《基于單片機(jī)的的火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)8400字（論文）》

32-基于單片機(jī)的的火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)目錄TOC\o"1-2"\h\u3391緒論 1107791.1選題的目的及意義 1174491.2選題的主要研究?jī)?nèi)容 2113262硬件設(shè)計(jì) 2140682.1單片機(jī)選型 2237752.2傳感器選型 4113072.3顯示屏選型 53962.4系統(tǒng)整體電路 7256772.5單片機(jī)最小系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 7197862.6LCD驅(qū)動(dòng)電路 8288722.7傳感器模擬電路 9297942.8聲光報(bào)警電路 10171562.9溫度測(cè)量模塊 1081252.10鍵盤輸入電路 11289013軟件程序設(shè)計(jì) 12173783.1主程序流程設(shè)計(jì) 12169623.2子程序流程設(shè)計(jì) 13166524系統(tǒng)的仿真及檢測(cè) -15-304944.1系統(tǒng)的仿真 -15-74284.2系統(tǒng)的檢測(cè)和調(diào)試 -18-29868結(jié)論 -21-27800參考文獻(xiàn) -22-1緒論1.1選題的目的及意義隨著城市化的逐年加快，城市建筑密度也在迅速增加。在促進(jìn)社會(huì)主義文明建設(shè)以及經(jīng)濟(jì)發(fā)展的同時(shí)，發(fā)生社會(huì)安全事故的可能性正在迅速增加。其中，火災(zāi)對(duì)他們的生活以及財(cái)產(chǎn)安全構(gòu)成了重大挑戰(zhàn)，這也使得人們對(duì)火災(zāi)的關(guān)注度越來越高[1]?；馂?zāi)是現(xiàn)代中國(guó)城市中最具災(zāi)難性以及影響力的災(zāi)難之一。由于其發(fā)生具有不確定性、恐怖性、快速蔓延性以及破壞性，這就使得其防治變得更加重要?；馂?zāi)不僅直接危害人民財(cái)產(chǎn)安全，而且危害個(gè)人安全，間接危險(xiǎn)更加嚴(yán)重。在電視新聞上消防人員在執(zhí)行救援任務(wù)時(shí)不幸喪生并不鮮見，而且每年有關(guān)的政府部門都在加強(qiáng)控制并著重于消防也屢見報(bào)端。因此，如何能夠在第一時(shí)間發(fā)現(xiàn)火情，并且及時(shí)發(fā)出告警提示音就變得尤為重要，所以，火災(zāi)報(bào)警裝置便應(yīng)運(yùn)而生。不過隨著現(xiàn)代科技，尤其是單片機(jī)技術(shù)，無線通信技術(shù)以及傳感器技術(shù)的發(fā)展，為消防安全領(lǐng)域帶來了福音，功能更加穩(wěn)定，運(yùn)行更加可靠的火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)隨之出現(xiàn)，本設(shè)計(jì)使用溫度傳感器以及煙霧傳感器來通過無線傳輸實(shí)時(shí)檢測(cè)狀況，實(shí)時(shí)監(jiān)控以及實(shí)時(shí)警報(bào)[5]。1.2選題的主要研究?jī)?nèi)容本文主要做了以下工作：簡(jiǎn)述了本課題的研究背景與意義，闡述了研究?jī)?nèi)容與創(chuàng)新點(diǎn)之后。對(duì)硬件電路進(jìn)行了設(shè)備選型，主要比較了溫度、煙霧傳感器以及液晶顯示屏。之后進(jìn)行了硬件電路設(shè)計(jì)，主要從單片機(jī)最小系統(tǒng)、液晶顯示電路、溫度、煙霧測(cè)量模塊以及聲光報(bào)警模塊等方面進(jìn)行了詳細(xì)闡述；第三部分是軟件程序設(shè)計(jì)，包括主程序流程圖以及各個(gè)功能子模塊流程圖介紹，最后進(jìn)行了軟件測(cè)試，通過Proteus仿真，證明了系統(tǒng)的正確性與可行性。