基于單片機(jī)的智能火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

1、基于單片機(jī)的智能火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)的設(shè)計(jì)Design Of Intelligent Fire Alarm System Based On SCM學(xué)生姓名：所在學(xué)院：所在專業(yè)：指導(dǎo)教師：職 稱：所在單位：論文提交日期：論文答辯日期：學(xué)位授予單位：基于單片機(jī)的智能火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)的設(shè)計(jì)目 錄摘 要IAbstractII第1章 緒論11.1 論文研究背景11.2 研究現(xiàn)狀11.3 論文研究?jī)?nèi)容2第2章 火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)分析32.1 系統(tǒng)整體分析32.2 系統(tǒng)工作原理32.3監(jiān)測(cè)器材研究32.3.1煙霧傳感器32.3.2溫度傳感器5第3章 硬件模塊設(shè)計(jì)63.1控制模塊63.2

2、溫度傳感器模塊63.3煙霧傳感器模塊73.4 電源模塊83.5 狀態(tài)指示燈及蜂鳴器93.6 系統(tǒng)硬件電路原理圖設(shè)計(jì)93.6.1 開(kāi)發(fā)環(huán)境介紹93.6.2 硬件原理圖設(shè)計(jì)9第4章 軟件程序設(shè)計(jì)11第5章 軟件仿真13結(jié) 論17參考文獻(xiàn)18攻讀學(xué)士學(xué)位期間發(fā)表的論文和取得的科研成果19致 謝20附錄A 程序21II摘 要近些年來(lái)，因火災(zāi)造成的人民生命和財(cái)產(chǎn)損失的事件時(shí)有發(fā)生，對(duì)于火災(zāi)的防控情況不容樂(lè)觀。除了對(duì)于火災(zāi)隱患的排查和人們防災(zāi)減災(zāi)意識(shí)提升之外，利用科技手段對(duì)火災(zāi)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控報(bào)警十分必要而且非常有效。國(guó)內(nèi)外利用科技手段對(duì)大型企事業(yè)單位及商場(chǎng)等公共場(chǎng)所進(jìn)行火災(zāi)實(shí)時(shí)監(jiān)控報(bào)警的系統(tǒng)已經(jīng)有一定應(yīng)用，

3、因此本論文綜合分析目前監(jiān)測(cè)手段和方式，專門針對(duì)家居和小型辦公場(chǎng)所的智能火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)進(jìn)行分析和研究。使用煙霧傳感器和溫度傳感器共同實(shí)時(shí)檢測(cè)空氣中的煙霧粒子和溫度變化情況。利用單片機(jī)接收兩種傳感器所傳回?cái)?shù)據(jù)，并進(jìn)行比較分析。當(dāng)正常情況下顯示綠燈；當(dāng)有火災(zāi)情況時(shí)紅色報(bào)警燈亮并且蜂鳴器響，形成聲、光報(bào)警。利用Altium Designer軟件設(shè)計(jì)電路原理圖，Keil軟件對(duì)程序進(jìn)行編寫。使用Proteus軟件對(duì)電路原理圖以及軟件程序進(jìn)行仿真，驗(yàn)證了電路原理圖和軟件程序?qū)崿F(xiàn)設(shè)計(jì)要求，功能正常運(yùn)行。關(guān)鍵詞：火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)；傳感器；單片機(jī)；仿真技術(shù)AbstractIn recent years, when th

4、e event of loss of life and property caused by fire have occurred, for fire prevention and control situation is not optimistic. In addition to the fire hazard investigation and to enhance people's awareness of disaster prevention and mitigation outside the use of technological means of fire it i

5、s necessary for real-time monitoring and alarming and very effective. Use of technological means at home and abroad for large enterprises and shopping malls and other public places real-time monitoring of fire alarm systems has a certain application, so this paper a comprehensive analysis of the cur

6、rent monitoring means and methods, specifically for home and small office intelligent fire alarm system analysis and research.The use of smoke and temperature sensors together real-time detection of smoke particles in the air and temperature changes. Both sensors use MCU receives the returned data,

7、and comparative analysis. Under normal circumstances, when a green light; when there are fires in the red warning light and buzzer, the formation of sound, light alarm. Use Altium Designer software design circuit schematics, Keil software program written. Use Proteus software schematics, and simulat

