《基于單片機(jī)的火災(zāi)自動報警系統(tǒng)設(shè)計(jì)》10000字（論文）

基于單片機(jī)的火災(zāi)自動報警系統(tǒng)設(shè)計(jì)目錄1.緒論 11.1課題研究的背景和意義 11.1.1課題研究的背景 11.1.2課題研究的意義 21.2國內(nèi)外的研究現(xiàn)狀 21.2.1國外研究現(xiàn)狀 21.2.2國內(nèi)研究現(xiàn)狀 31.3本文的主要內(nèi)容與章節(jié)安排 32.火災(zāi)自動報警系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì) 42.1火災(zāi)產(chǎn)生的原因 42.2火災(zāi)產(chǎn)生的過程 42.3火災(zāi)探測的方法及種類 52.3.1火災(zāi)探測的方法 52.3.2火災(zāi)探測器的種類 62.4系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì) 73.系統(tǒng)硬件的選擇 83.1核心芯片的選擇 83.1.1芯片AT89C52 83.1.2芯片ADC0832 103.2傳感器的選擇 113.2.1溫度傳感器DS18B20 113.2.2煙霧傳感器MQ-2 143.3顯示模塊 163.3.1LCD1602簡介 163.3.2LCD1602電路圖 173.4晶振電路和復(fù)位電路 183.4.1晶振電路 183.4.2復(fù)位電路 193.5鍵盤電路 193.6報警電路 204.火災(zāi)自動報警系統(tǒng)程序設(shè)計(jì) 224.1軟件開發(fā)環(huán)境 224.2火災(zāi)自動報警系統(tǒng)程序設(shè)計(jì) 224.3數(shù)據(jù)采集程序 234.4LCD1602液晶顯示程序設(shè)計(jì) 245.總結(jié)與展望 265.1總結(jié) 265.2展望 26參考文獻(xiàn) 26謝辭 271.緒論1.1課題研究的背景和意義1.1.1課題研究的背景從人類文明開始以來，正是人類對火的合理利用，使得人類文明穩(wěn)步向前。元謀人在百萬年前就開始使用火，當(dāng)然人類最初使用的都是自然火，隨著后來人工鉆木取火的發(fā)明，人類自己掌握了創(chuàng)造火以及保存火種的方法。正是對火的合理利用，人類從吃生食到熟食，使得消化系統(tǒng)，腦力以及體質(zhì)都在提升進(jìn)化。但是人類文明源遠(yuǎn)流長，我們不難得知，火在為我們帶來便利的的同時，也為我們帶來了不可預(yù)估的損失，不止是物質(zhì)財(cái)富，還有精神文明的損失，嚴(yán)重的火災(zāi)甚至?xí)ё邤?shù)十人甚至數(shù)百人的生命。世界著名的明歷大火，羅馬大火，芝加哥大火都造成了數(shù)百上千人死亡，明歷大火甚至燒毀了江戶城三分之二的區(qū)域，奪走了十多萬人的生命；新疆克拉瑪依大火，惡性的火災(zāi)事故，奪走了了三百多人的生命；時間上距離我們最近的澳大利亞森林火災(zāi)，大火從2019年7月燒到了2020年2月，這場火災(zāi)導(dǎo)致10億多動物傷亡；巴黎圣母主教座堂是歐洲歷史上第一座完全哥德式大教堂，但是2019年4月15日的一場大火，使整座建筑燒毀嚴(yán)重，這場火災(zāi)是全人類精神文明的損失。在火災(zāi)中，最嚴(yán)重的莫過于生命的隕落，而火災(zāi)致人死亡的主要原因就是有毒氣體的吸入，物質(zhì)燃燒導(dǎo)致的缺氧，以及火勢蔓延導(dǎo)致的燒傷。目前，在人類社會文明的發(fā)展中，火災(zāi)已然成為頻率最高，最威脅公眾安全的災(zāi)害之一。