2硬件設(shè)計(jì)2.1單片機(jī)選型2.1.1AT89C51單片機(jī)在整個(gè)微控制器領(lǐng)域單片機(jī)擁有最悠久的歷史和最廣的應(yīng)用領(lǐng)域，它在很多行業(yè)已經(jīng)有了非常多的應(yīng)用，51系列單片機(jī)是其中最具有代表性的產(chǎn)品。盡管51系列單片機(jī)配置相對(duì)較低，不過憑借自身價(jià)格較低和操控簡(jiǎn)單優(yōu)點(diǎn)在很多簡(jiǎn)單應(yīng)用上占據(jù)優(yōu)勢(shì)地位。對(duì)于51單片機(jī)來說，它內(nèi)置了8位片內(nèi)flash，運(yùn)行時(shí)鐘最高可以達(dá)到12兆赫茲，包含的SRAM容量大小為6K，并且內(nèi)置了2個(gè)16位的定時(shí)器，另外它具有32個(gè)IO引腳，憑借其物美價(jià)廉的特點(diǎn)深受消費(fèi)者喜愛，市場(chǎng)占有率非常高。從工業(yè)控制的視角來看，單片機(jī)擁有了無法替代的位置。本文選取AT89C51單片機(jī)，其具體參數(shù)如下表2.1所示：表2.1AT89C51單片機(jī)的基本參數(shù)表額定電壓5V額定頻率12MHzSRAM6KIO引腳32個(gè)定時(shí)器2個(gè)16位定時(shí)器ADC10通道12位ADC2.1.2DSP數(shù)字信號(hào)處理器DSP（DigitalSignalProcessing），中文可以翻譯為數(shù)字信號(hào)處理器，其功能較之單片機(jī)更為強(qiáng)大，可以理解為單片機(jī)的升級(jí)版。其中最為典型的用于工業(yè)控制中的DSP為美國(guó)德州儀器公司推出的C2000系列DSP，其中以TMS320F2812為典型代表該DSP為定點(diǎn)32位DSP，如今被廣泛應(yīng)用于工業(yè)控制、電機(jī)控制等工業(yè)控制領(lǐng)域，其運(yùn)行時(shí)鐘較快，可高達(dá)150兆赫茲，處理性能為150MIPS，其內(nèi)置12位AD轉(zhuǎn)換器以及128K的16位片內(nèi)flash，通常情況下，其可獨(dú)立用于工業(yè)控制，而不需要進(jìn)行外擴(kuò)存儲(chǔ)。另外，DSP的IO引腳較之單片機(jī)更為豐富，因此，對(duì)于用戶而言，一般應(yīng)用已相當(dāng)足夠了，但是DSP的缺點(diǎn)在于其造價(jià)較高，其成本約為單片機(jī)的十倍左右，TMS320F2812的基本參數(shù)如下表2.2所示：表2.2TMS320F2812的基本參數(shù)表額定電壓3.3V額定頻率150MHzROM128KIO引腳56個(gè)定時(shí)器三個(gè)32位定時(shí)器ADC12位2.1.3MSP430F249單片機(jī)對(duì)于MSP430F249這款超低功耗控制器來說，它是美國(guó)TI公司專門為簡(jiǎn)單應(yīng)用設(shè)計(jì)的，在設(shè)計(jì)的過程中利用了很多低功耗外設(shè)，使得該控制器應(yīng)用過程中能夠進(jìn)一步延長(zhǎng)電池更換周期，它內(nèi)部含有16位的CPU，并且內(nèi)置了2個(gè)的定時(shí)器和1個(gè)12位的AD轉(zhuǎn)換器，這些配置能夠保證它可以滿足大部分應(yīng)用需求，另外該芯片擁有的IO針腳共計(jì)48個(gè)，就算是一些復(fù)雜的并行控制也能夠?qū)崿F(xiàn)。對(duì)于這款芯片來說，它內(nèi)置了32kz晶振，能夠支持的額定頻率達(dá)到了16MHz,內(nèi)部還擁有3個(gè)具有捕獲/比較功能的16位計(jì)時(shí)器Timer_A和7個(gè)帶有影子寄存器的16位Timer_B。在待機(jī)過程中，該芯片功耗只有0.3uA，如果需要只需要1us時(shí)間就可以將其從待機(jī)狀態(tài)喚醒。