基于STC89C52智能煙霧檢測報警系統(tǒng)論文

1、青島理工大學琴島學院畢業(yè)論文（設(shè)計）摘 要當今世界已進入信息時代，在利用信息的過程中，首先要解決的就是要獲取準確可靠的信息，而傳感器是獲取自然和生產(chǎn)領(lǐng)域中信息的主要途徑與手段。在現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)尤其是自動化生產(chǎn)過程中，要用各種傳感器來監(jiān)視和控制生產(chǎn)過程中的各個參數(shù)，使設(shè)備工作在正常狀態(tài)或最佳狀態(tài)，并使產(chǎn)品達到最好的質(zhì)量。隨著這些系統(tǒng)能力的增強，傳感器的作用越來越重要。傳感器已成為自動化系統(tǒng)和機器人技術(shù)中的關(guān)鍵部件，作為系統(tǒng)中的一個結(jié)構(gòu)組成，其重要性變得越來越明顯。為了提高對傳感器的認識和了解，尤其是對煙霧傳感器的深入研究以及其用法與用途，本文利用單片機結(jié)合傳感器技術(shù)而開發(fā)設(shè)計了這一煙霧監(jiān)控系統(tǒng)。本

2、論文以電阻式煙霧傳感器和單片機技術(shù)為核心并與其他電子技術(shù)相結(jié)合，設(shè)計出一種技術(shù)水平較好的煙霧報警器。其中選用MQ-2型半導體可燃氣體敏感元件煙霧傳感器實現(xiàn)煙霧的檢測，具有靈敏度高、響應(yīng)快、抗干擾能力強等優(yōu)點，而且價格低廉，使用壽命長。選用的STC12C5410AD單片機，其整合了A/D轉(zhuǎn)換、硬件乘法器、硬件脈寬調(diào)制器等資源，具有高速、低功耗、超強抗干擾等優(yōu)點，是目前同類技術(shù)中性價比較高的產(chǎn)品。STC12C5410AD單片機和MQ-2型半導體電阻式煙霧傳感器為核心設(shè)計的煙霧報警器可實現(xiàn)聲光報警、故障自診斷、濃度顯示、報警限設(shè)置、延時報警及與上位機串口通信等功能。該煙霧報警器是一種結(jié)構(gòu)簡單、性能穩(wěn)

3、定、使用方便、價格低廉、智能化的煙霧報警器，具有一定的實用價值。關(guān)鍵詞: 傳感器；煙霧報警器；STC12C5410AD單片機IIAbstractThe world has entered the information age, in the course of the use of information, we must first resolve is to obtain accurate and reliable information, and sensor is to obtain information in the field of natural and production

4、 of the main ways and means. In modern industrial production, especially in automated production processes, use a variety of sensors to monitor and control the various parameters of the manufacturing process, so that equipment or the best work in the normal state, and to reach the best quality produ

5、cts. With the enhanced capacity of these systems, sensors have become increasingly important. Sensors have become automated systems and robotics in a key component, as the system composed of a structure, its importance has become increasingly apparent. In order to improve awareness and understa

6、nding of the sensor, especially for smoke sensor in-depth research, and its use and purpose, this paper microcomputer with the sensor technology development and design of this smoke control system. In this thesis, smoke sensors and resistive technology as the core MCU and other electronic techn

7、ology with the combination of skills to design a better smoke alarm. Which use MQ-2 combustible gas sensor type semiconductor Smoke Sensors detect smoke, have high sensitivity, fast response, the advantages of anti-interference ability, and low-cost, long life. Selected STC12C5410AD microcontroller,

8、 which integrates A / D conversion, hardware multiplier, the hardware resources such as pulse width modulator with a high speed, low power consumption, the advantages of superior anti-jamming, is similar in cost-effective high technology products. To STC12C5410AD microcontroller and MQ-2-type s

9、emiconductor resistance type smoke sensor as the core design of the smoke alarm can achieve sound and light alarm, fault diagnosis, concentration display, alarm limit settings, delay alarm and serial communication with PC functions. The smoke alarm is a simple structure, stable performance, easy to

10、use, inexpensive, intelligent smoke detectors, has some practical value. Key words：sensors ; smoke alarm ; STC12C5410AD SCM 目 錄摘 要IAbstractII1 緒論- 1 -1.1 研究智能煙霧報警器的背景與意義- 1 -1.2 智能煙霧報警研究現(xiàn)況- 1 -1.3 本設(shè)計的主要特點- 2 -2 煙霧報警系統(tǒng)的方案選擇與論證- 3 -2.1 系統(tǒng)總體功能概述- 3 -2.2 單片機的選擇- 3 -2.3 煙霧傳感器的選擇- 4 -2.4 溫度傳感器選擇- 5

11、-2.5 無線發(fā)射接收模塊的選擇- 7 -3 煙霧報警系統(tǒng)硬件設(shè)計- 8 -3.1 無線模塊電壓調(diào)節(jié)電路- 8 -3.2 無線接受模塊電路- 8 -3.3 無線發(fā)射模塊電路- 10 -3.4 LCD1602液晶顯示模塊- 12 -3.5 聲光報警電路- 13 -3.6 煙霧檢測電路- 14 -3.7 溫度檢測電路- 14 -4 煙霧報警系統(tǒng)軟件設(shè)計- 16 -4.1 主程序設(shè)計- 16 -4.2 聲光報警程序設(shè)計- 17 -4.3 按鍵模塊程序設(shè)計- 18 -5 實際測試- 19 -5.1 測試設(shè)備- 19 -5.2 測試結(jié)果- 19 -結(jié) 論- 20 -致 謝- 21 -參考文獻- 22 -