8、ion software program to verify the circuit schematics and software programs to achieve the design requirements, function properly.Keywords: fire alarm systems;sensors;SCM;Simulation TechnologyII第1章 緒論第1章 緒論1.1 論文研究背景隨著我們?nèi)粘Ｉ钪饾u富足和智能，家居及辦公場(chǎng)所電子電器設(shè)備逐漸方便我們的生活和工作，把我們從以往復(fù)雜重復(fù)的勞動(dòng)中解放出來(lái)。但與此同時(shí)，由于不安全用電用火的原因，火災(zāi)隱患

9、正悄悄威脅我們的人身及財(cái)產(chǎn)安全。在1980-1989年，中國(guó)因火災(zāi)造成的損失達(dá)到3.2億元；1990-1999年間，隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)總量的增大，由火災(zāi)造成的損失增加到10.2億元；進(jìn)入21世紀(jì)后，由于火災(zāi)造成的損失更是達(dá)到驚人的程度。據(jù)統(tǒng)計(jì)，在過(guò)去的2014年一年中，全國(guó)共接到火災(zāi)報(bào)警39.5萬(wàn)起，因?yàn)?zāi)死亡人數(shù)達(dá)到1817人，受傷1493人，直接經(jīng)濟(jì)損失達(dá)到43.9億元。冬春兩個(gè)季節(jié)全國(guó)共發(fā)生火災(zāi)25萬(wàn)起，平均每天就有1374起；秋夏兩季共發(fā)生14.5萬(wàn)起，平均下來(lái)一天之內(nèi)就發(fā)生790起火災(zāi)1。作為北方城市的哈爾濱，由于冬季漫長(zhǎng)，春季大風(fēng)干燥，更是容易產(chǎn)生火災(zāi)。相比于我國(guó)的火災(zāi)死亡率，歐美及北美等

10、發(fā)多國(guó)家，其因火災(zāi)的死亡人數(shù)較少，究其原因，于這些國(guó)家的人們消防意識(shí)強(qiáng)，建筑的火災(zāi)報(bào)警及消防設(shè)施完善有關(guān)。與某些自然災(zāi)害相比，火災(zāi)具有一定的可防可控性?；馂?zāi)的發(fā)生，是可以避免和監(jiān)測(cè)的，如果人們提高防范意識(shí)，安裝高性能的火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)，就可以盡可能的避免和減少火災(zāi)的發(fā)生，以及其對(duì)人身財(cái)產(chǎn)的傷害2。1.2 研究現(xiàn)狀由于歐洲和北美地區(qū)經(jīng)濟(jì)發(fā)展起步較早，科技發(fā)展迅速，因此其在火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)方面的研究也較早，瑞士在20世紀(jì)40年代就發(fā)明了電子煙感傳感器。國(guó)外發(fā)達(dá)國(guó)家，其在人們的消防意識(shí)，火災(zāi)的防控，報(bào)警，撲救以及災(zāi)后處理等方面，都形成了完整的消防體系3。政府會(huì)投入大量資金，定期用于火災(zāi)預(yù)警，消防設(shè)備，以及救

11、災(zāi)人員培訓(xùn)，現(xiàn)有設(shè)備的維護(hù)和保養(yǎng)等。一些信息化及工業(yè)化程度較高的發(fā)達(dá)國(guó)家還將每個(gè)火災(zāi)防控的最小單元設(shè)置有火災(zāi)報(bào)警專用傳感器，并且將火災(zāi)報(bào)警終端的信號(hào)采集與計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)相連接，從而可以對(duì)火災(zāi)自動(dòng)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，報(bào)警，及處置。這些火災(zāi)報(bào)警及處置系統(tǒng)主要應(yīng)用于火災(zāi)隱患大，安全敏感的區(qū)域，并且使用專用的定制化系統(tǒng)，不僅成本較高價(jià)格昂貴，而且兼容性較差，對(duì)于系統(tǒng)維護(hù)保養(yǎng)人員要定期進(jìn)行專業(yè)培訓(xùn)，不利于民用場(chǎng)合。雖然我國(guó)在火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)上起步較晚，但由于近些年來(lái)經(jīng)濟(jì)發(fā)展迅速，科技水平不斷提高，由市場(chǎng)驅(qū)動(dòng)的火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)逐漸成為朝陽(yáng)產(chǎn)業(yè)?；馂?zāi)報(bào)警系統(tǒng)的發(fā)展歷程從逐步摸索，到仿制國(guó)外產(chǎn)品，到目前自主研發(fā)，雖然發(fā)展時(shí)間比國(guó)外

