基于STC89C52控制的煙霧報警器的設計與制作

湖南商務職業(yè)技術學院畢業(yè)設計

目錄

1項目簡介.......................................................................................................................1

1.1產(chǎn)品設計背景.....................................................................................................1

1.2產(chǎn)品簡介與設計分析........................................................................................1

1.3產(chǎn)品應用價值.....................................................................................................2

2產(chǎn)品設計方案...............................................................................................................2

2.1產(chǎn)品設計要求.....................................................................................................2

2.2元器件的選擇.....................................................................................................3

3產(chǎn)品硬件系統(tǒng)設計.......................................................................................................4

3.1單片機的最小系統(tǒng).............................................................................................4

3.2時鐘電路與復位電路.........................................................................................5

3.3煙霧檢測模塊.....................................................................................................5

3.4顯示模塊.............................................................................................................6

3.5報警模塊.............................................................................................................7

3.6控制電路設計.....................................................................................................8

4系統(tǒng)軟件設計...............................................................................................................9

4.1系統(tǒng)程序設計語言.............................................................................................9

4.2主程序設計.........................................................................................................9

4.3報警程序設計...................................................................................................10

4.4控制按鍵設計子程序.......................................................................................10

5產(chǎn)品組裝調試.............................................................................................................11

5.1元器件的檢測試...............................................................................................11

5.2電路的檢測.......................................................................................................12

5.3系統(tǒng)的功能檢測...............................................................................................12

6設計小結.....................................................................................................................12

附錄1產(chǎn)品實物圖........................................................................................................12

附錄2系統(tǒng)原理............................................................................................................15

附錄3PCB圖..............................................................................................................16

附錄4元件清單............................................................................................................17

附錄5程序代碼............................................................................................................18

參考資料.........................................................................................................................25

湖南商務職業(yè)技術學院畢業(yè)設計

基于STC89C52控制的煙霧報警器設計與制作

1項目簡介

1.1產(chǎn)品設計背景

火災不是受操縱的燃燒造成的一種災害。大家生活中常常能聽見的各種各

樣災害中火災最經(jīng)常和最廣泛的。緣故主要是對火災防止了解不夠，火災的產(chǎn)

