基于單片機的火災報警系統(tǒng)設計

1、精選優(yōu)質文檔-傾情為你奉上摘要本設計以傳感器和單片機作為煙霧報警器設計的核心器件，配合其它器件即可實現(xiàn)聲光報警、自動排煙換氣和消防滅火等功能。設計中單片機選用STC89C52作為控制器件，傳感器選用MQ-2型半導體可燃氣體敏感元件煙霧傳感器實現(xiàn)煙霧的檢測。煙霧報警器主要由煙霧信號采集及前置放大電路、模數(shù)轉換電路、單片機控制電路、顯示電路、聲光報警電路和安全保護電路構成，設計合理、簡單易懂、價格低廉，使單片機在煙霧報警系統(tǒng)的控制中得到充分應用，具有一定的實用價值。論文主要針對煙霧報警系統(tǒng)中的各個組成部分及功能進行了詳細的介紹和說明，并對其主控電路和外圍設備電路之間的接口連接方式，以及系統(tǒng)軟件設計

2、進行了重點的分析和講解。關鍵詞： 煙霧報警器 STC89C52 蜂鳴器 傳感器 專心-專注-專業(yè)ABSTRACTThe design of the sensor and single-chip microcomputer as the core device smoke alarm design, with other devices can achieve sound and light alarm, automatic exhaust ventilation and fire extinguishing function. Design of single chip STC89C52 is

3、 selected as the control device, the selection of sensor for detection of MQ-2 type semiconductor gas sensitive element smoke sensor smoke.The smoke alarm is mainly composed of smoke signal acquisition and the preamplifier circuit, analog-digital conversion circuit, single-chip microcomputer control

4、 circuit, display circuit, alarm circuit and protection circuit, reasonable design, simple, low price, make full use of MCU alarm system in the control of the smoke, and has a certain practical value.The main thesis of the smoke alarm system for the various components and functions are introduced an

5、d explained, and the connection mode of the main control circuit and peripheral equipment circuit interface, and the software design of the system is analyzed and the explanation of the key.Keywords： The smoke alarm STC89C52 buzzer sensor目錄前言火災自動報警系統(tǒng)，一般由火災報警器、區(qū)域報警器和集中報警器組成。也可以根據(jù)工程的要同各種滅火設施和通訊裝置聯(lián)動，以形

6、成中心控制系統(tǒng)。既由自動報警、自動滅火、安全疏散誘導、系統(tǒng)過程顯示、消防檔案管理等組成一個完整的消防控制系統(tǒng)。火災探測器是探測火災的儀器，由于在火災發(fā)生的階段，將伴隨產生煙霧、高溫和火光，這些煙、熱和光可以通過探測器轉變?yōu)殡娦盘枅缶蚴棺詣訙缁鹣到y(tǒng)啟動，及時撲滅火災。本設計的單片機及煙霧傳感器是煙霧報警器系統(tǒng)的兩大核心。單片機好比一個橋梁，聯(lián)系著傳感器和報警電路設備。近幾年來，單片機已逐步深入應用到工農業(yè)生產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微處理器。由于它功能齊全，體積小，成本低，因此它可以應用到所有電子

7、系統(tǒng)中。同樣，它也可以廣泛應用于報警技術領域，使各類報警裝置的功能更加完善，可靠性大大提高，以滿足社會發(fā)展的需要。而傳感器作為信息技術系統(tǒng)的“感官”器件，如果沒有“感官”感受信息，或者“感官”遲鈍，都難以形成高精度、高速度的控制系統(tǒng)。美國曾把二十世紀八十年代稱為傳感技術時代，日本更是把傳感技術列為十大技術之首。所以，根據(jù)報警器功能的需要，選擇合適、精確、經(jīng)濟的煙霧傳感器和單片機芯片是至關重要的。在本論文中的最主要的設計是選STC89C52單片機和MQ-2半導體氣體煙霧傳感器為核心器件。1 緒 論1.1研究火災報警器的背景及意義世界上無時無刻不在發(fā)生著各種各樣的災難，在各種災害中，火災是發(fā)生頻率

8、較高的一種災害。據(jù)相關資料顯示，全球每年發(fā)生火災大約在六百萬次到七百萬次，全球每年死于火災的人數(shù)大約八萬人左右，嚴峻的事實表明，隨著社會和經(jīng)濟的發(fā)展，火災給人類、社會和自然造成的危害范圍不斷擴大。殘酷的現(xiàn)實讓人們意識到監(jiān)控預警和消防工作的重要性，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，這時火災自動報警系統(tǒng)（FAS）應運而生。它能迅速的檢測出火情，可在人們沒察覺出火災發(fā)生時就察覺出火災，可將火災帶來的損失降到最低?；馂淖詣訄缶到y(tǒng)還能對火災進行實時監(jiān)控和準確報警，有著防止和減少火災危害、保護人們身體和財產安全的重要意義，有很大的經(jīng)濟效益和社會效益。1.2火災

