火災(zāi)報(bào)警器畢業(yè)設(shè)計(jì)3稿

1、樂山師范學(xué)院畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 本科生畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）系（院）物理與電子工程學(xué)院 專業(yè) 電子信息工程 論文題目 火災(zāi)報(bào)警器設(shè)計(jì)學(xué)生姓名 蔣 倩 指導(dǎo)教師 童 強(qiáng)（講師） （姓名及職稱）班 級 2008級 電信3班 學(xué) 號 08303416 完成日期：2012 年4月 火災(zāi)報(bào)警器設(shè)計(jì)蔣倩物理與電子工程學(xué)院 電子信息工程 08303416摘要 本文介紹了使用8051系列單片機(jī)設(shè)計(jì)的大樓火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)。本系統(tǒng)主要功能是通過MQ-2煙霧傳感器和DS18B20溫度傳感器來監(jiān)測火災(zāi)時(shí)的煙霧和溫度異常，由蜂鳴器和指示燈實(shí)現(xiàn)報(bào)警；MQ-2的輸出通過ADC0832進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換，由數(shù)碼管顯示設(shè)定的和當(dāng)前的煙霧濃度和

2、溫度值。關(guān)鍵詞 火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng) MQ-2 數(shù)碼管 ADC0832 DS18B20 AT89C52 1引 言1.1系統(tǒng)介紹大樓火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)是以AT89C52單片機(jī)作為控制中心，接受、處理火災(zāi)探測器輸出的煙霧濃度信號、溫度信號，并進(jìn)行聲光報(bào)警。在本次設(shè)計(jì)中，該系統(tǒng)需實(shí)現(xiàn)以下功能:1、 實(shí)現(xiàn)通過MQ-2煙霧傳感器和DS18B20溫度傳感器由蜂鳴器和指示燈來實(shí)現(xiàn)報(bào)警2、實(shí)現(xiàn)通過MQ-2由ADC0832轉(zhuǎn)換芯片用數(shù)碼管顯示煙霧濃度的數(shù)字量3、實(shí)現(xiàn)通過按鍵由數(shù)碼管顯示設(shè)定的和當(dāng)前的煙霧濃度和溫度根據(jù)需要實(shí)現(xiàn)的功能，現(xiàn)將本文的結(jié)構(gòu)安排做如下規(guī)劃:1、 首先向大家介紹本文的火災(zāi)探測原理，給出火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)的總

3、體設(shè)計(jì)方案，給出硬件和軟件的整體構(gòu)架及系統(tǒng)設(shè)計(jì)中的主要元器件選擇。2、 火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)，介紹傳感器信號調(diào)理電路、單片機(jī)處理電路及聲光報(bào)警電路。3、 整個(gè)火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)的程序設(shè)計(jì)，詳細(xì)介紹數(shù)據(jù)采集子程序、火災(zāi)判斷與報(bào)警程序等。2 系統(tǒng)工作原理2.1形成火災(zāi)的原因在初中的物理、化學(xué)課中我們曾學(xué)習(xí)過，產(chǎn)生火災(zāi)的基本要素1是可燃物、助燃物和點(diǎn)火源?？扇嘉镆詺鈶B(tài)、液態(tài)和固態(tài)三種形態(tài)存在，助燃物通常是空氣中的氧氣。液體和固體是凝聚態(tài)物質(zhì)，難以與空氣均勻混合，它們?nèi)紵幕具^程是從外部獲取一定的能量時(shí)，液體或固體先蒸發(fā)成蒸汽或分解出可燃?xì)怏w（如CO、H2等）的分子團(tuán)、灰燼和未燃燒的物質(zhì)顆粒懸浮

4、在空氣中，稱之為氣溶膠。一般氣溶膠的分子較小，在產(chǎn)生氣溶膠的同時(shí)，產(chǎn)生分子較大的液體或固體微粒，稱之為煙霧。可燃?xì)怏w與空氣混合，在較強(qiáng)火源作用下產(chǎn)生預(yù)混燃燒，著火后，燃燒產(chǎn)生的熱量使液體或液體的表面繼續(xù)放出可燃?xì)怏w，并形成擴(kuò)散燃燒。同時(shí)，發(fā)出含有紅、紫外線的火焰，散發(fā)出大量的熱量。這些熱量通過可燃物的直接燃燒、熱傳導(dǎo)、熱輻射和熱對流，使火從起火部位向周圍蔓延，導(dǎo)致了火勢的擴(kuò)大，形成火災(zāi)。其中的氣溶膠、煙霧、火焰和熱量都稱為火災(zāi)參量，通過對這些參量的測定便可確定是否存在火災(zāi)?？偟膩碚f，普通可燃物在燃燒時(shí)表現(xiàn)為以下形式1：首先是產(chǎn)生燃燒氣體，然后是煙霧，在氧氣充足的條件下才能達(dá)到全部燃燒，產(chǎn)生火焰

5、，發(fā)出可見光和不可見光，并散發(fā)出大量的熱，使環(huán)境溫度升高。起火過程中，陰燃產(chǎn)生大量的煙霧，但是環(huán)境溫度不太高，若探測器從此階段進(jìn)行探測就可以使火災(zāi)損失控制在最小限度。火焰燃燒后，迅速蔓延，產(chǎn)生大量的熱使得環(huán)境溫度升高，如果能在這時(shí)探測到可以比較及時(shí)地控制火災(zāi)。有效的溫度值，起火過程曲線如圖2.1所示： 圖2.1 起火過程曲線圖2.2 火災(zāi)探測器的原理火災(zāi)發(fā)生時(shí)，必然會伴隨著產(chǎn)生煙霧、高溫和火光，探測器對這些都很敏感。當(dāng)有煙霧、高溫、火光產(chǎn)生的時(shí)候，它就改變平時(shí)的正常狀態(tài)，引起電流、電壓或機(jī)械部分發(fā)生變化或位移，再通過放大、傳輸?shù)冗^程發(fā)出警報(bào)聲，有的還能同時(shí)發(fā)出燈光信號并顯示發(fā)生火災(zāi)的部位、地點(diǎn)

