基于-單片機火災報警系統(tǒng)設(shè)計

1、*工程大學畢業(yè)設(shè)計論文-PAGE . z. 畢業(yè)設(shè)計論文題 目：基于單片機的火災報警系統(tǒng)設(shè)計 學 院： 電子信息學院 專業(yè)班級：電氣工程及其自動化2021級2班指導教師：*職稱：助理工程師學生：*學 號： 41003040*-. z摘 要隨著經(jīng)濟與技術(shù)的迅速開展，火災成為當今世界各國人民所面臨的一個共同的災難性問題。它給人類社會造成嚴重的生命、財產(chǎn)損失，為了防止火災和減少火災所造成的損失，預防和監(jiān)測成為重中之重。良好的監(jiān)控系統(tǒng)和及時的報警機制可以大大降低人員的傷亡，為社會減少不必要的損失。監(jiān)控系統(tǒng)中各種傳感器的使用越來越多。因此，了解并掌握各類傳感器的根本構(gòu)造、工作原理及特性是非常重要的。 為

2、了提高對傳感器的認識和了解，尤其是對火災監(jiān)測相關(guān)傳感器的深入研究以及其用法與用途的了解，基于實用、廣泛和典型的原則而設(shè)計了本系統(tǒng)。本文利用單片機結(jié)合傳感器技術(shù)以及無線傳輸技術(shù)而開發(fā)設(shè)計了這一火災監(jiān)控系統(tǒng)。 本文是以單片機技術(shù)和無線傳輸技術(shù)為核心并與其他電子技術(shù)相結(jié)合， 設(shè)計而出的一種技術(shù)水平較好的火災報警系統(tǒng)。以煙霧傳感器、火焰?zhèn)鞲衅?、溫度傳感器監(jiān)測環(huán)境狀態(tài)，將監(jiān)測信息發(fā)送至單片機，單片機對數(shù)據(jù)處理之后在LCD1602液晶上顯示，并通過無線傳輸模塊傳送監(jiān)測數(shù)據(jù)，在承受測將數(shù)據(jù)與預設(shè)值比照，超出圍則進展聲光報警。以STC89C52單片機和NRF24L01無線傳輸模塊為核心設(shè)計的火災報警器可實現(xiàn)聲

3、光報警、溫度顯示等功能。是一種構(gòu)造簡單、性能穩(wěn)定、使用方便、價格低廉、智能化的火災報警器。具有一定的實用價值。關(guān)鍵詞：火災報警器，火焰?zhèn)鞲衅鳎瑹熿F傳感器，NRF24L01，DS18B20AbstractWith the rapiddevelopment ofeconomy andtechnology,the fireisfacing today people all over the worldamon disaster problem.It causedserious life, property lossto human society,in order toavoid the firea

4、ndreduce firelosses caused,the prevention andmonitoringbee thepriority among priorities. Monitoringsystem andalarm mechanismtimelycan greatly reducethe casualties,reduce unnecessary lossto the society.To use more and more various sensorsin the monitoring system.Therefore,understanding andit is very

5、important to masterall kinds ofsensors structure,working principle and characteristics.In order to improve theawareness and understanding of the sensor,especially the thorough research to thefire monitoringsensorand an understanding of its usage and the use,utility,e*tensive andtypicalprinciples on

6、thedesign of the system.This bination ofsensortechnology and wireless transmission technology development and design of thefire controlsystem with single chip microputer.This paper is based on SCM technology and wireless transmission technology as the core and with other electronic technologies, fir

7、e a technology level of design and a good alarm system. The flame sensor, smoke sensor, temperature sensor to monitor the state of the environment, will be sent to the single chip microputer monitoring information, the data processing after 1602 on the LCD display, and through the wireless transmiss

8、ion module transmits the monitoring data, in accepting the test data and the preset value contrast, beyond the scope of the sound and light alarm.Based on STC89C52 microcontroller andNRF24L01 wireless transmission module as thecore design can realize the smoke alarmsound and light alarm, temperature

9、 display function.The firealarmisa simple structure,stable performance,convenient operation,low price,intelligent.It has certain practical value.Keywords:fire alarm,a flame sensor,smoke sensor,NRF24L01,DS18B20目錄 TOC o 1-3 h z u HYPERLINK l _Toc390696078第1章緒論 PAGEREF _Toc390696078 h 1HYPERLINK l _Toc

10、3906960791.1 目的和意義 PAGEREF _Toc390696079 h 1HYPERLINK l _Toc3906960801.2 研究概況及開展現(xiàn)狀 PAGEREF _Toc390696080 h 1HYPERLINK l _Toc3906960811.3 本系統(tǒng)主要研究容 PAGEREF _Toc390696081 h 2HYPERLINK l _Toc390696082第2章總體方案論證與設(shè)計 PAGEREF _Toc390696082 h 3HYPERLINK l _Toc3906960832.1主控模塊的選型和論證 PAGEREF _Toc390696083 h 3HY

11、PERLINK l _Toc3906960842.2顯示模塊的選型和論證 PAGEREF _Toc390696084 h 3HYPERLINK l _Toc3906960852.3溫度檢測模塊的選型和論證 PAGEREF _Toc390696085 h 4HYPERLINK l _Toc3906960862.4 無線傳輸模塊的選型和論 PAGEREF _Toc390696086 h 4HYPERLINK l _Toc3906960872.5系統(tǒng)整體設(shè)計概述 PAGEREF _Toc390696087 h 4HYPERLINK l _Toc390696088第3章系統(tǒng)硬件電路設(shè)計 PAGEREF

