基于單片機(jī)的煙霧報(bào)警器

1、 基于單片機(jī)的煙霧報(bào)警器 2015屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 題 目: 基于單片的煙霧報(bào)警器 作 者 姓 名： 學(xué) 號(hào)： 學(xué) 院： 專 業(yè)： 指導(dǎo)教師姓名： 指導(dǎo)教師職稱： 摘 要社會(huì)的發(fā)展，樓層也越來(lái)越高，防火問(wèn)題越來(lái)越大，但是目前國(guó)內(nèi)的許多研發(fā)都針對(duì)于大型商場(chǎng)的火災(zāi)報(bào)警。所以，我研制一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、經(jīng)濟(jì)實(shí)用的家庭煙霧報(bào)警器以適應(yīng)市場(chǎng)的需求，是非?？尚械摹；趩纹瑱C(jī)的煙霧報(bào)警器應(yīng)該具備的基本煙霧報(bào)警功能。本設(shè)計(jì)以傳感器和單片機(jī)作為煙霧報(bào)警器設(shè)計(jì)的核心器件，配合其它器件即可實(shí)現(xiàn)聲光報(bào)警、自動(dòng)排煙換氣和消防滅火等功能。設(shè)計(jì)中單片機(jī)選用ATC89C52作為控制器件，傳感器選用MQ-2型半導(dǎo)體可燃?xì)怏w敏感元件煙

2、霧傳感器實(shí)現(xiàn)煙霧的檢測(cè)。煙霧報(bào)警器主要由煙霧信號(hào)采集及前置放大電路、模數(shù)轉(zhuǎn)換電路、單片機(jī)控制電路、顯示電路、聲光報(bào)警電路和安全保護(hù)電路構(gòu)成，設(shè)計(jì)完整、簡(jiǎn)單完美、價(jià)格低，使單片機(jī)在煙霧報(bào)警系統(tǒng)的控制中得到充分應(yīng)用，具有一定的市場(chǎng)價(jià)值。論文主要針對(duì)煙霧報(bào)警系統(tǒng)中的各個(gè)組成部分及功能進(jìn)行了詳細(xì)的介紹和說(shuō)明，并對(duì)其主控電路和外圍設(shè)備電路之間的接口連接方式，以及系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)進(jìn)行了重點(diǎn)的分析和講解。關(guān)鍵字：傳感器； 單片機(jī)； 煙霧報(bào)警器ABSTRACTThe development of the society, more and more is also high floor, fire prevent

3、ion problem is more and more big, but the current domestic research and development of many of the large shopping malls in fire alarm. So, I developed a kind of simple structure, economical and practical household smoke alarm to adapt to the demand of the market, it is very feasible. Based on single

4、 chip microcomputer of smoke alarm should have the basic smoke alarm function.This design by sensor and single chip microcomputer as core components of smoke alarm design, in combination with other devices can be realized sound and light alarm, automatic exhaust ventilation and fire extinguishing, a

5、nd other functions. In the design of single chip microcomputer ATC89C52 chosen as the control device, sensor selection MQ - 2 type semiconductor gas sensitive element smoke sensor realizes the smoke detection. Smoke alarm is mainly composed of smoke signal acquisition and circuit, analog-to-digital

6、conversion circuit, single-chip microcomputer control circuit, display circuit, sound and light alarm circuit and safety protection circuit, reasonable design, simple and easy to understand, the price is low, make SCM are fully applied in the smoke alarm system control, has a certain practical value

7、. Thesis mainly to the various components of the smoke alarm system and function has carried on the detailed introduction and explanation, and its main control circuit and the interface between the peripheral circuit connection mode, and focuses on the system software design in the analysis and inte

8、rpretation.Key words: sensor; Single chip microcomputer; Smoke alarm1 緒論11.1選題背景11.2 設(shè)計(jì)描述11.3煙霧報(bào)警器的發(fā)展現(xiàn)狀22 總體設(shè)計(jì)方案32.1傳感器的選型32.2 MQ-2氣體煙霧傳感器42.3單片機(jī)的選型52.4 AT89C51單片機(jī)的介紹63 系統(tǒng)硬件電路93.1 單片機(jī)最小系統(tǒng)93.2 時(shí)鐘電路和復(fù)位電路介紹103.3煙霧檢測(cè)AD采集電路103.4顯示模塊113.5 聲音報(bào)警系統(tǒng)和按鍵控制電路123.6 溫度傳感器電路圖134 系統(tǒng)軟件的設(shè)計(jì)144.1主程序設(shè)計(jì)和流程圖145 總結(jié)15致 謝15參考

9、文獻(xiàn)16附錄一：總體原理圖設(shè)計(jì)17 附錄二：部分程序源代碼171 緒論1.1選題背景隨著時(shí)代的發(fā)展，越來(lái)越多的潛在隱患伴隨著人們的生活。為了早期發(fā)現(xiàn)和通報(bào)火災(zāi)，防止和減少火災(zāi)危害，保護(hù)人身和財(cái)產(chǎn)安全。保衛(wèi)社會(huì)主義現(xiàn)代化建設(shè)，防止火災(zāi)引起燃燒、爆炸等事故，造成嚴(yán)重的經(jīng)濟(jì)損失，甚至危及生命安全。為了減少這類事故的發(fā)生，就必須對(duì)煙霧進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)實(shí)時(shí)檢測(cè)，采用先進(jìn)可靠的安全檢測(cè)儀表，嚴(yán)密監(jiān)測(cè)環(huán)境中煙霧的濃度， 及早發(fā)現(xiàn)事故隱患，采取有效措施，避免事故發(fā)生，才能確保工業(yè)安全和 家庭生活安全。因此，基于單片機(jī)的煙霧報(bào)警器就成為傳感器技術(shù)發(fā)展領(lǐng)域的一個(gè)非常重要的課題。1.2 設(shè)計(jì)描述基于單片機(jī)的煙霧報(bào)警器的兩個(gè)

