智能樓宇消防報警系統(tǒng)

1、青島理工大學琴島學院畢業(yè)論文（設(shè)計）摘 要隨著科學技術(shù)的快速發(fā)展，整個社會進入了計算機時代，傳感器技術(shù)也因信息時代的快速發(fā)展得到明顯的提高，越來越多的領(lǐng)域被用在其中，對它的要求也是越來越高，需要供求也是變得越來越急迫。電子產(chǎn)品被越來越多的應用在我們的生活中，很明顯的就可以看到火災越來越多的發(fā)生在我們的生活當中，火災隱患也是時刻潛伏在我們的生活當中。怎么避免火災的產(chǎn)生以及降低火災給我們造成的損失是需要我們急迫解決的問題，因此設(shè)計并完善智能火災警報系統(tǒng)是我們當代大學生的任務，并且將我們設(shè)計的產(chǎn)品廣泛的應用到我們的日常生活當中，把火在組織在剛開始的時候，防患于未然，把我們的財產(chǎn)毀滅降到最低。經(jīng)典的火

2、災報警器經(jīng)常會出現(xiàn)總線數(shù)據(jù)傳輸不穩(wěn)定、長遠距離的數(shù)據(jù)傳輸可靠性能差還有擴展性能不方便的因素, 最近幾年來在各種電路系統(tǒng)中性能優(yōu)良、價格便宜的MCU芯片被廣泛應用其中,特別是電氣自動控制方面,我們所經(jīng)常說的那些問題也有了很大的改變。本篇主要講的是以 nRF24L01無線傳輸模塊和SIM900A模塊相結(jié)合的聯(lián)合無線火災報警系統(tǒng)的設(shè)計方法，這個方案用單片機STC89C52作為控制芯片，用MQ-2煙霧傳感器監(jiān)測煙霧，DS18B20溫度傳感器監(jiān)測溫度，兩種傳感器相結(jié)合聯(lián)合報警。設(shè)計中包括了溫度采集模塊、煙霧采集模塊、采集數(shù)據(jù)的傳輸、聲光報警以及其他的外圍電路，此外本設(shè)計也包括了相應的軟件設(shè)計，實現(xiàn)火災報

3、警功能這個設(shè)計結(jié)構(gòu)簡單、操作方便、價格較低，具有較高的實用性。關(guān)鍵詞：單片機STC89C52 ；無線模塊nRF24L01；DS18B20；MQ-2；SIM900AIIAbstractWith the rapid development of science and technology, and society as a whole has entered the computer age, sensor technology, but also because of the rapid development of the information age has significantly

4、increased, more and more areas of use, its growing demand, supply and demand more and more urgent need. Electronic products, our lives more applications, more fire, fire danger you always live in our lives can be seen happening. To avoid the risk of fire, we are solving the most pressing problems of

5、 our losses caused by fire, so intelligent design to reduce fire alarm system, in order to improve the problem of university students, our company's product design, it is widely used in our lives. First, the fire within the organization, we have to reduce the property damage precaution.Classical

6、 fire alarm device consists of, in many cases, an unstable bus data transmission, long-term reliability of the data transmission distance? Low extensive chip, high-performance show reasons for the decline, the most recent years, various circuit system can automatically control the inconvenience expa

7、nsion in particular, those issues, we again, dramatically changed, and application software.This film describes a wireless fire alarm system relies on in nrf24l201 wireless data transmission module design method of this chapter and sim900a module common wireless fire alarm systems together, and this

8、 procedure stc89c52 control module, mq2 Smoke In order to monitor temperature sensing, smoke, ds18b20 temperature sensor to supervise composed sensor. Designed to cope with the software design, implementation, simple design structure of the fire alarm functions, operations, prices have also been inc

9、luded in the design, coupled with the temperature obtaining module, smoke obtaining module for transmission of data, sound and light alarms or other peripheral circuits included, practicality.Key words: MCU STC89C52；nRF24L01；DS18B20；MQ-2；SIM900A目 錄摘 要IAbstract.1 緒論11.1概述11.2報警定義11.3課題研究目的及意義11.4本文研究

10、主要內(nèi)容21.5課題研究的任務要求22火災報警系統(tǒng)及其整體方案設(shè)計42.1火災發(fā)生時的特點42.2火災報警系統(tǒng)功能及其類型52.3本系統(tǒng)的總體方案設(shè)計63系統(tǒng)的硬件設(shè)計93.1單片機內(nèi)部結(jié)構(gòu)及接口描述93.2單片機外圍接口電路103.3主要元件的選型124火災報警系統(tǒng)軟件設(shè)計234.1軟件開發(fā)環(huán)境234.2火災報警系統(tǒng)程序設(shè)計234.3溫度檢測模塊軟件設(shè)計244.4無線模塊軟件設(shè)計264.5軟件的總體設(shè)計27結(jié) 論30致 謝31參考文獻31附 錄33青島理工大學琴島學院畢業(yè)論文（設(shè)計）1 緒論1.1 概述火災報警系統(tǒng)是一種用來檢測火災的裝置，發(fā)生火災時，產(chǎn)生大量的煙霧這些煙霧、溫度和光線可以觸

11、發(fā)火災報警器中的溫度傳感器、煙霧傳感器產(chǎn)生報警，并且觸發(fā)聯(lián)動裝置，及時的把火災撲滅。報警方式是將接收到的信號經(jīng)過傳感器以其他形式表現(xiàn)出來，經(jīng)過nrf24l01模塊將數(shù)據(jù)發(fā)射出去LCD1602液晶屏可以顯示出著火的房間號，SIM900A模塊將收到的信號發(fā)射到值班室或者消防隊的電話、手機上。1.2報警定義 警報系統(tǒng)一般有以下三部分組成：報警器、數(shù)據(jù)傳輸通道和報警控制器三部分組成。報警器的組成是傳感器和信號處理器，一般是用來檢測作用，報警系統(tǒng)的關(guān)鍵是電子部分和機械部分，報警器的主要元件傳感器。組成傳感器件的原理不同，又可分為不同種類、不同用途的傳感器件，所以又可分為不同種類、不同用途的報警器件。1.

