基于單片機的防火防盜警報系統(tǒng)設計1.doc

宿州學院畢業(yè)論文設計 基于單片機的防火防盜報警系統(tǒng) 屆別：2015屆 學號：2011080411 基于單片機的防火防盜報警系統(tǒng)設計 姓 名 李 珂 系 別 _ 機械與電子工程學院 專 業(yè) 電氣工程及其自動化_導 師 姓 名 汪材印 導 師 職 稱 副教授_完 成 時 間 2015/4/29 26目 錄摘 要7Abstract81 緒論91.1 課題背景91.2 設計概述91.3 煙霧報警器的國內(nèi)外現(xiàn)狀101.4 煙霧報警器的發(fā)展趨勢111.5 設計任務分析112 總體方案設計112.1 煙霧檢測傳感器選型122.2.1 煙霧傳感器的介紹132.2.2 MQ-2半導體氣體煙霧傳感器132.2 單片機選型142.2.1 STC89C52單片機簡介152.2.2 單片機的引腳功能描述152.1.3 溫度采集模塊172.3 紅外感應部分172.3.1 電源模塊172.3.2 信號采集處理模塊183 系統(tǒng)的硬件電路183.1 單片機最小系統(tǒng)183.2 單片機的時鐘電路與復位電路設計193.3 煙霧檢測AD采集電路203.4 顯示模塊213.5 聲音報警電路213.6 按鍵控制電路223.7 電源模塊223.8 溫度傳感器(DS18B20)電路233.8.1 DSl8B20簡介233.8.2 DSl8B20具體參數(shù)及工作方式253.8.3 18B20接口電路264 系統(tǒng)軟件的設計275 硬件調試及調試中遇到的問題276 電路的調試287 總結評價28致謝29參考文獻29附錄一30總體原理圖設計30附錄二30程序源代碼30摘 要 隨著社會和經(jīng)濟的發(fā)展，防火工作越來越重要，但是目前國內(nèi)的許多研發(fā)都側重于大型場所的火災報警。因此，我們就有必要研制一種結構簡單、經(jīng)濟實用的家庭煙霧報警器以適應市場的需求?；诠┘彝ナ褂玫臒熿F報警器應該具備的基本要求和功能，文章設計了一種比較適合的煙霧報警器。本設計以傳感器和單片機作為煙霧報警器設計的核心器件，配合其它器件即可實現(xiàn)聲光報警、自動排煙換氣和消防滅火等功能。設計中單片機選用STC89C52作為控制器件，傳感器選用MQ-2型半導體可燃氣體敏感元件煙霧傳感器實現(xiàn)煙霧的檢測。煙霧報警器主要由煙霧信號采集及前置放大電路、模數(shù)轉換電路、單片機控制電路、顯示電路、聲光報警電路和安全保護電路構成，設計合理、簡單易懂、價格低廉，使單片機在煙霧報警系統(tǒng)的控制中得到充分應用，具有一定的實用價值。論文主要針對煙霧報警系統(tǒng)中的各個組成部分及功能進行了詳細的介紹和說明，并對其主控電路和外圍設備電路之間的接口連接方式，以及系統(tǒng)軟件設計進行了重點的分析和講解。熱釋電紅外傳感器，它的制作簡單、成本低、安裝比較方便，而且防盜性能比較穩(wěn)定，抗干擾能力強、靈敏度高、安全可靠。這種防盜器安裝隱蔽，不易被盜賊發(fā)現(xiàn)，便于多用戶統(tǒng)一管理。本設計包括硬件和軟件設計兩個部分。硬件部分包括單片機控制模塊、紅外探頭模塊、驅動執(zhí)行報警模塊、LED控制模塊等部分組成。處理器采用51系列單片機STC89C52，程序使用C語言編寫。關鍵字：煙霧報警器；單片機；傳感器Abstract With 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; sensor1 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)和通報火災，防止和減少火災危害，保護人身和財產(chǎn)安全。保衛(wèi)社會主義現(xiàn)代化建設，防止火災引起燃燒、爆炸,防盜等事故，造成嚴重的經(jīng)濟損失，甚至危及生命安全。為了減少這類事故的發(fā)生，就必須對煙霧進行現(xiàn)場實時檢測，采用先進可靠的安全檢測儀表，嚴密監(jiān)測環(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，研究煙霧的檢測方法與研制煙霧報警 器就成為傳感器技術發(fā)展領域的一個重要課題。 1.2 設計概述單片機及煙霧傳感器是煙霧報警器系統(tǒng)的兩大核心。單片機好比一個橋梁，聯(lián)系著傳感器和報警電路設備。近幾年來，單片機已逐步深入應用到工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)各部門及人們生活的各個方面。各種類型的單片機也根據(jù)社會的需求而開發(fā)出來。單片機是器件級計算機系統(tǒng)，實際上它是一個微控制器或微處理器。由于它功能齊全，體積小，成本低，因此它可以應用到所有電子系統(tǒng)中。同樣，它也可以廣泛應用于報警技術領域，使各類報警裝置的功能更加完善，可靠性大大提高，以滿足社會發(fā)展的需要。