基于單片機(jī)的火災(zāi)預(yù)警系統(tǒng)設(shè)計

1、本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 基于單片機(jī)的火災(zāi)預(yù)警系統(tǒng)設(shè)計 摘要隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，很多場合都需要預(yù)防火災(zāi)，安裝不同精確度的火災(zāi)預(yù)警系統(tǒng)，因為一旦發(fā)生火災(zāi)，會造成嚴(yán)重的經(jīng)濟(jì)損失，還可能造成人員傷亡，后果十分嚴(yán)重。火災(zāi)是一種在時間和空間上失去人為控制并造成一定損害的燃燒過程，是嚴(yán)重危害人類生命財產(chǎn)安全、直接影響經(jīng)濟(jì)發(fā)展與社會穩(wěn)定的一種最常見的災(zāi)害。隨著經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展,城市建筑、物資倉庫的日益增多火災(zāi)的隱患也大大增加，火災(zāi)已成為我國常發(fā)性和破壞性最強(qiáng)的災(zāi)害之一。 本文研究的是基于單片機(jī)的多傳感器火災(zāi)探測系統(tǒng)，本系統(tǒng)具有采集現(xiàn)場信息，并將信息分析預(yù)測，結(jié)果傳遞給相關(guān)人員和顯示火災(zāi)信息的功能，并且能夠在現(xiàn)場對火災(zāi)

2、進(jìn)行聲光報警的功能。本文針對火災(zāi)自動預(yù)警系統(tǒng)結(jié)合國內(nèi)外現(xiàn)狀進(jìn)行了深入的研究。全面闡述了火災(zāi)自動預(yù)警系統(tǒng)的硬件電路和軟件設(shè)計方案。以下是本文做的主要工作：1.火災(zāi)自動預(yù)警系統(tǒng)的控制器主芯片采用美國ATMEL公司51系列的AT89C51單片機(jī)，該芯片具有價格低廉、高速度、低功耗等特點(diǎn)。主芯片對傳感器送來的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理，隨后送液晶顯示；所設(shè)計的預(yù)警系統(tǒng)具有較高的性價比，還具有操作人員管理、探測器管理、預(yù)報警、火警處理等功能。2.火災(zāi)信息的檢測采用的是煙霧傳感器MQ-2和溫度傳感器DS18B20的配合使用，通過非線性和線性時間序列分析算法對現(xiàn)場火災(zāi)信息進(jìn)行預(yù)測是否達(dá)到預(yù)警值。本文的目的是開發(fā)一套價

3、格低廉、結(jié)構(gòu)簡單、使用方便而且能及時的發(fā)現(xiàn)火情并能有效的避免漏報、誤報的火災(zāi)自動預(yù)警系統(tǒng)。關(guān)鍵詞：火災(zāi)探測器；AT89C51；溫度傳感器 AbstractWith the development of economic,many occasions need to prevent fires and install different accuracy of fire alarm systems ,because the event of fire, will cause serious economic losses, may also result in casualties with v

4、ery serious consequences. Fire is a combustion process of loss control of human and causing some damage in time and space. Fire is the most common disaster that is harm to human life and property and can cause a big effect on economic development and social stability. Fires hidden danger greatly inc

5、reased along with rapid economic development, building and warehouse increasing. Its one of the disaster that happened all the time and destructiveness in our country.This paper is based on the single chips multisensory fire detection system, this system has the collection site information, and info

6、rmation analysis and forecasting ,the results passed to the relevant personnel and display fire information function, and can be carried out in the field of fire alarm sound and light features. This paper to in-depth research for warning system for the automatic fire situation athome and abroad cond

7、ucted. Its comprehensive exposition of the automatic fire warning system hardware and software components of the specific programs. Following is a major work to do this:1. The main chip of the controller of automatic fire warning system is used in the United States ATMEL Corporation AT89C51 microcon

8、troller series, the chip has a low cost ,high speed, low power consumption.The main chip analyze the data of the sensors data, and then sent to the LCD. Early warning system designed with a higher cost performance and has operations personnel management, probe management, pre-alarm, fire processing

9、and other functions.2. Fire information detected by the smoke sensor MQ-2 and used in conjunction with temperature sensor DS18B20,by nonlinear and linear time series analysis algorithms to predict the on-site fire information whether the alarm value.The purpose of this paper is to develop a low cost

10、 , simple structure, easy to use and can find timely and effective fire prevention omission, false automatic fire warning system.Key words: Fire Detector; AT89C51;Temperature sensor目錄第一章 前言11.1 火災(zāi)報警系統(tǒng)的應(yīng)用價值11.2火災(zāi)報警系統(tǒng)概述11.2.1 火災(zāi)探測要素11.2.2 火災(zāi)探測器分類21.3火災(zāi)報警系統(tǒng)的發(fā)展?fàn)顩r41.3.1 國外火災(zāi)報警器的發(fā)展情況41.3.2國內(nèi)火災(zāi)報警器的發(fā)展情況41.3

11、.3國內(nèi)火災(zāi)預(yù)警系統(tǒng)存在的問題61.4本課題主要研究內(nèi)容及欲達(dá)到的目標(biāo)6第二章 系統(tǒng)所涉及的基礎(chǔ)知識72.1 AT89c51單片機(jī)的簡介72.2煙霧傳感器的選擇及介紹102.3溫度傳感器的選擇及介紹122.4 串口通信13第三章 系統(tǒng)的總體設(shè)計173.1 系統(tǒng)總體設(shè)計概述173.2 系統(tǒng)總體設(shè)計硬件框圖173.3 系統(tǒng)總體設(shè)計的軟件框圖18第四章 系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)204.1 液晶顯示模塊204.1.1. 概述204.1.2 液晶顯示原理204.1.3 TFT的基本特點(diǎn)204.1.4 TFT的程序流程圖214.1.5 TFT的程序214.2 溫度傳感器模塊274.2.1 概述274.2.2 DS18B

