基于單片機(jī)的火災(zāi)報警系統(tǒng)設(shè)計

1、 畢業(yè)設(shè)計（論文）題 目：基于單片機(jī)的火災(zāi)報警系統(tǒng)設(shè)計 學(xué) 院： 電子信息學(xué)院 專業(yè)班級：電氣工程及其自動化2010級2班指導(dǎo)教師： XXXX 職稱： 助理工程師 學(xué)生姓名： XXXXXX 學(xué) 號： 41003040XXX 43西安工程大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計（論文）摘 要隨著經(jīng)濟(jì)與技術(shù)的迅速發(fā)展，火災(zāi)成為當(dāng)今世界各國人民所面臨的一個共同的災(zāi)難性問題。它給人類社會造成嚴(yán)重的生命、財產(chǎn)損失，為了避免火災(zāi)和減少火災(zāi)所造成的損失，預(yù)防和監(jiān)測成為重中之重。良好的監(jiān)控系統(tǒng)和及時的報警機(jī)制可以大大降低人員的傷亡，為社會減少不必要的損失。監(jiān)控系統(tǒng)中各種傳感器的使用越來越多。因此，了解并掌握各類傳感器的基本結(jié)構(gòu)、工作

2、原理及特性是非常重要的。 為了提高對傳感器的認(rèn)識和了解，尤其是對火災(zāi)監(jiān)測相關(guān)傳感器的深入研究以及其用法與用途的了解，基于實(shí)用、廣泛和典型的原則而設(shè)計了本系統(tǒng)。本文利用單片機(jī)結(jié)合傳感器技術(shù)以及無線傳輸技術(shù)而開發(fā)設(shè)計了這一火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)。 本文是以單片機(jī)技術(shù)和無線傳輸技術(shù)為核心并與其他電子技術(shù)相結(jié)合， 設(shè)計而出的一種技術(shù)水平較好的火災(zāi)報警系統(tǒng)。以煙霧傳感器、火焰?zhèn)鞲衅?、溫度傳感器監(jiān)測環(huán)境狀態(tài)，將監(jiān)測信息發(fā)送至單片機(jī)，單片機(jī)對數(shù)據(jù)處理之后在LCD1602液晶上顯示，并通過無線傳輸模塊傳送監(jiān)測數(shù)據(jù)，在接受測將數(shù)據(jù)與預(yù)設(shè)值對比，超出范圍則進(jìn)行聲光報警。以STC89C52單片機(jī)和NRF24L01無線傳輸模塊

3、為核心設(shè)計的火災(zāi)報警器可實(shí)現(xiàn)聲光報警、溫度顯示等功能。是一種結(jié)構(gòu)簡單、性能穩(wěn)定、使用方便、價格低廉、智能化的火災(zāi)報警器。具有一定的實(shí)用價值。關(guān)鍵詞：火災(zāi)報警器，火焰?zhèn)鞲衅?，煙霧傳感器，NRF24L01，DS18B20AbstractWith the rapid development of economy and technology, the fire is facing today people all over the world a common disaster problem. It caused

4、60;serious life, property loss to human society, in order to avoid the fire and reduce fire losses caused, the prevention and monitoring become the priority among priorities. Monitoring system and alarm mechanism timely can greatl

5、y reduce the casualties, reduce unnecessary loss to the society. To use more and more various sensors in the monitoring system. Therefore, understanding and it is very important to master all kinds of sensor's structure, working principle an

6、d characteristics.In order to improve the awareness and understanding of the sensor, especially the thorough research to the fire monitoring sensor and an understanding of its usage and the use, utility, extensive and typical principles on the design

7、 of the system. This combination of sensor technology and wireless transmission technology development and design of the fire control system with single chip microcomputer.This paper is based on SCM technology and wireless transmission technology as the core and with other e

8、lectronic technologies, fire a technology level of design and a good alarm system. The flame sensor, smoke sensor, temperature sensor to monitor the state of the environment, will be sent to the single chip microcomputer monitoring information, the data processing after 1602 on the LCD display, and

9、through the wireless transmission module transmits the monitoring data, in accepting the test data and the preset value contrast, beyond the scope of the sound and light alarm.Based on STC89C52 microcontroller and NRF24L01 wireless transmission module as the core design can realize the smo

10、ke alarm sound and light alarm, temperature display function. The fire alarm is a simple structure, stable performance, convenient operation, low price, intelligent. It has certain practical value.Keywords: fire alarm, a flame sensor, 

11、smoke sensor, NRF24L01, DS18B20目 錄第1章 緒 論11.1 目的和意義11.2 研究概況及發(fā)展現(xiàn)狀11.3 本系統(tǒng)主要研究內(nèi)容2第2章 總體方案論證與設(shè)計32.1主控模塊的選型和論證32.2顯示模塊的選型和論證32.3溫度檢測模塊的選型和論證42.4 無線傳輸模塊的選型和論42.5系統(tǒng)整體設(shè)計概述4第3章 系統(tǒng)硬件電路設(shè)計63.1主控模塊63.1.1 STC89C52單片機(jī)主要特性63.1.2 STC89C52單片機(jī)的中斷系統(tǒng)103.1.3 單片機(jī)最小系統(tǒng)設(shè)計103.2 LCD液晶顯示器簡介113.2.1 液晶原理介紹113.2.2液晶模塊簡

12、介123.2.3液晶顯示部分與STC89C52的接口133.3無線傳輸模塊簡介143.3.1模塊性能及特點(diǎn)143.3.2 NRF24L01應(yīng)用領(lǐng)域153.3.3 NRF24L01技術(shù)參數(shù)163.3.4 NRF24L01工作方式及工作原理163.4聲光報警模塊設(shè)計173.4.1蜂鳴器報警173.4.2燈光報警183.5溫度檢測模塊設(shè)計183.5.1溫度傳感器工作原理183.5.2 DS18B20使用中的注意事項(xiàng)203.5.3 DS18B20硬件電路設(shè)計213.6煙霧傳感器模塊介紹213.6.1煙霧檢測報警器設(shè)計思路213.6.2 MQ-2型煙霧傳感器的工作原理223.7 火焰?zhèn)鞲衅髂K介紹223

