精品資料（2021-2022年收藏的）煙霧火災(zāi)報警器開題報告..

1、本科畢業(yè)設(shè)計（論文）開題報告論文題目： 基于單片機的火災(zāi)自動報警系統(tǒng)的設(shè)計與開發(fā) 學(xué) 生 姓 名： 舒?zhèn)?學(xué) 號： 120706202 二級學(xué)院名稱： 電子信息學(xué)院 專 業(yè)： 電子科學(xué)與技術(shù)指 導(dǎo) 教 師： 金步平 職 稱： 研究員 .合作/企業(yè)教師： 職 稱： 填表日期： 2015年 12 月 23日一、前言 1.1 選題背景及意義隨著科技的發(fā)展，越來越多的巨大的隱患由于工業(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，保護人身和財產(chǎn)安全，需要建立火災(zāi)自動報警系統(tǒng)。單片機及煙霧傳感器是煙霧報警器系統(tǒng)的兩大核心。單片機好比一個橋梁，聯(lián)系著傳感器和報警電路設(shè)備。近幾年來

2、，單片機已逐步深入應(yīng)用到工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)各部門及人們生活的各個方面。各種類型的單片機也根據(jù)社會的需求而開發(fā)出來。單片機是器件級計算機系統(tǒng)，實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)用到所有電子系統(tǒng)中。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。而傳感器作為信息技術(shù)系統(tǒng)的“感官”器件，如果沒有“感官”感受信息，或者“感官”遲鈍，都難以形成高精度、高速度的控制系統(tǒng)。美國曾把二十世紀八十年代稱為傳感技術(shù)時代，日本更是把傳感技術(shù)列為十大技術(shù)之首。所以，根據(jù)報警器功能的需要，選擇合適、精確、經(jīng)濟的煙霧傳感器和單片

3、機芯片是至關(guān)重要的。在本論文中的最主要的設(shè)計是選STC89C52單片機和MQ-2半導(dǎo)體氣體煙霧傳感器為核心器件。 目前，現(xiàn)代建筑都會有選擇地安裝不同功能的煙霧自動報警系統(tǒng)。因為煙霧自動報警系統(tǒng)是建筑物的神經(jīng)系統(tǒng)，它能夠感受、接收著發(fā)生火災(zāi)的早期信號并及時報警，發(fā)出警報同時告知用戶和周邊居民。它就像是一個個稱職的更夫，給居住、忙碌或是休息在家庭中的人們以極大的安全感。在火災(zāi)的早期階段，準確的探測到火情并迅速報警，對于及時組織有序快速疏散、積極有效地控制火災(zāi)的蔓延、快速滅火和減少火災(zāi)對居住人群的損失都具有重要的意義。本次設(shè)計一個以STC89C52單片機為核心的火災(zāi)報警器可以實現(xiàn)聲光報警、故障自診斷

4、、濃度顯示、報警限設(shè)置。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，具有一定的實用價值。以下為主要實現(xiàn)的功能： 能夠感知煙霧的濃度，到達一定的數(shù)值之后實現(xiàn)報警功能。 能夠檢測現(xiàn)場的溫度，到達一定的數(shù)值之后實現(xiàn)報警功能。實現(xiàn)三極管驅(qū)動數(shù)碼管顯示當(dāng)前采集模塊煙物濃度和溫度值功能。 實現(xiàn)兩種報警方式可緊急報警方式和手動取消緊急報警方式。 實現(xiàn)可設(shè)置煙霧濃度和高溫報警值功能，并在掉電情況下有掉電保存功能。 實現(xiàn)一旦檢測到火宅釋放的煙霧超過一定數(shù)值，即可進行蜂鳴器同步報警功能； 實現(xiàn)能夠檢測到溫度的升高，當(dāng)超過設(shè)定的報警溫度時候，蜂鳴器也將產(chǎn)生報警功能。 1.2 基于單片機的火災(zāi)自