生由來許多，例如隨便丟掉、沒有徹底滅掉的煙蒂、所有燃放的煙花炮竹、應

用輸出功率過大的家用電器、溫度過高的一部分易燃物的自燃等。并且，家中

居所、市場、店鋪、企業(yè)等場地有可能產(chǎn)生火災。這時智能化火災報警設備可

以造成很好的防止實際效果，這可以很大程度地確保大家的財物和人身安全。

該設計方案必須的關鍵部件包含氣體傳感器、A/D轉化器、單片機等。在其

中最重要的關鍵部件是單片機。剩余的各個板塊都接入到單片機上，為單片機

給予鍵入數(shù)據(jù)信號，信號分析后進行單片機的回應。51單片機因為功能齊全、

質優(yōu)價廉、資料完整、應用簡易，現(xiàn)階段在市場上的許多行業(yè)均有普遍的運用。

此外，51單片機使用方便，使用方便，因此有關51單片機的信息內容非常多。

除此之外，可以按位實行乘除法和乘法等指令，使單片機有著可編的邏輯性模

塊。學習培訓簡易的C語言或匯編程序就可以立即開始了。這就是51單片機的

優(yōu)勢。51單片機的作用十分詳細，低成本，容積也小，因此許多初中級單片機

的人一定會挑選51單片機。這也是為什么這一設計方案中采用的單片機也選用

了51系列產(chǎn)品單片機。在這里設計方案中可以實行的作用涉及全自動警告、手

動式警告、設定警告限定和撤銷手動式警告。

1.2產(chǎn)品簡介與設計分析

該設計方案主要是科學研究基于單片機的智能化煙霧報警系統(tǒng)，涉及到A/D

變換、最少系統(tǒng)軟件基本建設、警報路面、表明電源電路、鎖匙控制回路設計

方案、AltiumDesigner8.0、Protues、keil等系統(tǒng)的應用?；旧弦?guī)定是在火

災時精確合理地鑒別信息內容并發(fā)送報警。并且，可以操縱煙霧濃度值，善于

手動式警報和撤銷警報。

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1.3產(chǎn)品應用價值

在我國逐漸研發(fā)火災煙霧警報器的時間段不長，與西方國家對比晚了幾十

年，但由于電子信息技術的發(fā)展，在我國的煙霧報警系統(tǒng)獲得了快速發(fā)展。尤

其警報器制技術性在這段時間獲得了快速發(fā)展。此外，在我國的煙霧報警研究

人員得到了許多學習培訓機遇和材料，在我國煙霧預警系統(tǒng)研發(fā)水準已經(jīng)快速

發(fā)展。中國人口多，遍布不均勻，許多城市人口密度散布高。近些年，城市的

摩天大廈和大中型綜合性工程建筑愈來愈多，工作人員更為聚集，此外，火災

風險也大大增加，消防安全的難度系數(shù)越來越大。據(jù)統(tǒng)計，近些年，在我國產(chǎn)

生電氣設備火災和人為因素火災的次數(shù)一直很高，此外，山林火災和一些加工

廠爆炸事故引發(fā)的火災頻率也在提升。這一場火災對人民導致了很大的損害，

不但有資產(chǎn)上的損害，也有生命安全。據(jù)搜狐統(tǒng)計分析，搜集的2019年全年度

1653起火災爆炸事故中，火災爆炸事件為718起，導致239人死亡。假如住宅

建筑都能安裝智能化火災煙霧預警系統(tǒng)，火災產(chǎn)生時，可以接到相關工作人員

撤出和貴重的物品立即遷移工作中的報警。因而，對煙霧報警系統(tǒng)的探討和開

發(fā)設計十分關鍵。

2產(chǎn)品設計方案

2.1產(chǎn)品設計要求

當火情出現(xiàn)時，周邊環(huán)境(如煙霧濃度、溫度）它會產(chǎn)生變化，我們可以根

據(jù)感應器捕獲這種變化，例如煙霧感應器，可以檢測煙霧濃度的變化。一旦感

應器捕獲這種變化，它會馬上將他們轉化成電信號。這種電信號會根據(jù)A/D轉

化器轉化成單片機設計可以解決的模擬信號，單片機設計會馬上對這種數(shù)據(jù)信

號做好處置和回應。下邊的圖2-1是系統(tǒng)軟件硬件設備的一般框架圖。

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圖2-1硬件系統(tǒng)總框圖

2.2元器件的選擇

2.2.1單片機的選型

智能化煙霧探測器的主要機器設備，單片機的51系列產(chǎn)品具備功能齊全、

質優(yōu)價廉、材料健全、方便使用等優(yōu)勢，因而，本設計中選擇的單片機是STC89C51

的單片機。

2.2.2煙霧傳感器的選擇

（1）傳感器簡介

數(shù)據(jù)采集模塊，感應器敏感度立即影響到所有體系的精密度和敏感度。因

而，感應器的選擇十分關鍵。圖2-2是典型性氣體傳感器的歸類。本設計方案

選擇的MQ-2歸屬于氣敏特點。

傳感器類型優(yōu)點適用范圍

離子式技術先進、工作穩(wěn)定易發(fā)生悶燒火災場地

光電式可光亮強度亮度變化不大場地

氣敏式能識別多種可燃氣體存放可燃氣體場地

圖2-2常見煙霧傳感器的分類

2.2.3顯示器的選擇

顯示屏大概有兩個選擇項。一個是數(shù)碼管，另一個是液晶屏。數(shù)碼管表明

作用在沒有液晶屏的情形下只有表明簡易的數(shù)據(jù)和英文字母，但價格低。在這

個設計中選擇的顯示屏是數(shù)碼管。

2.2.4A/D轉換器

單片機不可以立即解決模擬信號，因而需要應用A/D轉化器將模擬信號變

換為模擬信號。A/D轉換器種類繁多可以根據(jù)不同需要選擇。本設計選用的是ADC

0832。

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3產(chǎn)品硬件系統(tǒng)設計

3.1單片機的最小系統(tǒng)

3.1.1最小系統(tǒng)電路

最小系統(tǒng)是由非常簡單、至少的部件構成的可電腦操作系統(tǒng)。包含單片機、

晶體電源電路和延時電路。

3.1.2STC89C52簡介

STC89C52是歸屬于MCS-51的單芯片，是amd公司于1981年生產(chǎn)制造的八

個單芯片微控制器，intel已經(jīng)將MCS51的關鍵技術授予很多企業(yè)，而且到現(xiàn)在

早已發(fā)展壯大成為一個十分普遍、作用全方位的微控制器。依然有很多企業(yè)生

產(chǎn)制造以STC89C52為關鍵的單片機，如東芝、Atmel、沈華廈建材等，并持續(xù)