而傳感器作為信息技術系統(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)。美國曾把二十世紀八十年代稱為傳感技術時代，日本更是把傳感技術列為十大技術之首。所以，根據(jù)報警器功能的需要，選擇合適、精確、經(jīng)濟的煙霧傳感器和單片機芯片是至關重要的。在本論文中的最主要的設計是選STC89C52單片機和MQ-2半導體氣體煙霧傳感器為核心器件。 目前，現(xiàn)代建筑都會有選擇地安裝不同功能的煙霧自動報警系統(tǒng)。因為煙霧自動報警系統(tǒng)是建筑物的神經(jīng)系統(tǒng)，它能夠感受、接收著發(fā)生火災的早期信號并及時報警，發(fā)出警報同時告知用戶和周邊居民。它就像是一個個稱職的更夫，給居住、忙碌或是休息在家庭中的人們以極大的安全感。在火災的早期階段，準確的探測到火情并迅速報警，對于及時組織有序快速疏散、積極有效地控制火災的蔓延、快速滅火和減少火災對居住人群的損失都具有重要的意義。1.3 煙霧報警器的國內(nèi)外現(xiàn)狀 國外從20世紀30年代開始研究及開發(fā)煙霧傳感器，且發(fā)展迅速，一 方面是因為人們安全意識增強，對環(huán)境安全性和生活舒適性要求提高；另 一方面是因為傳感器市場增長受到政府安全法規(guī)的推動。據(jù)有關統(tǒng)計，美 國1996年2002年煙霧傳感器年均增長率為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 儀器的體積也逐漸變小，提高了煙霧檢測儀器的便攜性，更加利于生產(chǎn)、運輸及市場推廣。 1963年5月，日本開發(fā)完成第一臺接觸燃燒式家用燃氣泄漏報警器，次年12月其改良產(chǎn)品問世，改良的報警器可以檢測燃氣、一氧化碳等氣 體，可以安裝在浴室或者采用集中監(jiān)視。 我國在70年代初期開始研制煙霧報警器，生產(chǎn)型號多樣、品種較齊全，應用范圍也由單一的煉油系統(tǒng)擴展到幾乎所有危險作業(yè)環(huán)境的各種類型報警器，產(chǎn)品數(shù)量也在不斷增加。但主要是在引進國外先進的傳感器技術和先進的生產(chǎn)工藝基礎上，進行研究與開發(fā)形成自己的特色。近年來，在煙霧選擇性和產(chǎn)品穩(wěn)定性上也有很大進步。燃氣報警器可分為民用火災煙霧報警器、工業(yè)用煙霧報警器、 有毒有害煙霧報警器三大系列產(chǎn)品。(1)民用火災煙霧報警器 民用火災煙霧報警器為居民家庭用的火災報警器,一般安裝在廚房，遇到火災產(chǎn)生的煙霧時時，報警器可發(fā)出聲光報警，或同時伴有數(shù)字顯示，同時聯(lián)動 外部設備。有的報警器可自動開啟排風扇，把煙霧排出室外 (2) 工業(yè)用煙霧報警器及有毒有害煙霧報警器 工業(yè)用煙霧報警器及有毒有害煙霧報警器只是檢測探頭有差異，而在原理和應用中都很相近。工業(yè)用燃氣報警器及有毒煙霧報警器根 據(jù)檢測環(huán)境的不同，也可分為檢漏儀、控制器和探測器。 檢漏儀的體積較小，可隨身攜帶或手持，主要應用于燃氣管理的查漏 與巡檢。若有燃氣泄漏，檢漏儀便會發(fā)出聲光報警，同時數(shù)字顯示煙霧濃 度，以便及時采取安全措施，防止爆炸等惡性事故的發(fā)生。 控制器與探測器結合使用，可在防爆現(xiàn)場長期監(jiān)測煙霧的濃度。探測器安裝在防爆現(xiàn)場，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。當在現(xiàn)場的探測器探測到燃氣泄漏之后，通過屏蔽電纜線將信號傳到控制器，控制器發(fā)出聲光報警，同時啟動排風裝置或關閉電磁閥切斷氣源，以確保安全。此種儀器廣泛應用于液化氣站、汽車加油站、鍋爐房等工業(yè)場所。 1.4 煙霧報警器的發(fā)展趨勢面對人類社會經(jīng)濟與技術急速發(fā)展的時代，伴隨這電子、計算機、通訊和現(xiàn)代控制技術的迅速發(fā)展，現(xiàn)代火災自動報警應用技術發(fā)展趨勢正在向著全總線制、軟件編程、網(wǎng)絡化、智能化、多樣化、小型化、社區(qū)化、藍牙技術無線化、高靈敏化、綜合化等方面發(fā)展。針對當前煙霧自動報警系統(tǒng)存在的通訊協(xié)議不一致，系統(tǒng)誤報、漏報頻繁，智能化程度低，網(wǎng)絡化程度低、特殊惡劣環(huán)境的煙霧探測報警抗干擾等問題較為突出的現(xiàn)象，提出在符合國家消防規(guī)范的基礎下采用統(tǒng)一、標準、開放的通訊協(xié)議。通過對新技術、新工藝、新材料和新設備的應用研究，對系統(tǒng)方案、設備選型的優(yōu)化組合，改進煙霧自動報警系統(tǒng)的工作性能、減少維護費用和維護要求，向著高可靠性、高靈敏性、低誤報率、系統(tǒng)網(wǎng)絡化、技術智能化方向發(fā)展，為更好的預防和遏制建筑火災提供了強有力的保障，從而更好的保護國家和人民的生命、財產(chǎn)安全。