双向口，其内部有弱上拉电阻，则不用接上拉电阻。当作为地址、数据复用总线使用的是低8位地址线A0-A7/数据地址线D0-D7。P1.0标准的I/O口，PORT[0],ADC输入通道-0，独立波特率发生器的时钟功能输出可通过设置WAKE_CLKO[2]/BRT_CLKO将此管脚配置为CLKOUT2。P1.1标准的I/O口，PORT[1],ADC输入通道-1。P1.2PCA作为计数器的外部脉冲输入脚，RXD2为第二串口数据的接收端。P1.3CCP0是外部信号捕获、高速脉冲输出及脉宽调制输出。P1.4CCP1其和CPPO的功能相同，ss是SPI同步串行接口的从机选择信号。P1.5SPI同步串行接口的主出从入，P1.6SPI同步串行接口的主入从出。P1.7的SCLKSPI同步串行接口的时钟信号。P2口内部有上拉电阻，既可以作为输入、输出口，又可以做地址、数据复用总线使用A8-A15，当P2口作为输入、输出口时，P2是一个8位准双向口。P3.0串口1数据接收端，P3.1口1数据发送端。P3.2INT0是外部中断0，下降沿中断或低电平中断，P3.3INT1是外部中断1，下降沿中断或低电平中断.P3.4的T0是定时器、计数器0的外部输入，INT定时器0下降沿中断。P3.5的T1定时器、计数器1的外部输入，而INT定时器1下降沿中断。P3.6的WR是外部数据存储器写脉冲，P3.7的RD是外部数据存储器读脉冲。P4.0的ss是SPI同步串行接口的从机选择信号。P4.1的ECI是PCI计数器的外部脉冲输入脚，而MOSI的SPI同步串行接口的主出从入。P4.2的CCP0外部信号捕获（频率测量或当外部中断使用）、高速脉冲输出和脉宽调制输出，而MISO的的SPI同步串行接口的主入从出主器件的输入和从器件的输出。P4.3的CCP1外部信号捕获，高速脉冲输出及脉宽调制输出，SCLK的SPI同步串行接口的时钟信号。P4.4标准I/O口，P4.5的ALE是地址锁存允许。P4.6的EX_LVD是外部低压检测中断、比较器，另一个RST2第二复位功能脚。P4.7的RST是复位脚。P5.0/P5.1/P5.2/P5.3都是标准I/O口。引脚XTAL1是内部时钟电路反向放大输入端，外部接晶振的一个引脚。当直接使用外部时钟源时此引脚是外部时钟源的输入端。引脚XTAL2是内部时钟电路反向放大输出端，外部接晶振的另一端。当直接使用外部时钟源时此引脚可浮空，此时XTAL2将XTAL1输入的时钟进行输出。
火焰传感器主要功能是采集火焰的强度，火焰传感器检测火焰或者波长在760纳米—1100范围内的光源，探测角度大约是60度，对火焰光谱非常灵敏，它的灵敏度是可以调节的，性能比较稳定，它的正常工作电压为5V，具有数字模拟量双输出功能。
温度传感器主要功能是检测周围环境的温度；DS18B20数字温度计是由DALLAS半导体公司新推出的一种产品。它是继DS1820最新推出的一种改进产品，DS18B20可以说是DS1820的一个加强版，DS1820具有的优点它全部有，而且在其基础上还做了一些改进：
（1）供电电压扩大为3.0~5.5V当VDD=3.0~5.5V时，在-10~+85度的时候可确保测量误差不超过0.5度，在-55~+125度的气温范围内，测量误差也不会超过2度。
（2）温度分辨力可编程。DS1820用9位二进制表示数字温度的输出，而DS18B20的数字温度输出可进行9~12位的编程。DS1820的分辨力为0.5度，这是一个固定的分辨率。欲提高分辨力只能通过软件计算来实现。RAM的第五个字节是CONFIG寄存器，MSB代表最高有效位，LSB代表最低有效位格式中的第0~4位在写操作时不予考虑，读出时总是“1”；第七位在写操作时不用考虑，读出时为0。R0、R1是可编程温度分辨力位。通过对两位进行不同的编程，可设定不同的温度分辨力及最大转换时间。
（3）DS1820进行九位温度转换所需时间为200ms，而DS18B20进行九位所需93.75ms，由此可见DS18B20的转换速率比DS1820有很大的提高。
（4）内部存储器映射关系发生了一些变化。
（5）具有电源反接保护电路，当我们把电源的极性接反时能够保护DS18B20不会因发热过多而烧毁，但此时芯片无法正常的工作。
（6）DS18B20的引脚功能和内部框图与DS1820完全相同，但它的体积很小，差不多是DS1820体积的一半。
烟雾传感器的主要功能是对烟雾进行采集，其主要特征是长32mm、宽22mm、高27mm，主要组成的芯片有：LM393和ZYMQ_2气体传感器，工作电压是直流电压5V。它的主要特点有：