12、3 課題研究目的及意義隨著我們的經(jīng)濟快速發(fā)展和科學技術(shù)的突飛猛進，尤其是近幾年是計算機技術(shù)技術(shù)飛速發(fā)展，我們也開始了現(xiàn)代化的家居生活。新興科技對我們生活的影響是顯而易見的，也表現(xiàn)在了方方面面，它使我們的生活習慣改變、生活質(zhì)量也大大提高，智能家居生活相應產(chǎn)生。本篇文章所介紹的智能樓宇消防報警系統(tǒng)正時智能家居的一部分。使家庭的財產(chǎn)安全與人身安全得到保障、防患于未然是現(xiàn)代智能化發(fā)展的主要方向。有調(diào)查顯示，在我們國家火災是最具破壞力的災害之一。在我們的生活中，城市建設(shè)和經(jīng)濟建設(shè)越來越快，城市中的建筑越來越多，因此這就使發(fā)生火災的概率大大增加，所以在我國發(fā)生火災的次數(shù)也是一年比一年增多。 據(jù)我們每個人所

13、了解的那樣，火災的危害性是很大的，而且發(fā)生大概率也是很高的，是破壞性非常大的災害。另外，可能產(chǎn)生火災的情況越來越多，火災萬一發(fā)生，就會快速蔓延，危害性也是非常大的。從以前發(fā)生火災的調(diào)查中我們可以發(fā)現(xiàn) :1)、很多次的火災都是人為造成的，它素偶造成的危害更大，所帶來的人員傷亡、財產(chǎn)損失也更大;2)、我們國家也越來越重視對火災的防范，通過各種措施，雖然說也取得一定的成果，可是在很多的普通民房、大中小型的娛樂場所我們可以發(fā)現(xiàn)大多都沒有按國家的要求安裝智能的火災自動報警系統(tǒng);3)、除上述因素外，還有一部分火災的產(chǎn)生是由于一些正在使用的火災報警器的設(shè)備老化，性能不穩(wěn)定，不能及時的將報警信息發(fā)送出去導致傷

14、亡很大。從這里我們很容易的就可以看出，避免火災出來要加強普通公民的防火意識外，還必須要具備一套高智能化的火災報警系統(tǒng)。這樣就能實時的監(jiān)測可能會出現(xiàn)的火災信息，防患于未然，最早發(fā)現(xiàn)、將損失降到最低、將傷亡降到最小本篇文章介紹的是以89C51單片機為核心的智能報警顯示器，是我們常用的火災報警器的一種，被廣泛的應用在大工業(yè)生產(chǎn)與基礎(chǔ)的民用建筑中，它大大提高了人們的生命財產(chǎn)等各方面的安全性?；钤谇捌诘囊恍┎惶黠@的癥狀，就能很輕易的被火災報警器發(fā)現(xiàn)，這樣一來就能控制和撲滅火災了，這樣能大大減少我們的財產(chǎn)損失，是我們的生活更有安全，更有保障。1.4 本文研究主要內(nèi)容主要內(nèi)容：單片機和一些元器件的使用方法

15、和使用NRF24L01、SIM900a組合構(gòu)建家居無線安全報警的方法。并選擇DS18B20和MQ-2來結(jié)合此系統(tǒng)進行試驗。在測試中，使用STC80C51微控制器控制整個系統(tǒng)，DS18B20、MQ-2作為信號源，NRF24L01、sim900a作為無線模塊，蜂鳴器、LED燈組成聲光報警模塊。 美國公司使用Keil的軟件開發(fā)工具的Keil uVision3平臺用C語言編程控制芯片，應用程序開發(fā)工具美國的Altium的Protel DXP平臺的核心電路設(shè)計系統(tǒng)的硬件。使用編寫和設(shè)計兩個無線報警系統(tǒng)軟件。 我們需要一些熟悉底層的硬件知識，KEIL編程和DXP繪制方法，思路有更多的做鏈接的硬件電路。在每

16、個模塊的系統(tǒng)軟件設(shè)計完成后，軟件平臺編譯和電路仿真，最后生成的目標文件下載到內(nèi)STC芯片實現(xiàn)系統(tǒng)和用于模擬實驗相關(guān)設(shè)備，產(chǎn)生理想的設(shè)計模型。1.5 課題研究的任務要求這個方案是基于一個單芯片無線火警系統(tǒng)控制的探測器可以是一個火災報警系統(tǒng)。具體要求：超過100m的有效傳輸距離，也就是這樣，在報警的有效距離之內(nèi);程序運行或死當，系統(tǒng)可以被復位，返回系統(tǒng)正常運行;電源后仍然能夠保留一些重要的歷史信息數(shù)據(jù)。有線方式主要是以RS-232來實現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸。無線方式主要是以GPRS為核心的傳輸方式。跟著電子技術(shù)的發(fā)展，數(shù)據(jù)傳輸速度更快，有更強的抗干擾能力。短距離無線通信技術(shù)主要發(fā)展為 ZigBee、 IrDA

17、、 藍牙、 Wi-fi、nRF24L01等技術(shù)。各種無線技術(shù)有其優(yōu)點和缺點，以及不同用戶的不同的技術(shù)。在近距離 （10米），紅外和藍牙有很大的優(yōu)勢。NRF24L01模塊是一個新的單片射頻收發(fā)器設(shè)備，運行在 2.4ghz-2.5ghzISM 帶達 125個信道可供選擇，在GFSK調(diào)制數(shù)據(jù)速率為2Mbps以上，藍牙，高數(shù)據(jù)吞吐量，簡單的程序開發(fā)的高速率較高; NRF24L01，使設(shè)計更加方便，節(jié)能。此類通信方法以這個頻段為基礎(chǔ)也快要成熟。電子技術(shù)飛速發(fā)展，溫度檢測模塊快速提高，就比如美國DALLAS公司的數(shù)DS18B20就有很多人研究不管是國內(nèi)還是國外，現(xiàn)在是越來越深入的研究?，F(xiàn)今，無線通信技術(shù)已