9、報警器的研究現(xiàn)況從20世紀80年代中后期開始，隨著計算機技術、控制技術、集成電路技術、傳感器技術及智能技術的快速發(fā)展，火災自動報警系統(tǒng)步入智能化時代。在我國，采用無線火災自動報警系統(tǒng)日益受到重視。由于其具有安裝簡便、對建筑物無算壞作業(yè)、靈活性好。易于擴展等優(yōu)點，適用于許多場合?；馂淖詣訄缶到y(tǒng)的智能性主要體現(xiàn)在火災判決和統(tǒng)籌管理方面，一般分為分散式、集中式和分布式，其中分布式系統(tǒng)的控制器和探測節(jié)點均為智能型，也是今后火災自動報警系統(tǒng)的發(fā)展方向。1.3主要工作本篇論文是煙霧報警器的研制：(1)對系統(tǒng)進行整體規(guī)劃和結構設計。(2)以STC89C52單片機為中央處理器，對硬件電路進行設計和改進，使其

10、功能更加完善。系統(tǒng)硬件電路主要分為數(shù)據(jù)收集、聲音報警電路、狀態(tài)指示燈電路、數(shù)碼管顯示電路部分。 (3)系統(tǒng)的軟件編制。按照軟件實現(xiàn)的功能，主要分為主程序、初始化子程序、濃度顯示子程序、報警子程序、報警限值設置子程序。在程序的編寫過程中，加入了詳細的文字注釋，便于后期的改進與維護。 (4)硬件電路和軟件的綜合調試。2 系統(tǒng)概述2.1系統(tǒng)方案煙霧報警器是能夠檢測環(huán)境中的煙霧濃度，并具有報警功能的儀器。該報警系統(tǒng)的最基本組成部分應包括：信號采集模數(shù)轉換電路、單片機控制電路、字符顯示電路、聲光報警電路和安全保護電路等部分組成。為適應家庭和工業(yè)等場所對可燃性易爆煙霧安全性要求，設計的煙霧報警器具有顯示報

11、警狀態(tài)。報警器采用延時的工作方式，煙霧檢測報警器以STC89C52單片機為控制核心，選用MQ-2半導體氣體煙霧傳感器采集煙霧濃度信息，配合外圍電路構成煙霧報警系統(tǒng)。本設計包括硬件和軟件設計兩個部分。本設計是以STC89C52單片機為核心，從設計的要求來分析該設計須包含如下結構：煙霧檢測部分、STC89C52單片機主控部分、報警部分、A/D采集四大部分。系統(tǒng)框圖如圖1所示。 電源開關 電源 STC89C52 單片機A/D采集電路顯示電路報警電路按鍵控制 圖1 系統(tǒng)基本方框圖處理器采用51系列單片機STC89C52。整個系統(tǒng)是在系統(tǒng)軟件控制下工作的。設置在監(jiān)測點上的煙霧檢測探頭將檢測到的煙霧變換成

12、電信號，送出模擬信號，給AD采集電路采集。在單片機內，經(jīng)軟件查詢、識別判決等環(huán)節(jié)實時發(fā)出煙霧報警狀態(tài)控制信號,驅動蜂鳴器及報警指示燈報警。2.2 MQ-2煙霧傳感器的簡介MQ-2半導體氣體煙霧傳感器是以清潔空氣中電導率較低的金屬氧化物二氧化錫(SnO2)為主體的N型半導體氣敏元件。當傳感器所處環(huán)境中存在煙霧氣體時，傳感器的電導率隨空氣中煙霧氣體濃度的增加而增大。在設計報警器時只有使用簡單的電路即可將電導率的變化轉換為與該氣體濃度相對應的輸出信號。該傳感器具備一般半導體煙霧傳感器靈敏度高、電導率變化大、響應和恢復時間短、抗干擾能力強、輸出信號大、壽命長和工作穩(wěn)定等優(yōu)點，在市面上應用十分廣泛。MQ

13、-2半導體氣體煙霧傳感器適用于煙霧、天然氣、煤氣、氫氣、烷類氣體、汽油、煤油、乙炔、氨氣等的檢測，對可燃性氣體的檢測很理想。這種傳感器在較寬的濃度范圍內對煙霧氣體有良好的靈敏度，能夠檢測多種可燃性氣體，十分適合應用在家庭的氣體泄漏報警器中。是一款便攜式氣體檢測器，非常適合多種應用的低成本傳感器。其技術指標表1。MQ-2參數(shù)名稱技術指標加熱加壓（Vh）AC或DC 50.2V回路電壓（Vc）最大DC 24V 負載電阻（Rl）2K空氣中的電阻（Ra）2000 K靈敏度（S=Ra/Rdg）4(在1000ppmC4H10中)響應時間(trec)10S恢復時間(trec)30S元件功耗0.7W檢測范圍50

14、10000ppm使用壽命2年表1 MQ-2的技術指標由于物理量和測量范圍的不同，傳感器的工作機理和結構就不同。通常煙霧傳感器輸出的電信號是模擬信號。當信號的數(shù)值符合A/D轉換器的輸入等級時，可以不用放大器放大；當信號的數(shù)值不符合A/D轉換器的輸入等級時，就需要放大器放大。所以MQ-2半導體氣體煙霧傳感器要想把采集到的煙霧濃度模擬信號傳送給單片機控制器就必須經(jīng)過將模擬信號經(jīng)過A/D轉換器轉化為可以識別的電信號給單片機。 設計時應注意，氣敏元件開機通電時，其內阻很小，但經(jīng)過一段時間后，才能恢復到原來的穩(wěn)定狀態(tài)。因此，MQ-2氣體傳感器需開機預熱幾分鐘，才可投入使用，以免造成誤報。3 系統(tǒng)硬件選擇3