12、 _Toc390696088 h 6HYPERLINK l _Toc3906960893.1主控模塊 PAGEREF _Toc390696089 h 6HYPERLINK l _Toc3906960903.1.1 STC89C52單片機主要特性 PAGEREF _Toc390696090 h 6HYPERLINK l _Toc3906960913.1.2 STC89C52單片機的中斷系統(tǒng) PAGEREF _Toc390696091 h 10HYPERLINK l _Toc3906960923.1.3 單片機最小系統(tǒng)設(shè)計 PAGEREF _Toc390696092 h 10HYPERLINK l

13、 _Toc3906960933.2 LCD液晶顯示器簡介 PAGEREF _Toc390696093 h 11HYPERLINK l _Toc3906960943.2.1 液晶原理介紹 PAGEREF _Toc390696094 h 11HYPERLINK l _Toc390696095液晶模塊簡介 PAGEREF _Toc390696095 h 12HYPERLINK l _Toc390696096液晶顯示局部與STC89C52的接口 PAGEREF _Toc390696096 h 13HYPERLINK l _Toc3906960973.3無線傳輸模塊簡介 PAGEREF _Toc3906

14、96097 h 14HYPERLINK l _Toc390696098模塊性能及特點 PAGEREF _Toc390696098 h 14HYPERLINK l _Toc3906960993.3.2 NRF24L01應用領(lǐng)域 PAGEREF _Toc390696099 h 15HYPERLINK l _Toc3906961003.3.3 NRF24L01技術(shù)參數(shù) PAGEREF _Toc390696100 h 16HYPERLINK l _Toc3906961013.3.4 NRF24L01工作方式及工作原理 PAGEREF _Toc390696101 h 16HYPERLINK l _Toc

15、3906961023.4聲光報警模塊設(shè)計 PAGEREF _Toc390696102 h 17HYPERLINK l _Toc390696103蜂鳴器報警 PAGEREF _Toc390696103 h 17HYPERLINK l _Toc390696104燈光報警 PAGEREF _Toc390696104 h 18HYPERLINK l _Toc3906961053.5溫度檢測模塊設(shè)計 PAGEREF _Toc390696105 h 18HYPERLINK l _Toc390696106溫度傳感器工作原理 PAGEREF _Toc390696106 h 18HYPERLINK l _Toc

16、3906961073.5.2 DS18B20使用中的考前須知 PAGEREF _Toc390696107 h 20HYPERLINK l _Toc3906961083.5.3 DS18B20硬件電路設(shè)計 PAGEREF _Toc390696108 h 21HYPERLINK l _Toc3906961093.6煙霧傳感器模塊介紹 PAGEREF _Toc390696109 h 21HYPERLINK l _Toc390696110煙霧檢測報警器設(shè)計思路 PAGEREF _Toc390696110 h 21HYPERLINK l _Toc3906961113.6.2 MQ-2型煙霧傳感器的工作原

17、理 PAGEREF _Toc390696111 h 22HYPERLINK l _Toc3906961123.7 火焰?zhèn)鞲衅髂K介紹 PAGEREF _Toc390696112 h 22HYPERLINK l _Toc390696113火焰?zhèn)鞲衅饔猛?PAGEREF _Toc390696113 h 23HYPERLINK l _Toc390696114火焰?zhèn)鞲衅髂K特 PAGEREF _Toc390696114 h 23HYPERLINK l _Toc390696115火焰?zhèn)鞲衅髂K使用 PAGEREF _Toc390696115 h 23HYPERLINK l _Toc3906961163.

18、6.3 MQ-2型傳感器的特性 PAGEREF _Toc390696116 h 24HYPERLINK l _Toc3906961173.8電源穩(wěn)壓模塊設(shè)計 PAGEREF _Toc390696117 h 25HYPERLINK l _Toc3906961183.8.1 5V電源穩(wěn)壓 PAGEREF _Toc390696118 h 25HYPERLINK l _Toc3906961193.8.2 3.3V電源穩(wěn)壓 PAGEREF _Toc390696119 h 27HYPERLINK l _Toc390696120第4章系統(tǒng)軟件設(shè)計 PAGEREF _Toc390696120 h 28HYPE

19、RLINK l _Toc3906961214.1系統(tǒng)軟件設(shè)計PAGEREF _Toc390696121 h 28HYPERLINK l _Toc390696122主程序設(shè)計 PAGEREF _Toc390696122 h 28HYPERLINK l _Toc390696123傳感器程序設(shè)計 PAGEREF _Toc390696123 h 29HYPERLINK l _Toc390696124無線傳輸程序設(shè)計 PAGEREF _Toc390696124 h 29HYPERLINK l _Toc3906961254.2程序設(shè)計原理 PAGEREF _Toc390696125 h 30HYPERLI

20、NK l _Toc390696126第5章系統(tǒng)調(diào)試 PAGEREF _Toc390696126 h 32HYPERLINK l _Toc3906961275.1硬件調(diào)試 PAGEREF _Toc390696127 h 32HYPERLINK l _Toc3906961285.2軟件調(diào)試 PAGEREF _Toc390696128 h 32HYPERLINK l _Toc3906961295.3調(diào)試結(jié)果 PAGEREF _Toc390696129 h 32HYPERLINK l _Toc390696130第6章結(jié)論與展望 PAGEREF _Toc390696130 h 35HYPERLINK l

21、 _Toc390696131參考文獻 PAGEREF _Toc390696131 h 36HYPERLINK l _Toc390696132附錄 PAGEREF _Toc390696132 h 37HYPERLINK l _Toc390696133系統(tǒng)整體原理圖 PAGEREF _Toc390696133 h 37HYPERLINK l _Toc390696134系統(tǒng)源程序 PAGEREF _Toc390696134 h 38HYPERLINK l _Toc390696135發(fā)送側(cè)局部程序 PAGEREF _Toc390696135 h 38HYPERLINK l _Toc390696136承