5、動報警系統(tǒng)的設(shè)計與開發(fā)的研究價值如今社會火災(zāi)事故頻繁發(fā)生，為了盡可能減少生活中火災(zāi)事故的發(fā)生，就必須對煙霧進行現(xiàn)場實時檢測，采用先進可靠的安全檢測儀表，嚴密監(jiān)測環(huán)境中煙霧的濃度，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，研究煙霧的檢測方法與研制煙霧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。 2、 研究的基本內(nèi)容2.1 整體設(shè)計思路本系統(tǒng)是一個由單片機控制的火災(zāi)煙霧濃度、溫度檢測系統(tǒng)，它將傳感器輸出的電壓信號進行A/D轉(zhuǎn)換、濾波、線性化，由單片機將電壓值轉(zhuǎn)換為氣體濃度和溫度送LED顯示，并判斷是否超過報警上限，若超過，則發(fā)出聲光報警。同時用戶可以自己

6、設(shè)定報警上限和定時時間，使用戶可以根據(jù)實際情況方便的掌握安全狀況。煙霧報警器是能夠檢測環(huán)境中的煙霧濃度，并具有報警功能的儀器。該報警系統(tǒng)的最基本組成部分應(yīng)包括：信號采集模數(shù)轉(zhuǎn)換電路、單片機控制電路、字符顯示電路、聲光報警電路和安全保護電路等部分組成。 為適應(yīng)家庭和工業(yè)等場所對可燃性易爆煙霧安全性要求，設(shè)計的煙霧報警器具有顯示報警狀態(tài)。報警器采用延時的工作方式，煙霧檢測報警器以STC89C52單片機為控制核心，選用MQ-2半導(dǎo)體氣體煙霧傳感器采集煙霧濃度信息，配合外圍電路構(gòu)成煙霧報警系統(tǒng)。本設(shè)計包括硬件和軟件設(shè)計兩個部分。從設(shè)計的要求來分析該設(shè)計須包含如下結(jié)構(gòu)：煙霧檢測部分、STC89C52單片

7、機主控部分、報警部分，AD采集四大部分。電路總體設(shè)計框圖如圖1所示。 電源開關(guān) 電源 STC89C52 單片機AD采集電路顯示電路報警電路按鍵控制 圖1 總體設(shè)計框圖處理器采用51系列單片機STC89C52。整個系統(tǒng)是在系統(tǒng)軟件控制下工作的。設(shè)置在監(jiān)測點上的煙霧檢測探頭將檢測到的煙霧變換成電信號，送出模擬信號，給AD采集電路采集。在單片機內(nèi)，經(jīng)軟件查詢、識別判決等環(huán)節(jié)實時發(fā)出煙霧報警狀態(tài)控制信號。驅(qū)動蜂鳴器及報警指示燈報警。2.2 器材的選擇與簡介2.2.1 煙霧檢測傳感器選型煙霧傳感器是測量裝置和控制系統(tǒng)的首要環(huán)節(jié)。而煙霧報警器的信號采集由煙霧傳感器負責(zé)。煙霧傳感器能夠?qū)怏w的種類及其濃度有

8、關(guān)的信息轉(zhuǎn)換為電信號，根據(jù)這些電信號的強弱就可以獲得與待測氣體在環(huán)境中存在的情況有關(guān)的信息，從而達到檢測、監(jiān)控、報警的功能?？梢哉f，沒有精確可靠的傳感器，就沒有精確可靠的自動檢測、控制和報警系統(tǒng)。煙霧傳感器作為報警器中不可缺少的核心器件，它決定了所采集的煙霧濃度信號的準確性和可靠性。煙霧傳感器內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖2所示。 圖 2 煙霧傳感器及其結(jié)構(gòu)圖煙霧傳感器是模擬傳感器。它能將空氣中的煙霧濃度變量轉(zhuǎn)換成有一定對應(yīng)關(guān)系的輸出信號的裝置。煙霧傳感器就是通過監(jiān)測環(huán)境中煙霧的濃度來實現(xiàn)火災(zāi)防范的。當(dāng)煙霧探頭碰到煙霧或某些特定的氣體，煙霧探頭內(nèi)部阻值發(fā)生變化，產(chǎn)生一個模擬值，從而對其進行控制。煙霧傳感器利用煙

