基于單片機(jī)的室內(nèi)防火報警系統(tǒng)的設(shè)計

1、 本科畢業(yè)論文（設(shè)計）題目：基于單片機(jī)的室內(nèi)防火報警系統(tǒng)的設(shè)計 姓 名： 學(xué) 號： 專 業(yè)： 院 系： 指導(dǎo)老師： 職稱學(xué)位： 完成時間： 教務(wù)處制安徽新華學(xué)院14屆本科畢業(yè)論文 （設(shè)計）本科畢業(yè)論文（設(shè)計）獨創(chuàng)承諾書本人按照畢業(yè)論文（設(shè)計）進(jìn)度計劃積極開展實驗（調(diào)查）研究活動，實事求是地做好實驗（調(diào)查）記錄，所呈交的畢業(yè)論文（設(shè)計）是我個人在導(dǎo)師指導(dǎo)下進(jìn)行的研究工作及取得的研究成果。據(jù)我所知，除文中特別加以標(biāo)注引用參考文獻(xiàn)資料外，論文（設(shè)計）中所有數(shù)據(jù)均為自己研究成果，不包含其他人已經(jīng)發(fā)表或撰寫過的研究成果。與我一同工作的同志對本研究所做的工作已在論文中作了明確說明并表示謝意。畢業(yè)論文（設(shè)計

2、）作者簽名： 日期： 基于單片機(jī)的室內(nèi)防火報警系統(tǒng)的設(shè)計摘 要隨著社會和經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，防火及火災(zāi)工作越來越重要，但是現(xiàn)階段國內(nèi)的許多研發(fā)都側(cè)重于大型場所的火災(zāi)報警。因此，我們就非常有必要研制一種結(jié)構(gòu)簡單、經(jīng)濟(jì)實用的普通室內(nèi)火災(zāi)報警器以適應(yīng)人們生活安全的需求?；诠┢胀ㄊ覂?nèi)使用的火災(zāi)報警器應(yīng)該具備的基本要求和功能，文章設(shè)計了一種比較適合普通室內(nèi)的火災(zāi)報警器。本設(shè)計以傳感器和單片機(jī)作為火災(zāi)報警器設(shè)計的核心器件，配合其它器件即可實現(xiàn)聲光報警、消防滅火等功能。設(shè)計中單片機(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現(xiàn)對煙霧的檢測。煙霧報警器主要由煙霧信號采集及

3、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、聲光報警電路和安全保護(hù)電路組成，設(shè)計簡單、合理易懂、價格便宜，使單片機(jī)在火災(zāi)報警系統(tǒng)的控制中得到充分應(yīng)用，具有相當(dāng)可觀的實用價值。論文主要針對火災(zāi)報警系統(tǒng)中的各個組成部分及功能進(jìn)行了詳細(xì)的介紹和說明，并對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)計進(jìn)行了重點的分析和講解。關(guān)鍵字：煙霧報警器；單片機(jī)；傳感器 The Interior Design Of Microcontroller Based Fire Alarm SystemAbstractWith the social and economic development

4、, fire prevention and fire work more and more important , at this stage , but many have focused on the development of domestic fire alarm large establishments . Therefore, it is necessary that we develop a simple, economical and practical common indoor fire alarm to accommodate the needs of people l

5、iving safe . For general indoor use based fire alarm should have the basic requirements and functions , the article designs a more suitable common room fire alarm . The design of the sensor and microcontroller as the core design of fire alarm devices, other devices can be realized with sound and lig

6、ht alarm , fire fighting and other functions. STC89C52 microcontroller design chosen as the control device , the sensor selection MQ-2 -type semiconductor combustible gas sensors to achieve the detection of smoke sensor smoke . Smoke alarm mainly by smoke signal acquisition and preamplifier circuit

7、, analog-digital conversion circuits , MCU control circuit , display circuit , sound and light alarm circuit and safety protection circuit , designed to be simple , understandable and reasonable , cheaper price, so the microcontroller in the fire control alarm system to be fully applied , has consid

8、erable practical value. The main part of the paper for the various components and functions of the fire alarm system, a detailed description and explanation , and the focus of the analysis and explanation of its interface to the main control circuit connections between circuits and peripheral device

9、s , and system software design .Keyword: Smoke alarm ; SCM ; SensorII目 錄1緒論11.1 課題背景和相關(guān)概述11.2 火災(zāi)報警器的國內(nèi)外現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢11.3 系統(tǒng)設(shè)計任務(wù)分析22 總體方案設(shè)計和分析32.1 煙霧濃度檢測傳感器選擇32.1.1 煙霧傳感器的介紹42.1.2 MQ-2半導(dǎo)體氣體煙霧傳感器52.2 單片機(jī)的選擇和簡單介紹62.2.2 單片機(jī)的各引腳功能描述73 火災(zāi)報警系統(tǒng)的硬件電路部分93.1 STC89C52單片機(jī)最小系統(tǒng)93.2 單片機(jī)時鐘和復(fù)位電路介紹93.3 煙霧濃度檢測AD采集電路模塊103.4 火

10、災(zāi)報警數(shù)碼顯示模塊113.5 聲音報警電路模塊113.6 按鍵控制電路模塊123.7 火災(zāi)報警器供電模塊123.8 溫度傳感器(DS18B20)電路模塊133.8.1 DSl8B20的特性介紹133.8.2 DSl8B20的參數(shù)和工作方式介紹163.8.3 DSl8B20接入單片機(jī)電路164 火災(zāi)報警器系統(tǒng)軟件的設(shè)計184.1 系統(tǒng)軟件開發(fā)環(huán)境184.2 系統(tǒng)軟件主體框圖設(shè)計184.2.1 數(shù)據(jù)采集處理程序194.2.2 數(shù)據(jù)處理報警程序205 系統(tǒng)調(diào)試問題和總結(jié)22致謝23參考文獻(xiàn)24附件一：原理連線圖設(shè)計25附件二：部分程序源代碼26附件三：實物圖431 緒 論1.1課題背景和相關(guān)概述隨著