6、。本設(shè)計(jì)中將詳細(xì)介紹感煙及感溫探測器。1） 感煙探測器2：是一種離子感煙探測器，它在內(nèi)外電離室里面有放射源镅241，電離產(chǎn)生的正負(fù)離子，在電場的作用下各向正負(fù)電極移動(dòng)。在正常的情況下，內(nèi)外電離室的電流、電壓都是穩(wěn)定的。一旦有煙霧竄逃外電離室，干擾了帶電粒子的正常運(yùn)動(dòng)，電流、電壓就有所改變，破壞了內(nèi)外電離室之間的平衡，于是就發(fā)出了信號。還有一種叫光電感應(yīng)探測器，它有一個(gè)發(fā)光元件和一個(gè)光敏元件，平常光源發(fā)出的光，通過透鏡射到光敏元件上，電路維持正常，如果有煙霧從中阻隔，到達(dá)光敏元件上的光就顯著減弱，于是光敏元件就把光強(qiáng)的變化變成電的變化，通過放大電路向人們報(bào)警。還有一種叫管道抽吸式感煙探測器，他的

7、工作原理與光電感應(yīng)探測器中另一種散射型相似，通過煙霧的反射或散射產(chǎn)生光敏電流，主要用在船舶上。近年來還出現(xiàn)了激光感煙探測器，它也是利用光電感應(yīng)原理，不同的是光源改用激光束。這種探測器采用半導(dǎo)體器件，體積小、價(jià)格低、耐震動(dòng)、壽命長，很有發(fā)展前途。2） 感溫探測器2：一種是運(yùn)用金屬熱脹冷縮的特性。正常的情況下，探測器的電路斷開，當(dāng)溫度升到一定值時(shí)，由于金屬膨脹、延伸，導(dǎo)體接通，于是發(fā)出了信號。一種是利用某些金屬易熔的特性，在探測器里固定一塊低熔點(diǎn)合金，當(dāng)溫度升到它的熔點(diǎn)（7090）時(shí)，金屬熔化，借助彈簧的作用力，使觸頭相碰，電路接通，發(fā)出信號。這兩種探測器都屬定溫型，即當(dāng)外界溫度超過某一限值時(shí)就會

8、報(bào)警；還有一類是差溫型，升溫的速度超過特定值時(shí)，便會感應(yīng)報(bào)警。如將兩者結(jié)合起來，便成為差定溫組合式。3 硬件設(shè)計(jì)本系統(tǒng)主要以單片機(jī)為核心，包括數(shù)據(jù)采集模塊、單片機(jī)控制模塊、聲光報(bào)警模塊三部分3。如圖3.1為本系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖：數(shù)據(jù)采集模塊控制模塊報(bào)警模塊數(shù)據(jù)處理模塊顯示模塊圖3.1 火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖該系統(tǒng)的工作原理是：先通過MQ-2煙霧傳感器和DS18B20溫度傳感器將現(xiàn)場的溫度、煙霧等非電信號轉(zhuǎn)化為電信號，調(diào)理電路將傳感器輸出的信號進(jìn)行放大、濾波等，使它滿足A/D轉(zhuǎn)換的要求，再由A/D轉(zhuǎn)換電路，從而完成將DS18B20和MQ-2輸出的模擬信號到數(shù)字信號的轉(zhuǎn)換，接著單片機(jī)判斷現(xiàn)場是否達(dá)到發(fā)

9、生火災(zāi)的條件，如果達(dá)到，系統(tǒng)中的蜂鳴器和指示燈以聲光的形式報(bào)警。下面將詳細(xì)介紹各個(gè)模塊。Ø 硬件組成：AT89C51控制模塊溫度采集模塊煙霧探測模塊聲光報(bào)警模塊數(shù)碼管顯示模塊圖3.2 系統(tǒng)硬件系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖如圖3.2本系統(tǒng)主要由單片機(jī)控制模塊、煙霧探測模塊、溫度采集模塊、數(shù)碼管顯示模塊、聲光報(bào)警模塊構(gòu)成。3.1單片機(jī)控制模塊：在本設(shè)計(jì)中，采用的是ATMEL公司生產(chǎn)的AT89C524，它一種帶8K字節(jié)閃爍可編程可擦除的只讀存儲器（FPEROM）和256字節(jié)的隨機(jī)存取數(shù)據(jù)存儲器（RAM）的低電壓，高性能CMOS8位微處理器。AT89C52是一個(gè)低功耗高性能單片機(jī)，片內(nèi)置通8為中央處理器（C

