基于硬件描述语言的早期火灾监测报警电路设计

论文总字数：25876字

摘 要

随着城市发展，林立的高楼和密集的住宅区成为了城市的标志。同时火灾也更普遍，杀伤性更大。为了降低火灾的伤亡率，本文设计了一种早期火灾报警电路。

本文在了解国内外火灾报警系统研究现状的基础上，提供了早期火灾报警系统的硬件电路和软件设计方案。硬件电路方面，本系统主要从温度、烟雾两方面进行检测，通过传感器收集温度信息和烟雾信息，传感器构成本系统的外围电路。传感器采集的信息交给FPGA开发板来实现火灾报警功能。软件设计方面，电路模块的设计采用硬件描述语言进行编程，使用Quartus II对代码进行编译和综合，最后通过Modelsim进行仿真。

本文的目的是设计一种适用于住宅等小型防火单位的早期火灾监测装置，具备以下功能：采集周围环境温度信息的功能；采集周围环境气体或者烟雾信息的功能；判断周围环境是否符合火灾特征的功能；检测到火灾时自动报警的功能。最后，本系统实现了廉价实用、简单、稳定可靠的目标。

关键词：早期火灾，现场可编程门阵列，传感器

Abstract

With the development of the city, tall buildings and dense residential areas are the symbol of a city. At the same time, fire is more common and more lethal. In order to reduce the casualty rate of fire, this paper provides the hardware circuit and software design scheme of the early fire alarm system on the basis of understanding the current situation of automatic fire alarm at home and abroad. The system’s external circuit design includes two aspects of detection, temperature and smoke. Sensors which collect temperature information and smoke information are connected to the FPGA board, the circuit modules are designed through the hardware description language programming, the Quartus II which is for compilation and synthesis and Modelsim which is for simulation.

The purpose of this paper is to design an early fire monitoring device suitable for small fire units such as residential buildings.The device can monitor the real-time temperature collection of the environment and detect whether there is fire smoke in the monitoring environment. Also, when the monitoring environment has fire smoke or abnormal high temperature, the device can generate real-time alarm signal. At the same time, the system has an advantage of price, practicality, stability and reliability.

KEY WORDS: early fire, FPGA, sensor

目 录

摘 要 I

Abstract I

第一章 绪论 1

1.1课题研究背景和意义 1

1.2课题研究现状 1

1.2.1温度探测技术 2

1.2.2烟雾探测技术 2

1.2.3感光/火焰探测技术 2

1.2.4气敏探测技术 2

1.2.5复合式探测技术 3

1.3本文研究内容和方法 3

1.4论文组织结构 3

第二章 软硬件平台介绍 5

2.1 FPGA开发板介绍 5

2.2 FPGA内部构造简介 5

2.3 QuartusII简介 7

2.4 DS18B20温度传感器器件介绍 7

2.5 MQ-2烟雾传感器器件介绍 8

第三章 火灾报警系统设计 9

3.1系统总体设计 9

3.1.1设计方案的确定 9

3.1.2系统框图 10

3.2模块设计 10

3.2.1温度传感器模块设计 10

3.2.2烟雾传感器模块设计 11

3.2.3报警判断模块设计 12

3.2.4温度阈值设定模块设计 12

第四章 火灾报警系统的实现 14

4.1系统流程 14

4.2温度设定模块的实现 15

4.3数码管显示模块的实现 15

4.4声光报警模块的实现 16

第五章 系统测试以及功能验证 17

5.1实物连接 17

5.1.1温度传感器DS18B20 17

5.1.2烟雾传感器MQ-2 18

5.1.3数码管 19

5.2管脚配置 19

5.3系统调试与仿真 20

5.4电路综合和布局布线 21

5.5功能验证和实际效果 22

第六章 结束语 25

致谢 26

参考文献 27

附录 28

第一章 绪论

1.1课题研究背景和意义

随着社会的高速发展，城市中的一座座高楼和一片片住宅区兴起。与此同时，城市变得更挤了，火灾变得更多了，损失变得更大了。每年大火无情地吞噬了无数楼宇，摧毁了无数家庭，夺走了无数社会财产。总体而言，我国火灾报警电路系统的应用相对于欧美等发达国家晚了不少。虽然在影院剧场、大型商场、连锁旅馆、货物仓库、重要研究基地等场所设有区域集中式的火灾报警系统，但是自成体系，自我封闭。最重要的是，目前在民宅、机房、办公室等小型单位还是缺乏火灾报警装置。2016年，国内一共产生了三十多万起火灾，受伤死亡人数达三千，算上大火燃烧造成的直接损失和各种医疗费等间接损失，一共损失了三十多亿。其中住宅火灾伤亡比例最高，占80.2%，夜间火灾伤亡率较大。由此可知，我国普通住宅缺乏火灾监测报警装置，尤其是夜间，人们警惕性降低，火灾监测报警装置变得愈发关键和重要。如果在火灾初期能够报警，那么就能在早期将其扑灭，最大化减轻火灾造成的损失，及时挽救生命和减少经济损失。错失了早期的灭火时机，一旦火势蔓延开来，后果是不堪设想的。综上所述，人们对于火灾的监测报警的需求正日益上升。

1.2课题研究现状

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