11、科技的發(fā)展和人類生活節(jié)奏的加快，越來越多的巨大隱患由于工業(yè)的生產(chǎn)和人類的日常生活而產(chǎn)生。為了早早發(fā)現(xiàn)和預(yù)警火災(zāi)，防止和減少火災(zāi)造成的危害，保護(hù)人類的人身和財產(chǎn)安全。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。因此，研究煙霧和溫度的檢測方法與研制火災(zāi)報警器就成為傳感器技術(shù)1發(fā)展領(lǐng)域的一個重要課題。 單片機(jī)和煙霧傳感器是火災(zāi)報警器系統(tǒng)的兩大核心，單片機(jī)就好像是一個橋梁，聯(lián)系著傳感器和報警電路設(shè)備。近幾年來的發(fā)展，單片機(jī)已慢慢走進(jìn)工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)及人們生活的各個方面。單片機(jī)是器件級計算機(jī)系統(tǒng)，實際上它就是一個微控制器或微處理器。但是由于它功能齊全，體積小，成本低廉，因此可以應(yīng)用到各

12、種電子系統(tǒng)中。所以，根據(jù)火災(zāi)報警器功能和要求，選用合適、精準(zhǔn)、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。 1.2 火災(zāi)報警器的國內(nèi)外現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢 國外于20世紀(jì)30年代就開始研究及研發(fā)煙霧傳感器，一方面是因為人類安全意識逐漸增強(qiáng)，對環(huán)境安全性和生活舒適性的要求逐步提高；另一方面是由于傳感器的市場增長受到各國政府安全法規(guī)的推動。據(jù)相關(guān)統(tǒng)計數(shù)據(jù)，美國1996年2002年煙霧傳感器平均年增長率為27%30%。隨著傳感器生產(chǎn)技術(shù)水平的逐步提高2，使傳感器日益小型化、集成度不斷增大，使得火災(zāi)煙霧檢測儀器的體積也

13、逐漸變小，提高了火災(zāi)煙霧檢測儀器的便攜性，更加方便于生產(chǎn)、運輸及市場的推廣。 世界上第一臺接觸燃燒式家用燃?xì)庑孤﹫缶饔?963年5月，日本研發(fā)完成，次年12月其改良產(chǎn)品問世。我國煙霧報警器在70年代初期也開始研制，生產(chǎn)型號多種多樣、品種比較齊全，應(yīng)用范圍也由單一的煉油系統(tǒng)擴(kuò)展到各類危險作業(yè)環(huán)境的各種類型報警器，產(chǎn)品數(shù)量也在逐年不斷增加。但主要是在引進(jìn)國外先進(jìn)的傳感器技術(shù)和先進(jìn)的生產(chǎn)工藝的基礎(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)定性上都取得了很大進(jìn)步。我們正面臨人類社會經(jīng)濟(jì)與技術(shù)急速發(fā)展的時代，伴隨著電子、計算機(jī)、通訊和現(xiàn)代控制等技術(shù)的迅速發(fā)展，現(xiàn)代火災(zāi)自動報警應(yīng)用技

14、術(shù)發(fā)展方向正在向著全總線制、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、綜合化等全方面的發(fā)展。便于更好的預(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)國家和人民的生命和財產(chǎn)的安全。1.3 系統(tǒng)設(shè)計任務(wù)分析本篇論文是基于煙霧報警器的研制：(1)對本系統(tǒng)進(jìn)行整體的規(guī)劃和結(jié)構(gòu)設(shè)計概念。(2)以STC89C52單片機(jī)為中央處理器大腦，對硬件電路部分進(jìn)行設(shè)計和改進(jìn)，以使各部分功能更加完善。本系統(tǒng)硬件電路部分主要分為：數(shù)碼管顯示電路、聲音報警電路、數(shù)據(jù)收集、狀態(tài)指示燈電路。 (3)系統(tǒng)的軟件編制部分。按照軟件需要實現(xiàn)的功能，主要分為：系統(tǒng)主程序、初始化子程序、濃度顯示

15、子程序、報警子程序、報警限值設(shè)置子程序。在程序的編寫過程中，備注了詳細(xì)的文字注釋，以便于后期的修改與維護(hù)。 (4)對硬件電路和軟件的綜合調(diào)試。 2 總體方案設(shè)計和分析 火災(zāi)報警器是能夠檢測環(huán)境中的煙霧濃度和室內(nèi)溫度，并具有報警功能的預(yù)警儀器。該報警系統(tǒng)的主要組成部分應(yīng)包括：信號采集模數(shù)轉(zhuǎn)換電路、單片機(jī)控制電路、字符顯示電路、聲光報警電路和安全保護(hù)電路等部分組成。 為了適應(yīng)普通室內(nèi)場所對可燃性易爆煙霧安全性的要求，設(shè)計的火災(zāi)報警器應(yīng)該具有顯示報警狀態(tài)。報警器的工作方式采用延時的方式，火災(zāi)報警器以STC89C52單片機(jī)為控制核心組成部分，選用MQ-2半導(dǎo)體氣體煙霧傳感器對煙霧濃度信息進(jìn)行采集，配合