10、PU）和FLASH存儲單元，可靈活應(yīng)用于各種控制領(lǐng)域40個(gè)引腳，32個(gè)外部雙向輸入/輸出（I/O）端口，同時(shí)內(nèi)含2個(gè)外中斷口，2個(gè)16位可編程定時(shí)計(jì)數(shù)器，2個(gè)全雙工串行通信口。AT89C52的引腳功能排列如圖3.1.1圖： 圖3.1.1 DIP-40封裝AT89S52引腳圖主要引腳功能如下4：VCC:電源引腳。GND:接地引腳。P0口: P0口是一個(gè)三態(tài)雙向口，在有外部擴(kuò)展存儲器時(shí)被作為地址/數(shù)據(jù)分時(shí)復(fù)用口，被定義為數(shù)據(jù)/地址的低八位，此時(shí)是一個(gè)真正的雙向口。在沒有外部擴(kuò)展存儲器時(shí)，也可以作為通用I/O接口，就是一個(gè)準(zhǔn)雙向口。在輸出數(shù)據(jù)時(shí)，必須外接上拉電阻。P0口的輸出級具有驅(qū)動(dòng)8個(gè)TTL負(fù)載

11、，即輸出電流不大于800uA。P1口: P1口是8位準(zhǔn)雙向I/O口，內(nèi)部提供上拉電阻。當(dāng)作為輸入時(shí)，被內(nèi)部上拉為高電平，P1口管腳寫1。P1口被外部下拉為低電平時(shí)，可提供電流，這是由于內(nèi)部上拉的緣故。P1口具有驅(qū)動(dòng)4個(gè)TTL負(fù)載的能力P2口: P2口作為輸入輸出口的同時(shí)，還可以作為地址總線的高8位。由于P2口內(nèi)部具有上拉電阻，當(dāng)被內(nèi)部上拉為高電平，作為輸入使用。當(dāng)被外部下拉為低電平時(shí)，作為輸出使用時(shí)輸出低電平。當(dāng)P2作為輸出使用時(shí)可以驅(qū)動(dòng)4個(gè)TTL電路。P3口: P3口是具有內(nèi)部上拉電阻的雙向I/O口，向內(nèi)部寫入高電平時(shí)作為輸入使用，。當(dāng)被外部下拉為低電平，P3將作為輸出使用，此時(shí)將可以驅(qū)動(dòng)4

12、個(gè)TTL電路。P3口除了作為通用的I/O口使用外，還具有第二功能，通常會使用P3口的第二功能，P3口的第二功能如表3.1.2：表3.1.2 P3口功能表圖端口引腳引腳第二功能P3.010RXD（串行輸入口）P3.111TXD（串行輸出口）P3.212INT0（外中斷0）P3.313INT1（外中斷1）P3.414T0（定時(shí)/計(jì)數(shù)器0）P3.515T1（定時(shí)/計(jì)數(shù)器1）P3.616WR（外部數(shù)據(jù)存儲器寫選通）P3.717RD（外部數(shù)據(jù)存儲器讀選通）單片機(jī)接線圖： 圖3.1.3 單片機(jī)接線圖3.2煙霧探測模塊5：本設(shè)計(jì)中，煙霧探測器方面我采用的是MQ-2氣體傳感器，MQ-2氣體傳感器5所使用的氣體

13、材料是在清潔空氣中電導(dǎo)率較低的二氧化錫(SnO2)。當(dāng)傳感器所處環(huán)境中存在可燃?xì)怏w時(shí)，傳感器的電導(dǎo)率隨著空氣中可燃?xì)怏w濃度的增加而增大，這里使用簡單的電路即可將電導(dǎo)率的變化轉(zhuǎn)換為與該氣體濃度相對應(yīng)的輸出信號。下面將向大家分別介紹本設(shè)計(jì)中所采用MQ-2的工作原理、預(yù)熱，參數(shù)范圍等。1、工作原理：MQ-2是一種體電阻控制型的氣敏器件,其阻值隨被測氣體的濃度而變化。氣敏器件又是一種“氣電”傳感器件，它將被測氣體的濃度（成分）信號轉(zhuǎn)變成相應(yīng)的電信號5。氣敏器件阻值與氣體濃度之間一般為非線性關(guān)系，但在濃度域的氣體檢測時(shí)可近似認(rèn)為是線性的，如圖3.2.1所示。因此，在本設(shè)計(jì)中一定的濃度范圍內(nèi)的檢測是有效的

14、。 圖3.2.1 阻值與濃度關(guān)系圖2、預(yù)熱及其原因：MQ-2在不通電放置一段時(shí)間后，再通電使用時(shí)，阻值是先下降，然后又上升，不能立即采集氧氣濃度，所以需要先預(yù)熱一段時(shí)間，需要通電幾分鐘后才能穩(wěn)定到與氣氛狀態(tài)相應(yīng)的阻值。但工作溫度不宜太高（一般不要超過35），否則會造成性能衰減，降低氣敏靈敏度。在本設(shè)計(jì)中是先將傳感器預(yù)熱3分鐘，預(yù)熱的時(shí)候，用軟件方式檢測電纜線是否斷線或者接觸不良。圖3.2.2是MQ-2的基本工作電路圖，它是一個(gè)惠斯登電橋，當(dāng)空氣中某種可燃?xì)怏w的濃度超過某值時(shí)，電橋電路失去平衡，有電壓輸出，起到檢測作用。一般氣敏器件很難消除環(huán)境溫度的影響，通常在電路中加入熱敏電阻進(jìn)行溫度補(bǔ)償。

15、圖3.2.2 MQ-2基本工作電路圖4、MQ-2參數(shù)范圍：A標(biāo)準(zhǔn)工作條件符號參數(shù)名稱技術(shù)條件備注Vc回路電壓15VAC or DCVh加熱電壓5.0V±0.2VAC or DCRl負(fù)載電阻可調(diào)Rh加熱電阻31±3室溫Ph加熱功耗900mWB.環(huán)境條件符號參數(shù)名稱技術(shù)條件備注Tao使用溫度-10-50Tas儲存溫度-20-70RH相對濕度小于95%RHO2氧氣濃度21%(標(biāo)準(zhǔn)條件)氧氣濃度會影響靈敏度特性最小值大于C.靈敏度特性符號參數(shù)名稱技術(shù)條件備注Rs敏感體表面電阻3K-30K(1000ppm 異丁烷)探測濃度范圍100ppm-10000ppm液化氣和丙烷300ppm-5