15、.1 STC89C52單片機簡介目前，51系列單片機在工業(yè)檢測領域中得到了廣泛的應用，因此我們可以在許多單片機應用領域中，配接各種類型的語音接口，構成具有合成語音輸出能力的綜合應用系統(tǒng)，以增強人機對話的功能。STC89C52單片機是深圳宏晶科技有限公司生產的一種單片機，在一小塊芯片上集成了一個微型計算機的各個組成部分。每一個單片機包括：一個8位的微型處理器CPU；一個512K的片內數(shù)據(jù)存儲器RAM；4K片內程序存儲器；四個8位并行的I/O接口P0-P3，每個接口既可以輸入，也可以輸出；兩個定時器/記數(shù)器；五個中斷源的中斷控制系統(tǒng)；一個全雙工UART的串行I/O口；片內振蕩器和時鐘產生電路，但石

16、英晶體和微調電容需要外接。最高允許振蕩頻率是12MHZ。以上各個部分通過內部總線相連接。3.1.1 STC89C52單片機時序 STC89C52單片機的一個執(zhí)器周期由6個狀態(tài)(s1s6)組成，每個狀態(tài)又持續(xù)2個震蕩周期，分為P1和P2兩個節(jié)拍。這樣，一個機器周期由12個振蕩周期組成。若采用12MHz的晶體振蕩器，則每個機器周期為1us，每個狀態(tài)周期為16us；在一數(shù)情況下，算術和邏輯操作發(fā)生在N期間，而內部寄存器到寄存器的傳輸發(fā)生在P2期間。對于單周期指令，當指令操作碼讀人指令寄存器時，使從S1P2開始執(zhí)行指令。如果是雙字節(jié)指令，則在同一機器周期的s4讀人第二字節(jié)。若為單字節(jié)指令，則在51期間

17、仍進行讀，但所讀入的字節(jié)操作碼被忽略，且程序計數(shù)據(jù)也不加1。在加結束時完成指令操作。多數(shù)STC89C52指令周期為12個機器周期，只有乘法和除法指令需要兩個以上機器周期的指令，它們需4個機器周期。 對于雙字節(jié)單機器指令，通常是在一個機器周期內從程序存儲器中讀人兩個字節(jié)，但Movx指令例外，Movx指令是訪問外部數(shù)據(jù)存儲器的單字節(jié)雙機器周期指令，在執(zhí)行Movx指令期間，外部數(shù)據(jù)存儲器被訪問且被選通時跳過兩次取指操作。3.1.2 STC89C52單片機特點增強型8051單片機，6時鐘/機器周期和12時鐘/機器周期可以任意選擇，指令代碼完全兼容傳統(tǒng)8051。工作電壓：5.5V3.3V（5V單片機）/

18、3.8V2.0V（3V單片機）。工作頻率范圍：040MHz，相當于普通8051的080MHz，實際工作頻率可達48MHz。用戶應用程序空間為32K字節(jié)。片上集成1280字節(jié)RAM。通用I/O口（32個），復位后為：P1/P2/P3/P4是準雙向口/弱上拉，P0口是漏極開路輸出，作為總線擴展用時，不用加上拉電阻，作為I/O口用時，需加上拉電阻。ISP（在系統(tǒng)可編程）/IAP（在應用可編程），無需專用編程器，無需專用仿真器，可通過串口（RxD/P3.0，TxD/P3.1）直接下載用戶程序，數(shù)秒即可完成一片。具有EEPROM功能。具有看門狗功能。共3個16位定時器/計數(shù)器。即定時器T0、T1、T2外

19、部中斷4路，下降沿中斷或低電平觸發(fā)電路，PowerDown模式可由外部中斷低電平觸發(fā)中斷方式喚醒。通用異步串行口（UART），還可用定時器軟件實現(xiàn)多個UART。工作溫度范圍：-40+85（工業(yè)級）/075（商業(yè)級）。PDIP封裝。3.1.3 STC89C52單片機引腳介紹STC89C52引腳圖如圖2所示。圖2 STC89C52引腳圖STC89C52單片機的40個引腳中有2個專用于主電源引腳，2個外接晶振的引腳，4個控制或與其它電源復用的引腳，以及32條輸入輸出I/O引腳。下面按引腳功能分為4個部分敘述個引腳的功能。（1）電源引腳Vcc和VssVcc（40腳）：接+5V電源正端；Vss（20腳）

20、：接+5V電源正端。（2）外接晶振引腳XTAL1和XTAL2XTAL1（19腳）：接外部石英晶體的一端。在單片機內部，它是一個反相放大器的輸入端，這個放大器構成采用外部時鐘時，對于HMOS單片機，該引腳接地；對于CHOMS單片機，該引腳作為外部振蕩信號的輸入端。XTAL2（18腳）：接外部晶體的另一端。在單片機內部，接至片內振蕩器的反相放大器的輸出端。當采用外部時鐘時，對于CHMOS單片機，該引腳作為外部振蕩信號的輸入端。對于CHMOS芯片，該引腳懸空不接。（3）控制信號或與其它電源復用引腳控制信號或與其它電源復用引腳有RST/VPD、ALE/P、PSEN和EA/VPP等4種形式。(a)RST