開發(fā)設計更強勁、更強有力的兼容商品。STC89C52單片機是一個同歩次序邏輯

系統(tǒng)，徹底依靠系統(tǒng)軟件內部結構的時鐘信號來轉化成各種各樣姿勢周期時間

和同歩數(shù)據(jù)信號。換句話說，因為內嵌了時鐘信號機，應用時只需聯(lián)接石英諧

振器和電力電容器，系統(tǒng)軟件就能轉化成精確的時鐘信號。下圖3-1為STC89C52

芯片的引腳圖。

圖3-1STC89C52芯片引腳圖

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3.2時鐘電路與復位電路

晶振電路和復位電路是單片機設計中十分關鍵的二種配備。時鐘電路的首

要功能是轉化成像鐘表一樣精確的機械振動數(shù)據(jù)信號。全部指令都按先后順序

實行。STC89C52單片機設計內部結構內嵌時鐘電路，因此只需聯(lián)接晶振電路就

可以應用，但一般是接入一個電力電容器應用。時鐘信號的次數(shù)由晶振電路決

策，通常應用12MHZ。重置電源電路最重要的功能是修復原始指令，便于在出現(xiàn)

異常時重置系統(tǒng)軟件。STC89C52soc芯片微電子計算機工作中時，有二種重置方

式可選擇：重置開關電源自動控制系統(tǒng)和重置手動式操縱。該操作系統(tǒng)應用全

自動復位開關電源的復位電源電路和內部結構時鐘電路，運作的速度比一般

AT89C51單片機設計快，抗干擾性強，工作中時可以保障系統(tǒng)軟件內部結構運作。

此外，全自動復位和手動式復位對周邊電源電路的需求不一樣。全自動復位的

電位差是由電力電容器電池充電充放電造成的電位差造成的，手動式復位必須

外界VCC。圖3-2是時鐘電路圖，圖3-3是重置電路原理圖。

30pF

Res

C22X1

XTALX2C-RST

C1R1

1VCCGND

GND10K

30pF10uF

3-2時鐘電路

30pF

Res

C22X1

XTALX2C-RST

C1R1

1VCCGND

GND10K

30pF10uF

3-3復位電路

3.3煙霧檢測模塊

3.3.1MQ-2簡介

MQ-2是半導體材料傳感器。其功效是當傳感器覺得到周邊煙霧濃度值增高

時轉化成仿真模擬電信號。該傳感器具備精確度高、輸出數(shù)據(jù)信號大、回應和

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修復時間較短、抗干擾性強、工作中平穩(wěn)、使用期限長等優(yōu)勢，在市場上取得