10、重大組成部分是單片機(jī)和傳感器。單片機(jī)為連接器，聯(lián)系著傳感器和報(bào)警電路設(shè)備。近些年來(lái)，單片機(jī)已廣泛運(yùn)用于人類生產(chǎn)各部門(mén)及人們?nèi)粘Ｉ畹母鱾€(gè)方面。各種類型的單片機(jī)也根據(jù)社會(huì)的需求而開(kāi)發(fā)出來(lái)。單片機(jī)是器件級(jí)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，實(shí)際上它是一個(gè)微控制器或微處理器。由于它功能全，體積較小，成本低廉，因此它可以應(yīng)用到所有電子系統(tǒng)中。同樣，它也可以廣泛應(yīng)用于報(bào)警技術(shù)領(lǐng)域，使各類報(bào)警裝置的功能更加完善，可靠性大大提高，以滿足社會(huì)發(fā)展的需要。而傳感器作為信息技術(shù)系統(tǒng)的觸手，如果沒(méi)有觸手感受信息，或者觸手不夠靈敏，都難以形成高精度、高速度的控制系統(tǒng)。美國(guó)把上世紀(jì)八十年代稱為傳感技術(shù)時(shí)代，日本更是把傳感技術(shù)列為十大技術(shù)之首。

11、所以，根據(jù)報(bào)警器功能的需要，選擇合適、精確、經(jīng)濟(jì)的煙霧傳感器和單片機(jī)芯片是至關(guān)重要的。在本論文中的最主要的設(shè)計(jì)是選AT89C51單片機(jī)和MQ-2半導(dǎo)體氣體煙霧傳感器為核心器件。 當(dāng)前，高層群建筑都會(huì)有選擇地安裝不同功能的煙霧自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)。因?yàn)闊熿F自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)是建筑物的神經(jīng)，它能夠感受、接收著發(fā)生火災(zāi)的早期信號(hào)并及時(shí)報(bào)警，發(fā)出警報(bào)同時(shí)告知用戶和周邊居民。在火災(zāi)的早期發(fā)生階段，及時(shí)發(fā)出警報(bào)，把火苗扼殺在搖籃中，這才是將損失降低到最低的最有效，成本最低的有效手段。1.3煙霧報(bào)警器的發(fā)展現(xiàn)狀國(guó)外上世紀(jì)30年代開(kāi)始研究及探討煙霧傳感器，且發(fā)展迅猛，1是人們安全意識(shí)增強(qiáng)，對(duì)環(huán)境安全性和生活舒適性要求提高，

12、2是因?yàn)閭鞲衅魇袌?chǎng)增長(zhǎng)受到政府安全法規(guī)的推動(dòng)。隨著傳感器生產(chǎn) 工藝水平穩(wěn)步提高，傳感器日益小型化、集成化不斷增大，使得煙霧檢測(cè) 儀器的體積越來(lái)越小，提高了煙霧檢測(cè)儀器的便攜性，更加利于市場(chǎng)推廣和使用。 中國(guó)在70年代初期開(kāi)始研制煙霧報(bào)警器，生產(chǎn)型號(hào)多樣、品種較齊全，應(yīng)用范圍也由單一的煉油系統(tǒng)擴(kuò)展到幾乎所有危險(xiǎn)作業(yè)環(huán)境的各種類型報(bào)警器，產(chǎn)品數(shù)量也在不斷增長(zhǎng)。但主要是在借鑒國(guó)外先進(jìn)的傳感器技術(shù)和先進(jìn)的生產(chǎn)工藝基礎(chǔ)上，進(jìn)行研究與開(kāi)發(fā)具有自我特色的產(chǎn)品。穩(wěn)定性越來(lái)越好。燃?xì)鈭?bào)警器可分為民用煙霧報(bào)警器、工業(yè)用煙霧報(bào)警器、 化學(xué)煙霧報(bào)警器三個(gè)大方向產(chǎn)品。(1)民用煙霧報(bào)警器 民用煙霧報(bào)警器為居民家庭用的火

13、災(zāi)報(bào)警器,一般安裝在廚房，遇到火災(zāi)產(chǎn)生的煙霧時(shí)時(shí)，報(bào)警器可發(fā)出高頻報(bào)警，。有的報(bào)警器可自動(dòng)開(kāi)啟排風(fēng)扇，把煙霧排出室外 (2) 工業(yè)用煙霧報(bào)警器及化學(xué)煙霧報(bào)警器 工業(yè)用煙霧報(bào)警器及有毒有害煙霧報(bào)警器只是檢測(cè)探頭有差異，而在原理和應(yīng)用中都很相近。工業(yè)用燃?xì)鈭?bào)警器及化學(xué)煙霧報(bào)警器根 據(jù)檢測(cè)環(huán)境的不同，也可分為檢漏儀、控制器和探測(cè)器。 檢漏儀的體積較小，可隨身攜帶或手持，主要應(yīng)用于燃?xì)夤芾淼牟槁?與巡檢。若有燃?xì)庑孤瑱z漏儀便會(huì)發(fā)出聲光報(bào)警，同時(shí)數(shù)字顯示煙霧濃 度，以便及時(shí)采取安全措施，防止爆炸等惡性事故的發(fā)生。 控制器與探測(cè)器結(jié)合使用，可在防爆現(xiàn)場(chǎng)長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)煙霧的濃度。探測(cè)器安裝在防爆現(xiàn)場(chǎng)，控制器壁掛