16、000ppm 丁烷5000ppm-20000ppm 甲烷300ppm-5000ppm 氫氣100ppm-2000ppm 酒精(3000/1000)異丁烷濃度斜率0.6標(biāo)準(zhǔn)工作條件溫度： 20±2 Vc:5.0V±0.1V相對濕度： 65%±5% Vh: 5.0V±0.1V5、小結(jié)在本設(shè)計(jì)中MQ-2的使用：傳感器將環(huán)境中采集到的氧氣濃度對應(yīng)的微小的電信號經(jīng)過放大轉(zhuǎn)化成電信號送如AT89C52中，然后在單片機(jī)中進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換，進(jìn)行濃度比較，氧氣濃度值是否超過了設(shè)置的報(bào)警限值，超出時(shí)，則蜂鳴器發(fā)出聲音報(bào)警，指示燈閃爍。在設(shè)計(jì)中MQ-2需要先預(yù)熱，在加熱狀態(tài)下工

17、作，溫度越高，反應(yīng)越快，響應(yīng)時(shí)間就越快。為了提高響應(yīng)時(shí)間在設(shè)計(jì)時(shí)向MQ-2輸出一個(gè)5V的電壓。MQ-2的基本特性如下：l 高靈敏度/快速響應(yīng)恢復(fù)l 廣泛的探測范圍l 長壽命、低成本l 簡單的驅(qū)動(dòng)電路3.3溫度探測模塊：溫度探測器在本設(shè)計(jì)中，我采用的溫度探測器是DS18B20.新的“一線器件”體積更小、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DS1820是世界上第一片支持“一線總線”接口的溫度傳感器6。DS18B20具有微型化、低功耗、高性能、抗干擾、接口簡單等特點(diǎn)，可直接將溫度轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號供處理器處理。DS18B20的封裝圖如3.3.1圖： 圖3.3.1 DS18B20封

18、裝圖根據(jù)DS18B20的通訊協(xié)議，主機(jī)控制DS18B20完成溫度轉(zhuǎn)換必須經(jīng)過三個(gè)步驟：每一次讀寫之前都要對DS18B20進(jìn)行復(fù)位，復(fù)位成功后發(fā)送一條ROM指令，最后發(fā)送RAM指令，這樣才能對DS18B20進(jìn)行預(yù)定的操作。復(fù)位要求主CPU將數(shù)據(jù)線下拉500微秒，然后釋放，DS18B20收到信號后等待1660微秒左右，后發(fā)出60240微秒的存在低脈沖，主CPU收到此信號表示復(fù)位成功。表圖3.3.2 ROM指令表指 令約定代碼功 能讀ROM33H讀DS1820ROM中的編碼（即64位地址）符合ROM55H發(fā)出此命令之后，接著發(fā)出64位ROM編碼，訪問單總線上與該編碼相對應(yīng)的DS1820使之響應(yīng)，為下

19、一步對該DS1820的讀寫作準(zhǔn)備。搜索ROM0F0H用于確定掛接在同一總線上DS1820的個(gè)數(shù)和識別64位ROM地址。為操作各器件作好準(zhǔn)備。跳過ROM0CCH忽略64位ROM地址，直接向DS1820發(fā)溫度變換命令。適用于單片工作。告警搜索命令0ECH執(zhí)行后只有溫度超過設(shè)定值上限或下限的片子才做出響應(yīng)。DS18B20的接線圖如下所示： 圖3.3.3 DS18B20的接線圖DS18B20 時(shí)序（a）初始化時(shí)序圖3.3.4 初始化時(shí)序圖（b）寫時(shí)序圖3.3.5 寫時(shí)序圖（c）讀時(shí)序3.3.6讀時(shí)序圖DS18B20的基本特性6：1、獨(dú)特的單線接口僅需一個(gè)端口引腳進(jìn)行通訊2、簡單的多點(diǎn)分布應(yīng)用3、無需外

20、部器件4、可編程分辨率912位，對應(yīng)可分辨溫度分別為0.5 、0.25 、0.125 、0.0625 。5、可通過數(shù)據(jù)線供電6、溫度以9位數(shù)字量讀出7、負(fù)壓特性，電源接反時(shí)，芯片不會燒毀，但不能正常工作。3.4 A/D轉(zhuǎn)換芯片6：在采用的A/D轉(zhuǎn)換芯片是ADC08325，是美國國家半導(dǎo)體公司生產(chǎn)的一種8位分辨率、雙通道A/D轉(zhuǎn)換芯片。體積小、兼容性好、性價(jià)比高。ADC0832的封裝如3.4.1圖： 圖3.4.1 ADC0832的封裝及各端口ADC0832特點(diǎn)如下6： l 8位分辨率l 雙通道A/D轉(zhuǎn)換l 輸入輸出電平與TTL/CMOS兼容l 5V電源供電時(shí)輸入電壓在05V之間l 工作頻率為25

