智能火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)的研究

1、寧夏理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)摘要智能火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)在現(xiàn)代智能建筑中起著極其重要的安全保障作用。隨著傳感器技術(shù)、無線通信技術(shù)、集成電路和微電子技術(shù)日臻完善，火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)迎來了良好的發(fā)展契機(jī)。本智能火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)設(shè)計(jì)采用STC89C52芯片，結(jié)合溫度傳感器DS18B20和MQ-2型煙霧傳感器以及模數(shù)轉(zhuǎn)換器ADC0832，在考慮經(jīng)濟(jì)適用的前提下，整合單片機(jī)與傳感器技術(shù)，將火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)進(jìn)一步智能化。本設(shè)計(jì)還加入了常用的LCD1602液晶顯示屏顯示電路，可以及時(shí)顯示當(dāng)前溫度狀態(tài)和濃度狀態(tài)，使得整個(gè)設(shè)計(jì)更加完整，更加靈活。該設(shè)計(jì)可應(yīng)用于個(gè)人建筑或公共場(chǎng)所，隨時(shí)對(duì)室內(nèi)溫度和煙霧濃度進(jìn)行智能監(jiān)控，也可以用于其他需要進(jìn)

2、行火災(zāi)監(jiān)控的場(chǎng)合。關(guān)鍵詞：?jiǎn)纹瑱C(jī)；A/D轉(zhuǎn)換器；傳感器；仿真I寧夏理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)Abstract Intelligentfire alarm system in the modern intelligent building plays an extremely important role in security. As the sensor technology, wireless communication technology, improving integrated circuit and microelectronic technology, automatic fire al

3、arm system is the good opportunity of development.This smart fire alarm system was implemented based on STC89C52 chip. With the combi-nation of temperature sensor DS18B20 and fog sensor, I can endeavour to save our budget and to ensure the whole device can normally operate. Hence we incorporate sing

4、le-chip machines tech-nology with sensor technology in order to make this device more intelligent.According to the criterion of the completeness for constructing an intact and flexible system, I also add up a digital LED displaying circuit, which can immediately unveil temperature and fog thickness

5、status. This smart device can find its applications not only were restricted under the personal buildings and public areas which make the intelligent detection available, it also can be used for monitoring other high-conflagration-occurring fields.Keywords: Single-chip Machines, A/D convertor, Senso

6、rs, Simulation目錄摘要IAbstractII目錄II1 緒論11.1 選題背景及現(xiàn)狀11.2 課題研究的目的及意義11.3 智能火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)亟待解決的問題以及要完成的功能22 設(shè)計(jì)方案32.1 智能火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)簡(jiǎn)介32.2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)思想32.3 方案論證42.3.1 單片機(jī)的選擇42.3.2 模數(shù)轉(zhuǎn)換器的選擇52.3.3 傳感器的選擇53 硬件設(shè)置73.1 單片機(jī)STC89C52的原理73.1.1 STC89C52的引腳說明73.1.2 工作特性103.2 時(shí)鐘電路143.3 電源模塊143.4 溫度采集部分153.4.1 DS18B20數(shù)字集成溫度傳感器153.4.2 測(cè)溫模塊

7、電路原理圖193.5 濃度采集模塊193.6 A/D轉(zhuǎn)換器203.6.1 A/D轉(zhuǎn)換器的主要參數(shù)203.6.2 A/D轉(zhuǎn)換器與CPU的接口方法203.6.3 A/D轉(zhuǎn)換器與CPU之間傳送數(shù)據(jù)的方法203.6.4 A/D轉(zhuǎn)換芯片ADC0832及其接口213.7 顯示模塊253.8 報(bào)警模塊263.8.1 蜂鳴器263.8.2 發(fā)光二極管263.8.3 報(bào)警模塊電路原理圖274 軟件編程284.1 主程序流程圖285 系統(tǒng)仿真305.1 仿真軟件KeilC51簡(jiǎn)介305.2 系統(tǒng)電路功能仿真305.3 Keiil和Proteus對(duì)系統(tǒng)聯(lián)調(diào)315.4 各狀態(tài)仿真結(jié)果顯示32參考文獻(xiàn)34結(jié)束語35致謝

8、36附錄A 系統(tǒng)硬件原理圖37附錄B 源程序代碼38IIII1 緒論1.1 選題背景及現(xiàn)狀 隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展，城市化進(jìn)程的加快和人口的迅速增長(zhǎng)，我國(guó)的火災(zāi)發(fā)生的次數(shù)、造成的損失呈上升趨勢(shì)。據(jù)統(tǒng)計(jì)，在眾多災(zāi)難中，火災(zāi)造成的直接經(jīng)濟(jì)損失約為地震的五倍，僅次于干旱與洪澇，而且發(fā)生的頻度居各種災(zāi)害之首。 智能化火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)已并非傳統(tǒng)意義上的簡(jiǎn)單的報(bào)警設(shè)備，而是融入了計(jì)算機(jī)技術(shù)、電子技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)、傳感器的應(yīng)用等各領(lǐng)域知識(shí)。伴隨著科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步，火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)必將得到更快的發(fā)展。火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)(FAS)起著十分重要的消防安全保障作用。常言道：“預(yù)防重于救火”，但預(yù)防卻無法完全避免火災(zāi)發(fā)生，

9、如果火災(zāi)發(fā)生時(shí)，能被及時(shí)發(fā)現(xiàn)，并采取有效的控制措施，那么可將火災(zāi)造成的損失降到最低限度。隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警設(shè)備的生產(chǎn)和應(yīng)用得到了較大的發(fā)展，據(jù)調(diào)查研究，國(guó)內(nèi)的生產(chǎn)商達(dá)數(shù)百家，品牌近千個(gè)，類型繁多。我國(guó)火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)起步較發(fā)達(dá)國(guó)家晚幾十年，從上世紀(jì)70年代我國(guó)才開始研制生產(chǎn)火災(zāi)報(bào)國(guó)內(nèi)主要廠家也多是模仿國(guó)外產(chǎn)品，或是引進(jìn)國(guó)外技術(shù)進(jìn)行生產(chǎn)，警系統(tǒng)產(chǎn)品。進(jìn)入80年代后，沒有真正意義上的核心技術(shù)，并且市場(chǎng)也剛剛開始發(fā)育?；馂?zāi)報(bào)警產(chǎn)品真正發(fā)展是在90年代以后，隨著政府逐漸開放國(guó)門，國(guó)外企業(yè)開始大量進(jìn)入中國(guó)消防市場(chǎng)，帶來先進(jìn)技術(shù)的同時(shí)也促進(jìn)了市場(chǎng)的成熟。這時(shí)期，我國(guó)生產(chǎn)火災(zāi)報(bào)警產(chǎn)品的企業(yè)也得到了快速

10、發(fā)展，部分企業(yè)進(jìn)行了合資生產(chǎn)、技術(shù)合作，取得了不菲的成績(jī)，也造就了現(xiàn)今市場(chǎng)上許多有實(shí)力的商家，部分技術(shù)已接近或趕上了國(guó)際水平。 我國(guó)的火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警控制系統(tǒng)經(jīng)歷了從無到有、從簡(jiǎn)單到復(fù)雜的發(fā)展過程，其智能化程度也越來越高。目前國(guó)產(chǎn)火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)價(jià)格低廉，適合我國(guó)國(guó)情，但是火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)由于多數(shù)沒有分布智能，可靠性低，且產(chǎn)品沒有形成系列化、品種不全，產(chǎn)品的外觀也較差，編程復(fù)雜，調(diào)試不方便，設(shè)備兼容性差。國(guó)外產(chǎn)品多數(shù)具有分布智能，可靠性高，產(chǎn)品具有系列化、品種，產(chǎn)品外觀美觀。缺點(diǎn)是多數(shù)操作維護(hù)不便，價(jià)格較高，設(shè)備兼容性差。智能火災(zāi)探測(cè)技術(shù)的宗旨就是要在火災(zāi)發(fā)生的早期，準(zhǔn)確地判斷火警、預(yù)報(bào)火警，從而

