摘 要
随着现代金属工业的发展，众多耐高温材料的出现，使消防机器人真正代替消防官兵的可能性大大增加．由于火灾具有不可预知性和极大的危险性，因此火灾已经成为威胁人们生命财产的一大隐患．所以用机器人检测火情，并进行及时灭火就成为最好的方案．如何用机器人代替人从事这类危险工作已经成为现在科研项目研究的一个课题．
此次设计主要是利用传感器技术和单片机控制自动检测技术，设计完成火灾自动报警系统，设计中利用传感器收集到的信号进行分析处理，检测烟雾浓度，当浓度超过预设值时，发出声报警信号。通知相关人员进行灭火。并将传感器和单片机集中在小车上，构成一种能够自动检测火灾报警的微型机器人。本文主要实现了以单片机为核心控制器的消防报警机器人模型的功能结构、主要功能模块及其外围电路、以及实现程序流程进行设计．该模型通过从红外传感器模块进行寻迹，从而控制消防机器人的行进与搜索，在此基础上，通过红外传感器对火源进行识别，在其发现火源将发出报警信号，从而实现消防报警功能．实验室模拟测试表明了本设计的可行性。
关键词：烟雾，报警器，传感器 ，机器人。
Abstract
As the modern metal industry, a number of high-temperature materials have enabled a real place of fire robots greatly increased likelihood of fire officers and soldiers. As the fire is unpredictable and extremely dangerous, so the fire threat to people's lives and property has become a major hidden danger. Therefore, the use robot fire detection and timely fire became the best solution. How to use robots to engage in such dangerous work has become now a subject of research projects.This design is mainly using sensor technology and single-chip
microcomputer control automatic detection technology, automatic fire alarm system is designed, and the overall design of robot car is a car robot based on automatic detection extinguishing devices.
The design is to use sensor technology and microprocessor controlled automatic detection, automatic fire alarm system design is complete, the design of sensors to collect analyze and process the signals to detect the smoke concentration, when the concentration exceeds a preset value, the issue of acoustic alarm signals . Notify the relevant personnel in fire fighting. And sensors and microcomputer concentrated in the small car, constitute a fire alarm that automatically detect the micro-robot. This paper implements the controller chip microprocessor core functions of fire alarm robot model structure, function module and its peripheral circuits, and design to achieve the program flow. The model from the infrared sensor module tracing to control the fire road and the search robot, on this basis, through infrared sensors to identify the source of the fire, fire will be found in the alarm signal to achieve the fire alarm . Laboratory simulation tests show the feasibility of this design.
Keywords: smoke ，alarm,, sensor，robot
目录
1、绪论 ........................................................................................................................................... 1 1.1 课题背景 ................................................................................................................................. 1 1.2现状及特点和发展趋势 .......................................................................................................... 1 2、烟雾检测报警机器人的方案设计 ........................................................................................... 1 2.1烟雾检测报警机器人设计思路 .............................................................................................. 2 2.2烟雾传感器的选型 .................................................................................................................. 2 2.2.1烟雾传感器介绍 .................................................................................................................. 2 2.2.2烟雾传感器的选定 .............................................................................................................. 5 2.3烟雾检测报警机器人整体设计方案 ...................................................................................... 6 2.3.1烟雾检测报警机器人工作原理 .......................................................................................... 6 2.3.2烟雾检测报警机器人的结构和功能 .................................................................................. 6 3、 烟雾检测报警机器人的硬件设计 ......................................................................................... 7 3.1单片机的选型 .......................................................................................................................... 8 3.2烟雾检测报警机器人硬件电路设计 ...................................................................................... 8 3.2.1信号采集及前置放大电路 .................................................................................................. 8 3.2.2声音报警电路 .................................................................................................................... 10 3.2.3数码管显示电路 ................................................................................................................ 