智能火災(zāi)系統(tǒng)本科設(shè)計(jì)96655352

1、本科畢業(yè)設(shè)計(jì)題目 基于單片機(jī)的火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)設(shè)計(jì) 學(xué)生姓名 專業(yè)名稱 電子電氣工程學(xué)院2011級(jí)通信工程 指導(dǎo)教師 摘要 伴隨著時(shí)代不斷的進(jìn)步，人們越來越多的使用電子類設(shè)備，無論是家庭還是工廠使用的電器都越來越多。但是隨之而來的是因?yàn)殡娖鞯牟划?dāng)使用所引起的火災(zāi)也非常之多。我們的國家每年因?yàn)樗秒娖髟斐傻幕馂?zāi)而損失很多的利益?；馂?zāi)不僅帶來的物品財(cái)產(chǎn)上的損失，而且?guī)Ыo了我們失去親人的悲痛。所以針對這種情況我們很有必要設(shè)計(jì)出一種火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)，減少火災(zāi)的發(fā)生，并是我們在火災(zāi)中受到的經(jīng)濟(jì)損失和人員傷亡達(dá)到最小。目前我們國家有非常多的人也設(shè)計(jì)出了很多的火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)，但是大部分的火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)都是適用于大型的工

2、廠、公司而并不適用于家庭、宿舍等小的環(huán)境之中。所以研制一款針對于家庭、宿舍等小環(huán)境研制出一款火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)是非常重要的。并且本次設(shè)計(jì)也言簡意賅、實(shí)用性高。所以針對小的環(huán)境之中的火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)本文設(shè)計(jì)了一種火災(zāi)報(bào)警器。該系統(tǒng)設(shè)計(jì)核心為MCS-51單片機(jī)和MQ-2半導(dǎo)體氣體煙霧傳感器，芯片我們采用STC89C52芯片，火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)中的電路包括煙霧采集信號(hào)電路、前置放大電路、A/D轉(zhuǎn)換電路、安全保護(hù)電路等主要電路組成。最終經(jīng)過調(diào)試，確定本設(shè)計(jì)方案是可行的。關(guān)鍵字：單片機(jī)；傳感器 ；煙霧報(bào)警器 Abstract Along withthe progress of times,more and more p

3、eopleuseelectronic equipment,whether the family orthe factory useelectrical appliances aremore and more.Itisbecause ofthe improper use ofelectrical appliancescaused byfireis also very much.Our countryeach year because ofthe use of electricfire caused by theloss ofa lot of interests.Fire not onlybrou

4、ghtthegoodsproperty losses,but alsobrought usthe grief of losing loved ones.Soin this caseit is necessary for usto design afire alarm system,reduce the fire,andwe arein the firecasualties and economic lossestothe minimum.At present,our country hasso many peoplehavedesigned a lot offire alarm system,

5、but most of thefire alarm systemisapplicable to largefactories,companiesandis notsuitable for families,dormitories and othersmallenvironment.So the development ofaneedleis very important forfamilies,dormitories and othersmall environmentdeveloped afire alarm system.Andthis designisconcise and compre

6、hensive,highly practical.So for thesmallenvironmentof the fire alarm systemthis paper designed afire alarm.The core of the system designfor the MCS-51 MCUand MQ-2chipsemiconductor gassmoke sensor,we adopt STC89C52 chip,the fire alarmcircuitin the system including thesmokesignal acquisitioncircuit,pr

7、eamplifier circuit,A/D conversion circuit , protection circuitmaincircuit.Afterdebugging,thedesignscheme is feasible. 目錄1 緒論11.1 課題背景11.2 煙霧報(bào)警器的國內(nèi)外現(xiàn)狀12 總體方案設(shè)計(jì)22.1 煙霧檢測傳感器選型32.2 單片機(jī)選型42.2.1 STC89C52單片機(jī)簡介42.2.2 單片機(jī)的引腳功能描述53 系統(tǒng)的硬件電路83.1 單片機(jī)最小系統(tǒng)83.2 單片機(jī)的時(shí)鐘電路與復(fù)位電路設(shè)計(jì)93.3 煙霧檢測AD采集電路93.4 顯示模塊103.5 聲音報(bào)警電路113

8、.6 按鍵控制電路113.7 電源模塊123.8 溫度傳感器(DS18B20)電路133.8.1 DSl8B20簡介133.8.2 18B20接口電路154 系統(tǒng)軟件的設(shè)計(jì)165 電路的調(diào)試176 總結(jié)評(píng)價(jià)17致謝18參考文獻(xiàn)1附件一：總體原理圖設(shè)計(jì)2附件二：部分程序源代碼3附件三：實(shí)物圖61 緒論1.1 課題背景隨著科技的不斷發(fā)展，人們現(xiàn)在對于電器的應(yīng)用越來越多，無論是家用電器，還是工廠使用的電器都越來越多。但是隨之而來的是因?yàn)殡娖鞯牟划?dāng)使用所引起的火災(zāi)也非常之多。所以針對于火災(zāi)的發(fā)生我們應(yīng)當(dāng)盡早發(fā)現(xiàn)火災(zāi)的源頭并給予通報(bào)，因此我們對于現(xiàn)場的煙霧進(jìn)行采集，監(jiān)視所處的環(huán)境之中的煙霧濃度，以便于及