12、附 錄- 23 -1 緒論1.1 研究智能煙霧報警器的背景與意義世界上無時無刻不在發(fā)生各種各樣的災(zāi)難。其中，最經(jīng)常、最普遍地威脅公眾安全和社會發(fā)展的主要災(zāi)害之一就是火災(zāi)?；馂?zāi)是發(fā)生頻率較高的一種災(zāi)害，幾乎每天都有發(fā)生。據(jù)各種相關(guān)的資料和數(shù)據(jù)顯示，全球每年大約發(fā)生火災(zāi)六千萬至七千萬次，每年全球死于火災(zāi)的人數(shù)約為七千人1。其中，由于歐美類的發(fā)達國家的生活水平及消防措施和技術(shù)比較發(fā)達先進，雖然歐美地區(qū)發(fā)生的火災(zāi)較多，但是死亡人數(shù)卻比較少；相比而言，由于亞洲地區(qū)的發(fā)展中國家經(jīng)濟發(fā)展程度不高和消防設(shè)施不完善，雖然火災(zāi)發(fā)生頻率較低，但人員傷亡較多。據(jù)統(tǒng)計，七十年代，我國因火災(zāi)導致的年平均損失不超過2.5億

13、元；八十年代，火災(zāi)年平均損失將近3.2億元。進入九十年代，尤其從1993年開始，火災(zāi)造成的年均死亡人數(shù)是兩千多，由此導致的直接年均財產(chǎn)損失升至十幾億元，。隨著城市建設(shè)和經(jīng)濟的快速發(fā)展，城市各式各樣的建筑日益增多，這很大程度地增加了火災(zāi)隱患，火災(zāi)發(fā)生的頻率及其造成的損失呈逐年上升趨勢。一旦出現(xiàn)火災(zāi)，這會嚴重威脅到人們的生命和財產(chǎn)。隨著社會的進步和經(jīng)濟的發(fā)展，火災(zāi)給人們造成的危害范圍不斷擴大。人們逐漸認識到監(jiān)控預警和消防工作的重要性，火災(zāi)自動報警系統(tǒng)應(yīng)運而生，并且其自身的技術(shù)水平也在隨著人們需求的不斷地提高?；馂?zāi)發(fā)生的早期，會使得燃燒物質(zhì)分解，析出大量的有毒氣體CO，人們可能在毫無察覺火情的情況下

14、就發(fā)生了CO中毒，從而無力逃生，火災(zāi)自動報警系統(tǒng)可監(jiān)測到CO濃度的變化，為人們提供CO濃度超標報警信息，通知人們及時疏散。迅速監(jiān)測火情是火災(zāi)自動報警系統(tǒng)的重要功能，能最大限度地降低火災(zāi)帶來的生命財產(chǎn)損失?；馂?zāi)自動報警系統(tǒng)能對火災(zāi)進行實時監(jiān)測和準確報警，有著防止和減少火災(zāi)危害、保護人身安全和財產(chǎn)安全的重要意義，有著很大的經(jīng)濟效益和社會效益。1.2 智能煙霧報警研究現(xiàn)況近年來，世界各國都逐漸開始重視起采用無線通信方式的火災(zāi)自動報警系統(tǒng)。這種系統(tǒng)引入了無線電通信技術(shù)，利用無線通信方式代替?zhèn)鹘y(tǒng)的有線通信方式，將大多的電器裝置通過無線連接方式進行信息傳輸與控制2。起初，這種無線模式因價格昂貴，只會用在一

15、些比較難布線的場所。隨著科技不斷的發(fā)展，元器件的價格不斷降低，無線火災(zāi)報警器的成本也隨之減低，而且其具有安裝簡便、對建筑物無損壞作業(yè)、靈活性好，易于擴展等優(yōu)點，因此，現(xiàn)在起廣泛地用于各類建筑和場所，如名勝古跡、體育館、博物館、展覽中心、處于施工階段的建筑物、醫(yī)院等。無線火災(zāi)報警系統(tǒng)主要分為以下幾種方式：分散式、集中式和分布式。分散式系統(tǒng)由非智能型控制器若干智能型探測節(jié)點組成，由探測節(jié)點完成火災(zāi)狀態(tài)的判斷;集中式系統(tǒng)由智能型控制器和若干非智能探測節(jié)點構(gòu)成，探測節(jié)點僅將火災(zāi)參量傳送給控制器，由控制器智能地判斷火災(zāi)狀態(tài)；分布式系統(tǒng)的控制器和探測節(jié)點均為智能型，也是今后火災(zāi)自動報警系統(tǒng)的發(fā)展方向。1.