21、0KHZ，轉(zhuǎn)換時(shí)間為32Sl 一般功耗僅為15 mW芯片接口說明如下6：l CS_ 片選使能，低電平芯片使能l CH0 模擬輸入通道0，或作為IN+/-使用l CH1 模擬輸入通道1，或作為IN+/-使用l GND芯片參考0電位l DI數(shù)據(jù)信號輸入，選擇通道控制l DO 數(shù)據(jù)信號輸出，轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)輸出l CLK 芯片時(shí)鐘輸入l Vcc/REF 電源輸入及參考電壓輸入（復(fù)用）3.5數(shù)據(jù)采集模塊：本系統(tǒng)采用四個(gè)數(shù)碼管來顯示帶一為小數(shù)位的溫度，其接線如圖3.5所示其中74LS164為移位寄存器，數(shù)碼管采用共陽接法。圖3.5 數(shù)碼管接線圖3.6聲光報(bào)警模塊：報(bào)警裝置由蜂鳴器和指示燈組成：當(dāng)氣體濃度或溫度超

22、過限定值時(shí)，P1.4腳置為高電平，三極管導(dǎo)通，蜂鳴器即發(fā)出鳴叫報(bào)警。其電路原理圖如下所示： 圖3.6.蜂鳴報(bào)警電路4 軟件設(shè)計(jì)4.1系統(tǒng)程序流程7：為了便于系統(tǒng)維護(hù)和功能擴(kuò)充，采用了模塊化程序設(shè)計(jì)方法，系統(tǒng)各個(gè)模塊的具體功能都是通過子程序調(diào)用實(shí)現(xiàn)的。本系統(tǒng)主要包括數(shù)據(jù)采集子程序、火災(zāi)判斷與報(bào)警子程序等，系統(tǒng)程序流程如圖4.1所示：在設(shè)計(jì)報(bào)警的子程序中，為了防止誤報(bào)，提高判斷的準(zhǔn)確度，在設(shè)計(jì)時(shí)對煙霧的濃度采用快速重復(fù)檢測和延時(shí)報(bào)警兩種方法。 開始初始化第一次溫度、氣體濃度采集與判斷第二次溫度、氣體濃度采集與判斷報(bào)警判斷報(bào)警復(fù)位火災(zāi)報(bào)警正常顯示第一次采集數(shù)據(jù)是否第二次采集數(shù)據(jù)圖4.1 系統(tǒng)程序流程

23、圖其流程是：首先在上電之后系統(tǒng)的各部分包括單片機(jī)輸入輸出端口的設(shè)置、數(shù)據(jù)存儲電路、外圍驅(qū)動(dòng)電路等完成初始化，接下來執(zhí)行火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集程序、火災(zāi)判斷報(bào)警程序。系統(tǒng)初始化后，先預(yù)熱，燈閃爍三次以后倒計(jì)時(shí)30秒，燈不亮蜂鳴器不報(bào)警。倒計(jì)時(shí)結(jié)束后，顯示設(shè)置報(bào)警煙霧濃度限值，按鍵可切換顯示當(dāng)前煙霧濃度、設(shè)置報(bào)警溫度限值、當(dāng)前溫度、并可以按鍵調(diào)節(jié)設(shè)定數(shù)值。在本次設(shè)計(jì)中我將報(bào)警煙霧濃度范圍設(shè)定為:2500 溫度范圍設(shè)定為:50，其中設(shè)定的范圍都是可以通過軟件中的程序做修改的。4.2數(shù)據(jù)采集流程開始在本次設(shè)計(jì)中系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)報(bào)警功能是通過調(diào)用子程序來實(shí)現(xiàn)的，在數(shù)據(jù)采集子程序中，溫度煙霧信號采集延時(shí)10 ms

24、，是讓ADC0832準(zhǔn)備好進(jìn)行下一次信號轉(zhuǎn)換。當(dāng)系統(tǒng)采集2次溫度煙霧信號后，轉(zhuǎn)換好的數(shù)據(jù)存入單片機(jī)寄存器中，系統(tǒng)再調(diào)用火災(zāi)判斷子程序。系統(tǒng)溫度煙霧信號采集流程圖如圖4.2所示： 采集溫度信號等待數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換接收溫度數(shù)據(jù)延時(shí)1s 采集煙霧信號接收煙霧信號結(jié)束延時(shí)50毫秒等待數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換第二次采集數(shù)據(jù)無中斷中斷無中斷中斷第二次采集完畢圖4.2 系統(tǒng)溫度煙霧信號采集流程圖4.3火災(zāi)判斷與報(bào)警流程7在軟件中已經(jīng)設(shè)定了報(bào)警煙霧濃度限值和報(bào)警溫度限值，在具體的操作中是可以進(jìn)行人機(jī)界面調(diào)節(jié)的。在整個(gè)判斷過程中，單片機(jī)接收到采集到的溫度值和煙霧濃度值，與設(shè)定的限值進(jìn)行對比，如果煙霧濃度和溫度任一一個(gè)值超過了報(bào)警限值，

25、則蜂鳴器和指示燈會發(fā)出聲光報(bào)警。如果兩項(xiàng)都沒有達(dá)到報(bào)警限值則不報(bào)警。當(dāng)然也可以在兩項(xiàng)都沒有達(dá)到報(bào)警限值時(shí)通過手動(dòng)按鍵報(bào)警，報(bào)警后必須手動(dòng)解除。如果兩項(xiàng)值有任一項(xiàng)還處于報(bào)警條件下，則不能取消報(bào)警。在本次設(shè)計(jì)中我將報(bào)警煙霧濃度范圍設(shè)定為:1800-4000，溫度范圍設(shè)定為:20-70。主程序循環(huán)判斷以上二項(xiàng)是否發(fā)生異常，當(dāng)有一項(xiàng)異常時(shí)，系統(tǒng)再判斷其他兩項(xiàng)是否有一項(xiàng)或兩項(xiàng)都異常，如果是則系統(tǒng)認(rèn)為發(fā)生了火災(zāi)，發(fā)出聲光報(bào)警，直到異常被排除，如果其他兩項(xiàng)都沒有異常則系統(tǒng)認(rèn)為沒有發(fā)生火災(zāi)，系統(tǒng)繼續(xù)循環(huán)檢測。 圖4.3 系統(tǒng)循環(huán)檢測圖4.4主要端口說明：P1.0為單片機(jī)向數(shù)碼管串行輸出要顯示的溫度的數(shù)據(jù)口，P

