基于單片機的智能火災警報系統(tǒng)本科畢業(yè)設計說明

1、 本科畢業(yè)設計題目 基于單片機的智能火災報警系統(tǒng) 畢業(yè)設計（論文）原創(chuàng)性聲明和使用授權(quán)說明原創(chuàng)性聲明本人重承諾：所呈交的畢業(yè)設計（論文），是我個人在指導教師的指導下進行的研究工作與取得的成果。盡我所知，除文中特別加以標注和致的地方外，不包含其他人或組織已經(jīng)發(fā)表或公布過的研究成果，也不包含我為獲得與其它教育機構(gòu)的學位或?qū)W歷而使用過的材料。對本研究提供過幫助和做出過貢獻的個人或集體，均已在文中作了明確的說明并表示了意。作 者 簽 名：日 期：指導教師簽名： 日期：使用授權(quán)說明本人完全了解大學關于收集、保存、使用畢業(yè)設計（論文）的規(guī)定，即：按照學校要求提交畢業(yè)設計（論文）的印刷本和電子版本；學校有權(quán)

2、保存畢業(yè)設計（論文）的印刷本和電子版，并提供目錄檢索與閱覽服務；學校可以采用影印、縮印、數(shù)字化或其它復制手段保存論文；在不以贏利為目的前提下，學?？梢怨颊撐牡牟糠只蛉咳荨Ｗ髡吆灻?日 期：學位論文原創(chuàng)性聲明本人重聲明：所呈交的論文是本人在導師的指導下獨立進行研究所取得的研究成果。除了文中特別加以標注引用的容外，本論文不包含任何其他個人或集體已經(jīng)發(fā)表或撰寫的成果作品。對本文的研究做出重要貢獻的個人和集體，均已在文中以明確方式標明。本人完全意識到本聲明的法律后果由本人承擔。作者簽名： 日期： 年 月 日學位論文使用授權(quán)書本學位論文作者完全了解學校有關保留、使用學位論文的規(guī)定，同意學校保留并向

3、國家有關部門或機構(gòu)送交論文的復印件和電子版，允許論文被查閱和借閱。本人授權(quán)大學可以將本學位論文的全部或部分容編入有關數(shù)據(jù)庫進行檢索，可以采用影印、縮印或掃描等復制手段保存和匯編本學位論文。涉密論文按學校規(guī)定處理。作者簽名：日期： 年 月 日導師簽名： 日期： 年 月 日注意事項1.設計（論文）的容包括：1）封面（按教務處制定的標準封面格式制作）2）原創(chuàng)性聲明3）中文摘要（300字左右）、關鍵詞4）外文摘要、關鍵詞5）目次頁（附件不統(tǒng)一編入）6）論文主體部分：引言（或緒論）、正文、結(jié)論7）參考文獻8）致9）附錄（對論文支持必要時）2.論文字數(shù)要求：理工類設計（論文）正文字數(shù)不少于1萬字（不包括圖

4、紙、程序清單等），文科類論文正文字數(shù)不少于1.2萬字。3.附件包括：任務書、開題報告、外文譯文、譯文原文（復印件）。4.文字、圖表要求：1）文字通順，語言流暢，書寫字跡工整，打印字體與大小符合要求，無錯別字，不準請他人代寫2）工程設計類題目的圖紙，要求部分用尺規(guī)繪制，部分用計算機繪制，所有圖紙應符合國家技術標準規(guī)。圖表整潔，布局合理，文字注釋必須使用工程字書寫，不準用徒手畫3）畢業(yè)論文須用A4單面打印，論文50頁以上的雙面打印4）圖表應繪制于無格子的頁面上5）軟件工程類課題應有程序清單，并提供電子文檔5.裝訂順序1）設計（論文）2）附件：按照任務書、開題報告、外文譯文、譯文原文（復印件）次序裝

5、訂摘要 伴隨著時代不斷的進步，人們越來越多的使用電子類設備，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為電器的不當使用所引起的火災也非常之多。我們的國家每年因為所用電器造成的火災而損失很多的利益?；馂牟粌H帶來的物品財產(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計出一種火災報警系統(tǒng)，減少火災的發(fā)生，并是我們在火災中受到的經(jīng)濟損失和人員傷亡達到最小。目前我們國家有非常多的人也設計出了很多的火災報警系統(tǒng)，但是大部分的火災報警系統(tǒng)都是適用于大型的工廠、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)境研制出一款火災報警系統(tǒng)是非常重