了廣泛運用。這一傳感器在這個設計中采用了。

3.3.2AD轉換電路

火災事故出現(xiàn)時，假如周邊煙霧濃度值上升，煙霧傳感器MQ-2會接受外部

煙霧濃度值提升的數(shù)據(jù)信號，并產(chǎn)生對應的電信號，但這時電信號是脈沖信號，

因而沒法直接進入單獨硬盤開展解決，因而需要第一步對信息開展智能化解決。

其中應用的零件是ADC0832。圖3-4為轉換電路圖。

32

P1

yinwu34

VCPC

18

CSVCC

33

27P

CH0CLK

36

CH1DO

45

GNDDI

ADC0832

GND

VCC

2

inwu

U2y

16

34

5

R14

5

R171K

GND

圖3-4為轉換電路圖

3.4顯示模塊

由于這一設計方案選用了4位共陰數(shù)碼管。程序編寫時，電位高時數(shù)碼管

開啟，電位低時數(shù)碼管不打開，下面的圖3-5是表明電源電路框架圖。

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23

HHb

1

Haf

210

111987DS1

共陰數(shù)碼管

F

HAHHB

123

P

H

EDDCG4

123456

4

p

eddcgH

圖3-5顯示電路原理圖

3.5報警模塊

3.5.1蜂鳴器簡介

蜂鳴器是能傳出警報聲音的部件，它能依據(jù)移動的電流量傳出適度的響聲，

因而在預警系統(tǒng)中是不可缺少的。蜂鳴器可以分成兩大類。一個是積極的，一

個是處于被動的。不一樣的是驅動電流的特性。假如驅動電流為直流電，則蜂

鳴器是主題活動蜂鳴器。假如驅動電流是交流電流，那麼這一蜂鳴器便是無源

蜂鳴器。這一設計方案應用直流電推動蜂鳴器，因此挑選了任何的緣分蜂鳴器。

3.5.2報警電路

報警電路是電源電路的報警模塊，是在外界火災事故出現(xiàn)時由氣體傳感器

接受時，根據(jù)A/D轉化器變換解決傳送到單獨硬盤的外界數(shù)據(jù)信號控制模塊。

單片機設計解決后，將無線傳輸數(shù)據(jù)拿給報警電路，報警電路相對應回應。電

路原理如下圖3-6所顯示。

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VCC

P

3

R136

2KQ5

8550

蜂+鳴器

B1

GND

圖3-6報警模塊電

路

3.6控制電路設計

按照設計要求需要有手動報警、手動取消報警、報警值可調等等功能這就

要求有按鍵電路。按鍵電路部分的設計采用的是四個按鍵，其功能分別是一個

設置、一個緊急報警、一個對溫度報警等級往上加、一個對溫度報警等級減。

通過這四個按鍵就可以實現(xiàn)手動報警、手動取消報警以及調整報警溫度等級。

其電路原理如圖3-7所示。

圖3-7控制電路

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4軟件系統(tǒng)設計

4.1系統(tǒng)程序設計語言

c語言可以說十分適用的高級程序編寫語言。C語言誕生后，相繼誕生了多

種多樣程序編寫語言，但C語言因為功能豐富、可擴展性好、易讀性強，仍被

普遍應用。這一設計的程序流程也是用C語言撰寫的。

4.2主程序設計

最先復位程序流程，隨后因為控制器的某種特點，最先要開展加熱解決，

使系統(tǒng)軟件進到監(jiān)管情況。這時，假如濃煙濃度值產(chǎn)生變化，感應器就會被鑒

別和分辨。濃度值超出額定值時，脈沖信號將傳播到A/D轉化器并開展變換。

隨后傳輸?shù)絾纹瑱C設計解決，單片機設計做出恰當?shù)姆直?，并做出相對應的?/p>

映。超出設置的警報值警報器時，警報就會傳來。主程序流程圖如下圖4-1所

顯示。

圖4-1主程序流程圖

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4.3報警程序設計

當煙霧濃度達設定值時報警器產(chǎn)生報警響應。流程圖如圖4-2所示。

圖4-2報警子程序流程圖

4.4控制按鍵設計子程序

報警系統(tǒng)必須有控制按鈕，本設計采用自鎖復位開關調整設置值，從而達

到超出設定值時報警功能，鍵盤處理子程序流程路如圖4-3所示。

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圖4-3鍵盤處理子程序流程圖

5產(chǎn)品組裝調試

因為缺乏經(jīng)驗，大家設計的實體一定有多種多樣的問題。這一必須做實體

后再調節(jié)。這是一個十分耗費細心的全過程，必須好心態(tài)。與此同時，這也是

一個十分有益于大家成長的過程，根據(jù)調節(jié)可以具有回望電路設計方案、程序

編寫、電路焊接的功效，有利于理清思路，獲取留意點，擺脫畏難情緒心理狀

態(tài)。

5.1元器件的檢測試

關鍵要留意三點：一是，必須采用基座的組件在焊接進行后插入電路板。

二是在焊接全過程中檢查有沒有被電烙鐵損壞的零件。第三，像整流二極管的

正負那般有方位的情形下，確定是否有插進不正確。