9、時(shí)的發(fā)現(xiàn)火源，進(jìn)而盡量減小事故的發(fā)生，從而才能進(jìn)一步使我們生活的環(huán)境處于安全。1.2 煙霧報(bào)警器的國內(nèi)外現(xiàn)狀 外國國外對于煙霧傳感器的研究開發(fā)可以追溯到上世紀(jì)30年代初，一經(jīng)出現(xiàn)便受到了大批大批人士的追捧。其中一個(gè)方面是因?yàn)槿藗円庾R(shí)到了火災(zāi)對于人們生活的威脅性；另一方面是因?yàn)閭鞲衅鞯氖袌鲈谕鈬粩嗟乜焖侔l(fā)展，并且隨著傳感器的快速發(fā)展，傳感器不僅在工藝上得到了很大的提高，而且其越來越趨于小型化體積越來越小，也就是說在一個(gè)芯片上便包括了傳感器等一系列的電子器件。這種情形不僅使煙霧檢測儀器更加便于攜帶，更使其在生產(chǎn)、運(yùn)輸?shù)确矫嫠枰某杀敬蟠蠼档汀?煙霧傳感器的研究發(fā)明在我國是從上世紀(jì)七八十年代初才

10、慢慢開始的，隨著我國對于煙霧傳感器的快速發(fā)展，不僅研制出的煙霧傳感器的型號(hào)越來越多樣而且煙霧傳感器的種類也越來越全，應(yīng)用于各個(gè)生產(chǎn)生活的領(lǐng)域。我們國家在引進(jìn)國外對于煙霧傳感器先進(jìn)的技術(shù)和先進(jìn)的工藝，進(jìn)行自主開發(fā)和自主研究。生產(chǎn)粗了許多針對于我們國家的煙霧傳感器。報(bào)警器在分類上一共可以分為三大類。其中包括民用煙霧報(bào)警器、工業(yè)用煙霧報(bào)警器、 有毒有害煙霧報(bào)警器。(1)民用煙霧報(bào)警器 該型報(bào)警器一般屬于小型的火災(zāi)報(bào)警器,在人們的生活之中一般人們會(huì)將其安裝在廚房之中，每當(dāng)火災(zāi)發(fā)生時(shí)該報(bào)警器會(huì)監(jiān)測到火災(zāi)產(chǎn)生的煙霧，進(jìn)兒報(bào)警器便會(huì)發(fā)出報(bào)警，向人們顯示火災(zāi)的發(fā)生。有一些高端的報(bào)警器還可以開啟系統(tǒng)排風(fēng)扇功能，

11、將火災(zāi)產(chǎn)生的煙霧排到屋外去。(2) 工業(yè)用煙霧報(bào)警器 工業(yè)報(bào)警器總的來說就是應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)過程中的大型火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)。該報(bào)警器根據(jù)狀態(tài)種類的不同，又可以分為三類。分別為檢漏儀、控制器和探測器。 檢漏儀相對于其他兩種的特點(diǎn)是體積很小，該儀器主要應(yīng)用之處便是對于燃?xì)夤艿赖墓芾怼Ｈ绻跈z測過程之中發(fā)現(xiàn)有燃?xì)獍l(fā)生泄漏，檢漏儀便會(huì)發(fā)出報(bào)警，該儀器在報(bào)警的同時(shí)人們還可以在該儀器上讀取到煙霧的濃度，使人們防患于未然，防止火災(zāi)的產(chǎn)生。探測器人們一般會(huì)將其裝于防爆現(xiàn)場，控制器人們通常則會(huì)將其放在有人值守的地方，比如傳達(dá)室等。他們兩者之間人們通常會(huì)采用屏蔽電纜線連接。當(dāng)工作人員在現(xiàn)場探測到燃?xì)獍l(fā)生泄漏之后，就會(huì)通過

12、電纜線將燃?xì)獍l(fā)生泄露的信號(hào)傳到控制器，相應(yīng)的控制器就會(huì)發(fā)出報(bào)警，在報(bào)警的同時(shí)該系統(tǒng)就會(huì)啟動(dòng)排風(fēng)裝置并且會(huì)關(guān)閉閥門并進(jìn)一步會(huì)切斷燃?xì)獾脑搭^。此種探測器和控制器應(yīng)用相當(dāng)?shù)膹V泛，例如液化氣站、汽車加油站、鍋爐房等重要的場所。(3) 有毒有害煙霧報(bào)警器有毒有害煙霧報(bào)警器相對于前文描述的探測器只是在檢測探頭上與其有輕微的差異，而在原理和應(yīng)用中都很相似。2 總體方案設(shè)計(jì)煙霧報(bào)警器不僅可以監(jiān)測出所處于工作環(huán)境之中的煙霧的濃度，并且可以在遇到火災(zāi)時(shí)煙霧的濃度超過所設(shè)定值時(shí)會(huì)產(chǎn)生報(bào)警。人們在設(shè)計(jì)這種煙霧報(bào)警器時(shí)為了適應(yīng)家庭和工業(yè)等場所對應(yīng)的安全性的要求，設(shè)計(jì)的該報(bào)警器應(yīng)當(dāng)包含有顯示報(bào)警的狀態(tài)。人們所設(shè)計(jì)的這種報(bào)

13、警器工作方式采用的是延時(shí)的工作方式，并以STC89C52單片機(jī)為控制核心，采用MQ-2傳感器用來收集煙霧濃度，并且這種報(bào)警系統(tǒng)還會(huì)配合外圍電路來達(dá)到設(shè)計(jì)的要求。我們所設(shè)計(jì)的報(bào)警系統(tǒng)主要包括硬件設(shè)計(jì)部分和軟件設(shè)計(jì)部分。下圖，如圖1所示表示的為我們本次設(shè)計(jì)的總體設(shè)計(jì)的框架圖。 電源開關(guān) 電源 STC89C52 單片機(jī)AD采集電路顯示電路報(bào)警電路按鍵控制 圖1 總體設(shè)計(jì)框圖我們在本次設(shè)計(jì)之中，CPU使用的是MCS-51單片機(jī)系列中的STC89C52單片機(jī)。我們會(huì)將報(bào)警器在所處的監(jiān)測位置所監(jiān)測的煙霧濃度的信號(hào)使用煙霧檢測探頭將其變?yōu)殡娦盘?hào)，并且會(huì)通過模擬/數(shù)字電路進(jìn)行采集。然后傳入到單片機(jī)之中，經(jīng)過軟

