基于51單片機(jī)智能家庭煙霧火災(zāi)檢測(cè)報(bào)警系統(tǒng)

屆 別 2013 屆 學(xué) 號(hào) 畢業(yè)設(shè)計(jì)智能家庭煙霧檢測(cè)火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng) 姓 名 系 別 、 專 業(yè) 導(dǎo) 師 姓 名 、 職 稱 完 成 時(shí) 間 淘寶搜店鋪：79211940目錄摘要 .3Abstract.41 緒論 .51.1 課題背景 .51.2 設(shè)計(jì)概述 .51.3 煙霧報(bào)警器的國(guó)內(nèi)外現(xiàn)狀 .61.4 煙霧報(bào)警器的發(fā)展趨勢(shì) .61.5 設(shè)計(jì)任務(wù)分析 .72 總體方案設(shè)計(jì) .72.1 煙霧檢測(cè)傳感器選型 .82.2.1 煙霧傳感器的介紹 .92.2.2 MQ-2 半導(dǎo)體氣體煙霧傳感器 .122.2 單片機(jī)選型 .132.2.1 STC89C52 單片機(jī)簡(jiǎn)介 .132.2.2 單片機(jī)的引腳功能描述 .142.1.3 溫度采集模塊 .153 系統(tǒng)的硬件電路 .163.1 單片機(jī)最小系統(tǒng) .163.2 單片機(jī)的時(shí)鐘電路與復(fù)位電路設(shè)計(jì) .173.3 煙霧檢測(cè) AD 采集電路 .173.4 顯示模塊 .183.5 聲音報(bào)警電路 .183.6 按鍵控制電路 .193.7 電源模塊 .193.8 溫度傳感器(DS18B20)電路 .203.8.1 DSl8B20 簡(jiǎn)介 .203.8.2 DSl8B20 具體參數(shù)及工作方式 .223.8.3 18B20 接口電路 .234 系統(tǒng)軟件的設(shè)計(jì) .254.1 系統(tǒng)主程序設(shè)計(jì)及流程圖 .255 硬件調(diào)試及調(diào)試中遇到的問題 .256 電路的調(diào)試 .267 總結(jié)評(píng)價(jià) .26致謝 .271參考文獻(xiàn) .28附件一：總體原理圖設(shè)計(jì) .29附件二：部分程序源代碼 .29附件三：實(shí)物圖 .442摘要 隨著社會(huì)和經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，防火工作越來越重要，但是目前國(guó)內(nèi)的許多研發(fā)都側(cè)重于大型場(chǎng)所的火災(zāi)報(bào)警。因此，我們就有必要研制一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、經(jīng)濟(jì)實(shí)用的家庭煙霧報(bào)警器以適應(yīng)市場(chǎng)的需求?；诠┘彝ナ褂玫臒熿F報(bào)警器應(yīng)該具備的基本要求和功能，文章設(shè)計(jì)了一種比較適合的煙霧報(bào)警器。本設(shè)計(jì)以傳感器和單片機(jī)作為煙霧報(bào)警器設(shè)計(jì)的核心器件，配合其它器件即可實(shí)現(xiàn)聲光報(bào)警、自動(dòng)排煙換氣和消防滅火等功能。設(shè)計(jì)中單片機(jī)選用 STC89C52 作為控制器件，傳感器選用 MQ-2 型半導(dǎo)體可燃?xì)怏w敏感元件煙霧傳感器實(shí)現(xiàn)煙霧的檢測(cè)。煙霧報(bào)警器主要由煙霧信號(hào)采集及前置放大電路、模數(shù)轉(zhuǎn)換電路、單片機(jī)控制電路、顯示電路、聲光報(bào)警電路和安全保護(hù)電路構(gòu)成，設(shè)計(jì)合理、簡(jiǎn)單易懂、價(jià)格低廉，使單片機(jī)在煙霧報(bào)警系統(tǒng)的控制中得到充分應(yīng)用，具有一定的實(shí)用價(jià)值。論文主要針對(duì)煙霧報(bào)警系統(tǒng)中的各個(gè)組成部分及功能進(jìn)行了詳細(xì)的介紹和說明，并對(duì)其主控電路和外圍設(shè)備電路之間的接口連接方式，以及系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)進(jìn)行了重點(diǎn)的分析和講解。