14、在值班室等有人值守的地方，二者采用屏 蔽電纜線連接。當(dāng)在現(xiàn)場(chǎng)的探測(cè)器探測(cè)到燃?xì)庑孤┲?，通過(guò)屏蔽電纜線將信號(hào)傳到控制器，控制器發(fā)出聲光報(bào)警，同時(shí)啟動(dòng)排風(fēng)裝置或關(guān)閉電磁閥切斷氣源，以確保安全。此種儀器廣泛應(yīng)用于液化氣站、汽車加油站、等高危工業(yè)場(chǎng)所。2 總體設(shè)計(jì)方案 煙霧報(bào)警器是能夠檢測(cè)環(huán)境中的煙霧濃度，并具有報(bào)警功能的儀器。該報(bào)警系統(tǒng)的最基本組成部分應(yīng)包括：信號(hào)采集模數(shù)轉(zhuǎn)換電路、單片機(jī)控制電路、字符顯示電路、聲光報(bào)警電路和安全保護(hù)電路等部分組成。 為適應(yīng)家庭和工業(yè)等場(chǎng)所對(duì)可燃性易爆煙霧安全性要求，設(shè)計(jì)的煙霧報(bào)警器具有顯示報(bào)警狀態(tài)。報(bào)警器采用延時(shí)的工作方式，煙霧檢測(cè)報(bào)警器以AT89C51單片機(jī)為控

15、制核心，選用MQ-2半導(dǎo)體氣體煙霧傳感器采集煙霧濃度信息，配合外圍電路構(gòu)成煙霧報(bào)警系統(tǒng)。本設(shè)計(jì)包括硬件和軟件設(shè)計(jì)兩個(gè)部分。從設(shè)計(jì)的要求來(lái)分析該設(shè)計(jì)須包含如下結(jié)構(gòu)：電路總題框圖如圖1所示： 電源開(kāi)關(guān) 電源 AT89C51單片機(jī)AD采集電路顯示電路報(bào)警電路按鍵控制圖1 總體設(shè)計(jì)框圖處理器采用51系列單片機(jī)AT89C51。整個(gè)系統(tǒng)是在系統(tǒng)軟件控制下工作的。設(shè)置在監(jiān)測(cè)點(diǎn)上的煙霧檢測(cè)探頭將檢測(cè)到的煙霧變換成電信號(hào)，送出模擬信號(hào)，給AD采集電路采集。在單片機(jī)內(nèi)，經(jīng)軟件查詢、識(shí)別判決等環(huán)節(jié)實(shí)時(shí)發(fā)出煙霧報(bào)警狀態(tài)控制信號(hào)。驅(qū)動(dòng)蜂鳴器及報(bào)警指示燈報(bào)警。2.1傳感器的選型煙霧傳感器是測(cè)量裝置和控制系統(tǒng)的首要環(huán)節(jié)。而

16、煙霧報(bào)警器的信號(hào)采集由煙霧傳感器負(fù)責(zé)。煙霧傳感器能夠?qū)怏w的種類及其濃度有關(guān)的信息轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，根據(jù)這些電信號(hào)的強(qiáng)弱就可以獲得與待測(cè)氣體在環(huán)境中存在的情況有關(guān)的信息，從而達(dá)到檢測(cè)、監(jiān)控、報(bào)警的功能?？梢哉f(shuō)，沒(méi)有精確可靠的傳感器，就沒(méi)有精確可靠的自動(dòng)檢測(cè)、控制和報(bào)警系統(tǒng)。煙霧傳感器作為報(bào)警器中不可缺少的核心器件，它決定了所采集的煙霧濃度信號(hào)的準(zhǔn)確性和可靠性。煙霧傳感器內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖2所示。圖2傳感器結(jié)構(gòu)圖煙霧傳感器是模擬傳感器。它能將空氣中的煙霧濃度變量轉(zhuǎn)換成有一定對(duì)應(yīng)關(guān)系的輸出信號(hào)的裝置。煙霧傳感器就是通過(guò)監(jiān)測(cè)環(huán)境中煙霧的濃度來(lái)實(shí)現(xiàn)火災(zāi)防范的。當(dāng)煙霧探頭碰到煙霧或某些特定的氣體，煙霧探頭內(nèi)部阻值

17、發(fā)生變化，產(chǎn)生一個(gè)模擬值，從而對(duì)其進(jìn)行控制。煙霧傳感器利用煙霧敏感元件的電阻受煙霧（主要是可燃顆粒）濃度影響阻值變化的原理向單片機(jī)發(fā)送煙霧濃度相應(yīng)的模擬信號(hào)。2.2 MQ-2氣體煙霧傳感器MQ-2半導(dǎo)體傳感器是以清潔空氣中電導(dǎo)率較低的金屬氧化物二氧化錫(SnO2)為主體的N型半導(dǎo)體氣敏元件。當(dāng)傳感器所處環(huán)境中存在煙霧氣體時(shí)，傳感器的電導(dǎo)率隨空氣中煙霧氣體濃度的增加而增大。在設(shè)計(jì)報(bào)警器時(shí)只有使用簡(jiǎn)單的電路即可將電導(dǎo)率的變化轉(zhuǎn)換為與該氣體濃度相對(duì)應(yīng)的輸出信號(hào)。該傳感器具備一般半導(dǎo)體煙霧傳感器靈敏度高、電導(dǎo)率變化大、響應(yīng)和恢復(fù)時(shí)間短、抗干擾能力強(qiáng)、輸出信號(hào)大、壽命長(zhǎng)和工作穩(wěn)定等優(yōu)點(diǎn)，在市面上應(yīng)用十分

18、廣泛。 MQ-2主要指標(biāo)如下圖：圖3傳感器標(biāo)準(zhǔn)工作條件圖4傳感器環(huán)境條件圖5傳感器的靈敏度特性設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)注意，氣敏元件開(kāi)機(jī)通電時(shí)，其內(nèi)阻很小，但經(jīng)過(guò)一段時(shí)間后，才能恢復(fù)到原來(lái)的穩(wěn)定狀態(tài)。因此，QM-2氣體傳感器需開(kāi)機(jī)預(yù)熱幾分鐘，才可投入使用，以免造成誤報(bào)。2.3單片機(jī)的選型單片機(jī)是煙霧自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)的關(guān)鍵部件，在實(shí)際操作過(guò)程中接收火災(zāi)信號(hào)并啟動(dòng)報(bào)警裝置顯示和執(zhí)行相應(yīng)的報(bào)警。在單片機(jī)實(shí)現(xiàn)的控制功能中，需要單片機(jī)有比較快的運(yùn)算速度，使檢測(cè)人員和用戶在報(bào)警器系統(tǒng)正常工作時(shí)能夠及時(shí)地觀測(cè)到實(shí)時(shí)的煙霧濃度等級(jí)，并立即進(jìn)行處理。在能夠滿足報(bào)警器系統(tǒng)設(shè)計(jì)的計(jì)算速度及接口功能要求的同類型單片機(jī)中，要考慮選擇價(jià)格低