18、經(jīng)成為研究的重要方向，用它們的好處是明顯高于有線網(wǎng)絡(luò)方式的，比如說價格便宜、不易造成資源浪費，穩(wěn)定性要好很多，耗電少，更方便的維護、檢修，再也不用擔心空間的問題，從而避免復雜的線路。本文通過使用低成本的單芯片nRF24L01和sim900a的無線收發(fā)器硬件內(nèi)置工業(yè)級無線通訊系統(tǒng)，收發(fā)信號很容易的完成，火災煙霧報警長時間穩(wěn)定工作。2火災報警系統(tǒng)及其整體方案設(shè)計2.1火災發(fā)生時的特點火災是人類控制燃燒造成的災難損失，火災基本要素是可燃材料，燃燒和火源?？扇嘉镔|(zhì)存在于氣體，液體和固體，可燃氣特通常是空氣中的氧。其基本過程是當物體從外面獲取一定的能量，液體或固體可燃氣體的蒸發(fā)成蒸汽，或者分解出（如CO

19、，H2等）的分子，有一種叫做氣溶膠的東西，是回粉和沒有燃燒干凈的顆粒。在氣霧劑的同時，還有一種叫做煙霧分子的東西其成分主要是固體顆粒。當出現(xiàn)火時，燃燒熱量仍會發(fā)出易燃氣體的液體或固體，并擴散火焰的形成的表面上。紅色的火焰，看不見的紫外線，還有大量的熱。形成火災。氣溶膠，煙，火焰和熱被稱為火參數(shù)，判斷有沒有起火，最主要是依靠這些數(shù)據(jù)呢。根據(jù)不同的火災發(fā)生時，陰燃火可以分成一個緩慢的，火或火焰和迅速發(fā)展，等等。悶燒是一大原因，這是很多人經(jīng)過大量數(shù)據(jù)所證明了的。物體燃燒是有條件的，一般有這些：煤氣及煙被燃燒，足夠的氧氣，但失火的必要，足夠的火焰，能夠視光及不當視光，因為產(chǎn)生大量的熱的氣味，你有溫度上

20、升。在燃燒中，首先，在過程中階段時間長，雖然煙草體積是大的，除非溫度必須施加一個檢測器，用于檢測和分析該階段地板是火，以允許有限的你必須最小化的損傷。發(fā)動機后，迅速擴散，有可能使大量生產(chǎn)的熱，溫度上升，如果有用的話，用于檢測溫度值，可以比較及時控制火災。下圖簡要描繪了起火的過程。圖2-1 起火過程曲線2.2火災報警系統(tǒng)功能及其類型由傳感器：溫度傳感器DS18B20和煙霧傳感器MQ-2監(jiān)測室內(nèi)環(huán)境。有脈沖信號時，經(jīng)過放大電路放大電信號，然后在經(jīng)過A/D轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換，將直流信號直接輸送到單片機，然后在經(jīng)過串口接口再進行數(shù)據(jù)通信，按鍵為手動復位系統(tǒng)，狀態(tài)指示燈、聲音報警器、LCD屏幕顯示，都是程序最

21、終控制的對象。傳感器放大電路A/D轉(zhuǎn)換單片機狀態(tài)指示燈聲音報警LCD顯示按鍵串口接口消防報警系統(tǒng)基本框圖傳感器放大電路A/D轉(zhuǎn)換單片機狀態(tài)指示燈聲音報警LCD顯示按鍵串口接口圖2-2 消防報警系統(tǒng)基本框圖按類型的探測器使用的火災報警系統(tǒng)，可以分成四種：（1）感溫型火災報警系統(tǒng)通過探測溫度參數(shù) - 數(shù)據(jù) - 到一個不同的，溫度敏感型火情報警系統(tǒng)，以便它可以有一些這樣的等溫型，溫差式幾種。（2）感煙型火災報警系統(tǒng)感煙型火災報警系統(tǒng)主要包括激光感煙型，和光感煙表達式和離子感煙型。 （3）感光型火災報警系統(tǒng)感光報警器，出來的光強和光發(fā)生在回應火災的特點擴散火焰的閃爍頻率，它必須由一個警報系統(tǒng)的啟發(fā)。這

22、是一個敏感為由敏感波長，并且在感光火災報警系統(tǒng)，是一個長期的光輻射敏感的紅外報警系統(tǒng)更短的波長比光輻射和紫外線敏感的報警系統(tǒng)和雙波長。（4）復合型火災報警系統(tǒng)如果報警系統(tǒng)同時對溫度、兩個或兩個以上的在煙霧和光輻射參數(shù)的報告系統(tǒng)其它一旦它是一個響應，類型有點復雜的火災報警器。變暖煙霧型唱在當前復雜火災報警系統(tǒng)，感覺抽煙光敏型，感覺是各種形式，如溫度和光敏感。2.3 本系統(tǒng)的總體方案設(shè)計2.3.1本設(shè)計的主要模塊論證及方案確定無線傳輸及通信模塊方案一：采用GSM(Global System for Mobile)模塊進行通信，GSM模塊需要借助移動衛(wèi)星或者手機卡，雖然能夠遠距離傳輸，但是其成本較大

23、、且需要內(nèi)置SIM(Subscriber Identity Module)卡，通信過程中需要收費，后期成本較高。方案二：采用TI（德州儀器）生產(chǎn)的C2430無線通信模塊，此模塊采用Zigbee總線模式，傳輸速率可達250kbps，且內(nèi)部集成高性能8051內(nèi)核。但是此模塊價格較貴，且Zigbee協(xié)議相對較為復雜，實用性不高。方案三：采用nRF24L01無線射頻模塊進行通信，nRF24L01是挪威Nordic公司推出的單片射頻收發(fā)芯片，工作于2.42.5GHz ISM頻段，抗干擾能力強，能耗非常低，滿足多點通信和跳頻通信需要。當加定向天線后，在無障礙通信情況下能傳輸上千米的距離，而且價格較便宜，采