16、3 本設(shè)計的主要特點本設(shè)計旨在開發(fā)一個能夠?qū)ΡO(jiān)測點進行實時監(jiān)控、報警的智能煙霧報警系統(tǒng)。智能煙霧報警系統(tǒng)是一個集信號檢測、傳輸、處理、報警于一體的系統(tǒng)，另外本設(shè)計主要特點是采用無線信號傳輸?shù)姆绞綄熿F報警信號傳輸?shù)慕K端報警裝置上面，該智能煙霧報警系統(tǒng)是以STC89C52RC和STC11F02E兩塊單片機作為控制中心，接收、處理火災(zāi)探測器輸出的煙霧濃度信號，并進行聲光報警。本設(shè)計主要完成以下工作：(1)基于STC89C52RC的煙霧報警檢測設(shè)計方案。(2)數(shù)字溫度傳感器 DS18B20、煙霧傳感器MQ-2、NRF24L01無線收發(fā)器的選擇以及與單片機的接口電路設(shè)計。(3)LCD1602液晶顯示器

17、與單片機的硬件連接。(4)設(shè)計主要軟件程序模塊，完成軟件設(shè)計。2 煙霧報警系統(tǒng)的方案選擇與論證2.1 系統(tǒng)總體功能概述煙霧報警系統(tǒng)主要由數(shù)據(jù)采集模塊、單片機控制模塊、無線發(fā)送接收模塊、聲光報警模塊組成。它由煙霧傳感器模塊和溫度傳感器模塊檢測周圍環(huán)境，時時把測得的數(shù)據(jù)傳送給控制系統(tǒng)，控制系統(tǒng)判斷是否有火情。2.2 單片機的選擇方案一： PIC系列單片機。PIC系列單片機的CPU采用RISC結(jié)構(gòu)，分別有33、35、58條指令(視單片機的級別而定)，屬精簡指令集。3而51系列有111條指令，AVR單片機有118條指令，都比前者復雜。采用Haryard雙總線結(jié)構(gòu)，運行速度快(指令周期約160200nS

18、)，它能使程序存儲器的訪問和數(shù)據(jù)存儲器的訪問并行處理，這種指令流水線結(jié)構(gòu)，在一個周期內(nèi)完成兩部分工作，一是執(zhí)行指令，二是從程序存儲器取出下一條指令，這樣總的看來每條指令只需一個周期(個別除外)，這也是高效率運行的原因之一。此外，它還具有低工作電壓、低功耗、驅(qū)動能力強等特點。但是此單片機只有5個專用寄存器在編程過程中帶來了不少麻煩。方案二： AVR系列單片機。此種單片機內(nèi)資源豐富，接口也很強大，具有AD轉(zhuǎn)換等電路，保密性也不錯，在很多場合可以替代51系列單片機，但是對位進行操作時，AVR系列單片機并不能直接對RAM中的某位進行位操作，必須通過狀態(tài)寄存器SREG的T進行中轉(zhuǎn)。顯然，AVR對位的操作

19、復雜一些。方案三：MCS-51系列單片機。51系列的單片機優(yōu)點之一在于，它從內(nèi)部硬件到軟件有著一套完整的按位操作系統(tǒng)，即位處理器，也稱布爾處理器，它的處理對象不是字或字節(jié)，而是位，這就意味著它不僅能對片內(nèi)某些特殊功能寄存器的某位進行處理，例如傳送、置位、清零、測試等，還能進行位的邏輯運算，這一點使其他種類單片機很難實現(xiàn)的。此外，51系列單片機還在片內(nèi)RAM區(qū)間特別開辟了一個雙重功能的地址區(qū)間，單元地址為20H2FH的十六個字節(jié)，它既可作字節(jié)處理，也可作位處理，使用起來靈活方便，使得使用者在操作時更加得心應(yīng)手。51系列單片機代表型號有AT89C51，AT89C52，STC89C51，STC89C

20、52。而STC89C52是一種低功耗、高性能CMOS8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(yīng)用系統(tǒng)提供高靈活、超有效的解決方案。因此優(yōu)先選擇STC89C52單片機作為本系統(tǒng)的控制器。STC89C52的引腳圖如圖2-3所示。圖2-3 STC89C52的引腳圖2.3 煙霧傳感器的選擇煙霧傳感器的功能：當火災(zāi)發(fā)生時，它能把火災(zāi)產(chǎn)生的各種非電量參數(shù)(如煙霧，溫度)變成電量參數(shù)傳送給控制器；

21、其特點是模擬量傳輸，跟隨各種非電量參數(shù)的變化而變化，火災(zāi)探測器根據(jù)火災(zāi)發(fā)生時所表現(xiàn)出來的物理現(xiàn)象可以分為：氣敏型、感溫型、感煙型、感光型、感聲型五大類4。方案一:感溫探測器感溫火災(zāi)探測器是對火災(zāi)現(xiàn)場溫度參數(shù)響應(yīng)的火災(zāi)探測器。按照它對環(huán)境溫度或溫度變化的響應(yīng)，可分為：定溫、差溫、差定溫三種形式。單一的感溫探測器靈敏度低、探測范圍小，對陰燃情況不響應(yīng)，因此不適用于火災(zāi)早期的探測6.方案二：感煙探測器感煙探測器主要響應(yīng)燃燒或熱解產(chǎn)生的固體液體微粒即煙霧粒子的探測器，主要用來探測可見或不可見的燃燒產(chǎn)物及起火速度緩慢的初期火災(zāi)。感煙探測器具有非常好的早期報警功能，即使在不太好的環(huán)境條件場所也會有比較好的