26、1.1為單片機(jī)向數(shù)碼管串行輸出數(shù)據(jù)的脈沖信號，P1.2溫度傳感器DS18B20的數(shù)據(jù)輸入口，P1.4煙霧傳感器的檢測口，單片機(jī)檢測到該口為高電平時(shí)認(rèn)為煙霧濃度過高，發(fā)生異常，P1.5蜂鳴器的觸發(fā)信號口。圖4.4 主要端口說明圖5 單片機(jī)接口電路5.1前端信號調(diào)理電路8 對于傳感器輸出的模擬信號，一般要用運(yùn)算放大器9對其進(jìn)行調(diào)理或放大，以滿足A/D轉(zhuǎn)換器對輸入模擬量幅值及極性的要求。在本報(bào)警器電路中，同樣要對兩類傳感器的輸出信號進(jìn)行放大調(diào)理。電路圖如上圖5.1所示，運(yùn)算放大器接成電壓放大電路。從傳感器采集過來的微弱電壓信號，經(jīng)過電壓放大器的放大，得到較強(qiáng)的模擬電壓信號。 圖5.1 信號處理電路圖

27、5.2 晶振電路晶振電路為單片機(jī)AT89C52工作提供時(shí)鐘信號，芯片中有一個(gè)用于構(gòu)成內(nèi)部振蕩器的高增益反相放大器10，引腳XTAL1和XTAL2分別是該放大器的輸入端和輸出端。這個(gè)放大器與作為反饋原件的片外石英晶體或陶瓷諧振器一起構(gòu)成自激振蕩器。電路中的外接石英晶體及電容C5、C6接在放大器的反饋回來中構(gòu)成并聯(lián)振蕩電路，由于外接電容C5、C6的容量大小會輕微影響振蕩頻率的高低、振蕩器工作的穩(wěn)定性、起振的難易程度及溫度穩(wěn)定性，如果使用石英晶體，電容的容量大小范圍為30±10pF；如果使用陶瓷諧振，則電容容量大小為40±10pF；在本設(shè)計(jì)中，我使用的是石英晶體，電容的容值設(shè)定為

28、30 pF。5.3復(fù)位電路復(fù)位電路的基本功能是：系統(tǒng)上電是提供復(fù)位信號，直至系統(tǒng)電源穩(wěn)定后，撤銷復(fù)位信號。我們在啟動(dòng)單片機(jī)時(shí)都需要復(fù)位，使CPU及系統(tǒng)各部件處于確定的初始狀態(tài)，并從初始狀態(tài)開始工作。AT89C52的復(fù)位信號時(shí)從REST引腳輸入到芯片內(nèi)的施密特觸發(fā)器中的。當(dāng)系統(tǒng)處于正常工作狀態(tài)且振蕩器穩(wěn)定后，如果REST引腳上有一個(gè)高電平并維持2個(gè)機(jī)器周期以上，則CPU就可以響應(yīng)并將系統(tǒng)復(fù)位。單片機(jī)系統(tǒng)的復(fù)位方式有：手動(dòng)按鈕復(fù)位和上電復(fù)位，在本次設(shè)計(jì)中，我采用的是手動(dòng)按鈕復(fù)位。在復(fù)位輸入端REST上加一個(gè)高電平，采用的辦法是在電源和REST端接一個(gè)按鈕，當(dāng)手按一下按鈕時(shí)，系統(tǒng)復(fù)位。AT89C52

29、的復(fù)位電路如圖5.3所示： 圖5.3 AT89C52的復(fù)位電路5.4聲光報(bào)警電路在AT89C52的控制下，聲光報(bào)警電路可以根據(jù)不同的情況，通過蜂鳴器和指示燈發(fā)出聲光信號。由于蜂鳴器的工作電流一般比較大，單片機(jī)的I/O口無法直接驅(qū)動(dòng)了，所以需要利用放大電路來驅(qū)動(dòng)，一般使用三極管來放大電流就可以了。聲光報(bào)警電路由單片機(jī)的P1.4引腳進(jìn)行控制，當(dāng)P14輸出的電平為高電平時(shí)，三極管導(dǎo)通，蜂鳴器的電流此時(shí)形成回路，會發(fā)出聲音報(bào)警；否則，三極管截止，蜂鳴器就不會發(fā)出聲音。蜂鳴器報(bào)警電路如圖5.4.1所示： 圖5.4.1 蜂鳴報(bào)警電路聲光報(bào)警電路就有單片機(jī)的P10口進(jìn)行控制1個(gè)發(fā)光二極管，予以光報(bào)警（指示燈