22、受測局部程序 PAGEREF _Toc390696136 h 39HYPERLINK l _Toc390696137致 PAGEREF _Toc390696137 h 42-. z第1章緒 論1.1目的和意義隨著科技的開展，越來越多的火災隱患由于工業(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，防止和減少火災危害，保護人身和財產(chǎn)平安，保衛(wèi)社會主義現(xiàn)代化建立，防止火災引起燃燒、爆炸等事故，造成嚴重的經(jīng)濟損失，甚至危及生命平安。為了減少這類事故的發(fā)生，就必須對煙霧、溫度以及火光進展現(xiàn)場實時檢測，采用先進可靠的平安檢測儀表嚴密監(jiān)測，及早發(fā)現(xiàn)事故隱患，采取有效措施，防止事故發(fā)生，才能確保工業(yè)平安

23、和家庭生活平安。因此，研制火災報警器就成為傳感器技術(shù)開展領(lǐng)域的一個重要課題。1.2研究概況及開展現(xiàn)狀探測器朝新探測技術(shù)的開展進一步拓展了火災檢測的應用領(lǐng)域，為一些傳統(tǒng)檢測技術(shù)無法勝任的環(huán)境提供了有效的手段。相關(guān)技術(shù)的開展，如傅立葉近紅外光譜技術(shù)弱信號處理技術(shù)、低功耗MCU技術(shù)進一步促進了傳統(tǒng)探測技術(shù)的改良，使得傳統(tǒng)探測器在技術(shù)和性能上有了顯著的提高?；馂闹鴺O早期探測、多傳感器復合探測和探測器小型化、智能化的方向開展邁出了更快的步伐。近幾年來，單片機已逐步深入應用到工農(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

24、微處理器。由于它功能齊全，體積小，本錢低，因此它可以應用到任何電子系統(tǒng)中去，同樣，它也可以廣泛應用于報警技術(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，以滿足社會開展的需要。我國火災報警系統(tǒng)起步較興旺國家晚幾十年，從上世紀 70 年代我國才開場研制生產(chǎn)火災報警系統(tǒng)產(chǎn)品。進入80年代后，國主要廠家也多是模仿國外產(chǎn)品，或是引進國外技術(shù)進展生產(chǎn)，沒有真正意義上的核心技術(shù)，并且市場也剛剛開場發(fā)育?；馂膱缶a(chǎn)品真正開展是在 90 年代以后，隨著政府逐漸開放國門，國外企業(yè)開場大量進入中國消防市場，帶來先進技術(shù)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)也得到了快速開展，局部企業(yè)進展

25、了合資生產(chǎn)、技術(shù)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，局部技術(shù)已接近或趕上了國際水平。1.3 本系統(tǒng)主要研究容本系統(tǒng)設(shè)計制作一個基于單片機的火災報警器。包括有以下幾種功能：1由檢測模塊檢測溫度值、煙霧信號和火光信號并通過24L01無線傳輸模塊收發(fā)。2單片機讀取接收到的煙霧傳感器電位變化獲取煙霧信息并在LCD1602上進展顯示。3單片機讀取接收到的火焰?zhèn)鞲衅麟娢蛔兓@取火光信息并在LCD1602上實時顯示。4通過溫度傳感器實時監(jiān)測環(huán)境溫度并在液晶顯示屏上實時顯示。5單片機將接收數(shù)據(jù)與預設(shè)值比擬判定，假設(shè)超出預設(shè)圍則驅(qū)動報警電路進展聲光報警。第2章 總體方案論證與設(shè)計根據(jù)所要

26、實現(xiàn)的功能劃分，系統(tǒng)一共需要以下幾個模塊：主控模塊、顯示模塊、檢測模塊和無線傳輸模塊和聲光報警模塊，以下就針對這幾個模塊的選型和論證進展討論。2.1主控模塊的選型和論證方案一：采用MSP430系列單片機，該單片機是TI公司1996年開場推向市場的一種16位超低功耗的混合信號處理器。其部集成了很多模擬電路、數(shù)字電路和微處理器，提供強大的功能。不過該芯片昂貴不適合一般的設(shè)計開發(fā)。方案二采用51系列的單片機，該單片機是一個高可靠性，超低價，無法解密，高性能的8位單片機，32個IO口，且STC系列的單片機可以在線編程、調(diào)試，方便地實現(xiàn)程序的下載與整機的調(diào)試。因此選用方案二中的51系列單片機作為主控芯片

27、。2.2顯示模塊的選型和論證方案一：采用LED數(shù)碼管動態(tài)掃描，LED數(shù)碼管價格雖適中，對于顯示數(shù)字也最適宜，而且采用動態(tài)掃描法與單片機連接時，占用單片機口線少。但是由于數(shù)碼管動態(tài)掃描需要借助74LS164移位存放器進展移位，該芯片在電路調(diào)試時往往有很多障礙，所以不采用LED數(shù)碼管作為顯示。方案二：采用LCD液晶顯示屏，液晶顯示屏的顯示功能強大，可顯示大量文字，圖形，顯示多樣，清晰可見，對于本設(shè)計而言一個LCD1602的液晶顯示屏即可，價格也還能承受，需要的接口線較多，但會給調(diào)試帶來諸多方便。所以本設(shè)計中方案二中的LCD1602液顯示屏作為顯示模塊。2.3溫度檢測模塊的選型和論證方案一：AD59

28、0是美國ANALOG DEVICES公司的單片集成兩端感溫電流源，其輸出電流與絕對溫度成比例。在4 V至30 V電源電壓圍，該器件可充當一個高阻抗、恒流調(diào)節(jié)器，調(diào)節(jié)系數(shù)為1 A/K。片薄膜電阻經(jīng)過激光調(diào)整，可用于校準器件，使該器件在298.2K (25C)時輸出298.2 A電流。由于該芯片輸出為模擬量還同時需要AD轉(zhuǎn)換器對其進展采集。因此不適用于本設(shè)計。方案二：DS18B20數(shù)字溫度傳感器接線方便，封裝成后可應用于多種場合，如管道式，螺紋式，磁鐵吸附式，不銹鋼封裝式，型號多種多樣，有LTM8877，LTM8874等等。主要根據(jù)應用場合的不同而改變其外觀。封裝后的DS18B20可用于各種非極限