22、探測效果，它一般適用于極高的房屋或空心花板或地下室中。感煙探測器適用于火災(zāi)前期及早期，產(chǎn)生大量的煙和少量的熱。方案三：氣體探測器氣體檢測儀器是一種檢測氣體濃度的儀器，該儀器適用于存在可燃或有毒氣體的危險場所，能長期連續(xù)檢測空氣中被測氣體爆炸下限以內(nèi)的含量?？蓮V泛應(yīng)用于燃氣，石油化工，冶金，鋼鐵，煉焦，電力等存在可燃或有毒氣體的各個行業(yè)，是保證財產(chǎn)和人身安全的理想監(jiān)測儀器。 方案四：圖像探測器圖像火災(zāi)探測器是針對室外、隧道和室內(nèi)高大空間的特殊需求而開發(fā)的工業(yè)等級的火災(zāi)探測器。該產(chǎn)品實現(xiàn)了“眼睛和大腦”的完美統(tǒng)一，能在各種復雜環(huán)境下對火情做出準確的判斷，同時提供視頻、網(wǎng)絡(luò)、開關(guān)量三種報警方式，可靈

23、活接入各類火災(zāi)報警體系。方案五：紅、紫外火焰探測器探測器可探測碳氫化合物燃燒火焰，如氫氣、羥基化合物以及金屬和無機物燃燒火焰火警。探測器對紫外和紅外傳感器接收信號的頻率、亮度和持續(xù)時間進行分析，任何一個傳感器在接收到火焰發(fā)射頻譜后都能夠引發(fā)報警。探測器能夠在高/低溫，高濕，震動等最苛刻的環(huán)境下工作。煙霧濃度是早期火災(zāi)發(fā)生的重要特性參數(shù)之一，在較大范圍的監(jiān)視場所，煙霧探測一直被廣泛使用的火災(zāi)探測方法。煙霧報警器就是通過監(jiān)測煙霧的濃度來實現(xiàn)火災(zāi)防范的，煙感器內(nèi)部采用離子式煙霧傳感，離子式煙霧傳感器是一種技術(shù)先進，工作穩(wěn)定可靠的傳感器，被廣泛運用到各種消防報警系統(tǒng)中，性能遠優(yōu)于氣敏電阻類的火災(zāi)報警器

24、5。 為了將人們的生命財產(chǎn)安全損失降至最低，為此本設(shè)計主要采用了能比較早檢測到火情的煙霧傳感器MQ-2進行設(shè)計。2.4 溫度傳感器選擇本系統(tǒng)中的溫度傳感器采用的是DS18B20芯片，其特點是采用獨特的單總線接口方式，只需要一條總線接口就可以實現(xiàn)多點通信，簡化了分布式溫度傳感應(yīng)用。該器件無需外部元件，可用數(shù)據(jù)總線供電，電壓范圍為3.0V至5.5V，無需備用電源，測量溫度范圍為-55至+125。精度為±0.5。DS18B20的方框圖如圖2-4所示。DS18B20有三個主要數(shù)字部件：1）64位激光ROM，2）溫度傳感器，3）非易失性溫度報警觸發(fā)器TH和TL。器件用如下方式從單線通訊線上汲取

25、能量：在信號線處于高電平期間把能量儲存在內(nèi)部電容里，在信號線處于低電平期間消耗電容上的電能工作，直到高電平到來再給寄生電源（電容）充電。DS18B20也可用外部5V電源供電。圖2-4 DS18B20的方框圖DS18B20是用一個高溫度系數(shù)的振蕩器確定一個門周期，內(nèi)部計數(shù)器在這個門周期內(nèi)對一個低溫度系數(shù)的振蕩器的脈沖進行計數(shù)來得到溫度值。計數(shù)器被預置到對應(yīng)于-55的一個值。如果計數(shù)器在門周期結(jié)束前到達0，則溫度寄存器（同樣被預置到-55）的值增加，表明所測溫度大于-55。同時，計數(shù)器被復位到一個值，這個值由斜坡式累加器電路確定，斜坡式累加器電路用來補償感溫振蕩器的拋物線特性。因此，要想獲得所需的

26、分辨力，必須同時知道在給定溫度下計數(shù)器的值和每一度的計數(shù)值。然后計數(shù)器又開始計數(shù)直到0，如果門周期仍未結(jié)束，將重復這一過程6。斜坡式累加器用來補償感溫振蕩器的非線性，以期在測溫時獲得比較高的分辨力。這是通過改變計數(shù)器對溫度每增加一度所需計數(shù)的值來實現(xiàn)的。因此，要想獲得所需的分辨力，必須同時知道在給定溫度下計數(shù)器的值和每一度的計數(shù)值。DS18B20內(nèi)部對此計算的結(jié)果可提供0.5的分辨力。溫度以16bit帶符號位擴展的二進制補碼形式讀出。數(shù)據(jù)通過單線接口以串行方式傳輸。DS18B20測溫范圍-55+125，以0.5遞增。如用于華氏溫度，必須要用一個轉(zhuǎn)換因子查找表。DS18B20內(nèi)溫度表示值為1/2

27、LSB，如圖2-5所示9bit格式：圖2-5 溫度值和輸出數(shù)據(jù)的關(guān)系最高有效（符號）位被復制充滿存儲器中兩字節(jié)溫度寄存器的高MSB位，由這種“符號位擴展”產(chǎn)生出了示于圖2-4的16bit溫度讀數(shù)?？捎孟率龇椒ǐ@得更高的分辨力。首先，讀取溫度值，將0.5位（LSB）從讀取的值中截去，這個值叫做TEMP_READ。然后讀取計數(shù)器中剩余的值，這個值是門周期結(jié)束后保留下來的值(COUNT_REMAIN)。最后，我們用到在這個溫度下每度的計數(shù)值(COUNT_PER_C)。用戶可以用下面的公式計算實際溫度值： （2-1）2.5 無線發(fā)射接收模塊的選擇無線收發(fā)模塊有NRF系列、PT2262/ PT2272、

