基于C51單片機的煙霧報警器設計

牡牡丹丹江江師師范范學學院院 本本科科學學生生課課程程設設計計指指導導書書 題 目 基于 C51 單片機的煙霧報警器設計 班 級 電子工程 學 號 2011014032 姓 名 水草亡月 指導教師 王麗波 牡丹江師范學院牡丹江師范學院 2013 年 10 月 30 日 1 單片機原理課程設計指導書單片機原理課程設計指導書 課程名稱 單片機原理課程設計 學時數(shù) 2 周 學分數(shù) 開課院 系 部 教研室 工學院 電子信息科學與技術系 執(zhí)筆人 王麗波 編寫時間 2013 10 30 一 設計目的 1 培養(yǎng)綜合應用所學知識來指導實踐能力 2 能用儀器 儀表調(diào)試 測量信號指標 二 設計任務 選擇儀器儀表調(diào)試函數(shù)信號發(fā)生器的主要指標并分析 三 設計內(nèi)容與要求 1 查閱資料 擬定設計程序和進度計劃 2 確定設計方案 實驗 畫圖 編寫設計說明書 3 完成設計 交指導教師審閱 4 畫出電路原理圖 寫出總結(jié)報告 四 設計資料及有關規(guī)定 1 用 A4 紙打印出課程設計 2 能夠說明電路原理并能自主的完成電路連接 五 設計成果要求 設計論文 六 物資準備 1 到圖書館 工學院資料室查閱相關資料 2 到實驗室準備芯片作好實驗準備 七 主要圖式 表式 電路圖要求用電路繪圖軟件畫出 八 時間安排 2013 11 1 設計動員 發(fā)放設計任務書 2013 11 2 2013 11 3 查閱資料 擬定設計程序和進度計劃 2013 11 4 2013 11 10 確定設計方案 實驗 畫圖 編寫設 計說明書 2013 11 11 2013 11 13 完成設計 交指導教師審閱 2013 11 14 成績評定 九 考核內(nèi)容與方式 考核的內(nèi)容包括 學習態(tài)度 技術水平與實際能力 論文 計算書 圖紙 撰寫質(zhì)量 創(chuàng)新性 采取審定與答辯相結(jié)合的方式 成績評定按 百分制記分 十 參考書目 1 單片機原理與應用基礎 陳駿蓮 牡丹江師范學院本科學生課程設計任務書 課程名稱 單片機原理課程設計 課程設計題目基于 C51 單片機的煙霧報警器設計 院 系 工學院專業(yè)電子工程年級2011 已知參數(shù)和設計要求 根據(jù)所選題目 設計并完成電路設計 學生應完成的工作 根據(jù)所選題目 1 按要求進行設計實驗方案 2 對實驗方案的分析及驗證 3 整體電路設計與分析計算 4 寫出總結(jié)報告 目前資料收集情況 含指定參考資料 1 單片機原理與應用基礎 陳駿蓮 課程設計的工作計劃 2013 11 13 設計動員 發(fā)放設計任務書 2013 11 14 2013 11 15 查閱資料 擬定設計程序和進度計劃 2013 11 16 2013 11 22 確定設計方案 實驗 畫圖 編寫設計說明書 2013 11 23 2013 11 25 完成設計 交指導教師審閱 2013 11 26 成績評定 任務下達日期 2013 年 11 月 13 日 完成日期 2013 年 11 月 26 日 指導老師 王麗波 學生 簽名 摘 要 隨著現(xiàn)代家庭用火 用電量的增加 家庭火災發(fā)生的頻率越來越高 煙霧 報警器也隨之被廣泛應用于各種場合 本設計是利用單片機結(jié)合傳感器技術而 開發(fā)設計了這一煙霧報警系統(tǒng) 論文中主要針對煙霧報警系統(tǒng)中的各個組成部 件進行了介紹 對它的主控電路和外圍設備電路之間的接口技術 還有軟件方 面進行了重點介紹 關鍵詞 報警器 80C51 煙霧傳感器 目 錄 一 緒論 