智能火災報警系統(tǒng)的研究

1、寧夏理工學院畢業(yè)設計摘要智能火災報警系統(tǒng)在現(xiàn)代智能建筑中起著極其重要的安全保障作用。隨著傳感器技術、無線通信技術、集成電路和微電子技術日臻完善，火災自動報警系統(tǒng)迎來了良好的發(fā)展契機。本智能火災報警系統(tǒng)設計采用STC89C52芯片，結(jié)合溫度傳感器DS18B20和MQ-2型煙霧傳感器以及模數(shù)轉(zhuǎn)換器ADC0832，在考慮經(jīng)濟適用的前提下，整合單片機與傳感器技術，將火災報警系統(tǒng)進一步智能化。本設計還加入了常用的LCD1602液晶顯示屏顯示電路，可以及時顯示當前溫度狀態(tài)和濃度狀態(tài)，使得整個設計更加完整，更加靈活。該設計可應用于個人建筑或公共場所，隨時對室內(nèi)溫度和煙霧濃度進行智能監(jiān)控，也可以用于其他需要進

2、行火災監(jiān)控的場合。關鍵詞：單片機；A/D轉(zhuǎn)換器；傳感器；仿真I寧夏理工學院畢業(yè)設計Abstract Intelligentfire alarm system in the modern intelligent building plays an extremely important role in security. As the sensor technology, wireless communication technology, improving integrated circuit and microelectronic technology, automatic fire al

3、arm system is the good opportunity of development.This smart fire alarm system was implemented based on STC89C52 chip. With the combi-nation of temperature sensor DS18B20 and fog sensor, I can endeavour to save our budget and to ensure the whole device can normally operate. Hence we incorporate sing

4、le-chip machines tech-nology with sensor technology in order to make this device more intelligent.According to the criterion of the completeness for constructing an intact and flexible system, I also add up a digital LED displaying circuit, which can immediately unveil temperature and fog thickness

5、status. This smart device can find its applications not only were restricted under the personal buildings and public areas which make the intelligent detection available, it also can be used for monitoring other high-conflagration-occurring fields.Keywords: Single-chip Machines, A/D convertor, Senso

6、rs, Simulation目錄摘要IAbstractII目錄II1 緒論11.1 選題背景及現(xiàn)狀11.2 課題研究的目的及意義11.3 智能火災報警系統(tǒng)亟待解決的問題以及要完成的功能22 設計方案32.1 智能火災報警系統(tǒng)簡介32.2 系統(tǒng)設計思想32.3 方案論證42.3.1 單片機的選擇42.3.2 模數(shù)轉(zhuǎn)換器的選擇52.3.3 傳感器的選擇53 硬件設置73.1 單片機STC89C52的原理73.1.1 STC89C52的引腳說明73.1.2 工作特性103.2 時鐘電路143.3 電源模塊143.4 溫度采集部分153.4.1 DS18B20數(shù)字集成溫度傳感器153.4.2 測溫模塊

7、電路原理圖193.5 濃度采集模塊193.6 A/D轉(zhuǎn)換器203.6.1 A/D轉(zhuǎn)換器的主要參數(shù)203.6.2 A/D轉(zhuǎn)換器與CPU的接口方法203.6.3 A/D轉(zhuǎn)換器與CPU之間傳送數(shù)據(jù)的方法203.6.4 A/D轉(zhuǎn)換芯片ADC0832及其接口213.7 顯示模塊253.8 報警模塊263.8.1 蜂鳴器263.8.2 發(fā)光二極管263.8.3 報警模塊電路原理圖274 軟件編程284.1 主程序流程圖285 系統(tǒng)仿真305.1 仿真軟件KeilC51簡介305.2 系統(tǒng)電路功能仿真305.3 Keiil和Proteus對系統(tǒng)聯(lián)調(diào)315.4 各狀態(tài)仿真結(jié)果顯示32參考文獻34結(jié)束語35致謝

8、36附錄A 系統(tǒng)硬件原理圖37附錄B 源程序代碼38IIII1 緒論1.1 選題背景及現(xiàn)狀 隨著社會經(jīng)濟的飛速發(fā)展，城市化進程的加快和人口的迅速增長，我國的火災發(fā)生的次數(shù)、造成的損失呈上升趨勢。據(jù)統(tǒng)計，在眾多災難中，火災造成的直接經(jīng)濟損失約為地震的五倍，僅次于干旱與洪澇，而且發(fā)生的頻度居各種災害之首。 智能化火災報警系統(tǒng)已并非傳統(tǒng)意義上的簡單的報警設備，而是融入了計算機技術、電子技術、自動控制技術、傳感器的應用等各領域知識。伴隨著科學技術的不斷進步，火災報警系統(tǒng)必將得到更快的發(fā)展?；馂淖詣訄缶到y(tǒng)(FAS)起著十分重要的消防安全保障作用。常言道：“預防重于救火”，但預防卻無法完全避免火災發(fā)生，

9、如果火災發(fā)生時，能被及時發(fā)現(xiàn)，并采取有效的控制措施，那么可將火災造成的損失降到最低限度。隨著經(jīng)濟的發(fā)展，火災自動報警設備的生產(chǎn)和應用得到了較大的發(fā)展，據(jù)調(diào)查研究，國內(nèi)的生產(chǎn)商達數(shù)百家，品牌近千個，類型繁多。我國火災報警系統(tǒng)起步較發(fā)達國家晚幾十年，從上世紀70年代我國才開始研制生產(chǎn)火災報國內(nèi)主要廠家也多是模仿國外產(chǎn)品，或是引進國外技術進行生產(chǎn)，警系統(tǒng)產(chǎn)品。進入80年代后，沒有真正意義上的核心技術，并且市場也剛剛開始發(fā)育?；馂膱缶a(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)開始大量進入中國消防市場，帶來先進技術的同時也促進了市場的成熟。這時期，我國生產(chǎn)火災報警產(chǎn)品的企業(yè)也得到了快速