9、霧敏感元件的電阻受煙霧（主要是可燃顆粒）濃度影響阻值變化的原理向單片機發(fā)送煙霧濃度相應(yīng)的模擬信號。在智能建筑中對火災(zāi)探測器的應(yīng)用主要以感煙火災(zāi)探測器選用為主。隨著傳感器生產(chǎn)工藝水平逐步提高，傳感器日益小型化、集成度不斷增大，使得煙霧探測器的體積也逐漸變小，提高了煙霧探測器的便攜性，更加利于生產(chǎn)、運輸和市場推廣。目前，煙霧傳感器廣泛應(yīng)用在城市安防、小區(qū)、工廠、公司、學(xué)校、家庭、別墅、倉庫、資源、石油、化工、燃氣輸配等眾多領(lǐng)域。在國內(nèi)的產(chǎn)品中，無論哪家生產(chǎn)的煙霧探測器，都可以探測到火災(zāi)的發(fā)生，都具有比較高的靈敏度，而且在安裝中都比較簡單。但是，由于各生產(chǎn)的設(shè)備不可通用，獨立為正，不但不可彼此互相代

10、替，更不可以互相通訊。使得用戶面對眾多廠家生產(chǎn)的煙霧探測器感到不知所措。而這也正是國內(nèi)產(chǎn)品市場的一個重大缺陷。（1）煙霧傳感器的分類從構(gòu)成氣體傳感器材料的形態(tài)上通常將它們分為干式和濕式氣體傳感器。由于對不同氣體的檢測方法不盡相同，目前主要的方法有：利用半導(dǎo)體氣體器件檢測的電氣法；使用電極和電解液對氣體進行檢測的電化學(xué)法；利用氣體對光的折射率或光吸收等特性來檢測氣體的光學(xué)法。 （2）煙霧傳感器應(yīng)滿足的基本條件 一個煙霧傳感器可以是單功能的，也可以是多功能的；可以是單一的實體，也可以是由多個不同功能傳感器組成的陣列。但是，任何一個完整的煙霧傳感器都必須具備以下條件： (a)能選擇性地檢測某種單一煙

11、霧，而對共存的其它煙霧不響應(yīng)或低響應(yīng)； (b)對被測煙霧具有較高的靈敏度，能有效地檢測允許范圍內(nèi)的煙霧濃度；(c)對檢測信號響應(yīng)速度快，重復(fù)性好；(d)長期工作穩(wěn)定性好； (e)使用壽命長； (f)制造成本低，使用與維護方便。（3）常見的煙霧探測器種類及工作原理 (a)半導(dǎo)體煙霧傳感器（半導(dǎo)體氣敏傳感器）半導(dǎo)體煙霧傳感器包括用氧化物半導(dǎo)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(dǎo)體器件制作的煙霧傳感器。半導(dǎo)體煙霧傳感器是利用氣體在半導(dǎo)體表面的氧化和還原反應(yīng)導(dǎo)致敏感元件阻值變化而制成的。按照敏感機理分類，半導(dǎo)體煙霧傳感器可分為電阻式和非電阻式。當(dāng)半導(dǎo)體接觸到氣體時，半導(dǎo)體的電阻值將發(fā)生變

12、化，利用傳感器輸出端阻值的變化來測定或控制氣體的有關(guān)參數(shù)，這種類型的傳感器稱為電阻式半導(dǎo)體氣敏傳感器；當(dāng)MOS場效應(yīng)管在接觸到氣體時，場效應(yīng)管的電壓將隨周圍氣體狀態(tài)的不同而發(fā)生變化，利用這種原理制成的傳感器被稱為非電阻式半導(dǎo)體氣敏傳感器。 自1962年半導(dǎo)體金屬氧化物煙霧傳感器問世以來，由于具有靈敏度高、響應(yīng)快、輸出信號強、耐久性強、結(jié)構(gòu)簡單、體積小、維修方便、價格便宜等諸多優(yōu)點，得到了廣泛的應(yīng)用。但是其最大的缺點就是選擇性較差。該傳感器己成為世界上產(chǎn)量最大、使用最廣的煙霧傳感器之一。（b）光電式感煙傳感器 光電式感煙傳感器由光源、光敏元件和電子開關(guān)組成。平常光源發(fā)出的光，通過透鏡射到光敏元件