1、具有信号输出指示。
2、双路信号输出，输出类型分别是模拟量输出和TTL电平输出
3、TTL输出有效信号为低电平。当输出低电平时信号灯会亮，可直接接入单片机。
4、模拟量输出的电压量为0-5v电压，它的输出电压随烟雾浓度的增加而增高。
5、对测试各种液化气，天然气，城市煤气等气体有较好的灵敏度。
6、稳定性比较好以及使用周期比较长，使用寿命长。
7、快速的恢复相应特性。
这个传感器可适用在家庭或工厂等这些有气体的地方，适用于探测的气体有液化气、甲烷、丙烷、氢气、烟雾等。该传感器上有四个引脚，第一个接5V电源正极，第二个接TTL高低电平输出端，第三个接模拟电压输出端，第四个接电源负极。有一个电位器是对TTL输出灵敏度进行调节，灵敏度随着顺时针的转向增高，反之逆时针在调节灵敏度降低。
手机报警模块即为短信模块；作为一种数据传输、当火灾发生时便呼叫客户的手机号码进行报警；蜂窝移动通信自在我国开通以来，年增长率很高，它的发展非常迅速。移动通信的最大特点是，移动台在服务区内任意移动时都能进行收发短信。GSM系统是一个非常复杂的系统，每次通信前都要交换大量的信令，最后才能将主叫和被叫联系起来，即呼叫接续完成，在此基础上才是传输，进行双向通信。多个通信实体必须合理连接才能完成通信任务，因此就有个连接问题。接口是指两个相邻实体之间的相互连接点，而协议是阐明在连接点上交换信息需要遵守的各项原则。将接口与协议弄清楚，通信过程也救明白了。这是GSM系统中需要解决的问题。信令是非常复杂的过程，为此将他们分层，采用电信网开放系统互联模式OSI的概念。
SIM300是一款三频段GSM/GPRS模块，可在全球范围内的EGSM900MHz、DSC1800MHz、PCS1900MHz三种频率下工作，能够提供GPRS多信道类型大约有10种，支持CS-1、CS-2、CS-3和CS-4四种GPRS编码。SIM300内部功能模块有：
1、键盘和SPI类型的LCD接口，方便用户开发自己的应用设备。
2、两个串口具有调试和数据输出的功能，，目的是方便帮助人员更容易开发产品。
3、具有双音频通道，麦克风输入和话筒输出，是由AT指令配置其工作模式。
SIM300功耗比较低，在睡眠模式下电路消耗量很小，内部集成了TCP/IP协议，并且拓展了TCP/IPAT指令。
GSM系统由以下分系统构成，交换分系统MSS、基站分系统BSS、移动台MS和操作与维护分系统OMS。由于GSM网络是面向连接的电路交换网络，再加上其无线接口速率的限制，所有目前GSM网提供的数据业务仅为抵速数据业务，主要分为三类自动传真、三类传真与话音混合业务及短信消息业务。其中短信业务是GSM系统为适应新业务需求而在基础网络上开发的增值业务。在SMS中，按通信方式分为点对点短信消息和点对多点的小区广播短消息。通过小区广播短消息可以实现群呼群发功能。
所述液晶显示模块采用Nokia5110液晶：显示温度、烟雾、火焰强度、还用来显示火灾发生的时间等；LPH7366是NOKIA是诺基亚公司生产的可用于其5110、6150、6100等移动电话的冶金显示模块，国内厂家也生产有类似兼容的产品。该产品除了应用于移动产品外还广泛应用于各类便携式的设备显示屏，该模块具有以下特点：
1、84×48的的点阵LCD，可以显示4行汉字。
2、采用串行接口与主处理器进行通信，接口信号线数量大幅度减少，包括电源盒地在内的信号线共有9条，支持多种串行通信协议传输数率高达4Mbps,可全数写入显示数据，无需等待时间。
3、不用连接电缆，是通过导电胶链接模块与印制板。便于安装和更换。
LCD的控制器和驱动器的设计放到到LCD的芯片上。
5、这个供电电压是很低的，工作电流电流在200vA以下，其具有掉电模式。
Nokia5110的旧机器很多，很多电子工程师就把旧机器的屏幕拆下来，自己驱动Nokia5110用来做设备的显示。
使用Nokia5110液晶的四大理由:
1、性价比较高，Nokia5110可以显示高达15个汉字、30个字符。价格比较便宜Nokia5110裸屏仅8.8元，LCD1602一般价位在15元左右，LCD12864一般是50~70元。
2、其接口很简单简单，仅需要四根I/O线即可驱动，LCD1602需要11根I/O线，而LCD12864则需12根。
3、速度快，是LCD12864的20倍，是LCD1602的40倍。
4、Nokia5110显示屏的工作电压是3.3V，200uA以下能使显示正常，比较适合电池供电的移动设备。