在社會的經(jīng)濟(jì)建設(shè)中，火災(zāi)也會使大量的社會財(cái)富化為灰燼，嚴(yán)重阻礙社會經(jīng)濟(jì)建設(shè)發(fā)展。而且，在火災(zāi)災(zāi)后，人們流離失所，造成社會秩序的混亂，需要社會以及政府大量的精力去善后，解決災(zāi)害帶來的社會問題，并且有些火災(zāi)甚至?xí)斐刹涣嫉纳鐣绊?，較為嚴(yán)重的森林火災(zāi)甚至?xí)绊懮鷳B(tài)平衡。怎么樣去預(yù)防火災(zāi)？預(yù)防火災(zāi)就是盡量的避免火災(zāi)或者減小火災(zāi)帶來的傷害和損失。一方面我們在生活中要注意用火規(guī)范，另一方面我們應(yīng)注意電氣線路導(dǎo)致的火災(zāi)，最后一點(diǎn)就是和本課題相關(guān)的，在火災(zāi)萌芽階段，通過火災(zāi)自動報警裝置，盡早的發(fā)現(xiàn)火災(zāi)，通過消防裝置把其熄滅，進(jìn)而達(dá)到預(yù)防火災(zāi)的目的。1.1.2課題研究的意義 在眾多火災(zāi)慘案發(fā)生的背景下，火災(zāi)預(yù)警的工作顯得尤為重要，人們也逐漸認(rèn)識到其重要性，而靈敏及準(zhǔn)確的報警裝置是人們預(yù)防以及可以有效控制火災(zāi)的得力助手，進(jìn)而可以使火災(zāi)對我們的生命和財(cái)產(chǎn)損失降到最低，因此，火災(zāi)預(yù)警裝置的配置以及預(yù)警工作的協(xié)同依存，可以有效的減少惡性火災(zāi)事故的發(fā)生，它的意義也就顯而易見?；馂?zāi)自動報警系統(tǒng)就是在預(yù)警工作的必要性和重要性的背景下應(yīng)運(yùn)而生的，并且根據(jù)使用需求以及使用環(huán)境的不同，其本身經(jīng)歷了由簡單到復(fù)雜，由手動到自動，由單功能到多功能的發(fā)展歷程。目前來說，在其功能的逐步完善之下，其對現(xiàn)代建筑有著極為重要的安全保障作用，進(jìn)而對人們的影響也在日益減小，在一定程度上也有利于社會的發(fā)展和社會經(jīng)濟(jì)的建設(shè)。在交通港航系統(tǒng)許多重要的辦公樓、倉庫、變電站、控制中心、500t以上的各種船都根據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn)《高層民用建筑設(shè)計(jì)防火規(guī)范》《建筑設(shè)計(jì)防火規(guī)范》及國際海事組織《SOLAS公約》等有關(guān)條文安裝了火災(zāi)自動報警系統(tǒng)，在消防安全保衛(wèi)工作中發(fā)揮了不可估量的作用。1.2國內(nèi)外的研究現(xiàn)狀1.2.1國外研究現(xiàn)狀在19世紀(jì)中期，火災(zāi)自動報警系統(tǒng)首先誕生于美國，它的出現(xiàn)到現(xiàn)在已經(jīng)有一百多年的歷史，其最先應(yīng)用于戰(zhàn)場上，這也標(biāo)志著它首次進(jìn)入人們的視野。后來在19世紀(jì)60年代，感溫探測器件在自動酒水器的發(fā)展背景下被發(fā)明出來。隨后在19世紀(jì)末20世紀(jì)初，英國發(fā)明了感溫式火災(zāi)探測器，并且應(yīng)用于火災(zāi)探測方面，這也標(biāo)志著它在火災(zāi)探測方面開始發(fā)展。但是感溫式不太靈敏且易受干擾，準(zhǔn)確度不高，并不能使得人們在火災(zāi)探測方面心滿意足。