12、短得多，但科技水平與國(guó)外技術(shù)差距越來(lái)越小，并且根據(jù)我國(guó)市場(chǎng)需求特色，有針對(duì)性的開(kāi)發(fā)適合我國(guó)國(guó)情的火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)。目前對(duì)于國(guó)內(nèi)大型的商場(chǎng)及辦公場(chǎng)所，在建設(shè)過(guò)程中將火災(zāi)報(bào)警及處置系統(tǒng)作為建筑設(shè)計(jì)中的一部分，其應(yīng)用已經(jīng)達(dá)到世界先進(jìn)水平。但作為家居及小型辦公場(chǎng)所，火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)的應(yīng)用依然屬于空白狀態(tài)。其原因除了有人們防火意識(shí)耽誤，對(duì)災(zāi)害的預(yù)見(jiàn)和重視程度不夠外，成本較高，系統(tǒng)復(fù)雜程度不適合家居及小型辦公場(chǎng)所也是重要原因。因此本文主要針對(duì)家居及小型辦公場(chǎng)所，開(kāi)發(fā)基于單片機(jī)的智能火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)，利用低成本的硬件環(huán)境及軟件系統(tǒng)，最大效能的發(fā)揮火災(zāi)報(bào)警功能，添補(bǔ)家居及小型辦公場(chǎng)所的火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)空白4。1.3 論文研究

13、內(nèi)容本論文針對(duì)家居及小型辦公場(chǎng)所，基于單片機(jī)技術(shù)及傳感器技術(shù)，對(duì)智能火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)。整個(gè)系統(tǒng)包括煙霧傳感器模塊，溫度傳感器模塊，控制模塊，狀態(tài)顯示模塊，火災(zāi)報(bào)警模塊等幾部分。本系統(tǒng)具有體積小，成本低，兼容性好，操作簡(jiǎn)單，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和報(bào)警等優(yōu)點(diǎn)。論文主要工作及研究?jī)?nèi)容：（1）提出基于單片機(jī)的智能火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)的整體設(shè)計(jì)，對(duì)傳感器類型及特點(diǎn)進(jìn)行分析和研究。（2）根據(jù)智能火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)的整體設(shè)計(jì)方案，確定硬件功能模塊，并具體設(shè)計(jì)原理圖。（3）針對(duì)系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求，確定軟件功能流程，編寫程序代碼。（4）利用計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)，使用PROTEUS軟件對(duì)電路圖及軟件程序進(jìn)行仿真分析。17第2章 火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)分析第

14、2章 火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)分析2.1 系統(tǒng)整體分析本系統(tǒng)主要應(yīng)用與家居及小型辦公環(huán)境中。不同于大型的專用集成火災(zāi)報(bào)警及處置系統(tǒng)，本系統(tǒng)立足于精準(zhǔn)高效的對(duì)火災(zāi)進(jìn)行監(jiān)測(cè)及報(bào)警?；馂?zāi)報(bào)警系統(tǒng)首先是要對(duì)火災(zāi)進(jìn)行有效準(zhǔn)確的監(jiān)測(cè)，由于火請(qǐng)發(fā)生時(shí)必然伴隨著高溫和濃煙情況，因此可以對(duì)溫度和煙霧進(jìn)行檢測(cè)，從而判斷是否有火情的發(fā)生。大部分火災(zāi)發(fā)生時(shí)，并不是瞬間就形成完畢的，單獨(dú)對(duì)煙霧或者溫度進(jìn)行監(jiān)測(cè)并不能有效對(duì)火災(zāi)進(jìn)行檢測(cè)，因此需要同時(shí)對(duì)煙霧和溫度進(jìn)行監(jiān)測(cè)。對(duì)于傳感器監(jiān)測(cè)的結(jié)果，要能有效顯示及告警，所以系統(tǒng)設(shè)計(jì)有狀態(tài)告警燈來(lái)提示目前室內(nèi)狀態(tài)，并且當(dāng)有火災(zāi)發(fā)生時(shí)，火災(zāi)報(bào)警器可以發(fā)出刺耳的告警聲來(lái)提示人員火情發(fā)生。對(duì)于系統(tǒng)的