21、/VPD（9腳）：RST即為RESET，VPD為備用電源，所以該引腳為單片機的上電復位或掉電保護端。當單片機振蕩器工作時，該引腳上出現(xiàn)持續(xù)兩個機器周期的高電平，就可實現(xiàn)復位操作，使單片機復位到初始狀態(tài)。當VCC發(fā)生故障，降低到低電平規(guī)定值或掉電時，該引腳可接上備用電源VPD（+5V）為內部RAM供電，以保證RAM中的數(shù)據(jù)不丟失。(b)ALE/ P （30腳）：當訪問外部存儲器時，ALE（允許地址鎖存信號）以每機器周期兩次的信號輸出，用于鎖存出現(xiàn)在P0口的低(c)PSEN(29腳):片外程序存儲器讀選通輸出端,低電平有效。當從外部程序存儲器讀取指令或常數(shù)期間，每個機器周期PESN兩次有效，以通過

22、數(shù)據(jù)總線口讀回指令或常數(shù)。當訪問外部數(shù)據(jù)存儲器期間，PESN信號將不出現(xiàn)。(d)EA/Vpp（31腳）：EA為訪問外部程序儲器控制信號，低電平有效。當EA端保持高電平時，單片機訪問片內程序存儲器4KB（MS52子系列為8KB）。若超出該范圍時，自動轉去執(zhí)行外部程序存儲器的程序。當EA端保持低電平時，無論片內有無程序存儲器，均只訪問外部程序存儲器。對于片內含有EPROM的單片機，在EPROM編程期間，該引腳用于接21V的編程電源Vpp。（4）輸入/輸出（I/O）引腳P0口、P1口、P2口及P3口(a)P0口（39腳22腳）：P0.0P0.7統(tǒng)稱為P0口。當不接外部存儲器與不擴展I/O接口時，它可

23、作為準雙向8位輸入/輸出接口。當接有外部程序存儲器或擴展I/O口時，P0口為地址/數(shù)據(jù)分時復用口。它分時提供8位雙向數(shù)據(jù)總線。對于片內含有EPROM的單片機，當EPROM編程時，從P0口輸入指令字節(jié)，而當檢驗程序時，則輸出指令字節(jié)。(b)P1口（1腳8腳）：P1.0P1.7統(tǒng)稱為P1口，可作為準雙向I/O接口使用。對于MCS52子系列單片機，P1.0和P1.1還有第2功能：P1.0口用作定時器/計數(shù)器2的計數(shù)脈沖輸入端T2；P1.1用作定時器/計數(shù)器2的外部控制端T2EX。對于EPROM編程和進行程序校驗時，P0口接收輸入的低8位地址。(c) P2口（21腳28腳）：P2.0P2.7統(tǒng)稱為P2

24、口，一般可作為準雙向I/O接口。當接有外部程序存儲器或擴展I/O接口且尋址范圍超過256個字節(jié)時，P2口用于高8位地址總線送出高8位地址。對于EPROM編程和進行程序校驗時，P2口接收輸入的8位地址。(d) P3口（10腳17腳）：P3.0P3.7統(tǒng)稱為P3口。它為雙功能口，可以作為一般的準雙向I/O接口，也可以將每1位用于第2功能，而且P3口的每一條引腳均可獨立定義為第1功能的輸入輸出或第2功能。P3口的第2功能如表2所示。引腳第2功能P3.0RXD（串行口輸入端0）P3.1TXD（串行口輸出端）P3.2INT0（部中斷0請求輸入端，低電平有效）P3.3INT1（中斷1請求輸入端，低電平有效

25、）P3.4T0（時器/計數(shù)器0計數(shù)脈沖端）P3.5T1（時器/計數(shù)器1數(shù)脈沖端）P3.6WR（部數(shù)據(jù)存儲器寫選通信號輸出端，低電平有效）P3.7RD（部數(shù)據(jù)存儲器讀選通信號輸出端，低電平有效）表2 單片機P3.0管腳含義綜上所述，MCS51系列單片機的引腳作用可歸納為以下兩點：（1)單片機功能多，引腳數(shù)少，因而許多引腳具有第2功能；（2)單片機對外呈3總線形式，由P2、P0口組成16位地址總線；由P0口分時復用作為數(shù)據(jù)總線。3.2 溫度采集模塊 采用DS18B20作為測溫電路的溫度傳感器。DS18B20的數(shù)字溫度輸出通過 “ 一線 ” 總線（ 1-Wire是一種獨特的數(shù)字信號總線協(xié)議，它將獨特

26、的電源線和信號線復合在一起，僅使用一條口線；每個芯片唯一編碼，支持聯(lián)網(wǎng)尋址、零功耗等待等，是所需硬件連線最少的一種總線）這種獨特的方式，可以使多個 DS18B20方便地組建成傳感器網(wǎng)絡，為整個測量系統(tǒng)的建立和組合提供了更大可能性。它在測溫精度、轉換時間、傳輸距離、分辨率等方面比其他溫度傳感器有了很大的進步，給用戶帶來了更方便的使用和更令人滿意的效果。3.2.1 溫度傳感器DS18B20介紹DSl8B20溫度傳感器是美國DALLAS半導體公司繼DSl820之后最新推出的智能改進型智能溫度傳感器。與傳統(tǒng)的熱敏電阻相比，他能夠直接讀出被測溫度并且可根據(jù)要求通過簡單的編程實現(xiàn)9l2位的數(shù)字直讀方式?？?/p>