10、發(fā)展，部分企業(yè)進行了合資生產(chǎn)、技術合作，取得了不菲的成績，也造就了現(xiàn)今市場上許多有實力的商家，部分技術已接近或趕上了國際水平。 我國的火災自動報警控制系統(tǒng)經(jīng)歷了從無到有、從簡單到復雜的發(fā)展過程，其智能化程度也越來越高。目前國產(chǎn)火災自動報警系統(tǒng)價格低廉，適合我國國情，但是火災自動報警系統(tǒng)由于多數(shù)沒有分布智能，可靠性低，且產(chǎn)品沒有形成系列化、品種不全，產(chǎn)品的外觀也較差，編程復雜，調(diào)試不方便，設備兼容性差。國外產(chǎn)品多數(shù)具有分布智能，可靠性高，產(chǎn)品具有系列化、品種，產(chǎn)品外觀美觀。缺點是多數(shù)操作維護不便，價格較高，設備兼容性差。智能火災探測技術的宗旨就是要在火災發(fā)生的早期，準確地判斷火警、預報火警，從而

11、保障人民的生命財產(chǎn)安全。1.2 課題研究的目的及意義隨著我國經(jīng)濟建設的發(fā)展，高層建筑成了城市的主要標志，高層建筑中的各種通訊線路、動力和照明線路、以及各種系統(tǒng)中的線路縱橫交錯，致使火災的發(fā)生概率也在大幅度的增加。加之現(xiàn)代建筑的封閉性較強，一旦發(fā)生火災，整個大樓就像一個大的火爐，給滅火帶來了巨大的難度，對火災發(fā)生后及時的發(fā)現(xiàn)、及時控制的要求促使了火災自動報警產(chǎn)品的應運而生。加之現(xiàn)代計算機技術、通訊網(wǎng)絡技術和自動控制技術的飛速發(fā)展又為人類實現(xiàn)更加理想化的生活提供了可能。 智能型火災報警應運而生了，智能型火災報警系統(tǒng)是一個集信號檢測、傳輸、處理和控制于一體的控制系統(tǒng)，代表了當前火災報警系統(tǒng)的發(fā)展方向

12、。所以隨著科學技術的迅猛發(fā)展以及國內(nèi)外經(jīng)濟的迅速增長，市場上迫切而需要一種容量大、性能優(yōu)越、可靠性高、便于安裝、使用和維護的智能型火災報警控制系統(tǒng)。本文所研究的智能火災報警系統(tǒng)主要實現(xiàn)以下功能：通過溫度傳感器和氣體傳感器對室內(nèi)溫度和煙霧濃度進行實時監(jiān)測，并將所得值與設定值相比較。當室內(nèi)溫度高于設定溫度以及煙霧濃度大于設定濃度時就接通電源開始鳴聲報警，如果在設定時間內(nèi)，以上測量值沒有降下來并且無人手動關閉報警系統(tǒng)，系統(tǒng)將會自動通過網(wǎng)絡將信號傳送給火警消防部門。該功能主要通過單片機實現(xiàn)，此智能火災報警系統(tǒng)的出現(xiàn)，既能保證室內(nèi)有人情況下的聲音報警，又能保證在室內(nèi)人員沒采取措施或者無人情況下的網(wǎng)絡報警

13、，所以有較高的實用性。1.3 智能火災報警系統(tǒng)亟待解決的問題以及要完成的功能 目前國內(nèi)的智能建筑火災自動報警系統(tǒng)中仍存在許多問題，主要問題亟待解決： (1) 火災自動報警系統(tǒng)存在誤報、漏報問題。 (2) 火災自動報警系統(tǒng)的智能化水平有待提高。 (3) 無線通信技術有待進一步發(fā)展。 (4) 火災自動報警系統(tǒng)的應用領域有待進一步擴大。 本文所研究的智能火災報警系統(tǒng)主要實現(xiàn)以下功能： (1) 用戶可以根據(jù)實際情況修改溫度和煙霧濃度的預設值。 (2) 對監(jiān)測環(huán)境的溫度和煙霧濃度進行實時監(jiān)控與顯示。 (3) 通過檢測到的溫度和煙霧濃度與預設值進行比較，系統(tǒng)自動判別是否處于火災狀態(tài)。 (4) 本設計采用的

14、聲光報警，當溫度和濃度超過預設值時，即自動報警。2 設計方案2.1 智能火災報警系統(tǒng)簡介火災自動報警系統(tǒng)屬于樓宇自動化范疇，是當前樓宇自動化的一個主要構成系統(tǒng)。其設置目的是為了防止和減少火災危害，保護人身和財產(chǎn)安全。火災報警技術是預防火災的一項基礎工作，應用范圍廣泛。報警早，損失少，不僅對發(fā)生火災的單位和個人具有重要作用，而且對公安消防監(jiān)督機構及時撲滅火災、減少人員傷亡和財產(chǎn)損失同樣具有十分重要的現(xiàn)實意義?；馂淖詣訄缶到y(tǒng)由觸發(fā)器件、火災報警裝置及具有其他輔助功能的裝置組成。隨著電子技術和計算機技術的迅速發(fā)展，火災自動報警系統(tǒng)的結(jié)構、形式越來越靈活多樣，很難精確劃分為幾種固定的模式。火災自動報

15、警技術趨向于智能化系統(tǒng)，這種系統(tǒng)可組合成任何形式的火災自動報警網(wǎng)絡形式，既可以是區(qū)域報警系統(tǒng)，又可以是集中報警系統(tǒng)或控制中心報警系統(tǒng)形式。所謂智能火災自動報警系統(tǒng)，應當是：使用探測器件將火災發(fā)生期間所產(chǎn)生的煙、溫、光等信號以模擬量形式，連同外界相關的環(huán)境參數(shù)一起傳送給報警器，報警器再根據(jù)獲取的數(shù)據(jù)及內(nèi)部存儲的大量數(shù)據(jù)，利用火災模型判據(jù)來判斷火災是否存在，這樣的系統(tǒng)稱為智能火災自動報警系統(tǒng)。由于該系統(tǒng)為解決火災報警系統(tǒng)存在的兩個難題（誤報、漏報）提供了新的方法和手段，并在處理火災真?zhèn)畏矫姹憩F(xiàn)出明顯的有效性和創(chuàng)新性，這是火災自動報警系統(tǒng)在技術上的飛躍。從傳統(tǒng)型走向智能型，是國內(nèi)外火災自動報警系統(tǒng)技