15、中央處理單元，我們采用51單片機(jī)5作為控制芯片。2.2 系統(tǒng)工作原理圖2.1 智能火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)原理框圖通過(guò)傳感器實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)火災(zāi)隱患。使用煙霧傳感器及溫度傳感器，對(duì)室內(nèi)環(huán)境進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控。將傳感器數(shù)據(jù)返回到單片機(jī)內(nèi)，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行及時(shí)分析。對(duì)于數(shù)據(jù)分析的結(jié)果，當(dāng)都處于安全范圍內(nèi)，單片機(jī)通過(guò)狀態(tài)指示燈提示目前室內(nèi)狀態(tài)安全，無(wú)火情；當(dāng)檢測(cè)到煙火傳感器、溫度傳感器有任意一個(gè)數(shù)據(jù)達(dá)到或者超過(guò)預(yù)先設(shè)定的安全閥值，單片機(jī)即輸出告警信息，狀態(tài)指示燈提示有火情，并且發(fā)出告警音6-9。2.3監(jiān)測(cè)器材研究2.3.1煙霧傳感器1、離子式煙霧傳感器從技術(shù)角度講，離子式煙霧傳感器是目前較先進(jìn)的一種對(duì)煙霧敏感的傳感器類型。它的設(shè)計(jì)

16、有內(nèi)外電離室，其中包含放射性元素镅241作為放射源。電離所產(chǎn)生的正離子以及負(fù)離子，在有電場(chǎng)的作用下，會(huì)分別向電場(chǎng)的正極以及負(fù)極方向移動(dòng)。當(dāng)傳感器所處環(huán)境無(wú)煙霧的情況下，傳感器內(nèi)部的電離室處于穩(wěn)定狀態(tài)，其電流和電壓維持恒定。一旦環(huán)境中有煙霧產(chǎn)生，煙霧產(chǎn)生的物質(zhì)會(huì)竄入外電離室，會(huì)干擾由于電離產(chǎn)生的正離子和負(fù)離子的正常運(yùn)動(dòng)方向，所以其電流和電壓無(wú)法維持穩(wěn)定狀態(tài)，破壞傳感器電離室的內(nèi)外平衡，于是傳感器自帶的無(wú)線發(fā)射器會(huì)發(fā)出告警信息，將信號(hào)傳導(dǎo)到遠(yuǎn)處的檢測(cè)主機(jī)，產(chǎn)生報(bào)警信息10。2、光電式煙霧傳感器光電式煙霧傳感器的工作原理基于紅外線發(fā)射管和紅外線接收管，但工作方式與普通紅外線對(duì)管不同。光電式煙霧傳感器

17、可分為減光式和散射光式兩種：（1）減光式光電傳感器當(dāng)減光式光電傳感器所處環(huán)境正常無(wú)煙霧情況下，光接收器可以接收到一定量的光信號(hào)；而當(dāng)有煙霧產(chǎn)生時(shí)，煙霧中的粒子將光發(fā)生器發(fā)出的光線阻攔，使光接收器接收到的光信號(hào)減少，產(chǎn)生的光電流降低，報(bào)警電路因此報(bào)警。（2）散射光式光電煙霧傳感器當(dāng)傳感器所處環(huán)境無(wú)煙霧時(shí)，紅外接收管不能接收到紅外發(fā)射管發(fā)出的紅外線光束。當(dāng)環(huán)境中有煙霧產(chǎn)生時(shí)，紅外發(fā)射管發(fā)出的紅外光經(jīng)過(guò)煙霧環(huán)境后，發(fā)生折射、反射等光學(xué)現(xiàn)象，使得紅外接收管接收到紅外線光，傳感器報(bào)警電路據(jù)此判斷是否有煙霧產(chǎn)生，如果超過(guò)閥值則發(fā)出煙霧報(bào)警。3、氣敏式煙霧傳感器氣敏式煙霧傳感器主要是針對(duì)某種特定的氣體檢測(cè)的