6、要的。并且本次設計也言簡意賅、實用性高。所以針對小的環(huán)境之中的火災報警系統(tǒng)本文設計了一種火災報警器。該系統(tǒng)設計核心為MCS-51單片機和MQ-2半導體氣體煙霧傳感器，芯片我們采用STC89C52芯片，火災報警系統(tǒng)中的電路包括煙霧采集信號電路、前置放大電路、A/D轉(zhuǎn)換電路、安全保護電路等主要電路組成。最終經(jīng)過調(diào)試，確定本設計方案是可行的。關鍵字：單片機；傳感器 ；煙霧報警器AbstractAlong with the progress of times, more and more people use electronic equipment, 

7、;whether the family or the factory use electrical appliances are more and more. It is because of the improper use of electrical appliances caused by fire is also very much. Our country each year because of the use of electric 

8、;fire caused by the loss of a lot of interests. Fire not only broughtthe goods property losses, but also brought us the grief of losing loved ones. So in this case it is necessary for us to design a fire alarm system, reduce

9、the fire, and we are in the firecasualties and economic losses to the minimum. At present, our country has so many peoplehave designed a lot of fire alarm system, but most of the fire alarm system is applicable to large facto

10、ries, companies and is not suitable for families, dormitories and other smallenvironment. So the development of a needle is very important for families, dormitories and other small environment developed a fire alarm system.&#

11、160;And this design is concise and comprehensive, highly practical. So for the small environment of the fire alarm system this paper designed a fire alarm. The core of the system design for the MCS-51 MCU and MQ-2chip semiconducto

12、r gas smoke sensor, we adopt STC89C52 chip, the fire alarm circuit in the system including the smoke signal acquisition circuit, preamplifier circuit,A/Dconversioncircuit,protection circuit main circuit. After debugging, the 

13、design scheme is feasible.Key words: sensor ; MCU ; The smoke alarm 目錄1 緒論11.1 課題背景11.2 煙霧報警器的國外現(xiàn)狀11.3 煙霧報警器的發(fā)展趨勢22 總體方案設計32.1 煙霧檢測傳感器選型42.2 煙霧傳感器關于報警的介紹52.3 單片機選型52.3.1 STC89C52單片機簡介62.3.2 單片機的引腳功能描述63 系統(tǒng)的硬件電路93.1 單片機最小系統(tǒng)93.2 單片機的時鐘電路與復位電路設計103.3 煙霧檢測AD采集電路113.4 顯示模塊113.5 聲音報警電路123.6 按鍵控制電路133

14、.7 電源模塊143.8 溫度傳感器(DS18B20)電路153.8.1 DSl8B20簡介153.8.2 18B20接口電路184 系統(tǒng)軟件的設計與流程圖205 硬件調(diào)試與電路調(diào)試中遇到的問題216 總結(jié)評價22致23參考文獻1附件一：總體原理圖設計2附件二：部分程序源代碼3附件三：實物圖1415 / 461 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為電器的不當使用所引起的火災也非常之多。所以針對于火災的發(fā)生我們應當盡早發(fā)現(xiàn)火災的源頭并給予通報，因此我們對于現(xiàn)場的煙霧進行采集，監(jiān)視所處的環(huán)境之中的

15、煙霧濃度，以便于與時的發(fā)現(xiàn)火源，進而盡量減小事故的發(fā)生，從而才能進一步使我們生活的環(huán)境處于安全。1.2 煙霧報警器的國外現(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。其中一個方面是因為人們意識到了火災對于人們生活的威脅性；另一方面是因為傳感器的市場在外國不斷地快速發(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

16、紀七八十年代初才慢慢開始的，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越來越多樣而且煙霧傳感器的種類也越來越全，應用于各個生產(chǎn)生活的領域。我們國家在引進國外對于煙霧傳感器先進的技術和先進的工藝，進行自主開發(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。報警器在分類上一共可以分為三大類。其中包括民用煙霧報警器、工業(yè)用煙霧報警器、 有毒有害煙霧報警器。(1)民用煙霧報警器 該型報警器一般屬于小型的火災報警器,在人們的生活之中一般人們會將其安裝在廚房之中，每當火災發(fā)生時該報警器會監(jiān)測到火災產(chǎn)生的煙霧，進兒報警器便會發(fā)出報警，向人們顯示火災的發(fā)生。有一些高端的報警器還可以開啟