14、件系統(tǒng)進(jìn)行查詢等環(huán)節(jié)實(shí)時(shí)發(fā)出報(bào)警信號(hào),最終經(jīng)過驅(qū)動(dòng)蜂鳴器和指示燈來進(jìn)行報(bào)警的產(chǎn)生。2.1 煙霧檢測傳感器選型煙霧傳感器是人們針對于火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)之中測量的裝置和控制系統(tǒng)的第一個(gè)非常重要的環(huán)節(jié)。因?yàn)樵趫?bào)警器之中的信號(hào)的采集環(huán)節(jié)會(huì)用到煙霧傳感器。該傳感器可以將檢測出的有關(guān)煙霧的濃度的信號(hào)經(jīng)過煙霧檢測探頭將其轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，從而可以進(jìn)一步的達(dá)到檢測和監(jiān)控等功能的實(shí)現(xiàn)。我們可以這么說，如果沒有傳感器在檢測過程中輸入精確有效的信號(hào)，那么就不會(huì)有檢測、控制等系統(tǒng)的精確產(chǎn)生。煙霧傳感器作為核心器件，可以說是它決定了所有監(jiān)測到的煙霧濃度信號(hào)的準(zhǔn)確性和可靠性。下圖，如圖2表示為煙霧傳感器內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖： 圖 2 煙霧傳

15、感器及其結(jié)構(gòu)圖在上文的敘述之中，因?yàn)镸Q-2半導(dǎo)體傳感器相對于其他的半導(dǎo)體煙霧傳感器來說，靈敏度非常的高，電導(dǎo)率現(xiàn)對于其他類型的傳感器來說變化更加大、響應(yīng)的時(shí)間和恢復(fù)的時(shí)間都非常的短、抑制影響的能力也非常強(qiáng)大，而且該傳感器所輸出的信號(hào)也非常大、壽命更加長，工作平穩(wěn)性更加平穩(wěn)等優(yōu)點(diǎn)，所以這種傳感器在市面上的應(yīng)用非常的廣泛。所以針對傳感器的選擇我們選擇用MQ-2半導(dǎo)體傳感器來作為本次設(shè)計(jì)的核心傳感器。所以下文我們將針對MQ-2半導(dǎo)體氣體煙霧傳感器做重點(diǎn)的介紹。MQ-2半導(dǎo)體傳感器是以金屬氧化物二氧化錫為主體的N型半導(dǎo)體氣敏元件。當(dāng)這種傳感器所處的環(huán)境之中檢測出有煙霧氣體的時(shí)候，傳感器中的N型半導(dǎo)體

16、氣敏元件的電導(dǎo)率與所檢測空氣中煙霧濃度成正比關(guān)系。所以我們在本次設(shè)計(jì)報(bào)警器，可以只要使用相應(yīng)的電路將電導(dǎo)率中的變化關(guān)系轉(zhuǎn)變成為與該氣體濃度相對應(yīng)的電信號(hào)。2.2 單片機(jī)選型單片機(jī)對于煙霧自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)來說是最為關(guān)鍵性的一個(gè)元件，可以說單片機(jī)是整個(gè)系統(tǒng)的心臟，因?yàn)樵谙到y(tǒng)中，單片機(jī)是用來接收信號(hào)并用來啟動(dòng)報(bào)警裝置進(jìn)一步會(huì)執(zhí)行相應(yīng)的報(bào)警。在單片機(jī)實(shí)現(xiàn)的控制功能中，需要單片機(jī)有較快的運(yùn)算速度，使檢測人員和用戶在報(bào)警器系統(tǒng)正常工作時(shí)能夠及時(shí)地觀測到實(shí)時(shí)的煙霧濃度等級(jí)，并進(jìn)行相應(yīng)處理。同時(shí)，在能夠滿足報(bào)警器系統(tǒng)設(shè)計(jì)的計(jì)算速度及接口功能要求的同類型單片機(jī)中，要考慮選擇價(jià)格低廉且體積輕巧的機(jī)型，在保證了報(bào)警器的

17、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。針對本文系統(tǒng)單片機(jī)的選擇，我們使用MCS-51系列單片機(jī)中的STC89C52單片機(jī)。下文我們會(huì)對STC89C52單片機(jī)做重點(diǎn)介紹。 STC89C52單片機(jī)簡介 、高性能CMOS8位微控制器，具有8K可編程Flash存儲(chǔ)器。使用高密度非易失性存儲(chǔ)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(chǔ)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(biāo)準(zhǔn)功能：8k字節(jié)Fla

18、sh，256字節(jié)RAM，32 位I/O 口線，看門狗定時(shí)器，2個(gè)數(shù)據(jù)指針，三個(gè)16位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器，一個(gè)6向量2級(jí)中斷結(jié)構(gòu)，全雙工串行口，片內(nèi)晶振及時(shí)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。空閑模式下，CPU停止工作，允許RAM、定時(shí)器/計(jì)數(shù)器、串口、中斷繼續(xù)工作。掉電保護(hù)方式下，RAM內(nèi)容被保存，振蕩器被凍結(jié)，單片機(jī)一切工作停止，直到下一個(gè)中斷或硬件復(fù)位為止。這一模塊以單片機(jī)為中心把程序代碼燒進(jìn)去然后外圍接上復(fù)位電路、振蕩電路、鍵盤控制、LED顯示電路、報(bào)警電路等子模塊。 單片機(jī)的引腳功能描述 下面對STC89C52各引腳的功能進(jìn)行較為詳細(xì)的介