該芯片具體參數(shù)如下表2.3所示：表2.3MSP430F249單片機(jī)的基本參數(shù)額定電壓3-5.5V額定頻率16MHzROM128KIO引腳56個(gè)定時(shí)器三個(gè)16位定時(shí)器ADC無2.1.4PIC單片機(jī)對(duì)于MSP430F249這款超低功耗控制器來說，它是美國(guó)TI公司專門為簡(jiǎn)單應(yīng)用設(shè)計(jì)的，在設(shè)計(jì)的過程中利用了很多低功耗外設(shè)，使得該控制器應(yīng)用過程中能夠進(jìn)一步延長(zhǎng)電池更換周期，它內(nèi)部含有16位的CPU，并且內(nèi)置了2個(gè)的定時(shí)器和1個(gè)12位的AD轉(zhuǎn)換器，這些配置能夠保證它可以滿足大部分應(yīng)用需求，另外該芯片擁有的IO針腳共計(jì)48個(gè)，就算是一些復(fù)雜的并行控制也能夠?qū)崿F(xiàn)。對(duì)于這款芯片來說，它內(nèi)置了32kz晶振，能夠支持的額定頻率達(dá)到了16MHz,內(nèi)部還擁有3個(gè)具有捕獲/比較功能的16位計(jì)時(shí)器Timer_A和7個(gè)帶有影子寄存器的16位Timer_B。在待機(jī)過程中，該芯片功耗只有0.3uA，如果需要只需要1us時(shí)間就可以將其從待機(jī)狀態(tài)喚醒。該芯片具體參數(shù)如下表2.4所示：表2.4MSP430F249單片機(jī)的基本參數(shù)額定電壓3-5.5V額定頻率16MHzROM128KIO引腳56個(gè)定時(shí)器三個(gè)16位定時(shí)器ADC無2.1.5綜合分析為了更好全面的對(duì)比分析四種微控制器，將上面四個(gè)小節(jié)介紹的四款芯片的優(yōu)缺點(diǎn)歸納出來，具體如表2.5所示。表2.5四種微控制器的對(duì)比表類型89C51單片機(jī)TMS320F2812PIC24E單片機(jī)MSP430F249單片機(jī)最高運(yùn)行頻率12MHz150MHz150MHz150MHz數(shù)據(jù)處理位數(shù)8位32位以上8位8位制造成本低高低低引腳數(shù)量32642828編程難度簡(jiǎn)單簡(jiǎn)單較難較難從上述幾節(jié)的對(duì)比可知，DSP功能強(qiáng)大，能夠滿足工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的多種需求，但是，本設(shè)計(jì)中的功能較為簡(jiǎn)單，因此，若采用DSP作為本系統(tǒng)的控制器件，略顯多余，且性價(jià)比較低，若后期需要擴(kuò)展系統(tǒng)功能，則再使用DSP也不遲；再看MSP430F249系列單片機(jī)，其無論是性能還是價(jià)格、功耗，都十分優(yōu)異，但是，考慮到在編程過程中勢(shì)9必涉及到專用存儲(chǔ)器的調(diào)用，由于其復(fù)雜的編程規(guī)則，因此，其對(duì)于新手而言并不友好；PIC24E單片機(jī)引腳數(shù)量較少，所以，存在的大量的引腳復(fù)用，使用PIC24E單片機(jī)進(jìn)行程序設(shè)計(jì)對(duì)新手也十分不友好；而AT89C51單片機(jī)，繼承了51系列內(nèi)核，與課堂上所學(xué)知識(shí)相近，編程難度較低，也更容易上手，故選擇該單片機(jī)作為本設(shè)計(jì)的控制核心。2.2傳感器選型2.2.1溫度傳感器選型溫度傳感器JTW-ZOM-JLDT是一種在工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用多年，性能穩(wěn)定，功耗低的溫濕度傳感器，其工作電源為14.32V直流電供電，測(cè)溫范圍-10℃~+50℃，在使用中不需要任何外圍元件，體積小，重量輕，價(jià)格低廉，因此，已經(jīng)在如今的火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)中得到了大量的應(yīng)用，本文也選用此型號(hào)的溫度傳感器作為溫度檢測(cè)之用。經(jīng)典的溫度測(cè)量元件DS18B20是如今現(xiàn)場(chǎng)常用的一種溫度傳感器，DS18B20的測(cè)溫范圍是-54.128℃，在-10度到85度之間，其測(cè)溫精度高達(dá)0.5℃，另外，DS18B20在具體電路中，不需要配合如ADC等其他外圍元件，另外，其體積小，經(jīng)濟(jì)輕便，適配電源范圍寬，因此，在目前的測(cè)溫領(lǐng)域被大量使用?？紤]到本選題的設(shè)計(jì)需求低，因此本設(shè)計(jì)使用DS18B20作為溫度傳感器。