13、上，電路維持正常，如果有煙霧從中阻隔，到達光敏元件上的光就顯著減弱，于是光敏元件就把光強的變化變成電的變化，利用光散射原理對火災(zāi)初期產(chǎn)生的煙霧進行探測，并及時發(fā)出報警信號。按照光源不同，可分為一般光電式、激光光電式、紫外光光電式和紅外光光電式等4種。光電式感煙探測器發(fā)展很快，種類不斷增多，就其功能而言，它能實現(xiàn)早期火災(zāi)報警，除應(yīng)用于大型建筑物內(nèi)部外，還特別適用于電氣火災(zāi)危險性較大的場所，如計算機房、儀器儀表室和電纜溝、隧道等處。根據(jù)報警器檢測煙霧種類的不同要求，很多場合都會選擇使用半導(dǎo)體煙霧傳感器。經(jīng)過對比眾多煙霧傳感器的應(yīng)用特性，發(fā)現(xiàn)半導(dǎo)體煙霧傳感器的優(yōu)點更加突出。半導(dǎo)體煙霧傳感器具有靈敏度

14、高、響應(yīng)快、體積小、結(jié)構(gòu)簡單，使用方便、價格便宜等優(yōu)點，且不會發(fā)生探頭阻緩及中毒現(xiàn)象，維護成本較低，因而得到廣泛應(yīng)用。因此，本設(shè)計中的煙霧傳感器選用MQ-2半導(dǎo)體氣體煙霧傳感器。（c）MQ-2半導(dǎo)體氣體煙霧傳感器MQ-2半導(dǎo)體傳感器是以清潔空氣中電導(dǎo)率較低的金屬氧化物二氧化錫(SnO2)為主體的N型半導(dǎo)體氣敏元件。當(dāng)傳感器所處環(huán)境中存在煙霧氣體時，傳感器的電導(dǎo)率隨空氣中煙霧氣體濃度的增加而增大。在設(shè)計報警器時只有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。該傳感器具備一般半導(dǎo)體煙霧傳感器靈敏度高、電導(dǎo)率變化大、響應(yīng)和恢復(fù)時間短、抗干擾能力強、輸出信號大、壽命長和工作穩(wěn)定

15、等優(yōu)點，在市面上應(yīng)用十分廣泛。MQ-2氣敏元件的結(jié)構(gòu)如圖2所示，由微型AL2O3陶瓷管、SnO2 敏感層，測量電極和加熱器構(gòu)成的敏感元件固定在塑料或不銹鋼制成的腔體內(nèi)，加熱器為氣敏元件提供了必要的工作條件。封裝好的氣敏元件有只針狀管腳，其中個用于信號取出，個用于提供加熱電流。MQ-2半導(dǎo)體氣體煙霧傳感器適用于煙霧、天然氣、煤氣、氫氣、烷類氣體、汽油、煤油、乙炔、氨氣等的檢測，對可燃性氣體的（CH4、C4H10、H2等）的檢測很理想。這種傳感器在較寬的濃度范圍內(nèi)對煙霧氣體有良好的靈敏度，能夠檢測多種可燃性氣體，十分適合應(yīng)用在家庭的氣體泄漏報警器中。是一款便攜式氣體檢測器，非常適合多種應(yīng)用的低成本

16、傳感器。其技術(shù)指標如表1所示。表1 MQ-2的技術(shù)指標加熱電壓（Vh） AC或DC 50.2V 回路電壓（Vc）負載電陰（Rl）清潔空氣中電阻 （Ra） 靈敏度（S=Ra/Rdg）響應(yīng)時間(trec)恢復(fù)時間(trec)元件功耗檢測范圍使用壽命最大DC 24V2K2000 K4(在1000ppmC4H10中)10S30S0.7W5010000ppm2年 由于物理量和測量范圍的不同，傳感器的工作機理和結(jié)構(gòu)就不同。通常煙霧傳感器輸出的電信號是模擬信號（已有許多新型傳感器采用數(shù)字量輸出）。當(dāng)信號的數(shù)值符合A/D轉(zhuǎn)換器的輸入等級時，可以不用放大器放大；當(dāng)信號的數(shù)值不符合A/D轉(zhuǎn)換器的輸入等級時，就需要