16、外圍電路部分構(gòu)成火災(zāi)報警系統(tǒng)。本設(shè)計由硬件和軟件設(shè)計兩部分組成。從設(shè)計的要求來分析該設(shè)計須包含如下圖結(jié)構(gòu)：STC89C52單片機(jī)主控部分、報警部分、煙霧檢測部分、AD采集四大部分3，電路總框架圖如圖2.1所示。 圖2.1 總體設(shè)計框架圖整個系統(tǒng)工作是在系統(tǒng)軟件的控制下，會使在監(jiān)測點上的煙霧檢測探頭將檢測到的煙霧濃度信息變換成電信號，送出模擬信號，給AD采集電路采集處理。在單片機(jī)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)的控制信號，用于驅(qū)動蜂鳴器及報警指示燈報警。2.1 煙霧濃度檢測傳感器選擇煙霧傳感器是測量裝置和控制系統(tǒng)重要的首要環(huán)節(jié)，而火災(zāi)報警器的信號采集是由煙霧傳感器負(fù)責(zé)的。煙霧傳

17、感器能夠?qū)⒉杉降臍怏w的種類及其濃度的有關(guān)信息轉(zhuǎn)換為電信號，再根據(jù)這些電信號的強(qiáng)弱就會獲得與待測氣體在特殊環(huán)境中存在的情況有關(guān)的信息，就可以達(dá)到檢測、監(jiān)控、報警的功能。可以說，一個精確可靠的傳感器，是為了能完成精確可靠的自動檢測、控制和報警系統(tǒng)的根本。煙霧傳感器作為報警器中不可缺少的核心組成器件，它決定了采集到的煙霧濃度信號信息的準(zhǔn)確性和可靠性4。煙霧傳感器內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖2.2所示。圖2.2煙霧傳感器及其結(jié)構(gòu)圖2.1.1 煙霧傳感器的介紹（1）煙霧傳感器的分類 半導(dǎo)體煙霧傳感器半導(dǎo)體煙霧傳感器是用氧化物半導(dǎo)體陶瓷材料作為敏感體制作的煙霧傳感器，以及用單晶半導(dǎo)體器件制作的煙霧傳感器。半導(dǎo)體煙霧傳感

18、器是利用火災(zāi)環(huán)境下的氣體在半導(dǎo)體表面發(fā)生的氧化和還原反應(yīng)導(dǎo)致敏感元件阻值變化規(guī)律而制成的。按照敏感度的機(jī)理進(jìn)行分類，半導(dǎo)體煙霧傳感器可分為電阻式和非電阻式傳感器。當(dāng)半導(dǎo)體接觸到火災(zāi)環(huán)境中的氣體時，半導(dǎo)體的電阻值將會逐漸發(fā)生變化，利用傳感器輸出端阻值的變化來測定或控制氣體的相關(guān)參數(shù)，這種類型的傳感器被稱作為電阻式半導(dǎo)體氣敏傳感器；當(dāng)MOS場效應(yīng)管在接觸到火災(zāi)現(xiàn)場的氣體時，場效應(yīng)管的電壓就會隨周圍氣體狀態(tài)的不同而發(fā)生變化，由這種原理制成的傳感器被稱作為非電阻式半導(dǎo)體氣敏傳感器。 離子式煙霧傳感器這種煙霧報警器的內(nèi)部采用離子式煙霧傳感，離子式煙霧傳感器是一種工作性能穩(wěn)定可靠，技術(shù)先進(jìn)的傳感器，被人類

19、廣泛運用到各類消防報警預(yù)警系統(tǒng)中，性能比于氣敏電阻類的火災(zāi)報警器效果要好。 光電式煙霧傳感器該種光電煙霧報警器內(nèi)有一個光學(xué)迷宮，安裝的有紅外對管，當(dāng)無煙霧時紅外接收管接收不到紅外發(fā)射管發(fā)出的紅外光線，當(dāng)有煙霧塵埃進(jìn)入光學(xué)迷宮時，會在光學(xué)迷宮內(nèi)通過折射、反射，讓紅外接收管接收到紅外發(fā)射管發(fā)出的紅外光，智能報警電路判斷是否超過警戒閾值，如果超過則發(fā)出警報信號。 氣敏式煙霧傳感器因為氣敏傳感器是一種檢測特定氣體的傳感器，所以它主要包括電化學(xué)氣敏傳感器、接觸燃燒式氣敏傳感器和半導(dǎo)體氣敏傳感器等，其中用的最多的是半導(dǎo)體氣敏傳感器。根據(jù)火災(zāi)報警器檢測煙霧種類的要求的不同，在社會大多數(shù)場合都會選擇使用半導(dǎo)體

20、煙霧傳感器。經(jīng)過比較眾多煙霧傳感器的適應(yīng)性特點，相互比較發(fā)現(xiàn)半導(dǎo)體煙霧傳感器的優(yōu)點更加適合本系統(tǒng)的要求。半導(dǎo)體煙霧傳感器具有體積小、結(jié)構(gòu)簡單、靈敏度高、響應(yīng)快、使用方便、價格便宜等很多的優(yōu)點，而且不會發(fā)生探頭被阻緩的現(xiàn)象，維護(hù)成本比較低，因而在生產(chǎn)實踐中得到廣泛的應(yīng)用。因此，在本設(shè)計中的煙霧傳感器就選用MQ-2半導(dǎo)體氣體煙霧傳感器5。2.1.2 MQ-2半導(dǎo)體氣體煙霧傳感器MQ-2半導(dǎo)體傳感器是以清潔空氣中電導(dǎo)率較低的金屬氧化物二氧化錫(SnO2)為主體的N型半導(dǎo)體氣敏元件。二氧化錫(SnO2)半導(dǎo)體氣敏元件6方便使用還具有以下特點：(a)SnO2材料的物理和化學(xué)反應(yīng)穩(wěn)定性較高，工作溫度低（工