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，在20世紀(jì)中期，瑞士問世了離子式感煙探測器，離子式有一個缺點(diǎn)就是放射性問題，緊接著在20年后，就出現(xiàn)了光電感煙式火災(zāi)探測器，彌補(bǔ)了離子式的缺點(diǎn)，并且其使用壽命較長，抗干擾能力較強(qiáng)，得到了廣泛應(yīng)用。此后，世界科技突飛猛進(jìn)以及新興技術(shù)的出現(xiàn)，計(jì)算機(jī)以及現(xiàn)代通信的廣泛應(yīng)用，紅外、紫外以及氣體探測，消防聯(lián)網(wǎng)等等新型的火災(zāi)監(jiān)測技術(shù)，各種類型的火災(zāi)探測器相繼問世，并且隨著發(fā)展，日漸完善，初步形成了當(dāng)今的火災(zāi)自動報警系統(tǒng)。1.2.2國內(nèi)研究現(xiàn)狀我國相對于外國來說，這方面起步較晚，不論是對其相關(guān)方面的理論還是研究以及生產(chǎn)應(yīng)用，在20世紀(jì)70年代之前都是一片空白。直到70年代，我國成功研制出第一個離子式感煙火災(zāi)探測器。邁出了第一步之后，我國在火災(zāi)自動報警技術(shù)領(lǐng)域奮起直追，隨著我國建筑業(yè)的蓬勃發(fā)展，這方面也迅速發(fā)展，逐步形成了一個技術(shù)先進(jìn)、種類齊全的研發(fā)和應(yīng)用體系。這幾年，不論是國外還是國內(nèi)，無線通信的火災(zāi)自動報警系統(tǒng)日益興起，其安裝較為簡便且靈活性更好，適用于較多場合。隨著研發(fā)成本和生產(chǎn)成本的降低，逐漸成為市場的寵兒，其市場潛力難以預(yù)測，不可估量。在未來的火災(zāi)自動報警系統(tǒng)的發(fā)展中，其將朝著智能化方向發(fā)展，并且未來的產(chǎn)品研發(fā)將以網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)為主要手段，進(jìn)而和軟件應(yīng)用技術(shù)相結(jié)合，設(shè)備裝置的安裝與維護(hù)也將更加的簡易，人機(jī)交互功能也將實(shí)現(xiàn)。1.3本文的主要內(nèi)容與章節(jié)安排基于課題背景和意義，本課題旨在設(shè)計(jì)一個集觸發(fā)、控制、報警于一體的火災(zāi)自動報警系統(tǒng)，進(jìn)而可以實(shí)現(xiàn)對監(jiān)測點(diǎn)的實(shí)時預(yù)警，來達(dá)到預(yù)防火災(zāi)的目的。本設(shè)計(jì)是以AT89C52單片機(jī)作為控制中心，接受、處理以溫度傳感器DS18B20和煙霧傳感器MQ-2組成的火災(zāi)探測器輸出的煙霧濃度信號、溫度信號，并進(jìn)行聲光報警。第一章：緒論部分，闡述火災(zāi)預(yù)防在當(dāng)今社會的重要性，分析預(yù)警系統(tǒng)在國內(nèi)外的發(fā)展歷程以及發(fā)展現(xiàn)狀，并大膽猜測一下未來的系統(tǒng)。與此同時，我們也要明白火對社會文明帶來進(jìn)步的同時，也對我們的生活帶來了很大的困擾，尤其是不可控制的火災(zāi)對我們的影響尤其大，也造成了巨大的社會財(cái)富損失，因此火災(zāi)自動報警系統(tǒng)顯得尤為重要，這也是我們課題研究的意義。第二章：簡述火災(zāi)產(chǎn)生的原理以及過程，通過火災(zāi)產(chǎn)生的原因，我們可以在一定程度上避免。依據(jù)火災(zāi)產(chǎn)生的現(xiàn)象，我們可以根據(jù)現(xiàn)象得知探測方法。然后總結(jié)，對系統(tǒng)總體方案進(jìn)行設(shè)計(jì)。