17、系統(tǒng)排風扇功能，將火災產(chǎn)生的煙霧排到屋外去。(2) 工業(yè)用煙霧報警器 工業(yè)報警器總的來說就是應用于工業(yè)生產(chǎn)過程中的大型火災報警系統(tǒng)。該報警器根據(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是體積很小，該儀器主要應用之處便是對于燃氣管道的管理。如果在檢測過程之中發(fā)現(xiàn)有燃氣發(fā)生泄漏，檢漏儀便會發(fā)出報警，該儀器在報警的同時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，防止火災的產(chǎn)生。探測器人們一般會將其裝于防爆現(xiàn)場，控制器人們通常則會將其放在有人值守的地方，比如傳達室等。他們兩者之間人們通常會采用屏蔽電纜線連接。當工作人員在現(xiàn)場探測到燃氣發(fā)生泄

18、漏之后，就會通過電纜線將燃氣發(fā)生泄露的信號傳到控制器，相應的控制器就會發(fā)出報警，在報警的同時該系統(tǒng)就會啟動排風裝置并且會關閉閥門并進一步會切斷燃氣的源頭。此種探測器和控制器應用相當?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) 有毒有害煙霧報警器有毒有害煙霧報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，而在原理和應用中都很相似。1.3 煙霧報警器的發(fā)展趨勢面對人類社會經(jīng)濟與技術急速發(fā)展的時代，伴隨這電子、計算機、通訊和現(xiàn)代控制技術的迅速發(fā)展，現(xiàn)代火災自動報警應用技術發(fā)展趨勢正在向著網(wǎng)絡化、智能化、多樣化、小型化、社區(qū)化、高靈敏化、綜合化等方面發(fā)展。針對當前煙霧自動

19、報警系統(tǒng)存在的通訊協(xié)議不一致，系統(tǒng)誤報、漏報頻繁，智能化程度低，網(wǎng)絡化程度低、特殊惡劣環(huán)境的煙霧探測報警抗干擾等問題較為突出的現(xiàn)象，提出在符合國家消防規(guī)的基礎下采用統(tǒng)一、標準、開放的通訊協(xié)議。通過對新技術、新工藝、新材料和新設備的應用研究，對系統(tǒng)方案、設備選型的優(yōu)化組合，改進煙霧自動報警系統(tǒng)的工作性能、減少維護費用和維護要求，向著高可靠性、高靈敏性、低誤報率、系統(tǒng)網(wǎng)絡化、技術智能化方向發(fā)展，為更好的預防和遏制建筑火災提供了強有力的保障，從而更好的保護國家和人民的生命、財產(chǎn)安全。2 總體方案設計煙霧報警器不僅可以監(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時煙霧的濃度超過所設定值時會

20、產(chǎn)生報警。人們在設計這種煙霧報警器時為了適應家庭和工業(yè)等場所對應的安全性的要求，設計的該報警器應當包含有顯示報警的狀態(tài)。人們所設計的這種報警器工作方式采用的是延時的工作方式，并以STC89C52單片機為控制核心，采用MQ-2傳感器用來收集煙霧濃度，并且這種報警系統(tǒng)還會配合外圍電路來達到設計的要求。我們所設計的報警系統(tǒng)主要包括硬件設計部分和軟件設計部分。 下圖，如圖1所示表示的為我們本次設計的總體設計的框架圖。 電源開關 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 總體設計框圖我們在本次設計之中，CPU使用的是MCS-51單片機系列中的STC89C52單片機。我們會

21、將報警器在所處的監(jiān)測位置所監(jiān)測的煙霧濃度的信號使用煙霧檢測探頭將其變?yōu)殡娦盘?，并且會通過模擬/數(shù)字電路進行采集。然后傳入到單片機之中，經(jīng)過軟件系統(tǒng)進行查詢等環(huán)節(jié)實時發(fā)出報警信號,最終經(jīng)過驅(qū)動蜂鳴器和指示燈來進行報警的產(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報警系統(tǒng)之中測量的裝置和控制系統(tǒng)的第一個非常重要的環(huán)節(jié)。因為在報警器之中的信號的采集環(huán)節(jié)會用到煙霧傳感器。該傳感器可以將檢測出的有關煙霧的濃度的信號經(jīng)過煙霧檢測探頭將其轉(zhuǎn)換成電信號，從而可以進一步的達到檢測和監(jiān)控等功能的實現(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，那么就不會有檢測、控制等系統(tǒng)的精確產(chǎn)生