關(guān)鍵字：煙霧報(bào)警器；單片機(jī)；傳感器 3AbstractWith the development of society and economy, the fire work is more and more important, but many of the current domestic research are focused on the large space fire alarm.Therefore, it is necessary to design a simple structure, economical and practical family smoke alarm to adapt to the needs of the market.The basic requirements of the smoke alarm for household use based on should have and function, this paper designs a smoke alarm is suitable for the.The design of the sensor and single-chip microcomputer as the core device smoke alarm design, with other devices can achieve sound and light alarm, automatic exhaust ventilation and fire extinguishing function.Design of single chip STC89C52 is selected as the control device, the selection of sensor for detection of MQ-2 type semiconductor gas sensitive element smoke sensor smoke.The smoke alarm is mainly composed of smoke signal acquisition and the preamplifier circuit, analog-digital conversion circuit, single-chip microcomputer control circuit, display circuit, alarm circuit and protection circuit, reasonable design, simple, low price, make full use of MCU alarm system in the control of the smoke, and has a certain practical value.The main thesis of the smoke alarm system for the various components and functions are introduced and explained, and the connection mode of the main control circuit and peripheral equipment circuit interface, and the software design of the system is analyzed and the explanation of the key. Key words:The smoke alarm; MCU; sensor4淘寶搜店鋪：79211941 緒論1.1 課題背景隨著科技的發(fā)展，越來越多的巨大的隱患由于工業(yè)生產(chǎn)和人們的日常生活而產(chǎn)生。為了早期發(fā)現(xiàn)和通報(bào)火災(zāi)，防止和減少火災(zāi)危害，保護(hù)人身和財(cái)產(chǎn)安全。保衛(wèi)社會(huì)主義現(xiàn)代化建設(shè)，防止火災(zāi)引起燃燒、爆炸等事故，造成嚴(yán)重的經(jīng)濟(jì)損失，甚至危及生命安全。為了減少這類事故的發(fā)生，就必須對(duì)煙霧進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)實(shí)時(shí)檢測(cè)，采用先進(jìn)可靠的安全檢測(cè)儀表，嚴(yán)密監(jiān)測(cè)環(huán)境中煙霧的濃度， 及早發(fā)現(xiàn)事故隱患，采取有效措施，避免事故發(fā)生，才能確保工業(yè)安全和 家庭生活安全。因此，研究煙霧的檢測(cè)方法與研制煙霧報(bào)警 器就成為傳感器技術(shù)發(fā)展領(lǐng)域的一個(gè)重要課題。 1.2 設(shè)計(jì)概述單片機(jī)及煙霧傳感器是煙霧報(bào)警器系統(tǒng)的兩大核心。單片機(jī)好比一個(gè)橋梁，聯(lián)系著傳感器和報(bào)警電路設(shè)備。