1 1 1 煙霧報警器的發(fā)展及現(xiàn)狀 1 1 1 1 火災探測技術 1 1 1 2 火災探測器的發(fā)展趨勢 2 1 2 論文研究的目的及意義 2 二 基于 C51 單片機的煙霧報警的設計方案 3 2 1 任務分析 3 2 2 設計方案 3 2 2 1 方案設計思想 3 2 2 2 總體框圖 4 三 系統(tǒng)硬件實現(xiàn) 5 3 1 外圍接口電路設計 5 3 1 1 AD574A 與 80C51 單片機接口電路 5 3 1 2 聲光報警電路 5 3 2 總電路設計 6 四 軟件實現(xiàn) 8 4 1 程序流程 8 4 2 程序 9 參考文獻 11 致 謝 12 1 一 緒論 1 1 煙霧報警器的發(fā)展及現(xiàn)狀 1 1 1 火災探測技術 火災作為一種在時空上失去控制的燃燒所引發(fā)的災害 對人類生命財產(chǎn)和 社會安全構(gòu)成了極大的威脅 由此引發(fā)的重大安全事故比皆是 所以人類一直 也未停止過對它的研究 火災的發(fā)生和發(fā)展是一個非常復雜的非平穩(wěn)過程 它除了自身的物理化學 變化以外還會受到許多外界的千擾 火災一旦產(chǎn)生便以接觸式 物質(zhì)流 和非接 觸式 能量流 的形式向外釋放能量 接觸式形式包括可燃氣體 燃燒氣體和煙 霧 氣溶膠等 非接觸式如聲音 輻射等 火災探測技術就是利用敏感元件將 火災中出現(xiàn)的物理化學特征轉(zhuǎn)換為另外一種易于處理的物理量 各種探測器對 應的火災物理參量及探測器如圖1 1所示 圖 1 1 各種探測器對應的火災物理參量及探測器 2 1 1 2 火災探測器的發(fā)展趨勢 探測器朝新探測技術的發(fā)展進一步拓展了火災探測的應用領域 為一些傳 統(tǒng)探測器無法勝任的環(huán)境提供了有效的手段 相關技術的發(fā)展 如傅立葉近紅 外光譜技術弱信號處理技術 低功耗MCU技術進一步促進了傳統(tǒng)探測技術的改進 使得傳統(tǒng)探測器在技術和性能上有了顯著的提高 火災著極早期探測 多傳感 器復合探測和探測器小型化 智能化的方向發(fā)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 因此它可以應用到任何電子系統(tǒng)中去 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 1 2 論文研究的目的及意義 目的 隨著現(xiàn)代家庭用火 用電量的增加 家庭火災發(fā)生的頻率越來越高 家庭火災一旦發(fā)生 很容易出現(xiàn)撲救不及時 滅火器材缺乏及在場人驚慌失措 逃生遲緩等不利因素 最終導致重大生命財產(chǎn)損失 消防部門的統(tǒng)計顯示 在 所有的火災比例中 家庭火災已經(jīng)占到了全國火災的30 左右 家庭起火的原因 林林種種 可能在我們注意得到的地方 也可能就隱藏在我們根本就注意不到 的地方 在現(xiàn)代城市家庭里 許多人因不懂家庭安全常識引起火災事故 使好端端 的幸福家庭眼間毀于一旦 有的導致家破人亡 而且一旦發(fā)生居民家庭火災 處置 不當 報警遲緩 是造成人員傷亡的重要因素 所以說 人們應該積極了解家庭 火災的主要起因 還有預防火災的發(fā)生 這就是我們研究煙霧報警器的目的 一系列火災造成的慘痛損失也使全國各界意識到了煙霧報警器的必要性 據(jù)調(diào)查 在最近發(fā)生火災的大多數(shù)房屋都沒有安裝報警器 所以 煙霧報警器 在預防火災發(fā)生上有著非常重大的意義 3 二 基于 C51 單片機的煙霧報警的設計方案 2 1 