12、20的軟件程序284.2.3 DS18B20的程序代碼294.3 煙霧傳感器模塊304.3.1 概述304.3.2 MQ-2與單片機(jī)的連接圖314.3.3 A/D轉(zhuǎn)換器31ADC0832程序代碼354.4.1 概述374.4.2 DS1302引腳圖及接法384.4.3 DS1302程序流程圖394.4.4 DS1302的程序代碼394.5 串口通信模塊434.5.1 RS232串口通信原理434.5.2 串口通信程序代碼44第五章 系統(tǒng)的測試465.1 系統(tǒng)測試在TFT上的顯示465.2 系統(tǒng)測試通過串口在主機(jī)上的顯示49總結(jié)51展望51致謝52參考文獻(xiàn)53 III 第一章 前言1.1 火災(zāi)報

13、警系統(tǒng)的應(yīng)用價值 我們國家的火災(zāi)報警器經(jīng)歷了一個復(fù)雜的發(fā)展過程，從無到有，簡單至復(fù)雜。隨著信息化發(fā)展程度的加深，火災(zāi)預(yù)警系統(tǒng)的智能化也普遍受到重視，并開發(fā)出了相應(yīng)的各種各樣的產(chǎn)品。應(yīng)用到了各個行業(yè)，起到了非常主要的作用。比如大型的倉庫，寫字樓，商場，酒店等，都需要火災(zāi)預(yù)警系統(tǒng)來對周圍的環(huán)境狀況起到實(shí)時監(jiān)控，將可能的隱患拒之門外。從而保障員工的生命財產(chǎn)安全，支撐一個安全，放心的工作環(huán)境。為此，火災(zāi)預(yù)警系統(tǒng)在日常生活中的地位就顯得特別的重要，特別是在一些重要的國家政府機(jī)關(guān)，軍火庫房等等。 在我們國家，經(jīng)濟(jì)發(fā)展和生活水平不斷提高，很多集團(tuán)公司的倉庫都朝著大型化，多樣化，現(xiàn)代化發(fā)展，這就使得倉庫的物品

14、繁多，如果一旦發(fā)生火災(zāi)，特別是對于易燃物品，不容易及時控制住火勢，給搶災(zāi)人員的作業(yè)帶來很大的困難，同時也容易造成重大的財產(chǎn)損失和人員傷亡，這顯然是不滿足人民日益增長的物質(zhì)文化需要的。所以我們要在這些重要的場合合理的應(yīng)用火災(zāi)預(yù)警器。當(dāng)然不同的場合會根據(jù)需要對火災(zāi)預(yù)警的靈敏度，智能化程度，精確度提出不同的要求。防止火災(zāi)可以從兩個方面去著手：一.盡量避免外部因素導(dǎo)致火災(zāi)的發(fā)生；二.如果火災(zāi)發(fā)生，應(yīng)當(dāng)在第一時間發(fā)出警報，通知相關(guān)的系統(tǒng)單元，再由控制中心啟動相應(yīng)的防火，滅火裝置，控制住火勢的蔓延，擴(kuò)大，并及時滅火。正是因為火災(zāi)預(yù)警系統(tǒng)可以智能有效的保證人生安全，最大限度的降低財富的損失，所以在現(xiàn)代很多建

15、筑智能化系統(tǒng)中都 包含了防火裝置.1.2火災(zāi)報警系統(tǒng)概述1.2.1 火災(zāi)探測要素 物質(zhì)燃燒所伴隨的現(xiàn)象: 產(chǎn)生熱量 這是因為物質(zhì)在燃燒過程中伴隨多種化學(xué)變化，釋放大量的熱，致使周圍環(huán)境溫度 升高。所以可以采取溫度傳感器來采集溫度信息。 產(chǎn)生煙霧煙霧是煙和霧的混合物。一般其粒子直徑大于0.01um。煙霧是對生命構(gòu)成威脅的流動性較大的有毒氣體，在火災(zāi)發(fā)生過程中很多人是因為大量的煙霧進(jìn)入呼吸道，導(dǎo)致氧氣濃度過低造成死亡。對此我們可以采取煙霧傳感器來進(jìn)行監(jiān)測。產(chǎn)生火焰及氣體火焰是一種現(xiàn)象，是可燃物和助燃物在一定條件下發(fā)生氧化反應(yīng)時釋放光和熱的現(xiàn)象。它會釋放可見光，紅外線及其紫外線等。同時，由于各種燃燒

16、化學(xué)反應(yīng)會釋放大量的氣體包括含碳的CO及CO2，一些塑料材質(zhì)的物質(zhì)還會產(chǎn)生含硫的氧化物或有機(jī)物。所以可以利用光傳感器來采集火災(zāi)過程所輻射出的光信息。1.2.2 火災(zāi)探測器分類 目前據(jù)火災(zāi)探測器探測火災(zāi)的參數(shù)不同主要有：感溫、感煙、感光、氣體和復(fù)合式等探測器。溫度火災(zāi)探測器：這是對異常溫度，溫差，溫度上升速率做出響應(yīng)檢測的火災(zāi)探測器。因為感溫火災(zāi)探測器所采用的敏感元件不同，如熱電偶，熱敏電阻，雙金屬片，半導(dǎo)體等，所以還可形成各種感溫火災(zāi)探測器。感煙火災(zāi)探測器:這是對燃燒過程中產(chǎn)生的微粒進(jìn)行檢測的火災(zāi)探測器。它能探測物質(zhì)燃燒初期的產(chǎn)生的煙霧粒子濃度。感光火災(zāi)探測器:這也被稱作火焰探測器。它能對燃燒