第三章：對本設(shè)計(jì)硬件部分進(jìn)行簡單的介紹，介紹本設(shè)計(jì)所應(yīng)用的硬件，以及硬件的性能屬性，對每一部分硬件和其電路圖進(jìn)行了解。第四章：對本設(shè)計(jì)程序部分進(jìn)行簡單的介紹，從數(shù)據(jù)采集程序，控制系統(tǒng)再到火災(zāi)報警程序，判斷程序。第五章：對本設(shè)計(jì)進(jìn)行一個總結(jié)與展望，歸納不足，展望未來更好地系統(tǒng)設(shè)計(jì)。

2.火災(zāi)自動報警系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì)2.1火災(zāi)產(chǎn)生的原因在我們的日常生活中，我們身邊有很多的可燃物，如果我們不小心讓其達(dá)到了燃燒的最低溫度，就有可能發(fā)生火災(zāi)。在我國，森林火災(zāi)產(chǎn)生的最大原因就是人為產(chǎn)生火源，占引起森林火災(zāi)總數(shù)的99%以上，比如隨意丟棄未熄滅煙頭，開荒燒雜草等。不止是森林火災(zāi)，在宿舍的日常生活中，校規(guī)禁止使用大功率電器也是這方面原因，大功率電器在使用過程中容易造成電路超負(fù)荷，進(jìn)而引起火災(zāi)。還有就是可燃?xì)怏w或者可燃液體發(fā)生爆炸引起的火災(zāi)，這種情況常發(fā)生在加油站，化工廠等場所。當(dāng)然發(fā)生火災(zāi)還有一個原因就是蓄意縱火，這種行為是嚴(yán)重影響社會秩序和公共安全的刑事犯罪之一。2.2火災(zāi)產(chǎn)生的過程每一場火災(zāi)的起火原因可能各種各樣，但是每一場火災(zāi)的發(fā)展過程卻大致相同，從發(fā)生到被撲滅大致可以分為初起、發(fā)展、猛烈和熄滅階段。在火災(zāi)發(fā)生的第一階段，物質(zhì)的燃燒可能析出氣體，有冒煙的現(xiàn)象，也就是火災(zāi)的慢速陰燃的階段。慢速陰燃可以自持，如果外界條件發(fā)生改變，它可能熄滅，也有可能轉(zhuǎn)變?yōu)槊骰?。在這一階段剛開始的十幾秒或者幾分鐘內(nèi)，燃燒并沒有產(chǎn)生太多的熱量，著火面積也并不是很大，在這一階段，便是火災(zāi)的萌芽階段，如果可以及時發(fā)現(xiàn)，便可以輕松地將其撲滅。如果陰燃轉(zhuǎn)變?yōu)槊骰?，火?zāi)就進(jìn)入了第二階段，即自由燃燒階段。在這一階段，火災(zāi)燃燒的強(qiáng)度增大，在燃燒過程中可能使物體表面產(chǎn)生可燃?xì)怏w，促進(jìn)燃燒，形成強(qiáng)對流，燃燒在強(qiáng)對流的作用下發(fā)生擴(kuò)散，火災(zāi)在這種情況下蔓延發(fā)展。下一階段便是火災(zāi)最難以撲救的階段，在火災(zāi)發(fā)生最猛烈的時候，易燃物基本全部燃起，火勢繼續(xù)蔓延擴(kuò)大，溫度在大量燃燒物燃燒的情況下會急劇上升，發(fā)生轟燃，基本整個火場都在燃燒，此時，溫度和煙氣對流最為強(qiáng)勁，溫度最高，燃燒強(qiáng)度也是最大。最后一階段也就意味著火災(zāi)的結(jié)束，無非是兩種情況演變?yōu)樽詈笠浑A段，一種就是我們所采取的滅火措施有效，控制了火勢，這也是我們最想看到的，另一種就是我們在火災(zāi)面前無能為力，或者說火勢強(qiáng)勁，采取的措施難以見效，只能在易燃物燃燒殆盡之后，等其熄滅。火災(zāi)過程曲線如圖2-1所示。圖2-1火災(zāi)起火過程曲線圖2.3火災(zāi)探測的方法及種類2.3.1火災(zāi)探測的方法火災(zāi)的燃燒是一種復(fù)雜的物理和化學(xué)反應(yīng)相結(jié)合的過程。