17、放大器放大。所以MQ-2半導(dǎo)體氣體煙霧傳感器要想把采集到的煙霧濃度模擬信號傳送給單片機控制器就必須經(jīng)過將模擬信號經(jīng)過A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)化為可以識別的電信號給單片機。 設(shè)計時應(yīng)注意，氣敏元件開機通電時，其內(nèi)阻很小，但經(jīng)過一段時間后，才能恢復(fù)到原來的穩(wěn)定狀態(tài)。因此，QM-2氣體傳感器需開機預(yù)熱幾分鐘，才可投入使用，以免造成誤報。最后根據(jù)各方面的條件與器材的性能指標，選擇用MQ-2半導(dǎo)體煙霧傳感器，因為它能滿足課題所需要的基本條件，例如：該傳感器具備一般半導(dǎo)體煙霧傳感器靈敏度高、電導(dǎo)率變化大、響應(yīng)和恢復(fù)時間短、抗干擾能力強、輸出信號大、壽命長和工作穩(wěn)定等優(yōu)點，其中的靈敏度和響應(yīng)和恢復(fù)時間短是最需要的。而

18、且它的其他方面的性能相對于其他器件也更為優(yōu)秀。2.2.2 單片機選型單片機是煙霧自動報警系統(tǒng)的心臟，用來接收火災(zāi)信號并啟動報警裝置顯示和執(zhí)行相應(yīng)的報警。在單片機實現(xiàn)的控制功能中，需要單片機有較快的運算速度，使檢測人員和用戶在報警器系統(tǒng)正常工作時能夠及時地觀測到實時的煙霧濃度等級，并進行相應(yīng)處理。同時，在能夠滿足報警器系統(tǒng)設(shè)計的計算速度及接口功能要求的同類型單片機中，要考慮選擇價格低廉且體積輕巧的機型，在保證了報警器的精確性、可靠性及抗干擾性的基礎(chǔ)上，能夠不提高成本，縮小體積。由于單片機技術(shù)在各個領(lǐng)域正得到越來越廣泛的應(yīng)用，世界上許多集成電路生產(chǎn)廠家相繼推出了各種類型的單片機，在單片機家族的眾多

19、成員中，MCS系列單片機以其優(yōu)越的性能、成熟的技術(shù)及高可靠性和高性能價格比，迅速占領(lǐng)了工業(yè)測控和自動化工程應(yīng)用的主要市場，成為國內(nèi)單片機應(yīng)用領(lǐng)域中的主流。其中，51系列單片機的優(yōu)點是價錢便宜,I/O口多,程序空間大。因此，測控系統(tǒng)中，使用51系列單片機是最理想的選擇，因此設(shè)計采用STC89C52。2.2.3 STC89C52單片機簡介 STC89C52是一種低功耗、高性能CMOS8位微控制器，具有8K可編程Flash存儲器。使用高密度非易失性存儲器技術(shù)制造，與工業(yè)80C51 產(chǎn)品指令和引腳完全兼容。片上Flash允許程序存儲器在線可編程，亦適于常規(guī)編程器。在單芯片上，擁有靈巧的8 位CPU 和

20、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。STC89C52具有以下標準功能：8k字節(jié)Flash，256字節(jié)RAM，32 位I/O 口線，看門狗定時器，2個數(shù)據(jù)指針，三個16位定時器/計數(shù)器，一個6向量2級中斷結(jié)構(gòu)，全雙工串行口，片內(nèi)晶振及時鐘電路。另外，STC89C52 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?？臻e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(fù)位為止。這一模塊以單片機為中心把程序代碼燒進去然后