16、術發(fā)展的必然趨勢。2.2 系統(tǒng)設計思想因為要達到設計系統(tǒng)的簡單、經(jīng)濟及實用性，所以本設計使用溫度傳感器、煙霧傳感器，結(jié)合STC89C52芯片，采用一只DS18B20溫度傳感器和MQ-2型煙霧傳感器，直接讀取被測溫度值和煙霧濃度值，之后通過軟件編程達到控制要求。本系統(tǒng)的電路設計方框圖如圖2.1所示，它由六部分組成:（1）時鐘電路；（2）電源部分，采用3節(jié)AA電池穩(wěn)定供電；（3）控制部分，主芯片采用單片機STC89C52；（4）顯示部分，采用LCD1602液晶顯示屏；（5）溫度采集部分，采用DS18B20溫度傳感器；（6）濃度采集部分，采用MQ-2型煙霧傳感器；（7）報警部分，采用蜂鳴器和發(fā)光二極

17、管實現(xiàn)聲光報警。按鍵和顯示模塊報警模塊STC89C52電源模塊時鐘電路溫度檢測模塊濃度檢測模 塊圖2.1 系統(tǒng)設計方框圖2.3 方案論證2.3.1 單片機的選擇8031和STC89C52芯片特性的對比。8031片內(nèi)不帶程序存儲器ROM，使用時用戶需外接程序存儲器和一片邏輯電路373，外接的程序存儲器多為EPROM的2764系列。用戶若想對寫入到EPROM中的程序進行修改，必須先用一種特殊的紫外線燈將其照射擦除，之后再可寫入。寫入到外接程序存儲器的程序代碼沒有什么保密性可言。由于上述類型的單片機應用的早，影響很大，已成為事實上的工業(yè)標準。后來很多芯片廠商以各種方式與Intel公司合作，也推出了同

18、類型的單片機，如同一種單片機的多個版本一樣，雖都在不斷的改變制造工藝，但內(nèi)核卻一樣，也就是說這類單片機指令系統(tǒng)完全兼容，絕大多數(shù)管腳也兼容；在使用上基本可以直接互換。我們統(tǒng)稱這些與8051內(nèi)核相同的單片機為“51系列單片機”。STC89C52是STC公司生產(chǎn)的一種低功耗、高性能CMOS 8位微控制器，具有8K在系統(tǒng)可編程Flash存儲器。STC89C52使用經(jīng)典的MCS-51內(nèi)核，但做了很多的改進使得芯片具有傳統(tǒng)51單片機不具備的功能。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、有效的解決方案。具有以下標準功能：8k字節(jié)

19、Flash，512字節(jié)RAM，32位I/O 口線，看門狗定時器，內(nèi)置4KB EEPROM，MAX810復位電路，3個16 位定時器/計數(shù)器，4個外部中斷，一個7向量4級中斷結(jié)構（兼容傳統(tǒng)51的5向量2級中斷結(jié)構），全雙工串行口。另外STC89X52 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。空閑模式下，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(jié)，單片機一切工作停止，直到下一個中斷或硬件復位為止。最高運作頻率35MHz，6T/12T可選。由于內(nèi)部RAM的存在，可以減少I/O擴展芯片、鎖存器及片外RAM等等，使整個

20、設計顯得簡單明了，所以在本設計中我選擇使用STC89C52。2.3.2 模數(shù)轉(zhuǎn)換器的選擇A/D轉(zhuǎn)換器的種類很多，就位數(shù)來分，有8位、10位、12位、16位等。位數(shù)越高，其分辨率也越高，但價格也越貴。而就其結(jié)構而言，有單一的A/D轉(zhuǎn)換器，有內(nèi)含多路開關的A/D轉(zhuǎn)換器。根據(jù)本設計的需要，我選擇的A/D轉(zhuǎn)換器是ADC0832。ADC0832是NS(National Semiconductor)公司生產(chǎn)的串行接口8位A/D轉(zhuǎn)換器，通過三線接口與單片機連接，功耗低，性能價格比較高，適宜在袖珍式的智能儀器儀表中使用。ADC0832 為8位分辨率A/D轉(zhuǎn)換芯片，其最高分辨可達256級，可以適應一般的模擬量轉(zhuǎn)

21、換要求。芯片具有雙數(shù)據(jù)輸出可作為數(shù)據(jù)校驗，以減少數(shù)據(jù)誤差，轉(zhuǎn)換速度快且穩(wěn)定性能強。獨立的芯片使能輸入，使多器件連接和處理器控制變得更加方便。通過DI 數(shù)據(jù)輸入端，可以輕易的實現(xiàn)通道功能的選擇。2.3.3 傳感器的選擇DS18B20溫度傳感器是美國DALLAS半導體公司最新推出的一種改進型智能溫度傳感器，與傳統(tǒng)的熱敏電阻等測溫元件相比，它能直接讀出被測溫度。這一部分主要完成對溫度信號的采集和轉(zhuǎn)換工作，由DS18B20數(shù)字溫度傳感器及其與單片機的接口部分組成。數(shù)字溫度傳感器DS18B20把采集到的溫度通過數(shù)據(jù)引腳傳到單片機的P1.0口，單片機接受溫度并存儲。半導體煙霧傳感器包括用氧化物半導體陶瓷材

22、料作為敏感體制作的煙霧傳感器以及用單晶半導體器件制作的煙霧傳感器，它具有靈敏度高，反應快、體積小、結(jié)構簡單，使用方便、價格便宜等優(yōu)點，因而得到廣泛應用。本設計選用MQ-2型煙霧傳感器，這種型號的傳感器不但具備一般半導體煙霧傳感器的優(yōu)點，并且它的抗干擾能力強、壽命長。MQ-2氣體傳感器對液化氣、丙烷、氫氣的靈敏度高，對天然氣和其它可燃蒸汽的檢測也很理想。這種傳感器可檢測多種可燃性氣體，是一款適合多種應用的低成本傳感器。3 硬件設置3.1 單片機STC89C52的原理3.1.1 STC89C52的引腳說明(1) 主要性能參數(shù)STC89C52管腳圖1，如圖3.1。圖3.1 STC89C52管腳圖&#