2.2.2煙霧傳感器MQ2煙霧傳感器MQ2有兩種輸出方式，一種為TLL電平輸出的DO開關(guān)信號(hào)，一種AO輸出的模擬信號(hào)，其中模擬量輸出0~5V電壓，現(xiàn)場(chǎng)煙氣濃度越高電壓越高，而開關(guān)量輸出的TTL輸出有效信號(hào)為低電平，傳感器本身自帶的LED燈也會(huì)亮起，該信號(hào)可以直接接單片機(jī)或其他芯片。產(chǎn)品外形尺寸：32(L)*20(W)*22(H)，器件小巧，在現(xiàn)場(chǎng)也十分常見。本文只需要使用其DO開關(guān)信號(hào)即可，以邏輯量表示。2.3顯示屏選型（1）LCD液晶顯示屏如今使用最廣泛的LCD液晶顯示器是LM016L，其通常使用八位并行接口進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，由5V電源供電，通過外界變阻器可以對(duì)其顯示亮度進(jìn)行調(diào)節(jié)，該顯示器具有使用簡(jiǎn)單、成本低廉、顯示效果較好的優(yōu)點(diǎn)，缺點(diǎn)也同樣明顯：8位并行接口占用了太多的引腳資源、顯示效果較差，通常該液晶顯示器用于一些對(duì)輸出效果要求不高的低端應(yīng)用場(chǎng)合[7]。（2）OLED液晶顯示屏OLED((OrganicLight-EmittingDiode)液晶顯示器是目前最新研發(fā)的新一代液晶顯示器，其利用新型半導(dǎo)體材料，能夠?qū)崿F(xiàn)自主發(fā)光，在減小元件體積的同時(shí)，提升了系統(tǒng)的響應(yīng)速度，同時(shí)對(duì)比度、清晰度較之傳統(tǒng)液晶顯示器也有了較大提升，更符合人眼的視覺接受效果；其缺點(diǎn)就是其成本造價(jià)較高，通常是LM041L的數(shù)倍甚至數(shù)十倍，另外，程序編制較為復(fù)雜，對(duì)編程新手不友好[8-9]。另外，OLED液晶顯示屏的特點(diǎn)有：（1）該元件支持多種不同接口形式，目前最為常用的是6800以及8080兩種并口，此外也支持兩種三線或四線的SPI接口，若在硬件上有所要求，還可在削減硬件開支的情況下，使用IIC接口模式，以上各種接口形式可簡(jiǎn)便地通過BS0-BS2引腳進(jìn)行調(diào)整，即可實(shí)現(xiàn)[10-12]。（2）OLED液晶顯示屏能夠支持三種顏色選擇，分別是黃藍(lán)、白色與黑色，這些一經(jīng)選擇，就無法更改?？紤]到本課題的設(shè)計(jì)需求低，僅僅需要進(jìn)行溫度與煙氣的測(cè)量，而從淘寶上看，一個(gè)LCD液晶顯示器只需要幾塊錢，而OLED液晶顯示屏動(dòng)輒幾十元，OLED液晶顯示屏的價(jià)格是LCD液晶顯示器的數(shù)倍，另外，本設(shè)計(jì)中并沒有其他紛繁復(fù)雜的顯示需要，使用OLED液晶顯示屏也有些大材小用了，所以綜合考慮后，本文選擇LM041L作為本選題的智能火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)的液晶顯示器。2.4系統(tǒng)整體電路電力電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)通常分為軟硬件兩部分內(nèi)容，本設(shè)計(jì)中的智能火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)也不例外，本設(shè)計(jì)的系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)如下圖2.1所示，5V的電源電路主要支持以下4個(gè)模塊的基本功能，包括溫度檢測(cè)電路、顯示模塊電路、聲光報(bào)警電路以及按鍵電路，其中溫度以及煙感傳感器由于輸出邏輯開關(guān)量，所以在Proteus仿真軟件中以按鍵開關(guān)作為模擬，以LM041L液晶顯示器為核心的液晶顯示電路，最后，是檢測(cè)溫度以及煙霧傳感器觸發(fā)時(shí)提供報(bào)警功能的聲光報(bào)警電路。