11、保障人民的生命財(cái)產(chǎn)安全。1.2 課題研究的目的及意義隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)建設(shè)的發(fā)展，高層建筑成了城市的主要標(biāo)志，高層建筑中的各種通訊線路、動(dòng)力和照明線路、以及各種系統(tǒng)中的線路縱橫交錯(cuò)，致使火災(zāi)的發(fā)生概率也在大幅度的增加。加之現(xiàn)代建筑的封閉性較強(qiáng)，一旦發(fā)生火災(zāi)，整個(gè)大樓就像一個(gè)大的火爐，給滅火帶來了巨大的難度，對(duì)火災(zāi)發(fā)生后及時(shí)的發(fā)現(xiàn)、及時(shí)控制的要求促使了火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警產(chǎn)品的應(yīng)運(yùn)而生。加之現(xiàn)代計(jì)算機(jī)技術(shù)、通訊網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和自動(dòng)控制技術(shù)的飛速發(fā)展又為人類實(shí)現(xiàn)更加理想化的生活提供了可能。 智能型火災(zāi)報(bào)警應(yīng)運(yùn)而生了，智能型火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)是一個(gè)集信號(hào)檢測(cè)、傳輸、處理和控制于一體的控制系統(tǒng)，代表了當(dāng)前火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)的發(fā)展方向

12、。所以隨著科學(xué)技術(shù)的迅猛發(fā)展以及國(guó)內(nèi)外經(jīng)濟(jì)的迅速增長(zhǎng)，市場(chǎng)上迫切而需要一種容量大、性能優(yōu)越、可靠性高、便于安裝、使用和維護(hù)的智能型火災(zāi)報(bào)警控制系統(tǒng)。本文所研究的智能火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)主要實(shí)現(xiàn)以下功能：通過溫度傳感器和氣體傳感器對(duì)室內(nèi)溫度和煙霧濃度進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，并將所得值與設(shè)定值相比較。當(dāng)室內(nèi)溫度高于設(shè)定溫度以及煙霧濃度大于設(shè)定濃度時(shí)就接通電源開始鳴聲報(bào)警，如果在設(shè)定時(shí)間內(nèi)，以上測(cè)量值沒有降下來并且無人手動(dòng)關(guān)閉報(bào)警系統(tǒng)，系統(tǒng)將會(huì)自動(dòng)通過網(wǎng)絡(luò)將信號(hào)傳送給火警消防部門。該功能主要通過單片機(jī)實(shí)現(xiàn)，此智能火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)的出現(xiàn)，既能保證室內(nèi)有人情況下的聲音報(bào)警，又能保證在室內(nèi)人員沒采取措施或者無人情況下的網(wǎng)絡(luò)報(bào)警

13、，所以有較高的實(shí)用性。1.3 智能火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)亟待解決的問題以及要完成的功能 目前國(guó)內(nèi)的智能建筑火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)中仍存在許多問題，主要問題亟待解決： (1) 火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)存在誤報(bào)、漏報(bào)問題。 (2) 火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)的智能化水平有待提高。 (3) 無線通信技術(shù)有待進(jìn)一步發(fā)展。 (4) 火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)的應(yīng)用領(lǐng)域有待進(jìn)一步擴(kuò)大。 本文所研究的智能火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)主要實(shí)現(xiàn)以下功能： (1) 用戶可以根據(jù)實(shí)際情況修改溫度和煙霧濃度的預(yù)設(shè)值。 (2) 對(duì)監(jiān)測(cè)環(huán)境的溫度和煙霧濃度進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控與顯示。 (3) 通過檢測(cè)到的溫度和煙霧濃度與預(yù)設(shè)值進(jìn)行比較，系統(tǒng)自動(dòng)判別是否處于火災(zāi)狀態(tài)。 (4) 本設(shè)計(jì)采用的

14、聲光報(bào)警，當(dāng)溫度和濃度超過預(yù)設(shè)值時(shí)，即自動(dòng)報(bào)警。2 設(shè)計(jì)方案2.1 智能火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)簡(jiǎn)介火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)屬于樓宇自動(dòng)化范疇，是當(dāng)前樓宇自動(dòng)化的一個(gè)主要構(gòu)成系統(tǒng)。其設(shè)置目的是為了防止和減少火災(zāi)危害，保護(hù)人身和財(cái)產(chǎn)安全?；馂?zāi)報(bào)警技術(shù)是預(yù)防火災(zāi)的一項(xiàng)基礎(chǔ)工作，應(yīng)用范圍廣泛。報(bào)警早，損失少，不僅對(duì)發(fā)生火災(zāi)的單位和個(gè)人具有重要作用，而且對(duì)公安消防監(jiān)督機(jī)構(gòu)及時(shí)撲滅火災(zāi)、減少人員傷亡和財(cái)產(chǎn)損失同樣具有十分重要的現(xiàn)實(shí)意義。火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)由觸發(fā)器件、火災(zāi)報(bào)警裝置及具有其他輔助功能的裝置組成。隨著電子技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的迅速發(fā)展，火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、形式越來越靈活多樣，很難精確劃分為幾種固定的模式?；馂?zāi)自動(dòng)報(bào)

15、警技術(shù)趨向于智能化系統(tǒng)，這種系統(tǒng)可組合成任何形式的火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警網(wǎng)絡(luò)形式，既可以是區(qū)域報(bào)警系統(tǒng)，又可以是集中報(bào)警系統(tǒng)或控制中心報(bào)警系統(tǒng)形式。所謂智能火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)，應(yīng)當(dāng)是：使用探測(cè)器件將火災(zāi)發(fā)生期間所產(chǎn)生的煙、溫、光等信號(hào)以模擬量形式，連同外界相關(guān)的環(huán)境參數(shù)一起傳送給報(bào)警器，報(bào)警器再根據(jù)獲取的數(shù)據(jù)及內(nèi)部存儲(chǔ)的大量數(shù)據(jù)，利用火災(zāi)模型判據(jù)來判斷火災(zāi)是否存在，這樣的系統(tǒng)稱為智能火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)。由于該系統(tǒng)為解決火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)存在的兩個(gè)難題（誤報(bào)、漏報(bào)）提供了新的方法和手段，并在處理火災(zāi)真?zhèn)畏矫姹憩F(xiàn)出明顯的有效性和創(chuàng)新性，這是火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)在技術(shù)上的飛躍。從傳統(tǒng)型走向智能型，是國(guó)內(nèi)外火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)技