23、183;與MCS-51產(chǎn)品指令系統(tǒng)完全兼容 ·1000次擦寫中期·8K字節(jié)可重擦寫Flash閃速存儲器·三級加密程序存儲器·全靜態(tài)操作：0Hz24MHz·32個可編程I/O口線·512字節(jié)內(nèi)部RAM·6個中斷源·3個16位定時/計數(shù)器·可編程串行UART通道·低功耗空閑和掉電式 (2) 功能特性概述STC89C52提供以下幾個標準功能：8K字節(jié)Flash閃存存儲器，512字節(jié)內(nèi)部RAM，32個I/O口線，3個16位定時/計數(shù)器，一個5向量兩級中斷結(jié)構，一個全雙工串行通信口，片內(nèi)振蕩器及時鐘電路。

24、同時，STC89C52可降至0Hz的靜態(tài)邏輯操作，并支持兩種軟件可選的節(jié)電工作模式?？臻e方式停止CPU的工作，但允許RAM，定時/計數(shù)器，串行通信口及中斷系統(tǒng)繼續(xù)工作。掉電方式保存RAM中的內(nèi)容。但振蕩器停止工作并禁止其它所有工作直到下一個硬件復位。(3) 引腳功能說明· ：電源電壓· GND：地· P0口：P0口是一組8位漏極開路型雙向I/O口，也即地址/數(shù)據(jù)總線復用口。作為輸出口用時，每位能吸收電流的方式驅(qū)動8個TTL邏輯門電路，對斷口寫“1”可作為高阻抗輸入端用。在Flash編程時，P0接受指令字節(jié)，而在程序校驗時，輸出指令字節(jié)，校驗時，要求外接上拉電阻。在

25、訪問外部數(shù)據(jù)存儲器或程序存儲器時，這組口線分時轉(zhuǎn)換地址（低8位）和數(shù)據(jù)總線復用，在訪問期間激活內(nèi)部上拉電阻。· P1口：P1是一個帶內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O口，P1的輸出緩沖級可驅(qū)動（吸收或輸出電流）4個TTL邏輯門電路。對端口寫“1”，通過內(nèi)部的上拉電阻把端口拉到高電平，此時可作為輸入口。作輸入口使用時，因為內(nèi)部存在上拉電阻，某個引腳被外部信號來低電平時會輸出一個電流（I）。Flash編程和程序校驗期間，P1口接受低8位地址。· P2口：P2口是一個帶內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O口，P2的輸出緩沖級可驅(qū)動（吸收或輸出電流）4個TTL邏輯門電路。對端口寫“1”，通過內(nèi)部

26、的上拉電阻把端口拉到高電平，此時可作為輸入口。作輸入口使用時，因為內(nèi)部存在上拉電阻，某個引腳被外部信號來低電平時會輸出一個電流（I）。在訪問外部程序存儲器或16位地址的外部數(shù)據(jù)存儲器（例如執(zhí)行MOVX DPTR指令）時，P2口送出高8位地址數(shù)據(jù)。在訪問8位地址的外部數(shù)據(jù)存儲器（例如執(zhí)行MOVX RI指令）時，P2口行上的內(nèi)容（也即特殊功能寄存器（SFR）區(qū)中R2寄存器的內(nèi)容），在整個訪問期間不改變。Flash編程或校驗時，P2亦接受高位地址和其它控制信號。·P3口：P3是一組帶內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O口，P3口的輸出緩沖級可驅(qū)動（吸收或輸出電流）4個TTL邏輯門電路。對端口寫“1

27、”，通過內(nèi)部的上拉電阻把端口拉到高電平，此時可作為輸入口。作輸入口使用時，被外部拉低的P3口將用上拉電阻輸出電流（I）。P3口除了作為一般的I/O口線外，更重要的用途是它的第二功能2，見表3.1。表3.1 P3口的第二功能端口引腳第二功能P3.0RXD（串行輸入口）P3.1TXD（串行輸出口）P3.2（外中斷0）P3.3（外中斷1）P3.4T0（定時/計數(shù)器0）P3.5T1（定時/計數(shù)器1）P3.6（外部數(shù)據(jù)存儲器寫選通）P3.7（外部數(shù)據(jù)存儲器讀選通）P3口還接受一些用于Flash閃速存儲器編程和程序校驗的控制信號。· RST：復位輸入。當振蕩器工作時，RST引腳出現(xiàn)兩個機器周期以

28、上高電平將使單片機復位。·ALE/：當訪問外部程序存儲器時，ALE輸出脈沖用于鎖存地址的低8位字節(jié)。即使不訪問外部存儲器，ALE仍以時鐘振蕩頻率的1/6輸出固定的正脈沖信號，因此它可對外輸出時鐘或用于定時目的。要注意的是：每當訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時將跳過一個ALE脈沖。對Flash存儲器編程期間，該引腳還用于輸入編程脈沖（）。如有必要，可通過對特殊功能寄存器（SFR）區(qū)中的8EH單元的D0位置位，可禁止ALE操作，該位置位后，只有一條MOVX和MOVC指令ALE才會被激活。此外，該引腳會被微弱拉高，單片機執(zhí)行外部程序時，應設置ALE無效。·：程序儲存允許（）輸出是外部程序存儲

29、器的讀選信號，當STC89C52由外部程序存儲器取指令（或數(shù)據(jù)）時，每個機器周期兩次有效，即輸出兩個脈沖。在此期間，當訪問外部數(shù)據(jù)存儲器，這兩次有效的信號不出現(xiàn)。· EA/Vpp：外部訪問允許。欲使CPU僅訪問外部程序存儲器（地址為0000HFFFFH），EA端必須得保持低電平（接地）。需注意的是：如果加密位LBI被編程，復位時內(nèi)部會鎖存EA端狀態(tài)。如EA端為高電平（接端），CPU則執(zhí)行內(nèi)部程序存儲器中的指令。Flash存儲器編程時，該引腳加上+12V的編程允許電源，當然這必須是該器件是使用12V編程電壓。· XTAL1：振蕩器反相放大器的及內(nèi)部時鐘發(fā)生器的輸入端。