13、.7.1火焰?zhèn)鞲衅饔猛?33.7.2火焰?zhèn)鞲衅髂K特233.7.3火焰?zhèn)鞲衅髂K使用233.6.3 MQ-2型傳感器的特性243.8電源穩(wěn)壓模塊設(shè)計253.8.1 5V電源穩(wěn)壓253.8.2 3.3V電源穩(wěn)壓27第4章 系統(tǒng)軟件設(shè)計284.1系統(tǒng)軟件設(shè)計284.1.1主程序設(shè)計284.1.2傳感器程序設(shè)計294.1.3無線傳輸程序設(shè)計294.2程序設(shè)計原理30第5章 系統(tǒng)調(diào)試325.1硬件調(diào)試325.2軟件調(diào)試325.3調(diào)試結(jié)果32第6章 結(jié)論與展望35參考文獻(xiàn)36附 錄37系統(tǒng)整體原理圖37系統(tǒng)源程序38發(fā)送側(cè)部分程序38接受測部分程序39致 謝42西安工程大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計（論文）第1章 緒

14、 論1.1 目的和意義隨著科技的發(fā)展，越來越多的火災(zāi)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(zāi)，防止和減少火災(zāi)危害，保護(hù)人身和財產(chǎn)安全，保衛(wèi)社會主義現(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，就必須對煙霧、溫度以及火光進(jìn)行現(xiàn)場實(shí)時檢測，采用先進(jìn)可靠的安全檢測儀表嚴(yán)密監(jiān)測，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，研制火災(zāi)報警器就成為傳感器技術(shù)發(fā)展領(lǐng)域的一個重要課題。1.2 研究概況及發(fā)展現(xiàn)狀探測器朝新探測技術(shù)的發(fā)展進(jìn)一步拓展了火災(zāi)檢測的應(yīng)用領(lǐng)域，為一些傳統(tǒng)檢測技術(shù)無法勝任的

15、環(huán)境提供了有效的手段。相關(guān)技術(shù)的發(fā)展，如傅立葉近紅外光譜技術(shù)弱信號處理技術(shù)、低功耗MCU技術(shù)進(jìn)一步促進(jìn)了傳統(tǒng)探測技術(shù)的改進(jìn)，使得傳統(tǒng)探測器在技術(shù)和性能上有了顯著的提高?；馂?zāi)著極早期探測、多傳感器復(fù)合探測和探測器小型化、智能化的方向發(fā)展邁出了更快的步伐。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方面。各種類型的單片機(jī)也根據(jù)社會的需求而開發(fā)出來。單片機(jī)是器件級計算機(jī)系統(tǒng)，實(shí)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(yīng)用到任何電子系統(tǒng)中去，同樣，它也可以廣泛應(yīng)用于報警技術(shù)領(lǐng)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。我

16、國火災(zāi)報警系統(tǒng)起步較發(fā)達(dá)國家晚幾十年，從上世紀(jì) 70 年代我國才開始研制生產(chǎn)火災(zāi)報警系統(tǒng)產(chǎn)品。進(jìn)入80年代后，國內(nèi)主要廠家也多是模仿國外產(chǎn)品，或是引進(jìn)國外技術(shù)進(jìn)行生產(chǎn)，沒有真正意義上的核心技術(shù)，并且市場也剛剛開始發(fā)育。火災(zāi)報警產(chǎn)品真正發(fā)展是在 90 年代以后，隨著政府逐漸開放國門，國外企業(yè)開始大量進(jìn)入中國消防市場，帶來先進(jìn)技術(shù)的同時也促進(jìn)了市場的成熟。這時期，我國生產(chǎn)火災(zāi)報警產(chǎn)品的企業(yè)也得到了快速發(fā)展，部分企業(yè)進(jìn)行了合資生產(chǎn)、技術(shù)合作，取得了不菲的成績，也造就了現(xiàn)今市場上許多有實(shí)力的商家，部分技術(shù)已接近或趕上了國際水平。1.3 本系統(tǒng)主要研究內(nèi)容本系統(tǒng)設(shè)計制作一個基于單片機(jī)的火災(zāi)報警器。包括有

17、以下幾種功能：（1）由檢測模塊檢測溫度值、煙霧信號和火光信號并通過24L01無線傳輸模塊收發(fā)。（2）單片機(jī)讀取接收到的煙霧傳感器電位變化獲取煙霧信息并在LCD1602上進(jìn)行顯示。（3）單片機(jī)讀取接收到的火焰?zhèn)鞲衅麟娢蛔兓@取火光信息并在LCD1602上實(shí)時顯示。（4）通過溫度傳感器實(shí)時監(jiān)測環(huán)境溫度并在液晶顯示屏上實(shí)時顯示。（5）單片機(jī)將接收數(shù)據(jù)與預(yù)設(shè)值比較判定，若超出預(yù)設(shè)范圍則驅(qū)動報警電路進(jìn)行聲光報警。第2章 總體方案論證與設(shè)計根據(jù)所要實(shí)現(xiàn)的功能劃分，系統(tǒng)一共需要以下幾個模塊：主控模塊、顯示模塊、檢測模塊和無線傳輸模塊和聲光報警模塊，以下就針對這幾個模塊的選型和論證進(jìn)行討論。2.1主控模塊的選

18、型和論證方案一：采用MSP430系列單片機(jī)，該單片機(jī)是TI公司1996年開始推向市場的一種16位超低功耗的混合信號處理器。其內(nèi)部集成了很多模擬電路、數(shù)字電路和微處理器，提供強(qiáng)大的功能。不過該芯片昂貴不適合一般的設(shè)計開發(fā)。方案二采用51系列的單片機(jī)，該單片機(jī)是一個高可靠性，超低價，無法解密，高性能的8位單片機(jī)，32個IO口，且STC系列的單片機(jī)可以在線編程、調(diào)試，方便地實(shí)現(xiàn)程序的下載與整機(jī)的調(diào)試。因此選用方案二中的51系列單片機(jī)作為主控芯片。2.2顯示模塊的選型和論證方案一：采用LED數(shù)碼管動態(tài)掃描，LED數(shù)碼管價格雖適中，對于顯示數(shù)字也最合適，而且采用動態(tài)掃描法與單片機(jī)連接時，占用單片機(jī)口線少

19、。但是由于數(shù)碼管動態(tài)掃描需要借助74LS164移位寄存器進(jìn)行移位，該芯片在電路調(diào)試時往往有很多障礙，所以不采用LED數(shù)碼管作為顯示。方案二：采用LCD液晶顯示屏，液晶顯示屏的顯示功能強(qiáng)大，可顯示大量文字，圖形，顯示多樣，清晰可見，對于本設(shè)計而言一個LCD1602的液晶顯示屏即可，價格也還能接受，需要的接口線較多，但會給調(diào)試帶來諸多方便。所以本設(shè)計中方案二中的LCD1602液顯示屏作為顯示模塊。2.3溫度檢測模塊的選型和論證方案一：AD590是美國ANALOG DEVICES公司的單片集成兩端感溫電流源，其輸出電流與絕對溫度成比例。在4 V至30 V電源電壓范圍內(nèi)，該器件可充當(dāng)一個高阻抗、恒流調(diào)