24、用SPI總線通信模式電路簡單，操作方便。綜合考慮各方面因素，采用方案三作為本系統(tǒng)的無線通信方案，采用方案一作為本系統(tǒng)GSM通信的方案。顯示模塊方案方案一：采用字符液晶LCD1602顯示信息，LCD1602是一款比較通用的字符液晶模塊，能顯示字符和數(shù)字等信息，且價格便宜，容易控制。方案二：選擇主控為ST7920驅(qū)動器的帶字庫的LCD12864來顯示信息。LCD12864是一款通用的液晶顯示屏，能夠顯示常用的漢字及ASCII碼，而且能夠繪制圖片，描點畫線，設(shè)計成比較理想的結(jié)果，但考慮到監(jiān)測節(jié)點較多，需顯示的信息較多，而其最多只能顯示四行信息。方案三：采用配置2.8寸的TFT-LCD即薄膜晶體管液晶

25、顯示器。該模塊的控制器為ILI9325,具有26萬像素，320×240的分辨率，16位真彩顯示?？梢郧逦娘@示各監(jiān)測節(jié)點的信息，且其可以顯示人性化界面，各節(jié)點信息以及報警上限溫濕度值一目了然。綜合以上方案，選擇了價格便宜，容易控制的LCD1602作為接收端的顯示。2.3.2 系統(tǒng)的硬件總體結(jié)構(gòu)（1）系統(tǒng)主要組成模塊1.STC89C52單片機2.DS18B20溫度傳感器3.LCD1602液晶顯示屏4.蜂鳴器5.MQ-2煙霧傳感器6.nRF24L01無線模塊7.GSM通信模塊（2）硬件系統(tǒng)控制方案設(shè)計火災報警系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖。圖2-3 火災報警系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)框圖火災報警系統(tǒng)主要實現(xiàn)對火災現(xiàn)場

26、的測試工作，從而啟動火災報警系統(tǒng)。其主要由煙霧傳感數(shù)據(jù)采集程序、溫度傳感數(shù)據(jù)采集程序、聲光報警程序等三個部分組成，其中，煙霧傳感數(shù)據(jù)采集程序完成對煙霧濃度的采集并進行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換；溫度采集程序顯示對現(xiàn)場的溫度進行采集；系統(tǒng)的工作原理是：先通過傳感器 (包括溫感和煙感)將現(xiàn)場溫度、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電信號進行調(diào)理(放大、濾波等)，使之滿足A/D轉(zhuǎn)換的要求 ,最后由A/D轉(zhuǎn)換電路,完成將溫度傳感器和煙霧傳感器輸出的模擬信號到數(shù)字信號的轉(zhuǎn)換，單片機判斷現(xiàn)場是否發(fā)生火災。報警程序設(shè)置報警的下限，當外界指標超出限制，將進行聲光報警。2.3.3 系統(tǒng)軟件總體結(jié)構(gòu)誤報率是很高的，

27、因此要采取措施使它降低，這里采用多次采集、多次判斷的方法。每次后數(shù)據(jù)采集基于數(shù)據(jù)從法官的情況然后重復做出最終判決結(jié)果的綜合評判火。是無限的主要程序循環(huán)，先在周邊首先，所有的輸入和輸出端驅(qū)動電路和后可放置在系統(tǒng)的一個部分中的數(shù)據(jù)存儲電路已在成品被納入，程序的下一個芯片，履行使命是收集行政火災自動報警系統(tǒng)的數(shù)據(jù)后面是履行職責和查詢確定義務的數(shù)據(jù)通信。圖2-4 程序流程圖3系統(tǒng)的硬件設(shè)計3.1單片機內(nèi)部結(jié)構(gòu)及接口描述圖3-1 STC89C52引腳圖VCC : 電源GND: 地P0口：P0口是一個8個引腳的雙向I/O口。P1口：P1口內(nèi)部具有上拉電阻有8個雙向I/O口，它的輸出緩沖器能驅(qū)動4個TTL邏

28、輯電平。引腳號的第二功能：P1.0：T2，時鐘輸出。P1.1：T2EXP1.5：MOSI。P1.6：MISO。P1.7：SCK。P2口：P2口內(nèi)部具有上拉電阻有8個雙向I/O口，它的輸出緩沖器能驅(qū)動4個TTL邏輯電平。P3口功能如表所示。表3.1 各口線的特殊功能和信號名稱口線 特殊功能 信號名稱 P3.0 RXD 串行輸入口 P3.1 TXD 串行輸出口 P3.2 外部中斷0輸入口 P3.3 外部中斷1輸入口 P3.4 T0 定時器0外部輸入口 P3.5 T1 定時器1外部輸入口 P3.6 寫選通輸出口 P3.7 讀選通輸出口 火災報警器的核心部件是單片機。傳感器把溫度發(fā)送過來，必須在一方面

29、，將工作對應于控制隨后的電路分別處理對應于煙感兩個模擬信號;詢問是否有被按下詢問按鈕的同時。這些任務可以在這個過程中完成，可以放置在一個快速的處理速度，頂部軟件實現(xiàn)的請求是困難的，根據(jù)濃度值特別是在信號處理的比較之后，可以發(fā)現(xiàn)觀察煙霧更精確的濃度，根據(jù)程序作出相應反應。最靠要選擇一個價格低、實用性高的單片機，這也是低功耗發(fā)展的趨勢。由上面原因所述，這個設(shè)計選用STC89C52單片機作為控制器。STC89C52的實物圖如圖所示。 圖3-2 DIP-40封裝STC89C52實物圖3.2單片機外圍接口電路3.2.1晶振電路晶振電路為單片機8051工作提供時鐘信號，并輸出高增益內(nèi)部放大器使用振蕩器時，