21、作溫度300以下）。(b)SnO2氣敏元件的電阻率變化范圍大，適應(yīng)性強(qiáng)，輸出信號強(qiáng)度大。(c)SnO2氣敏元件對液化氣、丙烷、氫氣的靈敏度較高，長壽命、低成本。簡單的驅(qū)動電路即可達(dá)到其工作所需要求。 MQ-2氣敏元件的結(jié)構(gòu)如圖2所示，完整封裝好的氣敏元件如圖有6只針狀管腳，其中4個用于信號取出，2個用于提供加熱電流。因為該煙霧傳感器適用于天然氣、乙炔、煙霧、烷類氣體、煤氣、煤油、氫氣、汽油等氣體的檢測使用。由于這種煙霧傳感器能夠檢測出多種可燃性氣體的煙霧濃度，所以十分的適合應(yīng)用在普通家庭的氣體泄漏報警器中。設(shè)計的時候應(yīng)該注意，氣敏元件開機(jī)通電的時候，其內(nèi)阻值較小，但經(jīng)過通電一段時間后，才能恢復(fù)

22、到原本狀態(tài)。因此，MQ-2氣體傳感器開機(jī)需要預(yù)熱幾分鐘，才可以投入使用，才能防止誤報情況發(fā)生，其技術(shù)指標(biāo)如表2-1。表2-1 MQ-2的技術(shù)指標(biāo) 加熱電壓（Vh） AC或DC 5±0.2V 回路電壓（Vc）負(fù)載電陰（Rl）清潔空氣中電阻 （Ra） 靈敏度（S=Ra/Rdg）響應(yīng)時間(Trec)恢復(fù)時間(Trec)元件功耗檢測范圍使用壽命最大DC 24V 2K2000 K 4(在1000ppmC4H10中) 10S 30S 0.7W 5010000ppm 2年2.2 單片機(jī)的選擇和簡單介紹現(xiàn)階段單片機(jī)技術(shù)在社會的各個領(lǐng)域都得到了廣泛的應(yīng)用，在單片機(jī)各類生產(chǎn)廠家中，MCS系列單片機(jī)憑借其

23、優(yōu)越的性能、成熟的技術(shù)、高可靠性和高性能價格比的優(yōu)點，迅速占領(lǐng)了國內(nèi)外市場的需求，成為國內(nèi)外單片機(jī)應(yīng)用領(lǐng)域中的主流產(chǎn)品。在眾多單片機(jī)中，51系列單片機(jī)的突出優(yōu)點是價錢便宜,I/O口多,程序空間大的優(yōu)點使其在實用中更廣泛。所以，本系統(tǒng)中使用51系列單片機(jī)是最理想的選擇，因此采用STC89C52單片機(jī)做本系統(tǒng)的微處理器。2.2.1 STC89C52單片機(jī)功能簡介 STC89C52是STC公司研發(fā)的一種高性能、低功耗CMOS8位微控制器，具有8K可編程Flash存儲器在系統(tǒng)中。使用高密度非易失性存儲器技術(shù)制造，使得芯片具有比傳統(tǒng)51單片機(jī)很多不具備的功能。單片機(jī)片上Flash允許程序存儲器在線的可編

24、程性，比較適用于在常規(guī)編程器上。在相對于51單片機(jī)芯片上，擁有相對靈巧的8 位CPU和在系統(tǒng)可編程Flash，這些優(yōu)點使STC89C52單片機(jī)為眾多嵌入式控制應(yīng)用系統(tǒng)提供高靈活、超有效的解決方案7。STC89C52單片機(jī)具有以下一些標(biāo)準(zhǔn)功能：8k字節(jié)Flash編輯，512字節(jié)RAM， 32 位I/O 口線，看門狗定時器，內(nèi)置4KB EEPROM， 3個16 位定時器/計數(shù)器，4個外部中斷處理，全雙工工作方式的串行口?？臻e的模式情況下，CPU 會停止工作，允許RAM、定時器/計數(shù)器、串口、中斷繼續(xù)工作。掉電保護(hù)方式下，RAM內(nèi)容被瞬間保存，振蕩器也會被凍結(jié)，單片機(jī)一切工作停止，直到下一個中斷或硬

25、件復(fù)位為止。最高的工作運作頻率35MHz，6T/12T可選8。2.2.2單片機(jī)的各引腳功能描述下面對STC89C52各引腳的功能進(jìn)行較為詳細(xì)的介紹9：18腳:通用I/O接口p1.0p1.7  9腳:RST復(fù)位鍵  10,11腳:RXD串口輸入，TXD串口輸出  1219:I/O p3接口(12,13腳INT0中斷0,INT1中斷1)14,15:計數(shù)脈沖T0 ，T1 16,17:WR寫控制，RD讀控制輸出端  18,19:晶振諧振器 20:接地線2128：p2接口，高8位的地址總線29: PSEN片外ROM選通端(單片機(jī)對片外ROM操作

26、時,29腳RSEN輸出低電平)  30:ALE/PROG地址鎖存器  31:EA ROM控制器，電平片內(nèi)取，電平片外取  3239:p0.7p0.0(注意此接口的順序與其他I/O接口不同,與引腳號的排列順序相 反)  40:接電源+5V下面是I/O（輸入/輸出端口，P0，P1，P2，P3）的詳細(xì)介紹：P0口：P0口是一個漏極開路的8位準(zhǔn)雙向I/O端口。P1口：8位準(zhǔn)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(zhǔn)雙向口）。P3口：雙功能口，即可以做普通I/O口用（此時為準(zhǔn)向口，也可以按每位定義實

27、現(xiàn)第二功能操作），如表2-2。表2-2 P3口的第二功能表引腳第二功能P3.0 RXD （串行輸入口）P3.1 TXD （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）3 火災(zāi)報警系統(tǒng)的硬件電路部分3.1 STC89C52單片機(jī)最小系統(tǒng)能使單片機(jī)正常工作最基本的電路圖結(jié)構(gòu)為單片機(jī)的最小系統(tǒng)結(jié)構(gòu)10，如圖3.1所示。 圖3.1 信號處理模塊 單片機(jī)最小系統(tǒng)是由單片機(jī)、復(fù)位電路、時鐘電路構(gòu)成各個小部分組成。STC89C52 單片機(jī)的工作電壓范圍：