30、為：紅燈閃爍）。聲光報(bào)警電路如圖5.4.2所示： 圖5.4.2 聲光報(bào)警電路圖5.5數(shù)據(jù)采集電路數(shù)據(jù)采集是本次設(shè)計(jì)中的重要環(huán)節(jié)。為了降低誤報(bào)率，設(shè)計(jì)時(shí)對溫度煙霧做了兩次采集、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)的寄存器中，然后在火災(zāi)判斷程序中，將采集的數(shù)據(jù)與設(shè)定的值進(jìn)行比較，從而判斷出是否發(fā)生火災(zāi)。數(shù)據(jù)采集的具體流程11是：系統(tǒng)和程序初始化后，驅(qū)動(dòng)ADC0832的1N0對溫度信號先進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換，單片機(jī)接收轉(zhuǎn)換好的數(shù)據(jù)，存入單片機(jī)的P1.6口，有INT1中段服務(wù)程序完成；系統(tǒng)延時(shí)10 ms，驅(qū)動(dòng)ADC0832的IN1對煙霧信號進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換完成后系統(tǒng)延時(shí)50 ms，進(jìn)

31、行第二次溫度煙霧信號采集，將轉(zhuǎn)換好的數(shù)據(jù)存入寄存器數(shù)。單片機(jī)每次驅(qū)動(dòng)A/D轉(zhuǎn)換后等待外部中段1，當(dāng)ADC0832的EOC端變?yōu)镮時(shí)，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)。數(shù)據(jù)采集電路如圖5.5所示：圖5.5 煙霧傳感器采集電路和轉(zhuǎn)換電路圖6 軟硬件調(diào)試6.1軟件調(diào)試先畫出整個(gè)電路原理圖，然后將寫好的程序調(diào)入KEIL軟件中進(jìn)行調(diào)試，首先對各模塊的子程序進(jìn)行調(diào)試，在調(diào)試過程中，如果遇到與希望得到的結(jié)果不相符合的，進(jìn)行單步調(diào)試，直到該模塊能夠匯編成可執(zhí)行文件并出現(xiàn)相應(yīng)的現(xiàn)象，然后將編譯成功后的程序加載到Protel 99 SE上進(jìn)行仿真，仿真圖和 KEIL軟件調(diào)試圖

32、如6.1.1和6.1.2所示： 圖6.1.1 軟件調(diào)試圖 圖6.1.2 電路原理仿真圖6.2硬件調(diào)試首先在Protel 99 SE 上進(jìn)行電路的仿真，在仿真成功的后，進(jìn)行電路的焊接，在焊接的各個(gè)過程中要注意是否存在虛焊，在焊接完成每一個(gè)模塊時(shí)要用萬用表進(jìn)行檢測，排除存在的各種可能的干擾，在排除過程中，首先進(jìn)行目測是否存在虛焊和短路，在用萬用表檢測電路，在上述過程無誤的情況下，打開電源查看現(xiàn)象是否是所需要的，反復(fù)上述過程，直到每一個(gè)模塊出現(xiàn)應(yīng)有的現(xiàn)象，硬件電路圖如6.2圖所示： 圖6.2 硬件電路圖7 總結(jié)此次設(shè)計(jì)中我采用了DS18B20和MQ-2的探測方法，使用了8位A/D轉(zhuǎn)換芯片ADC083

33、2釆用了溫度傳感器DS18B20和煙霧傳感器MQ-2相結(jié)合，使用了8位A/D轉(zhuǎn)換芯片ADC0832，總體實(shí)現(xiàn)了火災(zāi)報(bào)警功能?？偟膩碚f本設(shè)計(jì)具有以下特色：Ø 溫度和煙霧任一或同時(shí)達(dá)到自動(dòng)報(bào)警條件就報(bào)警Ø 溫度和煙霧都沒有達(dá)到自動(dòng)報(bào)警條件，則可以手動(dòng)報(bào)警Ø 可以手動(dòng)設(shè)置報(bào)警條件Ø 達(dá)到報(bào)警條件時(shí)不能手動(dòng)解除報(bào)警Ø 正常時(shí)：指示燈滅，蜂鳴器不響Ø 報(bào)警時(shí)：指示燈亮，蜂鳴器響在本次畢業(yè)設(shè)計(jì)中，我得到了很多指導(dǎo)老師和領(lǐng)導(dǎo)的幫助，他們在論文的設(shè)計(jì)過程中提出了許多寶貴的合理建議，幫助解決了畢業(yè)設(shè)計(jì)中遇到的許多問題，還不斷向我傳授分析問題和解決問題的

34、辦法，并指出了正確的努力方向，使得論文不斷完善。在這里非常感謝他們指導(dǎo)和幫助，并致以誠摯的謝意！同時(shí)，論文的順利完成，離不開同學(xué)和朋友幫助。在整個(gè)的論文寫作中，各位同學(xué)和朋友積極幫助我查資料，提供有利于論文寫作的建議和意見，在他們的幫助下，我最終完了整個(gè)論文。在此一并感謝！參考文獻(xiàn)1 王柏盛.李萬慶.和賀洪江.C程序設(shè)計(jì)M .北京高等教育出版社.2005.122 閻石.數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)M .北京高等教育出版社.2006.123童詩白.模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)（三版）M北京高等教育出版社.20014李全利.單片機(jī)原理及接口技術(shù)M北京高等教育出版社.20045王釗.智能火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與研究西安理工大學(xué)