17、過程火焰所輻射的紅外線，可見光，紫外線進(jìn)行探測的火災(zāi)探測器。主要的類型有紅外火焰型，紫外火焰型。氣體火災(zāi)探測器：這對火災(zāi)發(fā)生過程中所產(chǎn)生的氣體進(jìn)行響應(yīng)的火災(zāi)探測器。在這種探測器中對氣體或粉塵濃度進(jìn)行探測的傳感元件主要包括鉑絲，金屬氧化物半導(dǎo)體（包括尖晶石，鈣鈦晶體和金屬氧化物等）和鉆鈀（黑白元件）幾種。復(fù)合式火災(zāi)探測器：不同的場合對報警器的性能參數(shù)要求不同，為了使檢測更準(zhǔn)確，很多時候需要能對多種火災(zāi)參數(shù)進(jìn)行監(jiān)測。主要有感溫感煙火災(zāi)探測器，感光感煙火災(zāi)探測器，感溫感光火災(zāi)探測器等等。 按使用環(huán)境可分為:陸用型，船用型，耐寒性。按探測到火災(zāi)后動作可分為延時型，非延時型等。 按發(fā)展過程分類火災(zāi)報警器

18、的發(fā)展已有100多年的歷史了。這個過程可以大致的分為三個階段： 從十九世紀(jì)四十年代到本世紀(jì)四十年代以簡單分立元件構(gòu)成的火災(zāi)報警系統(tǒng)是初始階段，感溫探測器占據(jù)主導(dǎo)地位。1847年緬因大學(xué)教授Farmer和其同事研制出世界上第一臺火災(zāi)報警器。到19世紀(jì)末，多種定溫火災(zāi)探測器成功開發(fā)并應(yīng)用到了不同的場合。到了20世紀(jì)20年代，人們利用升溫速率原理發(fā)明了差定溫火災(zāi)探測系統(tǒng)，這中探測器是主要是溫度上升速率進(jìn)行檢測，如果超過額定的值時就會發(fā)出警報。隨后又相繼開發(fā)出了熱熔電阻差溫探測器、膜盒差溫火災(zāi)探測器、半導(dǎo)體差溫火災(zāi)探測器以及差定溫火災(zāi)探測器。二十世紀(jì)五十年代到七十年代，主要發(fā)展了對火災(zāi)發(fā)生過程的煙霧進(jìn)

19、行檢測的煙霧探測器。這種系統(tǒng)為多線制，使得他的穩(wěn)定性，可靠性差，布線復(fù)雜等。到七十年代末，光電感煙探測器得到了較快的發(fā)展。八十年代開始至今是火災(zāi)探測器發(fā)展的第三個階段。為了解決之前多線制火災(zāi)探測器布線復(fù)雜，安裝調(diào)試?yán)щy等缺點(diǎn)，開發(fā)了總線制火災(zāi)自動報警系統(tǒng)。該系統(tǒng)具有安裝，維護(hù)，調(diào)試簡單，利用分布式網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)可以設(shè)置多個節(jié)點(diǎn)進(jìn)行全方位探測，各個節(jié)點(diǎn)單獨(dú)設(shè)置了地址編碼，通過不同的節(jié)點(diǎn)采集信息來準(zhǔn)確的預(yù)報與放置險情?？萍既招略庐?，將探測器應(yīng)用到建筑物內(nèi)可以與里面的其他系統(tǒng)組成智能化的樓宇。在火災(zāi)報警器的性能上主要用誤報率來判定其優(yōu)劣。誤報率的高低直接反應(yīng)該報警器性能的好壞。 按應(yīng)用類型分類(1)多

20、線型火災(zāi)報警器這類報警器是早期的應(yīng)用類型，主要以報警為主，外聯(lián)一些簡單的功能，探測器會通過信號線連接至顯示屏，在報警時會點(diǎn)亮相應(yīng)的指示燈，完成探測與報警功能。(2)總線型火災(zāi)報警器 這種報警器內(nèi)嵌有MCU（微處理器），探測器和其它的模塊，采用地址編碼形式，通過總線和控制器實(shí)現(xiàn)信號在探測模塊和顯示模塊之間進(jìn)行傳輸。它能對部分故障進(jìn)行診斷，但是不能明確故障的類型。(3)智能復(fù)合型火災(zāi)報警器 這種智能型的探測器采用了具有單片機(jī)的模擬探測器，它可以通過對植入的軟件進(jìn)行改寫，視不同場合具體調(diào)整靈敏度等參數(shù)，這可以提高系統(tǒng)的可靠性與穩(wěn)定性。如果周圍環(huán)境的參數(shù)變化較大，不穩(wěn)定，可以適當(dāng)?shù)恼{(diào)低探測器的靈敏度，

21、而對一些比較重要，要求安全性高，穩(wěn)定性好的場所可以適當(dāng)?shù)恼{(diào)高其靈敏度，減少誤報率。 復(fù)合型智能火災(zāi)報警器是未來報警器的主要發(fā)展方向，他的靈活性好，精確度高，穩(wěn)定性好，面對各種復(fù)雜多變的環(huán)境，這種報警器是可以大大降低誤報率的理想選擇。1.3火災(zāi)報警系統(tǒng)的發(fā)展?fàn)顩r1.3.1 國外火災(zāi)報警器的發(fā)展情況對于西方發(fā)達(dá)國家，他們具有比較完善的火災(zāi)預(yù)防，監(jiān)測，報警，搶救及善后處理等體系。這些國家會有專項的財政資金用于這樣的體系，開發(fā)與維護(hù)監(jiān)測、報警設(shè)備，培訓(xùn)相關(guān)的人員，從各個方面將火災(zāi)預(yù)警工作做到細(xì)致，避免由火災(zāi)而造成人員，財富損失。他們普遍采用有計算機(jī)通過網(wǎng)絡(luò)將各個節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)信息采集，統(tǒng)一到計算機(jī)來進(jìn)行實(shí)

