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基于MSP430芯片的LED激光火灾报警系统设计

1引言

1.1课题研究的背景及意义

火灾报警系统是各行各业必需的一种安全系统网络，现代化的建筑规模大、标准高、人员密集、设备众多，对火要求极为严格。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为严格的要求，为了早期发现和通报火灾及指引人们快速逃跑，防止减少火灾危害，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。目前，现代建筑都会有选择的安装不同功能的火灾自动报警系统，它能够感受、接收着发生火灾的早期信号及报警，发出信号同时告知用户和指引人们往正确的方向逃脱。它就像是一个称职的更夫，给居住、忙碌或是休息在家庭中的人们以极大的安全感。在火灾的早期阶段，准确的探测到火情并迅速报警，对于及时组织有序快速沿着红色LED指引的方向逃跑、积极有效地控制火灾的蔓延、快速灭火和减少火灾对居住人群的损失都具有重要的意义。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长距离数据传输的不可靠以及没有LED激光器指引人们往正确的方向逃跑等问题。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。

本项目主要是针对火灾消防，改进原先的普通应急灯的不足，采用创新激光技术，将其和烟雾报警器结合，能在火场中更好的给受灾人群指示方向，而且能更好的维护公共安全。

本项目是采用以下技术方案实现的:LED火灾指引和报警系统包括烟雾传感控制系统、GPRS模块、电子转换开关和激光束发光。LED火灾指引和报警系统内安装有控制电路板，控制电路板具有LED激光器、信息处理单元、GPRS定位单元、电子开关转换单元和LED激光单元，信息处理单元采用单片机芯片，信息处理单元的数据采集端和GPRS定位单元数据都与信息处理单元相连，信息处理单元数据的输出端与电子转换单元和GPRS模块相连，LED激光单元与电源相连。其中无线接收单元用于监测烟雾浓度和定位，信息处理单元用来读取及分析信息，电子转换电路提供电源，LED激光发光指引人们往正确的方向逃脱。

本实用新型设计合理，改变了传统的普通的应急灯的不足，采用激光技术，并将其和烟雾报警器结合，能在火场中更好地给受灾人群指引方向。

1.2国内外的研究方向及发展趋势

火灾报警系统已有百余年的发展历史，世纪年代美国诞生的火灾报警装置标志着自动报警系统首次进入人们的视野。早期在英国，感温式探测器研制成功并应用于火灾探测系统，标志着火灾自动报警系统的发展走上正轨。此后，随着世界科技取得了突飞猛进的进步和各种新兴技术的出现和发展；火灾自动报警系统也在此基础上逐渐地蓬勃发展起来，在发达国家，智能建筑火灾自动报警系统作为智能建筑设备自动化系统的重要子系统，目前已经发展的比较成熟。首先，西方发达国家的消防体系比较完善，成立专门的消防监控服务机构。其次，利用计算机技术、网络技术、通信技术的融合，对火灾监测系统设备实时监控以及故障的远程传输，普遍构架了公共报警监控系统网络，将智能建筑中的火灾自动报警系统接入网络，从而使消防监测指挥中心能够迅速判断火灾发生的精确位置，并调动消防部队迅速到达现场。再次，尤其是美日欧等发达国家，火灾自动报警系统已经走入家庭，并接入城市消防网，使得城市消防网络更大、覆盖的范围更广。

我国火灾报警系统起步比较晚，从上个世纪七十年代才开始研制生产这类产品，自改革开放以来，高层建筑甚至超高层建筑如同雨后春笋、蓬勃发展，此时火灾自动报警系统的需求量迅速增加，同时也催生了火灾自动报警系统的创新，带动了这一行业的蓬勃发展。我国火灾自动报警系统的研发、生产和应用的等方面不断地吸引了社会各界的人力、物力、财力、及科技的投入，并取得了令人瞩目的成就。在我国，采用的无线通信方式的火灾自动报警系统日益受到重视。由于其具有安装简便、对建筑物无损坏作业、灵活性好，抑郁扩展等优点，适用于许多场合，如名胜古迹、体育馆、博物馆、展览中心、处于施工阶段的建筑物、医院等。火灾自动报警系统的智能性上要体现在火灾判决和统筹管理方面，一般分为分散式、集中式和分布式。分布式系统由非智能型控制器和若干智能型探测节点组成，由探测节点完成火灾状态的判断集中式系统由智能型控制器和若干非智能探测节点构成，探测节点仅将火灾参量传送给控制器，由于控制器智能地判断火灾状态分布式系统的控制器和探测节点的智能型，也是今后火灾自动报警系统的发展方向。今年来，在烟雾选择性和产品稳定性上也有很大的进步。中国烟雾探测报警系统产业发展研究报告阐述了世界烟雾传感探测报警系统产业的发展历程，分析了中国烟雾探测报警系统产业发展现状与差距，并创新的提出了“新型烟雾探测报警系统产业”及替代品产业感念，在此基础上，从四个维度即“以人为本”、“科技创新”、“环境友好”和“面向未来”准确地界定了“新型烟雾探测报警系统产业”及替代品的评价体系和量化指标体系，从全新的角度对中国烟雾探测报警系统产业发展进行了推演和精确预测，在此基础上，对中国的行政区划分和四大都市圈的烟雾探测报警系统产业发展进行了全面的研究。