29、溫度場合。耐磨耐碰，體積小，使用方便，封裝形式多樣，適用于各種狹小空間設(shè)備數(shù)字測溫和控制領(lǐng)域。因此本設(shè)計采用方案二中的DS18B20芯片進展溫度采集。2.4無線傳輸模塊的選型和論方案一：NRF905是美國Nordic VLSI公司設(shè)計而成，體積小，傳輸距離遠，同時抗干擾能力強，通信穩(wěn)定，且為微功率模塊。方案二：NRF24L01具有NRF905根本特點，并且本錢更低，編程更加容易。因此本設(shè)計選擇方案二中的NRF24L01模塊進展無線傳輸。2.5系統(tǒng)整體設(shè)計概述本系統(tǒng)以單片機為控制核心，對系統(tǒng)進展初始化，主要完成對火光、煙霧信號的采集、液晶顯示、測溫且由無線收發(fā)模塊傳輸采集數(shù)據(jù)等功能的控制，起到總

30、控和協(xié)調(diào)各模塊之間工作的作用。根據(jù)以上設(shè)計需要，系統(tǒng)擬采用以下技術(shù)方案，系統(tǒng)的構(gòu)造框圖如下列圖所示。圖2-1 發(fā)送側(cè)系統(tǒng)構(gòu)造框圖圖2-2 接收側(cè)系統(tǒng)構(gòu)造框圖系統(tǒng)由STC89C52，LCD1602，火焰?zhèn)鞲衅?，煙霧傳感器，DS18B20等組成，系統(tǒng)由兩局部組成分別是火災檢測局部和火災報警局部，通過調(diào)整煙霧傳感器的靈敏度來控制煙霧濃度的上限值，通過程序設(shè)定溫度值的上限，當超過濃度后，或者溫度超過后，單片時機進展聲光報警。第3章 系統(tǒng)硬件電路設(shè)計3.1主控模塊主控模塊模塊在整個系統(tǒng)中起著統(tǒng)籌的作用，需要檢測鍵盤，時間檢測、煙霧濃度檢測、語音報警等功能，同時驅(qū)動液晶顯示相關(guān)參數(shù)，在這里我們選用了51系

31、列單片機中的STC89C52單片機作為系統(tǒng)的主控芯片。51系列單片機最初是由Intel 公司開發(fā)設(shè)計的，但后來Intel 公司把51 核的設(shè)計方案賣給了幾家大的電子設(shè)計生產(chǎn)商，譬如 SST、Philip、Atmel 等大公司。因此市面上出現(xiàn)了各式各樣的均以51 為核的單片機。這些各大電子生產(chǎn)商推出的單片機都兼容51 指令、并在51 的根底上擴展一些功能而部構(gòu)造是與51一致的。STC89C52有40個引腳，4個8位并行I/O口，1個全雙工異步串行口，同時含5個中斷源，2個優(yōu)先級，2個16位定時/計數(shù)器。STC89C52的存儲器系統(tǒng)由4K的程序存儲器(掩膜ROM)，和128B的數(shù)據(jù)存儲器(RAM)

32、組成。STC89C52單片機的根本組成框圖見圖3-1。圖3-1STC89C52單片機構(gòu)造圖 STC89C52單片機主要特性1. 一個8 位的微處理器(CPU)。2. 片數(shù)據(jù)存儲器RAM(128B)，用以存放可以讀寫的數(shù)據(jù)，如運算的中間結(jié)果、最終結(jié)果以及欲顯示的數(shù)據(jù)等，SST89 系列單片機最多提供1K 的RAM。3. 片程序存儲器ROM(4KB)，用以存放程序、一些原始數(shù)據(jù)和表格。但也有一些單片機部不帶ROM/EPROM，如8031，8032，80C31 等。目前單片機的開展趨勢是將RAM 和ROM 都集成在單片機里面，這樣既方便了用戶進展設(shè)計又提高了系統(tǒng)的抗干擾性。SST 公司推出的89 系

33、列單片機分別集成了16K、32K、64K Flash 存儲器，可供用戶根據(jù)需要選用。4. 四個8 位并行IO 接口P0P3，每個口既可以用作輸入，也可以用作輸出。5. 兩個定時器計數(shù)器，每個定時器計數(shù)器都可以設(shè)置成計數(shù)方式，用以對外部事件進展計數(shù)，也可以設(shè)置成定時方式，并可以根據(jù)計數(shù)或定時的結(jié)果實現(xiàn)計算機控制。為方便設(shè)計串行通信，目前的52 系列單片機都會提供3 個16 位定時器/計數(shù)器。6. 五個中斷源的中斷控制系統(tǒng)?，F(xiàn)在新推出的單片機都不只5 個中斷源，例如SST89E58RD 就有9 個中斷源。7. 一個全雙工UART(通用異步接收發(fā)送器)的串行IO 口，用于實現(xiàn)單片機之間或單機與微機之

34、間的串行通信。8. 片振蕩器和時鐘產(chǎn)生電路，但石英晶體和微調(diào)電容需要外接。最高允許振蕩頻率為12MHz。SST89V58RD 最高允許振蕩頻率達40MHz，因而大大的提高了指令的執(zhí)行速度。圖3-2STC89C52單片機管腳圖局部引腳說明：1.時鐘電路引腳*TAL1 和*TAL2：*TAL2(18 腳)：接外部晶體和微調(diào)電容的一端；片它是振蕩電路反相放大器的輸出端，振蕩電路的頻率就是晶體固有頻率。假設(shè)需采用外部時鐘電路時，該引腳輸入外部時鐘脈沖。要檢查振蕩電路是否正常工作，可用示波器查看*TAL2 端是否有脈沖信號輸出。*TAL1(19 腳)：接外部晶體和微調(diào)電容的另一端；在片它是振蕩電路反相放