30、它使用相同的芯片中，銷XTAL1放置并XTAL2對應的放大器的輸入端。是構(gòu)成在過激的振動到放大器和反饋元件石英晶體和陶瓷振蕩和一緒。外部石英晶體和電容電路的C2，為C3連接到放大器反饋回路中組成并聯(lián)振蕩電路、 晶體振蕩器電路如圖所示，如果利用石英晶體，電容器容量大小范圍 ；利用石英晶體在此設(shè)計中，電容是設(shè)置為30pF。3.2.2復位電路復位電路的基本功能是：提供開機信號。為了可靠、 穩(wěn)定的力量甚至后出現(xiàn)一定的延遲，撤銷一重置信號，防止抖動造成的電源開關(guān)或插上處于關(guān)閉過程中，重置后。供應鏈管理需要重置在啟動時，與 CPU 和系統(tǒng)組件在初始狀態(tài)下，查明并開始上班從初始狀態(tài)。8051 是從其余 pi

31、n輸入到該芯片在施密特觸發(fā)器的復位信號。單片機系統(tǒng)重置： 重置和重置的手動按鈕，本設(shè)計采用在手動重置按鈕。手動重置按鈕來重置輸入的其余部分與高水平，做法是在休息和VCC的積極力量，通過一個按鈕。當按下按鈕時，VCC 5V水平將直接添加到休息結(jié)束時，系統(tǒng)重置。由于采取了行動，很快就會使按鈕連接至 10 毫秒左右，這樣的設(shè)計就能滿足重置時間。SWPB復位電路為手動復位開關(guān)，電容C1最主要的作用是避免高頻諧振電路干擾。STC89C52晶振電路與復位電路。圖3-3 STC89C52單片機的晶振電路圖3-4 STC89C52單片機的復位電路3.3 主要元件的選型3.3.1 集成溫度傳感器DS18B20D

32、S18B20有三只引腳：VCC、DQ和VDD。采用了外部供電的鏈接方式，而總線必須鏈接上拉電阻，線總線在空置狀態(tài)時，都是一直處于高電平。原理圖如圖。圖3-5 DS18B20原理圖（1）DS18B20特性介紹DS18B20是美國DALLAS公司的最新單線數(shù)字溫度傳感器,特點是更小、更寬、功耗更低。DS18B20 溫度傳感器是率先支持世界的"一線總線"接口。公交線路和獨特的特征的經(jīng)濟，以便用戶可以輕松地設(shè)置了傳感器網(wǎng)絡(luò)中，引入一個新的概念，打造一種測量系統(tǒng)。-55 至對于他的測量，在-10 85 范圍內(nèi) 125的溫度范圍精度為正負 0.5。該現(xiàn)場的直接溫度，但不存在抗干擾擾能的

33、系統(tǒng)的數(shù)字模型傳遞增強“總線的明確區(qū)分”力。在適用于惡劣環(huán)境中的溫度場測量，例如，環(huán)境法規(guī)和設(shè)施和操作控制，如電子產(chǎn)品，將溫度測定其數(shù)目.可安裝程序DS18B20分辨率的9-12位，準確度為正常0.5。選擇的可能很小的事情之一，在包里，E2PROM存儲安裝在安裝和很多的電壓分辨率剩余電量后，我就問題的條件的用戶。 DS18B20的最新控制產(chǎn)品的性能，性能的價格是非常好的，完成了“早期復位”的表現(xiàn)，但DS18B20的基礎(chǔ)溫度傳感器技術(shù)的一個新概念。（2）DS18B20內(nèi)部結(jié)構(gòu)DS18B20的管腳排列。圖3-6 DS18B20的管腳排列如表3.2是12 轉(zhuǎn)化12 比特的數(shù)據(jù)，如果測得的溫度大于 0

34、，只要由 0.0625 檢測的值是 5 票對 0 票，可以獲得，如果溫度低于實際溫度。0 C，5 位為 1，需要采取反數(shù)值的測量和10.0625得到實際的溫度。表3.2 轉(zhuǎn)換后得到的12位數(shù)據(jù)DS18B20溫度傳感器的存儲器DS18B20溫度傳感器的內(nèi)部存儲器包括一種暫存 RAM和 E2RAM，非易失性的電可擦除存儲和結(jié)構(gòu)的 TL 注冊觸發(fā)器釷暫存記憶體包含 8 個連續(xù)的字節(jié)、 2 字節(jié)之前測量溫度信息，第一個字節(jié)的內(nèi)容不是低溫 8、 第二個字節(jié)是高溫 8。第三和第四個字節(jié)是 TH，TL 的非易失性拷貝，第五個字節(jié)是復制非易失性寄存器結(jié)構(gòu)，內(nèi)容在每一次重置的力量，被刷新的 3 個字節(jié)。第六，7

35、、8個字節(jié)的內(nèi)部計算。冗余檢查字節(jié)是第九個字節(jié)為單位。實際應用中也應注意以下幾方面的問題: 保證DS18B20的檢測時間，否則為會出現(xiàn)錯誤轉(zhuǎn)換現(xiàn)象，溫度顯示輸出總是 85。電源電壓應保持在關(guān)于 5V上下。如果電源電壓是太低，測量的溫度與實際溫度高、 后測試發(fā)現(xiàn)，在一般情況下大約是 5V。較小的硬件開銷需要相對復雜的軟件補償，因為的串行數(shù)據(jù)傳輸采用 DS18B20 和微處理器，因此編程讀取和寫入 DS18B20，必須嚴格保證讀取和寫入時間，否則測量結(jié)果將不能讀取。3.3.2 氣體傳感器MQ-2簡要說明：一、 尺寸：32mm X22mm X27mm 二、 主要芯片：LM393、ZYMQ-2氣體傳感

