基于传感器网络的报警系统设计文献综述
2020-05-02 05:05
(1)研究背景
火灾作为一种在时空上失去控制的燃烧所引发的灾害，对人类生命财产和社会安全构成了极大的威胁。由此引发的重大安全事故比皆是，所以人类一直也未停止过对它的研究。
火灾早已成为我国常发性和破坏性以及影响力最强的灾害之一。随着经济和城市建设的快速发展，城市高层、地下建筑以及大型综合性建筑日益增多，火灾隐患也大大增加，火灾发生的数量及其造成的损失呈逐年上升趋势。
无线传感器网络WSN（Wireless Sensor Network）即是由大量传感器节点通过无线通信方式形成的一个多跳的自组织网络系统，它能够实现数据的采集量化、处理融合和传输。传感器、感知对象和观察者构成了传感器网络的三个要素，无线传感网络综合了微电子技术、嵌入式计算技术、现代网络及无线通信技术、分布式信息处理技术等先进技术。它能够协同地实时监测、感知和采集网络覆盖区域中各种环境或监测对象的信息并对其进行处理，处理后的信息通过无线方式发送，并以自组多跳的网络方式传送给观察者。具体的来讲，WSN兼具感测、运算与网络的能力，通过传感器来侦测周围环境如温度、湿度、光照、气体浓度、震动幅度等，并由无线网络将搜集到的信息传送给监控者，监控者解读报表信息后便可掌握现场状况进而维护和调整相关系统。伴随着无线传感器网络的快速发展，以及人们对居住环境的要求越来越高，将无线传感器网络应用到火灾报警系统将是一种必然的选择。无线传感器网络技术为基础设计了一套火灾报警系统，并通过使用烟雾传感器、温度传感器和火焰传感器来监测火灾信号，便于进行火灾救援。该系统的试制成功，具有较高的经济效益、社会效益和推广应用价值。通过项目可以开拓眼界，增进求实创新的能力，培养敢于思考，积极动手的行为习惯，并且最终达到完成用于火灾探测报警系统的无线传感器的设计开发工作能力。
（2）国内外研究现状
在国外，光电传感器技术已广泛地运用到各国军事技术、航空航天、检测技术以及车辆工程等诸多领域。例如，军事上，国外激光制导技术迅猛发展，使导弹发射的精度和射中目标的准确性大幅度提高；美国在航空航天领域，研制出了新型高精度高耐性红外测温传感器，使其在恶劣的环境中仍能高精度测量出运行中的飞行器各部分温度；国外的城市交通管理也大多运用电子红外光电传感器进行路段事故检测和故障排解的指挥；同时，国外现有汽车中常装载有新型光电传感器，如激光防撞雷达、红外夜视装置、测量发动机燃料特性、压力变化并用于导航的光纤陀螺等。
在国内，传感器行业发展迅速，传感器市场近些年一直持续增长，势头良好，主要应用于工业制造、汽车产品、电子通讯和专用设备，其中工业制造和汽车产品达到市场份额的三分之一。传感器给我国的迅速发展带来了无限商机，西门子、霍尼韦尔、凯乐、横河等传感器大企业纷纷进入我国市场，这为我国工业设备制造商和汽车制造业等传感器最终消费者带来了很大便利，但也对国内传感器行业施加了很大压力。国内传感器产品存在的主要问题是：品种少，质量较差；制造工艺技术相对落后；生产企业不掌握先进的核心制造技术；高性能传感器的科研成果转化率较低。
我国传感器产品的品种繁多，主要产品有：温度传感器、压力传感器、重量传感器、流量传感器、液位传感器、氧敏传感器、力敏传感器、气敏传感器、分析仪表等。本次毕业设计主要采用了DS18B20温度传感器、mq-2烟雾传感器等。
{title}2. 研究的基本内容与方案
{title}| 2.研究内容、拟采用的技术方案及措施 一、研究内容 1. 了解各种传感器的作用应用； 2. 设计主控电路、烟雾探测器电路、声光报警提示电路等； 3. 学习了解各种单片机的功能作用并选择合适型号； 4. 学习火灾报警器的测试； 5. 进行系统流程框图的设计； 二、技术方案 火灾报警器，主要检测温度和烟雾，再通过单片机控制相应的报警和驱动负载。通过液晶显示当前的烟雾值和温度值，通过按键设定相应的阀值。 该项目主要是为了完成任务，包括： ⑴硬件部分：包括传感器的选择，显示模块的选择，烟雾信号转换电路的设计，报警驱动电路的设计。 （2）软件部分：包括微处理器控制程序的编制和原理图的绘制。 （3）系统的综合调试与分析：在软硬件完成以后，要对系统进行综合的测试与实验，分析系统的可靠性与实用性，调整系统的不足。 本设计主要由烟雾探测传感器电路、单片机、灯光报警电路、负载驱动电路、控制程序和编解码程序等组成。 系统的组成结构如下：