27、以分別存93.75ms和750ms內完成9位和12位的數(shù)字量，并且從DSl8B20讀出的信息或寫入DSl8B20的信息僅需要一根口線(單線接口)讀寫，溫度變換功率來源于數(shù)據(jù)總線，總線本身也可以向所掛接DSl8B20供電，而無需額外電源。因而使用DSl8B20可使系統(tǒng)結構更趨簡單，可靠性更高。他在測溫精度，轉換時間，傳輸距離，本文系統(tǒng)地介紹了基于DS18B20的溫度測量控制系統(tǒng)的組成、設計方案、電路原理、程序設計過程。DS18B20多點溫度測量系統(tǒng)是以AT89C52單片機作為控制核心，智能溫度傳感器DS18B20為控制對象，用數(shù)碼管顯示，運用C語言實現(xiàn)系統(tǒng)的各種功能。設計完成了冷庫溫度的監(jiān)控和報

28、警等令人滿意的效果。DSl8B20采用3腳PR35封裝或8腳SOIC封裝，其內部結構框圖如圖3所示。圖3 DS18B20內部結構圖DS18B20的內部結構主要有四部分組成：64位光刻ROM、溫度傳感器、非揮發(fā)的溫度報警觸發(fā)器TH和TL、配置寄存器。DS18B20的管腳排列如圖4所示。 圖4 DS18B20的引腳 DS18B20的引腳說明如下： GND :地 DQ ：數(shù)據(jù)I/O VDD :電源 NC ：空腳64位激光ROM開始8位是產品類型的編號，接著是每個器件的惟一的序號共有48位，最后8位是前56位的CRC校本文系統(tǒng)地介紹了基于DS18B20的多點溫度測量控制系統(tǒng)的組成、設計方案、電路原理、

29、程序設計以及系統(tǒng)仿真過程。DS18B20冷庫溫度監(jiān)控報警系統(tǒng)是以AT89C52單片機作為控制核心，智能溫度傳感器DS18B20為控制對象，用數(shù)碼管顯示，運用C語言編程實現(xiàn)系統(tǒng)的各種功能。設計完成溫度的測量，與上下限溫度報警值設置。借助單片機編程軟件Keil實現(xiàn)了系統(tǒng)軟、硬件的交互聯(lián)調，并結合數(shù)碼管、DS18B20和AT89C52單片機最小系統(tǒng)進行了電路焊接和調試，實現(xiàn)了課題設計目的。 DSl8B20溫度傳感器的內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EEPRAM。后者用于存儲TH，TL值。數(shù)據(jù)先寫入RAM，經(jīng)校驗后再傳給EEPRAM。而配置寄存器為高速暫存器中的第5個字節(jié)，他的

30、內容用與確定溫度值的數(shù)字轉換分辨率，DSl8B20 工作時按此寄存器中的分辨率將溫度轉換為相應精度的數(shù)值。低5位一直都是1，TM是測試模式位，用于設置DSl8B20在工作模式還是在測試模式。在DSl8B20出廠時該位被設置為0，用戶不要去改動，Rl和R0決定溫度轉換精度位數(shù)。因此，設定的分辨率越高，所需要的溫度數(shù)據(jù)轉換時間就越長。因此，在實際應用中要在分辨率和轉換時間權衡考慮。高速暫存存儲器除了配置寄存器外，還有其他8個字節(jié)組成，其分配如表3所示。其中溫度信息(第l，2字節(jié))，TH和TL值第3，4節(jié)，第68字節(jié)，表現(xiàn)為全邏輯1；第9字節(jié)讀出的是前面所有的8字節(jié)的CRC碼，可用來保證通信正確。R

31、1R0分辨率溫度最大轉換時間/ms00993.750110187.51011275.001112750.00表3數(shù)據(jù)分辨率和轉換時間當DSl8B20接收到溫度轉換命令后，開始啟動轉換，如表3所示。轉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)。單片機可通過單線接口讀到該數(shù)據(jù)，讀取時低位在前面，高位在后，數(shù)據(jù)格式以0.0625LSB形式表示。對應的溫度計算：當符號位S=0時，直接將二進制位轉換為十進制；當S=1時，先將補碼變換為原碼，再計算十進制值。在DSl8B20完成溫度變換之后，溫度值與貯存TH和TL內的觸發(fā)值相比較因為這些寄存器僅僅是8位，所以0.

32、5位在比較時被忽略。TH或TL的最高有較位直接對應于l6位溫度奇存器的符號位。如果溫度測量的結果高于TH或低于TL，那么器件內告警標志將置位。每次溫度測量更新此標志。只要告警標志置位，DSl8B20將對告警搜索命令做出響應。這允許并聯(lián)連接許多DSl8B20，同時進行溫度測量。如果某處溫度超過極限，那么可以識別出正在告警的器件并立即將其讀出而不必讀出非告警的器件。3.2.2 DSl8B20具體參數(shù)及工作方式參數(shù)特性：（1）獨特的單線接口只需l個接口引腳即可通信（2）多點綜合測溫能力使分布式溫度檢測應用得以簡化（3）不需要外部元件（4）可用數(shù)據(jù)線供電（5）需備份電源（6）測量范圍從-55至+125

33、增量值為0.5（7）以9位數(shù)字值方式讀出溫度（8）在1秒(典型值)內把溫度變換為數(shù)字（9）用戶可定義的非易失性的溫度告警設置（10）告警搜索命令識別和尋址溫度在編定的極限之外的器件溫度告警情況（11）應用范圍包括恒溫控制工業(yè)系統(tǒng)消費類產品溫度計或任何熱敏系統(tǒng)極限參數(shù)：（1）任何引腳相對于地的電壓-0.5V至+7.0V（2）運用溫度-55至+125（3）貯存溫度-55至+125（4）焊接溫度260/l0秒表4部分溫度轉換值溫度輸入（2進制）輸出（16進制）+1250000 0111 1101 000007D0H+850000 0101 0101 00000550H+25.06250000 000