28、4V-5.5V,所以一般會給單片機(jī)外界加5V直流電源。單片機(jī)中的40腳VCC接在正極5V，而20腳VSS接在電源地端。3.2 單片機(jī)時鐘和復(fù)位電路介紹 本火災(zāi)報警系統(tǒng)使用STC系統(tǒng)列的52單片機(jī)，相對于其他系列單片機(jī)具有很多優(yōu)點,而且具有很快的執(zhí)行速度。STC系列單片機(jī)對程序的燒寫采用的是串口對單片機(jī)的燒寫,下載程序入單片機(jī)比較方便；STC89C52單片機(jī)內(nèi)部集成的有看門狗電路,所以具有很強(qiáng)的抗干擾能力，能出色的保護(hù)程序的完整。本火災(zāi)報警系統(tǒng)采用的是內(nèi)部方式的時鐘電路和加電自復(fù)位的復(fù)位電路，如下圖3.2(a)，(b)所示。 (a) 時鐘電路(b) 復(fù)位電路圖3.2因為單片機(jī)的P0口的內(nèi)部不含有

29、上拉電阻，且為高電阻阻狀態(tài)，所以工作的時候不能正常地輸出高/低電平，因而必須讓I/O口在使用的同時外加一個上拉電阻，保證正常使用。3.3 煙霧濃度檢測AD采集電路模塊煙霧檢測采用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。AD采樣電路，是把電路中的電流用采樣元件轉(zhuǎn)換為電壓信號，然后用ADC量化轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的數(shù)字信號。通常，使用一個電阻，串接到電路中，流過的電流會在電阻上形成相應(yīng)的電壓。這個電壓就方便用來測量了。從而設(shè)定出理想的煙霧強(qiáng)度報警值，電路如圖3.3所示。圖3.3 煙霧濃度采集電路3.4 火災(zāi)報警數(shù)碼顯示模塊顯示本系統(tǒng)的數(shù)據(jù)我選擇采用數(shù)碼管顯示，顯示電路圖如圖

30、3.4所示。圖3.4 數(shù)碼管顯示部分3.5 聲音報警電路模塊電路通過三極管基極串連一個電阻與單片機(jī)P3.6端口連接從而決定控制的蜂鳴器是否報警。三極管主要是做驅(qū)動用的。因為單片機(jī)的I/O口驅(qū)動能力不夠讓蜂鳴器發(fā)出聲音，所以我們通過三極管放大驅(qū)動電流，從而可以讓蜂鳴器發(fā)出聲音，你要是輸出高電平，三極管導(dǎo)通，集電極電流通過蜂鳴器讓蜂鳴器發(fā)出聲音，當(dāng)輸出低電平時，三極管截止，沒有電流流過蜂鳴器，所以就不會發(fā)出聲音11，電路如3.5所示。 圖3.5 聲音報警電路圖 3.6 按鍵控制電路模塊本火災(zāi)報警器電路一共設(shè)計了四個按鍵，一個設(shè)置鍵、一個加鍵、一個減鍵、一個緊急報警鍵，當(dāng)遇到緊急突發(fā)情況時，可人為的

31、按下緊急報警鍵，蜂鳴器進(jìn)行報警?？梢杂写罅繉氋F時間進(jìn)行人們的遣散和財產(chǎn)的保護(hù)，如圖3.6所示。 圖3.6 消音按鍵連接電路圖3.7 火災(zāi)報警器供電模塊在考慮為本系統(tǒng)采用供電方式的時候，我從多方面考慮，方便、價格、安全等。如下幾種方案為系統(tǒng)供電。方案1：采用5V蓄電池做為本系統(tǒng)的供電電源。蓄電池具有較強(qiáng)的電流驅(qū)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，通過實驗的驗證，單片機(jī)、傳感器的工作電壓穩(wěn)定能夠滿足系統(tǒng)的要求，而且電池更換更為方便。綜上所述采用方案2。電源接口電路如圖3.7，其中P

32、1為電池接入口 ，SWA為電源開關(guān)，D1為電源指示燈。 圖3.7 電源接口電路3.8 溫度傳感器(DS18B20)電路模塊3.8.1 DSl8B20的特性介紹DSl8B20單線數(shù)字溫度傳感器是新一代溫度傳感器，它具有微型化、低功耗，與其他溫度傳感器相比，具有以下特性：供電電源為3.05.5 V;獨特的單線接口方式，支持多點組網(wǎng)功能;溫范圍為-55+125，在-10+85時精度為±0.5;可編程的分辨率為912位，對應(yīng)的可分辨溫度分別為0.5，0.25，0.125和0.0625，可實現(xiàn)高精度測溫;轉(zhuǎn)換速度快;具有極強(qiáng)的抗干擾糾錯能力;電源極性接反時，芯片不會因發(fā)熱而燒毀，但不能正常工作

33、。DSl8B20采用3腳PR35封裝或8腳SOIC封裝，其內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖12，如3.8所示。 圖3.8 DSl8B20溫度傳感器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖主要由4部分組成：64 位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。ROM中的64位序列號是出廠前被光刻好的，它可以看作是該DS18B20的地址序列碼，每個DS18B20的64位序列號均不相同。64位ROM的排的循環(huán)冗余校驗碼（CRC=X8X5X41）13，DS18B20的管腳排列如圖3.9所示。圖3.9 DS18B20的管腳DS18B20的引腳定義如下：GND :接地 DQ ：數(shù)據(jù)I/O 口 VDD :接電源 NC ：空腳