18、傳感器。它主要包括半導(dǎo)體式，接觸燃燒式和電化學(xué)式幾類氣敏傳感器。其中大部分應(yīng)用的是半導(dǎo)體氣敏傳感器，主要是對(duì)一氧化碳?xì)怏w、瓦斯氣體、煤氣、氟氯昂和酒精等氣體的檢測(cè)。半導(dǎo)體式氣敏煙霧傳感器是將特定種類氣體以及這種氣體的濃度相關(guān)的信息，轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，并且根據(jù)這些電信號(hào)的強(qiáng)弱，來(lái)判斷該氣體在傳感器所處環(huán)境中的存在情況信息，從而達(dá)到檢測(cè)、監(jiān)控、報(bào)警等目的。氣敏煙霧傳感器主要應(yīng)用在以下幾個(gè)領(lǐng)域：（1）對(duì)可燃性氣體的檢測(cè)，包括烷類物質(zhì)，有機(jī)蒸氣氣體等，大量應(yīng)用在抽油煙機(jī)，燃?xì)鈭?bào)警器等設(shè)備。（2）對(duì)一氧化碳的檢測(cè)，主要應(yīng)用于環(huán)保生產(chǎn)，汽車家庭等環(huán)境中，對(duì)一氧化碳存留以及氣體的不完全燃燒的監(jiān)測(cè)。（3）氧傳感器

19、，應(yīng)用于醫(yī)療環(huán)保，交通冶金等方面。（4）有毒氣體的檢測(cè)，可以檢測(cè)汽車尾氣排放，工業(yè)廢氣檢測(cè)等污染氣體的檢測(cè)。氣敏式煙霧傳感器的典型型號(hào)有MQ-2氣體傳感器，其廣泛應(yīng)用于家庭以及工廠的氣體檢測(cè)設(shè)備，能夠?qū)σ夯烊粴?，甲乙丙烷，酒精氣體等的探測(cè)。2.3.2溫度傳感器溫度傳感器主要有以下這些類型：其中IC溫度傳感器又分為模擬輸出與數(shù)字輸出兩種IC溫度傳感器。1、熱電偶作為測(cè)溫元件常用在溫度測(cè)量?jī)x表中， 它直接測(cè)量環(huán)境溫度，并把測(cè)量的溫度信號(hào)轉(zhuǎn)換為熱電動(dòng)勢(shì)信號(hào)從而轉(zhuǎn)換為被測(cè)環(huán)境的溫度。熱電偶具有堅(jiān)固耐用，經(jīng)濟(jì)實(shí)惠，操作簡(jiǎn)單靈活等特點(diǎn)，但其靈敏度較低，穩(wěn)定性較差，精度中等，響應(yīng)速度慢，非線性并且在高溫環(huán)

20、境下易產(chǎn)生漂移和老化現(xiàn)象。2、熱敏電阻是一種電阻值隨著溫度變化而靈敏變化的電阻器，因此其在電路設(shè)計(jì)中很容易連接，并且響應(yīng)速度也很快，成本低，靈敏度也較高。但其溫度變化通常較窄，且溫度變化所引起的電阻值變化也較大，且有自身發(fā)熱問(wèn)題，非線性元件。3、RTD電阻溫度檢測(cè)器與熱敏電阻類似。其由銅、鉑或鎳鐵合金制成，其電阻值也是隨著溫度的變化而變化，但是誤差和電阻都比熱敏電阻要小得多，但是價(jià)格也貴很多。4、IC溫度傳感器有復(fù)雜的集成電路制成，其具有極高的線性特性，成本低廉，并且精度很高，高分辨率，容易與系統(tǒng)進(jìn)行集成開(kāi)發(fā)。但是其響應(yīng)速度通常很低，并且溫度的變化范圍有限。與前三種溫度傳感器比較來(lái)講，IC溫度