36、器三、 工作電壓：直流5伏四、 特點：1、信號輸出時有指示。2、信號輸出時雙向的。3、TTL低電平有效。4、模擬量輸出05V電壓，濃度越高電壓越高。5、對煙霧，液化氣，天然氣，靈敏度都很高。6、具有長期的使用壽命和可靠的穩(wěn)定性7、快速的響應恢復特性五、應用：這個傳感器比較適合家用和工廠使用，適宜于液化氣、丁烷、酒精、氫氣、煙霧等監(jiān)測裝置。圖3-7 氣體傳感器MQ-2MQ 2 型煙霧傳感器的設(shè)計。當煙氣的接觸，在晶界勢壘調(diào)制煙和變化，會引起表面電導率變化。這可以用于獲取的信息存在煙霧。例如，當可燃氣體 （如 CH4）、 吸附解吸的氧氣和可燃煙積極離子吸附在二氧化錫半導體表面 ；氧解吸電子煙氣，具

37、有積極的離子吸附狀態(tài)發(fā)射電子，半導體帶電子密度增加，電阻減小。但當沒有空氣中的煙霧，負離子吸附兩種錫氧化物半導體將自動還原中氧濃度、 初始狀態(tài)抗性的增加。這是煙霧傳感器可燃煙氣工作的基本原理。 圖3-8 MQ-氣體傳感器結(jié)構(gòu)和外形用 MQ 2 氣體傳感器的氣體敏感材料是清潔空氣中的二氧化錫 （SnO2） 低電導率。當在環(huán)境中可燃氣體傳感器，傳感器電導率隨空氣中可燃氣體濃度的增加而增加。使用簡單的電路來改變相應的氣體濃度的電導率轉(zhuǎn)換和輸出信號。這種傳感器可以檢測各種可燃氣體，是一種適合各種應用的低成本的傳感器。結(jié)構(gòu)和外形圖，封裝好的氣敏元件有6個針狀管腳，其中4個用于信號取出2個用于提供加熱電流

38、。圖3-9煙霧傳感器電路圖3.3.3 1602液晶顯示模塊（1）1602液晶顯示屏簡介1602液晶 是一種工業(yè)字符型液晶，能夠同時顯示1602 即32個字符。（16列2行）。在日常生活中，我們對液晶顯示器并不陌生。液晶顯示模塊已作為很多電子產(chǎn)品的通過器件，如在計算器、萬用表、電子表及很多家用電子產(chǎn)品中都可以看到，顯示的主要是數(shù)字、專用符號和圖形。在單片機的人機交流界面中，一般的輸出方式有以下幾種：發(fā)光管、LED數(shù)碼管、液晶顯示器。發(fā)光管和LED數(shù)碼管比較常用，軟硬件都比較簡單。圖3-10 液晶屏實物正面（2）1602液晶顯示模塊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)域進行控制

39、，有電就有顯示，這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、易于實現(xiàn)全彩色顯示的特點，目前已經(jīng)被廣泛應用在便攜式電腦、數(shù)字攝像機、PDA移動通信工具等眾多領(lǐng)域。其中Vo腳，即第三引腳加了一個10K的滑動變阻器，該變阻器的目的是調(diào)節(jié)液晶的顯示對比度，通過調(diào)節(jié)滑阻改變Vo的電壓值，從而使液晶顯示在最清晰的狀態(tài)。圖3-111602顯示模塊原理圖3.3.4 GSM模塊（1）GSM模塊功能概述GSM系統(tǒng)由若干個子系統(tǒng)或功能實體組成。其中基站子系統(tǒng)（BSS）在移動臺（MS）和網(wǎng)路子系統(tǒng)（NSS）之間提供和管理傳輸通路，特別包括了MS與GSM系統(tǒng)的功能實體之間的無線接口管理。N

40、SS負責管理通信業(yè)務，保證MS與相關(guān)的供應能夠通信網(wǎng)或與其他MS之間建立通信。MS、BSS和NSS組成GSM系統(tǒng)的實體部分。操作支持系統(tǒng)（OSS）提供運營部門一種手段來控制和維護這些實際運行部分。 圖3-12 GSM系統(tǒng)結(jié)構(gòu)（2）SIM900A模塊簡介SIM900A是一個2頻的GSM/GPRS模塊，工作頻段為：EGSM 900MHZ和DCS 1800MHZ。SIM900A支持GPRS multi-slot class 10/class 8(可選)和GPRS編碼格式 CS-1，CS-2，CS-3 and CS-4。SIM900A采用省電技術(shù)設(shè)計，在SLEEP模式下最低耗流只有1mA。此外，該模塊

41、內(nèi)嵌TCP/IP協(xié)議，擴展的TCP/IP命令讓用戶能夠很容易使用TCP/IP協(xié)議，這些在用戶做數(shù)據(jù)傳輸方面的應用時非常有用。SIM900A尺寸較小，幾乎可以滿足所有用戶應用中的對空間尺寸的要求。該模塊與用戶移動應用的物理接口為68個貼片焊盤，提供了模塊和客戶電路板的所有硬件接口：鍵盤和SPI顯示接口；主串口和調(diào)試串口；一路音頻接口，包含一個麥克風輸入和一個揚聲器輸出；可編程通用輸入輸出接口。SIM900A硬件系統(tǒng)設(shè)計，SIM900A硬件設(shè)計功能框圖如圖所示。本電路設(shè)計之初，主要是為了實現(xiàn)SMS與TCP功能，因此語音接口沒有引出，外部功能模塊主要分為串口、電源、SIM卡、以及單片機相應接口。圖3

42、-13 SIM900A原理圖該電路系統(tǒng)設(shè)計的關(guān)鍵在于電源部分，由于GSM/GPRS模塊電源部分為3.8v，非典型固定電壓，而且瞬間電流可以達到2A。本系統(tǒng)選擇可調(diào)輸出電壓芯片LM2596，LM2596輸出電壓范圍為1.2-37v，瞬間可以通過最大電流達到3A，完全符合電路要求。電路通信部分充分考慮了兼容性，是GSM/GPRS模塊既可以和PC機通信，同時又可以與單片機通信。由于所使用的MCU為5v接口電壓，而SIM900A的接口電壓為2.8v，因此需要在兩者之間加一電平轉(zhuǎn)換芯片，本系統(tǒng)采用NL27WZ07在SIM900A與模塊之間進行電平的轉(zhuǎn)換。由于GSM/GPRS模塊為靜電敏感器件，因此電路中