近幾年來，單片機(jī)已逐步深入應(yīng)用到工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)各部門及人們生活的各個(gè)方面。各種類型的單片機(jī)也根據(jù)社會(huì)的需求而開發(fā)出來。單片機(jī)是器件級(jí)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，實(shí)際上它是一個(gè)微控制器或微處理器。由于它功能齊全，體積小，成本低，因此它可以應(yīng)用到所有電子系統(tǒng)中。同樣，它也可以廣泛應(yīng)用于報(bào)警技術(shù)領(lǐng)域，使各類報(bào)警裝置的功能更加完善，可靠性大大提高，以滿足社會(huì)發(fā)展的需要。而傳感器作為信息技術(shù)系統(tǒng)的“感官”器件，如果沒有“感官”感受信息，或者“感官”遲鈍，都難以形成高精度、高速度的控制系統(tǒng)。美國(guó)曾把二十世紀(jì)八十年代稱為傳感技術(shù)時(shí)代，日本更是把傳感技術(shù)列為十大技術(shù)之首。所以，根據(jù)報(bào)警器功能的需要，選擇合適、精確、經(jīng)濟(jì)的煙霧傳感器和單片機(jī)芯片是至關(guān)重要的。在本論文中的最主要的設(shè)計(jì)是選 STC89C52 單片機(jī)和 MQ-2 半導(dǎo)體氣體煙霧傳感器為核心器件。 目前，現(xiàn)代建筑都會(huì)有選擇地安裝不同功能的煙霧自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)。因?yàn)闊熿F自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)是建筑物的神經(jīng)系統(tǒng)，它能夠感受、接收著發(fā)生火災(zāi)的早期信號(hào)并及時(shí)報(bào)警，發(fā)出警報(bào)同時(shí)告知用戶和周邊居民。它就像是一個(gè)個(gè)稱職的更夫，給居住、忙碌或是休息在家庭中的人們以極大的安全感。在火災(zāi)的早期階段，準(zhǔn)確的探測(cè)到火情并迅速報(bào)警，對(duì)于及時(shí)組織有序快速疏散、積極有效地控制火災(zāi)的蔓延、快速滅火和減少火5災(zāi)對(duì)居住人群的損失都具有重要的意義。1.3 煙霧報(bào)警器的國(guó)內(nèi)外現(xiàn)狀 國(guó)外從 20 世紀(jì) 30 年代開始研究及開發(fā)煙霧傳感器，且發(fā)展迅速，一 方面是因?yàn)槿藗儼踩庾R(shí)增強(qiáng)，對(duì)環(huán)境安全性和生活舒適性要求提高；另 一方面是因?yàn)閭鞲衅魇袌?chǎng)增長(zhǎng)受到政府安全法規(guī)的推動(dòng)。據(jù)有關(guān)統(tǒng)計(jì)，美 國(guó) 1996 年2002 年煙霧傳感器年均增長(zhǎng)率為 27%30%。隨著傳感器生產(chǎn) 工藝水平逐步提高，傳感器日益小型化、集成度不斷增大，使得煙霧檢測(cè) 儀器的體積也逐漸變小，提高了煙霧檢測(cè)儀器的便攜性，更加利于生產(chǎn)、運(yùn)輸及市場(chǎng)推廣。 1963 年 5 月，日本開發(fā)完成第一臺(tái)接觸燃燒式家用燃?xì)庑孤﹫?bào)警器，次年 12 月其改良產(chǎn)品問世，改良的報(bào)警器可以檢測(cè)燃?xì)?、一氧化碳等?體，可以安裝在浴室或者采用集中監(jiān)視。 我國(guó)在 70 年代初期開始研制煙霧報(bào)警器，生產(chǎn)型號(hào)多樣、品種較齊全，應(yīng)用范圍也由單一的煉油系統(tǒng)擴(kuò)展到幾乎所有危險(xiǎn)作業(yè)環(huán)境的各種類型報(bào)警器，產(chǎn)品數(shù)量也在不斷增加。但主要是在引進(jìn)國(guó)外先進(jìn)的傳感器技術(shù)和先進(jìn)的生產(chǎn)工藝基礎(chǔ)上，進(jìn)行研究與開發(fā)形成自己的特色。近年來，在煙霧選擇性和產(chǎn)品穩(wěn)定性上也有很大進(jìn)步。燃?xì)鈭?bào)警器可分為民用火災(zāi)煙霧報(bào)警器、工業(yè)用煙霧報(bào)警器、 有毒有害煙霧報(bào)警器三大系列產(chǎn)品。(1) 民用火災(zāi)煙霧報(bào)警器 民用火災(zāi)煙霧報(bào)警器為居民家庭用的火災(zāi)報(bào)警器,一般安裝在廚房，遇到火災(zāi)產(chǎn)生的煙霧時(shí)時(shí)，報(bào)警器可發(fā)出聲光報(bào)警，或同時(shí)伴有數(shù)字顯示，同時(shí)聯(lián)動(dòng) 外部設(shè)備。