21、傳感器具有集成特性，線性，低成本并且精度較高等特點(diǎn)，也更容易與嵌入式控制系統(tǒng)相連?？紤]到實(shí)際應(yīng)用場(chǎng)合，IC溫度傳感器更適合應(yīng)用到智能火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)之中11-13。第3章 硬件模塊設(shè)計(jì)第3章 硬件模塊設(shè)計(jì)3.1控制模塊為了既達(dá)到設(shè)計(jì)要求，又能夠節(jié)約開(kāi)發(fā)成本，本系統(tǒng)采用C51系列單片機(jī)作為中央控制單元。AT89C52具有8k字節(jié)可重擦寫Flash閃存存儲(chǔ)器和256*8字節(jié)的隨機(jī)讀取存儲(chǔ)器（RAM），存儲(chǔ)空間可以滿足要求。32個(gè)可編程的IO口，可以方便與外設(shè)進(jìn)行通信或者擴(kuò)展接口14。下圖AT89C52單片機(jī)的最小系統(tǒng)。該最小系統(tǒng)包括AT89C52,晶體振蕩電路，復(fù)位電路及電源旁路電路15。圖3.1 A

22、T89C52單片機(jī)最小系統(tǒng)原理圖3.2溫度傳感器模塊方案1：使用集成溫度傳感器AD590進(jìn)行溫度檢測(cè)。AD590線性度好、靈敏度高、穩(wěn)定性好，但其輸出信號(hào)為模擬量，需外接A/D轉(zhuǎn)換電路，A/D轉(zhuǎn)換器ADC0809本身還需要外接驅(qū)動(dòng)電路，與單片機(jī)連接則要占用單片機(jī)11個(gè)端口，線路復(fù)雜，溫度精確度不高。方案2：使用DS18B20。DS18B20是一款數(shù)字溫度傳感器，內(nèi)部自帶A/D轉(zhuǎn)換，被測(cè)溫度分辨率可達(dá)12位，數(shù)字串行輸出，使系統(tǒng)設(shè)計(jì)更靈活、方便，它還具有占用微處理器的端口較少，可節(jié)省大量的引線和邏輯電路等特點(diǎn)。圖3.2 溫度傳感器模塊3.3煙霧傳感器模塊室內(nèi)環(huán)境發(fā)生火災(zāi)，物品開(kāi)始燃燒，一般首先釋

23、放的是燃燒氣體，例如一氧化碳和二氧化碳。尤其是在家居環(huán)境中，燃?xì)庠钏尫诺臍怏w大概有以下幾類：一氧化碳，天然氣，液化氣罐所釋放的液化氣，煤氣，煙霧等。綜合考慮采用MQ-2氣體傳感器來(lái)搭建煙霧傳感器模塊。MQ-2型氣體傳感器的檢測(cè)范圍囊括液化氣、丁烷、甲烷、酒精、氫氣、煙霧等。由于MQ-2型氣體傳感器的氣體敏感層采用二氧化錫材質(zhì)，在長(zhǎng)期不通電情況下容易附著水蒸氣，因此在上電后需要短時(shí)間的預(yù)熱期，在測(cè)試和使用中要注意，例如停電半個(gè)月時(shí)間，要預(yù)熱大概5分鐘以上。當(dāng)MQ-2型氣體傳感器暴露在其敏感煙霧環(huán)境下，它的電阻會(huì)響應(yīng)變化。煙霧濃度越大，輸出電壓也會(huì)相應(yīng)升高。因此MQ-2型氣體傳感器輸出的是模擬量

24、，如果要將數(shù)據(jù)上傳給單片機(jī)處理，需要將MQ-2型氣體傳感器的輸出值轉(zhuǎn)換為單片機(jī)可以識(shí)別的數(shù)字電平信號(hào)。LM393是一款帶有兩個(gè)獨(dú)立電壓比較器的寬頻帶，高增益的電壓比較芯片。本設(shè)計(jì)中將LM393放在MQ-2型氣體傳感器和單片機(jī)之間，既可以調(diào)節(jié)MQ-2型氣體傳感器的輸出范圍，又可以通過(guò)調(diào)節(jié)LM393端的滑動(dòng)變阻器來(lái)改變電壓，從而調(diào)整MQ-2型氣體傳感器的靈敏度16-18。圖3.3 煙霧傳感器模塊3.4 電源模塊供電電源電路是一個(gè)硬件系統(tǒng)的基礎(chǔ)，穩(wěn)定的電源電路設(shè)計(jì)可以為整個(gè)硬件電路中的集成芯片及分立元器件提供良好的供電環(huán)境。本系統(tǒng)從220V市電取電，經(jīng)過(guò)變壓器降壓將交流電有220V變?yōu)?V左右。通過(guò)