20、節(jié)器，調(diào)節(jié)系數(shù)為1 µA/K。片內(nèi)薄膜電阻經(jīng)過激光調(diào)整，可用于校準(zhǔn)器件，使該器件在298.2K (25°C)時輸出298.2 µA電流。由于該芯片輸出為模擬量還同時需要AD轉(zhuǎn)換器對其進(jìn)行采集。因此不適用于本設(shè)計。方案二：DS18B20數(shù)字溫度傳感器接線方便，封裝成后可應(yīng)用于多種場合，如管道式，螺紋式，磁鐵吸附式，不銹鋼封裝式，型號多種多樣，有LTM8877，LTM8874等等。主要根據(jù)應(yīng)用場合的不同而改變其外觀。封裝后的DS18B20可用于各種非極限溫度場合。耐磨耐碰，體積小，使用方便，封裝形式多樣，適用于各種狹小空間設(shè)備數(shù)字測溫和控制領(lǐng)域。因此本設(shè)計采用方案二中

21、的DS18B20芯片進(jìn)行溫度采集。2.4 無線傳輸模塊的選型和論方案一：NRF905是美國Nordic VLSI公司設(shè)計而成，體積小，傳輸距離遠(yuǎn)，同時抗干擾能力強(qiáng)，通信穩(wěn)定，且為微功率模塊。方案二：NRF24L01具有NRF905基本特點(diǎn)，并且成本更低，編程更加容易。因此本設(shè)計選擇方案二中的NRF24L01模塊進(jìn)行無線傳輸。2.5系統(tǒng)整體設(shè)計概述本系統(tǒng)以單片機(jī)為控制核心，對系統(tǒng)進(jìn)行初始化，主要完成對火光、煙霧信號的采集、液晶顯示、測溫且由無線收發(fā)模塊傳輸采集數(shù)據(jù)等功能的控制，起到總控和協(xié)調(diào)各模塊之間工作的作用。根據(jù)以上設(shè)計需要，系統(tǒng)擬采用以下技術(shù)方案，系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖如下圖所示。圖2-1 發(fā)送側(cè)

22、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖圖2-2 接收側(cè)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖系統(tǒng)由STC89C52，LCD1602，火焰?zhèn)鞲衅?，煙霧傳感器， DS18B20等組成，系統(tǒng)由兩部分組成分別是火災(zāi)檢測部分和火災(zāi)報警部分，通過調(diào)整煙霧傳感器的靈敏度來控制煙霧濃度的上限值，通過程序設(shè)定溫度值的上限，當(dāng)超過濃度后，或者溫度超過后，單片機(jī)會進(jìn)行聲光報警。第3章 系統(tǒng)硬件電路設(shè)計3.1主控模塊主控模塊模塊在整個系統(tǒng)中起著統(tǒng)籌的作用，需要檢測鍵盤，時間檢測、煙霧濃度檢測、語音報警等功能，同時驅(qū)動液晶顯示相關(guān)參數(shù)，在這里我們選用了51系列單片機(jī)中的STC89C52單片機(jī)作為系統(tǒng)的主控芯片。51系列單片機(jī)最初是由Intel 公司開發(fā)設(shè)計的，但后來In

23、tel 公司把51 核的設(shè)計方案賣給了幾家大的電子設(shè)計生產(chǎn)商，譬如 SST、Philip、Atmel 等大公司。因此市面上出現(xiàn)了各式各樣的均以51 為內(nèi)核的單片機(jī)。這些各大電子生產(chǎn)商推出的單片機(jī)都兼容51 指令、并在51 的基礎(chǔ)上擴(kuò)展一些功能而內(nèi)部結(jié)構(gòu)是與51一致的。STC89C52有40個引腳，4個8位并行I/O口，1個全雙工異步串行口，同時內(nèi)含5個中斷源，2個優(yōu)先級，2個16位定時/計數(shù)器。STC89C52的存儲器系統(tǒng)由4K的程序存儲器(掩膜ROM)，和128B的數(shù)據(jù)存儲器(RAM)組成。STC89C52單片機(jī)的基本組成框圖見圖3-1。圖3-1 STC89C52單片機(jī)結(jié)構(gòu)圖 3.1.1 S

24、TC89C52單片機(jī)主要特性1. 一個8 位的微處理器(CPU)。2. 片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲器RAM(128B)，用以存放可以讀寫的數(shù)據(jù)，如運(yùn)算的中間結(jié)果、最終結(jié)果以及欲顯示的數(shù)據(jù)等，SST89 系列單片機(jī)最多提供1K 的RAM。3. 片內(nèi)程序存儲器ROM(4KB)，用以存放程序、一些原始數(shù)據(jù)和表格。但也有一些單片機(jī)內(nèi)部不帶ROM/EPROM，如8031，8032，80C31 等。目前單片機(jī)的發(fā)展趨勢是將RAM 和ROM 都集成在單片機(jī)里面，這樣既方便了用戶進(jìn)行設(shè)計又提高了系統(tǒng)的抗干擾性。SST 公司推出的89 系列單片機(jī)分別集成了16K、32K、64K Flash 存儲器，可供用戶根據(jù)需要選用。4.

25、 四個8 位并行IO 接口P0P3，每個口既可以用作輸入，也可以用作輸出。5. 兩個定時器計數(shù)器，每個定時器計數(shù)器都可以設(shè)置成計數(shù)方式，用以對外部事件進(jìn)行計數(shù)，也可以設(shè)置成定時方式，并可以根據(jù)計數(shù)或定時的結(jié)果實(shí)現(xiàn)計算機(jī)控制。為方便設(shè)計串行通信，目前的52 系列單片機(jī)都會提供3 個16 位定時器/計數(shù)器。6. 五個中斷源的中斷控制系統(tǒng)?，F(xiàn)在新推出的單片機(jī)都不只5 個中斷源，例如SST89E58RD 就有9 個中斷源。7. 一個全雙工UART(通用異步接收發(fā)送器)的串行IO 口，用于實(shí)現(xiàn)單片機(jī)之間或單機(jī)與微機(jī)之間的串行通信。8. 片內(nèi)振蕩器和時鐘產(chǎn)生電路，但石英晶體和微調(diào)電容需要外接。最高允許振蕩