19、紹：1)電源引腳Vcc和VssVcc引腳可以表示為電源端為+5V，該引腳一共有40腳； Vss引腳可以表示為接地端引腳，該引腳一共有20腳； 2)引腳XTAL1和XTAL2 XTAL2可以表示為時(shí)鐘電路引腳，該引腳與外部晶體的一端相連接。該引腳在單片機(jī)的內(nèi)部可以表示為電路反向放大器的輸出端，而該電路的頻率可以表示為晶體固有的頻率。如果需要使用到外部時(shí)針電路的時(shí)候，該引腳的輸入脈沖表示為外時(shí)鐘脈沖。如果需要檢查該單片機(jī)中的振蕩電路是否工作正常，則可以用到示波器來針對XTAL2時(shí)鐘電路引腳是否有脈沖信號(hào)輸出進(jìn)行查看。該引腳一共有18腳。 XTAL1也表示為時(shí)鐘電路引腳，與XTAL2不同之處在于該引

20、腳可以接到外部晶體和微調(diào)電容的另一端。在單片機(jī)工作之中，它可以表示為電路反向放大器的輸入端。如果我們使用外部時(shí)鐘的時(shí)候，這個(gè)引腳就必須接到地，該引腳一共有19腳。 3引腳 RST ALE PSEN 和EA。 RST可以表示為復(fù)位信號(hào)輸入端引腳，該引腳在輸入為高電平時(shí)才有效果，在低電平時(shí)無效。所以只有在RST引腳的輸入端的機(jī)器周期為高電平的時(shí)候，RST引腳才能夠完成復(fù)位操作。該引腳一共有9腳。 ALE/PROG引腳可以表示為地址鎖存允許信號(hào)端。只有當(dāng)STC89C52單片機(jī)在正常工作的時(shí)候，ALE引腳則會(huì)連續(xù)的向外輸出脈沖信號(hào)，該脈沖信號(hào)的值為正值。當(dāng)STC89C52單片機(jī)訪問片外RAM的時(shí)候，引

21、腳ALE的為空之鎖存地址低八位的信號(hào)。在STC89C52單片機(jī)訪問片外ROM的時(shí)候，每當(dāng)STC89C52單片機(jī)取值一次就會(huì)失去一個(gè)脈沖。通常情況下人們?nèi)绻胫涝撔酒欠駬p壞，就可以使用示波器查看ALE引腳有沒有輸出脈沖信號(hào)，如果沒有輸出信號(hào)的，則STC89C52芯片基本上來說是沒有問題的。該引腳一共有30腳。 PSEN引腳我們可以表示為程序存儲(chǔ)允許輸出信號(hào)，在訪問片外RAM時(shí)，這個(gè)引腳的輸出脈沖可以作為片外ERROM/ROM的選通信號(hào)，該輸出脈沖信號(hào)值為負(fù)值。STC89C52單片機(jī)在從外部ERROM/ROM讀取指令的期間中，在一個(gè)周期的過程之中PSEN可以有效兩次。但是STC89C52單片機(jī)

22、在訪問片外RAM時(shí)，則需要少生成兩次脈沖信號(hào)，該信號(hào)的值為負(fù)值。通常的情況下我們?nèi)绻繟T89C52系統(tǒng)上電后單片機(jī)到ERROM/ROM中能不能正常的讀取指令碼，就可以從示波器看PSEN端有沒有脈沖的輸出。如果有脈沖輸出的話那么就基本上能夠說明AT89C52系統(tǒng)工作是正常。該引腳一共有29腳。 EA/VPP可以分別表示為外部程序存儲(chǔ)器地址允許輸入端的引腳和固化編程電壓輸入端引腳。當(dāng)外部程序RAM地址允許輸入端的引腳接高電平的時(shí)候，STC89C52單片機(jī)只會(huì)訪問片內(nèi)ERROM/ROM并執(zhí)行指令。但是當(dāng)STC89C52單片機(jī)的數(shù)值超過OFFFH值的時(shí)候，STC89C52單片機(jī)就將會(huì)自動(dòng)轉(zhuǎn)向執(zhí)行

23、片外RAM的程序。當(dāng)輸入的信號(hào)外部程序存儲(chǔ)器地址允許輸入端的引腳接低電平時(shí)，那么STC89C52單片機(jī)就會(huì)只訪問外部ERROM/ROM并且也會(huì)執(zhí)行外部程序RAM中的指令，而且并不用管單片機(jī)中是否有片內(nèi)RAM程序。然而如果對于對于ROM的8031或8032單片機(jī)，因?yàn)镽OM的8031或8032單片機(jī)之中沒有芯片，那么我們就必須向外擴(kuò)展ERROM，那么在這個(gè)時(shí)候我們就必須將EA引腳接到地。但是如果我們使用的是有片內(nèi)ROM的STC89C52單片機(jī)時(shí)，也要使EA引腳接地。該引腳一共有31腳。I/O引腳可以表示為輸入/輸出端口引腳，該引腳中包括P0，P1，P2，P3四個(gè)端口。P0口可以表示為一個(gè)漏極開路