43、需要加入靜電防護措施。本系統(tǒng)中采用ESDA6V1W5，該器件專為靜電敏感器件設(shè)計，可承受瞬間靜電25KV，漏電流小于1uA。3.3.5 報警器電路STC89S52 聲音報警。蜂鳴器是無源蜂鳴器，噪音低，當室內(nèi)煙氣濃度或溫度超過預設(shè)的限制，單片機 P3.7 設(shè)置為較低、 三極管、 揚聲器報警蜂鳴器，直到工作人員將切換開關(guān)電路，報警電路原理圖。圖3-14 聲音報警電路同時報警設(shè)計，加入線路，煙氣濃度高，電機可以抽煙，煙霧的濃度降低。當溫度是過高可以還通過電機，吹涼爽的空氣，降低溫度，如果它發(fā)現(xiàn)火將吹CO2，（這個步驟我們手動完成就可以了）。3.3.6無線模塊NRF24L01圖3-15（1）nRF2

44、4L01模塊電路圖nRF24L01芯片是由NORDIC公司生產(chǎn)一款無線通信芯片，采用FSK調(diào)制方式，內(nèi)部集成有NORDIC自己的Enhanced Short Burst協(xié)議。可以實現(xiàn)點對點或是1對6的無線通信。通信速度可以達到2Mb/s。nRF24L01無線射頻模塊的電路圖如圖3所示。圖3-16 nRF24L01模塊電路圖（2）nRF24L01模塊接口電路圖3-17 單片機與無線模塊通信及其電源轉(zhuǎn)換電路圖nRF24L01是一款新型單片射頻收發(fā)器件，工作于2.4 GHz2.5 GHz ISM(Industrial Scientific Medical)頻段。內(nèi)置頻率合成器、功率放大器、晶體振蕩器

45、、調(diào)制器等功能模塊，并融合了增強型ShockBurst技術(shù)，其中輸出功率和通信頻道可通過程序進行配置。nRF24L01功耗低，在以-6 dBm的功率發(fā)射時，工作電流也只有9 mA；接收時，工作電流只有12.3 mA，多種低功率工作模式（掉電模式和空閑模式）使節(jié)能設(shè)計更方便。表3.3 nRF24L01模塊引腳功能管腳功能CE工作模式，TX或者RX模式選擇CSNSPI片選使能，低電平有效SCKSPI時鐘MOSISPI數(shù)據(jù)輸入MISOSPI數(shù)據(jù)輸出IRQ中斷輸出VDD電源1.9-3.6V輸入GND地nRF24L01無線射頻模塊的各引腳功能如表所示。圖示為單片機與無線模塊通信及其電源轉(zhuǎn)換電路圖，圖中C

46、E(Control Enable)使能控制線，CSN(Channel Sequence Number) 頻道序號，MOSI (Master Out Slave In)主機輸出從機輸入，MISO(Master In Slave Out)主機輸入從機輸出，SCK(Serial Clock)串行時鐘線，IRQ(Interrupt Request)中斷請求位，分別跟ATmega16L的PB3PB7以及PD2端口連接。（3）模塊供電電源 此無線射頻模塊需要的電源為1.9 V3.6 V，故不能直接用5V電源供電，本系統(tǒng)中采用3.3V直流電源對無線射頻模塊供電，5V電源經(jīng)LM1117芯片進行轉(zhuǎn)換后即得到穩(wěn)定

47、的直流電源供給nRF24L01無線射頻模塊。（4） 模塊工作模式通過配置寄存器可將nRF241L01配置為發(fā)射、接收、空閑及掉電四種工作模式，如表所示。 在掉電模式下電流損耗最小，同時nRF24L01也不工作，但其所有配置寄存器的值仍然保留。表3.4 nRF24L01工作模式及配置工作模式PWR_UPPRIM_RXCEFIFO寄存器狀態(tài)接收模式111數(shù)據(jù)在RX FIFO 寄存器中發(fā)射模式101數(shù)據(jù)在TX FIFO 寄存器中發(fā)射模式10下降沿停留在發(fā)送模式，直至數(shù)據(jù)發(fā)送完待機模式1100無數(shù)據(jù)傳輸待機模式2101TX FIFO 為空掉電

48、000無數(shù)據(jù)傳輸（5）模塊工作原理發(fā)射數(shù)據(jù)：先將nRF24L01配置為發(fā)射模式，再把接收節(jié)點地址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_ADDR在發(fā)射時寫入一次即可，然后置為高電平并保持至少10s，延遲130s后發(fā)射數(shù)據(jù)。若自動應答開啟，那么nRF24L01在發(fā)射數(shù)據(jù)后立即進入接收模式，接收應答信號（自動應答接收地址應該與接收節(jié)點地址TX_ADDR一致）。如果收到應答，則認為此次通信成功，TX_DS置高，同時TX_PLD從TX FIFO中清除；若未收到應答，則自動重新發(fā)射該數(shù)據(jù)(自動重發(fā)已開啟

49、)。若重發(fā)次數(shù)達到上限，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ATmega16L。最后發(fā)射成功時。若CE為低，則nRF24L01進入空閑模式1；若發(fā)送堆棧中有數(shù)據(jù)且CE為高，則進入下一次發(fā)射；若發(fā)送堆棧中無數(shù)據(jù)且CE為高，則進入空閑模式2。 接收數(shù)據(jù)：首先將nRF24L01配置為接收模式，接著延遲130s進入接收狀態(tài)等待數(shù)據(jù)的到來。當接收方監(jiān)測到有效的地址和CRC時，就將數(shù)據(jù)包存儲在RX FIFO數(shù)據(jù)寄存器中，同時中斷標志位RX_DR置高，IRQ變低，產(chǎn)生中斷，進入中斷服務子程序，通知單片機ATm