26、頻率為12MHz。SST89V58RD 最高允許振蕩頻率達(dá)40MHz，因而大大的提高了指令的執(zhí)行速度。圖3-2 STC89C52單片機(jī)管腳圖部分引腳說明：1.時鐘電路引腳XTAL1 和XTAL2：XTAL2(18 腳)：接外部晶體和微調(diào)電容的一端；片內(nèi)它是振蕩電路反相放大器的輸出端，振蕩電路的頻率就是晶體固有頻率。若需采用外部時鐘電路時，該引腳輸入外部時鐘脈沖。要檢查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(diào)電容的另一端；在片內(nèi)它是振蕩電路反相放大器的輸入端。在采用外部時鐘時，該引腳必須接地。2.控制信號引腳RST,ALE,P

27、SEN 和EA：RST/VPD(9 腳)：RST 是復(fù)位信號輸入端，高電平有效。當(dāng)此輸入端保持備用電源的輸入端。當(dāng)主電源Vcc 發(fā)生故障，降低到低電平規(guī)定值時，將5V 電源自動兩個機(jī)器周期(24個時鐘振蕩周期)的高電平時，就可以完成復(fù)位操作。RST 引腳的第二功能是VPD,即接入RST 端，為RAM 提供備用電源，以保證存儲在RAM 中的信息不丟失，從而合復(fù)位后能繼續(xù)正常運(yùn)行。ALE/PROG(30 腳)：地址鎖存允許信號端。當(dāng)8051 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。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

28、信號。平時不訪問片外存儲器時，ALE 端也以振蕩頻率的1/6 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。如果想確定8051/8031 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8051/8031 基本上是好的。ALE 端的負(fù)載驅(qū)動能力為8 個LS 型TTL(低功耗甚高速TTL)負(fù)載。此引腳的第二功能PROG 在對片內(nèi)帶有4KB EPROM 的8751 編程寫入(固化程序)時，作為編程脈沖輸入端。PSEN(29 腳)：程序存儲允許輸出信號端。在訪問片外程序存儲器時，此端定時輸出負(fù)脈沖作為讀片外存儲器的選通信號。此引肢接EPROM 的OE 端(

29、見后面幾章任何一個小系統(tǒng)硬件圖)。PSEN 端有效，即允許讀出EPROMROM 中的指令碼。PSEN 端同樣可驅(qū)動8 個LS 型TTL 負(fù)載。要檢查一個8051/8031 小系統(tǒng)上電后CPU 能否正常到EPROMROM 中讀取指令碼，也可用示波器看PSEN 端有無脈沖輸出。如有則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(dāng)EA 引腳接高電平時，CPU只訪問片內(nèi)EPROM/ROM并執(zhí)行內(nèi)部程序存儲器中的指令，但當(dāng)PC(程序計數(shù)器)的值超過0FFFH(對8751/8051 為4K)時，將自動轉(zhuǎn)去執(zhí)行片外程序存儲器內(nèi)的程序。當(dāng)輸入信號EA 引腳接

30、低電平(接地)時，CPU 只訪問外部EPROM/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。對于無片內(nèi)ROM 的8031 或8032,需外擴(kuò)EPROM，此時必須將EA 引腳接地。此引腳的第二功能是Vpp 是對8751 片內(nèi)EPROM固化編程時，作為施加較高編程電壓(一般12V21V)的輸入端。3.輸入/輸出端口P0/P1/P2/P3：P0口(P0.0P0.7，3932 腳)：P0口是一個漏極開路的8 位準(zhǔn)雙向I/O口。作為漏極開路的輸出端口，每位能驅(qū)動8 個LS 型TTL 負(fù)載。當(dāng)P0 口作為輸入口使用時，應(yīng)先向口鎖存器(地址80H)寫入全1,此時P0 口的全部引腳浮空，

31、可作為高阻抗輸入。作輸入口使用時要先寫1,這就是準(zhǔn)雙向口的含義。在CPU 訪問片外存儲器時，P0口分時提供低8 位地址和8 位數(shù)據(jù)的復(fù)用總線。在此期間，P0口內(nèi)部上拉電阻有效。P1口(P1.0P1.7，18 腳)：P1口是一個帶內(nèi)部上拉電阻的8 位準(zhǔn)雙向I/O口。P1口每位能驅(qū)動4 個LS 型TTL 負(fù)載。在P1口作為輸入口使用時，應(yīng)先向P1口鎖存地址(90H)寫入全1,此時P1口引腳由內(nèi)部上拉電阻拉成高電平。P2口(P2.0P2.7，2128 腳)：P2口是一個帶內(nèi)部上拉電阻的8 位準(zhǔn)雙向I/O口。P口每位能驅(qū)動4個LS 型TTL 負(fù)載。在訪問片外EPROM/RAM 時，它輸出高8 位地址。

32、P3口(P3.0P3.7，1017 腳)：P3口是一個帶內(nèi)部上拉電阻的8 位準(zhǔn)雙向I/O口。P3口每位能驅(qū)動4個LS型TTL負(fù)載。P3口與其它I/O 端口有很大的區(qū)別，它的每個引腳都有第二功能，如下：P3.0：(RXD)串行數(shù)據(jù)接收。P3.1：(RXD)串行數(shù)據(jù)發(fā)送。P3.2：(INT0#)外部中斷0輸入。P3.3：(INT1#)外部中斷1輸入。P3.4：(T0)定時/計數(shù)器0的外部計數(shù)輸入。P3.5：(T1)定時/計數(shù)器1的外部計數(shù)輸入。P3.6：(WR#)外部數(shù)據(jù)存儲器寫選通。P3.7：(RD#)外部數(shù)據(jù)存儲器讀選通。3.1.2 STC89C52單片機(jī)的中斷系統(tǒng)STC89C52系列單片機(jī)的

33、中斷系統(tǒng)有5個中斷源，2個優(yōu)先級，可以實(shí)現(xiàn)二級中斷服務(wù)嵌套。由片內(nèi)特殊功能寄存器中的中斷允許寄存器IE控制CPU是否響應(yīng)中斷請求；由中斷優(yōu)先級寄存器IP安排各中斷源的優(yōu)先級；同一優(yōu)先級內(nèi)各中斷同時提出中斷請求時，由內(nèi)部的查詢邏輯確定其響應(yīng)次序。在單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中，常常會有定時控制需求，如定時輸出、定時檢測、定時掃描等；也經(jīng)常要對外部事件進(jìn)行計數(shù)。STC89C52單片機(jī)內(nèi)集成有兩個可編程的定時/計數(shù)器：T0和T1，它們既可以工作于定時模式，也可以工作于外部事件計數(shù)模式，此外，T1還可以作為串行口的波特率發(fā)生器。3.1.3 單片機(jī)最小系統(tǒng)設(shè)計圖3-3 單片機(jī)最小系統(tǒng)電路圖 圖3-3為單片機(jī)最小系統(tǒng)