22、。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的準確性和可靠性。下圖，如圖2表示為煙霧傳感器部結(jié)構(gòu)圖： 圖 2 煙霧傳感器與其結(jié)構(gòu)圖在上文的敘述之中，因為MQ-2半導體傳感器相對于其他的半導體煙霧傳感器來說，靈敏度非常的高，電導率現(xiàn)對于其他類型的傳感器來說變化更加大、響應的時間和恢復的時間都非常的短、抑制影響的能力也非常強大，而且該傳感器所輸出的信號也非常大、壽命更加長，工作平穩(wěn)性更加平穩(wěn)等優(yōu)點，所以這種傳感器在市面上的應用非常的廣泛。所以針對傳感器的選擇我們選擇用MQ-2半導體傳感器來作為本次設計的核心傳感器。所以下文我們將針對MQ-2半導體氣體煙霧傳感器做重點的介紹。M

23、Q-2半導體傳感器是以金屬氧化物二氧化錫為主體的N型半導體氣敏元件。當這種傳感器所處的環(huán)境之中檢測出有煙霧氣體的時候，傳感器中的N型半導體氣敏元件的電導率與所檢測空氣中煙霧濃度成正比關系。所以我們在本次設計報警器，可以只要使用相應的電路將電導率中的變化關系轉(zhuǎn)變成為與該氣體濃度相對應的電信號。2.2 煙霧傳感器關于報警的介紹 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)換成有一定對應關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)火災防的。當煙霧探頭碰到煙霧或某些特定的氣體，煙霧探頭部阻值發(fā)生變化，產(chǎn)生一個模擬值，從而對其進行控制。煙霧傳感器利用煙霧敏感元件的電阻受煙霧

24、濃度影響阻值變化的原理向單片機發(fā)送煙霧濃度相應的模擬信號。在智能建筑中對火災探測器的應用主要以感煙火災探測器選用為主。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，煙霧傳感器廣泛應用在城市安防、小區(qū)、工廠、公司、學校、家庭、別墅、倉庫、資源、石油、化工、燃氣輸配等眾多領域。在國的產(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)的設備不可通用，獨立為正，不但不可彼此互相代替，更不可以互相通訊。使得用戶面對眾多廠家

25、生產(chǎn)的煙霧探測器感到不知所措。而這也正是國產(chǎn)品市場的一個重大缺陷。2.3 單片機選型單片機對于煙霧自動報警系統(tǒng)來說是最為關鍵性的一個元件，可以說單片機是整個系統(tǒng)的心臟，因為在系統(tǒng)中，單片機是用來接收信號并用來啟動報警裝置進一步會執(zhí)行相應的報警。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)正常工作時能夠與時地觀測到實時的煙霧濃度等級，并進行相應處理。同時，在能夠滿足報警器系統(tǒng)設計的計算速度與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、可靠性與抗干擾性的基礎上，能夠不提高成本，縮小體積。針對本文系統(tǒng)單片機的選擇，我

26、們使用MCS-51系列單片機中的STC89C52單片機。下文我們會對STC89C52單片機做重點介紹。2.3.1 STC89C52單片機簡介、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、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1

27、6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，片晶振與時鐘電路。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。這一模塊以單片機為中心把程序代碼燒進去然后外圍接上復位電路、振蕩電路、鍵盤控制、LED顯示電路、報警電路等子模塊。2.3.2 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VssVcc引腳可以表示為電源端為+5V，該引腳一

28、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。該引腳在單片機的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針電路的時候，該引腳的輸入脈沖表示為外時鐘脈沖。如果需要檢查該單片機中的振蕩電路是否工作正常，則可以用到示波器來針對XTAL2時鐘電路引腳是否有脈沖信號輸出進行查看。該引腳一共有18腳。 XTAL1也表示為時鐘電路引腳，與XTAL2不同之處在于該引腳可以接到外部晶體和微調(diào)電容的另一端。在單片機工作之中，它可以表示為電路反向