1.5 設計任務分析本篇論文是煙霧報警器的研制：(1)對系統(tǒng)進行整體規(guī)劃和結構設計。(2)以STC89C52單片機為中央處理器，對硬件電路進行設計和改進，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、聲音報警電路、狀態(tài)指示燈電路、LCD1602液晶顯示電路部分。 (3)系統(tǒng)的軟件編制。按照軟件實現(xiàn)的功能，主要分為主程序、初始化子程序、濃度顯示子程序、報警子程序、報警限值設置子程序。在程序的編寫過程中，加入了詳細的文字注釋，便于后期的改進與維護。 (4)硬件電路和軟件的綜合調試。 2 總體方案設計 煙霧報警器是能夠檢測環(huán)境中的煙霧濃度，并具有報警功能的儀器。該報警系統(tǒng)的最基本組成部分應包括：信號采集模數(shù)轉換電路、單片機控制電路、字符顯示電路、聲光報警電路和安全保護電路等部分組成。 為適應家庭和工業(yè)等場所對可燃性易爆煙霧安全性要求，設計的煙霧報警器具有顯示報警狀態(tài)。報警器采用延時的工作方式，煙霧檢測報警器以STC89C52單片機為控制核心，選用MQ-2半導體氣體煙霧傳感器采集煙霧濃度信息，配合外圍電路構成煙霧報警系統(tǒng)。本設計包括硬件和軟件設計兩個部分。從設計的要求來分析該設計須包含如下結構：煙霧檢測部分、STC89C52單片機主控部分、報警部分，AD采集四大部分。電路總題框圖如圖1所示： 電源開關 電源 STC89C52 單片機AD采集電路顯示電路報警電路按鍵控制 圖1 總體設計框圖處理器采用51系列單片機STC89C52。整個系統(tǒng)是在系統(tǒng)軟件控制下工作的。設置在監(jiān)測點上的煙霧檢測探頭將檢測到的煙霧變換成電信號，送出模擬信號，給AD采集電路采集。在單片機內(nèi)，經(jīng)軟件查詢、識別判決等環(huán)節(jié)實時發(fā)出煙霧報警狀態(tài)控制信號。驅動蜂鳴器及報警指示燈報警。2.1 煙霧檢測傳感器選型煙霧傳感器是測量裝置和控制系統(tǒng)的首要環(huán)節(jié)。而煙霧報警器的信號采集由煙霧傳感器負責。煙霧傳感器能夠將氣體的種類及其濃度有關的信息轉換為電信號，根據(jù)這些電信號的強弱就可以獲得與待測氣體在環(huán)境中存在的情況有關的信息，從而達到檢測、監(jiān)控、報警的功能?？梢哉f，沒有精確可靠的傳感器，就沒有精確可靠的自動檢測、控制和報警系統(tǒng)。煙霧傳感器作為報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的準確性和可靠性。煙霧傳感器內(nèi)部結構如圖2所示。 圖 2 煙霧傳感器及其結構圖2.2.1 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換成有一定對應關系的輸出信號的裝置。煙霧傳感器就是通過監(jiān)測環(huán)境中煙霧的濃度來實現(xiàn)火災防范的。當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)生一個模擬值，從而對其進行控制。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發(fā)送煙霧濃度相應的模擬信號。在智能建筑中對火災探測器的應用主要以感煙火災探測器選用為主。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，使得煙霧探測器的體積也逐漸變小，提高了煙霧探測器的便攜性，更加利于生產(chǎn)、運輸和市場推廣。目前，煙霧傳感器廣泛應用在城市安防、小區(qū)、工廠、公司、學校、家庭、別墅、倉庫、資源、石油、化工、燃氣輸配等眾多領域。在國內(nèi)的產(chǎn)品中，無論哪家生產(chǎn)的煙霧探測器，都可以探測到火災的發(fā)生，都具有比較高的靈敏度，而且在安裝中都比較簡單。但是，由于各生產(chǎn)的設備不可通用，獨立為正，不但不可彼此互相代替，更不可以互相通訊。使得用戶面對眾多廠家生產(chǎn)的煙霧探測器感到不知所措。而這也正是國內(nèi)產(chǎn)品市場的一個重大缺陷。根據(jù)報警器檢測煙霧種類的不同要求，很多場合都會選擇使用半導體煙霧傳感器。經(jīng)過對比眾多煙霧傳感器的應用特性，發(fā)現(xiàn)半導體煙霧傳感器的優(yōu)點更加突出。半導體煙霧傳感器具有靈敏度高、響應快、體積小、結構簡單，使用方便、價格便宜等優(yōu)點，且不會發(fā)生探頭阻緩及中毒現(xiàn)象，維護成本較低，因而得到廣泛應用。因此，本設計中的煙霧傳感器選用MQ-2半導體氣體煙霧傳感器。2.2.2 MQ-2半導體氣體煙霧傳感器MQ-2半導體傳感器是以清潔空氣中電導率較低的金屬氧化物二氧化錫(SnO2)為主體的N型半導體氣敏元件。