34、電路圖，單片機(jī)最小系統(tǒng)有單片機(jī)、時鐘電路、復(fù)位電路組成，時鐘電路選用了12MHZ的晶振提供時鐘，作用為給單片機(jī)提供一個時間基準(zhǔn)，其中執(zhí)行一條基本指令需要的時間為一個機(jī)器周期，單片機(jī)的復(fù)位電路，按下復(fù)位按鍵之后可以使單片機(jī)進(jìn)入剛上電的起始狀態(tài)。圖中10K排阻為P0口的上拉電阻，由于P0口跟其他IO結(jié)構(gòu)不一樣為漏極開路的結(jié)構(gòu)，因此要加上拉電阻才能正常使用。3.2 LCD液晶顯示器簡介由于本設(shè)計中要求顯示界面顯示一些參數(shù)，因此這里選用了LCD1602作為界面顯示，可以把一些相關(guān)的參數(shù)進(jìn)行顯示。 3.2.1 液晶原理介紹液晶顯示的原理是利用液晶的物理特性，通過電壓對其顯示區(qū)域進(jìn)行控制，有電就有顯示，這

35、樣即可以顯示出圖形。液晶顯示器具有厚度薄、適用于大規(guī)模集成電路直接驅(qū)動、易于實(shí)現(xiàn)全彩色顯示的特點(diǎn)，目前已經(jīng)被廣泛應(yīng)用在便攜式電腦、數(shù)字?jǐn)z像機(jī)、PDA移動通信工具等眾多領(lǐng)域。顯示接口用來顯示系統(tǒng)的狀態(tài)，命令或采集的電壓數(shù)據(jù)。本系統(tǒng)顯示部分用的是LCD液晶模塊，采用一個16×2的字符型液晶顯示模塊。 點(diǎn)陣圖形式液晶由 M 行×N 列個顯示單元組成，假設(shè) LCD 顯示屏有64行，每行有 128列，每 8列對應(yīng) 1 個字節(jié)的 8 個位，即每行由 16 字節(jié)，共 16×8=128個點(diǎn)組成，屏上 64×16 個顯示單元和顯示 RAM 區(qū) 1024 個字節(jié)相對應(yīng)，每一

36、字節(jié)的內(nèi)容和屏上相應(yīng)位置的亮暗對應(yīng)。一個字符由 6×8 或 8×8點(diǎn)陣組成，即要找到和屏上某幾個位置對應(yīng)的顯示 RAM區(qū)的 8 個字節(jié)，并且要使每個字節(jié)的不同的位為1，其它的為0，為1的點(diǎn)亮，為0的點(diǎn)暗，這樣一來就組成某個字符。但對于內(nèi)帶字符發(fā)生器的控制器來說，顯示字符就比較簡單了，可讓控制器工作在文本方式，根據(jù)在LCD 上開始顯示的行列號及每行的列數(shù)找出顯示 RAM對應(yīng)的地址，設(shè)立光標(biāo)，在此送上該字符對應(yīng)的代碼即可。3.2.2液晶模塊簡介LCD1602液晶模塊采用HD44780控制器，hd44780具有簡單而功能較強(qiáng)的指令集，可以實(shí)現(xiàn)字符移動，閃爍等功能，LM016L與單

37、片機(jī)MCU通訊可采用8位或4位并行傳輸兩種方式，hd44780控制器由兩個8位寄存器，指令寄存器（IR）和數(shù)據(jù)寄存器（DR）忙標(biāo)志（BF），顯示數(shù)RAM（DDRAM），字符發(fā)生器ROMA（CGOROM）字符發(fā)生器RAM（CGRAM），地址計數(shù)器RAM(AC)。IR用于寄存指令碼，只能寫入不能讀出，DR用于寄存數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)由內(nèi)部操作自動寫入DDRAM和CGRAM,或者暫存從DDRAM和CGRAM讀出的數(shù)據(jù)，BF為1時，液晶模塊處于內(nèi)部模式，不響應(yīng)外部操作指令和接受數(shù)據(jù)，DDTAM用來存儲顯示的字符，能存儲80個字符碼，CGROM由8位字符碼生成5*7點(diǎn)陣字符160中和5*10點(diǎn)陣字符32種.8位字

38、符編碼和字符的對應(yīng)關(guān)系， CGRAM是為用戶編寫特殊字符留用的，它的容量僅64字節(jié)，可以自定義8個5*7點(diǎn)陣字符或者4個5*10點(diǎn)陣字符，AC可以存儲DDRAM和CGRAM的地址，如果地址碼隨指令寫入IR,則IR自動把地址碼裝入AC，同時選擇DDRAM或CGRAM，LCD1602液晶模塊的引腳圖如圖3-4所示。圖3-4 LCD1602引腳圖LCD1602引腳接口說明:第1腳：VSS為地電源。 第2腳：VDD接5V正電源。 第3腳：VEE為液晶顯示器對比度調(diào)整端，接正電源時對比度最弱，接地時對比度最高，對比度過高時會產(chǎn)生“鬼影”，使用時可以通過一個10K的電位器調(diào)整對比度。&

39、#160;第4腳：RS為寄存器選擇，高電平時選擇數(shù)據(jù)寄存器、低電平時選擇指令寄存器。 第5腳：RW為讀寫信號線，高電平時進(jìn)行讀操作，低電平時進(jìn)行寫操作。當(dāng)RS和RW共同為低電平時可以寫入指令或者顯示地址，當(dāng)RS為低電平RW為高電平時可以讀忙信號，當(dāng)RS為高電平RW為低電平時可以寫入數(shù)據(jù)。 第6腳：E端為使能端，當(dāng)E端由高電平跳變成低電平時，液晶模塊執(zhí)行令。 第714腳：D0D7為8位雙向數(shù)據(jù)線。第15腳：背光源正極。 第16腳：背光源負(fù)極。3.2.3液晶顯示部分與STC89C52的接口 如圖3-5所示。用STC89C52的P0口作為數(shù)據(jù)線，用P2.2、P