22、時的分析處理，準(zhǔn)確地發(fā)現(xiàn)火災(zāi)隱患點(diǎn)，同時判斷出火災(zāi)的類型，特點(diǎn)，以啟動不同的應(yīng)急預(yù)案。這些發(fā)達(dá)國家已經(jīng)將火災(zāi)報警系統(tǒng)和公共監(jiān)控系統(tǒng)連接在一起，及時準(zhǔn)確的發(fā)現(xiàn)火災(zāi)，最大化的降低損失。同時也成立了相關(guān)的機(jī)構(gòu)，專門負(fù)責(zé)火災(zāi)探測的數(shù)據(jù)的流通性，實(shí)時性，提高預(yù)報的準(zhǔn)確程度，同時也可將相關(guān)的信息發(fā)送至消防部門，這樣可以節(jié)省人力，合理的安排與出動消防規(guī)模，做到資源利用的最大化。這些措施通過實(shí)驗都證明非常成功高效，值得我們學(xué)習(xí)！1.3.2國內(nèi)火災(zāi)報警器的發(fā)展情況 我們國家的火災(zāi)報警器的研發(fā)較國外比較晚。在上個世紀(jì)70年代才開始自主研發(fā)火預(yù)警系統(tǒng)。之后也是多模仿國外的產(chǎn)品及其技術(shù)，而核心的技術(shù)卻沒能掌握。在90

23、年代后期隨著國家在經(jīng)濟(jì)政策開放的條件下，眾多的國外公司開始進(jìn)入中國市場，他們帶來了新技術(shù)，促進(jìn)了中國在火災(zāi)報警器技術(shù)方面的進(jìn)步，同時社會經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展也產(chǎn)生了對火災(zāi)報警器的需要，也就對其技術(shù)精度要求越來越高。同時融入其他的新技術(shù)可以使得產(chǎn)品的性能越來越精良。近年來火災(zāi)報警器的發(fā)展趨勢大致分為以下幾個方向：網(wǎng)絡(luò)化所謂火災(zāi)報警系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)化主要是指利用計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)將報警系統(tǒng)的探測器，控制器及其之間相連的其他各個模塊，通過網(wǎng)絡(luò)協(xié)議連接至城市報警中心，這樣實(shí)現(xiàn)了將各個散落的模塊統(tǒng)一連接到一起，形成一個大的網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)了遠(yuǎn)程監(jiān)控，遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)調(diào)用，各單位之間的信息資源共享，能在遠(yuǎn)程終端通過監(jiān)測數(shù)據(jù)，及時準(zhǔn)確的

24、發(fā)送報警信號，包括了事發(fā)地點(diǎn)，災(zāi)情的規(guī)模，建議出動人力資源等。這樣遠(yuǎn)程統(tǒng)一管理大大的節(jié)省了人力資源，降低了管理難度，使得整個系統(tǒng)的操作變得簡單、實(shí)時、高效。智能化所謂的智能化主要是指報警系統(tǒng)能模仿人的思維，自己主動完成一系列的動作。包括了各個節(jié)點(diǎn)設(shè)置的探測器主動采集溫度，煙霧濃度，光信息等模擬量，在經(jīng)過傳輸總線送至微處理器，經(jīng)過MCU分析處理后接一個AD轉(zhuǎn)換器將相應(yīng)的模擬量數(shù)字化，再在液晶顯示器上顯示，整個過程系統(tǒng)自動完成。對于分析的結(jié)果啟動相應(yīng)的設(shè)備。同時給出合理化的建議，做到實(shí)時準(zhǔn)確的預(yù)報險情，最大化降低人員傷亡和財產(chǎn)損失，也能為后期的事故原因提供一定的科學(xué)材料依據(jù)。多樣化所謂的多樣化是指

25、火災(zāi)探測器可以根據(jù)其工作原理分為：感溫探測器、感煙探測器、火焰探測器、氣體探測器及其復(fù)合探測器等。除此之外連接方式也變得多樣化。設(shè)備及系統(tǒng)之間可以視具體情況采取不同的連接方式。微型化隨著現(xiàn)代社會大規(guī)模集成電路的發(fā)展，微型化在設(shè)計產(chǎn)品時越來越受到高度重視。因為這可以節(jié)約材料，提供方面，在需要完成復(fù)雜功能而需要大量器件時，高度的集成，使之微型化就顯得非常有必要了。1.3.3國內(nèi)火災(zāi)預(yù)警系統(tǒng)存在的問題誤報，漏報首先國內(nèi)的火災(zāi)報警器本身還存在一些不足，再者，環(huán)境中的灰塵，電磁場，靜電等干擾因素的存在使得系統(tǒng)在工作過程中會經(jīng)常出現(xiàn)誤報，漏報的現(xiàn)象。智能化水平有待提高智能化是本世紀(jì)設(shè)計產(chǎn)品的追求。傳統(tǒng)的火