按鍵電路按鍵電路電源電路顯示器模塊溫度測(cè)量電路AT89C52單片機(jī)聲光報(bào)警電路圖2.1系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)圖2.5單片機(jī)最小系統(tǒng)的設(shè)計(jì)對(duì)于單片機(jī)最小系統(tǒng)來說，它指的是單片機(jī)可以正常工作所必需的最小硬件結(jié)構(gòu)，本文使用的芯片AT89C52內(nèi)置了晶振模塊，因此在設(shè)計(jì)的過程中主要從復(fù)位電路和晶振電路兩個(gè)方面考慮。其電路設(shè)計(jì)圖如下圖2.2所示。圖2.2單片機(jī)最小系統(tǒng)電路（1）復(fù)位電路對(duì)于單片機(jī)的復(fù)位電路來說，它主要用來復(fù)位單片機(jī)芯片，根據(jù)需要將內(nèi)部的存儲(chǔ)器進(jìn)行重置，這樣可以達(dá)到CPU恢復(fù)到初態(tài)。本文選擇的AT89C52芯片來說，它包含用于復(fù)位的RST引腳，給它一個(gè)超過24個(gè)機(jī)器周期的高電平就可以進(jìn)行強(qiáng)制復(fù)位。假如復(fù)位成功，那么單片機(jī)的左右I/O引腳輸出的都是高電平；假如復(fù)位失敗，單片機(jī)后續(xù)的工作的狀態(tài)是一個(gè)隨機(jī)位置。因此，利用復(fù)位電路來實(shí)現(xiàn)單品機(jī)的精準(zhǔn)控制是十分有必要的[12]。（2）晶振電路在系統(tǒng)設(shè)計(jì)過程中，不管是各類定時(shí)器，還是延時(shí)程序都需要實(shí)現(xiàn)比較精準(zhǔn)的時(shí)間控制，因此本文在設(shè)計(jì)系統(tǒng)的過程中增加了晶振時(shí)鐘電路，選擇12MHz的晶振，其電容為20pF，在實(shí)際應(yīng)用的過程中中將其放置在單片機(jī)附近，這樣寄生電容能夠得到有效降低，最終達(dá)到利用晶振電路設(shè)計(jì)出穩(wěn)定時(shí)鐘的目的。2.6LCD驅(qū)動(dòng)電路本設(shè)計(jì)中的LCD液晶顯示電路主要使用并行接口進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，硬件設(shè)計(jì)圖如下圖2.3所示，從圖中可以看出，LM016L的D0-D7引腳與單片機(jī)P0口的8個(gè)引腳相連，另外RS、RW以及E引腳與P2.7、P2.6、P2.5引腳相連[14]，由于LCD的D0-D7口為集電極開路門，故需要在P0引腳與LCD8位數(shù)據(jù)口之間加入上拉電阻，才能夠保證數(shù)據(jù)的正確傳輸。圖2.3LCD驅(qū)動(dòng)電路2.7傳感器模擬電路由于Proteus中并沒有MQ2煙霧傳感器，所以，為了能夠?qū)崿F(xiàn)仿真，考慮使用ADC0832模擬MQ2煙霧傳感器的輸出量。該部分的硬件電路如圖2.4所示：圖2.4傳感器模擬電路2.8聲光報(bào)警電路為了能夠及時(shí)提醒操作人員此時(shí)溫度或煙感報(bào)警器告警，系統(tǒng)應(yīng)該在滿足觸發(fā)條件時(shí)及時(shí)的調(diào)用聲光報(bào)警子程序，提醒操作人員前往現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行檢查、確認(rèn)，聲光報(bào)警電路使用LED燈D2和蜂鳴報(bào)警器LS1作為主要結(jié)構(gòu)，通過引腳P3.2進(jìn)行控制，當(dāng)滿足觸發(fā)條件時(shí)引腳置0，三極管Q1導(dǎo)通，從而使得LED燈D2和蜂鳴報(bào)警器LS1導(dǎo)通報(bào)警。為了防止導(dǎo)通時(shí)電流過大燒毀蜂鳴器，在回路中還串聯(lián)了一個(gè)1k的限流電路。其硬件電路如圖2.5所示。圖2.5聲光報(bào)警電路2.9溫度測(cè)量模塊系統(tǒng)采用的溫度傳感器DS18B20進(jìn)行溫度測(cè)量，該電路較為經(jīng)典，并不復(fù)雜，其中DQ引腳與單片機(jī)P2.0相連，用于傳輸溫度數(shù)據(jù)，其具體電路如下圖2.6所示。