有的報(bào)警器可自動(dòng)開啟排風(fēng)扇，把煙霧排出室外 (2) 工業(yè)用煙霧報(bào)警器及有毒有害煙霧報(bào)警器 工業(yè)用煙霧報(bào)警器及有毒有害煙霧報(bào)警器只是檢測(cè)探頭有差異，而在原理和應(yīng)用中都很相近。工業(yè)用燃?xì)鈭?bào)警器及有毒煙霧報(bào)警器根 據(jù)檢測(cè)環(huán)境的不同，也可分為檢漏儀、控制器和探測(cè)器。 檢漏儀的體積較小，可隨身攜帶或手持，主要應(yīng)用于燃?xì)夤芾淼牟槁?與巡檢。若有燃?xì)庑孤?，檢漏儀便會(huì)發(fā)出聲光報(bào)警，同時(shí)數(shù)字顯示煙霧濃 度，以便及時(shí)采取安全措施，防止爆炸等惡性事故的發(fā)生。 控制器與探測(cè)器結(jié)合使用，可在防爆現(xiàn)場(chǎng)長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)煙霧的濃度。探測(cè)器安裝在防爆現(xiàn)場(chǎng)，控制器壁掛在值班室等有人值守的地方，二者采用屏 蔽電纜線連接。當(dāng)在現(xiàn)場(chǎng)的探測(cè)器探測(cè)到燃?xì)庑孤┲?，通過屏蔽電纜線將信號(hào)傳到控制器，控制器發(fā)出聲光報(bào)警，同時(shí)啟動(dòng)排風(fēng)裝置或關(guān)閉電磁閥切斷氣源，以確保安全。此種儀器廣泛應(yīng)用于液化氣站、汽車加油站、鍋爐房等工業(yè)場(chǎng)所。 61.4 煙霧報(bào)警器的發(fā)展趨勢(shì)面對(duì)人類社會(huì)經(jīng)濟(jì)與技術(shù)急速發(fā)展的時(shí)代，伴隨這電子、計(jì)算機(jī)、通訊和現(xiàn)代控制技術(shù)的迅速發(fā)展，現(xiàn)代火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警應(yīng)用技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)正在向著全總線制、軟件編程、網(wǎng)絡(luò)化、智能化、多樣化、小型化、社區(qū)化、藍(lán)牙技術(shù)無線化、高靈敏化、綜合化等方面發(fā)展。針對(duì)當(dāng)前煙霧自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)存在的通訊協(xié)議不一致，系統(tǒng)誤報(bào)、漏報(bào)頻繁，智能化程度低，網(wǎng)絡(luò)化程度低、特殊惡劣環(huán)境的煙霧探測(cè)報(bào)警抗干擾等問題較為突出的現(xiàn)象，提出在符合國(guó)家消防規(guī)范的基礎(chǔ)下采用統(tǒng)一、標(biāo)準(zhǔn)、開放的通訊協(xié)議。通過對(duì)新技術(shù)、新工藝、新材料和新設(shè)備的應(yīng)用研究，對(duì)系統(tǒng)方案、設(shè)備選型的優(yōu)化組合，改進(jìn)煙霧自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)的工作性能、減少維護(hù)費(fèi)用和維護(hù)要求，向著高可靠性、高靈敏性、低誤報(bào)率、系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)化、技術(shù)智能化方向發(fā)展，為更好的預(yù)防和遏制建筑火災(zāi)提供了強(qiáng)有力的保障，從而更好的保護(hù)國(guó)家和人民的生命、財(cái)產(chǎn)安全。1.5 設(shè)計(jì)任務(wù)分析本篇論文是煙霧報(bào)警器的研制：(1)對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行整體規(guī)劃和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。(2)以 STC89C52 單片機(jī)為中央處理器，對(duì)硬件電路進(jìn)行設(shè)計(jì)和改進(jìn)，使其功能更加完善。系統(tǒng)硬件電路主要分為數(shù)據(jù)收集、聲音報(bào)警電路、狀態(tài)指示燈電路、數(shù)碼管顯示電路部分。 (3)系統(tǒng)的軟件編制。