29、放大器的輸入端。如果我們使用外部時鐘的時候，這個引腳就必須接到地，該引腳一共有19腳。 RST可以表示為復位信號輸入端引腳，該引腳在輸入為高電平時才有效果，在低電平時無效。所以只有在RST引腳的輸入端的機器周期為高電平的時候，RST引腳才能夠完成復位操作。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端。該脈沖信號的值為正值。當STC89C52單片機訪問片外RAM的時候，引腳ALE的為空之鎖存地址低八位的信號。在STC89C52單片機訪問片外ROM的時候，每當STC89C52單片機取值一次就會失去一個脈沖。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

30、腳有沒有輸出脈沖信號，如果沒有輸出信號的，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允許輸出信號，在訪問片外RAM時，這個引腳的輸出脈沖可以作為片外ERROM/ROM的選通信號，該輸出脈沖信號值為負值。STC89C52單片機在從外部ERROM/ROM讀取指令的期間中，在一個周期的過程之中PSEN可以有效兩次。但是STC89C52單片機在訪問片外RAM時，則需要少生成兩次脈沖信號，該信號的值為負值。通常的情況下我們?nèi)绻繟T89C52系統(tǒng)上電后單片機到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

31、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器地址允許輸入端的引腳和固化編程電壓輸入端引腳。當外部程序RAM地址允許輸入端的引腳接高電平的時候，STC89C52單片機只會訪問片ERROM/ROM并執(zhí)行指令。但是當STC89C52單片機的數(shù)值超過OFFFH值的時候，STC89C52單片機就將會自動轉(zhuǎn)向執(zhí)行片外RAM的程序。當輸入的信號存儲器地址允許輸入端的引腳接低電平時，那么STC89C52單片機就會只訪問外部ERROM/ROM并且也會執(zhí)行外部程序RAM中的指令，而且并不用管單片機中是否有片RAM程序。然而

32、如果對于對于ROM的8031或8032單片機，因為ROM的8031或8032單片機之中沒有芯片，那么我們就必須向外擴展ERROM，那么在這個時候我們就必須將EA引腳接到地。但是如果我們使用的是有片ROM的STC89C52單片機時，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/出端口引腳，該引腳中包括P0，P1，P2，P3四個端口。P0口可以表示為一個漏極開路的八位雙向輸入/輸出端口。P1口可以表示為一個八位準雙向輸入/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口可以表示為一個雙功能口，該引腳不僅可以做為平常的輸入/輸出

33、口用而且該輸入/輸出端口也可以按每位定義實現(xiàn)第二功能操作。詳情可以從以下的表中看出來。表1 P3口的第二功能表我們在測量溫度的時候，需要設計測溫電路，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，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)點和缺點，以下我們針對兩種溫度傳感器進行比較，其中一種為PT100溫度傳感器，另一種為DS18B20溫度傳感器，然后我們選擇一種適用于本文設計的溫度傳感器。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,而

34、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。但是缺點就是這種溫度傳感器使用起來非常的復雜。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 ” 總線這種獨特的方式。這種獨特的輸出總線的方式不僅可以使多個 DS18B20溫度傳感器可以方便地形成一個傳感器網(wǎng)絡，而且DS18B20溫度傳感器在測溫時候的精度方面、轉(zhuǎn)換時候的時間等方面相對于其他的溫度傳感器都有了非常大的進步。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，而且不需要進行過多的校正，因此，對于溫度傳感器的選擇，我們選擇

35、DS18B20溫度傳感器。3 系統(tǒng)的硬件電路3.1 單片機最小系統(tǒng) 如果要使單片機進行正常的工作，那么構(gòu)成單片機電路最基礎的的就是單片機最小系統(tǒng)，單片機最小系統(tǒng)如下圖所示。單片機最小系統(tǒng)的電路包括單片機電路、復位電路和時鐘電路。 STC89C52 單片機的正常的工作電壓為4V-5.5V,因此我們通常在給單片機接入電源時一般接入的為5V的直流電源。我們通常會通過單片機的電源端的VCC引腳接入+5V電源，而單片機中的接地端的VSS引腳在通常情況下則會接地。圖3 單片機最小系統(tǒng) 復位電路一般來說就是確定單片機在開始工作時的狀態(tài)，即使單片機完成啟動的一個過程。打開電源的開關時單片機便會產(chǎn)生一個復位信號