34、1 1001 00010191H+10.1250000 0000 1010 001000A2H+0.50000 0000 0000 10000008H00000 0000 0000 00000000H-0.51111 1111 1111 1000FFF8H-10.1251111 1111 0101 1110FF5EH-25.06251111 1111 0101 1110EE6FH-551110 1110 0110 1111FE90H3.2.3 DS18B20接口電路圖5溫度傳感器接口電路圖DS18B20控制方法DS18B20有六條控制命令：溫度轉換 44H 啟動DS18B20進行溫度轉換 讀暫

35、存器 BEH 讀暫存器9個字節(jié)內容 寫暫存器 4EH 將數(shù)據(jù)寫入暫存器的TH、TL字節(jié) 復制暫存器 48H 把暫存器的TH、TL字節(jié)寫到E2RAM中 重新調E2RAM B8H 把E2RAM中的TH、TL字節(jié)寫到暫存器TH、TL字節(jié) 讀電源供電方式 B4H 啟動DS18B20發(fā)送電源供電方式的信號給主CPU 3.3數(shù)碼管的選擇數(shù)碼管的引腳如圖6所示。圖6 數(shù)碼管引腳圖該數(shù)碼管是4位共陽數(shù)碼管，可同時顯示四位數(shù)字，單片機的P2.1，P2.3，P2.5，P2.7口經(jīng)三極管放大后接4個位選信號，單片機的P0口經(jīng)電阻限流后接數(shù)碼管的各個斷碼。3.4蜂鳴器的選擇 蜂鳴器是一種一體化結構的電子訊響器，采用直

36、流電壓供電，廣泛應用于計算機、打印機、復印機、報警器、電子玩具、汽車電子設備、電話機、定時器等電子產品中作發(fā)聲器件。本設計采用電磁式蜂鳴器,電磁式蜂鳴器由振蕩器、電磁線圈、磁鐵、振動膜片及外殼等組成。接通電源后，振蕩器產生的音頻信號電流通過電磁線圈，使電磁線圈產生磁場。振動膜片在電磁線圈和磁鐵的相互作用下，周期性地振動發(fā)聲。4 電路設計4.1單片機最小系統(tǒng)要使單片機工作起來最基本的電路構成為單片機最小系統(tǒng)如圖7所示。圖7 單片機最小系統(tǒng)單片機最小系統(tǒng)包括單片機、復位電路、時鐘電路構成。STC89C52 單片機的工作電壓范圍：4V-5.5V,所以通常給單片機外界5V直流電源。連接方式為單片機中的

37、40腳VCC接正極5V，而20腳VSS接電源地端。復位電路就是確定單片機的工作起始狀態(tài)，完成單片機的啟動過程。單片機接通電源時產生復位信號，完成單片機啟動確定單片機起始工作狀態(tài)。當單片機系統(tǒng)在運行中，受到外界環(huán)境干擾出現(xiàn)程序跑飛的時候，按下復位按鈕內部的程序自動從頭開始執(zhí)行。一般有上電自動復位和外部按鍵手動復位，單片機在時鐘電路工作以后，在RESET端持續(xù)給出2個機器周期的高電平時就可以完成復位操作。本設計采用的是外部手動按鍵復位電路，需要接上上拉電阻來提高輸出高電平的值。時鐘電路好比單片機的心臟，它控制著單片機的工作節(jié)奏。時鐘電路就是振蕩電路，是向單片機提供一個正弦波信號作為基準，決定單片機

38、的執(zhí)行速度。XTAL1和XTAL2分別為反向放大器的輸入和輸出，該反向放大器可以配置為片內振蕩器。如采用外部時鐘源驅動器件，XTAL2應不接。因為一個機器周期含有6個狀態(tài)周期，而每個狀態(tài)周期為2個振蕩周期，所以一個機器周期共有12個振蕩周期，如果外接石英晶體振蕩器的振蕩頻率為12MHZ，一個振蕩周期為1/12us。4.2煙霧檢測A/D采集電路煙霧檢測采用MQ-2傳感器。經(jīng)過ADC0832采集后就可以得到各種煙霧濃度下的電壓值，總線上必須有強的上拉，上拉開啟時間最大為10us。傳感器與單片機接口。如圖11所示。圖11 煙霧濃度采集電路4.3數(shù)碼管顯示模塊顯示采用數(shù)碼管，顯示電路如圖12所示。 圖

39、12 數(shù)碼管顯示4.4聲音報警電路電路通過三極管基極串連一個電阻與單片機P3.6端口連接從而達到控制蜂鳴器是否報警。報警電路如圖13所示。圖13 聲音報警電路圖4.5按鍵控制電路本電路設計了四個按鍵，一個設置鍵、一個加鍵、一個減鍵、一個緊急報警鍵，當遇到緊急情況時，可按下緊急報警鍵，蜂鳴器進行報警。如圖14所示。圖14 消音按鍵連接電路圖4.6電源模塊 采用4節(jié)1.5 V干電池共4.5V做電源，經(jīng)過實驗驗證系統(tǒng)工作時，單片機、傳感器的工作電壓穩(wěn)定能夠滿足系統(tǒng)的要求，而且電池更換方便。電源接口電路如圖16，其中P1為電池接口，SW1為電源開關。D1為電源指示燈。圖15 電源接口電路5 系統(tǒng)軟件設