按照軟件實(shí)現(xiàn)的功能，主要分為主程序、初始化子程序、濃度顯示子程序、報(bào)警子程序、報(bào)警限值設(shè)置子程序。在程序的編寫過程中，加入了詳細(xì)的文字注釋，便于后期的改進(jìn)與維護(hù)。 (4)硬件電路和軟件的綜合調(diào)試。 2 總體方案設(shè)計(jì)煙霧報(bào)警器是能夠檢測(cè)環(huán)境中的煙霧濃度，并具有報(bào)警功能的儀器。該報(bào)警系統(tǒng)的最基本組成部分應(yīng)包括：信號(hào)采集模數(shù)轉(zhuǎn)換電路、單片機(jī)控制電路、字符顯示電路、聲光報(bào)警電路和安全保護(hù)電路等部分組成。為適應(yīng)家庭和工業(yè)等場(chǎng)所對(duì)可燃性易爆煙霧安全性要求，設(shè)計(jì)的煙霧報(bào)警器具有顯示報(bào)警狀態(tài)。報(bào)警器采用延時(shí)的工作方式，煙霧檢測(cè)報(bào)警器以 STC89C52 單片機(jī)為控制核心，選用 MQ-2 半導(dǎo)體氣體煙霧傳感器采集煙霧濃度信息，配合外圍電路構(gòu)成煙霧報(bào)警系統(tǒng)。本設(shè)計(jì)包括硬件和軟件設(shè)計(jì)兩個(gè)部分。從設(shè)計(jì)的要求來分析該設(shè)計(jì)須包含如下結(jié)構(gòu)：煙霧檢測(cè)部分、STC89C52 單片機(jī)主控部分、報(bào)警部分，AD 采集四大部分。電路總題框圖如圖 1 所示：7電源開關(guān)電源 STC89C52 單片機(jī)AD 采集電路顯示電路報(bào)警電路按鍵控制 圖 1 總體設(shè)計(jì)框圖處理器采用 51 系列單片機(jī) STC89C52。整個(gè)系統(tǒng)是在系統(tǒng)軟件控制下工作的。設(shè)置在監(jiān)測(cè)點(diǎn)上的煙霧檢測(cè)探頭將檢測(cè)到的煙霧變換成電信號(hào)，送出模擬信號(hào)，給 AD 采集電路采集。在單片機(jī)內(nèi)，經(jīng)軟件查詢、識(shí)別判決等環(huán)節(jié)實(shí)時(shí)發(fā)出煙霧報(bào)警狀態(tài)控制信號(hào)。驅(qū)動(dòng)蜂鳴器及報(bào)警指示燈報(bào)警。2.1 煙霧檢測(cè)傳感器選型煙霧傳感器是測(cè)量裝置和控制系統(tǒng)的首要環(huán)節(jié)。而煙霧報(bào)警器的信號(hào)采集由煙霧傳感器負(fù)責(zé)。煙霧傳感器能夠?qū)怏w的種類及其濃度有關(guān)的信息轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，根據(jù)這些電信號(hào)的強(qiáng)弱就可以獲得與待測(cè)氣體在環(huán)境中存在的情況有關(guān)的信息，從而達(dá)到檢測(cè)、監(jiān)控、報(bào)警的功能?？梢哉f，沒有精確可靠的傳感器，就沒有精確可靠的自動(dòng)檢測(cè)、控制和報(bào)警系統(tǒng)。煙霧傳感器作為報(bào)警器中不可缺少的核心器件，它決定了所采集的煙霧濃度信號(hào)的準(zhǔn)確性和可靠性。煙霧傳感器內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖 2 所示。圖 2 煙霧傳感器及其結(jié)構(gòu)圖82.2.1 煙霧傳感器的介紹煙霧傳感器是模擬傳感器。它能將空氣中的煙霧濃度變量轉(zhuǎn)換成有一定對(duì)應(yīng)關(guān)系的輸出信號(hào)的裝置。煙霧傳感器就是通過監(jiān)測(cè)環(huán)境中煙霧的濃度來實(shí)現(xiàn)火災(zāi)防范的。當(dāng)煙霧探頭碰到煙霧或某些特定的氣體，煙霧探頭內(nèi)部阻值發(fā)生變化，產(chǎn)生一個(gè)模擬值，從而對(duì)其進(jìn)行控制。煙霧傳感器利用煙霧敏感元件的電阻受煙霧（主要是可燃顆粒）濃度影響阻值變化的原理向單片機(jī)發(fā)送煙霧濃度相應(yīng)的模擬信號(hào)。在智能建筑中對(duì)火災(zāi)探測(cè)器的應(yīng)用主要以感煙火災(zāi)探測(cè)器選用為主。隨著傳感器生產(chǎn)工藝水平逐步提高，傳感器日益小型化、集成度不斷增大，使得煙霧探測(cè)器的體積也逐漸變小，提高了煙霧探測(cè)器的便攜性，更加利于生產(chǎn)、運(yùn)輸和市場(chǎng)推廣。目前，煙霧傳感器廣泛應(yīng)用在城市安防、小區(qū)、工廠、公司、學(xué)校、家庭、別墅、倉庫、