當傳感器所處環(huán)境中存在煙霧氣體時，傳感器的電導率隨空氣中煙霧氣體濃度的增加而增大。在設計報警器時只有使用簡單的電路即可將電導率的變化轉換為與該氣體濃度相對應的輸出信號。該傳感器具備一般半導體煙霧傳感器靈敏度高、電導率變化大、響應和恢復時間短、抗干擾能力強、輸出信號大、壽命長和工作穩(wěn)定等優(yōu)點，在市面上應用十分廣泛。二氧化錫(SnO2)半導體氣敏元件特點：(a)SnO2材料的物理、化學穩(wěn)定性較好，與其他類型氣敏元件相比，SnO2氣敏元件壽命長、穩(wěn)定性好、耐腐蝕性強。(b)SnO2氣敏元件對氣體檢測是可逆的，而且吸附、脫離時間短，可連續(xù)長時間使用。(c)SnO2氣敏元件結構簡單，成本低，可靠行較高，機械性能良好。MQ-2氣敏元件的結構如圖2所示，由微型AL2O3陶瓷管、SnO2 敏感層,測量電極和加熱器構成的敏感元件固定在塑料或不銹鋼制成的腔體內(nèi)，加熱器為氣敏元件提供了必要的工作條件。封裝好的氣敏元件有只針狀管腳，其中個用于信號取出，個用于提供加熱電流。 MQ-2半導體氣體煙霧傳感器適用于煙霧、天然氣、煤氣、氫氣、烷類氣體、汽油、煤油、乙炔、氨氣等的檢測，對可燃性氣體的（CH4、C4H10、H2等）的檢測很理想。這種傳感器在較寬的濃度范圍內(nèi)對煙霧氣體有良好的靈敏度，能夠檢測多種可燃性氣體，十分適合應用在家庭的氣體泄漏報警器中。是一款便攜式氣體檢測器，非常適合多種應用的低成本傳感器。其技術指標表1。表1 MQ-2的技術指標加熱電壓（Vh） AC或DC 50.2V 回路電壓（Vc）負載電陰（Rl）清潔空氣中電阻 （Ra） 靈敏度（S=Ra/Rdg）響應時間(trec)恢復時間(trec)元件功耗檢測范圍使用壽命最大DC 24V2K2000 K4(在1000ppmC4H10中)10S30S0.7W5010000ppm2年 由于物理量和測量范圍的不同，傳感器的工作機理和結構就不同。通常煙霧傳感器輸出的電信號是模擬信號（已有許多新型傳感器采用數(shù)字量輸出）。當信號的數(shù)值符合A/D轉換器的輸入等級時，可以不用放大器放大；當信號的數(shù)值不符合A/D轉換器的輸入等級時，就需要放大器放大。所以MQ-2半導體氣體煙霧傳感器要想把采集到的煙霧濃度模擬信號傳送給單片機控制器就必須經(jīng)過將模擬信號經(jīng)過A/D轉換器轉化為可以識別的電信號給單片機。 設計時應注意，氣敏元件開機通電時，其內(nèi)阻很小，但經(jīng)過一段時間后，才能恢復到原來的穩(wěn)定狀態(tài)。因此，QM-2氣體傳感器需開機預熱幾分鐘，才可投入使用，以免造成誤報。2.2 單片機選型單片機是煙霧自動報警系統(tǒng)的心臟，用來接收火災信號并啟動報警裝置顯示和執(zhí)行相應的報警。在單片機實現(xiàn)的控制功能中，需要單片機有較快的運算速度，使檢測人員和用戶在報警器系統(tǒng)正常工作時能夠及時地觀測到實時的煙霧濃度等級，并進行相應處理。同時，在能夠滿足報警器系統(tǒng)設計的計算速度及接口功能要求的同類型單片機中，要考慮選擇價格低廉且體積輕巧的機型，在保證了報警器的精確性、可靠性及抗干擾性的基礎上，能夠不提高成本，縮小體積。由于單片機技術在各個領域正得到越來越廣泛的應用，世界上許多集成電路生產(chǎn)廠家相繼推出了各種類型的單片機，在單片機家族的眾多成員中，MCS系列單片機以其優(yōu)越的性能、成熟的技術及高可靠性和高性能價格比，迅速占領了工業(yè)測控和自動化工程應用的主要市場，成為國內(nèi)單片機應用領域中的主流。其中，51系列單片機的優(yōu)點是價錢便宜,I/O口多,程序空間大。因此，測控系統(tǒng)中，使用51系列單片機是最理想的選擇，因此設計采用STC89C52。2.2.1 STC89C52單片機簡介 STC89C52是一種低功耗、高性能CMOS8位微控制器，具有8K可編程Flash存儲器。使用高密度非易失性存儲器技術制造，與工業(yè)80C51 產(chǎn)品指令和引腳完全兼容。片上Flash允許程序存儲器在線可編程，亦適于常規(guī)編程器。在單芯片上，擁有靈巧的8 位CPU 和在系統(tǒng)可編程Flash，使得STC89C52為眾多嵌入式控制應用系統(tǒng)提供高靈活、超有效的解決方案。STC89C52具有以下標準功能：8k字節(jié)Flash，256字節(jié)RAM，32 位I/O 口線，看門狗定時器，2個數(shù)據(jù)指針，三個16位定時器/計數(shù)器，一個6向量2級中斷結構，全雙工串行口，片內(nèi)晶振及時鐘電路。另外，STC89C52 可降至0Hz 靜態(tài)邏輯操作，支持2種軟件可選擇節(jié)電模式?？臻e模式下，CPU停止工作，允許RAM、定時器/計數(shù)器、串口、中斷繼續(xù)工作。掉電保護方式下，RAM內(nèi)容被保存，振蕩器被凍結，單片機一切工作停止，直到下一個中斷或硬件復位為止。