圖2.6聲光報(bào)警電路2.10鍵盤輸入電路為了能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)報(bào)警值的調(diào)整，本設(shè)計(jì)中加入四個(gè)按鍵電路，用以實(shí)現(xiàn)數(shù)值加與數(shù)值減，以及手動(dòng)報(bào)警和功能設(shè)置，兩個(gè)數(shù)值加與數(shù)值減按鍵分別與單片機(jī)的P1.1、P1.2引腳相連，按鍵另一端接地，這樣在按鍵按下時(shí)，將給單片機(jī)引腳一個(gè)0電平，手動(dòng)報(bào)警與P1.0相連，功能設(shè)置按鍵與P1.3相連，其硬件電路如下圖2.7所示。圖2.7鍵盤輸入電路3軟件程序設(shè)計(jì)本選題的系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)部分希望通過良好的邏輯設(shè)計(jì)，合理調(diào)用函數(shù)來保證硬件電路中的元件能夠發(fā)揮到預(yù)期功能。現(xiàn)階段，在軟件設(shè)計(jì)的過程中往往采用模塊化編程思想，可以將軟件系統(tǒng)中的各個(gè)功能點(diǎn)封裝成函數(shù)模塊，后續(xù)可以實(shí)際需要調(diào)用某些函數(shù)，這樣能夠在一定程度上解決存儲(chǔ)空間，最終達(dá)到優(yōu)化系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)邏輯的目標(biāo)。從硬件結(jié)構(gòu)上對(duì)火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)進(jìn)行分析的基礎(chǔ)能夠看出，它的硬件部分包含了單片機(jī)最小系統(tǒng)和LCD液晶顯示電路以及AD轉(zhuǎn)換電路、溫度測(cè)量電路、聲光報(bào)警電路和鍵盤輸入電路等。為了使得各個(gè)硬件的主要功能可以正常運(yùn)行。在軟件設(shè)計(jì)的過程中，要結(jié)合硬件設(shè)計(jì)中實(shí)現(xiàn)AD轉(zhuǎn)換程序、鍵盤輸入的檢測(cè)，并在此基礎(chǔ)上開發(fā)聲光報(bào)警驅(qū)動(dòng)程序。對(duì)于AD轉(zhuǎn)換模塊來說，它可以采樣當(dāng)前狀態(tài)的滑動(dòng)變阻器的阻值信息，然后直接將數(shù)值傳遞到AD轉(zhuǎn)換器中，系統(tǒng)可以通過軟件對(duì)ADC采集到的信號(hào)進(jìn)行讀取，得到目前環(huán)境下的模擬煙霧濃度數(shù)據(jù)，將得到的數(shù)值轉(zhuǎn)換為對(duì)應(yīng)的煙霧濃度數(shù)據(jù)，并且將其實(shí)時(shí)顯示在LCD液晶顯示屏上，可以綜合判斷溫度以及煙霧濃度驅(qū)動(dòng)聲光報(bào)警程序。3.1主程序流程設(shè)計(jì)本文的主程序其實(shí)并不復(fù)雜，主要實(shí)現(xiàn)全局變量定義、相關(guān)函數(shù)聲明和while函數(shù)循環(huán)。系統(tǒng)主程序采用中斷方式實(shí)現(xiàn)對(duì)傳感器的調(diào)用。所以在完成初始化后，需要進(jìn)入while函數(shù)循環(huán)，在該函數(shù)循環(huán)中檢測(cè)是否有相應(yīng)的溫度、煙霧傳感器輸入。同時(shí)實(shí)時(shí)的進(jìn)行相應(yīng)函數(shù)調(diào)用。主程序流程如圖3.1所示。。開始開始調(diào)用LCD液晶顯示子程序是否有傳感器告警？調(diào)用聲光告警子程序結(jié)束YN圖3.1主程序流程圖3.2子程序流程設(shè)計(jì)3.2.1LCD驅(qū)動(dòng)程序設(shè)計(jì)LCD液晶顯示程序流程并不復(fù)雜，首先，需要對(duì)該期間的工作模式進(jìn)行設(shè)置：將rs引腳置0，使得LCD在工作模式下，另外，需要給功能引腳“E”一個(gè)下降沿的脈沖，完成整個(gè)功能設(shè)定工作，由于LM016L分為兩行進(jìn)行顯示，所以上下兩行的地址位是不一樣的，第一行是0x80+0x40，第二行數(shù)據(jù)地址為0x80，在顯示“HW”以及第二行的“WD”時(shí)，由于其位置固定不變，所以，需要精確計(jì)算出其位置。