26、災(zāi)報警器主要是對單個傳感器采集的信號與閥值比較，判斷是否正常，這種方法應(yīng)用到多傳感器的報警器中就會出現(xiàn)漏報和誤報的現(xiàn)象。所以為了更精確的預(yù)報，滿足市場需求，需要采用智能算法，對多個參變量的數(shù)據(jù)進(jìn)行綜合分析，提高預(yù)報的正確率。無線通信技術(shù)不成熟傳統(tǒng)的火災(zāi)報警器系統(tǒng)主要是采用有線連接的方式，但是這種系統(tǒng)在需要完成更多功能，結(jié)構(gòu)布線復(fù)雜的情況下，是不容易完成，且影響美觀。所以無線通信就顯示出優(yōu)勢了。它不僅可以節(jié)約導(dǎo)線的使用，簡化系統(tǒng)布局，還可以減少因為導(dǎo)線老化而引起火災(zāi)的發(fā)生。1.4本課題主要研究內(nèi)容及欲達(dá)到的目標(biāo)現(xiàn)在市場需求的是能提前報警，準(zhǔn)確度高，實(shí)時性好，智能化的火災(zāi)預(yù)警系統(tǒng)，所以將多個傳感器

27、融入到火災(zāi)預(yù)警系統(tǒng)中。本課題研究內(nèi)容分為六章，各章內(nèi)容大致如下：第一章：主要講火災(zāi)報警器的發(fā)展歷史，研究的意義，組成，分類和發(fā)展趨勢等。第二章：主要介紹火災(zāi)預(yù)警系統(tǒng)所涉及的基礎(chǔ)知識。第三章：系統(tǒng)的總體設(shè)計。第四章：介紹系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)。第五章：系統(tǒng)初步完成后的測試。第六章：對火災(zāi)預(yù)警系統(tǒng)的總結(jié)與展望。本設(shè)計欲達(dá)到的目標(biāo)：設(shè)計一款結(jié)構(gòu)簡單、價格低廉、可靠性好、反應(yīng)快、準(zhǔn)確度高的火災(zāi)報警系統(tǒng)。主要采用溫度傳感器和煙霧傳感器分別采集環(huán)境溫度和煙霧濃度信息，綜合分析處理判定是否有險情的發(fā)生。這避免了傳統(tǒng)的單一傳感器誤報漏報，監(jiān)測信息不全面，實(shí)時性不高的缺點(diǎn)。 第二章 系統(tǒng)所涉及的基礎(chǔ)知識2.1 AT89c5

28、1單片機(jī)的簡介AT89C51是帶4k字節(jié)閃爍可編程可擦除的低電壓高性能CMOS8位微處理器。也就是我們通常所說的單片機(jī)。它是ATMEL公司生產(chǎn)的一種高效微處理器，采用了ATMEL高密度非易失存儲制造技術(shù)，和MCS-51指令集兼容。同時ATMEL的AT89c51可以應(yīng)用到很多的嵌入式系統(tǒng)中。主要特性：壽命1000寫/擦循環(huán)4k字節(jié)可編程閃爍存儲器數(shù)據(jù)保留時間10年128*8位內(nèi)部RAM5個中斷源可編程串行通道全靜態(tài)工作：0HZ-24HZ三級程序存儲器鎖定32可編程I/O線兩個16位定時器/計數(shù)器低功耗的閑置及掉電模式片內(nèi)振蕩器及時鐘電路管腳原理圖如圖2-1所示 圖2-1管腳說明VCC：接入電源。

29、VSS:接地。P0口：P0口是8位漏極開路雙向I/0口，每個腳可以吸收8TTL門電流。它可以用于外部的程序數(shù)據(jù)存儲器，為地址/數(shù)據(jù)分時復(fù)用口。P1口：p1口是內(nèi)部已經(jīng)提供了上拉電阻的8位雙向I/O口，它的緩沖器能接受4TTL門電流。P2口：p2口也是內(nèi)部上拉電阻的8位準(zhǔn)雙向I/O接口。同樣其緩沖器能接收輸出4TTL門電流。P2口在FLASH編程和校驗時接收控制信號和高八位地址信號。P3口：它是雙功能口?？梢宰鳛橐话愕臏?zhǔn)雙向I/O口。RST：復(fù)位輸入口。ALE/PROG：在訪問外部存儲器是，ALE(允許地址鎖存信號)用于鎖存出現(xiàn)在P0口的低8位地址。當(dāng)不訪問外部存儲器是，ALE仍以振蕩器頻率的1

30、/6周期性的輸出正脈沖信號，可用作對外輸出的時鐘脈沖或定時目的。/PSEN:外部程序存儲器的選通信號，低電平有效。當(dāng)從外部程序存儲器讀取指令或常數(shù)時，每個機(jī)器周期/PSEN兩次有效，而訪問外部數(shù)據(jù)存儲器是，/PSEN信號將不出現(xiàn)。/EA/Vpp:/EA位訪問外部程序存儲器控制信號。當(dāng)/EA低電平時，不管片內(nèi)是否有程序存儲器，都只是訪問外部程序存儲器。而在高電平時訪問片內(nèi)程序存儲器。XTAL1：方向放大器的輸入和內(nèi)部時鐘電路的輸入。XTAL2：片內(nèi)振蕩器的反相放大器的輸出端。2.2煙霧傳感器的選擇及介紹本課題采用的是MQ-2半導(dǎo)體式煙霧傳感器。該傳感器具有如下特點(diǎn)：廣泛的探測范圍；高靈敏度；快速

31、響應(yīng)恢復(fù)；優(yōu)異的穩(wěn)定性；壽命長；簡單的驅(qū)動電路。這些特點(diǎn)讓MQ-2電阻式煙霧傳感器的性價比顯得很高，應(yīng)用到很多的場合。比如用于家庭和工廠的氣體泄漏檢測裝置，適宜于液化氣、丁烷、丙烷、甲烷、氫氣、酒精、煙霧等探測。規(guī)格如下：A.標(biāo)準(zhǔn)工作條件 表2-1 B.環(huán)境條件 表2-2C.靈敏度特性 表2-3.靈敏度調(diào)整 MQ-2型氣敏元件對不同種類、不同濃度的氣體有不同的阻值，所以在使用此元件 時靈敏度的調(diào)整是很重要的?？梢允褂?000ppm氫氣或者1000ppm丁烷校準(zhǔn)傳感器。另外需要精確測量的時候，報警點(diǎn)的設(shè)定應(yīng)該考慮到溫度的影響。.注意事項 因為高濃度的甲烷氣體對人體是有害的，所以在進(jìn)行實(shí)驗或測試的