11 3.2.4状态指示灯及控制键电路 ................................................................................................ 12 3.2.5报警器故障自诊断电路 .................................................................................................... 13 4、 烟雾检测报警机器人的软件设计 ....................................................................................... 14 4.1 STC12系列单片机调试及开发工具 .................................................................................... 14 4.2烟雾检测报警器软件流程及设计 ........................................................................................ 14 4.2.1主程序设计及流程图 ........................................................................................................ 14 4.2.2中位值平均滤波法数字滤波子程序设计及流程图 ........................................................ 16 4.2.3插值法线性化处理子程序设计及流程图 ........................................................................ 17 4.2.4报警子程序设计及流程图 ................................................................................................ 19 4.2.5控制按键设计子程序及流程图 ........................................................................................ 20 5、报警机器人总体设计 ............................................................................................................. 21 5.1机器人简介 ............................................................................................................................ 21 5.2自动检测报警机器人的组成结构和工作方式 .................................................................... 21 结论 ............................................................................................................................................... 22 参考文献 ....................................................................................................................................... 24
1 绪论
1.1 课题背景
火灾自动报警机器人，一般由火灾探测器、区域报警器和集中报警器组成；也可以根据工程的要求同各种灭火设施和通讯装置联动，以形成中心控制系统。即由自动报警、自动灭火、安全疏散诱导、系统过程显示、消防档案管理等组成一个完整的消防控制系统。 火灾探测器是探测火灾的仪器，由于在火灾发生的阶段，将伴随产生烟雾、高温格火光。这些烟、热和光可以通过探测器转变为电信号报警或使自动灭火系统启动，及时扑灭火灾。 区域报警器能将所在楼层之探测器发出的信号转换为声光报警，并在屏幕上显示出火灾的房间号；同时还能监视若干楼层的集中报警器（如果监视整个大楼的则设于消防控制中心）输出信号或控制自动灭火系统。 集中报警是将接收到的信号以声光方式显示出来，其屏幕上也具体显示出着火的楼层和房间号，机上停走的时钟记录下首次报警时间性，利用本机专用电话，还可迅速发出指示和向消防队报警。此外，也可以控制有关的灭火系统或将火灾信号传输给消防控制室。
1.2 现状及特点和发展趋势
消防报警产品是一个系列产品，包括火灾探测设备、信息传输设备、报警分析控制器、消防控制联动。是物理传感技术、自动控制、计算机技术、数据传输和管理、智能楼宇等技术的综合集成，属于高新技术。依托中国多年的基本建设的发展，这个行业也得到发展，具备了和国外知名企业抗衡的能力。在目前中国许多冠名以高新技术的行业中，中国企业大多做的是下游的制造和服务，分取极少一部分的利润，象消防报警产品那样又拥有自我知识产权，又拥有大量市场的行业其实是很少的。在消防报警产品的技术含量上，国内产品和国外产品差距不是很大，许多指标已经超越，存在的问题是：类似于国外消防报警产品的大批量规模化的生产才刚起步，有待于积累经验和技术；也因此在产品一致性和长期稳定性上有一些差距；国内正在形成权重的大型企业和集团，这样可以带领国内的各家企业去冲击海外市场，并最终占领海外的消防报警市场。
发展趋势
二十多年前，中国的消防报警产品刚刚起步，无论产品技术含量、产品系列完整性、使用性，还是社会影响程度都是相当低的。国外的产品和品牌一统天下，占领中国的大部分市场。由于中国的建设正在飞速发展，市场大的惊人，难道这由中国发展带来的成果只能由外国企业来瓜分？可幸的是中国企业抓住了机遇，顶住了挑战，先是一批国家的科研院所，后是一批国营企业、民营企业，业内也吸引和凝聚一大批国内的技术和管理精英，花了十多年时间，通过几次产品更新换代，就使自己的产品紧紧跟上了国际水平，并且夺回了大部分国内市场，使得现在大多国外产品只有招架之功，这是典型的自力更生，走自己的路。当然目前而言，我们基本占据的是国内市场，对外还刚启动。中国企业正虎视眈眈，准备进军海外市场。
2 烟雾检测报警机器人的方案设计
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2.1 烟雾检测报警机器人设计思路
烟雾检测报警器是能够检测环境中的烟雾浓度，并具有报警功能的仪器，仪器的最基本组成部分应包括：烟雾信号采集电路、模数转换电路、单片机控制电路。烟雾信号采集电路一般由烟雾传感器和模拟放大电路组成，将烟雾信 号转化为模拟的电信号。模数转换电路将从烟雾检测电路送出的模拟信号转换成单片机可识别的数字信号后送入单片机。单片机对该数字信号进行 滤波处理，并对处理后的数据进行分析，是否大于或等于某个预设值(也 就是报警限)，如果大于则启动报警电路发出报警声音，反之则为正常状 态。为方便检测与监控，使仪器测试人员及用户能够直观地观察到环境中 的可燃烟雾浓度值，可将浓度值送到显示屏中。方便调节报警限，可以加入按键。为使报警装置更加完善，可以在声音报警基础上，加入光闪报警，变化的光信号可以引起用户注意，弥补嘈杂环境中声音报警的局限。以上是根据报警器应具备的功能，提出的整体设计思路。烟雾传感器及单片机是可燃烟雾检测报警器的两大核心，根据报警器功能的需要，选择合适、精确、经济的烟雾传感器及单片机芯片是 至关重要的。烟雾传感器的选型在下一节详细介绍。单片机作为硬件电路的核心，它的选型将在第三章详述
2.2 烟雾传感器的选型
烟雾传感器属于气敏传感器，是气-电变换器，它将可燃性气 体在空气中的含量(即浓度)转化成电压或者电流信号，通过A/D转换电路 将模拟量转换成数字量后送到单片机，进而由单片机完成数据处理、浓度 处理及报警控制等工作。传感器作为烟雾检测报警器的信号采集部分，是仪表的核心组成部分之一。由此可见，传感器的选型是非常重要的。
2.2.1 烟雾传感器介绍
(1)烟雾传感器的分类
烟雾传感器种类繁多，从检测原理上可以分为三大类： (a)利用物理化学性质的烟雾传感器：如半导体烟雾传感器、接触燃 烧烟雾传感器等。 (b)利用物理性质的烟雾传感器：如热导烟雾传感器、光干涉烟雾传 感器、红外传感器等。
(c)利用电化学性质的烟雾传感器：如电流型烟雾传感器、电势型气 体传感器等。 (2)烟雾传感器应满足的基本条件 一个烟雾传感器可以是单功能的，也可以是多功能的；可以是单一的实体，也可以是由多个不同功能传感器组成的阵列。但是，任何一个完整的烟雾传感器都必须具备以下条件：
(a)能选择性地检测某种单一烟雾，而对共存的其它烟雾不响应或低 响应； (b)对被测烟雾具有较高的灵敏度，能有效地检测允许范围内的烟雾 浓度； (c)对检测信号响应速度快，重复性好； (d)长期工作稳定性好； (e)使用寿命长；
(f)制造成本低，使用与维护方便。 (3)常见烟雾传感器简介
下面对工业上常用的几种烟雾传感器作简单介绍。 (a) 半导体烟雾传感器
半导体烟雾传感器包括用氧化物半导体陶瓷材料作为敏感体制作的烟雾传感器，以及用单晶半导体器件制作的烟雾传感器。自1962年半导体金属氧化物烟雾传感器问世以来，
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