24、的八位雙向輸入/輸出端口。P1口可以表示為一個(gè)八位準(zhǔn)雙向輸入/輸出端口。P2口不僅可以表示為地址總線輸出地址高八位，而且也可以做為平常的輸入/輸出端口使用。P3口可以表示為一個(gè)雙功能口，該引腳不僅可以做為平常的輸入/輸出口用而且該輸入/輸出端口也可以按每位定義實(shí)現(xiàn)第二功能操作。詳情可以從以下的表中看出來。 我們在測量溫度的時(shí)候，需要設(shè)計(jì)測溫電路，那么我們就需要用到溫度傳感器，對于溫度傳感器的選擇是非常之重要的，在如今的社會(huì)，人們已經(jīng)研發(fā)出了很多種的溫度傳感器，而每種溫度傳感器在不同的系統(tǒng)之中都有其不同的優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)，以下我們針對兩種溫度傳感器進(jìn)行比較，其中一種為PT100溫度傳感器，另一種為DS

25、18B20溫度傳感器，然后我們選擇一種適用于本文設(shè)計(jì)的溫度傳感器。方案1： 方案一我們選擇PT100溫度傳感器。PT100溫度傳感器測量溫度的時(shí)候我們通常是利用鉑電阻的阻值隨溫度改變而變化的思路、并且這種變化會(huì)呈一定函數(shù)關(guān)系，這種溫度傳感器不僅具有良好的抗振動(dòng)能力，而且穩(wěn)定性也非常的好、精確度也非常的精確，并且這種傳感器可以忍受高壓。但是缺點(diǎn)就是這種溫度傳感器使用起來非常的復(fù)雜。方案2：方案二我們選擇DS18B20溫度傳感器。DS18B20溫度傳感器的輸出總線的方式是通過 “ 一線 ” 總線這種獨(dú)特的方式。這種獨(dú)特的輸出總線的方式不僅可以使多個(gè) DS18B20溫度傳感器可以方便地形成一個(gè)傳感器

26、網(wǎng)絡(luò)，而且DS18B20溫度傳感器在測溫時(shí)候的精度方面、轉(zhuǎn)換時(shí)候的時(shí)間等方面相對于其他的溫度傳感器都有了非常大的進(jìn)步。綜上所述，我們通過兩種溫度傳感器的比較，DS18B20溫度傳感器不僅可以直接輸出溫度值，而且不需要進(jìn)行過多的校正，因此，對于溫度傳感器的選擇，我們選擇DS18B20溫度傳感器。3 系統(tǒng)的硬件電路 3.1 單片機(jī)最小系統(tǒng) 如果要使單片機(jī)進(jìn)行正常的工作，那么構(gòu)成單片機(jī)電路最基礎(chǔ)的的就是單片機(jī)最小系統(tǒng)，單片機(jī)最小系統(tǒng)如下圖所示。 圖3 單片機(jī)最小系統(tǒng) 單片機(jī)最小系統(tǒng)的電路包括單片機(jī)電路、復(fù)位電路和時(shí)鐘電路。STC89C52 單片機(jī)的正常的工作電壓為4V-5.5V,因此我們通常在給單片

27、機(jī)接入電源時(shí)一般接入的為5V的直流電源。我們通常會(huì)通過單片機(jī)的電源端的VCC引腳接入+5V電源，而單片機(jī)中的接地端的VSS引腳在通常情況下則會(huì)接地。復(fù)位電路一般來說就是確定單片機(jī)在開始工作時(shí)的狀態(tài)，即使單片機(jī)完成啟動(dòng)的一個(gè)過程。打開電源的開關(guān)時(shí)單片機(jī)便會(huì)產(chǎn)生一個(gè)復(fù)位信號(hào)，從而進(jìn)一步完成啟動(dòng)并且進(jìn)一步確定單片機(jī)的起始工作狀態(tài)。當(dāng)單片機(jī)系統(tǒng)在運(yùn)行的過程之中，有時(shí)候單片機(jī)系統(tǒng)可能會(huì)因?yàn)槟承┰驈亩鴮?dǎo)致死機(jī)或者跑飛的現(xiàn)象，通常在這個(gè)時(shí)候我們都會(huì)按下復(fù)位按鈕使單片機(jī)系統(tǒng)中的程序從頭開始執(zhí)行。復(fù)位通常有兩種方法其中一種為上電自動(dòng)復(fù)位另一種為外部按鍵手動(dòng)復(fù)位，一般情況下單片機(jī)系統(tǒng)在時(shí)鐘電路的工作之后，在復(fù)位

28、端出連續(xù)的輸出兩個(gè)周期的高電平時(shí)，這時(shí)單片機(jī)系統(tǒng)就會(huì)完成復(fù)位操作。而在本設(shè)計(jì)之中我們所采用的復(fù)位方法是外部手動(dòng)復(fù)位。 3.2 單片機(jī)的時(shí)鐘電路與復(fù)位電路設(shè)計(jì) 我們在本次設(shè)計(jì)的系統(tǒng)之中我們采用STC89C52系列的單片機(jī)，STC89C52系列的單片機(jī)相對比其他系列的單片機(jī)來說具有很多的優(yōu)點(diǎn)。在該單片機(jī)中不僅資源相對比其他單片機(jī)要多的很多，而且對于系統(tǒng)的執(zhí)行速度也要快得多。STC89C52單片機(jī)內(nèi)部也集成了看門狗電路，使這種單片機(jī)具有很強(qiáng)的抑制干擾的能力。如下圖所示為本單片機(jī)系統(tǒng)的時(shí)鐘電路和復(fù)位電路。圖4 時(shí)鐘電路圖5 復(fù)位電路由于STC89C52單片機(jī)輸入/輸出端口中的P0端口沒有上拉電阻，表示