以顯示接收煙霧傳感器報(bào)警信號(hào)為例，介紹其顯示流程，如下圖3.2所示。首先設(shè)置光標(biāo)以及輸入方式，清屏后，對(duì)初始化顯示的數(shù)據(jù)以及其位置進(jìn)行設(shè)定，之后函數(shù)進(jìn)入循環(huán)，判斷是否調(diào)用顯示子程序，若需要顯示數(shù)據(jù)，則顯示程序獲得需要顯示的數(shù)據(jù)以及顯示位置兩個(gè)變量，之后調(diào)用顯示函數(shù)，將結(jié)果通過P0引腳并行輸出完成數(shù)據(jù)顯示。開始設(shè)置光標(biāo)開始設(shè)置光標(biāo)調(diào)用顯示子程序？初始化顯示位置以及內(nèi)容NY設(shè)置輸入方式清屏結(jié)束數(shù)據(jù)處理參數(shù)顯示的地址顯示處理后的一位數(shù)據(jù)源圖3.2顯示子程序流程圖3.2.2聲光報(bào)警子程序聲光報(bào)警模塊的軟件流程十分簡(jiǎn)單，只需要設(shè)計(jì)一個(gè)if函數(shù)，比較測(cè)量值與設(shè)定值，若滿足條件，則將P3.2引腳清零，從而啟動(dòng)聲光報(bào)警，反之，則直接返回，其流程圖如下圖3.3所示。開始開始P3.4引腳清零P3.7引腳清零結(jié)束圖3.3聲光報(bào)警子程序流程圖4系統(tǒng)的仿真及檢測(cè)4.1系統(tǒng)的仿真根據(jù)第三、四章的軟硬件介紹，在Proteus軟件中搭設(shè)了系統(tǒng)仿真圖，由于條件所限因此，對(duì)其中部分電路進(jìn)行了簡(jiǎn)化，諸如，使用ADC0832代替Proteus中沒有的煙霧傳感器MQ2。系統(tǒng)仿真總圖如圖4.1所示。圖4.1系統(tǒng)仿真總圖系統(tǒng)啟動(dòng)后，LCD液晶顯示屏顯示當(dāng)前系統(tǒng)所處環(huán)境的煙霧濃度值為140PPM，報(bào)警值為150，環(huán)境溫度19攝氏度，報(bào)警值上限50攝氏度，如圖4.2所示。圖4.2無報(bào)警時(shí)液晶顯示圖假設(shè)此時(shí)將溫度傳感器采樣溫度調(diào)節(jié)至61℃，則此時(shí)，液晶顯示屏結(jié)果如下圖4.3所示，溫度檢測(cè)結(jié)果較為準(zhǔn)確，同時(shí)，聲光報(bào)警電路發(fā)出聲光報(bào)警，為了更為形象，將LED燈的有規(guī)律的變?yōu)榱涟的Ｊ?，用于提醒現(xiàn)場(chǎng)工作人員火災(zāi)報(bào)警，請(qǐng)立即查看。測(cè)試結(jié)果如圖4.4所示。圖4.3溫度傳感器報(bào)警情況圖4.4聲光報(bào)警裝置告警若此時(shí)為煙霧傳感器MQ2告警，則在可以發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)此時(shí)的仿真結(jié)果如下圖4.5所示。圖4.5煙霧傳感器MQ2報(bào)警情況從圖中可以發(fā)現(xiàn)，當(dāng)MQ2值超過設(shè)定的報(bào)警上限時(shí)，液晶面板顯示此時(shí)的煙霧濃度，發(fā)出報(bào)警。為了能夠?qū)囟纫约盁熿F濃度的報(bào)警值進(jìn)行調(diào)整，可以通過按壓“設(shè)置”按鈕，然后可以看到液晶顯示面板上的光標(biāo)在煙霧報(bào)警值出閃動(dòng)，此時(shí)通過“數(shù)值加”以及“數(shù)值減”按鈕就可以進(jìn)行調(diào)整了，溫度報(bào)警上限調(diào)節(jié)的方法與煙霧濃度調(diào)整方法相同，在完成設(shè)置后，再摁一次“設(shè)置”按鈕即可完成設(shè)置。仿真結(jié)果如下圖4.6所示。圖4.6報(bào)警設(shè)置情況最后一個(gè)功能為手動(dòng)報(bào)警功能，在摁下鍵盤輸入電路的“手動(dòng)報(bào)警”按鈕后，系統(tǒng)無視此時(shí)的溫度以及煙霧濃度，直接啟動(dòng)聲光報(bào)警電路，開始報(bào)警，仿真結(jié)果如下圖4.7所示。圖4.7手動(dòng)報(bào)警仿真結(jié)果4.2系統(tǒng)的檢測(cè)和調(diào)試按照電路圖進(jìn)行組裝后，可以得到如下圖4.8所示的硬件系統(tǒng)。