21、外圍接上復(fù)位電路、振蕩電路、鍵盤控制、LED顯示電路、報警電路等子模塊。2.2.4 單片機的引腳功能描述 下面對STC89C52各引腳的功能進行較為詳細的介紹：1)電源引腳Vcc和Vss Vcc(40腳)：電源端為+5V Vss(20腳)：接地端。 2)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。在單片機內(nèi)部它是振蕩電路反向放大器的輸出端，振蕩電路的頻率就是晶體固有頻率。若需采用外部時針電路時，該引腳輸入外時鐘脈沖。要檢查STC89C52的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

22、另一端。在片內(nèi)，它是振蕩電路反向放大器的輸入端。在采用外部時鐘時，該引腳必須接地。 3)控制信號腳 RST ALE PSEN 和EA。 RST(9腳)：RST是復(fù)位信號輸入端，高電平有效。在此輸入端保持兩個機器周期(24個時鐘振蕩周期)的高電平時，就可以完成復(fù)位操作。 ALE/PROG（30引腳）：地址鎖存允許信號端。當(dāng)STC89C52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，當(dāng)CPU訪問片外存儲器時，ALE輸出信號作為鎖存低8位地址的控制信號。在CPU訪問片外數(shù)據(jù)存儲時，每取值一次（一個機器周期）會丟失一個脈沖。平時不訪問片外存儲時，ALE端也以1

23、/6的振蕩頻率固定輸出正脈沖，因而ALE信號可以用作對外輸出時鐘或定時信號。如果你想看一下STC89C52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STC89C52基本上是好的。ALE的負載驅(qū)動能力為8個LS型TTL（低功耗高速TTL）。 PSEN（29腳）；程序存儲允許輸出信號引腳，在訪問片外程序存儲器時，此端定時輸出負脈沖作為讀片外存儲器的選通信號。此引腳接ERROM的OE端。PSEN端有效，即允許讀出ERROM/ROM中的指令碼。CPU在從外部ERROM/ROM取指令期間，每個周期PSEN兩次有效。不過，在訪問片外RAM時，要少產(chǎn)生兩次PSEN負脈沖信號。

24、要檢查一個AT89C52小系統(tǒng)上電后CPU能否正常到ERROM/ROM中讀取指令碼，也可用于示波器看PSEN端有無脈沖輸出。如有，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)ERROM/ROM并執(zhí)行內(nèi)部程序存儲器中的指令。但在PC（程序計數(shù)器）的值超過OFFFH（對8751/8051為4k）時，將自動轉(zhuǎn)向執(zhí)行片外存儲器的程序。當(dāng)出入信號EA引腳接低電平（接地）時，CPU只訪問外部ERROM/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。對于無芯片內(nèi)的ROM的8031或8032，須外擴ER

25、ROM，此時必須將EA引腳接地。如果使用有片內(nèi)ROM的STC89C52，外擴ERROM也是可以的，但也要使EA接地。4)I/O（輸入/輸出端口，P0，P1，P2，P3）P0口：P0口是一個漏極開路的8位準雙向I/O端口。P1口：8位準雙向I/O端口。P2口：即可以做地址總線輸出地址高8位，也可以做普通I/O用，（此時為準雙向口）。P3口：雙功能口，即可以做普通I/O口用（此時為準向口，也可以按每位定義實現(xiàn)第二功能操作），如表2所示。表2 P3口的第二功能表引腳第二功能P3.0RXD （串行輸入口）P3.1TXD （串行輸出口）P3.2INT0（外部中斷0）P3.3INT1（外部中斷1）P3.4

26、T0（定時器0外部中斷）P3.5T1（定時器1外部中斷）P3.6WR（外部存儲器寫選通）P3.7RD（外部存儲器讀寫通）2.3 煙霧報警系統(tǒng)模塊介紹 2.3.1 溫度采集模塊 方案1： 采用PT100作為測溫電路的溫度傳感器。PT100傳感器是利用鉑電阻的阻值隨溫度變化而變化、并呈一定函數(shù)關(guān)系的特性來進行測溫的，具有抗振動、穩(wěn)定性好、準確度高、耐高壓等優(yōu)點。但使用起來比較復(fù)雜。 方案2： 采用DS18B20作為測溫電路的溫度傳感器。DS18B20的數(shù)字溫度輸出通過 “ 一線 ” 總線（ 1-Wire是一種獨特的數(shù)字信號總線協(xié)議，它將獨特的電源線和信號線復(fù)合在一起，僅使用一條口線；每個芯片唯一編