29、為高電阻狀態(tài)，從而并不能使STC89C52單片機(jī)正常地輸出高/低電平，因此該輸入/輸出端口在使用的過程之中必須外接一個(gè)上拉電阻。3.3 煙霧檢測AD采集電路 我們在煙霧檢測的過程之中通過采用MQ-2半導(dǎo)體煙霧傳感器。并且經(jīng)過ADC0832芯片經(jīng)過采集之后便可以得到各種煙霧濃度下的信號(hào)。因此我們根據(jù)這種設(shè)計(jì)可以設(shè)計(jì)出一種理想狀態(tài)下的煙霧強(qiáng)度報(bào)警信號(hào)。這種煙霧檢測AD采集電路如下圖所示：圖6 煙霧濃度采集電路3.4 顯示模塊 我們在顯示模塊的過程之中通過數(shù)碼管進(jìn)行顯示，顯示模塊的電路如下圖所示：圖7 數(shù)碼管顯示3.5 聲音報(bào)警電路 通常情況之下聲音報(bào)警電路會(huì)經(jīng)過三極管基極串連一個(gè)電阻并且會(huì)與單片機(jī)

30、之中的P3端口之中的P3.6端口進(jìn)行連接，從而使單片機(jī)系統(tǒng)控制蜂鳴器是不是需要報(bào)警。 圖8 聲音報(bào)警電路圖 3.6 按鍵控制電路 在本次設(shè)計(jì)之中我們針對本電路一共設(shè)置了四個(gè)按鍵，一個(gè)設(shè)置鍵、一個(gè)加鍵、一個(gè)減鍵、一個(gè)緊急報(bào)警鍵，當(dāng)我們在生活中遇到緊急的情況的時(shí)候，便可以迅速按下按鍵之中的緊急報(bào)警鍵，在這個(gè)時(shí)候蜂鳴器便會(huì)進(jìn)行報(bào)警。按鍵控制電路的電路圖如下圖所示：圖9 消音按鍵連接電路圖3.7 電源模塊 因?yàn)樵诒敬吾槍熿F報(bào)警系統(tǒng)之中對于供電系統(tǒng)我們采用的事電池供電，因此我們比較了兩種供電系統(tǒng)對本系統(tǒng)進(jìn)行供電，它們都有各自的優(yōu)缺點(diǎn)。方案1：方案一中我們使用5V蓄電池為我們所設(shè)計(jì)的系統(tǒng)進(jìn)行供電。通常情

31、況下蓄電池不僅具有很強(qiáng)大的電流驅(qū)動(dòng)能力而且也具有很平穩(wěn)的的電壓輸出的能力。但是蓄電池的缺點(diǎn)及時(shí)體積相對于其他供電系統(tǒng)太過于龐大，在小環(huán)境的報(bào)警器中使用起來相當(dāng)?shù)牟环奖恪７桨?：方案二中我們采用三節(jié)1.5 V的干電池互相串聯(lián)那么便得到了共4.5V的干電池做電源，我們通過實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證該單片機(jī)系統(tǒng)在工作的時(shí)候，各種器件所需要的電壓都能夠滿足該單片機(jī)系統(tǒng)的需求，而且電池更換起來也極為方便。綜上所述，我們針對單片機(jī)系統(tǒng)的供電系統(tǒng)采用第二種方案。圖10 電源接口電路3.8 溫度傳感器(DS18B20)電路 DSl8B20簡介DSl8B20溫度傳感器是全球著名的DALLAS半導(dǎo)體公司生產(chǎn)并推出的一款新型的溫度傳

32、感器，該溫度傳感器是繼DSl820溫度傳感器之后最新推出一款新型的智能溫度傳感器。DSl8B20溫度傳感器相對于傳統(tǒng)的熱敏電阻有很多的優(yōu)點(diǎn)，這種溫度傳感器不僅可以直接讀出被測量的溫度，而且也能夠根據(jù)系統(tǒng)的需要從而通過編程可以達(dá)到數(shù)字直讀方式。而且我們可以從DSl8B20溫度傳感器讀出或者寫入信息僅僅可以用一根口線用來讀寫，溫度變換功率來源于數(shù)據(jù)總線，而且總線也可以向DSl8B20溫度傳感器進(jìn)行供電，并不需要加入其他的電源。所以我們在應(yīng)用DSl8B20傳感器的過程之中不僅可以讓單片機(jī)系統(tǒng)中的結(jié)構(gòu)更加趨向于簡單，而且在這種溫度傳感器的可靠性也非常的高。本文設(shè)計(jì)不僅向我們介紹了基于DS18B20溫度

33、傳感器的溫度測量中所應(yīng)用的單片機(jī)控制系統(tǒng)的構(gòu)成、不且也向我們系統(tǒng)的介紹了設(shè)計(jì)的方案和所用到到的程序設(shè)計(jì)的過程。DS18B20溫度傳感器進(jìn)行多點(diǎn)溫度測量的單片機(jī)系統(tǒng)的控制的核心采用AT89C52單片機(jī)進(jìn)行控制的，并且以DS18B20作為被控制的對象，單片機(jī)系統(tǒng)中熟知的顯示我們采用數(shù)碼管進(jìn)行顯示，并且在單片機(jī)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)過程之中我們也用到了C語言來實(shí)現(xiàn)單片機(jī)系統(tǒng)所要求的各種功能。DSl8B20溫度傳感器我們用到了3腳PR35封裝和8腳SOIC封裝. 如下圖所示我們可以看出 DS18B20溫度傳感器中的各個(gè)管腳的排列： 圖11 DS18B20的管腳 DS18B20溫度傳感器的各個(gè)引腳說明如下： GND