34、DSl8B20溫度傳感器的內(nèi)部存儲器包括兩個部分：一個高速暫存RAM和一個非易失性的可電擦除EEPRAM。讀入的數(shù)據(jù)先要寫入RAM，再經(jīng)過校驗后再傳給EEPRAM。DSl8B20 工作時會按照此寄存器中存儲的分辨率將溫度轉(zhuǎn)換為相對應(yīng)的精度數(shù)值，低5位一直都是1，TM是測試模式位，用于設(shè)置DSl8B20在工作模式還是在測試模式，如表3-1所示。在DSl8B20出廠時該位被設(shè)置為0，用戶不要去改動，R1和R0決定溫度轉(zhuǎn)換精度位數(shù)。在DSl8B20完成溫度數(shù)值變換之后，溫度的數(shù)值與貯存TH和TL內(nèi)的觸發(fā)值相比較。因為這些寄存器存儲的數(shù)值僅僅是8位，所以0.5溫度位在相比較時常常被忽略掉。TH或TL的

35、最大有較位直接對應(yīng)l6位溫度寄存器的符號位。如果溫度測量的結(jié)果高于TH或低于TL，那么在器件內(nèi)的報警警示標(biāo)志將會重新置位一次。每一次的溫度測量都會重新一次的更新此警示標(biāo)志。只有報警警示警標(biāo)志置位，DSl8B20才會對報警搜索命令的指令發(fā)出響應(yīng)指令14，下面是部分溫度轉(zhuǎn)換如表3-2所示。 表3-1 字節(jié)各位的定義TMR1R011111 表3-2 部分溫度轉(zhuǎn)換值溫度輸入（2進(jìn)制）輸出（16進(jìn)制）+1250000 0111 1101 000007D0H+850000 0101 0101 00000550H+25.06250000 0001 1001 00010191H+10.1250000 0000

36、 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 3.8.2 DSl8B20的參數(shù)和工作方式介紹相關(guān)參數(shù)特性：(1)獨特的單線方式，通信只需l個接口引腳(2)全面的多點綜合測量溫度能力，方便分布式溫度檢測應(yīng)用(3)工作時不需要外接外部元件(4)供電方式可用數(shù)據(jù)線(5)防止突然

37、，需要準(zhǔn)備外電源(6)-55至+125的測量溫度范圍，每單次增量值為05(7)溫度會以9位數(shù)字值方式表達(dá)(8)快速的把溫度變換為數(shù)字常在1秒內(nèi)(9)非易失性的溫度告警值用戶可以自行設(shè)置(10)器件溫度告警情況可以使用告警搜索命令識別和尋址溫度在極限之外編定(11)適用于恒溫控制工業(yè)系統(tǒng)消費類產(chǎn)品溫度計或任何熱敏系統(tǒng)相關(guān)極限參數(shù)：(1)電壓-0.5V至+7.0V是任何引腳相對于地的電壓值(2)260/l0秒的工作焊接溫度3.8.3 DSl8B20接入單片機(jī)電路 圖3.10 溫度傳感器接口電路圖(1) DS18B20控制方法DS18B20有六條控制命令15： 溫度變換 44H 啟動DS18B20開

38、始溫度的轉(zhuǎn)換 讀暫存器 BEH 讀暫存器里的9個字節(jié)內(nèi)容 寫暫存器 4EH 使數(shù)據(jù)寫入暫存器的TH、TL字節(jié) 復(fù)制暫存器 48H 把暫存器的TH、TL字節(jié)寫入E2RAM中 重新調(diào)E2RAM 0B8H 把E2RAM中的TH、TL字節(jié)寫入暫存器TH、TL字節(jié) 讀電源供電方式 0B4H 啟動DS18B20給主CPU 發(fā)送電源供電方式(2) DS18B20供電方式選擇DS18B20的供電方式有兩種：電源供電，此時DS18B20溫度傳感器的1號引腳接上地，2號引腳作信號線，3號引腳接上電源：寄生電源供電，單片機(jī)的端口接上單線總線上，為了使DS18B20在有效的時鐘周期內(nèi)有足夠電流可以提供，選用一個三極管

39、來完成上拉總線。因為本系統(tǒng)已經(jīng)采用電源供電，所以這里也選擇使用電源供電。4 火災(zāi)報警器系統(tǒng)軟件的設(shè)計4.1 系統(tǒng)軟件開發(fā)環(huán)境本系統(tǒng)采用了C語言對軟件程序的設(shè)計，因為C語言是由函數(shù)組成，是一種結(jié)構(gòu)化的程序設(shè)計編程語言。容易實現(xiàn)系統(tǒng)的模塊化，具有良好的可讀性，易于移植等等優(yōu)點。并且還有具有其他語言一樣的位操作功能的硬件控制指令。在系統(tǒng)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的方面，可以使用結(jié)構(gòu)體和數(shù)組，能夠處理復(fù)雜的數(shù)據(jù)，可用于實時處理系統(tǒng)。軟件編程使用的是德國Keil Software公司出品的Keil C51，是51系列兼容單片機(jī)C語言軟件開發(fā)系統(tǒng)。Keil C51軟件提供豐富的庫函數(shù)和功能強(qiáng)大的集成開發(fā)調(diào)試工具，全Wind

40、ows界面。另外重要的一點，Keil C51生成的目標(biāo)代碼效率非常之高，多數(shù)語句生成的匯編代碼很緊湊，容易理解16。在開發(fā)大型軟件時更能體現(xiàn)高級語言的優(yōu)勢，具有以下的特點：(1)全功能的源代碼編輯(2)器件庫可以配置開發(fā)工具設(shè)置(3)項目管理器可以創(chuàng)建和維護(hù)項目(4)集成MAKE工具用來匯編編譯和連接嵌入式應(yīng)用(5)可以設(shè)置對話框形式的開發(fā)工具4.2 系統(tǒng)軟件主體框圖設(shè)計火災(zāi)報警器主程序流程圖4.1如下所示。第一步要對傳感器進(jìn)行預(yù)熱,因為MQ-2型半導(dǎo)體電阻式煙霧傳感器不能立即正常采集煙霧信息在不通電存放一段時間后，需要一段時間預(yù)熱。 圖4.1主程序流程圖在一個完整火災(zāi)報警系統(tǒng)工作時，煙霧濃度