35、大器的輸入端。在采用外部時鐘時，該引腳必須接地。2.控制信號引腳RST,ALE,PSEN 和EA：RST/VPD(9 腳)：RST 是復位信號輸入端，高電平有效。當此輸入端保持備用電源的輸入端。當主電源Vcc 發(fā)生故障，降低到低電平規(guī)定值時，將5V 電源自動兩個機器周期(24個時鐘振蕩周期)的高電平時，就可以完成復位操作。RST 引腳的第二功能是VPD,即接入RST 端，為RAM 提供備用電源，以保證存儲在RAM 中的信息不喪失，從而合復位后能繼續(xù)正常運行。ALE/PROG(30 腳)：地址鎖存允許信號端。當8051 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fOS

36、C 的1/6。CPU 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。平時不片外存儲器時，ALE 端也以振蕩頻率的1/6 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。如果想確定8051/8031 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8051/8031 根本上是好的。ALE 端的負載驅(qū)動能力為8 個LS 型TTL(低功耗甚高速TTL)負載。此引腳的第二功能PROG 在對片帶有4KB EPROM 的8751 編程寫入(固化程序)時，作為編程脈沖輸入端。PSEN(29 腳)：程序存儲允許輸出信號端。在片外程序存儲器時，此端定時輸

37、出負脈沖作為讀片外存儲器的選通信號。此引肢接EPROM 的OE 端(見后面幾章任何一個小系統(tǒng)硬件圖)。PSEN 端有效，即允許讀出EPROMROM 中的指令碼。PSEN 端同樣可驅(qū)動8 個LS 型TTL 負載。要檢查一個8051/8031 小系統(tǒng)上電后CPU 能否正常到EPROMROM 中讀取指令碼，也可用示波器看PSEN 端有無脈沖輸出。如有則說明根本上工作正常。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EA 引腳接高電平時，CPU只片EPROM/ROM并執(zhí)行部程序存儲器中的指令，但當PC(程序計數(shù)器)的值超過0FFFH(對8751/8051 為4K)時，

38、將自動轉(zhuǎn)去執(zhí)行片外程序存儲器的程序。當輸入信號EA 引腳接低電平(接地)時，CPU 只外部EPROM/ROM 并執(zhí)行外部程序存儲器中的指令，而不管是否有片程序存儲器。對于無片ROM 的8031 或8032,需外擴EPROM，此時必須將EA 引腳接地。此引腳的第二功能是Vpp 是對8751 片EPROM固化編程時，作為施加較高編程電壓(一般12V21V)的輸入端。3.輸入/輸出端口P0/P1/P2/P3：P0口(P0.0P0.7，3932 腳)：P0口是一個漏極開路的8 位準雙向I/O口。作為漏極開路的輸出端口，每位能驅(qū)動8 個LS 型TTL 負載。當P0 口作為輸入口使用時，應先向口鎖存器(地

39、址80H)寫入全1,此時P0 口的全部引腳浮空，可作為高阻抗輸入。作輸入口使用時要先寫1,這就是準雙向口的含義。在CPU 片外存儲器時，P0口分時提供低8 位地址和8 位數(shù)據(jù)的復用總線。在此期間，P0口部上拉電阻有效。P1口(P1.0P1.7，18 腳)：P1口是一個帶部上拉電阻的8 位準雙向I/O口。P1口每位能驅(qū)動4 個LS 型TTL 負載。在P1口作為輸入口使用時，應先向P1口鎖存地址(90H)寫入全1,此時P1口引腳由部上拉電阻拉成高電平。P2口(P2.0P2.7，2128 腳)：P2口是一個帶部上拉電阻的8 位準雙向I/O口。P口每位能驅(qū)動4個LS 型TTL 負載。在片外EPROM/

40、RAM 時，它輸出高8 位地址。P3口(P3.0P3.7，1017 腳)：P3口是一個帶部上拉電阻的8 位準雙向I/O口。P3口每位能驅(qū)動4個LS型TTL負載。P3口與其它I/O 端口有很大的區(qū)別，它的每個引腳都有第二功能，如下：P3.0：(R*D)串行數(shù)據(jù)接收。P3.1：(R*D)串行數(shù)據(jù)發(fā)送。P3.2：(INT0*)外部中斷0輸入。P3.3：(INT1*)外部中斷1輸入。P3.4：(T0)定時/計數(shù)器0的外部計數(shù)輸入。P3.5：(T1)定時/計數(shù)器1的外部計數(shù)輸入。P3.6：(WR*)外部數(shù)據(jù)存儲器寫選通。P3.7：(RD*)外部數(shù)據(jù)存儲器讀選通。 STC89C52單片機的中斷系統(tǒng)STC8

41、9C52系列單片機的中斷系統(tǒng)有5個中斷源，2個優(yōu)先級，可以實現(xiàn)二級中斷效勞嵌套。由片特殊功能存放器中的中斷允許存放器IE控制CPU是否響應中斷請求；由中斷優(yōu)先級存放器IP安排各中斷源的優(yōu)先級；同一優(yōu)先級各中斷同時提出中斷請求時，由部的查詢邏輯確定其響應次序。在單片機應用系統(tǒng)中，常常會有定時控制需求，如定時輸出、定時檢測、定時掃描等；也經(jīng)常要對外部事件進展計數(shù)。STC89C52單片機集成有兩個可編程的定時/計數(shù)器：T0和T1，它們既可以工作于定時模式，也可以工作于外部事件計數(shù)模式，此外，T1還可以作為串行口的波特率發(fā)生器。 單片機最小系統(tǒng)設(shè)計圖3-3 單片機最小系統(tǒng)電路圖 圖3-3為單片機最小系