任務分析 單片機應用系統(tǒng)可以分為只能儀器表和工業(yè)測控系統(tǒng)兩大類 無論哪儀類 都必須以市場需求為前提 所以 在系統(tǒng)設計前 首先要進行廣泛的市場調(diào)查 了解該系統(tǒng)的時常應用概況 以分析系統(tǒng)當前存在的問題 研究系統(tǒng)的時市場 前景 確定市場開發(fā)設計的目的和目標 簡單地說 就是通過調(diào)研克服舊缺點 開發(fā)新功能 此次的設計先從硬件設計上著手 先要整理出煙霧報警系統(tǒng)的整體思路 確定出方案設計中需要的硬件設備 我們在確定了大的方向基礎上 就應該對 系統(tǒng)實現(xiàn)進行規(guī)劃 包括應該采集的信號種種類 數(shù)量 范圍 輸出信號的匹 配和轉(zhuǎn)換 傳感器的選擇 技術指標的確定等 2 2 設計方案 2 2 1 方案設計思想 此次設計是針對于單片機原理及其應用展開的 其中包含了我們大學三年 中所學到的相關知識 運用我們所學的電工技術 傳感器技術 單片機技術去 設計基于單片機的煙霧報警系統(tǒng) 80C51 單片機好比一個橋梁 聯(lián)系著傳感器 和報警電路設備 當周圍的環(huán)境 溫度 濕度 煙霧濃度 達到我們設定的數(shù) 值時 煙霧傳感器把被測的物理量 溫度 濕度 煙霧濃度 作為輸入?yún)?shù) 轉(zhuǎn)換為電量 電流 電壓 電阻等等 輸出 物理量和測量范圍的不同 傳感 器的工作機理和結(jié)構(gòu)就不同 通常傳感器輸出的電信號是模擬信號 已有許多 新型傳感器采用數(shù)字量輸出 當信號的數(shù)值符合 A D 轉(zhuǎn)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(zhuǎn)換器的輸入等級時 就需要 放大器放大 而我們選擇前者 不需要用放大器 選擇數(shù)值符合 A D 轉(zhuǎn)換器的 輸入等級 這樣就可以簡化整個系統(tǒng)的設置 傳感器將物理信號經(jīng)過 A D 轉(zhuǎn)換 器轉(zhuǎn)化為可以利用識別的電信號給單片機 這里我們選擇單片機的 P1 0 為輸入 方式 接收到信號的單片機經(jīng)過程序的設定 當溫度 濕度 煙霧濃度達到設 4 定數(shù)值時 會由 P2 0 作為單片機的輸出直接啟動報警電路 此時 揚聲器將發(fā) 出高 低交替的 2 種叫聲 同時二極管發(fā)光 這就達到了聲光報警的效果 2 2 2 總體框圖 根據(jù)方案的設計思想 我們從中就可以得到了煙霧報警系統(tǒng)的總體框圖如圖 2 1 所示下 圖 2 1 煙霧報警系統(tǒng)的總體框圖 使用 80C51 單片機 選用煙霧傳感器作為敏感元件 利用 AD574A 轉(zhuǎn)換器和 聲光報警電路 開發(fā)了可用于家庭或小型單位火災報警的煙霧報警器 整個設 計由 4 大部分構(gòu)成 煙霧傳感器 A D 轉(zhuǎn)換電路 80C51 單片機 聲光報警電路 其中 傳煙霧感器是將現(xiàn)場溫度 煙霧等非電信號轉(zhuǎn)化為電信號 轉(zhuǎn)換電路是將完成將煙霧傳感器輸出的模擬信號到數(shù)字信號的轉(zhuǎn)換 聲光報警模塊由單片機和報警電路組成 由單片機控制實現(xiàn)不同的 聲光報警功能 綜合考慮各因素 本文選擇 NIS 09 煙霧傳感器用作采集系統(tǒng)的敏感元件 火災中氣體煙霧主要是 CO2 和 CO NIS 09 煙霧傳感器能探測 CO2 CO 甲烷 煤氣等多種氣體 它靈敏度高 穩(wěn)定性好 適合于火災中氣體的探 測 A D 轉(zhuǎn)換器選用 