30、3; XTAL2：振蕩器反相放大器的輸出端。3.1.2 工作特性(1) 時鐘振蕩器3STC89C52中有一個用于構成內(nèi)部振蕩器的高增益反相放大器，引腳XTAL1和XTAL2分別是該放大器的輸入端和輸出端。這個放大器與作為反饋元件的片外石英晶體或陶瓷諧振器一起構成自激振蕩器，振蕩電路參見圖3.2。外接石英晶體（或陶瓷諧振器）及電容C1、C2接在放大器的反饋回路中構成并聯(lián)振蕩電路，對外電容C1、C2雖然沒有十分嚴格的要求，但電容容量的大小會輕微影響振蕩頻率的高低、振蕩器工作的穩(wěn)定性、起振的難易程序及溫度穩(wěn)定性，如果使用石英晶體，我們推薦電容使用30pF（±10pF），而如使用陶瓷諧振器，

31、建議選擇40pF（±10F）。用戶也可以采用外部時鐘。采用外部時鐘的電路如下圖所示。這種情況下，外部時鐘脈沖接到XTAL1端，即內(nèi)部時鐘發(fā)生器的輸入端，XTAL2則懸空。由于外部時鐘信號是通過一個2分頻觸發(fā)器后作為內(nèi)部時鐘信號的，所以對外部時鐘信號的占空比沒有特殊要求，電腦最小高電平持續(xù)時間和最大的低電平持續(xù)時間應符合產(chǎn)品技術條件的要求。石英晶體時：C1，C2=30pF±10pF陶瓷諧振器：C1，C2=40pF±10pF圖3.2振蕩電路(2) 空閑節(jié)電模式STC89C52有兩種可用軟件編程的省電模式，它們是空閑模式和掉電模式。這兩種方式是控制專用寄存器PCON（即

32、電源中指寄存器）中的PD（PCON.1）和IDL（PCON.0）位來實現(xiàn)的。PD是掉電模式，當PD=1時，激活掉電工作模式，單片機進入掉電工作狀態(tài)。IDL是空閑等待方式，當IDL=1時，激活空閑工作模式，單片機進入睡眠狀態(tài)。如需同時進入兩種工作模式，即PD和IDL同時為1，則先激活掉電模式。在空閑工作模式狀態(tài)，CPU保持睡眠狀態(tài)而所有片內(nèi)的外設仍保持激活狀態(tài)，這種方式由軟件產(chǎn)生。此時，片內(nèi)RAM和所有特殊功能寄存器的內(nèi)容保持不變?？臻e模式可由任何允許的中斷請求或硬件復位終止。終止空閑工作模式的方法有兩種，其一是任何一條被允許的中斷的事件被激活，IDL被硬件清零，即可終止空閑工作模式，程序會首先

33、響應中斷，進入中斷服務程序，執(zhí)行完中斷服務程序并緊隨RET1指令后，下一條要執(zhí)行的指令就是使單片機進入空閑模式那條指令后面的一條指令。其二是通過硬件復位也可將空閑工作模式終止。需要注意的是，當由硬件復位來終止空閑工作模式時，CPU通常是從激活空閑模式那條指令的下一條指令開始繼續(xù)執(zhí)行程序的，要完成內(nèi)部復位操作，硬件復位脈沖要保持兩個機器周期有效，在這種情況下，內(nèi)部禁止CPU訪問片內(nèi)RAM，而允許訪問其它端口，為了避免可能對端口產(chǎn)生意外寫入，即或空閑模式的那條指令后一條指令不應是一條對端口或外部存儲器的寫入指令。(3) 掉電模式在掉電模式下，振蕩器停止工作，進入掉電模式的指令是最后一條被執(zhí)行的指令

34、，片內(nèi)RAM 和特殊功能寄存器的內(nèi)容在終止掉電模式前被凍結(jié)。退出掉電模式的唯一方法是硬件復位，復位后將重新定義全部特殊功能寄存器但不包括RAM中的內(nèi)容，在恢復到正常工作電平前，復位應無效，且必須保持一定時間以使振蕩器重啟動并穩(wěn)定工作。(4) 程序存儲器的加密STC89C52可使用對芯片上的3個加密位LB1，LB2，LB3進行編程（P）或不編程（U）來得到如下表3.2所示的功能：表3.2 加密位保護功能表程序加密位保護類型LB1LB2LB31UUU沒有程序保護功能2PUU禁止從外部程序存儲器中執(zhí)行MOVC指令讀取內(nèi)部程序存儲器的內(nèi)容3PPU除上表功能外，還禁止程序校驗4PPP除以上功能外，還禁止

35、外部執(zhí)行注：表中的U表示未編程，P表示編程當加密位LB1被編程時，在復位期間，EA端的邏輯電平被采樣并鎖存，如果單片機上電后一直沒有復位，則鎖存器的初始值是一個隨機數(shù)，且這個隨機數(shù)會一直到真正復位為止，為單片機能正常工作，被鎖存的EA電平值必須與該引腳當前的邏輯電平一致，此外，加密位只能通過整片的方式擦除。(5) 芯片擦除利用控制信號的正確組合并保持ALE/PROG引腳10Ms的低電平脈沖寬度即將PEROM陣列（4K字節(jié)）和三個加密位整片擦除，代碼陣列在片擦除操作中將任何非空單元寫入“1”，這步驟需要在編程之前進行。(6) 讀片內(nèi)簽名字節(jié)STC89C52單片機內(nèi)有三個簽名字節(jié)，地址為030H，

36、031H和032H。用于聲明該器件的廠商，型號和編程電壓。讀簽名字節(jié)的過程和單元030H，031H及032H的正常效驗相仿，只需將P3.6和P3.7保持低電平，返回值的意義如下：（030H）1EH聲明產(chǎn)品由ATMEL公司制造；（031H）51H聲明為STC89C52單片機；（032H）FFH聲明12V編程電壓；（032H）05H聲明為5V編程電壓。(7) 編程接口4FLASH編程和校驗特性=0-70，=5.0±10%表3.3 Flash編程和校驗特性符號參數(shù)最小值最大值單位編程電壓11.512.5V編程電流1mA時鐘頻率324MHz建立地址到變低48變低后地址保持不變48建立數(shù)據(jù)到變