36、，從而進一步完成啟動并且進一步確定單片機的起始工作狀態(tài)。當單片機系統(tǒng)在運行的過程之中，有時候單片機系統(tǒng)可能會因為某些原因從而導致死機或者跑飛的現(xiàn)象，通常在這個時候我們都會按下復位按鈕使單片機系統(tǒng)中的程序從頭開始執(zhí)行。復位通常有兩種方法其中一種為上電自動復位另一種為外部按鍵手動復位，一般情況下單片機系統(tǒng)在時鐘電路的工作之后，在復位端出連續(xù)的輸出兩個周期的高電平時，這時單片機系統(tǒng)就會完成復位操作。而在本設計之中我們所采用的復位方法是外部手動復位。3.2 單片機的時鐘電路與復位電路設計 我們在本次設計的系統(tǒng)之中我們采用STC89C52系列的單片機，STC89C52系列的單片機相對比其他系列的單片機來

37、說具有很多的優(yōu)點。在該單片機中不僅資源相對比其他單片機要多的很多，而且對于系統(tǒng)的執(zhí)行速度也要快得多。STC89C52單片機部也集成了看門狗電路，使這種單片機具有很強的抑制干擾的能力。如下圖所示為本單片機系統(tǒng)的時鐘電路和復位電路。圖4 時鐘電路圖5 復位電路由于STC89C52單片機輸入/輸出端口中的P0端口沒有上拉電阻，表示為高電阻狀態(tài)，從而并不能使STC89C52單片機正常地輸出高/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過采用MQ-2半導體煙霧傳感器。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

38、的信號。因此我們根據(jù)這種設計可以設計出一種理想狀態(tài)下的煙霧強度報警信號。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過數(shù)碼管進行顯示，顯示模塊的電路如下圖所示：圖7 數(shù)碼管顯示3.5 聲音報警電路 通常情況之下聲音報警電路會經(jīng)過三極管基極串連一個電阻并且會與單片機之中的P3端口之中的P3.6端口進行連接，從而使單片機系統(tǒng)控制蜂鳴器是不是需要報警。 圖8 聲音報警電路圖3.6 按鍵控制電路 在本次設計之中我們針對本電路一共設置了四個按鍵，一個設置鍵、一個加鍵、一個減鍵、一個緊急報警鍵，當我們在生活中遇到緊急的情況的時候，便可以迅速按下按鍵之中的

39、緊急報警鍵，在這個時候蜂鳴器便會進行報警。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 因為在本次針對煙霧報警系統(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)進行供電，它們都有各自的優(yōu)缺點。方案1：方案一中我們使用5V蓄電池為我們所設計的系統(tǒng)進行供電。通常情況下蓄電池不僅具有很強大的電流驅(qū)動能力而且也具有很平穩(wěn)的的電壓輸出的能力。但是蓄電池的缺點與時體積相對于其他供電系統(tǒng)太過于龐大，在小環(huán)境的報警器中使用起來相當?shù)牟环奖?。方?：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，我們通過實驗驗證該單片機系

40、統(tǒng)在工作的時候，各種器件所需要的電壓都能夠滿足該單片機系統(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3.8.1 DSl8B20簡介DSl8B20溫度傳感器是全球著名的DALLAS半導體公司生產(chǎn)并推出的一款新型的溫度傳感器，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，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到數(shù)字直讀方式。而且我們可以從DSl8B20溫度傳

41、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溫度傳感器進行供電，并不需要加入其他的電源。所以我們在應用DSl8B20傳感器的過程之中不僅可以讓單片機系統(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。本文設計不僅向我們介紹了基于DS18B20溫度傳感器的溫度測量中所應用的單片機控制系統(tǒng)的構(gòu)成、不且也向我們系統(tǒng)的介紹了設計的方案和所用到到的程序設計的過程。DS18B20溫度傳感器進行多點溫度測量的單片機系統(tǒng)的控制的核心采用AT89C52單片機進行控制的，并且以DS18B20作為被控制的對象，單片機系統(tǒng)中熟知的顯示我們采

42、用數(shù)碼管進行顯示，并且在單片機系統(tǒng)的設計過程之中我們也用到了C語言來實現(xiàn)單片機系統(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管腳的排列：圖11 DS18B20的管腳 DS18B20溫度傳感器的各個引腳說明如下： GND 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的部RAM包括兩個RAM，其中一個表示為高速暫存RAM，另一個為可電擦除的EEPRAM。可電擦除的存儲器通常情況下我們用來存