這一模塊以單片機為中心把程序代碼燒進去然后外圍接上復位電路、振蕩電路、鍵盤控制、LCD1602液晶顯示電路、報警電路等子模塊。2.2.2 單片機的引腳功能描述 下面對STC89C52各引腳的功能進行較為詳細的介紹：1)電源引腳Vcc和Vss Vcc(40腳)：電源端為+5V Vss(20腳)：接地端。 2)時鐘電路引腳XTAL1和XTAL2 XTAL2(18腳)：接外部晶體和微調電容的一端。在單片機內(nèi)部它是振蕩電路反向放大器的輸出端，振蕩電路的頻率就是晶體固有頻率。若需采用外部時針電路時，該引腳輸入外時鐘脈沖。要檢查STC89C52的振蕩電路是否正常工作，可用示波器查看XTAL2端是否有脈沖信號輸出。 XTAL1(19腳)：接外部晶體和微調電容的另一端。在片內(nèi)，它是振蕩電路反向放大器的輸入端。在采用外部時鐘時，該引腳必須接地。 3)控制信號腳 RST ALE PSEN 和EA。 RST(9腳)：RST是復位信號輸入端，高電平有效。在此輸入端保持兩個機器周期(24個時鐘振蕩周期)的高電平時，就可以完成復位操作。 ALE/PROG（30引腳）：地址鎖存允許信號端。當STC89C52上電正常工作后，ALE引腳不斷向外輸出正脈沖信號。此頻率為振蕩器頻率fosc的1/6，當CPU訪問片外存儲器時，ALE輸出信號作為鎖存低8位地址的控制信號。在CPU訪問片外數(shù)據(jù)存儲時，每取值一次（一個機器周期）會丟失一個脈沖。平時不訪問片外存儲時，ALE端也以1/6的振蕩頻率固定輸出正脈沖，因而ALE信號可以用作對外輸出時鐘或定時信號。如果你想看一下STC89C52芯片的好壞，可用示波器查看ALE端是否有脈沖信號輸出，如有脈沖信號輸出，則STC89C52基本上是好的。ALE的負載驅動能力為8個LS型TTL（低功耗高速TTL）。 PSEN（29腳）；程序存儲允許輸出信號引腳，在訪問片外程序存儲器時，此端定時輸出負脈沖作為讀片外存儲器的選通信號。此引腳接ERROM的OE端。PSEN端有效，即允許讀出ERROM/ROM中的指令碼。CPU在從外部ERROM/ROM取指令期間，每個周期PSEN兩次有效。不過，在訪問片外RAM時，要少產(chǎn)生兩次PSEN負脈沖信號。要檢查一個AT89C52小系統(tǒng)上電后CPU能否正常到ERROM/ROM中讀取指令碼，也可用于示波器看PSEN端有無脈沖輸出。如有，說明基本上工作正常。 EA/VPP（31腳）：外部程序存儲器地址允許輸入端/固化編程電壓輸入端。當EA引腳接高電平時，CPU只訪問片內(nèi)ERROM/ROM并執(zhí)行內(nèi)部程序存儲器中的指令。但在PC（程序計數(shù)器）的值超過OFFFH（對8751/8051為4k）時，將自動轉向執(zhí)行片外存儲器的程序。當出入信號EA引腳接低電平（接地）時，CPU只訪問外部ERROM/ROM并執(zhí)行外部程序存儲器中的指令，而不管是否有片內(nèi)程序存儲器。對于無芯片內(nèi)的ROM的8031或8032，須外擴ERROM，此時必須將EA引腳接地。如果使用有片內(nèi)ROM的STC89C52，外擴ERROM也是可以的，但也要使EA接地。4)I/O（輸入/輸出端口，P0，P1，P2，P3）P0口：P0口是一個漏極開路的8位準雙向I/O端口。P1口：8位準雙向I/O端口。P2口：即可以做地址總線輸出地址高8位，也可以做普通I/O用，（此時為準雙向口）。P3口：雙功能口，即可以做普通I/O口用（此時為準向口，也可以按每位定義實現(xiàn)第二功能操作）。見表2。表2 P3口的第二功能表引腳第二功能P3.0RXD （串行輸入口）P3.1TXD （串行輸出口）P3.2INT0（外部中斷0）P3.3INT1（外部中斷1）P3.4T0（定時器0外部中斷）P3.5T1（定時器1外部中斷）P3.6WR（外部存儲器寫選通）P3.7RD（外部存儲器讀寫通）2.1.3 溫度采集模塊方案1： 采用PT100作為測溫電路的溫度傳感器。PT100傳感器是利用鉑電阻的阻值隨溫度變化而變化、并呈一定函數(shù)關系的特性來進行測溫的，具有抗振動、穩(wěn)定性好、準確度高、耐高壓等優(yōu)點。但使用起來比較復雜。方案2： 采用DS18B20作為測溫電路的溫度傳感器。DS18B20的數(shù)字溫度輸出通過 “ 一線 ” 總線（ 1-Wire是一種獨特的數(shù)字信號總線協(xié)議，它將獨特的電源線和信號線復合在一起，僅使用一條口線；每個芯片唯一編碼，支持聯(lián)網(wǎng)尋址、零功耗等待等，是所需硬件連線最少的一種總線）這種獨特的方式，可以使多個 DS18B20方便地組建成傳感器網(wǎng)絡，為整個測量系統(tǒng)的建立和組合提供了更大可能性。它在測溫精度、轉換時間、傳輸距離、分辨率等方面比其他溫度傳感器有了很大的進步，給用戶帶來了更方便的使用和更令人滿意的效果。 通過比較，DS18B20直接輸出數(shù)字溫度值，不需要校正，因此選擇方案2。2.3 紅外感應部分2.3.1 電源模塊 本系統(tǒng)電壓為4.5v左右，直接接3個1.5V的直流干電池提供電源，然后用導線連接電源接口模塊。