28、CC1101、等等一系列的無線收發(fā)模塊，綜合性價比、實用性、簡潔性和傳輸距離本設(shè)計選擇NRF24L01作為收發(fā)模塊。 NRF24L01是一款新型單片射頻收發(fā)器件,工作于2.4 GHz2.5 GHz頻段。內(nèi)置頻率合成器、功率放大器、晶體振蕩器、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。nRF24L01 還可以兼容NRF24L01、nRF24L01+、nRF24LE1、nRF24LU1等無線模塊，并且它們在一定條件下可以互相通信

29、。本設(shè)計經(jīng)過所使用的NRF24L01最大的傳輸距離大約為5m10m。此無線發(fā)射模塊可以運用在以下方面：無線鼠標，鍵盤，游戲機操縱桿；無線數(shù)據(jù)通訊，安防系統(tǒng)，遙控裝置，智能運動設(shè)備等優(yōu)點，所以綜合考慮選擇NRF24L01作為無線收發(fā)器。3 煙霧報警系統(tǒng)硬件設(shè)計3.1 無線模塊電壓調(diào)節(jié)電路由于本設(shè)計采用的是無線火災(zāi)信號傳輸，所用的無線發(fā)送傳輸模塊是NRF24L01,該模塊所需要的標準電壓值為3.3V，由于其他部分的電壓值是5V，所以，需要將5V的電壓值轉(zhuǎn)換成3.3V的電壓值。本設(shè)計采用的是AMS1117來調(diào)節(jié)電壓，AMS1117是一個低漏失電壓調(diào)整器，它的穩(wěn)壓調(diào)整管是由一個PNP驅(qū)動NPN管組成的

30、，漏失電壓定義為： VDROP=VBE+VSAT。 AMS1117有固定和可調(diào)兩個版本可用，輸出電壓可以是：1.2V，1.5V，1.8V，2.5V，2.85V，3.0V，3.3V，和5.0V。片內(nèi)過熱切斷電路提供了過載和過熱保護，以防環(huán)境溫度造成過高的結(jié)溫7。 為了確保AMS1117的穩(wěn)定性，對可調(diào)電壓版本，輸出需要連接一個至少22F的鉭電容。對于固定電壓版本，可采用更小的電容，具體可以根據(jù)實際應(yīng)用確定。通常，線性調(diào)整器的穩(wěn)定性隨著輸出電流增加而降低。 AMS1117內(nèi)部集成過熱保護和限流電路，是電池供電和便攜式計算機的最佳選擇。用AMS1117-3.3

31、把5V電壓轉(zhuǎn)換為3.3V的轉(zhuǎn)換電路如圖3-1所示。圖3-1 AMS1117電壓轉(zhuǎn)換電路圖3.2 無線接受模塊電路無線接受模塊的控制芯片我們選擇的是STC11F02E，它是北京宏晶公司生產(chǎn)的，采用宏晶第六代加密技術(shù)，超低功耗，有很強的抗干擾、抗靜電性能，速度快，1個時鐘/機器周期，可用低頻晶振，大幅降低了EMI（電磁干擾）。8輸入/輸出口多，最多有16個I/O口，復位腳如當I/O口使用，可省去外部復位電路。圖3-2 為STC11F02E的引腳圖。圖3-2 STC11F02E的引腳圖STC11F02E的主要特性：(1)1個時鐘/機器周期，增強型8015內(nèi)核，速度比普通8051快6-12倍。(2)工

32、作電壓：5.5V-4.1V/3.7V(5V單片機)。(3)工作頻率：0-35MHz，相當于普通8051的0-420MHz。(4)通用I/O口有12個，復位后為：準雙向口/弱上拉。可設(shè)置成四中模式：準雙向口/弱上拉，強推挽/強上拉，僅為輸入/高阻，開漏每個I/O口驅(qū)動能力均可達到20mA，但整個芯片最大不要超過100mA。(5)ISP（在系統(tǒng)可編程）/LAP（在應(yīng)用可編程），無需專用編程器，無需專用仿真器可通過串口（RxD/P3.0，TxD/P3.1）直接下載程序，數(shù)秒即可完成。(6)內(nèi)部集成MAX810專用復位電路。(7)內(nèi)置一個對內(nèi)部Vcc進行掉電檢測電路，可設(shè)置為中斷或復位。無線接收模塊整

33、體電路如圖3-3所示：圖3-3無線接受電路3.3 無線發(fā)射模塊電路NRF24L01是一款新型單片射頻收發(fā)器件,工作于2.4 GHz2.5 GHz ISM頻段。內(nèi)置頻率合成器、功率放大器、晶體振蕩器、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9。NRF24L01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)點地址TX_ADDR和有效數(shù)據(jù)TX_PLD按照時序

34、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)點地址TX_ADDR一致）。如果收到應(yīng)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(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

35、知MCU。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)時,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進入空閑模式110。參考數(shù)據(jù)如表3.1所示。表3.1 NRF24L01參考數(shù)據(jù)參數(shù)數(shù)值單位最