27、碼，支持聯(lián)網(wǎng)尋址、零功耗等待等，是所需硬件連線最少的一種總線）這種獨特的方式，可以使多個 DS18B20方便地組建成傳感器網(wǎng)絡(luò)，為整個測量系統(tǒng)的建立和組合提供了更大可能性。它在測溫精度、轉(zhuǎn)換時間、傳輸距離、分辨率等方面比其他溫度傳感器有了很大的進步，給用戶帶來了更方便的使用和更令人滿意的效果。 通過比較，DS18B20直接輸出數(shù)字溫度值，不需要校正，因此選擇方案2。 2.3.2 單片機最小系統(tǒng) 要使單片機工作起來最基本的電路構(gòu)成為單片機最小系統(tǒng)如圖3所示。 圖3 單片機最小系統(tǒng) 單片機最小系統(tǒng)包括單片機、復(fù)位電路、時鐘電路構(gòu)成。STC89C52 單片機的工作電壓范圍：4V-5.5V,所以通常給

28、單片機外界5V直流電源。連接方式為單片機中的40腳VCC接正極5V，而20腳VSS接電源地端。復(fù)位電路就是確定單片機的工作起始狀態(tài)，完成單片機的啟動過程。單片機接通電源時產(chǎn)生復(fù)位信號，完成單片機啟動確定單片機起始工作狀態(tài)。當(dāng)單片機系統(tǒng)在運行中，受到外界環(huán)境干擾出現(xiàn)程序跑飛的時候，按下復(fù)位按鈕內(nèi)部的程序自動從頭開始執(zhí)行。一般有上電自動復(fù)位和外部按鍵手動復(fù)位，單片機在時鐘電路工作以后，在RESET端持續(xù)給出2個機器周期的高電平時就可以完成復(fù)位操作。本設(shè)計采用的是外部手動按鍵復(fù)位電路，需要接上拉電阻來提高輸出高電平的值。 時鐘電路好比單片機的心臟，它控制著單片機的工作節(jié)奏。時鐘電路就是振蕩電路，是向

29、單片機提供一個正弦波信號作為基準，決定單片機的執(zhí)行速度。XTAL1和XTAL2分別為反向放大器的輸入和輸出，該反向放大器可以配置為片內(nèi)振蕩器。如采用外部時鐘源驅(qū)動器件，XTAL2應(yīng)不接。因為一個機器周期含有6個狀態(tài)周期，而每個狀態(tài)周期為2個振蕩周期，所以一個機器周期共有12個振蕩周期，如果外接石英晶體振蕩器的振蕩頻率為12MHZ，一個振蕩周期為1/12us。 2.3.3 單片機的時鐘電路與復(fù)位電路設(shè)計 本系統(tǒng)采用STC系統(tǒng)列單片機，相比其他系列單片機具有很多優(yōu)點。一般STC單片機資源比其他單片機要多，而且執(zhí)行速度快；STC系列單片機使用串口對單片機進行燒寫,下載程序較為方便；STC89C52單

30、片機內(nèi)部集成了看門狗電路；且具有很強抗干擾能力。本系統(tǒng)采用內(nèi)部方式的時鐘電路和加電自復(fù)位的復(fù)位電路，如圖4和圖5所示。圖4 時鐘電路圖5 復(fù)位電路由于單片機P0口內(nèi)部不含上拉電阻，為高阻態(tài)，不能正常地輸出高/低電平，因而該組I/O口在使用時必須外接上拉電阻。 2.3.4 煙霧檢測AD采集電路 煙霧檢測采用MQ-2傳感器。經(jīng)過ADC0832采集后就可以得到各種煙霧濃度下的電壓值。從而設(shè)定出理想的煙霧強度報警值。電路如圖6所示。圖6 煙霧檢測AD采集電路 2.3.5 顯示模塊 顯示采用數(shù)碼管顯示，數(shù)碼管顯示電路如圖7所示，驅(qū)動電路如圖8所示。圖7 數(shù)碼管顯示圖8 數(shù)碼管驅(qū)動電路 2.3.6 聲音報