AD574A 轉(zhuǎn)換器 5 三 系統(tǒng)硬件實現(xiàn) 3 1 外圍接口電路設計 3 1 1 AD574A 與 80C51 單片機接口電路 AD574A 系列的所有型號和功能因腳和排列都相同 因而它們與單片機借口 也相同 AD574A 所有型號都有內(nèi)部始終電路 不需要任何外接器件和連線 圖 3 1 為 AD574A 與 80C51 單片機的接口電路 該電路采用雙極性輸入方式 根據(jù)煙霧 傳感器輸出電壓是 5 6 0 4v 在設計時我們選用單極性輸入方式 圖 3 1 AD574A 與 80C51 單片機的接口電路 3 1 2 聲光報警電路 聲光報警電路由單片機 P2 0 口控制 輸出報警信號 高低電平間隔 1 s 的脈沖信號 驅(qū)動聲光報警電路 直至按復位鍵 RESET 和開關鍵 6 聲光報警電路由 555 定時器 揚聲器和普通發(fā)光二極管組成 電路圖如圖 3 2 所示 其中 555 定時器接成了一個低頻多諧振蕩器 其控制電壓出入端 5 腳與單 片機 80C51 的 P2 0 端相連 受 P2 0 腳輸出的脈沖信號控制 由電容 C4 的充沖 放電作用 當 P2 0 1 時 555 輸出脈沖的振蕩頻率較低 當 P2 0 0 時 555 輸出脈沖的振蕩頻率較高 該脈沖信號經(jīng)隔置電容 C2 加到揚聲器上 揚聲器將 發(fā)出高 低交替的 2 種叫聲 同時 P2 0 腳輸出的高低電平間隔 1 s 的脈沖信號 經(jīng)電阻 R1 加到發(fā)光二極管 LED 上 LED 將閃爍發(fā)光 達到聲光同時報警的效果 圖 3 2 聲光報警電路 3 2 總電路設計 我們將主控電路和外圍接口電路 80C51與A D轉(zhuǎn)換器的接口電路 80C51與 聲光報警電路 連接起來 就得到了基于80C51的煙霧報警總電路圖 當外部環(huán)境 溫度 濕度 煙霧濃度 達到一定值時 煙霧傳感器就會產(chǎn) 生模擬電壓 將它作為輸出的模擬信號經(jīng) AD574A 轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換為 80C51 單片機所 能識別的數(shù)字電壓量 通過 P1 0 檢測信號 當有信號輸入時 經(jīng)程序設定就會 驅(qū)動 80C51 單片機的 P2 0 而 P2 0 是與聲光報警電路相連接的 綜上所述 得出總電路圖如圖 3 3 所示 7 圖 3 3 煙霧報警系統(tǒng)總電路圖 8 四 軟件實現(xiàn) 4 1 程序流程 當被測的數(shù)值經(jīng)計算機的轉(zhuǎn)換在比較范圍內(nèi) 經(jīng)程序設定 80C51 單片機的 P2 0 就會輸出脈沖啟動報警電路程序 程序流程圖如圖 4 1 所示 圖 4 1 流程圖 9 4 2 程序 ORG 0000H START MOV DPTR 0FFF8H 送端口地址入 DPTR MOVX DPTR A 啟動 AD574A SET P1 0 置 P1 0 為輸入方式 LOOP JB P1 0 LOOP 檢測 P1 0 口 INC DPTR 使 R C 為 1 MOVX A DPTR 讀取高 8 位數(shù)據(jù) MOV 41H A 高 8 位內(nèi)容存入 41H 單元 INC DPTR 使 R C A0 均為 1 INC DPTR MOVX A DPTR 讀取低 4 位 MOV 40H A 將低 4 位內(nèi)容存入 40H 單元 MOV 17H 10001111B 將比較的數(shù)值存入單元中 MOV 18H 0110B MOV 19H 10011011B