50、ega16L去取數(shù)據(jù)。若此時自動應答開啟，接收方則同時進入發(fā)射狀態(tài)回傳應答信號。若自動應答未開啟，則不進入發(fā)射狀態(tài)。最后接收成功時，若CE變低，則nRF24L01進入空閑模式1。（6）nRF24L01配置字SPI口為同步串行通信接口，最大傳輸速率為10 Mb/s，傳輸時先傳送低位字節(jié)，再傳送高位字節(jié)。但針對單個字節(jié)而言，要先送高位再送低位。與SPI相關(guān)的指令共有8個，使用時這些控制指令由nRF24L01的MOSI輸入。相應的狀態(tài)和數(shù)據(jù)信息是從MISO輸出給單片機ATmega16L。 nRF24L0l所有的配置字都由配置寄存器定義，這些配置寄存器可通過SPI口訪問。nRF24L01 的配置寄存器

51、共有25個，常用的配置寄存器如表3所示。表3.5 nRF24L01常用配置寄存器地址（H）寄存器名稱功能00CONFIG設(shè)置nRF24L01工作模式01EN_AA設(shè)置接收通道及自動應答02EN_RXADDR使能接收通道地址03SETUP_AW設(shè)置地址寬度04SETUP_RETR設(shè)置自動重發(fā)數(shù)據(jù)時間和次數(shù)07STATUS狀態(tài)寄存器，用來判定工作狀態(tài)0A-0FRX_ADDR_P0P5設(shè)置接收通道地址10TX_ADDR設(shè)置接收節(jié)點地址11-16RX_PW_P0P5設(shè)置接收通道的有效數(shù)據(jù)寬度- 35 -4火災報警系統(tǒng)軟件設(shè)計4.1軟件開發(fā)環(huán)境該系統(tǒng)用于在程序中是美國 Keil 軟件 Keil C51

52、公司生產(chǎn)的是 51 系列兼容單片機 C 語言軟件開發(fā)系統(tǒng)。Keil C51 軟件提供的功能和功能豐富和強大集成的開發(fā)調(diào)試工具，Windows 界面。更好地反映發(fā)展的大型軟件優(yōu)勢的高級的語言。C51 工具包，元件和 Ishell 的總體結(jié)構(gòu)是 C51 為 Windows 和 Dos 集成開發(fā)環(huán)境 (IDE)，可以編輯、 編譯，整個發(fā)展過程的模擬。開發(fā)人員可以使用 IDE 本身或其他編輯器 C 或匯編語言源代碼文件。然后由 C51 和 A51 編譯器生成的目標文件 （.OBJ)?？梢酝ㄟ^創(chuàng)建目標文件 LIB51還可以生成庫文件和庫文件一起通過 C51 連接位置生成的絕對對象文件 （.ABS）。AB

53、S 文件由 OH51 翻譯成標準的 Hex 文件，dScope51 或 tScope51 調(diào)試器源代碼級調(diào)試、 可直接用于調(diào)試目標模擬器、 例如 EPROM 程序存儲器可以直接寫。4.2火災報警系統(tǒng)程序設(shè)計火災報警系統(tǒng)控制器采用 80c51 作為主芯片，其主要功能包括： IO 控制端口、 邏輯加工、 外部驅(qū)動電路、 語音報警和 A/D 采樣，這一部分是智能火災報警系統(tǒng)的體現(xiàn)。對于系統(tǒng)的維護，在軟件設(shè)計中火災報警系統(tǒng)采用模塊化程序設(shè)計方法，系統(tǒng)各模塊的具體功能由調(diào)用子程序。不僅使程序結(jié)構(gòu)清晰，易懂，進一步擴展其功能。該系統(tǒng)主要包括主程序、 數(shù)據(jù)采集子程序、 火災煙氣溫度判斷和報警子程序。系統(tǒng)程序

54、流程圖如圖所示。是是否否GSM通知用戶保護區(qū)域警鈴動作復位按鍵？開始系統(tǒng)自檢完成？ 傳感器檢測 火災？nrf24L01通知警衛(wèi)室警衛(wèi)室警鈴動作否是圖4-1 系統(tǒng)流程圖4.3 溫度檢測模塊軟件設(shè)計軟件的設(shè)計要有一定的標準，要按照單總線的協(xié)議去設(shè)計，要保證測試效果，要讓通信數(shù)據(jù)精確，單片機寫入和讀出數(shù)據(jù)，其中有讀零、讀一、寫一等操作，要讓應答信號被接收，就要讓傳感器置零，然后要讓溫度轉(zhuǎn)換模塊啟動，數(shù)據(jù)就要忽略ROM的序列號，當溫度轉(zhuǎn)換結(jié)束時，需要保存數(shù)據(jù)，然后循環(huán)操作，按照此步驟不斷重復，一直達到我們最終所期許的結(jié)果我們可以根據(jù)流程圖很直觀的觀察出系統(tǒng)的工作流程，它進一步把系統(tǒng)細化了讓我們可以看出

55、每一步的工作流程，硬件部分是把電路連接起來，它要沒有軟件的驅(qū)動可以說它是一個軀殼，軟件我把它理解成一個系統(tǒng)的肉身，它包括流程圖和程序，流程圖是它的工作具體流程，程序是它的驅(qū)動力，通過溫度檢測流程圖我們可以很明白的看出工作流程，讓人們一眼就能看出我們設(shè)計的這個東西是干什么用的。下圖就是我們系統(tǒng)中所涉及到的溫度檢測模塊的流程圖。圖4-2 溫度檢測結(jié)構(gòu)框圖溫度檢測模塊是系統(tǒng)中非常重要的一個環(huán)節(jié)，下面我簡要介紹一下流程。當我們的溫度的溫度傳感器感知到外界的溫度時，這里的溫度是一個單位脈沖，經(jīng)過各個寄存器的相互作用把脈沖信號一級級進行傳輸，并對所檢驗到的脈沖信號和自己所設(shè)置的信號進行對比，也就是和我們所設(shè)置的極限溫度進行對比，當處于最高和最低溫度范圍內(nèi)我們相應的指示燈綠燈就等就會亮起，如果超出極限范圍就有有相應的指示燈紅燈亮，告知我們傳感器感知的溫度不是我們所要