34、 引腳可以表示為接地引腳； DQ 引腳可以表示為數(shù)據(jù)輸入/輸出端口引腳； VDD 引腳可以表示為所接電源的引腳； NC引腳可以表示為空腳； DSl8B20的內(nèi)部RAM包括兩個(gè)RAM，其中一個(gè)表示為高速暫存RAM，另一個(gè)為可電擦除的EEPRAM。可電擦除的存儲(chǔ)器通常情況下我們用來存儲(chǔ)TH和TL的值。通常情況下我們首先會(huì)將數(shù)據(jù)先寫入RAM，其次我們會(huì)通過校驗(yàn)并且將數(shù)據(jù)信號(hào)傳給EEPRAM。而配置寄存器為高速暫存器中的第5個(gè)字節(jié)，配置寄存器之中的內(nèi)容通常情況下用來確定數(shù)字轉(zhuǎn)換的分辨率，DSl8B20 溫度傳感器在正常工作的時(shí)候通常情況下會(huì)按照這個(gè)配置寄存器中的分辨率將溫度變?yōu)榕c其相對應(yīng)的數(shù)值。低5位

35、通常情況下一直都表示為1，TM通常情況下用來表示測試模式位，通常情況下TM用來進(jìn)行設(shè)置DSl8B20溫度傳感器應(yīng)當(dāng)在工作模式還是應(yīng)當(dāng)在測試模式。如下面表格中的內(nèi)容所示。DSl8B20溫度傳感器在剛剛出廠的時(shí)候該位一般情況下會(huì)被設(shè)置為0，并不需要用戶去進(jìn)行改動(dòng)。 表1 字節(jié)各位的定義TMR1R011111由下表中的內(nèi)容我們可以看出，我們所設(shè)定的分辨率與單片機(jī)系統(tǒng)中的溫度數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換時(shí)間成正比關(guān)系。所以當(dāng)我們在實(shí)際應(yīng)用的過程之中一定要在考慮分辨率和轉(zhuǎn)換時(shí)間并進(jìn)行權(quán)衡。高速暫存RAM之中不僅包括配置寄存器，而且還包括另外八個(gè)字節(jié)組成，它的分配從下表我們可以看出。通過下表我們可以看出TH和TL值第三，第四

36、節(jié)，第六到第八字節(jié)，表現(xiàn)為全邏輯1；第九字節(jié)讀出的數(shù)值就是前面的八個(gè)字節(jié)的RC碼，通常情況下可以用來保證通信的正確性。表2 數(shù)據(jù)分辨率和轉(zhuǎn)換時(shí)間R1R0分辨率溫度最大轉(zhuǎn)換時(shí)間/ms 00993.750110187.51011275.001112750.00通常情況之下當(dāng)DSl8B20溫度傳感器收到溫度轉(zhuǎn)換的信號(hào)之后，便會(huì)啟動(dòng)轉(zhuǎn)換程序，如下表中的內(nèi)容所示。轉(zhuǎn)換完成后的溫度值就以16位帶符號(hào)擴(kuò)展到二進(jìn)制補(bǔ)碼形式儲(chǔ)存在高速暫存存儲(chǔ)器的第l，2字節(jié)。DSl8B20溫度傳感器之中我們在計(jì)算對應(yīng)的溫度的時(shí)候：當(dāng)符號(hào)位S為0時(shí)，我們便可以直接把二進(jìn)制位轉(zhuǎn)換為十進(jìn)制；當(dāng)符號(hào)位S為1時(shí)，我們首先會(huì)將二進(jìn)制位補(bǔ)碼

37、變換為二進(jìn)制位原碼，然后再將二進(jìn)制位原碼轉(zhuǎn)換成十進(jìn)制數(shù)值。 表3 碼制轉(zhuǎn)換溫度低位溫度高位THTL配置保留保留保留8位CRC3.8.2 18B20接口電路 如下圖所示為18B20的接口電路。圖12溫度傳感器接口電路圖 （1） DS18B20控制方法 DS18B20溫度控制器有六條控制命令：44H可以表示為溫度轉(zhuǎn)換控制此時(shí)我們通常情況下會(huì)通過啟動(dòng)DS18B20進(jìn)行溫度轉(zhuǎn)換； BEH可以表示為讀暫存器 讀暫存器中包括九個(gè)字節(jié)的內(nèi)容； 4EH可以表示為寫暫存器其作用就是將系統(tǒng)之中的數(shù)據(jù)寫入暫存器的TH和TL字節(jié)之中； 48H可以表示為復(fù)制暫存器 這個(gè)暫存器的作用就是那TH和TL中的字節(jié)寫到E2RAM

38、中 ；B8H可以表示為重新調(diào)E2RAM其作用就是把E2RAM中的TH和TL中的字節(jié)寫到暫存器TH和TL字節(jié)之中。 B4H可以表示問讀電源供電方式其作用就是啟動(dòng)DS18B20溫度傳感器并向主CPU傳送供電方式的信號(hào) （2） DS18B20溫度傳感器的供電方式通常情況下DS18B20溫度傳感器可以使用兩種方式對系統(tǒng)進(jìn)行供電，其中的一種供電方式為電源供電方式，在這種供電方法的情況下DS18B20溫度傳感器的1號(hào)引腳接地，2號(hào)引腳通常情況下會(huì)當(dāng)做信號(hào)線，3號(hào)引腳通常情況下接供電電源。另一種供電方法為寄生電源的供電方法，通常情況下我們?yōu)榱吮ＷC在有效的DS18B20溫度傳感器周期內(nèi)向單片機(jī)系統(tǒng)提供足夠的電