41、的信息會由AD轉(zhuǎn)換處理后，再交給單片機(jī)進(jìn)行分析比較數(shù)值，再轉(zhuǎn)交給判斷系統(tǒng)去判斷是否需要啟動報警，若需要則發(fā)出報警信號。火災(zāi)報警的主程序還包括以下功能：LED八段數(shù)碼管顯示字符、手動啟動報警、自行設(shè)定報警值，中斷子程序等，這些功能會使報警器更加完善，讓用戶感到方便。4.2.1 數(shù)據(jù)采集處理程序系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集是火災(zāi)報警系統(tǒng)中的很重要環(huán)節(jié)，為了使系統(tǒng)降低誤報率，系統(tǒng)設(shè)計時對溫度煙霧采用了兩次采集、兩次判斷的方法。每次采集溫度煙霧數(shù)據(jù)后，將數(shù)據(jù)存入單片機(jī)的寄存器，然后在火災(zāi)判斷程序中，將采集的數(shù)據(jù)與設(shè)定的閾值進(jìn)行比較，判斷現(xiàn)場是否發(fā)生火災(zāi)。具體流程是：系統(tǒng)和程序初始化后，驅(qū)動ADC0832的IN0對溫

42、度信號進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換，單片機(jī)接受轉(zhuǎn)換好的數(shù)據(jù)，存入寄存器，由INT1中斷服務(wù)程序完成；系統(tǒng)延時10ms，驅(qū)動ADC0832的IN1對煙霧信號進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換完成后存入寄存器。系統(tǒng)延時50ms，進(jìn)行第二次溫度煙霧信號采集，將轉(zhuǎn)換好的數(shù)據(jù)存入寄存器中。單片機(jī)每次驅(qū)動A/D轉(zhuǎn)換后等待外部中斷1，當(dāng)ADC0832的EOC端變?yōu)?時，即中斷到來，說明A/D轉(zhuǎn)換已經(jīng)完成，通過中斷服務(wù)程序讀取轉(zhuǎn)換得到的數(shù)據(jù)。圖4.2數(shù)據(jù)采集處理流程圖4.2.2 數(shù)據(jù)處理報警程序本系統(tǒng)為了解決其他火災(zāi)報警系統(tǒng)存在的誤警和適應(yīng)性的問題，當(dāng)煙霧濃度或溫度值超過報警限設(shè)定值時，蜂鳴器發(fā)聲，以提示操作人員采取安全對策或自動控制相

43、關(guān)安全裝置，從而保障生產(chǎn)安全，避免火災(zāi)和爆炸事故的發(fā)生。為防止誤報，在程序設(shè)計上，對煙霧濃度和溫度進(jìn)行快速重復(fù)檢測和延時報警，以區(qū)別出時管道中煙霧的泄露，還是由于暫時打開閥門產(chǎn)生的可燃煙霧的微量散失，防止誤報。報警程序圖4.3 圖4.3 報警程序圖5系統(tǒng)的總結(jié)火災(zāi)報警器在生產(chǎn)與生活的安全防止方面有重要作用，可以預(yù)防火災(zāi)的惡性事故，避免發(fā)生爆炸事故造成重大的損失，防范有毒氣體的擴(kuò)散?；馂?zāi)報警器出色的在防火、防爆等安全防范和保護(hù)財產(chǎn)安全的特點，使得其在市場上的發(fā)展有更加廣闊的前景。 本火災(zāi)報警論文是在研究和理解煙霧傳感器與報警技術(shù)上，深度的考慮和比較國內(nèi)外一些類似產(chǎn)品相關(guān)技術(shù)參數(shù)后，全面的思考，從

44、性價比，實用性，方便性等方面，擇優(yōu)選擇的情況下，確定了本系統(tǒng)的設(shè)計方案。按照設(shè)計思路的規(guī)劃，從市場上購買了所需的各部分元器件，并且合理規(guī)劃和設(shè)計各元器件部分，完成了本論文的框架。 本論文的主體結(jié)構(gòu)設(shè)計是：煙霧濃度信號的采集電路和單片機(jī)中心控制電路兩大部分組成，總體電路實現(xiàn)圖見附錄一。（1）從系統(tǒng)的設(shè)計需求，設(shè)計成本，產(chǎn)品使用的環(huán)境等原因考慮，選擇的煙霧傳感器是MQ-2型半導(dǎo)體電阻式煙霧傳感器。論文中已經(jīng)闡述了選擇該傳感器的原因。該傳感器可以出色的對以烷類煙霧為主的多種煙霧有良好敏感性，能很好的感知各類煙霧的濃度，達(dá)到出色的報警預(yù)警功能。此外，該傳感器還有很多有點，中度的靈敏度，響應(yīng)與恢復(fù)特性出

45、色，能長期的穩(wěn)定工作、受周圍環(huán)境影響小及耐熱耐濕等優(yōu)點。（2）基于在火災(zāi)報警系統(tǒng)的中央處理器的設(shè)計方面，選擇使用的是性能好、優(yōu)點多、整合度高的STC89C52單片機(jī)為本系統(tǒng)核心控制芯片，因為其具有高速數(shù)據(jù)處理能力和豐富的片內(nèi)外設(shè)完美的符合所需，能簡易的實現(xiàn)儀器向小型化和智能化的發(fā)展趨勢。因為煙霧傳感器工作需要有一個加熱的過程，溫度越高，反應(yīng)就會越快，系統(tǒng)響應(yīng)和恢復(fù)時間就會越快。所以為額提高系統(tǒng)的響應(yīng)時間，確保傳感器能準(zhǔn)確地、穩(wěn)定的工作，于是就給煙霧傳感器加上一個能穩(wěn)定供給5V的加熱電壓。煙霧報警器的工作環(huán)境溫度范圍比較寬，LED數(shù)碼管可以比較準(zhǔn)確將煙霧濃度顯示。單片機(jī)處理和數(shù)值轉(zhuǎn)換后，如果煙霧