16、術(shù)發(fā)展的必然趨勢(shì)。2.2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)思想因?yàn)橐_(dá)到設(shè)計(jì)系統(tǒng)的簡(jiǎn)單、經(jīng)濟(jì)及實(shí)用性，所以本設(shè)計(jì)使用溫度傳感器、煙霧傳感器，結(jié)合STC89C52芯片，采用一只DS18B20溫度傳感器和MQ-2型煙霧傳感器，直接讀取被測(cè)溫度值和煙霧濃度值，之后通過軟件編程達(dá)到控制要求。本系統(tǒng)的電路設(shè)計(jì)方框圖如圖2.1所示，它由六部分組成:（1）時(shí)鐘電路；（2）電源部分，采用3節(jié)AA電池穩(wěn)定供電；（3）控制部分，主芯片采用單片機(jī)STC89C52；（4）顯示部分，采用LCD1602液晶顯示屏；（5）溫度采集部分，采用DS18B20溫度傳感器；（6）濃度采集部分，采用MQ-2型煙霧傳感器；（7）報(bào)警部分，采用蜂鳴器和發(fā)光二極

17、管實(shí)現(xiàn)聲光報(bào)警。按鍵和顯示模塊報(bào)警模塊STC89C52電源模塊時(shí)鐘電路溫度檢測(cè)模塊濃度檢測(cè)模 塊圖2.1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)方框圖2.3 方案論證2.3.1 單片機(jī)的選擇8031和STC89C52芯片特性的對(duì)比。8031片內(nèi)不帶程序存儲(chǔ)器ROM，使用時(shí)用戶需外接程序存儲(chǔ)器和一片邏輯電路373，外接的程序存儲(chǔ)器多為EPROM的2764系列。用戶若想對(duì)寫入到EPROM中的程序進(jìn)行修改，必須先用一種特殊的紫外線燈將其照射擦除，之后再可寫入。寫入到外接程序存儲(chǔ)器的程序代碼沒有什么保密性可言。由于上述類型的單片機(jī)應(yīng)用的早，影響很大，已成為事實(shí)上的工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。后來很多芯片廠商以各種方式與Intel公司合作，也推出了同

18、類型的單片機(jī)，如同一種單片機(jī)的多個(gè)版本一樣，雖都在不斷的改變制造工藝，但內(nèi)核卻一樣，也就是說這類單片機(jī)指令系統(tǒng)完全兼容，絕大多數(shù)管腳也兼容；在使用上基本可以直接互換。我們統(tǒng)稱這些與8051內(nèi)核相同的單片機(jī)為“51系列單片機(jī)”。STC89C52是STC公司生產(chǎn)的一種低功耗、高性能CMOS 8位微控制器，具有8K在系統(tǒng)可編程Flash存儲(chǔ)器。STC89C52使用經(jīng)典的MCS-51內(nèi)核，但做了很多的改進(jìn)使得芯片具有傳統(tǒng)51單片機(jī)不具備的功能。在單芯片上，擁有靈巧的8 位CPU 和在系統(tǒng)可編程Flash，使得STC89C52為眾多嵌入式控制應(yīng)用系統(tǒng)提供高靈活、有效的解決方案。具有以下標(biāo)準(zhǔn)功能：8k字節(jié)

19、Flash，512字節(jié)RAM，32位I/O 口線，看門狗定時(shí)器，內(nèi)置4KB EEPROM，MAX810復(fù)位電路，3個(gè)16 位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器，4個(gè)外部中斷，一個(gè)7向量4級(jí)中斷結(jié)構(gòu)（兼容傳統(tǒng)51的5向量2級(jí)中斷結(jié)構(gòu)），全雙工串行口。另外STC89X52 可降至0Hz 靜態(tài)邏輯操作，支持2種軟件可選擇節(jié)電模式?？臻e模式下，CPU 停止工作，允許RAM、定時(shí)器/計(jì)數(shù)器、串口、中斷繼續(xù)工作。掉電保護(hù)方式下，RAM內(nèi)容被保存，振蕩器被凍結(jié)，單片機(jī)一切工作停止，直到下一個(gè)中斷或硬件復(fù)位為止。最高運(yùn)作頻率35MHz，6T/12T可選。由于內(nèi)部RAM的存在，可以減少I/O擴(kuò)展芯片、鎖存器及片外RAM等等，使整個(gè)

20、設(shè)計(jì)顯得簡(jiǎn)單明了，所以在本設(shè)計(jì)中我選擇使用STC89C52。2.3.2 模數(shù)轉(zhuǎn)換器的選擇A/D轉(zhuǎn)換器的種類很多，就位數(shù)來分，有8位、10位、12位、16位等。位數(shù)越高，其分辨率也越高，但價(jià)格也越貴。而就其結(jié)構(gòu)而言，有單一的A/D轉(zhuǎn)換器，有內(nèi)含多路開關(guān)的A/D轉(zhuǎn)換器。根據(jù)本設(shè)計(jì)的需要，我選擇的A/D轉(zhuǎn)換器是ADC0832。ADC0832是NS(National Semiconductor)公司生產(chǎn)的串行接口8位A/D轉(zhuǎn)換器，通過三線接口與單片機(jī)連接，功耗低，性能價(jià)格比較高，適宜在袖珍式的智能儀器儀表中使用。ADC0832 為8位分辨率A/D轉(zhuǎn)換芯片，其最高分辨可達(dá)256級(jí)，可以適應(yīng)一般的模擬量轉(zhuǎn)

21、換要求。芯片具有雙數(shù)據(jù)輸出可作為數(shù)據(jù)校驗(yàn)，以減少數(shù)據(jù)誤差，轉(zhuǎn)換速度快且穩(wěn)定性能強(qiáng)。獨(dú)立的芯片使能輸入，使多器件連接和處理器控制變得更加方便。通過DI 數(shù)據(jù)輸入端，可以輕易的實(shí)現(xiàn)通道功能的選擇。2.3.3 傳感器的選擇DS18B20溫度傳感器是美國(guó)DALLAS半導(dǎo)體公司最新推出的一種改進(jìn)型智能溫度傳感器，與傳統(tǒng)的熱敏電阻等測(cè)溫元件相比，它能直接讀出被測(cè)溫度。這一部分主要完成對(duì)溫度信號(hào)的采集和轉(zhuǎn)換工作，由DS18B20數(shù)字溫度傳感器及其與單片機(jī)的接口部分組成。數(shù)字溫度傳感器DS18B20把采集到的溫度通過數(shù)據(jù)引腳傳到單片機(jī)的P1.0口，單片機(jī)接受溫度并存儲(chǔ)。半導(dǎo)體煙霧傳感器包括用氧化物半導(dǎo)體陶瓷材

22、料作為敏感體制作的煙霧傳感器以及用單晶半導(dǎo)體器件制作的煙霧傳感器，它具有靈敏度高，反應(yīng)快、體積小、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，使用方便、價(jià)格便宜等優(yōu)點(diǎn)，因而得到廣泛應(yīng)用。本設(shè)計(jì)選用MQ-2型煙霧傳感器，這種型號(hào)的傳感器不但具備一般半導(dǎo)體煙霧傳感器的優(yōu)點(diǎn)，并且它的抗干擾能力強(qiáng)、壽命長(zhǎng)。MQ-2氣體傳感器對(duì)液化氣、丙烷、氫氣的靈敏度高，對(duì)天然氣和其它可燃蒸汽的檢測(cè)也很理想。這種傳感器可檢測(cè)多種可燃性氣體，是一款適合多種應(yīng)用的低成本傳感器。3 硬件設(shè)置3.1 單片機(jī)STC89C52的原理3.1.1 STC89C52的引腳說明(1) 主要性能參數(shù)STC89C52管腳圖1，如圖3.1。圖3.1 STC89C52管腳圖&#