35、.20096孟立凡.傳感器原理與應(yīng)用M北京電子工業(yè)出版社.20047陳汝全.電子技術(shù)常用器件應(yīng)用手冊北京機(jī)械工業(yè)出版社.20048丁璐.火災(zāi)探測技術(shù)的分析J煤礦現(xiàn)代化.20079 鄧興成.單片機(jī)原理與實(shí)踐指導(dǎo)M.機(jī)械工業(yè)出版社，2009年6月.1版.22774王忠民.基于單片機(jī)的語音數(shù)字聯(lián)網(wǎng)火災(zāi)報(bào)警器設(shè)計(jì)M西安郵電大學(xué).20074范維澄.中國火災(zāi)科學(xué)基礎(chǔ)研究概況J火災(zāi)科學(xué).20054張艷花.電子技術(shù)基礎(chǔ)M電子工業(yè)出版社.2006.Fire alarm designJiang QianPhysics and Electronic Engineering School Electronic Eng

36、ineering Departmentabstract: This article describes the use of the 8051 design of the building fire alarm system. The main function of this system through the MQ-2 smoke sensors and DS18B20 temperature sensor, an alarm buzzer and light; through the MQ-2 ADC0832 converter chip digital display digital

37、 smoke concentration; digital display through the key set and the smoke concentration and temperature.Key words: building fire alarm system, the MQ-2 digital tube ,ADC0832 ,the DS18B20 ,8051 microcontroller.附錄：源程序12Main.c:/=/*S0實(shí)際煙霧濃度,S1設(shè)定報(bào)警煙霧濃度. S2實(shí)際溫度,S3設(shè)定報(bào)警溫度 報(bào)警分兩種:1.溫度和煙霧任一或同時(shí)達(dá)到自動(dòng)報(bào)警條件就報(bào)警 2.溫度和煙霧

38、都沒有達(dá)到自動(dòng)報(bào)警條件,則可以手動(dòng)報(bào)警說明:達(dá)到報(bào)警條件時(shí)不能手動(dòng)解除報(bào)警. 正常:燈滅，蜂鳴器不響. 報(bào)警:燈亮，蜂鳴器響 報(bào)警煙霧濃度設(shè)定范圍:1800-4000 溫度設(shè)定范圍:20-50 此兩個(gè)值域可以通過修改軟件來修改 */=#include"user.c" /基本設(shè)定 #include"func.c" /功能 #include"ppm.c" /煙霧濃度搜集（AD轉(zhuǎn)換） #include"temp.c" /溫度搜集 /=主程序 void main() initial();pre();while(1) S=A

39、DC0832();/從AD轉(zhuǎn)換取煙霧濃度 S0=S*5.0*1000/0xff;/轉(zhuǎn)換->0-5000 正常狀態(tài)大概1300-1600/之后每一秒搜集顯示一次 fun();/按鍵控制標(biāo)志位k來確定顯示類型 gett();/確定溫度getx();/確定X(顯示)output();/顯示程序 warn();/手動(dòng)報(bào)警/取消 if(S0>=S1)|(S2>=S3) ledw=0;BEEP=0;/報(bào)警條件 User.c:#include"at89x52.h"#define uchar unsigned char#define uint unsigned intui

40、nt temp1;fun.c:#include"user.c"sbit ledw=P13;/LEDsbit BEEP = P14; /蜂鳴器 unsigned char code led10=0x3f,0x06,0x5b,0x4f,0x66,0x6d,0x7d,0x07,0x7f,0x6f; /共 陰 uchar t=0,k=0;uint x=0,y=62,S,S0,S1=2500,S2,S3=50,y1=12;void delay1(uint n)while(n-);P2_4=1;P2_5=1;P2_6=1;P2_7=1; /消影 /=預(yù)熱 void pre()uchar

41、 i;for(i=0;i<5;i+) /LED閃爍三次 ledw=ledw;delay1(55000);ledw=1;while(1)/預(yù)熱30秒左右 delay1(200);P0=ledy/10;P2_6=0;delay1(200);P0=ledy%10;P2_5=0;delay1(200);if(y=0) break; /=初始化 void initial()TMOD=0x01;/定時(shí)器工作方式 ET0=1;TR0=1;EA=1;BEEP=1;TH0=(65536-50000)/256; TL0=(65536-50000)%256; /=數(shù)碼管顯示 void output()ucha

42、r a,b,c,d;a=x/1000; /千位b=x%1000/100; /百位 c=x%100/10; /十位d=x%10; /個(gè)位P2_7=0;P0=leda;delay1(250);P2_6=0;P0=ledb;delay1(250);P2_5=0;P0=ledc;delay1(250);P2_4=0;P0=ledd;delay1(250);/=確定顯示類型/加減設(shè)定值 void getx()if(k=0)/顯示設(shè)定煙霧濃度 并增/減 +100/-100 上限4000 下線1800x=S1;if(P3_0=0)while(!P3_0);S1=S1+100;if(S1>=4000)

43、S1=4000;if(P3_1=0)while(!P3_1);S1=S1-100;if(S1<=1800) S1=1800;else if(k=1) /顯示實(shí)際煙霧濃度 x=S0;else if(k=2) /顯示設(shè)定溫度 并增/減 +1/-1 上限50 下限20x=S3;if(P3_0=0)while(!P3_0);S3=S3+1;if(S3>=50) S3=50;if(P3_1=0)while(!P3_1);S3=S3-1;if(S3<=20) S3=20;else if(k=3) /顯示實(shí)際溫度 x=S2; /=未達(dá)到自動(dòng)報(bào)警條件時(shí)手動(dòng)報(bào)警 /取消報(bào)警 void warn()if(P3_3=0)while(!P3_3);BEEP=BEEP;ledw=ledw;/=標(biāo)志位k值確定 服務(wù)確定x程序 void fun()if(P3_2=0)while(!P3_2);k+;if(k=4) k=0;Ppm.c:#include"user.c"#include"intrins.h"sbit CLK=P15;