43、儲TH和TL的值。通常情況下我們首先會將數(shù)據(jù)先寫入RAM，其次我們會通過校驗并且將數(shù)據(jù)信號傳給EEPRAM。而配置寄存器為高速暫存器中的第5個字節(jié)，配置寄存器之中的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候通常情況下會按照這個配置寄存器中的分辨率將溫度變?yōu)榕c其相對應的數(shù)值。低5位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用來進行設置DSl8B20溫度傳感器應當在工作模式還是應當在測試模式。如下面表格中的容所示。DSl8B20溫度傳感器在剛剛出廠的時候該位一般情況下會被設置為0，并不需要用戶去進行改動。表1 字節(jié)各位的定義TM

44、R1R011111由下表中的容我們可以看出，我們所設定的分辨率與單片機系統(tǒng)中的溫度數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換時間成正比關系。所以當我們在實際應用的過程之中一定要在考慮分辨率和轉(zhuǎn)換時間并進行權(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)換時間R1R0分辨率溫度最大轉(zhuǎn)換時間/ms 00993.750110187.51011275.001112750.00通常情況之下當DSl8B20溫度

45、傳感器收到溫度轉(zhuǎn)換的信號之后，便會啟動轉(zhuǎn)換程序，如下表中的容所示。轉(zhuǎn)換完成后的溫度值就以16位帶符號擴展到二進制補碼形式儲存在高速暫存存儲器的第l，2字節(jié)。DSl8B20溫度傳感器之中我們在計算對應的溫度的時候：當符號位S為0時，我們便可以直接把二進制位轉(zhuǎn)換為十進制；當符號位S為1時，我們首先會將二進制位補碼變換為二進制位原碼，然后再將二進制位原碼轉(zhuǎn)換成十進制數(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：44

46、H可以表示為溫度轉(zhuǎn)換控制此時我們將系統(tǒng)之中的數(shù)據(jù)通常情況下會通過啟動DS18B20進行溫度轉(zhuǎn)換； BEH可以表示為讀暫存器讀暫存器中包括九個字節(jié)的容； 4EH可以表示為寫暫存器其作用就是將系統(tǒng)之中復制暫存器的數(shù)據(jù)通常情況下寫入暫存器的TH和TL字節(jié)之中； 48H可以表示為復制暫存器將系統(tǒng)之中的數(shù)據(jù)這個暫存器的作用就是那TH和TL中的字節(jié)寫到E2RAM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DS18B20溫度傳感器并向主CPU傳送供電方式的信號。 （2） DS18B20溫度傳感器的

47、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號引腳接地，2號引腳通常情況下會當做信號線，3號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溫度傳感器周期向單片機系統(tǒng)提供足夠的電流，這個時候我們就可以用到三極管用其來完成對總線的上拉過程。為保證在有效的DS18B20時鐘周期提供足夠的電流，可用一個三極管來完成對總線的上拉。本文的設計我們就是針對供電方式應用電源供電方式，STC89C52單片機中的P2.3端口接單線總線為了保

48、證在有效的DS18B20溫度傳感器周期向單片機系統(tǒng)提供足夠的電流，P2.3口接單線總線為保證在有效的DS18B20時鐘周期提供足夠的電流，這個時候我們就可以用到一個上拉電阻和STC89C52單片機中的P2.3端口用他們來完成對單片機系統(tǒng)總線的上拉。當DS18B20處于寫存儲器操作和溫度A/D變換操作時，總線上必須有強的上拉提位，上拉開啟時間最大為10 s。并采用現(xiàn)在最先進的寄生電源供電方式VDD和GND端均接地。由于單線制只有一根線，因此發(fā)送接收口必須是三狀態(tài)的。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。通過主機控制的DS18B20單片機系統(tǒng)如果需要完成溫

49、度轉(zhuǎn)換過程就必須經(jīng)過3個步驟：l 初始化。l ROM操作指令。l 存儲器操作指令。4 系統(tǒng)軟件的設計與流程圖 主程序流程圖如下圖所示。首先要給傳感器預熱,因為MQ-2型半導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，需要一段時間預熱。程序初始化結(jié)束后，系統(tǒng)進入監(jiān)控狀態(tài)。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。圖13 主程序流程圖5 硬件調(diào)試與電路調(diào)試中遇到的