23、183;與MCS-51產(chǎn)品指令系統(tǒng)完全兼容 ·1000次擦寫中期·8K字節(jié)可重擦寫Flash閃速存儲(chǔ)器·三級(jí)加密程序存儲(chǔ)器·全靜態(tài)操作：0Hz24MHz·32個(gè)可編程I/O口線·512字節(jié)內(nèi)部RAM·6個(gè)中斷源·3個(gè)16位定時(shí)/計(jì)數(shù)器·可編程串行UART通道·低功耗空閑和掉電式 (2) 功能特性概述STC89C52提供以下幾個(gè)標(biāo)準(zhǔn)功能：8K字節(jié)Flash閃存存儲(chǔ)器，512字節(jié)內(nèi)部RAM，32個(gè)I/O口線，3個(gè)16位定時(shí)/計(jì)數(shù)器，一個(gè)5向量?jī)杉?jí)中斷結(jié)構(gòu)，一個(gè)全雙工串行通信口，片內(nèi)振蕩器及時(shí)鐘電路。

24、同時(shí)，STC89C52可降至0Hz的靜態(tài)邏輯操作，并支持兩種軟件可選的節(jié)電工作模式?？臻e方式停止CPU的工作，但允許RAM，定時(shí)/計(jì)數(shù)器，串行通信口及中斷系統(tǒng)繼續(xù)工作。掉電方式保存RAM中的內(nèi)容。但振蕩器停止工作并禁止其它所有工作直到下一個(gè)硬件復(fù)位。(3) 引腳功能說明· ：電源電壓· GND：地· P0口：P0口是一組8位漏極開路型雙向I/O口，也即地址/數(shù)據(jù)總線復(fù)用口。作為輸出口用時(shí)，每位能吸收電流的方式驅(qū)動(dòng)8個(gè)TTL邏輯門電路，對(duì)斷口寫“1”可作為高阻抗輸入端用。在Flash編程時(shí)，P0接受指令字節(jié)，而在程序校驗(yàn)時(shí)，輸出指令字節(jié)，校驗(yàn)時(shí)，要求外接上拉電阻。在

25、訪問外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器或程序存儲(chǔ)器時(shí)，這組口線分時(shí)轉(zhuǎn)換地址（低8位）和數(shù)據(jù)總線復(fù)用，在訪問期間激活內(nèi)部上拉電阻。· P1口：P1是一個(gè)帶內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O口，P1的輸出緩沖級(jí)可驅(qū)動(dòng)（吸收或輸出電流）4個(gè)TTL邏輯門電路。對(duì)端口寫“1”，通過內(nèi)部的上拉電阻把端口拉到高電平，此時(shí)可作為輸入口。作輸入口使用時(shí)，因?yàn)閮?nèi)部存在上拉電阻，某個(gè)引腳被外部信號(hào)來低電平時(shí)會(huì)輸出一個(gè)電流（I）。Flash編程和程序校驗(yàn)期間，P1口接受低8位地址。· P2口：P2口是一個(gè)帶內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O口，P2的輸出緩沖級(jí)可驅(qū)動(dòng)（吸收或輸出電流）4個(gè)TTL邏輯門電路。對(duì)端口寫“1”，通過內(nèi)部

26、的上拉電阻把端口拉到高電平，此時(shí)可作為輸入口。作輸入口使用時(shí)，因?yàn)閮?nèi)部存在上拉電阻，某個(gè)引腳被外部信號(hào)來低電平時(shí)會(huì)輸出一個(gè)電流（I）。在訪問外部程序存儲(chǔ)器或16位地址的外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（例如執(zhí)行MOVX DPTR指令）時(shí)，P2口送出高8位地址數(shù)據(jù)。在訪問8位地址的外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（例如執(zhí)行MOVX RI指令）時(shí)，P2口行上的內(nèi)容（也即特殊功能寄存器（SFR）區(qū)中R2寄存器的內(nèi)容），在整個(gè)訪問期間不改變。Flash編程或校驗(yàn)時(shí)，P2亦接受高位地址和其它控制信號(hào)。·P3口：P3是一組帶內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O口，P3口的輸出緩沖級(jí)可驅(qū)動(dòng)（吸收或輸出電流）4個(gè)TTL邏輯門電路。對(duì)端口寫“1

27、”，通過內(nèi)部的上拉電阻把端口拉到高電平，此時(shí)可作為輸入口。作輸入口使用時(shí)，被外部拉低的P3口將用上拉電阻輸出電流（I）。P3口除了作為一般的I/O口線外，更重要的用途是它的第二功能2，見表3.1。表3.1 P3口的第二功能端口引腳第二功能P3.0RXD（串行輸入口）P3.1TXD（串行輸出口）P3.2（外中斷0）P3.3（外中斷1）P3.4T0（定時(shí)/計(jì)數(shù)器0）P3.5T1（定時(shí)/計(jì)數(shù)器1）P3.6（外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器寫選通）P3.7（外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器讀選通）P3口還接受一些用于Flash閃速存儲(chǔ)器編程和程序校驗(yàn)的控制信號(hào)。· RST：復(fù)位輸入。當(dāng)振蕩器工作時(shí)，RST引腳出現(xiàn)兩個(gè)機(jī)器周期以

28、上高電平將使單片機(jī)復(fù)位。·ALE/：當(dāng)訪問外部程序存儲(chǔ)器時(shí)，ALE輸出脈沖用于鎖存地址的低8位字節(jié)。即使不訪問外部存儲(chǔ)器，ALE仍以時(shí)鐘振蕩頻率的1/6輸出固定的正脈沖信號(hào)，因此它可對(duì)外輸出時(shí)鐘或用于定時(shí)目的。要注意的是：每當(dāng)訪問外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)將跳過一個(gè)ALE脈沖。對(duì)Flash存儲(chǔ)器編程期間，該引腳還用于輸入編程脈沖（）。如有必要，可通過對(duì)特殊功能寄存器（SFR）區(qū)中的8EH單元的D0位置位，可禁止ALE操作，該位置位后，只有一條MOVX和MOVC指令A(yù)LE才會(huì)被激活。此外，該引腳會(huì)被微弱拉高，單片機(jī)執(zhí)行外部程序時(shí)，應(yīng)設(shè)置ALE無效。·：程序儲(chǔ)存允許（）輸出是外部程序存儲(chǔ)

29、器的讀選信號(hào)，當(dāng)STC89C52由外部程序存儲(chǔ)器取指令（或數(shù)據(jù)）時(shí)，每個(gè)機(jī)器周期兩次有效，即輸出兩個(gè)脈沖。在此期間，當(dāng)訪問外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，這兩次有效的信號(hào)不出現(xiàn)。· EA/Vpp：外部訪問允許。欲使CPU僅訪問外部程序存儲(chǔ)器（地址為0000HFFFFH），EA端必須得保持低電平（接地）。需注意的是：如果加密位LBI被編程，復(fù)位時(shí)內(nèi)部會(huì)鎖存EA端狀態(tài)。如EA端為高電平（接端），CPU則執(zhí)行內(nèi)部程序存儲(chǔ)器中的指令。Flash存儲(chǔ)器編程時(shí)，該引腳加上+12V的編程允許電源，當(dāng)然這必須是該器件是使用12V編程電壓。· XTAL1：振蕩器反相放大器的及內(nèi)部時(shí)鐘發(fā)生器的輸入端。