37、低48變低后數(shù)據(jù)保持不變48ENABLE變高到48加到變低10后保持10寬度1110地址到數(shù)據(jù)有效48ENABLE低到數(shù)據(jù)有效48表3.3 續(xù)表ENABLE后數(shù)據(jù)浮空048變高到BUSY變低1.0字節(jié)寫入周期2.0采用控制信號的正確組合可對FLASH閃速存儲陣列中的每一代碼字進行寫入和存儲器的整片擦除，寫操作周期是自身定時的，初始化后他將自動定時到操作完成。3.2 時鐘電路時鐘電路（如圖3.3所示）用于產(chǎn)生單片機工作時所必需的時鐘控制信號。單片機各功能部件的運行都是以時鐘控制信號為基準，有條不紊地一拍一拍工作。因此，時鐘頻率直接影響單片機的速度，時鐘電路的質(zhì)量也直接影響單片機系統(tǒng)的穩(wěn)定性。單片

38、機內(nèi)部有一個高增益反向放大器，輸入端為芯片引腳XTAL1，輸出端為引腳XTAL2。而在芯片外部XTAL1和 XTAL2之間跨接晶體振蕩器和微調(diào)電容，從而構成一個穩(wěn)定的自激振蕩器。電路中的兩個電容通常選用30pF左右，對外接電容的值雖然沒有嚴格的要求，但電容的大小會影響振蕩器頻率的高低、振蕩器的穩(wěn)定性和起振的快速性。晶振的振蕩頻率的范圍通常是1.2MHz12MHz之間。晶體振蕩頻率高，則系統(tǒng)的時鐘頻率也高，單片機運行速度也就快，但反過來運行速度快對存儲器的速度要求就高，對印制電路板的工藝要求也高，所以，這里使用振蕩頻率為6MHz的石英晶體。圖3.3 時鐘電路3.3 電源模塊電源電路可分為三大塊：

39、變壓部分、整流濾波部分、穩(wěn)壓部分。變壓部分其實就是一個變壓器，變壓器作用是將220V的交流電壓變換成我們所需的電壓。然后再送去整流和濾波。整流電路的任務是將交流電變換成直流電。完成這一任務主要是靠二極管的單向?qū)щ娮饔?，因此二極管是構成整流電路的關鍵元件。由于四只二極管的連接方式及其單向?qū)щ娮饔?，不管輸入的電壓正負極如何，總有兩只二極管是導通的，故通過該整流電路都能輸出一個相對穩(wěn)定的電壓。穩(wěn)壓器是一種能自動調(diào)整輸出電壓的供電電路或供電設備，其作用是將波動較大和不合用電器設備要求的電源電壓穩(wěn)定在它的設定值范圍內(nèi)，使各種電路或電器設備能在額定工作電壓下正常工作。因為我考慮到整個設計的實用、簡單以及物

40、美價廉，所以我直接使用3節(jié)AA電池供電。3.4 溫度采集部分測量溫度的關鍵是溫度傳感器，溫度傳感器的發(fā)展經(jīng)歷了三個發(fā)展階段：（1）、傳統(tǒng)的分立式溫度傳感器，（2）、模擬集成溫度傳感器，（3）、智能集成溫度傳感器。目前，國際上新型溫度傳感器正從模擬式向數(shù)字式，從集成化向智能化、網(wǎng)絡化方向飛速發(fā)展。本設計中選用是DALLAS公司生產(chǎn)的一線式數(shù)字溫度傳感器DS18B20作為溫度探測電路的傳感器。3.4.1 DS18B20數(shù)字集成溫度傳感器DS18B20溫度傳感器是美國DALLAS半導體公司最新推出的一種改進型智能溫度傳感器，與傳統(tǒng)的熱敏電阻等測溫元件相比，它能直接讀出被測溫度。這一部分主要完成對溫度

41、信號的采集和轉(zhuǎn)換工作，由DS18B20數(shù)字溫度傳感器及其與單片機的接口部分組成。數(shù)字溫度傳感器DS18B20把采集到的溫度通過數(shù)據(jù)引腳傳到單片機的P1.0口，單片機接受溫度并存儲。此部分只用到DS18B20和單片機，硬件很簡單。(1)特點·獨特的單線接口方式，DS18B20在與微處理器連接時僅需要一條口線即可實現(xiàn)微處理器與DS18B20的雙向通訊。·DS18B20支持多點組網(wǎng)功能，多個DS18B20可以并聯(lián)在唯一的三線上，實現(xiàn)組網(wǎng)多點測溫。·DS18B20在使用中不需要任何外圍元件，全部傳感元件及轉(zhuǎn)換電路集成在形如一只三極管的集成電路內(nèi)。·適應電壓范圍更

42、寬，電壓范圍：3.05.5V，在寄生電源方式下可由數(shù)據(jù)線供電。·溫度范圍55125，在-10+85時精度為±0.5。·零待機功耗。·可編程的分辨率為912位，對應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。· 在9位分辨率時最多在93.75ms內(nèi)把溫度轉(zhuǎn)換為數(shù)字，12位分辨率時最多在750ms內(nèi)把溫度值轉(zhuǎn)換為數(shù)字，速度更快。·用戶可定義報警設置。·報警搜索命令識別并標志超過程序限定溫度（溫度報警條件）的器件。·測量結(jié)果直接輸出數(shù)字溫度信號，以"一線總線"串行

43、傳送給CPU，同時可傳送CRC校驗碼，具有極強的抗干擾糾錯能力。·負電壓特性，電源極性接反時，溫度計不會因發(fā)熱而燒毀，但不能正常工作。(2)內(nèi)部結(jié)構DS18B20內(nèi)部結(jié)構如圖3.4所示，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。圖3.4 DS18B20內(nèi)部結(jié)構3.引腳功能介紹DS18B20的管腳排列如圖3.5所示，DQ為數(shù)字信號輸入/輸出端，GND為電源地，VDD為外接供電電源輸入端，各引腳的功能如表3.4所示。表3.4 DS18B20引腳功能序號名稱引腳功能描述1GND地信號2DQ數(shù)據(jù)輸入/輸出引腳。開漏單總線接口引腳。當被用著在寄生