36、低供電電壓1.9V最大發(fā)射功率0dBm最大數(shù)據(jù)傳輸率2000kbps發(fā)射模式，電流消耗11.3Ma接收模式，電流消耗12.3Ma溫度范圍-40+85掉電模式，電流消耗900Na數(shù)據(jù)傳輸為1000Kbps時的靈敏度-85dBmNRF24L01封裝及引腳排列和功能如圖3-4所示。 圖 3-4 NRF24L01芯片引腳NRF24L01各引腳功能如下： CE：使能發(fā)射或接收。 CSN，SCK，MOSI，MISO：SPI引腳端，微處理器可通過此引腳配置Nrf24L01。IRQ：中斷標志位。VDD：電源輸入端。 VSS：電源地。XC2，XC1：晶體振蕩器引腳。VDD_PA：為功率放大器供電，輸出為1.8

37、V。 ANT1,ANT2：天線接口。 IREF：參考電流輸入。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：待機模式1主要用于降低電流損耗，在該模式下晶體振蕩器仍然是工作的。 待機模式2則是在當FIFO寄存器為空且CE=1時進入此模式。待機模式下，所有配置字仍然保留。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。工作模式如表3.2所示。表3.2 工作模式模式PWR-UPPRIM-RXCEFIFO寄存器模式接收模式111發(fā)射模式101數(shù)據(jù)在TX FIFO寄存器中停留在發(fā)送模式，直至數(shù)據(jù)發(fā)送完TX FIFO為空無數(shù)據(jù)

38、傳輸發(fā)射模式1010待機模式2101待機模式110掉電0NRF24L01在不同模式下的引腳功能如表3.3 NRFf24L01。表3.3 NRFf24l01引腳功能引腳名稱方向發(fā)送模式接收模式待機模式掉電模式CE輸入高電平高電平低電平CN輸入SPI片選使能，低電平使能SCK輸入SPI時鐘MOSI輸入SPI串行輸入MISO三態(tài)輸出SPI串行輸出IRQ輸出中斷，低電平使能無線發(fā)射模塊和單片機的連接電路如圖3-5所示： 圖3-5 無線發(fā)射模塊連接電路3.4 LCD1602液晶顯示模塊LCD1602液晶顯示器以其微功耗、體積小、顯示內(nèi)容豐富、超薄輕巧的諸多優(yōu)點，在各類儀表和低功耗系統(tǒng)中得到廣泛的應(yīng)用。&

39、#160;根據(jù)顯示內(nèi)容可以分為字符型液晶，圖形液晶。根據(jù)顯示容量又可以分為單行16字，2行16字，兩行20字等。LCD1602位數(shù)多，可顯示32位，32個數(shù)碼管體積相當龐大了，顯示內(nèi)容豐富，可顯示所有數(shù)字和大、小寫字母。11程序簡單，如果用數(shù)碼管動態(tài)顯示，會占用很多時間來刷新顯示，而1602自動完成此功能。便與設(shè)計，它的連接電路如圖3-6所示。圖3-6 LCD1602液晶顯示電路3.5 聲光報警電路聲光報警是一種通過聲音和各種光來向人們發(fā)出示警信號的方式。如果出現(xiàn)火情，聲光報警電路就會在單片機的控制下，發(fā)出聲光警示信息。在聲報警電路中，由于蜂鳴器的工作電流一般比較大，以致于單片機的I/O 口是

40、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。聲音報警電路由單片機的P0引腳進行控制，當P0.4輸出的電平為低電平時，三極管導通，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。由單片機的P0.2口進行光報警控制，當有火警信號出現(xiàn)時，P0.2口會處于低電平，發(fā)光二極管出現(xiàn)閃爍，形成光報警12。如圖3-7所示。圖3-7 聲光報警電路3.6 煙霧檢測電路 MQ-2煙霧傳感器原理簡單，如圖4為傳感器的基本測試電路。該傳感器需要施加2個電壓：加熱器電壓VH和測試電壓VC。其中 VH用于為傳感 器提供特定的工作溫度。VC 則是用于測定與傳感器串聯(lián)的負

41、載電阻RL上的電壓VRL。這種傳感器具有輕微的極性，VC需用直流電源。在滿足傳感器電性能要求的前提下VC和VH 可以共用同一個電源電路。為更好利用傳感器的性能需要選擇恰當?shù)腞L值13。如圖3-8所示MQ-2的檢測電路。圖3-8 MQ-2的檢測電路圖煙霧檢測電路的工作電壓為5V，方便與51單片機組成系統(tǒng)，且其工作穩(wěn)定，特點如下：(1) 具有信號輸出指示。(2) 雙路信號輸出（模擬量輸出及TTL電平輸出）。(3) TTL輸出有效信號為低電平。（當輸出低電平時信號燈亮，可直接接單片機）。 (4) 模擬量輸出05V電壓，濃度越高電壓越高。(5) 對液化氣，天然氣，城市煤氣，煙霧有較好的靈敏度。此傳感器