19、且體積小的機(jī)型，在保證了報(bào)警器的精確性、可靠性及抗干擾性的基礎(chǔ)上，能夠不提高成本，盡量減小體積。由于單片機(jī)技術(shù)在各個(gè)領(lǐng)域得到越來(lái)越高的重視，世界上許多集成電路生產(chǎn)廠商相繼推出了各種類型的單片機(jī)，在單片機(jī)家族的眾多成員中，MCS系列單片機(jī)以其優(yōu)越的性能、成熟的技術(shù)及高可靠性和高性能價(jià)格比，被廣大消費(fèi)者所接受，成為國(guó)內(nèi)單片機(jī)應(yīng)用領(lǐng)域中的主流。其中，51系列單片機(jī)的優(yōu)點(diǎn)是價(jià)錢(qián)便宜,I/O口多,程序空間大。所以使用51系列單片機(jī)是最理想的選擇，因此設(shè)計(jì)采用AT89C51。2.4 AT89C51單片機(jī)的介紹圖6AT89C51單片機(jī)1 與MCS-51 兼容2 4K字節(jié)可編程FLASH存儲(chǔ)器3 壽命：100

20、0寫(xiě)/擦循環(huán)4 數(shù)據(jù)保留時(shí)間：10年5 全靜態(tài)工作：0Hz-24MHz6 三級(jí)程序存儲(chǔ)器鎖定7 128×8位內(nèi)部RAM8 32可編程I/O線9 兩個(gè)16位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器10 5個(gè)中斷源11 可編程串行通道12 低功耗的閑置和掉電模式13 片內(nèi)振蕩器和時(shí)鐘電路圖7AT89C51VCC：供電電壓。GND：接地。P0口：P0口為一個(gè)8位漏級(jí)開(kāi)路雙向I/O口，每腳可吸收8TTL門(mén)電流。當(dāng)P0口的管腳第一次寫(xiě)1時(shí)，被定義為高阻輸入。P0能夠用于外部程序數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，它可以被定義為數(shù)據(jù)/地址的低八位。在FIASH編程時(shí)，P0 口作為原碼輸入口，當(dāng)FIASH進(jìn)行校驗(yàn)時(shí)，P0輸出原碼，此時(shí)P0外部必須

21、接上拉電阻。P1口：P1口是一個(gè)內(nèi)部提供上拉電阻的8位雙向I/O口，P1口緩沖器能接收輸出4TTL門(mén)電流。P1口管腳寫(xiě)入1后，被內(nèi)部上拉為高，可用作輸入，P1口被外部下拉為低電平時(shí)，將輸出電流，這是由于內(nèi)部上拉的緣故。在FLASH編程和校驗(yàn)時(shí)，P1口作為低八位地址接收。P2口：P2口為一個(gè)內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O口，P2口緩沖器可接收，輸出4個(gè)TTL門(mén)電流，當(dāng)P2口被寫(xiě)“1”時(shí)，其管腳被內(nèi)部上拉電阻拉高，且作為輸入。并因此作為輸入時(shí)，P2口的管腳被外部拉低，將輸出電流。這是由于內(nèi)部上拉的緣故。P2口當(dāng)用于外部程序存儲(chǔ)器或16位地址外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器進(jìn)行存取時(shí)，P2口輸出地址的高八位。在給出地址

22、“1”時(shí)，它利用內(nèi)部上拉優(yōu)勢(shì)，當(dāng)對(duì)外部八位地址數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器進(jìn)行讀寫(xiě)時(shí)，P2口輸出其特殊功能寄存器的內(nèi)容。P2口在FLASH編程和校驗(yàn)時(shí)接收高八位地址信號(hào)和控制信號(hào)。P3口：P3口管腳是8個(gè)帶內(nèi)部上拉電阻的雙向I/O口，可接收輸出4個(gè)TTL門(mén)電流。當(dāng)P3口寫(xiě)入“1”后，它們被內(nèi)部上拉為高電平，并用作輸入。作為輸入，由于外部下拉為低電平，P3口將輸出電流（ILL）這是由于上拉的緣故。P3口也可作為AT89C51的一些特殊功能口，如下表所示：口管腳 備選功能P3.0 RXD（串行輸入口）P3.1 TXD（串行輸出口）P3.2 /INT0（外部中斷0）P3.3 /INT1（外部中斷1）P3.4 T0（計(jì)

23、時(shí)器0外部輸入）P3.5 T1（計(jì)時(shí)器1外部輸入）P3.6 /WR（外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器寫(xiě)選通）P3.7 /RD（外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器讀選通）P3口同時(shí)為閃爍編程和編程校驗(yàn)接收一些控制信號(hào)。RST：復(fù)位輸入。當(dāng)振蕩器復(fù)位器件時(shí)，要保持RST腳兩個(gè)機(jī)器周期的高電平時(shí)間。ALE/PROG：當(dāng)訪問(wèn)外部存儲(chǔ)器時(shí)，地址鎖存允許的輸出電平用于鎖存地址的低位字節(jié)。在FLASH編程期間，此引腳用于輸入編程脈沖。在平時(shí)，ALE端以不變的頻率周期輸出正脈沖信號(hào)，此頻率為振蕩器頻率的1/6。因此它可用作對(duì)外部輸出的脈沖或用于定時(shí)目的。然而要注意的是：每當(dāng)用作外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，將跳過(guò)一個(gè)ALE脈沖。如想禁止ALE的輸出可在SFR