2.3.2 信號采集處理模塊 圖3-5信號處理模塊 本電路是將人體輻射的紅外線轉變?yōu)殡娦盘?。熱釋紅外感應2腳輸入到前置放大器OP1進行放大，然后由C4耦合給運算放大器OP2進行第二級放大。再經(jīng)過電壓比較器COP1和COP2構成雙向鑒幅器處理后，檢出有效觸發(fā)信號去啟動延時時間定時器輸出信號在經(jīng)過R3進入單片機部分進行處理。延時周期可通過R12來調節(jié)輸出，在延時時間內(nèi)只要Vs發(fā)生上跳變，Vo就會從Vs上跳變時刻起繼續(xù)延長一個周期，而電路中的電容為了能夠更好的控制了芯片內(nèi)的定時器，若Vs一直保持為高電平，這樣就可以通過P10傳輸?shù)絾纹瑱C內(nèi)進行下一步處理。而根據(jù)不同的距離要求來調節(jié)R13，最大可以調節(jié)到7米左右。圖中BISS0001中1腳用跳線連連接住一個接高電平后，在延時時間段內(nèi)如果有人體在其感應范圍活動，其輸出將一直保持高電平，直到人離開后才將高電平變?yōu)榈碗娖?，本電路設計就是可觸發(fā)方式。3 系統(tǒng)的硬件電路 3.1 單片機最小系統(tǒng)要使單片機工作起來最基本的電路構成為單片機最小系統(tǒng)如圖3示。 圖3 信號處理模塊 單片機最小系統(tǒng)包括單片機、復位電路、時鐘電路構成。STC89C52 單片機的工作電壓范圍：4V-5.5V,所以通常給單片機外界5V直流電源。連接方式為單片機中的40腳VCC接正極5V，而20腳VSS接電源地端。復位電路就是確定單片機的工作起始狀態(tài)，完成單片機的啟動過程。單片機接通電源時產(chǎn)生復位信號，完成單片機啟動確定單片機起始工作狀態(tài)。當單片機系統(tǒng)在運行中，受到外界環(huán)境干擾出現(xiàn)程序跑飛的時候，按下復位按鈕內(nèi)部的程序自動從頭開始執(zhí)行。一般有上電自動復位和外部按鍵手動復位，單片機在時鐘電路工作以后，在RESET端持續(xù)給出2個機器周期的高電平時就可以完成復位操作。本設計采用的是外部手動按鍵復位電路，需要接上上拉電阻來提高輸出高電平的值。 時鐘電路好比單片機的心臟，它控制著單片機的工作節(jié)奏。時鐘電路就是振蕩電路，是向單片機提供一個正弦波信號作為基準，決定單片機的執(zhí)行速度。XTAL1和XTAL2分別為反向放大器的輸入和輸出，該反向放大器可以配置為片內(nèi)振蕩器。如采用外部時鐘源驅動器件，XTAL2應不接。因為一個機器周期含有6個狀態(tài)周期，而每個狀態(tài)周期為2個振蕩周期，所以一個機器周期共有12個振蕩周期，如果外接石英晶體振蕩器的振蕩頻率為12MHZ，一個振蕩周期為1/12us。 3.2 單片機的時鐘電路與復位電路設計 本系統(tǒng)采用STC系統(tǒng)列單片機，相比其他系列單片機具有很多優(yōu)點。一般STC單片機資源比其他單片機要多，而且執(zhí)行速度快；STC系列單片機使用串口對單片機進行燒寫,下載程序較為方便；STC89C52單片機內(nèi)部集成了看門狗電路；且具有很強抗干擾能力。本系統(tǒng)采用內(nèi)部方式的時鐘電路和加電自復位的復位電路，如下圖4圖5所示：圖4 時鐘電路圖5 復位電路由于單片機P0口內(nèi)部不含上拉電阻，為高阻態(tài)，不能正常地輸出高/低電平，因而該組I/O口在使用時必須外接上拉電阻。3.3 煙霧檢測AD采集電路 煙霧檢測采用MQ-2傳感器。經(jīng)過ADC0832采集后就可以得到各種煙霧濃度下的電壓值。從而設定出理想的煙霧強度報警值。電路如圖6所示圖6 煙霧濃度采集電路3.4 顯示模塊 顯示采用LCD1602液晶顯示，顯示電路如圖7圖7 LCD1602液晶顯示3.5 聲音報警電路 電路通過三極管基極串連一個電阻與單片機P3.6端口連接從而達到控制蜂鳴器是否報警。 圖8 聲音報警電路圖 3.6 按鍵控制電路 本電路設計了四個按鍵，一個設置鍵、一個加鍵、一個減鍵、一個緊急報警鍵，當遇到緊急情況時，可按下緊急報警鍵，蜂鳴器進行報警。如圖9所示圖9 消音按鍵連接電路圖3.7 電源模塊 由于本系統(tǒng)采用電池供電，我們考慮了如下幾種方案為系統(tǒng)供電。方案1：采用5V蓄電池為系統(tǒng)供電。蓄電池具有較強的電流驅動能力以及穩(wěn)定的電壓輸出性能。但是蓄電池的體積過于龐大，在報警器上使用極為不方便。因此我們放棄了此方案。方案2：采用4節(jié)1.5 V干電池共4.5V做電源，經(jīng)過實驗驗證系統(tǒng)工作時，單片機、傳感器的工作電壓穩(wěn)定能夠滿足系統(tǒng)的要求，而且電池更換方便。綜上所述采用方案2電源接口電路如圖10，其中P1為電池接口，SW1為電源開關。D1為電源指示燈。圖10 電源接口電路3.8 溫度傳感器(DS18B20)電路3.8.1 DSl8B20簡介 DSl8B20溫度傳感器是美國DALLAS半導體公司繼DSl820之后最新推出的智能改進型智能溫度傳感器。