40、計5.1軟件設計語言的選擇單片機語言的編程一般使用兩種語言：C語言和匯編語言。匯編語言是一種用于電子計算機、微處理器、單片機或其他可編程器件的低級語言，在不同的設備中，匯編語言對應著不同的機器語言指令集。一種匯編語言專用于某種計算機系統(tǒng)結構，而不像許多高級語言，可以在不同系統(tǒng)平臺之間移植。C語言是一種計算機程序設計語言。它既具有高級語言的特點，又具有匯編語言的特點。它可以作為工作系統(tǒng)設計語言，編寫系統(tǒng)應用程序，也可以作為應用程序設計語言，編寫不依賴計算機硬件的應用程序。1、簡潔緊湊、靈活方便C語言一共只有40個關鍵字，9種控制語句，程序書寫形式自由，區(qū)分大小寫。把高級語言的基本結構和語句與低級

41、語言的實用性結合起來。C 語言可以像匯編語言一樣對位、字節(jié)和地址進行操作，而這三者是計算機最基本的工作單元。2、運算符豐富C語言的運算符包含的范圍很廣泛，共有34種運算符。C語言把括號、賦值、強制類型轉換等都作為運算符處理。從而使C語言的運算類型極其豐富，表達式類型多樣化。靈活使用各種運算符可以實現(xiàn)在其它高級語言中難以實現(xiàn)的運算。3、數(shù)據(jù)類型豐富C語言的數(shù)據(jù)類型有：整型、實型、字符型、數(shù)組類型、指針類型、結構體類型、共用體類型等。能用來實現(xiàn)各種復雜的數(shù)據(jù)結構的運算。并引入了指針概念，使程序效率更高。4、表達方式靈活實用C語言提供多種運算符和表達式值的方法，對問題的表達可通過多種途徑獲得，其程序

42、設計更主動、靈活。它語法限制不太嚴格，程序設計自由度大，如對整型量與字符型數(shù)據(jù)及邏輯型數(shù)據(jù)可以通用等。5、允許直接訪問物理地址，對硬件進行操作由于C語言允許直接訪問物理地址，可以直接對硬件進行操作，因此它既具有高級語言的功能，又具有低級語言的許多功能，能夠像匯編語言一樣對位（bit）、字節(jié)和地址進行操作，而這三者是計算機最基本的工作單元，可用來寫系統(tǒng)軟件。6、生成目標代碼質量高，程序執(zhí)行效率高C語言描述問題比匯編語言迅速，工作量小、可讀性好，易于調試、修改和移植，而代碼質量與匯編語言相當。C語言一般只比匯編程序生成的目標代碼效率低10%20%。7、可移植性好C語言在不同機器上的C編譯程序，86

43、%的代碼是公共的，所以C語言的編譯程序便于移植。在一個環(huán)境上用C語言編寫的程序，不改動或稍加改動，就可移植到另一個完全不同的環(huán)境中運行。8、表達力強C語言有豐富的數(shù)據(jù)結構和運算符。包含了各種數(shù)據(jù)結構，如整型、數(shù)組類型、指針類型和聯(lián)合類型等，用來實現(xiàn)各種數(shù)據(jù)結構的運算。C語言的運算符有34種，范圍很寬，靈活使用各種運算符可以實現(xiàn)難度極大的運算。C語言能直接訪問硬件的物理地址，能進行位（bit）操作。兼有高級語言和低級語言的許多優(yōu)點。它既可用來編寫系統(tǒng)軟件，又可用來開發(fā)應用軟件，已成為一種通用程序設計語言。另外C語言具有強大的圖形功能，支持多種顯示器和驅動器。且計算功能、邏輯判斷功能強大。5.2程

44、序設計步驟根據(jù)設計任務的要求，采用 C語言編制程序的過程稱為程序設計。C語言程序設計的步驟：（1）明確設計的任務要求，提出注意的問題，確定解決問題的辦法；（2）根據(jù)設計的思路，編制程序流程圖；（3）編制源程序：進一步合理分配存器單元和了解 I/O 口地址，按功能設計程序，明確各程序之間的相互關系，用注釋行說明程序，便于閱讀和修改調試程序。5.3程序設計整個系統(tǒng)的功能是由硬件電路配合軟件來實現(xiàn)的，當硬件基本定型后，軟件的功能也就基本定下來了。從軟件的功能不同可分為兩大類：一是監(jiān)控軟件（主程序），它是整個控制系統(tǒng)的核心，專門用來協(xié)調各執(zhí)行模塊和操作者的關系。二是執(zhí)行軟件（子程序），它是用來完成各種

45、實質性的功能如測量、計算、顯示等。每一個執(zhí)行軟件也就是一個小的功能執(zhí)行模塊。這里將各執(zhí)行模塊一一列出，并為每一個執(zhí)行模塊進行功能定義和接口定義。程序流程如圖16所示。系統(tǒng)初始化傳感器預熱處理信號采集單片機處理，判斷否超過設定報警值報警結束開始YNA/D轉換圖16程序流程圖結論煙霧檢測報警器可保障生產與生活的安全，避免火災和爆炸事故以及煤氣中毒的發(fā)生，它是防火、防爆和安全生產所必備的儀器，具有廣闊的市場空間與發(fā)展前景。 本論文在對煙霧傳感器和報警技術進行深入研究的基礎上，全面比較國內外同類產品的技術特點，合理地確定系統(tǒng)的設計方案。并對儀器的整體設計和各個組成部分進行了詳細的分析和設計。 本論文設