39、流，這個(gè)時(shí)候我們就可以用到三極管用其來完成對總線的上拉過程。本文的設(shè)計(jì)我們針對供電方式應(yīng)用電源供電方式，STC89C52單片機(jī)中的P2.3端口接單線總線為了保證在有效的DS18B20溫度傳感器周期內(nèi)向單片機(jī)系統(tǒng)提供足夠的電流，這個(gè)時(shí)候我們就可以用到一個(gè)上拉電阻和STC89C52單片機(jī)中的P2.3端口用他們來完成對單片機(jī)系統(tǒng)總線的上拉。通常情況下如果我們使用寄生電源供電的方法就必須保證VDD引腳和GND引腳均接地。通過主機(jī)控制的DS18B20單片機(jī)系統(tǒng)如果需要完成溫度轉(zhuǎn)換過程就必須經(jīng)過3個(gè)步驟：l 初始化。l ROM操作指令。l 存儲(chǔ)器操作指令。4 系統(tǒng)軟件的設(shè)計(jì) 首先要給傳感器預(yù)熱,因?yàn)镸Q-

40、2型半導(dǎo)體電阻式煙霧傳感器在不通電存放一段時(shí)間后，再次通電時(shí)，傳感器不能立即正常采集煙霧信息，需要一段時(shí)間預(yù)熱。程序初始化結(jié)束后，系統(tǒng)進(jìn)入監(jiān)控狀態(tài)。在整個(gè)報(bào)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(jī)進(jìn)行分析處理，判斷系統(tǒng)是否啟動(dòng)報(bào)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(dòng)報(bào)警功能、報(bào)警濃度設(shè)定功能，中斷子程序等，使報(bào)警器功能更加完善，給用戶帶來便利。5 電路的調(diào)試在電路的調(diào)試的過程之中，首先我們應(yīng)該輸入單片機(jī)系統(tǒng)的顯示程序，看一看顯示手否正常。其次當(dāng)我們在調(diào)試系統(tǒng)程序的時(shí)候，如果我們發(fā)現(xiàn)指令用的不是很正確，從而導(dǎo)致調(diào)試電路無法達(dá)到我們所需要的目的，另外軟件程序

41、中的延時(shí)有的過長、有的過短。6 總結(jié)評(píng)價(jià) 本篇論文設(shè)計(jì)針對在我們生產(chǎn)生活之中常常會(huì)發(fā)生火災(zāi)的情況，通過設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)出了一種煙霧報(bào)警系統(tǒng)，這種煙霧報(bào)警系統(tǒng)不僅可以有效的監(jiān)測出發(fā)生火災(zāi)時(shí)煙霧濃度的值，并且可以提前發(fā)現(xiàn)火災(zāi)隱患，并提前進(jìn)行報(bào)警，使人們更及時(shí)的發(fā)現(xiàn)火災(zāi)的隱患，使人們在生產(chǎn)生活的過程之中更安全。本論文設(shè)計(jì)的煙霧報(bào)警器由煙霧信號(hào)采集電路與單片機(jī)控制電路兩大部分構(gòu)成。根據(jù)設(shè)計(jì)要求、使用環(huán)境、成本等因素，選用MQ-2型半導(dǎo)體電阻式煙霧傳感器。該傳感器是對以烷類煙霧為主的多種煙霧有良好敏感特性的廣譜型半導(dǎo)體敏感器件。它的靈敏度適中，具有響應(yīng)與恢復(fù)特性好，長期工作穩(wěn)定性高、重現(xiàn)性強(qiáng)、不易受環(huán)境影響及抗

42、溫濕度影響等優(yōu)點(diǎn)。 最后我們通過本設(shè)計(jì)在現(xiàn)場的測試，通過我們對測試所得到的煙霧濃度實(shí)驗(yàn)數(shù)進(jìn)行分析據(jù)并計(jì)算，得到本文所設(shè)計(jì)的報(bào)警器上所顯示出的煙霧濃度與實(shí)際濃度相比誤差為2.55%LEL，而我們國家所規(guī)定的誤差范圍為5%LEL，2.55%LEL5%LEL，所以本文設(shè)計(jì)的煙霧報(bào)警系統(tǒng)滿足檢測要求，從而也證明了本文設(shè)計(jì)是可行的。致謝 在本次畢業(yè)設(shè)計(jì)中，我得到了指導(dǎo)老師高蕊老師的悉心指導(dǎo)，高老師在論文的設(shè)計(jì)過程中提出了許多寶貴合理的建議，幫助我解決了畢業(yè)設(shè)計(jì)中遇到的各方面的問題，并不斷向我傳授分析問題和解決問題的辦法，給我指出了正確的努力方向，使得論文不斷完善。在這里非常感謝高老師的指導(dǎo)和幫助，在此向

43、高老師致以最誠摯的謝意！ 同時(shí)，論文的順利完成，也離不開同學(xué)和朋友們的關(guān)心與幫助。在整個(gè)的論文寫作中，班里的同學(xué)和舍友們積極幫我查找資料，提供有利于論文寫作的建議和意見，在他們的幫助下，我才能最終完成整篇論文。在此一并感謝！ 大學(xué)四年的時(shí)光轉(zhuǎn)瞬即逝，在寶雞文理學(xué)院的學(xué)習(xí)和生活是我人生中一段非常寶貴而難忘的經(jīng)歷。感謝我的母校寶雞文理學(xué)院，給我提供這么好的師資力量，給我提供學(xué)習(xí)和生活的空間，真心地希望她的明天更加美好！參考文獻(xiàn) 1李華.MCS一51系列單片機(jī)實(shí)用接口技術(shù).北京航空航天大學(xué)出版社.2陳偉.MCS一51系列單片機(jī)實(shí)用子程序集錦.清華大學(xué)出版社.3張毅坤.單片微型計(jì)算機(jī)原理及應(yīng)用.西安電子科技大學(xué)出版社.4劉迎春.傳感器原理設(shè)計(jì)及應(yīng)用.哈爾濱工業(yè)大學(xué)出社.5肖忠祥.數(shù)據(jù)采集