40、2.3、P2.7分別作為LCD的RS 、RW、EN。其中EN是下降沿觸發(fā)的片選信號，RW是讀寫信號，RS是寄存器選擇信號本模塊設(shè)計要點(diǎn)如下：顯示模塊初始化：首先清屏，再設(shè)置接口數(shù)據(jù)位為8位，顯示行數(shù)為1行，字型為5×7點(diǎn)陣，然后設(shè)置為整體顯示，取消光標(biāo)和字體閃爍,最后設(shè)置為正向增量方式且不移位。向LCD的顯示緩沖區(qū)中送字符，程序中采用2個字符數(shù)組，一個顯示字符，另一個顯示電壓數(shù)據(jù)，要顯示的字符或數(shù)據(jù)被送到相應(yīng)的數(shù)組中，完成后再統(tǒng)一顯示.首先取一個要顯示的字符或數(shù)據(jù)送到LCD的顯示緩沖區(qū)，程序延時2.5ms,判斷是否夠顯示的個數(shù)，不夠則地址加一取下一個要顯示的字符或數(shù)據(jù)。圖3-5 LC

41、D1602與STC89C52的接口3.3無線傳輸模塊簡介本設(shè)計的核心是通過無線收發(fā)模塊NRF24L01發(fā)送檢測到的數(shù)據(jù)，并在接收端進(jìn)行實(shí)時顯示，在火災(zāi)發(fā)生時進(jìn)行聲光報警。NRF24L01 是一款工作在2.42.5GHz 世界通用ISM 頻段的單片無線收發(fā)器芯片。無線收發(fā)器包括:頻率發(fā)生器、增強(qiáng)型SchockBurstTM 模式控制器、功率放大器、晶體振蕩器、調(diào)制器、解調(diào)器。輸出功率、頻道選擇和協(xié)議的設(shè)置可以通過SPI 接口進(jìn)行設(shè)置。它具有極低的電流消耗：當(dāng)工作在發(fā)射模式下發(fā)射功率為-6dBm 時電流消耗為9mA，接收模式時為12.3mA。掉電模式和待機(jī)模式下電流消耗更低。3.3.1模塊性能及特

42、點(diǎn)(1)2.4GHz全球開放ISM頻段免許可證使用； (2最高工作速率2Mbps，高效GFSK調(diào)制，抗干擾能力強(qiáng)，特別適合工業(yè)控制場合；     (3)125頻道，滿足多點(diǎn)通信和跳頻通信需要；    (4)內(nèi)置硬件CRC 檢錯和點(diǎn)對多點(diǎn)通信地址控制 ；(5)低功耗1.9-3.6V工作，待機(jī)模式下狀態(tài)為22uA；掉電模式下為900nA ；(6)模塊可軟件設(shè)地址，只有收到本機(jī)地址時才會輸出數(shù)據(jù)（提供中斷指示)，可直接接各種單片機(jī)使用，軟件編程非常方便；(7)標(biāo)準(zhǔn)

43、0;5*2 DIP間距接口，便于嵌入式應(yīng)用 ；(8)工作于 Enhanced Shock Burst，具有可選的內(nèi)置包應(yīng)答機(jī)制，極大的降低丟包率； (9)NRF24L01配PCB內(nèi)置天線，無阻擋傳輸距離20-50米。(10)與51系列單片機(jī)P0口連接時候，需要加10K的上拉電阻,與其余口連接不需要。(11)其他系列的單片機(jī)，如果是5V的，請參考該系列單片機(jī)IO口輸出電流大小，如果超過10mA，需要串聯(lián)電阻分壓，否則容易燒毀模塊。如果是3.3V的，可以直接和RF24L01模塊的IO口線連接。比如AVR系列單片機(jī)如果是5V的，一般串接2K的電阻。圖3-6 無

44、線傳輸模塊原理圖3.3.2 NRF24L01應(yīng)用領(lǐng)域無線鼠標(biāo)，鍵盤，游戲機(jī)操縱桿，無線數(shù)據(jù)通訊，無線門禁，安防系統(tǒng)，遙控裝置，遙感勘測，智能運(yùn)動設(shè)備，工業(yè)傳感器,玩具。3.3.3 NRF24L01技術(shù)參數(shù)表3-1 NRF24L01快速參考數(shù)據(jù)參數(shù)數(shù)值單位最低供電電壓19V最大發(fā)射頻率0dBm最大數(shù)據(jù)傳輸率2000kbps發(fā)射模式下電流消耗（0dBm）113mA接收模式下電流消耗（2000kbps）123mA溫度范圍-40+85數(shù)據(jù)傳輸率為1000kbps下的靈敏度-85dBm掉電模式下的電流消耗900nA3.3.4 NRF24L01工作方式及工作原理NRF2401有工作模式有四種：發(fā)送模式，接

45、受模式，空閑模式，掉電模式。工作模式由PWR_UP register 、PRIM_RX register 和CE 決定，詳見表3-2。表3-2 NRF24L01工作模式模式PWR_UPPRIM_RXCEFIFO寄存器狀態(tài)接受模式111-發(fā)送模式101數(shù)據(jù)在TX FIFO寄存器中發(fā)送模式1010停留在發(fā)送模式，直至數(shù)據(jù)發(fā)完空閑模式101TX FIFO為空空閑模式1-0無數(shù)據(jù)傳輸?shù)綦娔Ｊ?-工作原理：發(fā)射數(shù)據(jù)時，首先將NRF24L01配置為發(fā)射模式：接著把接收節(jié)點(diǎn)地址TX_ADDR和有效數(shù)據(jù)TX_PLD按照時序由SPI口寫入NRF24L01緩存區(qū)，TX_PLD必須在CSN為低時連續(xù)寫入，而TX_A

46、DDR在發(fā)射時寫入一次即可，然后CE置為高電平并保持至少10s，延遲130s后發(fā)射數(shù)據(jù)；若自動應(yīng)答開啟，那么NRF24L01在發(fā)射數(shù)據(jù)后立即進(jìn)入接收模式，接收應(yīng)答信號（自動應(yīng)答接收地址應(yīng)該與接收節(jié)點(diǎn)地址TX_ADDR一致）。如果收到應(yīng)答，則認(rèn)為此次通信成功，TX_DS置高，同時TX_PLD從TX FIFO中清除;若未收到應(yīng)答，則自動重新發(fā)射該數(shù)據(jù)(自動重發(fā)已開啟)，若重發(fā)次數(shù)(ARC)達(dá)到上限，MAX_RT置高，TX FIFO中數(shù)據(jù)保留以便再次重發(fā)；MAX_RT或TX_DS置高時，使IRQ變低，產(chǎn)生中斷，通知MCU。最后發(fā)射成功時,若CE為低則NRF24L01進(jìn)入空閑模式1