42、統(tǒng)電路圖，單片機最小系統(tǒng)有單片機、時鐘電路、復位電路組成，時鐘電路選用了12MHZ的晶振提供時鐘，作用為給單片機提供一個時間基準，其中執(zhí)行一條根本指令需要的時間為一個機器周期，單片機的復位電路，按下復位按鍵之后可以使單片機進入剛上電的起始狀態(tài)。圖中10K排阻為P0口的上拉電阻，由于P0口跟其他IO構(gòu)造不一樣為漏極開路的構(gòu)造，因此要加上拉電阻才能正常使用。3.2 LCD液晶顯示器簡介由于本設(shè)計中要求顯示界面顯示一些參數(shù)，因此這里選用了LCD1602作為界面顯示，可以把一些相關(guān)的參數(shù)進展顯示。 液晶原理介紹液晶顯示的原理是利用液晶的物理特性，通過電壓對其顯示區(qū)域進展控制，有電就有顯示，這樣即可以顯

43、示出圖形。液晶顯示器具有厚度薄、適用于大規(guī)模集成電路直接驅(qū)動、易于實現(xiàn)全彩色顯示的特點，目前已經(jīng)被廣泛應用在便攜式電腦、數(shù)字攝像機、PDA移動通信工具等眾多領(lǐng)域。顯示接口用來顯示系統(tǒng)的狀態(tài)，命令或采集的電壓數(shù)據(jù)。本系統(tǒng)顯示局部用的是LCD液晶模塊，采用一個162的字符型液晶顯示模塊。 點陣圖形式液晶由 M 行N 列個顯示單元組成，假設(shè) LCD 顯示屏有64行，每行有 128列，每 8列對應 1 個字節(jié)的 8 個位，即每行由 16 字節(jié)，共 168=128個點組成，屏上 6416 個顯示單元和顯示 RAM 區(qū) 1024 個字節(jié)相對應，每一字節(jié)的容和屏上相應位置的亮暗對應。一個字符由 68 或 8

44、8點陣組成，即要找到和屏上*幾個位置對應的顯示 RAM區(qū)的 8 個字節(jié)，并且要使每個字節(jié)的不同的位為1，其它的為0，為1的點亮，為0的點暗，這樣一來就組成*個字符。但對于帶字符發(fā)生器的控制器來說，顯示字符就比擬簡單了，可讓控制器工作在文本方式，根據(jù)在LCD 上開場顯示的行列號及每行的列數(shù)找出顯示 RAM對應的地址，設(shè)立光標，在此送上該字符對應的代碼即可。3.2.2液晶模塊簡介LCD1602液晶模塊采用HD44780控制器，hd44780具有簡單而功能較強的指令集，可以實現(xiàn)字符移動，閃爍等功能，LM016L與單片機MCU通訊可采用8位或4位并行傳輸兩種方式，hd44780控制器由兩個8位存放器，

45、指令存放器IR和數(shù)據(jù)存放器DR忙標志BF，顯示數(shù)RAMDDRAM，字符發(fā)生器ROMACGOROM字符發(fā)生器RAMCGRAM，地址計數(shù)器RAM(AC)。IR用于存放指令碼，只能寫入不能讀出，DR用于存放數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)由部操作自動寫入DDRAM和CGRAM,或者暫存從DDRAM和CGRAM讀出的數(shù)據(jù)，BF為1時，液晶模塊處于部模式，不響應外部操作指令和承受數(shù)據(jù)，DDTAM用來存儲顯示的字符，能存儲80個字符碼，CGROM由8位字符碼生成5*7點陣字符160中和5*10點陣字符32種.8位字符編碼和字符的對應關(guān)系， CGRAM是為用戶編寫特殊字符留用的，它的容量僅64字節(jié)，可以自定義8個5*7點陣字符或

46、者4個5*10點陣字符，AC可以存儲DDRAM和CGRAM的地址，如果地址碼隨指令寫入IR,則IR自動把地址碼裝入AC，同時選擇DDRAM或CGRAM，LCD1602液晶模塊的引腳圖如圖3-4所示。圖3-4LCD1602引腳圖LCD1602引腳接口說明:第1腳：VSS為地電源。第2腳：VDD接5V正電源。第3腳：VEE為液晶顯示器比照度調(diào)整端，接正電源時比照度最弱，接地時比照度最高，比照度過高時會產(chǎn)生鬼影，使用時可以通過一個10K的電位器調(diào)整比照度。第4腳：RS為存放器選擇，高電平時選擇數(shù)據(jù)存放器、低電平時選擇指令存放器。第5腳：RW為讀寫信號線，高電平時進展讀操作，低電平時進展寫操作。當RS

47、和RW共同為低電平時可以寫入指令或者顯示地址，當RS為低電平RW為高電平時可以讀忙信號，當RS為高電平RW為低電平時可以寫入數(shù)據(jù)。第6腳：E端為使能端，當E端由高電平跳變成低電平時，液晶模塊執(zhí)行令。第714腳：D0D7為8位雙向數(shù)據(jù)線。第15腳：背光源正極。第16腳：背光源負極。3.2.3液晶顯示局部與STC89C52的接口如圖3-5所示。用STC89C52的P0口作為數(shù)據(jù)線，用P2.2、P2.3、P2.7分別作為LCD的RS 、RW、EN。其中EN是下降沿觸發(fā)的片選信號，RW是讀寫信號，RS是存放器選擇信號本模塊設(shè)計要點如下：顯示模塊初始化：首先清屏，再設(shè)置接口數(shù)據(jù)位為8位，顯示行數(shù)為1行，