與傳統(tǒng)的熱敏電阻相比，他能夠直接讀出被測溫度并且可根據(jù)要求通過簡單的編程實現(xiàn)9l2位的數(shù)字直讀方式?？梢苑謩e存93.75ms和750ms內(nèi)完成9位和12位的數(shù)字量，并且從DSl8B20讀出的信息或寫入DSl8B20的信息僅需要一根口線(單線接口)讀寫，溫度變換功率來源于數(shù)據(jù)總線，總線本身也可以向所掛接DSl8B20供電，而無需額外電源。因而使用DSl8B20可使系統(tǒng)結構更趨簡單，可靠性更高。他在測溫精度，轉換時間，傳輸距離，本文系統(tǒng)地介紹了基于DS18B20的溫度測量控制系統(tǒng)的組成、設計方案、電路原理、程序設計過程。DS18B20多點溫度測量系統(tǒng)是以AT89C52單片機作為控制核心，智能溫度傳感器DS18B20為控制對象，用LCD1602液晶顯示，運用C語言實現(xiàn)系統(tǒng)的各種功能。設計完成了冷庫溫度的監(jiān)控和報警等令人滿意的效果。DSl8B20采用3腳PR35封裝或8腳SOIC封裝，其內(nèi)部結構框圖如8所示： 圖8 DSl8B20的內(nèi)部結構圖DS18B20的內(nèi)部結構主要有四部分組成：64位光刻ROM、溫度傳感器、非揮發(fā)的溫度報警觸發(fā)器TH和TL、配置寄存器。DS18B20的管腳排列如圖9所示： 圖9 DS18B20的管腳 DS18B20的引腳說明如下： GND :地 DQ ：數(shù)據(jù)I/O VDD :電源 NC ：空腳 64位激光ROM開始8位是產(chǎn)品類型的編號，接著是每個器件的惟一的序號共有48位，最后8位是前56位的CRC校本文系統(tǒng)地介紹了基于DS18B20的多點溫度測量控制系統(tǒng)的組成、設計方案、電路原理、程序設計以及系統(tǒng)仿真過程。DS18B20冷庫溫度監(jiān)控報警系統(tǒng)是以AT89C52單片機作為控制核心，智能溫度傳感器DS18B20為控制對象，用LCD1602液晶顯示，運用C語言編程實現(xiàn)系統(tǒng)的各種功能。設計完成溫度的測量，與上下限溫度報警值設置。借助單片機編程軟件Keil實現(xiàn)了系統(tǒng)軟、硬件的交互聯(lián)調，并結合LCD1602液晶、DS18B20和AT89C52單片機最小系統(tǒng)進行了電路焊接和調試，實現(xiàn)了課題設計目的。 DSl8B20溫度傳感器的內(nèi)部存儲器包括一個高速暫存RAM和一個非易失性的可電擦除EEPRAM。后者用于存儲TH，TL值。數(shù)據(jù)先寫入RAM，經(jīng)校驗后再傳給EEPRAM。而配置寄存器為高速暫存器中的第5個字節(jié)，他的內(nèi)容用與確定溫度值的數(shù)字轉換分辨率，DSl8B20 工作時按此寄存器中的分辨率將溫度轉換為相應精度的數(shù)值。低5位一直都是1，TM是測試模式位，用于設置DSl8B20在工作模式還是在測試模式。如表1所示。在DSl8B20出廠時該位被設置為0，用戶不要去改動，Rl和R0決定溫度轉換精度位數(shù)。 表1 字節(jié)各位的定義TMR1R011111由表2可見，設定的分辨率越高，所需要的溫度數(shù)據(jù)轉換時間就越長。因此，在實際應用中要在分辨率和轉換時間權衡考慮。高速暫存存儲器除了配置寄存器外，還有其他8個字節(jié)組成，其分配如表3所示。其中溫度信息(第l，2字節(jié))，TH和TL值第3，4節(jié)，第68字節(jié)，表現(xiàn)為全邏輯1；第9字節(jié)讀出的是前面所有的8字節(jié)的CRC碼，可用來保證通信正確。表2 數(shù)據(jù)分辨率和轉換時間R1R0分辨率溫度最大轉換時間/ms 00993.750110187.51011275.001112750.00當DSl8B20接收到溫度轉換命令后，開始啟動轉換，如表3所示。轉換完成后的溫度值就以16位帶符號擴展到二進制補碼形式儲存在高速暫存存儲器的第l，2字節(jié)。單片機可通過單線接口讀到該數(shù)據(jù)，讀取時低位在前面，高位在后，數(shù)據(jù)格式以0.0625LSB形式表示。對應的溫度計算：當符號位S=0時，直接將二進制位轉換為十進制；當S=1時，先將補碼變換為原碼，再計算十進制值。溫度低位溫度高位THTL配置保留保留保留8位CRC 表3 碼制轉換在DSl8B20完成溫度變換之后，溫度值與貯存TH和TL內(nèi)的觸發(fā)值相比較因為這些寄存器僅僅是8位，所以0.5位在比較時被忽略。TH或TL的最高有較位直接對應于l6位溫度奇存器的符號位。如果溫度測量的結果高于TH或低于TL，那么器件內(nèi)告警標志將置位。每次溫度測量更新此標志。只要告警標志置位，DSl8B20將對告警搜索命令做出響應。這允許并聯(lián)連接許多DSl8B20，同時進行溫度測量。