47、；若發(fā)送堆棧中有數(shù)據(jù)且CE為高，則進(jìn)入下一次發(fā)射；若發(fā)送堆棧中無數(shù)據(jù)且CE為高，則進(jìn)入空閑模式2。 接收數(shù)據(jù)時，首先將NRF24L01配置為接收模式，接著延遲130s進(jìn)入接收狀態(tài)等待數(shù)據(jù)的到來。當(dāng)接收方檢測到有效的地址和CRC時，就將數(shù)據(jù)包存儲在RX FIFO中，同時中斷標(biāo)志位RX_DR置高，IRQ變低，產(chǎn)生中斷，通知MCU去取數(shù)據(jù)。若此時自動應(yīng)答開啟，接收方則同時進(jìn)入發(fā)射狀態(tài)回傳應(yīng)答信號。最后接收成功時，若CE變低，則NRF24L01進(jìn)入空閑模式1。3.4聲光報警模塊設(shè)計安全情況下，三色燈熄滅，喇叭無聲；一旦監(jiān)測到發(fā)生火災(zāi)，即觸發(fā)報警器進(jìn)入報警狀態(tài)，三色燈循環(huán)閃爍，喇叭發(fā)

48、出警報聲。3.4.1蜂鳴器報警聲音報警電路如下圖所示。由于蜂鳴器的工作電流一般比較大，以致于單片機(jī)的I/O口是無法直接驅(qū)動的，所以要利用放大電路來驅(qū)動，一般使用三極管來放大電流就可以了。聲報警電路由單片機(jī)的P20引腳進(jìn)行控制，當(dāng)P2.0輸出的電平為低電平時，三極管導(dǎo)通，蜂鳴器的電流形成回路，發(fā)出聲音報警；否則，三極管截止，蜂鳴器不發(fā)出聲音。圖3-7 蜂鳴器報警電路3.4.2燈光報警光報警電路路如圖3.5，由單片機(jī)的P2.1、P3.4、P3.5口進(jìn)行控制，分別控制3個發(fā)光二極管，予以光報警，如圖所示。當(dāng)監(jiān)測到火災(zāi)發(fā)生時，單片機(jī)控制的三個端口循環(huán)依次輸出低電平時，對應(yīng)的信號燈便會循環(huán)閃爍發(fā)出光報警

49、。圖3-8 燈光報警電路3.5溫度檢測模塊設(shè)計本設(shè)計還帶有一個溫度檢測的功能，系統(tǒng)可以通過讀取DS18B20的溫度數(shù)據(jù)并在LCD1602上顯示，當(dāng)系統(tǒng)監(jiān)測到火災(zāi)發(fā)生時，會驅(qū)動聲光報警系統(tǒng)報警。3.5.1溫度傳感器工作原理DALLAS 最新單線數(shù)字溫度傳感器DS18B20是一種新型的“一線器件”，其體積更小、更適用于多種場合、且適用電壓更寬、更經(jīng)濟(jì)。DALLAS半導(dǎo)體公司的數(shù)字化溫度傳感器DS18B20是世界上第一片支持“一線總線”接口的溫度傳感器。溫度測量范圍為-55+125攝氏度，可編程為9位12 位轉(zhuǎn)換精度，測溫分辨率可達(dá)0.0625攝氏度，分辨率設(shè)定參數(shù)以及用戶設(shè)定的報警溫度存儲在EEP

50、ROM 中，掉電后依然保存。被測溫度用符號擴(kuò)展的16位數(shù)字量方式串行輸出；其工作電源既可以在遠(yuǎn)端引入，也可以采用寄生電源方式產(chǎn)生；多個DS18B20可以并聯(lián)到3 根或2 根線上，CPU只需一根端口線就能與諸多DS18B20 通信，占用微處理器的端口較少，可節(jié)省大量的引線和邏輯電路。因此用它來組成一個測溫系統(tǒng)，具有線路簡單，在一根通信線，可以掛很多這樣的數(shù)字溫度計，十分方便。DS18B20的讀寫時序和測溫原理與DS1820相同，只是得到的溫度值的位數(shù)因分辨率不同而不同，且溫度轉(zhuǎn)換時的延時時間由2s 減為750ms。 DS18B20測溫原理：低溫度系數(shù)晶振的振蕩頻率受溫度影響很小，用于產(chǎn)生固定頻率

51、的脈沖信號送給計數(shù)器1。高溫度系數(shù)晶振隨溫度變化其振蕩率明顯改變，所產(chǎn)生的信號作為計數(shù)器2的脈沖輸入。計數(shù)器1和溫度寄存器被預(yù)置在55所對應(yīng)的一個基數(shù)值。計數(shù)器1對低溫度系數(shù)晶振產(chǎn)生的脈沖信號進(jìn)行減法計數(shù)，當(dāng)計數(shù)器1的預(yù)置值減到0時，溫度寄存器的值將加1，計數(shù)器1的預(yù)置將重新被裝入，計數(shù)器1重新開始對低溫度系數(shù)晶振產(chǎn)生的脈沖信號進(jìn)行計數(shù)，如此循環(huán)直到計數(shù)器2計數(shù)到0時，停止溫度寄存器值的累加，此時溫度寄存器中的數(shù)值即為所測溫度。DS18B20有4個主要的數(shù)據(jù)部件：a. 光刻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。64位光刻ROM的排列是：開始8位（2

52、8H）是產(chǎn)品類型標(biāo)號，接著的48位是該DS18B20自身的序列號，最后8位是前面56位的循環(huán)冗余校驗(yàn)碼（CRC=X8+X5+X4+1）。光刻ROM的作用是使每一個DS18B20都各不相同，這樣就可以實(shí)現(xiàn)一根總線上掛接多個DS18B20的目的。b. DS18B20中的溫度傳感器可完成對溫度的測量，以12位轉(zhuǎn)化為例：用16位符號擴(kuò)展的二進(jìn)制補(bǔ)碼讀數(shù)形式提供，以 0.0625/LSB形式表達(dá)，其中S為符號位。c. DS18B20溫度傳感器的存儲器 DS18B20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的EEPRAM,后者存放高溫度和低溫度觸發(fā)器 TH、TL和結(jié)構(gòu)寄存器。d