50、問題第一步為目測，單片機應用系統(tǒng)電路全部手工焊接在洞洞板上，因此對每一個焊點都要進行仔細的檢查。檢查它是否有虛焊、是否有毛剌等。第二步為萬用表測試，先用萬用表復核目測中認為可疑的連線或接點，查看它們的通斷狀態(tài)是否與設計規(guī)定相符，再檢查各種電源線與地線之間是否有短路現(xiàn)象。第三步為加電檢查。當系統(tǒng)加電時，首先檢查所有插座或器件引腳的電源端是否有符合要求的電壓值，接地端電壓值是否接近零，接固定電平的引腳端是否電平正確。第四步是聯(lián)機檢查。在對硬件電路調(diào)試過程中，還遇到了不少問題，第一次把所有的元件都焊上去后，都準備調(diào)試了，才發(fā)現(xiàn)正負極的插針離得太近了，不容易接電源，本不該犯的錯誤，這些都是由于自己的粗

51、心大意造成的，所以說，做任何事情都必需經(jīng)過“三思而后行”，來不得半點的馬虎，否則浪費了時間和精力。 在電路的調(diào)試的過程之中，首先我們應該輸入單片機系統(tǒng)的顯示程序，看一看顯示手否正常。其次當我們在調(diào)試系統(tǒng)程序的時候，如果我們發(fā)現(xiàn)指令用的不是很正確，從而導致調(diào)試電路無法達到我們所需要的目的，另外軟件程序中的延時有的過長、有的過短。6 總結(jié)評價本篇論文設計針對在我們生產(chǎn)生活之中常常會發(fā)生火災的情況，通過設計設計出了一種煙霧報警系統(tǒng)，這種煙霧報警系統(tǒng)不僅可以有效的監(jiān)測出發(fā)生火災時煙霧濃度的值，并且可以提前發(fā)現(xiàn)火災隱患，并提前進行報警，使人們更與時的發(fā)現(xiàn)火災的隱患，使人們在生產(chǎn)生活的過程之中更安全。本論

52、文設計的煙霧報警器由煙霧信號采集電路與單片機控制電路兩大部分構(gòu)成。根據(jù)設計要求、使用環(huán)境、成本等因素，選用MQ-2型半導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體敏感器件。它的靈敏度適中，具有響應與恢復特性好，長期工作穩(wěn)定性高、重現(xiàn)性強、不易受環(huán)境影響與抗溫濕度影響等優(yōu)點。 最后我們通過本設計在現(xiàn)場的測試，通過我們對測試所得到的煙霧濃度實驗數(shù)進行分析據(jù)并計算，得到本文所設計的報警器上所顯示出的煙霧濃度與實際濃度相比誤差為2.55%LEL，而我們國家所規(guī)定的誤差圍為±5%LEL，2.55%LEL<±5%LEL，所以本文設計的煙霧

53、報警系統(tǒng)滿足檢測要求，從而也證明了本文設計是可行的。致 在本次畢業(yè)設計中，我得到了指導老師高蕊老師的悉心指導，高老師在論文的設計過程中提出了許多寶貴合理的建議，幫助我解決了畢業(yè)設計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。在這里非常感高老師的指導和幫助，在此向高老師致以最誠摯的意！ 同時，論文的順利完成，也離不開同學和朋友們的關心與幫助。在整個的論文寫作中，班里的同學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！ 大學四年的時光轉(zhuǎn)瞬即逝，在文理學院的學習和生活是我人生

54、中一段非常寶貴而難忘的經(jīng)歷。感我的母校文理學院，給我提供這么好的師資力量，給我提供學習和生活的空間，真心地希望她的明天更加美好！參考文獻1華.MCS一51系列單片機實用接口技術.航空航天大學.2偉.MCS一51系列單片機實用子程序集錦.清華大學.3毅坤.單片微型計算機原理與應用.電子科技大學.4迎春.傳感器原理設計與應用.工業(yè)大學出社.5肖忠祥.數(shù)據(jù)采集原理.西北工業(yè)大學.6負圖.數(shù)據(jù)采集與控制系統(tǒng).科學技術出社.7王若鯨.數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)入門.人民郵電.8何立民.單片機實用文集.航空航天大學出版.9余成波.傳感器與自動檢測技術.高等教育.附件一：總體原理圖設計附件二：部分程序源代碼#include <reg52.h>#include "eepom52.h"#define uchar unsigned char #define uint unsigned int#include <intrins.h>/數(shù)碼管段選定義 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9uchar code smg_