如果某處溫度超過極限，那么可以識別出正在告警的器件并立即將其讀出而不必讀出非告警的器件。部分溫度轉換如表4所示:3.8.2 DSl8B20具體參數(shù)及工作方式 表5 部分溫度轉換值溫度輸入（2進制）輸出（16進制）+1250000 0111 1101 000007D0H+850000 0101 0101 00000550H+25.06250000 0001 1001 00010191H+10.1250000 0000 1010 001000A2H+0.50000 0000 0000 10000008H00000 0000 0000 00000000H-0.51111 1111 1111 1000FFF8H-10.1251111 1111 0101 1110FF5EH-25.06251111 1111 0101 1110EE6FH-551110 1110 0110 1111FE90H參數(shù)特性：（1）獨特的單線接口只需l個接口引腳即可通信（2）多點綜合測溫能力使分布式溫度檢測應用得以簡化（3）不需要外部元件（4）可用數(shù)據(jù)線供電（5）需備份電源（6）測量范圍從-55至+125增量值為05（7）以9位數(shù)字值方式讀出溫度（8）在1秒(典型值)內(nèi)把溫度變換為數(shù)字（9）用戶可定義的非易失性的溫度告警設置（10）告警搜索命令識別和尋址溫度在編定的極限之外的器件溫度告警情況（11）應用范圍包括恒溫控制工業(yè)系統(tǒng)消費類產(chǎn)品溫度計或任何熱敏系統(tǒng)極限參數(shù)：（1）任何引腳相對于地的電壓-0.5V至+7.0V（2）運用溫度-55至+125（3）貯存溫度-55。C至+125（4）焊接溫度260/l0秒3.8.3 18B20接口電路圖10 溫度傳感器接口電路圖（2） DS18B20控制方法 DS18B20有六條控制命令：溫度轉換 44H 啟動DS18B20進行溫度轉換 讀暫存器 BEH 讀暫存器9個字節(jié)內(nèi)容 寫暫存器 4EH 將數(shù)據(jù)寫入暫存器的TH、TL字節(jié) 復制暫存器 48H 把暫存器的TH、TL字節(jié)寫到E2RAM中 重新調E2RAM B8H 把E2RAM中的TH、TL字節(jié)寫到暫存器TH、TL字節(jié) 讀電源供電方式 B4H 啟動DS18B20發(fā)送電源供電方式的信號給主CPU （3） DS18B20供電方式DS18B20可以采用兩種方式供電，一種是采用電源供電方式，此時DS18B20的1腳接地，2腳作為信號線，3腳接電源。另一種是寄生電源供電方式，如圖3.1所示單片機端口接單線總線，為保證在有效的DS18B20時鐘周期內(nèi)提供足夠的電流，可用一個三極管來完成對總線的上拉。本設計采用電源供電方式， P2.3口接單線總線為保證在有效的DS18B20時鐘周期內(nèi)提供足夠的電流，可用一個上拉電阻和STC89C52的P2.3來完成對總線的上拉。當DS18B20處于寫存儲器操作和溫度A/D變換操作時，總線上必須有強的上拉，上拉開啟時間最大為10 s。采用寄生電源供電方式是VDD和GND端均接地。由于單線制只有一根線，因此發(fā)送接收口必須是三狀態(tài)的。主機控制DS18B20完成溫度轉換必須經(jīng)過3個步驟：l 初始化。l ROM操作指令。l 存儲器操作指令。4 系統(tǒng)軟件的設計 首先要給傳感器預熱,因為MQ-2型半導體電阻式煙霧傳感器在不通電存放一段時間后，再次通電時，傳感器不能立即正常采集煙霧信息，需要一段時間預熱。程序初始化結束后，系統(tǒng)進入監(jiān)控狀態(tài)。在整個報警系統(tǒng)工作中，煙霧濃度信息經(jīng)ADC0832轉換處理后，由單片機進行分析處理，判斷系統(tǒng)是否啟動報警。主程序還包括LCD1602濃度字符顯示功能、手動報警功能、報警濃度設定功能，中斷子程序等，使報警器功能更加完善，給用戶帶來便利。5 硬件調試及調試中遇到的問題 第一步為目測，單片機應用系統(tǒng)電路全部手工焊接在洞洞板上，因此對每一個焊點都要進行仔細的檢查。檢查它是否有虛焊、是否有毛剌等。第二步為萬用表測試，先用萬用表復核目測中認為可疑的連線或接點，查看它們的通斷狀態(tài)是否與設計規(guī)定相符，再檢查各種電源線與地線之間是否有短路現(xiàn)象。第三步為加電檢查。當系統(tǒng)加電時，首先檢查所有插座或器件引腳的電源端是否有符合要求的電壓值，接地端電壓值是否接近零，接固定電平的引腳端是否電平正確。第四步是聯(lián)機檢查。在對硬件電路調試過程中，還遇到了不少問題，第一次把所有的元件都焊上去后，都準備調試了，才發(fā)現(xiàn)正負極的插針離得太近了，不容易接電源，本不該犯的錯誤，這些都是由于自己的粗心大意造成的，所以說，做任何事情都必需經(jīng)過“三思而后行”，來不得半點的馬虎，否則浪費了時間和精力。6 電路的調試首先燒入顯示程序，看顯示正不正常。在調試程序時，發(fā)現(xiàn)有的指令用的不正確，導