系統(tǒng)基本布置與Proteus仿真基本一致，在平面布置上，最上方為煙霧傳感器和溫度傳感器，中間是LCD1602液晶顯示器，最下方四個(gè)按鍵從左至右分別是手動(dòng)報(bào)警、數(shù)值減、數(shù)值加和功能設(shè)置，中間的紅色LED指示燈是報(bào)警燈。圖4.8硬件電路圖系統(tǒng)上電后，可以看到（如下圖4.9），此時(shí)只是系統(tǒng)所處位置的煙霧濃度為為0ppm，溫度為24℃，煙霧濃度報(bào)警上限為161ppm，溫度報(bào)警上限為57℃，其液晶顯示面板與仿真系統(tǒng)一致。圖4.9系統(tǒng)上電顯示界面同理，可以通過下方的三個(gè)按鈕，進(jìn)行溫濕度報(bào)警上下限進(jìn)行設(shè)置，其操作方法與仿真中一致，在此不再贅述，其試驗(yàn)結(jié)果如下圖4.10所示。圖4.10溫度、氣體含量上限調(diào)整將打火機(jī)靠近煙霧傳感器放氣，蜂鳴器響起，同時(shí)氣體指示燈亮，同時(shí)，LCD液晶顯示此時(shí)氣體含量為269ppm，如下圖4.11所示。圖4.11氣體含量過高報(bào)警用手捏住溫度傳感器，從下圖4.12中可以看出，此時(shí)溫度已經(jīng)達(dá)到32℃，超過了報(bào)警上限31℃，此時(shí)系統(tǒng)發(fā)出溫度過高報(bào)警。圖4.12溫度過高報(bào)警最后，用手摁壓手動(dòng)報(bào)警按鈕，此時(shí)觸發(fā)手動(dòng)報(bào)警，其測(cè)試結(jié)果如下圖4.13所示。圖4.13手動(dòng)報(bào)警測(cè)試結(jié)論隨著人類工業(yè)生產(chǎn)水平的不斷提升，各類電力電子設(shè)備的研發(fā)給了我們更多的可能，使得生活更加便利，近幾年智能火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)成為了人民十分關(guān)心的一個(gè)話題，而對(duì)各類生產(chǎn)場(chǎng)所進(jìn)行實(shí)施監(jiān)測(cè)變得十分緊迫。伴隨著半導(dǎo)體技術(shù)的不斷發(fā)展，傳感器技術(shù)近些年來也隨之不斷迭代。除了傳統(tǒng)的溫度、濕度傳感器，如今空氣中的各類傳感器隨之應(yīng)運(yùn)而生、層出不窮，本文主要設(shè)計(jì)了一款基于單片機(jī)的智能火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)，其以單片機(jī)為控制核心，利用溫度傳感器JTW-ZOM-JLDT，煙霧傳感器MQ2對(duì)檢測(cè)場(chǎng)所是否存在火情進(jìn)行檢測(cè)，其檢測(cè)結(jié)果經(jīng)過無線收發(fā)芯片處置后，送至單片機(jī)，利用LCD液晶顯示屏LM016L進(jìn)行顯示，當(dāng)確認(rèn)發(fā)生火災(zāi)時(shí)，觸發(fā)聲光報(bào)警電路進(jìn)行報(bào)警提示。其中單片機(jī)選型中，重點(diǎn)對(duì)比了AT89C51、DSP、MSP430F249以及PIC24E四種控制芯片，最后對(duì)系統(tǒng)的軟硬件進(jìn)行了設(shè)計(jì)，詳細(xì)介紹了其原理。本文實(shí)現(xiàn)了對(duì)于火災(zāi)報(bào)警信號(hào)進(jìn)行識(shí)別與報(bào)警的基本功能.整個(gè)設(shè)計(jì)以模塊化思想貫穿始終。在硬件電路上分為五大模塊，分別是單片機(jī)最小系統(tǒng)、PM2.5檢測(cè)模塊、LCD液晶顯示模塊、鍵盤輸入模塊和聲光報(bào)警模塊。與此對(duì)應(yīng)的軟件設(shè)計(jì)中分別對(duì)各個(gè)模塊進(jìn)行了對(duì)應(yīng)的程序編制，為了降低軟件的開支，分別編制了獨(dú)立的函數(shù)，在功能需要時(shí)進(jìn)行調(diào)用，從而降低了編程的復(fù)雜性，經(jīng)過測(cè)試能夠看出，本文設(shè)計(jì)的火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)能