48、字型為57點陣，然后設(shè)置為整體顯示，取消光標和字體閃爍,最后設(shè)置為正向增量方式且不移位。向LCD的顯示緩沖區(qū)中送字符，程序中采用2個字符數(shù)組，一個顯示字符，另一個顯示電壓數(shù)據(jù)，要顯示的字符或數(shù)據(jù)被送到相應的數(shù)組中，完成后再統(tǒng)一顯示.首先取一個要顯示的字符或數(shù)據(jù)送到LCD的顯示緩沖區(qū)，程序延時2.5ms,判斷是否夠顯示的個數(shù)，不夠則地址加一取下一個要顯示的字符或數(shù)據(jù)。圖3-5LCD1602與STC89C52的接口3.3無線傳輸模塊簡介本設(shè)計的核心是通過無線收發(fā)模塊NRF24L01發(fā)送檢測到的數(shù)據(jù)，并在接收端進展實時顯示，在火災發(fā)生時進展聲光報警。NRF24L01 是一款工作在2.42.5GHz

49、世界通用ISM 頻段的單片無線收發(fā)器芯片。無線收發(fā)器包括:頻率發(fā)生器、增強型SchockBurstTM 模式控制器、功率放大器、晶體振蕩器、調(diào)制器、解調(diào)器。輸出功率、頻道選擇和協(xié)議的設(shè)置可以通過SPI 接口進展設(shè)置。它具有極低的電流消耗：當工作在發(fā)射模式下發(fā)射功率為-6dBm 時電流消耗為9mA，接收模式時為12.3mA。掉電模式和待機模式下電流消耗更低。模塊性能及特點(1)2.4GHz全球開放ISM頻段免許可證使用；(2最高工作速率2Mbps，高效GFSK調(diào)制，抗干擾能力強，特別適合工業(yè)控制場合；(3)125頻道，滿足多點通信和跳頻通信需要；(4)置硬件CRC檢錯和點對多點通信地址控制；(5

50、)低功耗1.9-3.6V工作，待機模式下狀態(tài)為22uA；掉電模式下為900nA；(6)模塊可軟件設(shè)地址，只有收到本機地址時才會輸出數(shù)據(jù)提供中斷指示)，可直接接各種單片機使用，軟件編程非常方便；(7)標準5*2DIP間距接口，便于嵌入式應用；(8)工作于EnhancedShockBurst，具有可選的置包應答機制，極大的降低丟包率；(9)NRF24L01配PCB置天線，無阻擋傳輸距離20-50米。(10)與51系列單片機P0口連接時候，需要加10K的上拉電阻,與其余口連接不需要。(11)其他系列的單片機，如果是5V的，請參考該系列單片機IO口輸出電流大小，如果超過10mA，需要串聯(lián)電阻分壓，否則

51、容易燒毀模塊。如果是3.3V的，可以直接和RF24L01模塊的IO口線連接。比方AVR系列單片機如果是5V的，一般串接2K的電阻。圖3-6無線傳輸模塊原理圖 NRF24L01應用領(lǐng)域無線鼠標，鍵盤，游戲機操縱桿，無線數(shù)據(jù)通訊，無線門禁，安防系統(tǒng)，遙控裝置，遙感勘測，智能運動設(shè)備，工業(yè)傳感器,玩具。NRF24L01技術(shù)參數(shù)表3-1 NRF24L01快速參考數(shù)據(jù)參數(shù)數(shù)值單位最低供電電壓19V最大發(fā)射頻率0dBm最大數(shù)據(jù)傳輸率2000kbps發(fā)射模式下電流消耗0dBm113mA接收模式下電流消耗2000kbps123mA溫度圍-40+85數(shù)據(jù)傳輸率為1000kbps下的靈敏度-85dBm掉電模式下的

52、電流消耗900nA NRF24L01工作方式及工作原理NRF2401有工作模式有四種：發(fā)送模式，承受模式，空閑模式，掉電模式。工作模式由PWR_UP register 、PRIM_R* register 和CE 決定，詳見表3-2。表3-2 NRF24L01工作模式模式PWR_UPPRIM_R*CEFIFO存放器狀態(tài)承受模式111-發(fā)送模式101數(shù)據(jù)在T* FIFO存放器中發(fā)送模式1010停留在發(fā)送模式，直至數(shù)據(jù)發(fā)完空閑模式101T* FIFO為空空閑模式1-0無數(shù)據(jù)傳輸?shù)綦娔Ｊ?-工作原理：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T*_ADDR和有效數(shù)據(jù)T*_PL

53、D按照時序由SPI口寫入NRF24L01緩存區(qū)，T*_PLD必須在CSN為低時連續(xù)寫入，而T*_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)；假設(shè)自動應答開啟，則NRF24L01在發(fā)射數(shù)據(jù)后立即進入接收模式，接收應答信號自動應答接收地址應該與接收節(jié)點地址T*_ADDR一致。如果收到應答，則認為此次通信成功，T*_DS置高，同時T*_PLD從T*FIFO中去除;假設(shè)未收到應答，則自動重新發(fā)射該數(shù)據(jù)(自動重發(fā)已開啟)，假設(shè)重發(fā)次數(shù)(ARC)到達上限，MA*_RT置高，T*FIFO中數(shù)據(jù)保存以便再次重發(fā)；MA*_RT或T*_DS置高時，使IRQ變低，產(chǎn)生中

54、斷，通知MCU。最后發(fā)射成功時,假設(shè)CE為低則NRF24L01進入空閑模式1；假設(shè)發(fā)送堆棧中有數(shù)據(jù)且CE為高，則進入下一次發(fā)射；假設(shè)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R*FIFO中，同時中斷標志位R*_DR置高，IRQ變低，產(chǎn)生中斷，通知MCU去取數(shù)據(jù)。假設(shè)此時自動應答開啟，接收方則同時進入發(fā)射狀態(tài)回傳應答信號。最后接收成功時，假設(shè)CE變低，則NRF24L01進入空閑模式1。3.4聲光報警模塊設(shè)計平安情況下，三色燈熄滅，喇叭無聲；一旦監(jiān)測