MOV 20H 1010B MOV AL 40H 將 40H 的內(nèi)容存入 AL 單元中 MOV AH 41H 將 41H 的內(nèi)容存入 AH 單元中 01 CMP AH 17H 比較最小數(shù)值的高八位 JA LP1 JBE LP2 LP1 JMP 03 LP2 JMP 01 02 CMP AL 18H 比較最小值的低四位 JA LP3 JBE LP4 LP3 JMP 01 LP4 JMP 04 10 03 CMP AH 19H 比較最大值的高八位 JA LP5 JBE LP6 LP6 JMP 03 LP5 JMP 01 04 CMP AH 20H 比較最大值的低四位 JA LP7 JBE LP8 LP8 JMP 01 LP7 JMP 04 05 SET P2 0 報警 DEL MOV R7 200 延時 50ms DEL1 MOV R6 123 NOP DEL2 DJNZ R6 DEL2 DJNZ R7 DEL1 RET 返回 END 結(jié)束 11 參考文獻 1 李全利 單片機原理及應用技術 北京 高等教育出版社 2004 2 金發(fā)慶 傳感器技術與應用 北京 機械工業(yè)出版社 2004 3 王曙霞 單片機實驗與實訓指導 西安 西安電子科技大學出版社 2007 4 及力 Protel 99 SE 原理圖與 PCB 設計教程 北京 電子工業(yè)出版社 2007 5 張玉蓮 電子 CAD Protel99SE 實訓指導書 西安 西安電子科技大 學出版社 2007 6 何利民 單片機高級教程 北京 航空航天大學出版社 2000 7 李朝青 單片機原理與接口技術 北京 航空航天大學出版社 1999 8 張毅剛 MCS 51 單片機應用設計 哈爾濱 哈爾濱工業(yè)大學出版社 1997 9 潘新民 微型計算機控制技術 北京 人民郵電出版社 1999 10 李華 MCS 51 系列單片機實用接口技術 北京 航空航天出版社 2000 12 致 謝 課程設計能夠如期完成 我的指導老師王麗波老師給我了極大的幫助與支 持 老師學識淵博 學風嚴謹 待人寬厚 在我遇到困難時能耐心解答直至我 明白 尤其在我剛拿到一個帶有陌生專業(yè)術語的題目想退縮時 劉老師的一翻 教導令我受益匪淺 讓我明白 沒有付出 就沒有回報的真諦 還有 人要不 斷的接受新知識 學習新知識 這樣才能在以后的人生道路上堅強的走下去 老師要指導很多同學的論文 加上本來就有教學任務 工作量之大可想而知 而我對于單片機來說 是個初學者 所以 在設計的過程中 遇到很小的問題 都要勞煩老師講解 在不斷的接觸中 老師的樸實無華 平易近人的性格對我 影響頗深 在老師的指導和鼓勵下 我才有信心去完成畢業(yè)設計 很榮幸成且 幸運成為老師的學生 除老師之外 還要感謝我的同學們 他們給了我很多的建議和幫助 尤其 在程序的編寫方面 給了我很大的幫助 特此感謝 通過本次設計 讓我明白 了很多 最重要的是一個人如果無法獨立完成一件事情 那么 同學和朋友就 是你的依靠 再次感謝在設計中給我?guī)椭耐觖惒ɡ蠋熀屯瑢W們 13 課程設計指導教師評定成績表 優(yōu)秀 100 x 90 良好 90 x 80 中等 80 x 70 及格 70 x 60 不及格 x 60 項目分值 參考標準參考標準參考標準參考標準參考標準 評分 學習態(tài)度15 學習態(tài)度認真 科學作風嚴謹 嚴格保證設計 時間并按任務 書中規(guī)定的進 度開展各項工 作 學習態(tài)度比 較認真 科 學作風良好 能按期圓滿 完成任務書 規(guī)定的任務 學習態(tài)度尚 好 遵守組 織紀律 基 本保證設計 時間 按期 完成各