25、整流濾波電路將交流電轉(zhuǎn)換為直流電，作為穩(wěn)壓芯片的輸入端19。圖3.4 電源模塊原理框圖圖3.5 電源模塊原理圖旁路濾波電容可以減少由于電壓波動(dòng)而帶來(lái)的對(duì)電路信號(hào)和供電的影響，從而提高系統(tǒng)的噪聲容限。3.5 狀態(tài)指示燈及蜂鳴器系統(tǒng)對(duì)當(dāng)前室內(nèi)環(huán)境進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，并通過(guò)狀態(tài)指示燈顯示實(shí)時(shí)運(yùn)行情況。當(dāng)無(wú)火情時(shí)，系統(tǒng)綠色燈長(zhǎng)亮；當(dāng)有火情時(shí)，系統(tǒng)綠色燈熄滅，紅色告警燈閃爍，并伴隨告警聲響起。圖3.7 狀態(tài)指示燈及蜂鳴器原理圖3.6 系統(tǒng)硬件電路原理圖設(shè)計(jì)3.6.1 開(kāi)發(fā)環(huán)境介紹在電子電路設(shè)計(jì)中，應(yīng)用最廣泛的EDA輔助進(jìn)行印刷電路板設(shè)計(jì)的軟件就是由Altium公司設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)的Altium Designer軟件（

26、前身是Protel軟件）。它是目前行業(yè)中公認(rèn)的操作簡(jiǎn)便快捷，最方便，人機(jī)交互界面最人性化的輔助設(shè)計(jì)工具。并且我們?cè)诖髮W(xué)階段也學(xué)習(xí)過(guò)該軟件的設(shè)計(jì)使用。雖然各種版本的印刷電路板輔助設(shè)計(jì)軟件很多，并且有多個(gè)年代版本，但很多印刷電路板的制板場(chǎng)也都默認(rèn)接受protel 99se版本文件，可見(jiàn)其在行業(yè)內(nèi)的地位舉足輕重。Altium Designer是一款將電子產(chǎn)品設(shè)計(jì)所需的開(kāi)發(fā)環(huán)境整合到一起，形成一個(gè)軟件的集成平臺(tái)。它可以提供設(shè)計(jì)任務(wù)所需的所有工具，例如原理圖、PCB設(shè)計(jì)，HDL設(shè)計(jì)輸入，信號(hào)完整性分析，基于FPGA的嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)和開(kāi)發(fā)等等。在本畢業(yè)設(shè)計(jì)中用到了Altium Designer軟件的原理圖

27、設(shè)計(jì)模塊功能。3.6.2 硬件原理圖設(shè)計(jì)打開(kāi)Altium Designer軟件，創(chuàng)建工程文件并在其目錄下新建一個(gè)原理圖文件。設(shè)置文件屬性參數(shù)，例如光柵格等參數(shù)。在元器件庫(kù)中選擇所需要的元器件，放置在工作區(qū)內(nèi)。根據(jù)上幾節(jié)內(nèi)容 ，調(diào)整元器件位置擺放，并修改元器件參數(shù)，進(jìn)行連線并自動(dòng)命名。對(duì)電路進(jìn)行電氣規(guī)則檢查。系統(tǒng)的硬件電路原理圖如下：圖3.8 基于單片機(jī)的智能火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)的設(shè)計(jì)電路原理圖第4章 軟件程序設(shè)計(jì)第4章 軟件程序設(shè)計(jì)前一章我們使用EDA軟件搭建了系統(tǒng)的硬件原理圖，本章我們?cè)谟布到y(tǒng)的基礎(chǔ)上來(lái)編寫軟件程序，使該智能火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)能夠完整運(yùn)行。單片機(jī)所使用的編程語(yǔ)言主要有匯編語(yǔ)言和C語(yǔ)言。匯