32、時候，保持環(huán)境通風(fēng)良好是非常有必要的。 總之MQ-2半導(dǎo)體式煙霧傳感器以其高靈敏度，檢測范圍廣，性能好等眾多的特點(diǎn)，被廣泛的應(yīng)用到各個場合。2.3溫度傳感器的選擇及介紹本設(shè)計采用Dallas公司設(shè)計研發(fā)的DS18B20溫度傳感器。 特點(diǎn)：采用單總線專用技術(shù)，MCU只用一個端口便可以與DS18B20雙向通信；實(shí)際應(yīng)用中不需要借助外部元件就可實(shí)現(xiàn)測溫；溫度范圍在-55C至+125C，測溫范圍廣；內(nèi)部設(shè)置了上、下限溫度報警；12位數(shù)字最多可在750ms內(nèi)把溫度轉(zhuǎn)換為數(shù)字；能實(shí)現(xiàn)簡單的多點(diǎn)分布式溫度檢測。引腳圖如圖2-2所示 圖2-2.引腳及其功能說明如表2-4所示： 表2-4 DS18B20數(shù)字溫度

33、傳感器接線方便，封裝后可以應(yīng)用到多種場合，比如管道式、螺紋式、磁鐵吸附式、不銹鋼封裝式、有多個型號，如LTM8877，LTM8874等等。據(jù)不同場合可以改變其外觀。封裝后的DS18B20可用于電纜溝測溫，高爐水循環(huán)測溫，鍋爐測溫，機(jī)房測溫，農(nóng)業(yè)大棚測溫，潔凈室測溫，彈藥庫房測溫等多種場合。本溫度傳感器具有耐磨耐碰，體積小，使用方便，封裝形式多樣，適用于各種狹小空間設(shè)備的數(shù)字測溫和控制領(lǐng)域。 DS18B20有4個主要的數(shù)據(jù)部件：（1）光刻ROM。光刻ROM中的64位序列號是出廠前被光刻好的，它可以看做是該DS18B20的地址序列碼。該光刻ROM的作用是使每一個DS18B20都各不相同，這樣可以實(shí)

34、現(xiàn)一根總線上掛接多個DS18B20的目的。（2） DS18B20中的溫度傳感器可以完成對溫度的測量。（3）DS18B20溫度傳感器的存儲器。該內(nèi)部存儲器包括一個高速暫存RAM和一個非易失的可電擦除的EEPRAM，后者存放高溫度和低溫度觸發(fā)器 TH、TL和結(jié)構(gòu)寄存器。（4）配置寄存器。2.4 串口通信串口是很多通用設(shè)備通信的協(xié)議。串行接口是可以將來自MCU的并行數(shù)據(jù)字符轉(zhuǎn)換為連續(xù)的串行數(shù)據(jù)流發(fā)送出去，同時可以將串行的數(shù)據(jù)流轉(zhuǎn)換為并行的字符流傳送給CPU。串口按位發(fā)送和字節(jié)接收。雖然比按字節(jié)的并行通信慢，但是它在一條線發(fā)送數(shù)據(jù)的同時可以用另外一條線接受數(shù)據(jù)，可以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離通信。串口通信最重要的是波

35、特率、數(shù)據(jù)位、停止位和奇偶校驗位等。所以兩個進(jìn)行通信的端口這些參數(shù)是必須要匹配的。串口通信時指數(shù)據(jù)在一根數(shù)據(jù)線上一次逐位的發(fā)送或者接收。串行通信按同步方式可分為異步通信和同步通信。同步通信：同步通信是一種連續(xù)傳送數(shù)據(jù)的通信方式，通常一次傳送的字符數(shù)據(jù)以幀位單位。數(shù)據(jù)的傳送速率高，但是要求發(fā)送時鐘和接收時鐘嚴(yán)格同步。異步通信：異步通信中收、發(fā)端各有一套彼此獨(dú)立互不同步的通信設(shè)備，收發(fā)數(shù)據(jù)的幀格式相同，所以可以相互識別接收到的信息。 串行通信的通信方式按照數(shù)據(jù)傳輸方向可以分為：單工方式、半雙工方式、全雙工方式。.AT89c51的串行接口的基本知識如下：在AT89C51內(nèi)部有一個可編程的全雙工串行通

36、信接口，它可以作為同時接收和發(fā)送數(shù)據(jù)功能使用，也可以作為一個同步移位寄存器使用。它有4種工作方式。其串行接口的結(jié)構(gòu)大致如圖2-3所示：圖2-3.串行口的特殊功能寄存器 串行口數(shù)據(jù)緩沖器SBUFSBUF包括了兩個在物理上獨(dú)立的接收和發(fā)送緩沖器，可以同時發(fā)送和接收數(shù)據(jù)。兩個緩沖器只用一個字節(jié)地址99H。串行口對外也有兩條獨(dú)立的收發(fā)信號線RXD和TXD，所以可以實(shí)現(xiàn)全雙工通信傳送數(shù)據(jù)。 串行口控制寄存器SCONSCON寄存器是用來控制串行口的工作方式和狀態(tài)的。它是可以字節(jié)尋址和位尋址的8位特殊功能寄存器。復(fù)位時所有位被清0，字節(jié)地址為98H。格式如圖2-4所示： 圖2-4 SMO,SM1：串行口工作