24、8EH地址上置0。此時(shí)， ALE只有在執(zhí)行MOVX，MOVC指令是ALE才起作用。另外，該引腳被略微拉高。如果微處理器在外部執(zhí)行狀態(tài)ALE禁止，置位無(wú)效。/PSEN：外部程序存儲(chǔ)器的選通信號(hào)。在由外部程序存儲(chǔ)器取指期間，每個(gè)機(jī)器周期兩次/PSEN有效。但在訪問(wèn)外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，這兩次有效的/PSEN信號(hào)將不出現(xiàn)。/EA/VPP：當(dāng)/EA保持低電平時(shí)，則在此期間外部程序存儲(chǔ)器（0000H-FFFFH），不管是否有內(nèi)部程序存儲(chǔ)器。注意加密方式1時(shí)，/EA將內(nèi)部鎖定為RESET；當(dāng)/EA端保持高電平時(shí)，此間內(nèi)部程序存儲(chǔ)器。在FLASH編程期間，此引腳也用于施加12V編程電源（VPP）。XTAL1：反

25、向振蕩放大器的輸入及內(nèi)部時(shí)鐘工作電路的輸入。XTAL2：來(lái)自反向振蕩器的輸出。振蕩器特性：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(nèi)振蕩器。石晶振蕩和陶瓷振蕩均可采用。如采用外部時(shí)鐘源驅(qū)動(dòng)器件，XTAL2應(yīng)不接。有余輸入至內(nèi)部時(shí)鐘信號(hào)要通過(guò)一個(gè)二分頻觸發(fā)器，因此對(duì)外部時(shí)鐘信號(hào)的脈寬無(wú)任何要求，但必須保證脈沖的高低電平要求的寬度。3 系統(tǒng)硬件電路3.1 單片機(jī)最小系統(tǒng)圖8單片機(jī)最小系統(tǒng)單片機(jī)最小系統(tǒng)包括三個(gè)部分分別為單片機(jī)、復(fù)位電路、時(shí)鐘電路。AT89C51單片機(jī)的工作電壓范圍：4V-5.5V,所以通常給單片機(jī)外界5V直流電源。連接方式為單片機(jī)中的40腳VCC

26、接正極5V，而20腳VSS接電源地端。復(fù)位電路就是確定單片機(jī)的工作起始狀態(tài)，完成單片機(jī)的啟動(dòng)過(guò)程。單片機(jī)接通電源時(shí)產(chǎn)生復(fù)位信號(hào)，完成單片機(jī)啟動(dòng)確定單片機(jī)起始工作狀態(tài)。當(dāng)單片機(jī)系統(tǒng)在運(yùn)行中，受到外界環(huán)境干擾出現(xiàn)程序跑飛的時(shí)候，按下復(fù)位按鈕內(nèi)部的程序自動(dòng)從頭開(kāi)始執(zhí)行。一般有上電自動(dòng)復(fù)位和外部按鍵手動(dòng)復(fù)位，單片機(jī)在時(shí)鐘電路工作以后，在RESET端持續(xù)給出2個(gè)機(jī)器周期的高電平時(shí)就可以完成復(fù)位操作。本設(shè)計(jì)采用的是外部手動(dòng)按鍵復(fù)位電路，需要接上上拉電阻來(lái)提高輸出高電平的值。 時(shí)鐘電路好比單片機(jī)的心臟，它控制著單片機(jī)的工作節(jié)奏。時(shí)鐘電路就是振蕩電路，是向單片機(jī)提供一個(gè)正弦波信號(hào)作為基準(zhǔn)，決定單片機(jī)的執(zhí)行速度

27、。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(nèi)振蕩器。如采用外部時(shí)鐘源驅(qū)動(dòng)器件，XTAL2應(yīng)不接。因?yàn)橐粋€(gè)機(jī)器周期含有6個(gè)狀態(tài)周期，而每個(gè)狀態(tài)周期為2個(gè)振蕩周期，所以一個(gè)機(jī)器周期共有12個(gè)振蕩周期，如果外接石英晶體振蕩器的振蕩頻率為12MHZ，一個(gè)振蕩周期為1/12us。3.2 時(shí)鐘電路和復(fù)位電路介紹、圖9時(shí)鐘電路圖10復(fù)位電路本系統(tǒng)采用內(nèi)部方式的時(shí)鐘電路和加電自復(fù)位的復(fù)位電路如圖8圖9。3.3煙霧檢測(cè)AD采集電路圖11煙霧采集AD采集電路 煙霧檢測(cè)采用MQ-2傳感器。經(jīng)過(guò)ADC0832采集后就可以得到各種煙霧濃度下的電壓值。從而設(shè)定出理想的煙霧強(qiáng)度報(bào)警值。3

28、.4顯示模塊圖12數(shù)碼管顯示圖13顯示電路顯示采用數(shù)碼管顯示，顯示電路如圖133.5 聲音報(bào)警系統(tǒng)和按鍵控制電路圖14聲音報(bào)警電路圖電路通過(guò)三極管與單片機(jī)P3.6端口連接從而達(dá)到控制蜂鳴器是否報(bào)警。圖15 按鍵連接電路圖本電路設(shè)計(jì)了四個(gè)按鍵，一個(gè)設(shè)置鍵、一個(gè)加鍵、一個(gè)減鍵、一個(gè)手動(dòng)報(bào)警鍵，當(dāng)遇到緊急情況時(shí)，可按下手動(dòng)報(bào)警鍵，蜂鳴器進(jìn)行報(bào)警。如圖15所示3.6 溫度傳感器電路圖圖16溫度傳感器接口電路圖 （1） DS18B20控制方法DS18B20有六條控制命令： 溫度轉(zhuǎn)換 44H 啟動(dòng)DS18B20進(jìn)行溫度轉(zhuǎn)換 讀暫存器 BEH 讀暫存器9個(gè)字節(jié)內(nèi)容 寫(xiě)暫存器 4EH 將數(shù)據(jù)寫(xiě)入暫存器的TH、