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5.2電路的檢測

焊接全部設施后，插進電源插座需要的任何構件。檢驗時，務必先關掉電

源總開關，隨后開啟電源總開關。假如系統(tǒng)正常的運作，則表明硬件配置沒有

不正確；假如系統(tǒng)異常運作，則需要分控制模塊逐一檢查問題。這也是一項十

分必須耐性的工作中，與此同時也是一項十分有益于發(fā)展、學習培訓的工作中。

不但必須專業(yè)技能，還必須保持良好的情緒。

檢查全過程通?？梢砸勒障铝羞^程開展。

最先，單片機應用系統(tǒng)的電路全是手工制作焊接在PCB板上的，并且在PCB

版制作過程中熱轉印工藝不詳細，或時間避開浸蝕環(huán)節(jié)，非常容易掉墨斷開，

造成各電路和點焊短路、焊接

第二，用萬用表測量。先用數(shù)字萬用表逐一檢查看著時看到的異常點焊，

確定有沒有預焊、布線短路或破裂的行為。

第三步，聯(lián)接全部必須聯(lián)接基座的構件后開展電氣設備檢查。假如系統(tǒng)在

插電后常規(guī)工作中，則硬件配置沒有不正確。不然，必須分控制模塊開展檢查。

這也是一項考驗人的工作中，不但考驗專業(yè)知識，也考驗剖析力和心態(tài)。這也

許會根據(jù)斷掉某條路線或使某條線路短路來做好剖析，但在連接開關電源時，

請確保安全，如果出現(xiàn)意外立即短路開關電源。

5.3系統(tǒng)的功能檢測

硬件配置電路正常的運行時，務必對仿真模擬火災事故現(xiàn)場檢驗系統(tǒng)開展

敏感度、精確性。具體做法包含打火慢慢貼近溫度感應器，或是向MQ-2引入天

燃氣等，人力造就火災事故產(chǎn)生的仿真模擬自然環(huán)境。針對氣體傳感器，足夠

接受濃度值和環(huán)境溫度的轉變，系統(tǒng)在接受到該轉變時發(fā)送報警。

6設計小結

此次設計最先尋找材料，對煙霧探測器有基礎的掌握，隨后融合設計方案

規(guī)定，將必須完成的功能區(qū)劃為小控制模塊，過程中出現(xiàn)了許多問題。例如，

在處理芯片挑選上，許多處理芯片在功能上十分類似，因而相比每一個處理器

的功能，最后挑選必須耗費大量的時間，在查看了很多相關資料后，對51系列

產(chǎn)品STC89C52處理芯片開展了較為仔細的研究。隨后設計方案每一個控制模塊，

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依據(jù)設計規(guī)定，應用軟件撰寫設計室需的程序流程，將文檔導進模擬仿真單片

機設計開展模擬仿真。取得成功后，依據(jù)翠綠色仿真模擬電路原理圖在DXP軟

件中制作電路原理圖。期間，務必制作部件并將其增加到包庫中。電路原理圖

制作進行后，務必導進PCB線路板圖并走線。布線過程很繁雜，常常在這兒不

跳，反而是又跳。幾天后，將各構件焊接到電路板上，再次查驗，調節(jié)，進行

實體制作。系統(tǒng)軟件可以操縱濃煙的預警信息范疇、人工預警信息或人工撤銷

預警信息。在這段時間，每一個連接都是會發(fā)生許多問題。尤其是，焊接鏈接

存有虛焊、短鏈接構件等各種問題，務必對每一個組件的各個板塊開展一一檢

測。這是一個十分繁雜、十分干燥的過程，十分耗費細心。在程序編寫的過程

中，假如想多查看有關書本，最先要知道程序流程的全部過程，搭建大概的架

構，程序編寫。制作過程不但較長，調節(jié)的過程也更長。此次畢業(yè)設計論文整

體上過程很艱辛，但也很更有意義。最先，根據(jù)此次畢業(yè)設計論文，我對單片

機設計的內部構造擁有更快的掌握，對每一個針角的功能擁有更快的掌握。第

二，對C語言的簡易應用更為嫻熟。還學了怎么使用Proteus、Protel等軟件

建立電路原理圖和PCB圖。最終，得到了對硬件配置制作過程的了解，親自制

作了智能化火災事故煙霧探測器。之后伴隨著自身專業(yè)知識和實踐經(jīng)驗的累積，

我一定會逐步完善這一系統(tǒng)軟件，愈來愈智能化系統(tǒng)，功能更為強勁。

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附錄1產(chǎn)品實物圖

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附錄2系統(tǒng)原理圖

1234

DD

23

HHb

1

Haf

210

111987DS1

共陰數(shù)碼管

U1DS18B20VCC

F

H

B

HH

A

A

3

12

DTC

NAC

GDV

123

P

R1H

10KEDDCG4

246

135

VCC

4

U2VCCJ1p

eddcgH

140

CS1P1.0VCC1C

239

C1S2P1.1P0.0a2

S1338

S3P1.2P0.1f3

10uF437

S4P1.3P0.2b4

536

P1.4P0.3e5

635VCCVCC

P1.5P0.4d6

734

LED1P1.6P0.5dp7

LED2