30、3; XTAL2：振蕩器反相放大器的輸出端。3.1.2 工作特性(1) 時(shí)鐘振蕩器3STC89C52中有一個(gè)用于構(gòu)成內(nèi)部振蕩器的高增益反相放大器，引腳XTAL1和XTAL2分別是該放大器的輸入端和輸出端。這個(gè)放大器與作為反饋元件的片外石英晶體或陶瓷諧振器一起構(gòu)成自激振蕩器，振蕩電路參見圖3.2。外接石英晶體（或陶瓷諧振器）及電容C1、C2接在放大器的反饋回路中構(gòu)成并聯(lián)振蕩電路，對(duì)外電容C1、C2雖然沒有十分嚴(yán)格的要求，但電容容量的大小會(huì)輕微影響振蕩頻率的高低、振蕩器工作的穩(wěn)定性、起振的難易程序及溫度穩(wěn)定性，如果使用石英晶體，我們推薦電容使用30pF（±10pF），而如使用陶瓷諧振器，

31、建議選擇40pF（±10F）。用戶也可以采用外部時(shí)鐘。采用外部時(shí)鐘的電路如下圖所示。這種情況下，外部時(shí)鐘脈沖接到XTAL1端，即內(nèi)部時(shí)鐘發(fā)生器的輸入端，XTAL2則懸空。由于外部時(shí)鐘信號(hào)是通過一個(gè)2分頻觸發(fā)器后作為內(nèi)部時(shí)鐘信號(hào)的，所以對(duì)外部時(shí)鐘信號(hào)的占空比沒有特殊要求，電腦最小高電平持續(xù)時(shí)間和最大的低電平持續(xù)時(shí)間應(yīng)符合產(chǎn)品技術(shù)條件的要求。石英晶體時(shí)：C1，C2=30pF±10pF陶瓷諧振器：C1，C2=40pF±10pF圖3.2振蕩電路(2) 空閑節(jié)電模式STC89C52有兩種可用軟件編程的省電模式，它們是空閑模式和掉電模式。這兩種方式是控制專用寄存器PCON（即

32、電源中指寄存器）中的PD（PCON.1）和IDL（PCON.0）位來實(shí)現(xiàn)的。PD是掉電模式，當(dāng)PD=1時(shí)，激活掉電工作模式，單片機(jī)進(jìn)入掉電工作狀態(tài)。IDL是空閑等待方式，當(dāng)IDL=1時(shí)，激活空閑工作模式，單片機(jī)進(jìn)入睡眠狀態(tài)。如需同時(shí)進(jìn)入兩種工作模式，即PD和IDL同時(shí)為1，則先激活掉電模式。在空閑工作模式狀態(tài)，CPU保持睡眠狀態(tài)而所有片內(nèi)的外設(shè)仍保持激活狀態(tài)，這種方式由軟件產(chǎn)生。此時(shí)，片內(nèi)RAM和所有特殊功能寄存器的內(nèi)容保持不變?？臻e模式可由任何允許的中斷請(qǐng)求或硬件復(fù)位終止。終止空閑工作模式的方法有兩種，其一是任何一條被允許的中斷的事件被激活，IDL被硬件清零，即可終止空閑工作模式，程序會(huì)首先

33、響應(yīng)中斷，進(jìn)入中斷服務(wù)程序，執(zhí)行完中斷服務(wù)程序并緊隨RET1指令后，下一條要執(zhí)行的指令就是使單片機(jī)進(jìn)入空閑模式那條指令后面的一條指令。其二是通過硬件復(fù)位也可將空閑工作模式終止。需要注意的是，當(dāng)由硬件復(fù)位來終止空閑工作模式時(shí)，CPU通常是從激活空閑模式那條指令的下一條指令開始繼續(xù)執(zhí)行程序的，要完成內(nèi)部復(fù)位操作，硬件復(fù)位脈沖要保持兩個(gè)機(jī)器周期有效，在這種情況下，內(nèi)部禁止CPU訪問片內(nèi)RAM，而允許訪問其它端口，為了避免可能對(duì)端口產(chǎn)生意外寫入，即或空閑模式的那條指令后一條指令不應(yīng)是一條對(duì)端口或外部存儲(chǔ)器的寫入指令。(3) 掉電模式在掉電模式下，振蕩器停止工作，進(jìn)入掉電模式的指令是最后一條被執(zhí)行的指令

34、，片內(nèi)RAM 和特殊功能寄存器的內(nèi)容在終止掉電模式前被凍結(jié)。退出掉電模式的唯一方法是硬件復(fù)位，復(fù)位后將重新定義全部特殊功能寄存器但不包括RAM中的內(nèi)容，在恢復(fù)到正常工作電平前，復(fù)位應(yīng)無效，且必須保持一定時(shí)間以使振蕩器重啟動(dòng)并穩(wěn)定工作。(4) 程序存儲(chǔ)器的加密STC89C52可使用對(duì)芯片上的3個(gè)加密位LB1，LB2，LB3進(jìn)行編程（P）或不編程（U）來得到如下表3.2所示的功能：表3.2 加密位保護(hù)功能表程序加密位保護(hù)類型LB1LB2LB31UUU沒有程序保護(hù)功能2PUU禁止從外部程序存儲(chǔ)器中執(zhí)行MOVC指令讀取內(nèi)部程序存儲(chǔ)器的內(nèi)容3PPU除上表功能外，還禁止程序校驗(yàn)4PPP除以上功能外，還禁止

35、外部執(zhí)行注：表中的U表示未編程，P表示編程當(dāng)加密位LB1被編程時(shí)，在復(fù)位期間，EA端的邏輯電平被采樣并鎖存，如果單片機(jī)上電后一直沒有復(fù)位，則鎖存器的初始值是一個(gè)隨機(jī)數(shù)，且這個(gè)隨機(jī)數(shù)會(huì)一直到真正復(fù)位為止，為單片機(jī)能正常工作，被鎖存的EA電平值必須與該引腳當(dāng)前的邏輯電平一致，此外，加密位只能通過整片的方式擦除。(5) 芯片擦除利用控制信號(hào)的正確組合并保持ALE/PROG引腳10Ms的低電平脈沖寬度即將PEROM陣列（4K字節(jié)）和三個(gè)加密位整片擦除，代碼陣列在片擦除操作中將任何非空單元寫入“1”，這步驟需要在編程之前進(jìn)行。(6) 讀片內(nèi)簽名字節(jié)STC89C52單片機(jī)內(nèi)有三個(gè)簽名字節(jié)，地址為030H，

36、031H和032H。用于聲明該器件的廠商，型號(hào)和編程電壓。讀簽名字節(jié)的過程和單元030H，031H及032H的正常效驗(yàn)相仿，只需將P3.6和P3.7保持低電平，返回值的意義如下：（030H）1EH聲明產(chǎn)品由ATMEL公司制造；（031H）51H聲明為STC89C52單片機(jī)；（032H）FFH聲明12V編程電壓；（032H）05H聲明為5V編程電壓。(7) 編程接口4FLASH編程和校驗(yàn)特性=0-70，=5.0±10%表3.3 Flash編程和校驗(yàn)特性符號(hào)參數(shù)最小值最大值單位編程電壓11.512.5V編程電流1mA時(shí)鐘頻率324MHz建立地址到變低48變低后地址保持不變48建立數(shù)據(jù)到變