29、TL字節(jié) 復(fù)制暫存器 48H 把暫存器的TH、TL字節(jié)寫(xiě)到E2RAM中 重新調(diào)E2RAM B8H 把E2RAM中的TH、TL字節(jié)寫(xiě)到暫存器TH、TL字節(jié) 讀電源供電方式 B4H 啟動(dòng)DS18B20發(fā)送電源供電方式的信號(hào)給主CPU （2） DS18B20供電方式DS18B20可以采用兩種方式供電，一種是采用電源供電方式，此時(shí)DS18B20的1腳接地，2腳作為信號(hào)線，3腳接電源。另一種是寄生電源供電方式，如圖3.1所示單片機(jī)端口接單線總線，為保證在有效的DS18B20時(shí)鐘周期內(nèi)提供足夠的電流，可用一個(gè)三極管來(lái)完成對(duì)總線的上拉。本設(shè)計(jì)采用電源供電方式， P2.3口接單線總線為保證在有效的DS18B2

30、0時(shí)鐘周期內(nèi)提供足夠的電流，可用一個(gè)上拉電阻和STC89C52的P2.3來(lái)完成對(duì)總線的上拉。當(dāng)DS18B20處于寫(xiě)存儲(chǔ)器操作和溫度A/D變換操作時(shí)，總線上必須有強(qiáng)的上拉，上拉開(kāi)啟時(shí)間最大為10 s。采用寄生電源供電方式是VDD和GND端均接地。由于單線制只有一根線，因此發(fā)送接收口必須是三狀態(tài)的。主機(jī)控制DS18B20完成溫度轉(zhuǎn)換必須經(jīng)過(guò)3個(gè)步驟：l 初始化。l ROM操作指令。l 存儲(chǔ)器操作指令。4 系統(tǒng)軟件的設(shè)計(jì)4.1主程序設(shè)計(jì)和流程圖主程序流程圖如下圖所示。首先要給傳感器預(yù)熱,因?yàn)镸Q-2型半導(dǎo)體電阻式煙霧傳感器在不通電存放一段時(shí)間后，再次通電時(shí)，傳感器不能立即正常采集煙霧信息，需要一段時(shí)

31、間預(yù)熱。程序初始化結(jié)束后，系統(tǒng)進(jìn)入監(jiān)控狀態(tài)。程序初始化傳感器預(yù)熱處理開(kāi)始 單片機(jī)處理，判斷否超過(guò)設(shè)定報(bào)警值A(chǔ)/D轉(zhuǎn)換進(jìn)入報(bào)警子程序 信號(hào)采集是否 圖17主程序流程圖在整個(gè)報(bào)警系統(tǒng)工作中，煙霧濃度信息經(jīng)ADC0832轉(zhuǎn)換處理后，由單片機(jī)進(jìn)行分析處理，判斷系統(tǒng)是否啟動(dòng)報(bào)警。主程序還包括LED八段式數(shù)碼管濃度字符顯示功能、手動(dòng)報(bào)警功能、報(bào)警濃度設(shè)定功能，中斷子程序等，使報(bào)警器功能更加完善，給用戶帶來(lái)便利。5 總結(jié) 基于單片機(jī)的煙霧檢測(cè)報(bào)警器可以以最快的方式發(fā)現(xiàn)火災(zāi)和爆炸事故以及煤氣中毒的發(fā)生，它是預(yù)防火、防爆和安全生產(chǎn)所必備的儀器，具有無(wú)限的市場(chǎng)空間與發(fā)展前景。 本論文在對(duì)煙霧傳感器和報(bào)警技術(shù)進(jìn)行深

32、入研究的基礎(chǔ)上，合理地確定系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案。并對(duì)儀器的整體設(shè)計(jì)和各個(gè)組成部分進(jìn)行了詳細(xì)的分析和完整設(shè)計(jì)。 本設(shè)計(jì)以傳感器和單片機(jī)作為煙霧報(bào)警器設(shè)計(jì)的核心器件，配合其它器件即可實(shí)現(xiàn)聲光報(bào)警。根據(jù)設(shè)計(jì)要求、使用環(huán)境、成本等因素，選用MQ-2型半導(dǎo)體電阻式煙霧傳感器。該傳感器是對(duì)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(dǎo)體敏感器件。它的靈敏度適中，具有響應(yīng)與恢復(fù)特性好，長(zhǎng)期工作穩(wěn)定性，不易受環(huán)境影響及抗溫濕度影響等優(yōu)點(diǎn)。 在系統(tǒng)單片機(jī)控制電路的設(shè)計(jì)上，采用了高性能、高整合度的AT89C51單片機(jī)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(nèi)外設(shè)，實(shí)現(xiàn)了儀器的小型化和智能化。使儀器具有結(jié)

33、構(gòu)簡(jiǎn)練、性能可靠、體積小、成本低廉等優(yōu)點(diǎn)。由于煙霧傳感器需要在加熱狀態(tài)下工作，溫度越高，反應(yīng)越快，響應(yīng)時(shí)間和恢復(fù)時(shí)間就越快。為提高響應(yīng)時(shí)伺，保證傳感器準(zhǔn)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(bào)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(dāng)煙霧的濃度達(dá)到設(shè)定的濃度時(shí)，發(fā)出報(bào)警。在這次的畢業(yè)設(shè)計(jì)中，自己也學(xué)習(xí)到了很多以前沒(méi)有的新知識(shí)，也把以前學(xué)習(xí)到的知識(shí)進(jìn)行了更深一步的實(shí)踐和探索，讓我更加清楚了理論知識(shí)和實(shí)踐能力的差別了，了解到自己的短處，培養(yǎng)了我的獨(dú)立思考能力，進(jìn)一步提高了自己在實(shí)際設(shè)計(jì)過(guò)程中研究問(wèn)題、發(fā)現(xiàn)問(wèn)題、解決問(wèn)題的動(dòng)手能力，同時(shí)，也發(fā)現(xiàn)了自己的