44、電源下，也可以向器件提供電源。3VDD可選擇的VDD引腳。當工作于寄生電源時，此引腳必須接地。圖3.5 DS18B20管腳圖4.測溫原理DS18B20的測溫原理如圖3.6所示，圖中低溫度系數(shù)晶振的振蕩頻率受溫度的影響很小，用于產(chǎn)生固定頻率的脈沖信號送給減法計數(shù)器1，而高溫度系數(shù)晶振的震蕩頻率隨溫度變化明顯改變，所產(chǎn)生的信號作為減法計數(shù)器2的脈沖輸入，圖中還隱含著計數(shù)門，當計數(shù)門打開時，DS18B20就對低溫度系數(shù)振蕩器產(chǎn)生的時鐘脈沖進行計數(shù)，進而完成溫度測量。計數(shù)門的開啟時間由高溫度系數(shù)振蕩器來決定，每次測量前，首先將-55所對應的基數(shù)分別置入減法計數(shù)器1和溫度寄存器中，減法計數(shù)器1和溫度寄存

45、器被預置在-55所對應的一個基數(shù)值。減法計數(shù)器1對低溫度系數(shù)晶振產(chǎn)生的脈沖信號進行減法計數(shù)，當減法計數(shù)器1的預置值減到0時，溫度寄存器的值將加1，減法計數(shù)器1的預置將重新被裝入，減法計數(shù)器1重新開始對低溫度系數(shù)晶振產(chǎn)生的脈沖信號進行計數(shù)。如此循環(huán)直到減法計數(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。圖3.7中的斜率累加器用于補償和修正測溫過程中的非線性，其輸出用于修正減法計數(shù)器的預置值，只要計數(shù)門仍未關閉就重復上述過程，直至溫度寄存器值達到被測溫度值，這就是DS18B20的測溫原理。減法計數(shù)器1斜率累加器減到0減法計數(shù)器2預 置低溫度系數(shù)振 蕩 器高溫度系數(shù)振

46、 蕩 器計數(shù)比較器預 置溫度寄存器減到0圖3.6 DS18B20的測溫原理圖另外，由于DS18B20單線通信功能是分時完成的，他有嚴格的時隙概念，因此讀寫時序很重要。系統(tǒng)對DS18B20的各種操作必須按協(xié)議進行。操作協(xié)議為：初始化DS18B20(發(fā)復位脈沖)發(fā)ROM功能命令發(fā)存儲器操作命令處理數(shù)據(jù)。5.測溫流程圖測溫流程圖如圖3.7所示。初始化DS18B20跳過ROM匹配溫度變換延時1S跳過ROM匹配讀暫存器轉(zhuǎn)換成顯示碼數(shù)碼管顯示圖3.7 DS18B20測溫流程6. DS18B20供電方式DS18B20可以通過從VDD引腳接入一個外部電源供電，也可以工作于寄生電源模式。在硬件上，外接電源供電是

47、VDD接外部電源，GND接地，I/O與單片機的I/O線相連；用寄生電源供電是VDD、GND接地，I/O接單片機I/O。無論是內(nèi)部寄生電源還是外部供電，I/O口線要接5K左右的上拉電阻。寄生電源模式允許DS18B20工作于無外部電源需求狀態(tài)，該模式非常適用于遠距離測溫。本設計中所采用的是外接電源供電。3.4.2 測溫模塊電路原理圖測溫模塊電路原理圖如圖3.8所示。圖3.8 測溫模塊電路原理圖3.5 濃度采集模塊一般選用接觸燃燒式煙霧傳感器和半導體煙霧傳感器。使用接觸燃燒式傳感器，其探頭的阻緩及中毒，是不可避免的問題。阻緩是當在煙霧與空氣的混合物中含有硫化氫等含硫物質(zhì)的情況下，則有可能在無焰燃燒的

48、同時，有些固態(tài)物質(zhì)附著在催化元件表面，阻塞載體的微孔，從而引起響應緩慢反應滯緩，靈敏度降低。雖然將阻緩的傳感器再放回新鮮空氣環(huán)境中有得到某種程度的恢復的可能，但是如果長期暴露在這樣的環(huán)境中，其靈敏度會不斷下降，導致傳感器最終喪失檢測煙霧的能力。中毒是如果環(huán)境空氣中含有硅烷之類的物質(zhì)時，則傳感器將 使催化元件產(chǎn)生不可逆轉(zhuǎn)的中毒，以致靈敏度很快就喪失。當懷疑檢測環(huán) 境中存在這些物質(zhì)時，經(jīng)常對探頭進行標定，是必須且有效的辦法。 因此，經(jīng)常對傳感器進行標定，是保證其準確性的必要的途徑。一般連續(xù)使用兩個月后應對傳感器進行量程校準，這種經(jīng)常性對傳感器的維護，無形中加大了工作人員的工作量，同時增加了報警器的

49、維護成本。半導體煙霧傳感器包括用氧化物半導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體器件制作的煙霧傳感器，它具有靈敏度高， 響應快、體積小、結(jié)構簡單，使用方便、價格便宜等優(yōu)點，因而得到廣泛應用。半導體煙霧傳感器的性能主要看其靈敏度、選擇性(抗干擾性)和穩(wěn) 定性(使用壽命)。 經(jīng)過對比上述兩種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：靈敏度高、響應快、抗干擾性好、使用方便、價格便宜，且不會發(fā)生探頭阻緩及中毒現(xiàn)象，維護成本較低等。因此，本設計采用半導體煙霧傳感器作為報警器煙霧信息采集部分的核心。而在眾多半導體氣體傳感器中，本設計選用MQ-2型煙霧傳感器，這種型號的傳感器不

50、但具備一般半導體煙霧傳感器靈敏度高、反應快的優(yōu)點，而且其抗干擾能力強、壽命長。MQ-2氣體傳感器對液化氣、丙烷、氫氣的靈敏度高，對天然氣和其它可燃蒸汽的檢測也很理想。這種傳感器可檢測多種可燃性氣體，是一款適合多種應用的低成本傳感器。3.6 A/D轉(zhuǎn)換器A/D轉(zhuǎn)換器的功能是將模擬量電信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字量。在本設計中，我采用了ADC0832轉(zhuǎn)換器，ADC0832是NS(National Semiconductor)公司生產(chǎn)的串行接口8位A/D轉(zhuǎn)換器，通過三線接口與單片機連接，功耗低，性能價格比較高，適宜在袖珍式的智能儀器儀表中使用。ADC0832 為8位分辨率A/D轉(zhuǎn)換芯片，其最高分辨可達256級，可