37、低48變低后數(shù)據(jù)保持不變48ENABLE變高到48加到變低10后保持10寬度1110地址到數(shù)據(jù)有效48ENABLE低到數(shù)據(jù)有效48表3.3 續(xù)表ENABLE后數(shù)據(jù)浮空048變高到BUSY變低1.0字節(jié)寫入周期2.0采用控制信號(hào)的正確組合可對(duì)FLASH閃速存儲(chǔ)陣列中的每一代碼字進(jìn)行寫入和存儲(chǔ)器的整片擦除，寫操作周期是自身定時(shí)的，初始化后他將自動(dòng)定時(shí)到操作完成。3.2 時(shí)鐘電路時(shí)鐘電路（如圖3.3所示）用于產(chǎn)生單片機(jī)工作時(shí)所必需的時(shí)鐘控制信號(hào)。單片機(jī)各功能部件的運(yùn)行都是以時(shí)鐘控制信號(hào)為基準(zhǔn)，有條不紊地一拍一拍工作。因此，時(shí)鐘頻率直接影響單片機(jī)的速度，時(shí)鐘電路的質(zhì)量也直接影響單片機(jī)系統(tǒng)的穩(wěn)定性。單片

38、機(jī)內(nèi)部有一個(gè)高增益反向放大器，輸入端為芯片引腳XTAL1，輸出端為引腳XTAL2。而在芯片外部XTAL1和 XTAL2之間跨接晶體振蕩器和微調(diào)電容，從而構(gòu)成一個(gè)穩(wěn)定的自激振蕩器。電路中的兩個(gè)電容通常選用30pF左右，對(duì)外接電容的值雖然沒有嚴(yán)格的要求，但電容的大小會(huì)影響振蕩器頻率的高低、振蕩器的穩(wěn)定性和起振的快速性。晶振的振蕩頻率的范圍通常是1.2MHz12MHz之間。晶體振蕩頻率高，則系統(tǒng)的時(shí)鐘頻率也高，單片機(jī)運(yùn)行速度也就快，但反過來運(yùn)行速度快對(duì)存儲(chǔ)器的速度要求就高，對(duì)印制電路板的工藝要求也高，所以，這里使用振蕩頻率為6MHz的石英晶體。圖3.3 時(shí)鐘電路3.3 電源模塊電源電路可分為三大塊：

39、變壓部分、整流濾波部分、穩(wěn)壓部分。變壓部分其實(shí)就是一個(gè)變壓器，變壓器作用是將220V的交流電壓變換成我們所需的電壓。然后再送去整流和濾波。整流電路的任務(wù)是將交流電變換成直流電。完成這一任務(wù)主要是靠二極管的單向?qū)щ娮饔?，因此二極管是構(gòu)成整流電路的關(guān)鍵元件。由于四只二極管的連接方式及其單向?qū)щ娮饔茫还茌斎氲碾妷赫?fù)極如何，總有兩只二極管是導(dǎo)通的，故通過該整流電路都能輸出一個(gè)相對(duì)穩(wěn)定的電壓。穩(wěn)壓器是一種能自動(dòng)調(diào)整輸出電壓的供電電路或供電設(shè)備，其作用是將波動(dòng)較大和不合用電器設(shè)備要求的電源電壓穩(wěn)定在它的設(shè)定值范圍內(nèi)，使各種電路或電器設(shè)備能在額定工作電壓下正常工作。因?yàn)槲铱紤]到整個(gè)設(shè)計(jì)的實(shí)用、簡(jiǎn)單以及物

40、美價(jià)廉，所以我直接使用3節(jié)AA電池供電。3.4 溫度采集部分測(cè)量溫度的關(guān)鍵是溫度傳感器，溫度傳感器的發(fā)展經(jīng)歷了三個(gè)發(fā)展階段：（1）、傳統(tǒng)的分立式溫度傳感器，（2）、模擬集成溫度傳感器，（3）、智能集成溫度傳感器。目前，國(guó)際上新型溫度傳感器正從模擬式向數(shù)字式，從集成化向智能化、網(wǎng)絡(luò)化方向飛速發(fā)展。本設(shè)計(jì)中選用是DALLAS公司生產(chǎn)的一線式數(shù)字溫度傳感器DS18B20作為溫度探測(cè)電路的傳感器。3.4.1 DS18B20數(shù)字集成溫度傳感器DS18B20溫度傳感器是美國(guó)DALLAS半導(dǎo)體公司最新推出的一種改進(jìn)型智能溫度傳感器，與傳統(tǒng)的熱敏電阻等測(cè)溫元件相比，它能直接讀出被測(cè)溫度。這一部分主要完成對(duì)溫度

41、信號(hào)的采集和轉(zhuǎn)換工作，由DS18B20數(shù)字溫度傳感器及其與單片機(jī)的接口部分組成。數(shù)字溫度傳感器DS18B20把采集到的溫度通過數(shù)據(jù)引腳傳到單片機(jī)的P1.0口，單片機(jī)接受溫度并存儲(chǔ)。此部分只用到DS18B20和單片機(jī)，硬件很簡(jiǎn)單。(1)特點(diǎn)·獨(dú)特的單線接口方式，DS18B20在與微處理器連接時(shí)僅需要一條口線即可實(shí)現(xiàn)微處理器與DS18B20的雙向通訊。·DS18B20支持多點(diǎn)組網(wǎng)功能，多個(gè)DS18B20可以并聯(lián)在唯一的三線上，實(shí)現(xiàn)組網(wǎng)多點(diǎn)測(cè)溫。·DS18B20在使用中不需要任何外圍元件，全部傳感元件及轉(zhuǎn)換電路集成在形如一只三極管的集成電路內(nèi)。·適應(yīng)電壓范圍更

42、寬，電壓范圍：3.05.5V，在寄生電源方式下可由數(shù)據(jù)線供電。·溫度范圍55125，在-10+85時(shí)精度為±0.5。·零待機(jī)功耗。·可編程的分辨率為912位，對(duì)應(yīng)的可分辨溫度分別為0.5、0.25、0.125和0.0625 ，可實(shí)現(xiàn)高精度測(cè)溫。· 在9位分辨率時(shí)最多在93.75ms內(nèi)把溫度轉(zhuǎn)換為數(shù)字，12位分辨率時(shí)最多在750ms內(nèi)把溫度值轉(zhuǎn)換為數(shù)字，速度更快。·用戶可定義報(bào)警設(shè)置。·報(bào)警搜索命令識(shí)別并標(biāo)志超過程序限定溫度（溫度報(bào)警條件）的器件。·測(cè)量結(jié)果直接輸出數(shù)字溫度信號(hào)，以"一線總線"串行

43、傳送給CPU，同時(shí)可傳送CRC校驗(yàn)碼，具有極強(qiáng)的抗干擾糾錯(cuò)能力。·負(fù)電壓特性，電源極性接反時(shí)，溫度計(jì)不會(huì)因發(fā)熱而燒毀，但不能正常工作。(2)內(nèi)部結(jié)構(gòu)DS18B20內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖3.4所示，主要由4部分組成：64位ROM、溫度傳感器、非揮發(fā)的溫度報(bào)警觸發(fā)器TH和TL、配置寄存器。圖3.4 DS18B20內(nèi)部結(jié)構(gòu)3.引腳功能介紹DS18B20的管腳排列如圖3.5所示，DQ為數(shù)字信號(hào)輸入/輸出端，GND為電源地，VDD為外接供電電源輸入端，各引腳的功能如表3.4所示。表3.4 DS18B20引腳功能序號(hào)名稱引腳功能描述1GND地信號(hào)2DQ數(shù)據(jù)輸入/輸出引腳。開漏單總線接口引腳。當(dāng)被用著在寄生