34、問(wèn)題的存在，并有待進(jìn)一步學(xué)習(xí)和發(fā)展，讓自己在未來(lái)的工作和學(xué)習(xí)之中更快的適應(yīng)和提高自己的綜合素質(zhì)。致 謝 在完成這次設(shè)計(jì)的過(guò)程中，我十分感謝我的指導(dǎo)老師縱榜峰縱老師。從選題到完成設(shè)計(jì)，老師一直都是耐心的指出設(shè)計(jì)中遇到的各種問(wèn)題，然后指導(dǎo)我如何解決問(wèn)題，幫助我開(kāi)拓設(shè)計(jì)思路，并不斷地激勵(lì)著我，使我感到信心倍增，讓我非常積極地投入到設(shè)計(jì)中，不斷地攻堅(jiān)設(shè)計(jì)中一個(gè)一個(gè)的難題。在此，再次感謝縱老師在設(shè)計(jì)上不斷地給與我?guī)椭?，讓我在大學(xué)里的最后一次的學(xué)習(xí)過(guò)程中，能夠完整的完成學(xué)校給我們的課題和挑戰(zhàn)，給四年大學(xué)生活畫(huà)上一個(gè)完美得句號(hào)?；叵氪髮W(xué)四年的時(shí)光，仿佛大一就在昨天，時(shí)間如白馬過(guò)隙。最后，我還要感謝在我大學(xué)四

35、年的學(xué)習(xí)期間給我極大關(guān)心和支持的家人、各位老師以及我的同學(xué)和朋友。是你們?cè)谏詈蛯W(xué)習(xí)上不斷給與我支持、幫助和無(wú)微不至的關(guān)懷，是你們不斷地給與了我信心，希望我以后走上社會(huì)，能夠走得更好，走得更高。參考文獻(xiàn)1 李華.MCS一51系列單片機(jī)實(shí)用接口技術(shù).北京航空航天大學(xué)出版社.2 張毅坤等.單片微型計(jì)算機(jī)原理及應(yīng)用.西安電子科技大學(xué)出版社.2006.3 潘新民等.微型計(jì)算機(jī)控制技術(shù).電子工業(yè)科技大學(xué)出版社.2003.4 陳偉.MCS一51系列單片機(jī)實(shí)用子程序集錦.清華大學(xué)出版社.1993.5 吳佑壽. Lab VIEW7實(shí)用教程.電子工業(yè)出版社.2007.6 朱明程等.一氧化碳傳感器MGS1100原

36、理及應(yīng)用電子技術(shù).1998年第1期.7 劉迎春.傳感器原理設(shè)計(jì)及應(yīng)用.哈爾濱工業(yè)大學(xué)出社.8 趙負(fù)圖.數(shù)據(jù)采集與控制系統(tǒng).北京科學(xué)技術(shù)出社.1987.9 王若鯨.數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)入門(mén).人民郵電出版社.1984.10 肖忠祥主編.數(shù)據(jù)采集原理.西北工業(yè)大學(xué)出版社.200311 劉廣玉.新型傳感器技術(shù)及應(yīng)用.北京航空航天大學(xué)出版社.1989.12 張毅剛.MCS一51單片機(jī)應(yīng)用設(shè)計(jì).1990.13 陳偉.MCS一51系列單片機(jī)實(shí)用子程序集錦.清華大學(xué)出版社.1993.14 何立民.單片機(jī)實(shí)用文集.北京航空航天大學(xué)出版.1993.15 余成波.傳感器與自動(dòng)檢測(cè)技術(shù).高等教育出版社.2004. 附錄一：總

37、體原理圖設(shè)計(jì) 附錄二：部分程序源代碼#include <reg52.h> /調(diào)用單片機(jī)頭文件#define uchar unsigned char /無(wú)符號(hào)字符型 宏定義變量范圍0255#define uint unsigned int /無(wú)符號(hào)整型 宏定義變量范圍065535#include <intrins.h>#include "eeprom52.h"/數(shù)碼管段選定義 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9uchar code smg_du=0xc0,0xf9,0xa4,0xb0,0x99,0x92,0x82,0xf8,0x80,0x90, 0

38、x88,0x83,0xc6,0xa1,0x86,0x8e,0xff; /斷碼/數(shù)碼管位選定義uchar code smg_we=0x7f,0xbf,0xdf,0xef;uchar dis_smg8 = 0xc0,0xf9,0xa4,0xb0,0x99,0x92,0x82,0xf8;sbit CS=P32;/CS定義為P3口的第2位腳，連接ADC0832CS腳 PCBsbit SCL=P33;/SCL定義為P3口的第3位腳，連接ADC0832SCL腳sbit DO=P34;/DO定義為P3口的第4位腳，連接ADC0832DO腳sbit dq = P35;/18b20 IO口的定義sbit bee

39、p = P36; /蜂鳴器IO口定義uint temperature,s_temp ; /溫度的變量uchar dengji,s_dengji; /煙物等級(jí)uchar shoudong; /手動(dòng)報(bào)警鍵bit flag_300ms = 1;uchar key_can; /按鍵值的變量uchar menu_1; /菜單設(shè)計(jì)的變量/*1ms延時(shí)函數(shù)*/void delay_1ms(uint q)uint i,j;for(i=0;i<q;i+)for(j=0;j<120;j+);/*小延時(shí)函數(shù)*/void delay_uint(uint q)while(q-);/*把數(shù)據(jù)保存到單片機(jī)內(nèi)部e

40、eprom中*/void write_eeprom()SectorErase(0x2000);byte_write(0x2000, s_temp);byte_write(0x2001, s_dengji);byte_write(0x2060, a_a);/*把數(shù)據(jù)從單片機(jī)內(nèi)部eeprom中讀出來(lái)*/void read_eeprom()s_temp = byte_read(0x2000);s_dengji = byte_read(0x2001);a_a = byte_read(0x2060);/*開(kāi)機(jī)自檢eeprom初始化*/void init_eeprom() read_eeprom();/先

41、讀if(a_a != 1)/新的單片機(jī)初始單片機(jī)內(nèi)問(wèn)eeproms_temp = 50;s_dengji = 5;a_a = 1;write_eeprom(); /保存數(shù)據(jù)/*18b20初始化函數(shù)*/void init_18b20()bit q;dq = 1;/把總線拿高delay_uint(1); /15usdq = 0;/給復(fù)位脈沖delay_uint(80);/750usdq = 1;/把總線拿高 等待delay_uint(10);/110usq = dq;/讀取18b20初始化信號(hào)delay_uint(20);/200usdq = 1;/把總線拿高 釋放總線/*寫(xiě)18b20內(nèi)的數(shù)據(jù)*/