46、濃度達(dá)到系統(tǒng)設(shè)定預(yù)警濃度時，蜂鳴器就會響，即系統(tǒng)發(fā)出報警信號。致 謝直到今日，我的畢業(yè)論文設(shè)計將會告一段落了。能完成本次的論文的設(shè)計，我十分的感謝我的指導(dǎo)老師楊曉峰老師，楊老師細(xì)心的指導(dǎo)，多次幫我解決很多我想不懂的難處，讓我在一些問題面前迎刃而解。耐心的教導(dǎo)我做事要細(xì)心，要學(xué)會思考問題、發(fā)現(xiàn)問題、面對問題和解決問題。老師常常定期詢問我的進(jìn)度和難處，讓我可以按時的完成論文的設(shè)計。所以我十分感謝！通過這次畢業(yè)論文的設(shè)計，我發(fā)現(xiàn)自己學(xué)習(xí)到了很多以前不知道和不了解的知識，使自己看到了自己的理論知識和實踐能力的天壤之別了，明白了自己在一些方面的短處，才明白自己是滄海一粟。本次的論文設(shè)計，讓我獨立思考問題

47、的能力有很大提高，鍛煉了自己在實際設(shè)計過程中思考問題、發(fā)現(xiàn)問題、面對問題和解決問題的能力，與此同時，也了解了自己的不足的地方，這樣使我可以更好的規(guī)劃未來的自己，并且會一步步學(xué)習(xí)，讓自己去適應(yīng)未來的工作和學(xué)習(xí)?；貞涍^去的大學(xué)光陰，就想在眼前，就想在昨天一樣。在這最后，我還要謝謝在這四年的學(xué)習(xí)時間里，給我很多支持和關(guān)心的我的家人、各位老師以及我的同學(xué)和朋友們。那是最可愛的人，他們給予我很多很多，讓我的人生更精彩無比！參考文獻(xiàn) 1 李華.MCS-51系列單片機(jī)實用接口技術(shù)M.北京航空航天大學(xué)出版社.2 張毅坤等.單片微型計算機(jī)原理及應(yīng)用M.西安電子科技大學(xué)出版社.2006.3 潘新民等.微型計算機(jī)控

48、制技術(shù)M.電子工業(yè)科技大學(xué)出版社.2003.4 陳偉.MCS-51系列單片機(jī)實用子程序集錦M.清華大學(xué)出版社.1993.5 吳佑壽. Lab VIEW7實用教程M.電子工業(yè)出版社.2007.6 朱明程等.一氧化碳傳感器MGS1100原理及應(yīng)用電子技術(shù)J.1998年第1期.7 劉迎春.傳感器原理設(shè)計及應(yīng)用M.哈爾濱工業(yè)大學(xué)出社.8 趙負(fù)圖.數(shù)據(jù)采集與控制系統(tǒng)M.北京科學(xué)技術(shù)出社.1987.9 王若鯨.數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)入門M.人民郵電出版社.1984.10 肖忠祥主編.數(shù)據(jù)采集原理M.西北工業(yè)大學(xué)出版社.200311 劉廣玉.新型傳感器技術(shù)及應(yīng)用M.北京航空航天大學(xué)出版社.1989.12 張毅剛.MC

49、S-51單片機(jī)應(yīng)用設(shè)計J.1990.13 陳偉.MCS-51系列單片機(jī)實用子程序集錦M.清華大學(xué)出版社.1993.14 何立民.單片機(jī)實用文集M.北京航空航天大學(xué)出版.1993.15 余成波.傳感器與自動檢測技術(shù)M.高等教育出版社.2004.16 童長飛.CSO5l系列單片機(jī)開發(fā)與C語言編程M.北京航空航天大學(xué)出版社，2005.附件一：系統(tǒng)總體電路設(shè)計附件二：部分程序源代碼#include <reg52.h>#include "eepom52.h"#define uchar unsigned char #define uint unsigned int#incl

50、ude <intrins.h>/數(shù)碼管段選定義 0 1 2 3 4 5 6 7 89uchar code smg_du=0xc0,0xf9,0xa4,0xb0,0x99,0x92,0x82,0xf8,0x80,0x90, 0x88,0x83,0xc6,0xa1,0x86,0x8e,0xff; /斷碼/數(shù)碼管位選定義uchar code smg_we=0xfe,0xfd,0xfb,0xf7;uchar dis_smg8 = 0xc0,0xf9,0xa4,0xb0,0x99,0x92,0x82,0xf8;uchar smg_i = 3; /顯示數(shù)碼管的個位數(shù)sbit SCL=P34;/

51、SCL定義為P1口的第3位腳，連接ADC0832SCL腳sbit DO=P33;/DO定義為P1口的第4位腳，連接ADC0832DO腳sbit CS=P32;/CS定義為P1口的第4位腳，連接ADC0832CS腳sbit dq = P35;/18b20 IO口的定義sbit beep = P36; /蜂鳴器IO口定義uint temperature,s_temp ; /溫度的變量uchar dengji,s_dengji; /煙物等級uchar shoudong; /手動報警鍵bit flag_300ms ;uchar key_can; /按鍵值的變量uchar menu_1; /菜單設(shè)計的變量uchar flag_clock;uchar zd_break_en,zd_break_value; /自動退出設(shè)置界面uchar a_a;/*延時函數(shù)*/void delay_1ms(uint q)uint i,j;for(i=0;i<q;i+)for(j=0;j<120;j+);/*小延時函數(shù)*/void dela