44、電源下，也可以向器件提供電源。3VDD可選擇的VDD引腳。當(dāng)工作于寄生電源時(shí)，此引腳必須接地。圖3.5 DS18B20管腳圖4.測(cè)溫原理DS18B20的測(cè)溫原理如圖3.6所示，圖中低溫度系數(shù)晶振的振蕩頻率受溫度的影響很小，用于產(chǎn)生固定頻率的脈沖信號(hào)送給減法計(jì)數(shù)器1，而高溫度系數(shù)晶振的震蕩頻率隨溫度變化明顯改變，所產(chǎn)生的信號(hào)作為減法計(jì)數(shù)器2的脈沖輸入，圖中還隱含著計(jì)數(shù)門，當(dāng)計(jì)數(shù)門打開時(shí)，DS18B20就對(duì)低溫度系數(shù)振蕩器產(chǎn)生的時(shí)鐘脈沖進(jìn)行計(jì)數(shù)，進(jìn)而完成溫度測(cè)量。計(jì)數(shù)門的開啟時(shí)間由高溫度系數(shù)振蕩器來決定，每次測(cè)量前，首先將-55所對(duì)應(yīng)的基數(shù)分別置入減法計(jì)數(shù)器1和溫度寄存器中，減法計(jì)數(shù)器1和溫度寄存

45、器被預(yù)置在-55所對(duì)應(yīng)的一個(gè)基數(shù)值。減法計(jì)數(shù)器1對(duì)低溫度系數(shù)晶振產(chǎn)生的脈沖信號(hào)進(jìn)行減法計(jì)數(shù)，當(dāng)減法計(jì)數(shù)器1的預(yù)置值減到0時(shí)，溫度寄存器的值將加1，減法計(jì)數(shù)器1的預(yù)置將重新被裝入，減法計(jì)數(shù)器1重新開始對(duì)低溫度系數(shù)晶振產(chǎn)生的脈沖信號(hào)進(jìn)行計(jì)數(shù)。如此循環(huán)直到減法計(jì)數(shù)器2計(jì)數(shù)到0時(shí)，停止溫度寄存器值的累加，此時(shí)溫度寄存器中的數(shù)值即為所測(cè)溫度。圖3.7中的斜率累加器用于補(bǔ)償和修正測(cè)溫過程中的非線性，其輸出用于修正減法計(jì)數(shù)器的預(yù)置值，只要計(jì)數(shù)門仍未關(guān)閉就重復(fù)上述過程，直至溫度寄存器值達(dá)到被測(cè)溫度值，這就是DS18B20的測(cè)溫原理。減法計(jì)數(shù)器1斜率累加器減到0減法計(jì)數(shù)器2預(yù) 置低溫度系數(shù)振 蕩 器高溫度系數(shù)振

46、 蕩 器計(jì)數(shù)比較器預(yù) 置溫度寄存器減到0圖3.6 DS18B20的測(cè)溫原理圖另外，由于DS18B20單線通信功能是分時(shí)完成的，他有嚴(yán)格的時(shí)隙概念，因此讀寫時(shí)序很重要。系統(tǒng)對(duì)DS18B20的各種操作必須按協(xié)議進(jìn)行。操作協(xié)議為：初始化DS18B20(發(fā)復(fù)位脈沖)發(fā)ROM功能命令發(fā)存儲(chǔ)器操作命令處理數(shù)據(jù)。5.測(cè)溫流程圖測(cè)溫流程圖如圖3.7所示。初始化DS18B20跳過ROM匹配溫度變換延時(shí)1S跳過ROM匹配讀暫存器轉(zhuǎn)換成顯示碼數(shù)碼管顯示圖3.7 DS18B20測(cè)溫流程6. DS18B20供電方式DS18B20可以通過從VDD引腳接入一個(gè)外部電源供電，也可以工作于寄生電源模式。在硬件上，外接電源供電是

47、VDD接外部電源，GND接地，I/O與單片機(jī)的I/O線相連；用寄生電源供電是VDD、GND接地，I/O接單片機(jī)I/O。無論是內(nèi)部寄生電源還是外部供電，I/O口線要接5K左右的上拉電阻。寄生電源模式允許DS18B20工作于無外部電源需求狀態(tài)，該模式非常適用于遠(yuǎn)距離測(cè)溫。本設(shè)計(jì)中所采用的是外接電源供電。3.4.2 測(cè)溫模塊電路原理圖測(cè)溫模塊電路原理圖如圖3.8所示。圖3.8 測(cè)溫模塊電路原理圖3.5 濃度采集模塊一般選用接觸燃燒式煙霧傳感器和半導(dǎo)體煙霧傳感器。使用接觸燃燒式傳感器，其探頭的阻緩及中毒，是不可避免的問題。阻緩是當(dāng)在煙霧與空氣的混合物中含有硫化氫等含硫物質(zhì)的情況下，則有可能在無焰燃燒的

48、同時(shí)，有些固態(tài)物質(zhì)附著在催化元件表面，阻塞載體的微孔，從而引起響應(yīng)緩慢反應(yīng)滯緩，靈敏度降低。雖然將阻緩的傳感器再放回新鮮空氣環(huán)境中有得到某種程度的恢復(fù)的可能，但是如果長(zhǎng)期暴露在這樣的環(huán)境中，其靈敏度會(huì)不斷下降，導(dǎo)致傳感器最終喪失檢測(cè)煙霧的能力。中毒是如果環(huán)境空氣中含有硅烷之類的物質(zhì)時(shí)，則傳感器將 使催化元件產(chǎn)生不可逆轉(zhuǎn)的中毒，以致靈敏度很快就喪失。當(dāng)懷疑檢測(cè)環(huán) 境中存在這些物質(zhì)時(shí)，經(jīng)常對(duì)探頭進(jìn)行標(biāo)定，是必須且有效的辦法。 因此，經(jīng)常對(duì)傳感器進(jìn)行標(biāo)定，是保證其準(zhǔn)確性的必要的途徑。一般連續(xù)使用兩個(gè)月后應(yīng)對(duì)傳感器進(jìn)行量程校準(zhǔn)，這種經(jīng)常性對(duì)傳感器的維護(hù)，無形中加大了工作人員的工作量，同時(shí)增加了報(bào)警器的

49、維護(hù)成本。半導(dǎo)體煙霧傳感器包括用氧化物半導(dǎo)體陶瓷材料作為敏感體制作的煙霧傳感器以及用單晶半導(dǎo)體器件制作的煙霧傳感器，它具有靈敏度高， 響應(yīng)快、體積小、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，使用方便、價(jià)格便宜等優(yōu)點(diǎn)，因而得到廣泛應(yīng)用。半導(dǎo)體煙霧傳感器的性能主要看其靈敏度、選擇性(抗干擾性)和穩(wěn) 定性(使用壽命)。 經(jīng)過對(duì)比上述兩種煙霧傳感器的應(yīng)用特性，發(fā)現(xiàn)半導(dǎo)體煙霧傳感器的優(yōu)點(diǎn)更加突出：靈敏度高、響應(yīng)快、抗干擾性好、使用方便、價(jià)格便宜，且不會(huì)發(fā)生探頭阻緩及中毒現(xiàn)象，維護(hù)成本較低等。因此，本設(shè)計(jì)采用半導(dǎo)體煙霧傳感器作為報(bào)警器煙霧信息采集部分的核心。而在眾多半導(dǎo)體氣體傳感器中，本設(shè)計(jì)選用MQ-2型煙霧傳感器，這種型號(hào)的傳感器不