51、以適應一般的模擬量轉(zhuǎn)換要求。芯片具有雙數(shù)據(jù)輸出可作為數(shù)據(jù)校驗，以減少數(shù)據(jù)誤差，轉(zhuǎn)換速度快且穩(wěn)定性能強。獨立的芯片使能輸入，使多器件連接和處理器控制變得更加方便。通過DI 數(shù)據(jù)輸入端，可以輕易的實現(xiàn)通道功能的選擇。3.6.1 A/D轉(zhuǎn)換器的主要參數(shù) (1) 分辨率：是指A/D轉(zhuǎn)換器可轉(zhuǎn)換成二進制數(shù)的位數(shù)。(2) 轉(zhuǎn)換時間：指從輸入啟動轉(zhuǎn)換信號開始到轉(zhuǎn)換結(jié)束，得到穩(wěn)定的數(shù)字輸出量為止的時間其他參數(shù)與D/A轉(zhuǎn)換器類似。3.6.2 A/D轉(zhuǎn)換器與CPU的接口方法(1) ADC轉(zhuǎn)換好的數(shù)據(jù)必須經(jīng)過三態(tài)緩沖器件與CPU數(shù)據(jù)總線相連接（在芯片內(nèi)部沒有三態(tài)輸出緩沖器時）；(2) 為了輸入正確的轉(zhuǎn)換結(jié)果，必須解

52、決好A/D轉(zhuǎn)換器和CPU取數(shù)之間的時間配合問題。 (3) 啟動轉(zhuǎn)換信號（START）：是由CPU提供給ADC芯片的，在正脈沖的下降沿轉(zhuǎn)換開始； (4) 轉(zhuǎn)換結(jié)束信號（EOC）：一旦啟動轉(zhuǎn)換，EOC立即變低，直至轉(zhuǎn)換結(jié)束，EOC輸出高電平，通知CPU轉(zhuǎn)換已結(jié)束；(5) 允許輸出信號（OE）：ADC轉(zhuǎn)換結(jié)束后，轉(zhuǎn)換結(jié)果存放在輸出鎖存器中，并沒有送入數(shù)據(jù)總線上。CPU取數(shù)時，發(fā)出OE信號選通芯片內(nèi)部三態(tài)輸出緩沖器將數(shù)據(jù)輸出。3.6.3 A/D轉(zhuǎn)換器與CPU之間傳送數(shù)據(jù)的方法(1) 延時等待法延時法是利用CPU執(zhí)行一條輸出指令，啟動ADC轉(zhuǎn)換，然后CPU執(zhí)行延時程序，延時時間大于所選用的ADC芯片轉(zhuǎn)換

53、時間，延時結(jié)束，CPU執(zhí)行輸入指令，打開三態(tài)門獲取ADC轉(zhuǎn)換好的數(shù)據(jù)。 (2) 查詢法 查詢法是由CPU來檢查EOC信號。當CPU啟動ADC芯片開始轉(zhuǎn)換之后，再通過狀態(tài)端口讀取EOC信號，檢查ADC是否轉(zhuǎn)換結(jié)束。若轉(zhuǎn)換結(jié)束，則讀取轉(zhuǎn)換結(jié)果，否則繼續(xù)查詢。(3) 中斷法用中斷法可提高CPU的利用率，當ADC轉(zhuǎn)換結(jié)束，由EOC信號上升沿通過8255A中斷控制邏輯向CPU發(fā)出中斷請求，CPU響應中斷在服務程序中讀取結(jié)果。3.6.4 A/D轉(zhuǎn)換芯片ADC0832及其接口(1) 主要性能·8位分辨率，逐次逼近型，基準電壓為5V；·5V單電源供電；·輸入模擬信號電壓范圍為05

54、V；·輸入和輸出電平與TTL和CMOS兼容；·在250KHZ時鐘頻率時，轉(zhuǎn)換時間為32us；·具有兩個可供選擇的模擬輸入通道；·功耗低，15mW。（2）外部引腳及其說明ADC0832有DIP和SOIC兩種封裝，DIP封裝的ADC0832引腳排列如圖3.9所示。各引腳說明如下：·CS片選端，低電平有效。·CH0，CH1兩路模擬信號輸入端。·DI兩路模擬輸入選擇輸入端。·DO模數(shù)轉(zhuǎn)換結(jié)果串行輸出端。·CLK串行時鐘輸入端。·Vcc/REF正電源端和基準電壓輸入端。·GND電源地。（3）單片

55、機對ADC0832 的控制原理圖3.9 ADC0832引腳圖一般情況下ADC0832與單片機的接口應為4條數(shù)據(jù)線，分別是CS、CLK、DO、DI。但由于DO端與DI端在通信時并未同時有效并與單片機的接口是雙向的，所以電路設計時可以將DO和DI 并聯(lián)在一根數(shù)據(jù)線上使用。當ADC0832未工作時其CS輸入端應該為高電平，此時芯片禁用，CLK 和DO/DI 的電平可任意。當要進行A/D轉(zhuǎn)換時，須先將CS端置于低電平并且保持低電平直到轉(zhuǎn)換完全結(jié)束。此時芯片開始轉(zhuǎn)換工作，同時由處理器向芯片時鐘輸入端CLK提供時鐘脈沖，DO/DI端則使用DI端輸入通道功能選擇的數(shù)據(jù)信號。在第1個時鐘脈沖到來之前DI端必須是高電平，表示啟動位。在第2、3個時鐘脈沖到來之前DI端應該輸入2位數(shù)據(jù)用于選擇通道功能，其功能見表3.5。表3.5 ADC0832配置位輸入形式 配置位選擇通道CH0CH1CHOCH1差分輸入00+-01-+單端輸入10+11+ 如表3.5所示，當配置位2位數(shù)據(jù)為1、0時，只對CH0 進行單通道轉(zhuǎn)換。當配置2位數(shù)據(jù)為1、1時，只對CH1進行