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基于STM32的三波段红外火灾探测器的识别算法设计与实现

摘要
随着工业的发展和现代红外火焰检测技术，人们对消防意识进一步增强，红外火焰检测装置已成为工业应用的安全防护设备。本课题选取了 STM32 单片机作为主控，通过读出并取得读取温度传感器和火焰传感器的信息，应用红外火焰检测传感器技术与智能软件处理算法相结合，将信息经过 FFT 处理并分析比对当前阈值，设计出一种红外火焰检测装置。通过多种干扰源和火源的实验检测，本系统可正确区分火焰与干扰源，证实了检测装置的可行性和实用性，同时验证了检测算法的有效性。

关键词：STM32 FFT  火焰传感器  三波段红外

 

目录

第一章 绪论 1

1.1研究背景 1

1.2研究现状 1

1.3论文主要研究工作 3

第二章 系统功能与基本框架 4

2.1设计要求 4

2.2热释电传感器的工作原理 4

2.3系统框架 7

2.4本章小结 7

第三章 系统硬件设计 8

3.1主控设计 8

3.1.1微处理器的选择 8

3.1.2STM32F103C8T6 单片机简介 8

3.2电源电路 9

3.3温度采集电路 10

3.4时钟与复位电路 11

3.5串行接口电路 12

3.6火焰传感器电路设计 12

3.6.1火焰传感器简介 12

3.6.2模数转换电路 13

3.7继电器电路 14

3.8声光报警电路 14

3.9按键电路 15

3.10显示电路设计 15

3.10.1 LCD1602 简介 15

3.10.2 LCD1602 电路设计 16

3.11本章小结 17

第四章 系统软件设计 18

4.1系统总流程图 18

4.2子流程 21

4.2.1检测子流程 21

4.2.2显示报警子流程 22

4.3FFT 火焰数据算法处理程序 22

4.4本章小结 23

第五章 仿真调试分析 24

结论 29

致谢 29

参考文献 29

 

与本课题有关的国内外研究情况：

随着消防工业的快速发展，以及一些特殊领域的消防意识的加强，现代红外火焰探测技术得到了飞速的发展，红外火焰探测器越来越多的应用到航天工业、飞机库、飞机修理场、化学工业、公路隧道、爆炸品仓库、油漆工厂、石油化工企业、制药企业、发电站、印刷企业、易燃材料仓库等可燃物含碳物质的其它场合。

目前国内大多数厂家在市面上销售的均为双波段红外火焰探测器，但是这种双波段的红外探测器应用范围较窄， 对热体和太阳光的抗干扰能力较差， 存在一定的误报警。主要产品例如海湾的JTG-UM-GST9616 点型红外火焰探测器，目前我国也有关于红外火焰探测器的标准 GB15631-1995,国内大多数厂家均能够满足其标准。对于国内各个厂家的红外探测器比对测试分析，大多数都存在抗干扰能力差的弊端，个别抗干扰能力强的国内产品，灵敏度和探测距离就会大打折扣，因而三波段红外火焰探测器在国内各个厂家都在积极的研发过程当中。而在国外三波段红外火焰探测器应用已经比较成熟，例如美国 Spectrex INC 公司的 20/20FI 三红外 IR3 火焰探测器，西门子的 DF1192 三波段红外火焰探测器。

利用计算机监控应用系统，实现火焰探测、安全运行，不仅可以节省资源，提高劳动生产率，还可以减少安全隐患，给我们工业防火系统带来良性的发展。展望火焰探测系统的发展趋势，正朝着分布化、智能化、集成化、可视化和协调化的方向发展，未来的火焰探测控制终端将具备智能化、自动化、扩充性强、灵活和可靠性高的特点。

本课题研究的主要内容及方法：

本课题研究的主要内容：

基于STM32 的红外火灾探测系统，利用 STM32 微处理器对多个探测器及传感器探测到的信息进行分析处理，并进行相关的算法分析，来实时判断是否有火灾发生。

三波段红外火焰探测系统使用三个具有极窄探测波段的红外传感器作为探测器件，分别探测红外火焰信号、人工热源干扰信号、背景辐射干扰信号。相对双波段红外火焰探测系统，能获取更丰富的干扰信号（如电焊弧、侃气灯）特征，从而利于干扰信号的排除，提高了探测的可靠性。通过分析火灾信号和非火灾信号强度之间的逻辑关系，一定程度上提高了对弱红外信号的检测能力，从而提高了探测灵敏度。

本系统利用多红外火焰探测器、温度传感器分别对火焰的多波段信息进行探测，实时监控现场温度。将多传感器采集到的信息,在 STM32 中进行Ａ/Ｄ转换,数据处理,算法分析， 并实时将采集的数据通过串口传给上位机进行数据保存及分析。

 

本课题研究的主要方法：

（1）参考外文文献及中文资料,熟悉了解 STM32 和三波段火灾探测器；

（2）学习并掌握多通道红外火焰探测器和温度传感器使用方法；

（3）画出硬件系统框图和系统软件流程图；

（4）三波段火灾探测器系统中，利用 STM32 单片机完成火焰的检测；

（5）RS485 通信，通过软件分析火焰数据波形；

（6）完成系统功能测试，实验并记录数据；

 

本课题所需要解决的问题：

(1)三波段火灾探测器的整体设计方案；

(2)按照系统方案完成系统硬件、软件设计； (3)各探测器数据采集；

(4)三波段火灾探测器系统中，利用 STM32 单片机完成火焰的检测；

(5)外部功能实现，RS485 通信，通过软件分析火焰数据波形；

 

预期结果及其意义：

预期结果：

1)完成开题报告一份；

2)完成相关技术外文翻译一份，译文 3000 字以上；

3)系统完成测试，且三波段火灾探测系统识别率较高；

4)完成毕业设计论文一份，10000 字以上；

 

本课题的设计意义：

1)随着石油化工等工业生产现场环境的日益复杂、工业生产对火焰报警探测性

能要求的日益增长，传统的单波段红外火焰探测器、双波段红外火焰探测器在报警精确度、报警实时性、覆盖范围、抗干扰性能等方面很难继续满足需求，三波段红外火焰探测器就这样孕育而生了，   对提高探测精度，排除外界干扰具有重要的意义。

2)通过本次设计，希望能将之前所学的理论知识温故知新并应用于实践，更好的掌握相关知识， 同时在具体实验设计中提高自己的实践能力，与同学互帮互助，虚心向老师求教，增强自己的团队意

识，争取完成设计课题，丰富自己的学习成果，为今后的学习及工作打下基础。

 

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