50、但具備一般半導(dǎo)體煙霧傳感器靈敏度高、反應(yīng)快的優(yōu)點(diǎn)，而且其抗干擾能力強(qiáng)、壽命長(zhǎng)。MQ-2氣體傳感器對(duì)液化氣、丙烷、氫氣的靈敏度高，對(duì)天然氣和其它可燃蒸汽的檢測(cè)也很理想。這種傳感器可檢測(cè)多種可燃性氣體，是一款適合多種應(yīng)用的低成本傳感器。3.6 A/D轉(zhuǎn)換器A/D轉(zhuǎn)換器的功能是將模擬量電信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字量。在本設(shè)計(jì)中，我采用了ADC0832轉(zhuǎn)換器，ADC0832是NS(National Semiconductor)公司生產(chǎn)的串行接口8位A/D轉(zhuǎn)換器，通過三線接口與單片機(jī)連接，功耗低，性能價(jià)格比較高，適宜在袖珍式的智能儀器儀表中使用。ADC0832 為8位分辨率A/D轉(zhuǎn)換芯片，其最高分辨可達(dá)256級(jí)，可

51、以適應(yīng)一般的模擬量轉(zhuǎn)換要求。芯片具有雙數(shù)據(jù)輸出可作為數(shù)據(jù)校驗(yàn)，以減少數(shù)據(jù)誤差，轉(zhuǎn)換速度快且穩(wěn)定性能強(qiáng)。獨(dú)立的芯片使能輸入，使多器件連接和處理器控制變得更加方便。通過DI 數(shù)據(jù)輸入端，可以輕易的實(shí)現(xiàn)通道功能的選擇。3.6.1 A/D轉(zhuǎn)換器的主要參數(shù) (1) 分辨率：是指A/D轉(zhuǎn)換器可轉(zhuǎn)換成二進(jìn)制數(shù)的位數(shù)。(2) 轉(zhuǎn)換時(shí)間：指從輸入啟動(dòng)轉(zhuǎn)換信號(hào)開始到轉(zhuǎn)換結(jié)束，得到穩(wěn)定的數(shù)字輸出量為止的時(shí)間其他參數(shù)與D/A轉(zhuǎn)換器類似。3.6.2 A/D轉(zhuǎn)換器與CPU的接口方法(1) ADC轉(zhuǎn)換好的數(shù)據(jù)必須經(jīng)過三態(tài)緩沖器件與CPU數(shù)據(jù)總線相連接（在芯片內(nèi)部沒有三態(tài)輸出緩沖器時(shí)）；(2) 為了輸入正確的轉(zhuǎn)換結(jié)果，必須解

52、決好A/D轉(zhuǎn)換器和CPU取數(shù)之間的時(shí)間配合問題。 (3) 啟動(dòng)轉(zhuǎn)換信號(hào)（START）：是由CPU提供給ADC芯片的，在正脈沖的下降沿轉(zhuǎn)換開始； (4) 轉(zhuǎn)換結(jié)束信號(hào)（EOC）：一旦啟動(dòng)轉(zhuǎn)換，EOC立即變低，直至轉(zhuǎn)換結(jié)束，EOC輸出高電平，通知CPU轉(zhuǎn)換已結(jié)束；(5) 允許輸出信號(hào)（OE）：ADC轉(zhuǎn)換結(jié)束后，轉(zhuǎn)換結(jié)果存放在輸出鎖存器中，并沒有送入數(shù)據(jù)總線上。CPU取數(shù)時(shí)，發(fā)出OE信號(hào)選通芯片內(nèi)部三態(tài)輸出緩沖器將數(shù)據(jù)輸出。3.6.3 A/D轉(zhuǎn)換器與CPU之間傳送數(shù)據(jù)的方法(1) 延時(shí)等待法延時(shí)法是利用CPU執(zhí)行一條輸出指令，啟動(dòng)ADC轉(zhuǎn)換，然后CPU執(zhí)行延時(shí)程序，延時(shí)時(shí)間大于所選用的ADC芯片轉(zhuǎn)換

53、時(shí)間，延時(shí)結(jié)束，CPU執(zhí)行輸入指令，打開三態(tài)門獲取ADC轉(zhuǎn)換好的數(shù)據(jù)。 (2) 查詢法 查詢法是由CPU來檢查EOC信號(hào)。當(dāng)CPU啟動(dòng)ADC芯片開始轉(zhuǎn)換之后，再通過狀態(tài)端口讀取EOC信號(hào)，檢查ADC是否轉(zhuǎn)換結(jié)束。若轉(zhuǎn)換結(jié)束，則讀取轉(zhuǎn)換結(jié)果，否則繼續(xù)查詢。(3) 中斷法用中斷法可提高CPU的利用率，當(dāng)ADC轉(zhuǎn)換結(jié)束，由EOC信號(hào)上升沿通過8255A中斷控制邏輯向CPU發(fā)出中斷請(qǐng)求，CPU響應(yīng)中斷在服務(wù)程序中讀取結(jié)果。3.6.4 A/D轉(zhuǎn)換芯片ADC0832及其接口(1) 主要性能·8位分辨率，逐次逼近型，基準(zhǔn)電壓為5V；·5V單電源供電；·輸入模擬信號(hào)電壓范圍為05

54、V；·輸入和輸出電平與TTL和CMOS兼容；·在250KHZ時(shí)鐘頻率時(shí)，轉(zhuǎn)換時(shí)間為32us；·具有兩個(gè)可供選擇的模擬輸入通道；·功耗低，15mW。（2）外部引腳及其說明ADC0832有DIP和SOIC兩種封裝，DIP封裝的ADC0832引腳排列如圖3.9所示。各引腳說明如下：·CS片選端，低電平有效。·CH0，CH1兩路模擬信號(hào)輸入端。·DI兩路模擬輸入選擇輸入端。·DO模數(shù)轉(zhuǎn)換結(jié)果串行輸出端。·CLK串行時(shí)鐘輸入端。·Vcc/REF正電源端和基準(zhǔn)電壓輸入端。·GND電源地。（3）單片

55、機(jī)對(duì)ADC0832 的控制原理圖3.9 ADC0832引腳圖一般情況下ADC0832與單片機(jī)的接口應(yīng)為4條數(shù)據(jù)線，分別是CS、CLK、DO、DI。但由于DO端與DI端在通信時(shí)并未同時(shí)有效并與單片機(jī)的接口是雙向的，所以電路設(shè)計(jì)時(shí)可以將DO和DI 并聯(lián)在一根數(shù)據(jù)線上使用。當(dāng)ADC0832未工作時(shí)其CS輸入端應(yīng)該為高電平，此時(shí)芯片禁用，CLK 和DO/DI 的電平可任意。當(dāng)要進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換時(shí)，須先將CS端置于低電平并且保持低電平直到轉(zhuǎn)換完全結(jié)束。此時(shí)芯片開始轉(zhuǎn)換工作，同時(shí)由處理器向芯片時(shí)鐘輸入端CLK提供時(shí)鐘脈沖，DO/DI端則使用DI端輸入通道功能選擇的數(shù)據(jù)信號(hào)。在第1個(gè)時(shí)鐘脈沖到來之前DI端必須是高電平，表示啟動(dòng)位。在第2、3個(gè)時(shí)鐘脈沖到來之前DI端應(yīng)該輸入2位數(shù)據(jù)用于選擇通道功能，其功能見表3.5。表3.5 ADC0832配置位輸入形式 配置位選擇通道CH0CH1CHOCH1差分輸入00+-01-+單端輸入10+11+ 如表3.5所示，當(dāng)配置位2位數(shù)據(jù)為1、0時(shí)，只對(duì)CH0 進(jìn)行單通道轉(zhuǎn)換。當(dāng)配置2位數(shù)據(jù)為1、1時(shí)，只對(duì)CH1進(jìn)行