31、警電路 電路通過三極管基極串連一個電阻與單片機P3.6端口連接從而達到控制蜂鳴器是否報警，聲音報警電路如圖9所示。圖9 聲音報警電路圖 2.3.7 按鍵控制電路 本電路設(shè)計了四個按鍵，一個設(shè)置鍵、一個加鍵、一個減鍵、一個緊急報警鍵，當(dāng)遇到緊急情況時，可按下緊急報警鍵，蜂鳴器進行報警，如圖10所示。圖10 消音按鍵連接電路圖 2.3.8 電源模塊 由于本系統(tǒng)采用電池供電，考慮了如下幾種方案為系統(tǒng)供電。 方案1：采用5V蓄電池為系統(tǒng)供電。蓄電池具有較強的電流驅(qū)動能力以及穩(wěn)定的電壓輸出性能。但是蓄電池的體積過于龐大，在報警器上使用極為不方便。因此放棄這個方案。 方案2：采用4節(jié)1.5 V干電池共4.

32、5V做電源，經(jīng)過實驗驗證系統(tǒng)工作時，單片機、傳感器的工作電壓穩(wěn)定能夠滿足系統(tǒng)的要求，而且電池更換方便。綜上所述采用方案2。電源接口電路如圖11所示，其中P1為電池接口，SW1為電源開關(guān)。圖11 電源接口電路 2.4 硬件PCB圖硬件PCB圖如圖12所示。圖12 硬件PCB圖3、 軟件設(shè)計思路主程序流程圖如圖13所示。首先要給傳感器預(yù)熱,因為MQ-2型半導(dǎo)體電阻式煙霧傳感器在不通電存放一段時間后，再次通電時，傳感器不能立即正常采集煙霧信息，需要一段時間預(yù)熱。程序初始化結(jié)束后，系統(tǒng)進入監(jiān)控狀態(tài)。開始程序初始化 傳感器預(yù)熱處理 進入報警子程序單片機處理，判斷是否超過設(shè)定報警值A(chǔ)/D轉(zhuǎn)換信號采集是否

33、信號采集圖13 主程序流程圖在整個報警系統(tǒng)工作中，煙霧濃度信息經(jīng)ADC0832轉(zhuǎn)換處理后，由單片機進行分析處理，判斷系統(tǒng)是否啟動報警。主程序還包括LED八段式數(shù)碼管濃度字符顯示功能、手動報警功能、報警濃度設(shè)定功能，中斷子程序等，使報警器功能更加完善，給用戶帶來便利。四、研究預(yù)期結(jié)果與研究內(nèi)容 4.1 預(yù)期研究內(nèi)容與成果制作基于單片機的火災(zāi)自動報警系統(tǒng)的設(shè)計與開發(fā)的成品，并測試各個模塊的功能是否完好，是否能實現(xiàn)火宅報警功能。設(shè)計煙霧火災(zāi)自動報警系統(tǒng)，其中核心模塊為單片機系統(tǒng)、單片機的時鐘電路與復(fù)位電路設(shè)計、煙霧檢測AD采集電路、顯示模塊，聲音報警電路，按鍵控制電路，電源模塊等幾大模塊。 4.2 研究步驟和方法研究步驟和方法如下：第一步：查找國內(nèi)外有關(guān)煙霧火災(zāi)自動報警系統(tǒng)的設(shè)計、單片機、以及傳感器相關(guān)的中英文資料，了解國內(nèi)外研究現(xiàn)狀及意義。第二步：開始獨立設(shè)計系統(tǒng)各個模塊的原理圖和PCB。第三步：購買相關(guān)元器件，將PCB制作成板并進行相關(guān)的連線等整體系統(tǒng)搭建。第四步：在Keil uVision4集成開發(fā)環(huán)境下進行C語言編程并仿真。第