基于单片机的温度报警系统开题报告

理工学院

毕业设计开题报告

题目：基于单片机的光纤温度报警系统检测

学生姓名：学号：

专业：电子信息工程

指导教师：刁彦华（副教授）

20##年 3月 5日

1．结合毕业设计课题情况，根据所查阅的文献资料，每人撰写2000字左右的文献综述：

1.1课题研究的必要性

随着信息时代的飞速发展，人们的生活已经发生重大的变化，目前，在很多场合下，温度已成为非常关键的因素，许多物理特性的变化都直接反映在温度的升降上，因此对温度的监测的意义越来越大。随着光纤应用技术的发展，基于拉曼散射原理的分布式光纤测温系统是目前世界上最先进、最有效的连续分布式温度监测系统。根据有关部门统计事故过程分析，全国每年发生的电缆故障和电缆隧道的火灾事故大多数是引文电缆中间头制作质量不良，压接头不紧，长期运行过热而烧穿绝缘引起的，因此该光纤温度报警系统以及相关设备的温度，并作出温度分析，异常时可报警提示。

随着电子技术和微型计算机的迅速发展，微机测量和控制技术得到了迅速的发展和广泛的应用。单片机具有处理能强、运行速度快、功耗低等优点，应用在温度测量与控制方面，控制简单方便，测量范围广，精度较高。温度是工业生产中常见并且十分重要的参数之一，特别是在冶金、石油、食品、印染等工厂中。光纤感温技术是近年来发展起来的一种实时、在线、多点的温度传感技术，可用于实时测量温度场。在分布式光纤温度传感系统中，光纤既是传感器又是信号传输通道，系统利用光纤所处空间温度场对光纤中的向后散射光信号进行调研，再经过信号调解、采集和处理将温度信息实时显示出来。在时间上，利用光纤中光波的传输速度和后向光回波的时间差，结合OTDR技术对所测温度点进行准确定位。分布式光纤感温系统中的检测光纤不带电、抗射频和电磁干扰，防燃、防爆、抗腐蚀、耐高压和强电磁场、耐电离辐射，能在有害的环境中安全运行，在很多高温、高热等恶劣环境下具有特殊优势，近年来已广泛应用于煤矿、隧道的火灾自动报警系统，也可用于油库、危险品库、军火库、工矿企业的生产车间、智能大厦、民用建筑屋内的温度检测和火灾报警系统。

1.2发展状况

近些年来随着工业生产及人民生活水平的提高，高效与安全越来越倍人们所重视，为了实现工业生产的高效与安全，对生产过程的各个环节进行检测是必不可少的手段，目前各种传感器技术已经被广泛应用于生产过程检测中，几十载民用的场合，也可以看到各个传感器技术的应用，如防盗报警中的红外传感器，光纤报警系统等。在各个传感器技术中。光纤传感器是近几年得到的迅速发展的技术，目前已经能够用光纤传感器实现了压力、温度、震动。电流、电影、磁场等物理量检测，这些应用都归功一光纤固有的特点，这就是体积小质量轻带来的结构简单，使用方便，耐高压，耐高温和扛电子干扰带来的安全可靠，长的作用距离带来的高灵敏度。

光纤温度系统就是这样一种实时测量空间温度场分布的高新技术产品，它不仅具有普通光纤传感器的优点，还具有对光纤沿线个点的温度的分布式传感能力，利用这种特点我们可以联系实时测量光纤沿线几公里内各点的温度，定位精度可达迷的量级，测温精度可达1度的水平，非常适用于大范围多点测量的应用场合，因此这种光纤传感器在高压电力电缆，大型发电机定子，大型变压器、锅炉等设施的温度定点传感场合具有广泛的应用，因为在这些场合如果采用传统额分散式传感器逐点检测，不仅安装困难，而且整个系统会结构庞大，使用不便，电力设施的强电磁干扰也会影响到测量的可靠性。

1.3光纤温度系统应用范围

1.3.1 电力电缆温度监测

电力电缆的在线实时温度监测，具有重大现实意义:

运行状态监测，有效监测电缆在不同负载下的发热状态，积累历史数据；

载流量分析，可以保证在不超过电缆的允许运行温度的情况下，最大地发挥电缆的传输能力，降低运行成本；

老化监测，发现电缆上的局部过热点。及时采取降温措施，延缓电缆老化速度；实

时故障监测，发现电缆运行过程中的外力破坏；

电缆沟内火情监测与报警；

1.3.2 高压架空线的增容

在欧洲还广泛应用于高压架空线的增容监测。通过对关键跨的导线温度监测，提高整条架空线路的输送容量。在法国里昂，巴黎等地具有成功实例。

1.3.3 发电厂，大型冶金企业电缆沟防火及火情监测

电缆沟防火直接关系到发电机组的安全运行。根据电力事故分析，由于电缆故障引起的火灾事故占相当大比例。火灾一旦发生，会导致大面积电缆烧毁，机组被迫停机，造成重大直接经济损失。实时温度监测可以提前预警，以便及时采取措施。传统的测温方法是将某些点式温度传感器安装在电缆沟的重要部位，用光缆进行温度数据传送，其优点是比较经济，但存在安装繁琐，抗电磁干扰能力低，监测不完整等缺点。

1.3.4 交通运输领域的温度监测和火情监测

如：高速公路隧道、过江隧道，地铁、铁路、机场、船舱等防火，火情监测。10个报警输出，可同时启动强制通风，关闭火灾通道，通知医疗救援和指挥中心等。

1.3.5 重要区域的温度测量和监控

如：发电厂电缆沟/桥架、电厂锅炉、变电站设备、输煤系统传输带、计算机房、

电视台、通信机房、移动基站、控制机房、电线电缆通道等。

1.3.6 危险区域的温度测量和监控（设备简单、无外加电源，受监控的区域不带电）

如：油罐、气罐、煤仓、危险品仓库等。

1.3.7 大面积、大范围的温度测温和监控

如：粮仓、冷库、货仓、造纸厂、酒厂、制药厂、饮料厂、烟厂等。

1.3.8 压力容器表面温度测量和监控

如：气化炉、反应罐等。

1.3.9 大型电力变压器内部温度监测

根据变压器的温度监测要求布置光缆，光缆所到之处，温度实时显示。

1.4课题研究的优势

1.4.1 检测点连续，可以全面检测被监视对象的各点的情况。检测范围大。可综合利用设置多级温度报警/温升速率/温升趋势来进行连续监测，可在任何时间准确显示任何一点的温度状态，在火灾发生前早期预警

1.4.2 光纤，不怕干扰，不怕高压，没有击穿、烧毁等担心。

1.4.3 光信号，不受电力设备的电磁干扰。不受电磁干扰，综合智能判断，无误报。因其不带电，故使用于特殊危险场合

1.4.4 光纤，探头与信号通道一体，不怕干扰，不怕高压，系统简单安全。智能化的系统，准确及时判断温度变化的类型，显示事故点温度读数及位置。（精度：±0.5℃-±2℃，1m-4m）

1.4.5 信号处理技术检测：光电技术；传输：光信号处理：高速数字技术

1.4.6 系统可靠性高，取决于主机。长距离监测（10公里或更长）用一根光缆即可完成，利用软件分区，系统非常简单可靠，免维护

1.4.7 不带电，抗射频和电磁干扰、防燃、防爆、抗腐蚀、耐高压和强电磁场、耐辐射，能在各种有害的环境中工作。

1.5课题研究的关键技术

据资料显示，智能光纤报警系统项目，由多名在美国高科技领域工作十多年的留美博士、硕士，历时三年，投入资金300万元进行研究。与传统安防产品相比，智能光纤报警系统仅用一根普通光缆，就可对超大范围内的入侵信号进行有效监控，在100公里的监控范围内对入侵地点进行实时精确定位，精度可以达到3米左右，具有非常可靠的高灵敏度以及低误报率。同时该系统还具有很强的抗破坏能力，即使传感光缆遭到入侵者恶意剪断，系统仍然能够继续提供有效的定位报警能力而不会陷入瘫痪状态。

这种智能光纤报警系统可以应用于很多领域：如政府设施、军事基地、机场、银行、监狱、学校、住宅小区、化工厂、核电站、水库等闭合围界的入侵报警，以及铁路、石油、燃气输油管道、通讯线路等长距离线缆的监测和维护。