42、void write_18b20(uchar dat)uchar i;for(i=0;i<8;i+) /寫(xiě)數(shù)據(jù)是低位開(kāi)始dq = 0; /把總線拿低寫(xiě)時(shí)間隙開(kāi)始 dq = dat & 0x01; /向18b20總線寫(xiě)數(shù)據(jù)了delay_uint(5); / 60usdq = 1; /釋放總線dat >>= 1;/*讀取18b20內(nèi)的數(shù)據(jù)*/uchar read_18b20()uchar i,value;for(i=0;i<8;i+)dq = 0; /把總線拿低讀時(shí)間隙開(kāi)始 value >>= 1; /讀數(shù)據(jù)是低位開(kāi)始dq = 1; /釋放總線if(dq

43、 = 1) /開(kāi)始讀寫(xiě)數(shù)據(jù) value |= 0x80;delay_uint(5); /60us讀一個(gè)時(shí)間隙最少要保持60us的時(shí)間return value; /返回?cái)?shù)據(jù)/*讀取溫度的值 讀出來(lái)的是小數(shù)*/uint read_temp()uint value;uchar low; /在讀取溫度的時(shí)候如果中斷的太頻繁了，就應(yīng)該把中斷給關(guān)了，否則會(huì)影響到18b20的時(shí)序init_18b20(); /初始化18b20write_18b20(0xcc); /跳過(guò)64位ROMwrite_18b20(0x44); /啟動(dòng)一次溫度轉(zhuǎn)換命令delay_uint(50); /500usinit_18b20();

44、 /初始化18b20write_18b20(0xcc); /跳過(guò)64位ROMwrite_18b20(0xbe); /發(fā)出讀取暫存器命令EA = 0;low = read_18b20(); /讀溫度低字節(jié)value = read_18b20(); /讀溫度高字節(jié)EA = 1;value <<= 8; /把溫度的高位左移8位value |= low; /把讀出的溫度低位放到value的低八位中value *= 0.0625; /轉(zhuǎn)換到溫度值 return value; /返回讀出的溫度 /*讀數(shù)模轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)*/請(qǐng)先了解ADC0832模數(shù)轉(zhuǎn)換的串行協(xié)議，再來(lái)讀本函數(shù)，主要是對(duì)應(yīng)時(shí)序圖來(lái)理解

45、，本函數(shù)是模擬0832的串行協(xié)議進(jìn)行的unsigned char ad0832read(bit SGL,bit ODD)unsigned char i=0,value=0,value1=0;SCL=0;DO=1;CS=0;/開(kāi)始SCL=1;/第一個(gè)上升沿SCL=0;DO=SGL;SCL=1; /第二個(gè)上升沿SCL=0;DO=ODD;SCL=1; /第三個(gè)上升沿SCL=0; /第三個(gè)下降沿DO=1;for(i=0;i<8;i+)SCL=1;SCL=0; /開(kāi)始從第四個(gè)下降沿接收數(shù)據(jù)value<<=1;if(DO)value+;for(i=0;i<8;i+)/接收校驗(yàn)數(shù)據(jù)v

46、alue1>>=1;if(DO)value1+=0x80;SCL=1;SCL=0;CS=1;SCL=1;if(value=value1)/與校驗(yàn)數(shù)據(jù)比較，正確就返回?cái)?shù)據(jù)，否則返回0return value;return 0;/*數(shù)碼顯示函數(shù)*/void display()uchar i;P1 = 0xff; /消隱 P2 = smg_wei; /位選P1 = dis_smgi; /段選 i +;if(i >= 4)/4位數(shù)碼管顯示i = 0; /*定時(shí)器0初始化程序*/void time_init() EA = 1; /開(kāi)總中斷TMOD = 0X01; /定時(shí)器0、定時(shí)器1工

47、作方式1ET0 = 1; /開(kāi)定時(shí)器0中斷 TR0 = 1; /允許定時(shí)器0定時(shí)/*獨(dú)立按鍵程序*/uchar key_can; /按鍵值void key() /獨(dú)立按鍵程序static uchar key_new;key_can = 20; /按鍵值還原P2 |= 0x0f;if(P2 & 0x0f) != 0x0f)/按鍵按下delay_1ms(1); /按鍵消抖動(dòng)if(P2 & 0x0f) != 0x0f) && (key_new = 1)/確認(rèn)是按鍵按下key_new = 0;switch(P2 & 0x0f)case 0x0e: key_can

48、 = 4; break; /得到k1鍵值case 0x0d: key_can = 3; break; /得到k2鍵值case 0x0b: key_can = 2; break; /得到k3鍵值case 0x07: key_can = 1; break; /得到k4鍵值else /按鍵松開(kāi)key_new = 1;/*按鍵處理數(shù)碼管顯示函數(shù)*/void key_with()if(key_can = 4) /緊急報(bào)警鍵 手動(dòng)報(bào)警if(menu_1 = 0)shoudong = 1;if(key_can = 1) /設(shè)置鍵menu_1 +;if(menu_1 >= 3)menu_1 = 0;if

49、(menu_1 = 0)if(key_can = 2) | (key_can = 3)shoudong = 0; /取消手動(dòng)報(bào)警if(menu_1 = 1)/設(shè)置高溫報(bào)警if(key_can = 2)s_temp + ;/高溫報(bào)警值加1 if(s_temp > 99)s_temp = 99;if(key_can = 3)s_temp - ;/高溫報(bào)警值減1 if(s_temp <= 10)s_temp = 10 ;dis_smg0 = smg_dus_temp % 10; /取個(gè)位顯示dis_smg1 = smg_dus_temp / 10 % 10; /取十位顯示dis_smg2 = 0xbf;d