37、方式選擇位。 表2-5SM2：多機(jī)通信控制位。方式0中，SM2=0.方式1中，接收數(shù)據(jù)時，如SM2=1，則只有當(dāng)接收到的第9位數(shù)據(jù)（RB8）為“1”時，RI才能被激活為“1”，從而產(chǎn)生中斷，將接收到的8位數(shù)據(jù)送入SBUF。方式2和3中，若SM2=0，串行口以單機(jī)發(fā)送/接收方式工作，TI和RI以正常方式被激活并產(chǎn)生中斷請求;如果SM2=1，RB8=1時，RI被激活產(chǎn)生中斷。REN:允許串行就收控制位。REN=0，接收被禁止；相反則允許接收。TB8：發(fā)送數(shù)據(jù)位8.在方式2和3中，TB8為要發(fā)送的第9位數(shù)據(jù)。RB8：接收數(shù)據(jù)位8.方式2和3中，RB8是存放接收到的數(shù)據(jù)的第9位。TI:發(fā)送中斷標(biāo)志位。

38、TI=1，表示一幀數(shù)據(jù)發(fā)送完畢。TI在四種方式下都必須要借助軟件來清0.RI:接收中斷標(biāo)志位。同樣在四種方式下都需要靠軟件來清0.：電源控制寄存器PCONPCON是為CHMOS型單片機(jī)電源控制而設(shè)置的專用寄存器。單元地址是87H，具體如表2-6所示。 表2-6SMOD:串行口波特率選擇位。當(dāng)SMOD=1時，方式1,2，3的波特率加倍，SMOD=0，波特率不加倍；當(dāng)SMOD=0時，系統(tǒng)復(fù)位。第三章 系統(tǒng)的總體設(shè)計3.1 系統(tǒng)總體設(shè)計概述 在社會財富不斷積累以及人民生命價值觀不斷提高的今天，如何防止火災(zāi)對社會財富和人民生命財產(chǎn)安全構(gòu)成損害已經(jīng)成為當(dāng)前社會管理者面對的一大課題。所以，及時發(fā)現(xiàn)并消除火

39、災(zāi)隱患是我們進(jìn)行火災(zāi)研究的重要內(nèi)容?；馂?zāi)探測的研究就是為了能及早的準(zhǔn)確發(fā)現(xiàn)火災(zāi)隱患，及時報警，以采取相應(yīng)的措施來控制火災(zāi)的發(fā)生和發(fā)展。我國當(dāng)前的火災(zāi)自動報警系統(tǒng)主要是應(yīng)用在大型的倉庫、商場、高級寫字樓、酒店以及一些重要的政府軍級場所，它們采用的是采集集中一區(qū)域報警控制方式的智能化程度較高的總線式報警控制系統(tǒng)，它們在一些住宅區(qū)和商業(yè)樓安裝的單一的火災(zāi)自動報警探測裝置，這種報警探測裝置內(nèi)部采用的是單一傳感器，它的可靠性不高，容易發(fā)生誤報，漏報。所以本課題研究的是一種結(jié)構(gòu)簡單、價格低廉、可靠性高、反應(yīng)快的火災(zāi)自動檢測系統(tǒng)。3.2 系統(tǒng)總體設(shè)計硬件框圖 系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)框圖硬件部分如圖3-1所示： 圖3

40、-1 本硬件電路主要由蜂鳴器、直流電機(jī)、AT89C51單片機(jī)、TFT、溫度傳感器、煙霧傳感器、時鐘日歷等組成，再將系統(tǒng)通過RS232串口連接至監(jiān)控室主機(jī)。其中TFT顯示器主要顯示時間，溫度，煙霧濃度，報警信號等信息。非電物理量通過傳感器（溫度傳感器和煙霧傳感器），將檢測到的溫度、煙霧等非電信息轉(zhuǎn)換成電信號，再對電信號進(jìn)行信號處理使模擬量轉(zhuǎn)換為數(shù)字量，最后通過MCU對數(shù)字值進(jìn)行比較處理，能實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場和遠(yuǎn)程的自動報警。本系統(tǒng)通過使用溫度傳感器和煙霧傳感器兩者的結(jié)合，檢測現(xiàn)場的溫度和煙霧濃度信息，綜合分析處理來判別是否有險情的存在及發(fā)生，做出相應(yīng)的措施，最大化的降低火災(zāi)造成的損失。這比單一的使用溫感能

41、大幅度的提高火災(zāi)報警的可靠性，防止漏報、誤報等情況的發(fā)生。所以火災(zāi)預(yù)警系統(tǒng)要做到安全，可靠，較高的靈敏度和低誤報率。3.3 系統(tǒng)總體設(shè)計的軟件框圖 本系統(tǒng)所涉及的軟件部分的框圖如圖3-2所示： 圖3-2本系統(tǒng)軟件部分流程大致為：首先初始化MCU，再判斷煙霧信號是否正常，如果指標(biāo)不正常，進(jìn)行煙霧報警，置R0=1，指標(biāo)正常則返回初始化階段反復(fù)進(jìn)行檢測；同樣進(jìn)行溫度指數(shù)的檢測，如果不正常，置R1=1，并進(jìn)行溫度報警，正常則返回初始化階段，反復(fù)檢測數(shù)據(jù)。最后判斷溫度和煙霧兩者指數(shù)所置的R0和R1是否相等，如果相等，說明確實(shí)有火災(zāi)的發(fā)生，則立即報警并采取相應(yīng)措施，啟動相應(yīng)滅火設(shè)備。達(dá)到防火滅火保護(hù)人身財