28、編語(yǔ)言更直接的對(duì)硬件進(jìn)行操作，從而達(dá)到設(shè)計(jì)目的。C語(yǔ)言則相對(duì)高級(jí)，它更接近于自然語(yǔ)言，使編寫者不用注重硬件具體如何實(shí)現(xiàn)，而由計(jì)算機(jī)去完成實(shí)現(xiàn)具體操作。簡(jiǎn)而言之，匯編語(yǔ)言更側(cè)重完成的過(guò)程，而C語(yǔ)言更注重完成的結(jié)果。這里我們選擇更容易編寫而且應(yīng)用更廣泛的C語(yǔ)言。Keil Vision4是由Keil Software公司出品的針對(duì)51單片機(jī)系列的基于C語(yǔ)言的軟件開(kāi)發(fā)系統(tǒng)。它將C編譯器，宏匯編，鏈接器，調(diào)試等功能模塊集成到一個(gè)開(kāi)發(fā)環(huán)境中，廣泛應(yīng)用于使用C語(yǔ)言的編程情況下。根據(jù)智能火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)的設(shè)計(jì)目的，系統(tǒng)要保持長(zhǎng)期在線運(yùn)行，實(shí)時(shí)監(jiān)控環(huán)境中的煙霧機(jī)溫度情況。因此系統(tǒng)程序要保持循環(huán)運(yùn)行，不斷得檢測(cè)環(huán)境中

29、的煙霧含量以及溫度，當(dāng)沒(méi)有傳感器報(bào)警時(shí)，系統(tǒng)完成一個(gè)周期的檢測(cè)后，繼續(xù)循環(huán)檢測(cè)。當(dāng)有煙霧傳感器或者溫度傳感器產(chǎn)生報(bào)警信號(hào)時(shí)，即室內(nèi)有煙霧或者溫度異常時(shí)，紅色報(bào)警燈點(diǎn)亮，蜂鳴器發(fā)出報(bào)警音20-21。其程序運(yùn)行流程圖如下：圖4.1 狀態(tài)指示燈及蜂鳴器運(yùn)行流程圖 由圖3.8的原理圖設(shè)計(jì)，我們定義P2.2為煙霧傳感器的輸入引腳，用來(lái)接收來(lái)自煙霧傳感器的報(bào)警信息；定義P2.7為溫度傳感器的輸入引腳，回傳溫度傳感器的溫度數(shù)值。以上為系統(tǒng)的傳感器輸入引腳信號(hào)。單片機(jī)的P2.3,、P2.5和P2.6為單片機(jī)的輸出引腳。單片機(jī)的P2.3作為火災(zāi)的聲音報(bào)警輸出；P2.5作為火災(zāi)的燈光報(bào)警輸出，當(dāng)有火情時(shí)紅色LED

30、燈閃爍報(bào)警；P2.6作為正常情況無(wú)火災(zāi)時(shí)的狀態(tài)提示燈，當(dāng)正常情況下綠色LED燈點(diǎn)亮，當(dāng)有火災(zāi)情況下熄滅。根據(jù)以上描述，先要對(duì)所使用的單片機(jī)引腳進(jìn)行聲明：sbit tempt=P27; /定義溫度傳感器引腳sbit ledr=P25; /定義紅燈引腳sbit ledg=P26; /定義綠燈引腳sbit sensor=P22; /定義氣體傳感器引腳sbit speaker=P23; /定義揚(yáng)聲器void main()主函數(shù)循環(huán)運(yùn)行，以檢測(cè)傳感器狀態(tài)，并且顯示溫度讀數(shù)。通過(guò)Keil軟件的編譯器對(duì)所編寫的軟件代碼進(jìn)行編譯，軟件提示無(wú)警告或者錯(cuò)誤存在，具體軟件程序代碼見(jiàn)附錄。第5章 軟件仿真第5章 軟件仿真編寫程序代碼后，就可以對(duì)硬件實(shí)物或者軟件仿真進(jìn)行測(cè)試。在本