1.3本文的设计任务和主要内容

本论文主要研究烟雾传感接收控制系统、GPRS模块与芯片MSP430进行了研究。创新的通过LED激光指引人们往正确的方向逃生。各章主要工作如下：

第一章介绍了LED火灾指引和报警系统的应用背景、意义以及国内外发展历史，并突出了利用LED激光的优点和价值。

第二章介绍了系统的硬件电路设计以及各部分的原理。介绍了烟雾传感器的原理和方法；其次介绍了GPRS模块；最后提出芯片MSP430为硬件核心的总体设计方案。

第三章了介绍了部分电路图的原理以及模块的原理。

第四章是本文的重点，其主要是针对MSP430芯片的软件的设计，包括感测火灾、报警系统和LED指引人往正确的方向逃出。

第五章介绍了对LED火灾指引和报警系统的测试，其包含过程中对火灾的感测、报警以及电源转换。

第六章介绍对本文的总结以及对LED火灾指引和报警系统技术的展望。

 目录

1引言 3

1.1课题研究的背景及意义 3

1.2国内外的研究方向及发展趋势 4

1.3本文的设计任务和主要内容 5

2 基础理论及研究方案设计 6

2.1烟雾传感器 6

2.11烟雾传感器的介绍 6

2.12烟雾传感接收控制原理： 8

2.2 GPRS模块 9

2.21 WG-8010 GPRS DTU 产品简介 9

2.22功能特性 10

2.23 GPRS的工作原理简介 11

2.3 LED激光器 12

2.31 LED及其特点   12

2.32 LED激光器的发光原理及结构介绍 12

2.4总体方案设计 13

3 硬件电路设计 15

3.1 MSP430 15

3.11 MSP430简式说明 15

3.2电子转换开关 16

3.3电源 17

3.31 CN3702芯片 17

3.4 MAX232 18

3.41 RS232串口通信电路 18

4软件设计 20

4.1 主程序流程图 20

4.2 程序 20

5.硬件部分 23

5.1电源调试 23

5.2串口调试 24

5.21单片机调试 24

5.22 GPRS调试 24

5.23 LED激光器调试 25

5.3联调 25

6谢辞 26

7参考文献 26

附录一 电路原理图 27

附录二 程序清单 27

参考文献

[1] 赵亮等.单片机C语言编程与实例 北京：人们邮电出版社，2003.7

[2] 王静霞．单片机应用技术(C语言版) 北京：电子工业出版社，2013.1

[3] 田立等.51单片机程序设计快速入门 北京：人们邮电出版社，2007.6

[4] 谭浩强．C语言程序设计（第二版）北京 清华大学出版社，2008.11

[5]洪利 章扬 李世宝MSp430单片机原理与应用实例详解[M]北京航空航天大学出版社，2008.

[6]秦龙MSP430单片机C语言应用程序设计[M]  电子工业出版社.2000.

[7]王忠民，基于单片机的语音数字联网火灾报警器设计，现代电子技术，2007.10

[8]孙育才，MCS-51系列单片微型计算机及其应用，第4版，东南大学出版社，2006

[9]王庆，Protel 99 SE&DXP电路设计教程，电子工业出版社，2008

[10]康华光，电子技术基础模拟部分，第4版，高等教育出版社,2006

[11]刘军，单片机原理与接口技术，华东理工大学出版社，2006

[12]赖寿宏，微型计算机控制技术，机械工业出版社，2009

[13]李中望，一种智能火灾报警系统的设计方案，安防科技，2008