42、產(chǎn)安全的目的。 第四章 系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)4.1 液晶顯示模塊4.1.1. 概述 液晶顯示器簡稱LCD，是一種低壓微耗的平板型顯示器，屬于被動顯示器件，本身并不發(fā)光，是借助于對外界光的調(diào)制來顯示的。液晶顯示器具有壽命長、功耗低、體重輕、抗干擾能力強(qiáng)、顯示內(nèi)容豐富等眾多優(yōu)點(diǎn)，所以在很多單片機(jī)系統(tǒng)中得到了廣泛的應(yīng)用。4.1.2 液晶顯示原理 液晶是一種性能介于液體和晶體之間的有機(jī)高分子材料，它能在一定溫度范圍內(nèi)具有液體的流動性、黏度、形變等機(jī)械特性，同時又具有晶體的熱（熱效應(yīng)）、光（光學(xué)各向異性）、電（電光效應(yīng)）、磁（磁光效應(yīng)）等物理特性。 我們知道，光線穿透液晶的路徑由構(gòu)成它的分子排列所決定。人們發(fā)現(xiàn)在

43、給液晶充電時會改變它的分子排列，從而造成光線的扭曲或折射。液晶面板自身是被動顯示器件無法實(shí)現(xiàn)自主發(fā)光，但是它可以起到對光的遮擋作用，所以在顯示屏的兩邊都設(shè)有作為光源的燈管，同時在液晶顯示器的背面有一塊背光板和反光膜。背光板由熒光物質(zhì)組成，可以發(fā)射光線，作用主要是提供均勻的背景光源。背光板發(fā)出的光線在穿過偏振過濾層之后，進(jìn)入了包含成千上萬水晶液滴的液晶層，液晶層中的水晶液滴都會被包含在細(xì)小的單元格結(jié)構(gòu)中，一個或者多個單元格構(gòu)成屏幕上的一個像素，而這些像素可以是亮的或者不亮的，這樣大量排列整齊的像素中亮與不亮便形成了單色的圖像。為了實(shí)現(xiàn)完整的顯示功能，必須為它設(shè)計一套背光組件。背光源發(fā)出光線，經(jīng)反

44、射板、導(dǎo)光板、光學(xué)擴(kuò)散片、棱鏡片等輔助部件后再照射到液晶面板上，液晶面板在電信號的驅(qū)動下確定每個像素區(qū)域的光通和光斷情況，并在彩色濾光片的作用下形成明暗不一、顏色各異的光線再輸出。這樣就是用戶所看到的液晶顯示屏上的彩色畫面。本課題的研究選取TFT彩屏液晶顯示器。4.1.3 TFT的基本特點(diǎn) TFT屏幕是薄膜晶體管，是有源矩陣類型液晶顯示器，在其背部設(shè)置了特殊光管，可以主動對屏幕上的各個獨(dú)立的像素進(jìn)行控制，這也是所謂的主動矩陣TFT的來歷，這樣可以大大提高響應(yīng)時間，約為80ms，它還有出色的色彩飽和度，還原能力和高對比度，在太陽光下依然看得很清晰。缺點(diǎn)是比較耗電和成本較高。4.1.4 TFT的程

45、序流程圖 本流程圖首先進(jìn)行系統(tǒng)的初始化，然后對LCD控制寄存器及地址寄存器進(jìn)行改寫，設(shè)置一些LCD的參數(shù)，配置Buffer的起始地址和Buffer大小等一些參數(shù)，然后清屏，最后系統(tǒng)可以通過控制器發(fā)出的指令來調(diào)用相關(guān)函數(shù)，完成相應(yīng)的顯示功能。程序流程圖如圖4-1所示： 圖4-1 LCD顯示流程圖4.1.5 TFT的程序TFT部分的程序主要是顯示英文字符、漢字、字符串、寫命令、寫數(shù)據(jù)等等。具體的程序代碼如下：/*- 顯示英文字符輸入?yún)?shù)：x 橫坐標(biāo) y 縱坐標(biāo) c 需要顯示的字符 fColor 字符顏色 bColor 字符背景顏色-*/#include 8X16.hvoid LCD_PutChar

46、8x16(unsigned short x, unsigned short y, char c, unsigned int fColor, unsigned int bColor) unsigned int i,j; LCD_SetPos(x,x+8-1,y,y+16-1); for(i=0; i16;i+) unsigned char m=Font8x16c*16+i;for(j=0;j8;j+) if(m&0x80)=0x80) Write_Data_U16(fColor);else Write_Data_U16(bColor);m=1;/*- 顯示英文字符輸入?yún)?shù)：x 橫坐標(biāo) y 縱坐標(biāo)

47、 c 需要顯示的字符 fColor 字符顏色 bColor 字符背景顏色-*/void LCD_PutChar(unsigned short x, unsigned short y, char c, unsigned int fColor, unsigned int bColor) LCD_PutChar8x16( x, y, c, fColor, bColor );/*- 顯示漢字輸入?yún)?shù)：x 橫坐標(biāo) y 縱坐標(biāo) c 需要顯示的漢字碼 fColor 字符顏色 bColor 字符背景顏色-*/#include GB1616.h/16*16漢字字模void PutGB1616(unsigned short x, unsigned short y, unsigned char c2, unsigned int fColor,unsigned int bColor)unsigned int i,j,k;LCD_SetPos(x, x+16-1,y, y+16-1);for (k=0;k64;k+) /64標(biāo)示自建漢字庫中的個數(shù)，循環(huán)查詢內(nèi)碼 if (codeGB_16k.Index0=c0)&(codeGB_16k.Index1=c1) for(i=0;i32;i+) unsigned sho