55、到發(fā)生火災，即觸發(fā)報警器進入報警狀態(tài)，三色燈循環(huán)閃爍，喇叭發(fā)出警報聲。蜂鳴器報警聲音報警電路如下列圖所示。由于蜂鳴器的工作電流一般比擬大，以致于單片機的I/O口是無法直接驅(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。聲報警電路由單片機的P20引腳進展控制，當P2.0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。圖3-7 蜂鳴器報警電路燈光報警光報警電路路如圖3.5，由單片機的P2.1、P3.4、P3.5口進展控制，分別控制3個發(fā)光二極管，予以光報警，如下圖。當監(jiān)測到火災發(fā)生時，單片機控制的三個端口循環(huán)依次輸出低電

56、平時，對應的信號燈便會循環(huán)閃爍發(fā)出光報警。圖3-8 燈光報警電路3.5溫度檢測模塊設(shè)計本設(shè)計還帶有一個溫度檢測的功能，系統(tǒng)可以通過讀取DS18B20的溫度數(shù)據(jù)并在LCD1602上顯示，當系統(tǒng)監(jiān)測到火災發(fā)生時，會驅(qū)動聲光報警系統(tǒng)報警。3.5.1溫度傳感器工作原理DALLAS 最新單線數(shù)字溫度傳感器DS18B20是一種新型的一線器件，其體積更小、更適用于多種場合、且適用電壓更寬、更經(jīng)濟。DALLAS半導體公司的數(shù)字化溫度傳感器DS18B20是世界上第一片支持一線總線接口的溫度傳感器。溫度測量圍為-55+125攝氏度，可編程為9位12 位轉(zhuǎn)換精度，測溫分辨率可達0.0625攝氏度，分辨率設(shè)定參數(shù)以及

57、用戶設(shè)定的報警溫度存儲在EEPROM 中，掉電后依然保存。被測溫度用符號擴展的16位數(shù)字量方式串行輸出；其工作電源既可以在遠端引入，也可以采用寄生電源方式產(chǎn)生；多個DS18B20可以并聯(lián)到3 根或2 根線上，CPU只需一根端口線就能與諸多DS18B20 通信，占用微處理器的端口較少，可節(jié)省大量的引線和邏輯電路。因此用它來組成一個測溫系統(tǒng)，具有線路簡單，在一根通信線，可以掛很多這樣的數(shù)字溫度計，十分方便。DS18B20的讀寫時序和測溫原理與DS1820一樣，只是得到的溫度值的位數(shù)因分辨率不同而不同，且溫度轉(zhuǎn)換時的延時時間由2s 減為750ms。 DS18B20測溫原理：低溫度系數(shù)晶振的振蕩頻率受

58、溫度影響很小，用于產(chǎn)生固定頻率的脈沖信號送給計數(shù)器1。高溫度系數(shù)晶振隨溫度變化其振蕩率明顯改變，所產(chǎn)生的信號作為計數(shù)器2的脈沖輸入。計數(shù)器1和溫度存放器被預置在55所對應的一個基數(shù)值。計數(shù)器1對低溫度系數(shù)晶振產(chǎn)生的脈沖信號進展減法計數(shù)，當計數(shù)器1的預置值減到0時，溫度存放器的值將加1，計數(shù)器1的預置將重新被裝入，計數(shù)器1重新開場對低溫度系數(shù)晶振產(chǎn)生的脈沖信號進展計數(shù)，如此循環(huán)直到計數(shù)器2計數(shù)到0時，停頓溫度存放器值的累加，此時溫度存放器中的數(shù)值即為所測溫度。DS18B20有4個主要的數(shù)據(jù)部件：a. 光刻ROM中的64位序列號是出廠前被光刻好的，它可以看作是該DS18B20的地址序列碼。64位光

59、刻ROM的排列是：開場8位28H是產(chǎn)品類型標號，接著的48位是該DS18B20自身的序列號，最后8位是前面56位的循環(huán)冗余校驗碼CRC=*8+*5+*4+1。光刻ROM的作用是使每一個DS18B20都各不一樣，這樣就可以實現(xiàn)一根總線上掛接多個DS18B20的目的。b. DS18B20中的溫度傳感器可完成對溫度的測量，以12位轉(zhuǎn)化為例：用16位符號擴展的二進制補碼讀數(shù)形式提供，以 0.0625/LSB形式表達，其中S為符號位。c. DS18B20溫度傳感器的存儲器 DS18B20溫度傳感器的部存儲器包括一個高速暫存RAM和一個非易失性的可電擦除的EEPRAM,后者存放高溫度和低溫度觸發(fā)器 TH、

60、TL和構(gòu)造存放器。d. 配置存放器。DS18B20部構(gòu)造及功能：DS18B20的部構(gòu)造如圖3-15所示。主要包括：寄生電源，溫度傳感器，64位ROM和單總線接口，存放中間數(shù)據(jù)的高速暫存器RAM，用于存儲用戶設(shè)定溫度上下限值的TH和TL觸發(fā)器，存儲與控制邏輯，8位循環(huán)冗余校驗碼CRC發(fā)生器等7局部。圖3-10 DS18B20部構(gòu)造3.5.2DS18B20使用中的考前須知DS18B20 雖然具有測溫系統(tǒng)簡單、測溫精度高、連接方便、占用口線少等優(yōu)點，但在實際應用中也應注意以下幾方面的問題：1)DS18B20 從測溫完畢到將溫度值轉(zhuǎn)換成數(shù)字量需要一定的轉(zhuǎn)換時間，這是必須保證的，不然會出現(xiàn)轉(zhuǎn)換錯誤的現(xiàn)象