53、. 配置寄存器。DS18B20內(nèi)部結(jié)構(gòu)及功能：DS18B20的內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖3-15所示。主要包括：寄生電源，溫度傳感器，64位ROM和單總線接口，存放中間數(shù)據(jù)的高速暫存器RAM，用于存儲用戶設(shè)定溫度上下限值的TH和TL觸發(fā)器，存儲與控制邏輯，8位循環(huán)冗余校驗(yàn)碼（CRC）發(fā)生器等7部分。圖3-10 DS18B20內(nèi)部結(jié)構(gòu)3.5.2 DS18B20使用中的注意事項(xiàng)DS18B20 雖然具有測溫系統(tǒng)簡單、測溫精度高、連接方便、占用口線少等優(yōu)點(diǎn)，但在實(shí)際應(yīng)用中也應(yīng)注意以下幾方面的問題：1)DS18B20 從測溫結(jié)束到將溫度值轉(zhuǎn)換成數(shù)字量需要一定的轉(zhuǎn)換時間，這是必須保證的，不然會出現(xiàn)轉(zhuǎn)換錯誤的現(xiàn)象，使溫度

54、輸出總是顯示85。2)在實(shí)際使用中發(fā)現(xiàn)，應(yīng)使電源電壓保持在5V 左右，若電源電壓過低，會使所測得的溫度精度降低。3)較小的硬件開銷需要相對復(fù)雜的軟件進(jìn)行補(bǔ)償，由于DS1820與微處理器間采用串行數(shù)據(jù)傳送，因此，在對DS1820進(jìn)行讀寫編程時，必須嚴(yán)格的保證讀寫時序，否則將無法讀取測溫結(jié)果。在使用PL/M、C等高級語言進(jìn)行系統(tǒng)程序設(shè)計時，對DS1820操作部分最好采用匯編語言實(shí)現(xiàn)。4)在DS18B20的有關(guān)資料中均未提及單總線上所掛DS18B20 數(shù)量問題，容易使人誤認(rèn)為可以掛任意多個DS18B20，在實(shí)際應(yīng)用中并非如此，當(dāng)單總線上所掛DS18B20 超過8 個時，就需要解決微處理器的總線驅(qū)動問

55、題，這一點(diǎn)在進(jìn)行多點(diǎn)測溫系統(tǒng)設(shè)計時要加以注意。5)在DS18B20測溫程序設(shè)計中，向DS18B20 發(fā)出溫度轉(zhuǎn)換命令后，程序總要等待DS18B20的返回信號，一旦某個DS18B20 接觸不好或斷線，當(dāng)程序讀該DS18B20 時，將沒有返回信號，程序進(jìn)入死循環(huán)，這一點(diǎn)在進(jìn)行DS18B20硬件連接和軟件設(shè)計時也要給予一定的重視。3.5.3 DS18B20硬件電路設(shè)計圖3-11 DS18B20溫度檢測電路設(shè)計圖3-16為DS18B20的硬件設(shè)計電路圖，其中DQ口為該芯片的數(shù)據(jù)口，單片機(jī)通過讀取改口的信息可以得出實(shí)時的溫度值，由于DS18B20是單線通信，即發(fā)送和接收都是通過通信腳來進(jìn)行。其接收時高阻

56、輸入，其發(fā)送時是開漏輸出，即輸出0時通過三極管下拉為低電平，而輸出1時，則為高阻，需要外接上拉電阻將其拉為高電平，因此是需要外接上拉電阻，否則無法輸出1。3.6煙霧傳感器模塊介紹3.6.1煙霧檢測報警器設(shè)計思路此次設(shè)計是針對于單片機(jī)原理及其應(yīng)用展開的。其中包含了大學(xué)四年中所學(xué)到的相關(guān)知識，運(yùn)用所學(xué)的傳感器技術(shù)，單片機(jī)技術(shù)去設(shè)計基于單片機(jī)的煙霧報警系統(tǒng)。煙霧報警器的最基本組成部分包括：煙霧傳感電路、模數(shù)轉(zhuǎn)換電路、單片機(jī)控制電路。單片機(jī)緊緊聯(lián)系著傳感器和報警電路設(shè)備，給煙霧報警器設(shè)定一個值，當(dāng)外界環(huán)境達(dá)到預(yù)先設(shè)定的數(shù)值時，煙霧傳感器把被測的物理量作為輸入?yún)?shù)，轉(zhuǎn)換為電量輸出。為了簡化整個系統(tǒng)的設(shè)計

57、在本設(shè)計中不采用前置放大器而是選擇數(shù)值符合A/D轉(zhuǎn)換器的輸入等級。模數(shù)轉(zhuǎn)換電路將從煙霧傳感電路送出的模擬信號轉(zhuǎn)換成單片機(jī)可識別的數(shù)字信號后送入單片機(jī)。這里選擇單片機(jī)的P1.0為輸入方式，接收到信號的單片機(jī)經(jīng)過程序的設(shè)定會由P2.0作為單片機(jī)的輸出電路，單片機(jī)對該數(shù)字信號進(jìn)行濾波處理，并對處理后的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，是否大于或等于某個預(yù)設(shè)值，如果大于則啟動報警電路發(fā)出報警聲音，反之則為正常狀態(tài)。煙霧傳感器及單片機(jī)是可燃煙霧檢測報警器的兩大核心，根據(jù)報警器功能的需要，選擇合適、精確、經(jīng)濟(jì)的煙霧傳感器及單片機(jī)芯片是至關(guān)重要的。3.6.2 MQ-2型煙霧傳感器的工作原理 半導(dǎo)體煙霧傳感器包括用氧化物半導(dǎo)體陶

58、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。按敏感機(jī)理分類，可分為電阻型和非電阻型。半導(dǎo)體氣敏元件也有N型和P型之分。N型在檢測時阻值隨煙霧濃度的增大而減小；P型阻值隨煙霧濃度的增大而增大。本設(shè)計中采用的MQ-2型煙霧傳感器屬于二氧化錫半導(dǎo)體氣敏材料，屬于表面離子式N型半導(dǎo)體7。當(dāng)處于200300°C溫度時，二氧化錫吸附空氣中的氧，形成氧的負(fù)離子吸附，使半導(dǎo)體中的電子密度減少，從而使其電阻值增加。當(dāng)與煙霧接觸時，如果晶粒間界處的勢壘受到該煙霧的調(diào)制而變化，就會引起表而電導(dǎo)率的變化。利用這一點(diǎn)就可以獲得這種煙霧存在的信息。圖3-12 煙霧傳感器原理圖傳感器在感煙時，當(dāng)監(jiān)測電離室遇到可燃煙霧時，原來吸附的氧脫附，而由可燃煙霧以正離子狀態(tài)吸附在二氧化錫半導(dǎo)體表面；氧脫附放出電子，煙霧以正離子狀態(tài)吸附也要放出電子，從而使二氧化錫半導(dǎo)體導(dǎo)帶電子密度增加，電阻值下降8。而當(dāng)空氣中沒有煙霧時，二氧化錫半導(dǎo)體又會自動恢復(fù)氧的負(fù)離子吸附，使