42、適用于家庭或?qū)嬍业臒熿F監(jiān)測,它的檢測電路圖如圖3-9所示。圖3-9 煙霧檢測電路3.7 溫度檢測電路DB18B20獨特的一線接口，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的雙向通訊能力，簡化了分布式溫度傳感應(yīng)用 無需外部元件 可用數(shù)據(jù)總線供電，電壓范圍為3.0 V至5.5 V 無需備用電源 測量溫度范圍為-55 ° C至+125 。華氏相當于是67 ° F到257華氏度 -10 ° C至+85 ° C范圍內(nèi)精度為±0.5 ° C。它與控制系統(tǒng)的連接方式如下圖3-10所示。圖3-10 溫度傳感器的連接電路4 煙霧報

43、警系統(tǒng)軟件設(shè)計在本系統(tǒng)的軟件編程使用的是Keil C51。Keil C51軟件提供豐富的庫函數(shù)和功能強大的集成開發(fā)調(diào)試工具，全Windows界面。Keil C51生成的目標代碼效率非常之高，多數(shù)語句生成的匯編代碼很緊湊，容易理解。在開發(fā)大型軟件時更能 體現(xiàn)高級語言的優(yōu)勢。4.1 主程序設(shè)計在火災(zāi)報警系統(tǒng)的軟件設(shè)計中采用了模塊化程序設(shè)計方法，系統(tǒng)各個模塊的具體功能都是通過子程序調(diào)用實現(xiàn)的。既使得程序結(jié)構(gòu)清晰，又便于以后進一步擴展其功能。系統(tǒng)程序流程圖如圖4-1所示。圖4-1 主程序流程圖4.2 聲光報警程序設(shè)計聲光報警程序流程圖如圖4-2所示。圖4-2 聲光報警程序流程圖4.3 按鍵模塊程序設(shè)計

44、按鍵模塊程序設(shè)計流程圖如圖4-3所示：圖4-3 按鍵模塊程序流程圖5 實際測試5.1 測試設(shè)備表5.1 測試設(shè)備儀器名稱型號用途數(shù)量計算機Dell調(diào)試及下載程序1數(shù)字萬用表優(yōu)利德測量電路工作情況1蚊香（有煙）任意測試煙霧傳感器15.2 測試結(jié)果本設(shè)計安放在宿舍，通過對宿舍環(huán)境實際測試，得出如表5.2所示的結(jié)論。表5.2 報警器各項功能測試 煙霧檢測溫度檢測發(fā)送檢測接受檢測聲光報警電壓轉(zhuǎn)換正常工作正常工作正常工作正常工作正常工作正常工作無線收發(fā)模塊理論無障礙距離是510m，實際測得有障礙傳輸距離為010m左右。實物測試圖如圖5-1所示圖5-1 煙霧報警器測試圖- 24 -結(jié) 論 煙霧檢測報警系統(tǒng)

45、對現(xiàn)代建筑起著極其重要的安全保障作用，研制煙霧檢測報警系統(tǒng)的目的是改變我國防火報警技術(shù)的落后現(xiàn)狀，提高我國防火報警產(chǎn)品的水平。本文對火災(zāi)報警系統(tǒng)進行了深入的分析，設(shè)計了煙霧檢測報警系統(tǒng)，該報警系統(tǒng)能夠準確無誤的發(fā)出報警信號，對通過LCD顯示出當前的報警信息，為火災(zāi)預測報警提供了很大的便利。本文完成了如下工作：(1)設(shè)計了火災(zāi)報警系統(tǒng)的控制器。該控制器具有煙霧檢測，溫度檢測和聲光報警等功能，并采用LCD顯示器進行報警系統(tǒng)所需各種信息顯示。(2)完成了火災(zāi)報警溫度傳感器的設(shè)計。該溫度傳感器采用的是DS18B20單總線式通信協(xié)議，實現(xiàn)了對被測環(huán)境溫度信息的檢測。(3)完成了火災(zāi)報警煙霧傳感器的設(shè)計。

46、該傳感器采用的是漢威電子的MQ-2型煙霧傳感器，通過對被測環(huán)境中煙霧信息的監(jiān)測，判斷是否有火災(zāi)發(fā)生。本文設(shè)計的火災(zāi)報警系統(tǒng)能有效地防止和減少火災(zāi)危害，為社會發(fā)展提供安全保障，其完成對保護人身安全和財產(chǎn)安全具有現(xiàn)實意義。致 謝在畢業(yè)設(shè)計期間，我的指導老師武成超給了我熱心的指導。自始至終關(guān)心督促畢業(yè)設(shè)計進程和進度。幫助解決畢業(yè)設(shè)計中遇到的許多問題。還不斷向我傳授分析問題和解決問題的辦法，并指出了正確的方向，使我在畢業(yè)設(shè)計過程中少走很多彎路。另一方面，還要感謝同學,在我遇到困難時, 給予我技術(shù)上的支持和精神上的鼓勵。在此，謹向你們致以衷心的謝意！其次，感謝我的室友和同學三年來對我學習、生活上的關(guān)心和

47、幫助！最后，要感謝的是我的父母，他們不僅培養(yǎng)了我認真專注的精神，讓我在漫長的人生旅途中受益匪淺，而且也為我能夠順利的完成畢業(yè)論文提供了巨大的支持與幫助。在未來的日子里，我會更加努力的學習和工作，不辜負父母對我的殷殷期望！我一定會好好孝敬和報答他們！感謝黨和國家對我的教育，感謝學院三年來對我的栽培！參考文獻1 康華光. 電子技術(shù)基礎(chǔ)（模擬部分）【M】. 北京: 高等教育出版社, 2004.2 孟立凡，藍金輝.傳感器原理與應(yīng)用.北京：電子工業(yè)出版社,2007.8.3 馬忠梅. 單片機的C語言應(yīng)用程序設(shè)計 北京航空航天大學出版社,2007.4 花鐵森. 消防報警產(chǎn)品和系統(tǒng)的技術(shù)現(xiàn)狀與市場【J】. 安