46、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、重現(xiàn)性、不易受環(huán)境影響及抗溫濕度影響等優(yōu)點。 在系統(tǒng)單片機控制電路的設計上，采用了高性能、高整合度的STC89C52單片機作為核心芯片，充分利用了其高速數(shù)據(jù)處理能力和豐富的片內外設，實現(xiàn)了儀器的小型化和智能化。使儀器具有結構簡單、性能穩(wěn)定、體積小、成本低等優(yōu)點。由于煙霧傳感器需要在加熱狀態(tài)下工作，溫度越高，反應越快，響應時間和恢復時間

47、就越快。為提高響應時伺，保證傳感器準確地、穩(wěn)定地工作，需要向煙霧傳感器持續(xù)供給5V的加熱電壓。煙霧報警器能在較寬的溫度范圍工作，可將煙霧濃度顯示用LED數(shù)碼管顯示。當煙霧的濃度達到設定的濃度時，發(fā)出報警。通過現(xiàn)場標定及測試，分析煙霧濃度信號的實驗數(shù)據(jù)，計算本報警器顯示煙霧濃度與實際濃度之間的誤差為2.55%LEL，在所規(guī)定誤差范圍5%LEL之內，滿足檢測要求，達到了預期的設計效果的結論。到目前為止我的畢業(yè)設計也即將告一段落了，在這次的畢業(yè)設計中，自己也學習到了很多以前沒有沒有經(jīng)歷過的知識，讓我更加清楚了理論知識和實踐能力的差別了，了解到自己的短處，培養(yǎng)了我的獨立思考能力，進一步提高了自己在實際

48、設計過程中研究問題、發(fā)現(xiàn)問題、解決問題的能力，同時，也發(fā)現(xiàn)了自己的不足之處，和一些問題的存在，并有待進一步學習和發(fā)展，讓自己在未來的工作和學習之中更快的適應和提高自己。參考文獻1李全利，仲偉峰，徐軍著.單片機原理及應用M.北京：清華大學出版社2006.2何立民著.單片機高級教程M.北京：航空航天大學出版社，2000.3楊路明著.C語言程序設計教程M.北京：郵電大學出版社，2005.4馬忠梅，籍順心，張凱等.單片機的C語言應用程序設計M.北京：航天航空大學出版社，2007.5紀宗南.集成A/D轉換器應用技術和實用線路 M.北京；中國電力出版社，2009.6張毅坤，陳善久，裘雪紅.單片微型計算機原

49、理及應用M.西安：西安電子科技大學出版社，1998.7丁明亮，唐前輝.51單片機應用設計與仿真M.北京：北京航空航天大學出版社，2009.8何宗虎.張德祥.張玲君.基于單片機的高精度溫度測量系統(tǒng)設計J.現(xiàn)代電子技術.2011.9李華.MCS-51系列單片機實用接口技術.北京航空航天大學出版社.10CaoHui,HuanJunnai.CircuitdesignandimplementationfordigitaltemperatureandHumiditymeasurementandcontrolJ.ASIC2001Proceedings,4thInternationalConferenceon

50、,2001.11LuckHO.DedicateddetectionalgorithmsforautomaticfiredetectionC.InternationalSymposiumonFireSafetyScience:EdinburghUK,1991.12劉迎春.傳感器原理設計及應用.哈爾濱工業(yè)大學出社.13趙負圖.數(shù)據(jù)采集與控制系統(tǒng).北京科學技術出社.1987.14王若鯨.數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)入門.人民郵電出版社.1984.15肖忠祥主編.數(shù)據(jù)采集原理.西北工業(yè)大學出版社.200316劉廣玉.新型傳感器技術及應用.北京航空航天大學出版社.1989.17張毅剛.MCS-51單片機應用設計.199

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52、.Li,S.W.Wang.Intelligentbuildingresearch a reviewJ.Automation inConstruction,2005.京致謝通過這一階段的努力，我的畢業(yè)論文基于單片機的火災報警系統(tǒng)設計在老師精心指導和關懷下完成了。這期間不論是選題還是專業(yè)知識，任守華老師都幫助了我好多，沒有他授予的知識，我是不可能完成這次設計的，感謝老師您的辛勤付出。在此我要特別感謝我的畢業(yè)設計指導老師XXX老師，從論文的修改到最后的定稿，都凝注了指導老師的心血。導師嚴謹求實和一絲不茍的學風、扎實勤勉和孜孜不倦的工作態(tài)度時刻激勵著我努力學習，并將鞭策我在未來的工作中銳意進取、奮發(fā)努力。導師的指導將使我終生受益。還要對所有授課老師表示深深的謝意！正是他們的教導，才能使我的知識得以豐富，使我的視野得以拓寬，使我的自身修養(yǎng)得以提高！感謝各位到場老師，是你們在百忙之中抽出時間來對我的論文進行指導，你們的意見和建議將是我一生的財富！感謝所有幫助過我的人們！回想大學四年的時光，仿佛盡在昨天。最后，我還要感謝在我大學四年的學習期間給我極大關心和支持的家人、各位老師以及我的同學和朋友。是你們在生活和學習上不斷給與我支持、幫助和無微不至