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| 参考文献 [1] 林新霞, 郭建辉．传感器技术发展与前景展望[J]．工业仪表与自动化装置，2011. [2] 瞿雷，刘盛德，胡咸斌．ZigBee技术及应用[M]．北京：航空航天大学出版社，2007． [3] 潘恒曦，辛旺，范蟠果．Zigbee在无线传感器网络中的应用[J]．机械与电子，2010. [4] 房晶, 吴昊, 白松林. 嵌入式无线传感器网络节点与通信平台的构建[J]．中国科技论文在线，2010. [5] 王文光，刘士兴，谢武军．无线传感器网络概述[J]．合肥工业大学学报(自然科学版)，2010. [6] 居滋培，膜枉麒，于林丽，孟丽霞，林燕凌，王斌.热电元件性能测试系统的电路设计[J]. 仪器技术与传感器，2006年（第12期号）：52-55. [7]樊尚春. 传感器技术及应用[M]. 北京：北京航空航天大学出版社，2010. [8]陈权昌,李兴富.单片机原理及应用[M].广州:华南理工大学出版社,2007.8 [9]李庆亮.C语言程序设计实用教程[M].北京:机械工业出版社,2005.3 [10]杨志忠.数字电子技术[M].北京:高等教育出版社,2003.12. [11]及力.Protel 99 SE原理图与PCB设计教程[M].北京:电子工业出版社,2007.8. [12]胡宴如.模拟电子技术[M].北京:高等教育出版社,2008.6 [13] 康华光.电子技术基础数字部分[M].北京:高等教育出版社,2008. [14]Jianfeng Wu,Huibin Qin.The Design of Wireless Intelligent Home System Base on ZigBee[J].2017 11th IEEE International Conference on Communication Technology Proceedings[M].73-76. [15]Transforming car glass into microphones using piezoelectric transducers copy; Springer-Verlag Berlin Heidelberg 2016 [16]ZigBee：Wireless Technology for Low-Power Sensor Networks[EB/OL]http://wenku.baidu.com/view/a52cceecf8c75fbfc77db236.html． |
(1)研究背景
火灾作为一种在时空上失去控制的燃烧所引发的灾害，对人类生命财产和社会安全构成了极大的威胁。由此引发的重大安全事故比皆是，所以人类一直也未停止过对它的研究。
火灾早已成为我国常发性和破坏性以及影响力最强的灾害之一。随着经济和城市建设的快速发展，城市高层、地下建筑以及大型综合性建筑日益增多，火灾隐患也大大增加，火灾发生的数量及其造成的损失呈逐年上升趋势。
无线传感器网络WSN（Wireless Sensor Network）即是由大量传感器节点通过无线通信方式形成的一个多跳的自组织网络系统，它能够实现数据的采集量化、处理融合和传输。传感器、感知对象和观察者构成了传感器网络的三个要素，无线传感网络综合了微电子技术、嵌入式计算技术、现代网络及无线通信技术、分布式信息处理技术等先进技术。它能够协同地实时监测、感知和采集网络覆盖区域中各种环境或监测对象的信息并对其进行处理，处理后的信息通过无线方式发送，并以自组多跳的网络方式传送给观察者。具体的来讲，WSN兼具感测、运算与网络的能力，通过传感器来侦测周围环境如温度、湿度、光照、气体浓度、震动幅度等，并由无线网络将搜集到的信息传送给监控者，监控者解读报表信息后便可掌握现场状况进而维护和调整相关系统。伴随着无线传感器网络的快速发展，以及人们对居住环境的要求越来越高，将无线传感器网络应用到火灾报警系统将是一种必然的选择。无线传感器网络技术为基础设计了一套火灾报警系统，并通过使用烟雾传感器、温度传感器和火焰传感器来监测火灾信号，便于进行火灾救援。该系统的试制成功，具有较高的经济效益、社会效益和推广应用价值。通过项目可以开拓眼界，增进求实创新的能力，培养敢于思考，积极动手的行为习惯，并且最终达到完成用于火灾探测报警系统的无线传感器的设计开发工作能力。
（2）国内外研究现状
在国外，光电传感器技术已广泛地运用到各国军事技术、航空航天、检测技术以及车辆工程等诸多领域。例如，军事上，国外激光制导技术迅猛发展，使导弹发射的精度和射中目标的准确性大幅度提高；美国在航空航天领域，研制出了新型高精度高耐性红外测温传感器，使其在恶劣的环境中仍能高精度测量出运行中的飞行器各部分温度；国外的城市交通管理也大多运用电子红外光电传感器进行路段事故检测和故障排解的指挥；同时，国外现有汽车中常装载有新型光电传感器，如激光防撞雷达、红外夜视装置、测量发动机燃料特性、压力变化并用于导航的光纤陀螺等。
在国内，传感器行业发展迅速，传感器市场近些年一直持续增长，势头良好，主要应用于工业制造、汽车产品、电子通讯和专用设备，其中工业制造和汽车产品达到市场份额的三分之一。传感器给我国的迅速发展带来了无限商机，西门子、霍尼韦尔、凯乐、横河等传感器大企业纷纷进入我国市场，这为我国工业设备制造商和汽车制造业等传感器最终消费者带来了很大便利，但也对国内传感器行业施加了很大压力。国内传感器产品存在的主要问题是：品种少，质量较差；制造工艺技术相对落后；生产企业不掌握先进的核心制造技术；高性能传感器的科研成果转化率较低。
我国传感器产品的品种繁多，主要产品有：温度传感器、压力传感器、重量传感器、流量传感器、液位传感器、氧敏传感器、力敏传感器、气敏传感器、分析仪表等。本次毕业设计主要采用了DS18B20温度传感器、mq-2烟雾传感器等。