48、防科技, 2003, (6): 4-12.5 宋中才. 智能建筑中火災(zāi)自動報警系統(tǒng)的設(shè)計【J】. 重慶郵電學院學報(自然科學版), 2003, (9). 6 楊武. 新型火災(zāi)報警系統(tǒng)信號處理器設(shè)計【D】. 廈門: 廈門大學, 2008.7 張忠. 火災(zāi)報警系統(tǒng)的應(yīng)用與集成【D】. 上海: 上海交通大學, 2008.8 曾杰. 鼓勵保險介入深化消防監(jiān)督【J】. 消防技術(shù)與產(chǎn)品信息, 2001, (3): 38-40.9 宋國珍, 張立明. 紡織廠火災(zāi)探測器的選擇【J】. 浙江建筑, 2005, 22(6): 54-55.10 李朝青. 單片機原理及接口技術(shù)【M】. 北京: 北京航空航天大學出版社

49、, 2005: 34-40.11 謝自美. 電子線路設(shè)計·實驗·測試【M】. 武漢: 華中科技大學出版社, 2000: 92-97.12 丁璐，李春華，楊戍.火災(zāi)探測技術(shù)的分析【J】.煤礦現(xiàn)代化.2007(4):29-31.13 宋文緒. 傳感器與檢測技術(shù)【M】. 北京: 高等教育出版社, 2004.附 錄附錄一，整體電路圖：附錄二，實物圖:附錄三，部分源程序代碼：主程序：- 42 -#include<reg52.h>#include<intrins.h>#include"lcd1602.h"#include"ds18b

50、20.h"typedef unsigned char uint;unsigned int num,Temp;uchar Temp_l,frq;bit flag;sbitCSN=P23;sbit MOSI=P22;sbitIRQ=P24;sbit MISO=P25;sbitSCK =P27;sbitCE =P26;uchar TxBuf32=0x01,0x02;/*NRF24L01*#define TX_ADR_WIDTH 5#define RX_ADR_WIDTH 5 #define TX_PLOAD_WIDTH 2#define RX_PLOAD_WIDTH 2 uint cons

51、t TX_ADDRESS5= 0x34,0x43,0x10,0x10,0x01;/本地地址uint const RX_ADDRESS5= 0x34,0x43,0x10,0x10,0x01;/接收地址/*NRF24L01寄存器指令*#define READ_REG 0x00 / 讀寄存器指令#define WRITE_REG 0x20 / 寫寄存器指令#define RD_RX_PLOAD 0x61 / 讀取接收數(shù)據(jù)指#define WR_TX_PLOAD 0xA0 / 寫待發(fā)數(shù)據(jù)指令#define CONFIG 0x00 / 配置收發(fā)狀態(tài)，CRC校驗?zāi)Ｊ揭约笆瞻l(fā)狀態(tài)響應(yīng)方式#define EN

52、_AA 0x01 / 自動應(yīng)答功能設(shè)置#define EN_RXADDR 0x02 / 可用信道設(shè)置#define SETUP_AW 0x03 / 收發(fā)地址寬度設(shè)置#define SETUP_RETR 0x04 / 自動重發(fā)功能設(shè)置#define RF_CH 0x05 / 工作頻率設(shè)置#define RF_SETUP 0x06 / 發(fā)射速率、功耗功能設(shè)置#define STATUS 0x07 / 狀態(tài)寄存器#define OBSERVE_TX 0x08 / 發(fā)送監(jiān)測功能#define CD 0x09 / 地址檢測 #define RX_ADDR_P0 0x0A / 頻道0接收數(shù)據(jù)地址#defi

53、ne RX_ADDR_P1 0x0B / 頻道1接收數(shù)據(jù)地址#define RX_ADDR_P2 0x0C / 頻道2接收數(shù)據(jù)地址#define RX_ADDR_P3 0x0D / 頻道3接收數(shù)據(jù)地址#define RX_ADDR_P4 0x0E / 頻道4接收數(shù)據(jù)地址#define RX_ADDR_P5 0x0F / 頻道5接收數(shù)據(jù)地址#define TX_ADDR 0x10 / 發(fā)送地址寄存器#define RX_PW_P0 0x11 / 接收頻道0接收數(shù)據(jù)長度#define RX_PW_P1 0x12 / 接收頻道0接收數(shù)據(jù)長度#define RX_PW_P2 0x13 / 接收頻道0接

54、收數(shù)據(jù)長度#define RX_PW_P3 0x14 / 接收頻道0接收數(shù)據(jù)長度#define RX_PW_P4 0x15 / 接收頻道0接收數(shù)據(jù)長度#define RX_PW_P5 0x16 / 接收頻道0接收數(shù)據(jù)長度#define FIFO_STATUS 0x17 / FIFO棧入棧出狀態(tài)寄存器設(shè)置uint bdata sta; /狀態(tài)標志sbitRX_DR=sta6;sbitTX_DS=sta5;sbitMAX_RT=sta4;/*長延時*void Delay(unsigned int s)unsigned int i;for(i=0; i<s; i+);for(i=0; i<s