时钟芯片：主板上所有主要设备的时钟信号产生源，CPU，内存等需要的时钟信号就是从时钟芯片发出的。
时钟/日历和31字节静态RAM要通过串行接口与单片机进行通信，时钟芯片可提供以下信息:
1、时间、星期、日期，每分、每秒
2、通过输入代码可正确的显示月和年，能区别出大月、润月、小月、润年
3、可以显示12或24小时的格式，这个可以通过AM或PM指示便可调节
4.、DS1302内部共有12个寄存器，其中有7个寄存器与日历、时钟相关，存放的数据位为BCD码形式。此外，DS1302还有年份寄存器、控制寄存器、充电寄存器、时钟突发寄存器及和RAM相关的寄存器等。时钟突发寄存器。
DS1302引脚与其功能:X1X232.768KHz晶振管脚，GND接地CE复位脚，输入信号，在读、写数据期间，必须为高电平，这个引脚有两个功能：第一CE开始控制字访问移位寄存器的控制逻辑；其次CE提供结束单字节或多字节数据传输方法。I/O数据输入/输出引脚，三线接口时的双向数据线。SKLC串行时钟，输入，控制数据的输入和输出。Vcc1、Vcc2电源提供管脚。Vcc1是主电源，Vcc2是备份电源。当Vcc2>Vcc1+0.2V时，由Vcc2向DS1302供电，当Vcc2<Vcc1时，由Vcc1向电源供电。
键盘输入模块：输入客户的手机号码，调整时间等功能。键盘的按键有0、1、2、3、4、5、6、7、8、9、*、#、A、B、C、D这16个按键，根据输入的内容这些按键都有不同的功能。
蜂鸣器：作为一种声报警，当系统测试到火灾发生时便通过它发出声音，蜂鸣器的类型有电压式蜂鸣器和电磁式蜂鸣器这两种类型。这次我采样的是电磁式蜂鸣器，
电磁式蜂鸣器是由振荡器、电磁线圈、磁铁、振动膜片及外壳组成。接通电源后，振荡器产生的音频电流信号通过电磁线圈，使电磁线圈产生磁场。振动膜片在电磁线圈和磁铁的相互作用下，周期性的振动发声。
最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，这些未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，均在申请待批的权利要求保护范围之内。
Claims (10)
1.一种基于烟雾及温度异常的火灾自动报警系统，其特征在于，所述系统包括由键盘输入模块、烟雾传感模块、火焰传感器模块、温度传感器模块、时钟芯片模块，上述所有模块对各种信息进行采集后作为系统的输入模块将采集到的信息交给主控芯片处理和储存，所述主控芯片经过处理和存储以后将信息传送给以下输出模块：液晶显示模块、蜂鸣器模块、手机报警模块。
2.根据权利要求1所述的基于烟雾及温度异常的火灾自动报警系统，其特征在于，所述液晶显示模块显示时间和各个传感器的值，蜂鸣器和手机作为报警模块，向客户反应火灾的发生。
3.根据权利要求1所述的基于烟雾及温度异常的火灾自动报警系统，其特征在于，所述主控芯片为STC12C5A60S2系列单片机。
4.根据权利要求1所述的基于烟雾及温度异常的火灾自动报警系统，其特征在于，所述火焰传感器模块用于采集火焰的强度，火焰传感器检测火焰或者波长在760纳米—1100范围内的光源，探测角度是60度，正常工作电压为5V，具有数字模拟量双输出功能。
5.根据权利要求1所述的基于烟雾及温度异常的火灾自动报警系统，其特征在于，所述温度传感器选择DS18B20数字温度计，所述温度传感器用于检测周围环境的温度。
6.根据权利要求1所述的基于烟雾及温度异常的火灾自动报警系统，其特征在于，所述烟雾传感器的用于对烟雾进行采集，其尺寸长32mm、宽22mm、高27mm，所述烟雾传感器的主要组成的芯片有LM393和ZYMQ_2气体传感器，工作电压是5V直流电压。
7.根据权利要求1所述的基于烟雾及温度异常的火灾自动报警系统，其特征在于，所述手机报警模块为GSM模块，所述GSM模块包括交换分系统MSS、基站分系统BSS、移动台MS和操作与维护分系统OMS。
8.根据权利要求1所述的基于烟雾及温度异常的火灾自动报警系统，其特征在于，所述液晶显示模块采用Nokia5110液晶。
9.根据权利要求1所述的基于烟雾及温度异常的火灾自动报警系统，其特征在于，所述时钟芯片为DS1302芯片。
10.根据权利要求1所述的基于烟雾及温度异常的火灾自动报警系统，其特征在于，所述蜂鸣器为电磁式蜂鸣器，所述电磁式蜂鸣器是由振荡器、电磁线圈、磁铁、振动膜片及外壳组成。
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