据悉，目前适用于家庭、小商店、住宅小区、养殖场、果林的低成本报警系统，已经研发完成并进入了用户试用阶段，今年夏季即可投入市场销售。由于该系统采用多项专利技术，使原本昂贵的光纤传感入侵报警系统的制造成本大幅降低，预计一套3000元左右就可实现。

另外，该系统正在研发中的用于长距离报警的高端系统，具有准确报警和精准定位双重功能，可适用于大型重点工程的防护，如对埋于地下的长距离石油管道等进行漏油、防盗、维护等方面的精准定位报警。该高端系统，综合性能指标处于国际领先水平，预计20##年后期将在一些部队进行野外实测。

根据查询资料得知，由单片机控制的温度报警系统具有非常可靠的高灵敏度以及低误报率，该系统在设计上主要是通过光纤温度传感器对温度进行采集，把温度转化为可变的电压信号，然后有放大器将信号放大，通过A/D转换器，将模拟温度电压信号转化成对应的数字温度信号电压。其硬件设计核心器件是89C51单片机。整个系统结构紧凑，简单可靠，操作灵活，功能强大，性价比较高。

参考文献

[1]赵丽娟，邵欣基于单片机的温度监控系统的设计与实现.机械制造,2006

[2]张开生，郭国法. MCS-51单片机温度控制系统的设计.微计算机信息,2005

[3]沙占友,沙占为. 数字万用表的原理、使用与维修.北京：电子工业出版社，1996

[4]金伟正. 单线数字温度传感器的原理与应用.电子技术应用. 2000

[5]白玉,于世明. 单片机在温控系统中的应用.辽宁教育学院学报.2002

[6]邹林森. 光纤与光缆 . 《光通信研究》1999

[7]Liu,J.:Practical near infrared spectroscopy.Science Press,Beijing 2008

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laser spontanrous raman scattering in optical fiber [J].Acta photonics 1996

[9]沙占友, 唱春来, 范志广. 由DS1820组成的单线数字温度计原理与应用. 电测与仪表，1999

[10]吴洪潭，肖艳萍，赵伟国.单片机原理及应用系统设计[M].北京：国防工业出版社，2005.

[11] 沙占友.王晓君.数字化测量.北京：机械工业出版社，2009

[12] 张开生，郭国法.MCS-51单片机温度控制系统的设计.微计算机信息,2005

2．本课题要研究或解决的问题和拟采用的研究手段及途径：

2.1 本课题要研究或解决的问题

本设计采用以AT89C51单片机作为控制核心实现光纤温度报警系统的研究。该系统由光纤温度检测系统检测温度，基于光纤测温系统中检测光纤不带电，抗射频和电磁干扰，防燃，防爆，抗腐蚀的优点，可以实现在很多高温、高热等恶劣环境下具有特殊的优势，可以应用在很多特殊的场合。当有不安全情况(如火灾)发生时，报警系统会自动发送信号至单片机控制系统，单片机将输入的温度值进行数据处理，并将温度值与设定的温度值上下限进行比较。根据比较结果进行相应的处理。由单片机控制系统自动发出报警信号，以便及时处理。确保报警系统的稳定性和可靠性。

2.2本课题拟采用的研究手段及途径

硬件设计上采用美国DALLAS公司的智能温度传感器DS18B20，该传感器具有灵敏度高，测温范围广，体积小，精度高等特点，而且CPU只需一根端口线就能与诸多DS18B20通信，占用微处理器的端口较少，可节省大量的引线和逻辑电路。非常适合远距离多点温度检测。现场温度检测直接以一线总线的数字方式传输，大大提高了系统的抗干扰性。

程序设计上采用Atmel公司生产的89C51作为控制器，属于AT89系列。兼容MCS—51指令系统。使用汇编语言编程，增加了程序的可读性和操作性。

对于本次设计开发过程中的具体安排如下：

熟悉了解关于电子电路和单片机汇编语言的基础知识；

根据系统的要求制定设计方案；

根据要求进行电路原理图和PCB版图设计；

根据要求进行控制和测温汇编程序的编写；

系统调试，最终完成整体设计。(总体思路设计如下图)