在發(fā)生過程中會伴隨著出現(xiàn)氣體、煙霧、火焰以及溫度的劇烈上升。而對火災(zāi)的探測，就是通過發(fā)現(xiàn)火災(zāi)特征物理量變化，來監(jiān)視場所有沒有火災(zāi)的發(fā)生，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)早期發(fā)現(xiàn)火災(zāi)的目的。因此，根據(jù)物質(zhì)燃燒過程中發(fā)生的能量轉(zhuǎn)換和物質(zhì)轉(zhuǎn)換所產(chǎn)生的不同火災(zāi)現(xiàn)象與特征，產(chǎn)生了不同的火災(zāi)探測方法。大致方法如圖2-2所示：圖2-2火災(zāi)探測的方法2.3.2火災(zāi)探測器的種類在火災(zāi)自動報警系統(tǒng)中，火災(zāi)探測器的作用就像是“感知器官”。它是對所在的現(xiàn)場進(jìn)行探查，進(jìn)而發(fā)現(xiàn)火災(zāi)的裝置。如果發(fā)生火災(zāi)的話，火災(zāi)場所就會發(fā)生相應(yīng)特征物理量的變化，火災(zāi)探測器就會將這些變化轉(zhuǎn)換成電信號的變化，并將信號輸送給系統(tǒng)控制器?；馂?zāi)探測器是火災(zāi)自動報警系統(tǒng)的觸發(fā)裝置，按探測的火災(zāi)特征參量可分為感煙火災(zāi)探測器、感溫火災(zāi)探測器以及感光火災(zāi)煙溫復(fù)合式火災(zāi)探測器。感煙火災(zāi)探測器的種類大致如圖2-3所示：圖2-3感煙火災(zāi)探測器的種類感煙火災(zāi)探測器是利用探頭部位煙霧濃度的變化轉(zhuǎn)化為電信號的變化進(jìn)而進(jìn)行報警的一種器件。在火災(zāi)萌芽階段，燃燒大部分處于陰燃階段，而陰燃是產(chǎn)生煙霧的主要原因，大量煙霧的產(chǎn)生是火災(zāi)前期階段的主要特征，這種探測器就是利用這種特征開發(fā)的。感溫火災(zāi)探測器的核心器件是熱敏元件，在火災(zāi)發(fā)生時，物質(zhì)的燃燒會產(chǎn)生大量的熱量，熱量的產(chǎn)生就會導(dǎo)致環(huán)境溫度的變化，熱敏元件會隨著溫度的變化產(chǎn)生阻值的變化，進(jìn)而將溫度信號轉(zhuǎn)變成電信號，并進(jìn)行報警處理。感溫火災(zāi)探測器一般由感溫元件、電路與報警器三大部分組成。以感溫元件不同分為定溫式、差動式、定溫差動式感溫火災(zāi)報警器三種類型，感溫面積一般為30～40平方米。感溫火災(zāi)探測器的種類如圖2-4所示：圖2-4感溫火災(zāi)探測器的種類復(fù)合式火災(zāi)探測器是對兩種或兩種以上火災(zāi)特征參數(shù)響應(yīng)的探測器，它有感煙感溫式、感煙感光式，感溫感光式等幾種型式。本設(shè)計(jì)采用的是煙霧傳感器和溫度傳感器相結(jié)合的方式，相當(dāng)于復(fù)合式火災(zāi)探測器的感煙感溫式。2.4系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì)本設(shè)計(jì)主要由傳感器模塊、單片機(jī)模塊、鍵盤模塊、顯示模塊和聲音報警模塊組成。傳感器模塊即火災(zāi)探測器（煙霧、溫度傳感器）通過對火災(zāi)的特征物理量即溫度和煙霧濃度的探測，將探測到的信號由非電信號通過煙霧、溫度傳感器轉(zhuǎn)換成電信號，經(jīng)過調(diào)理放大滿足A/D轉(zhuǎn)換的要求之后，由A/D轉(zhuǎn)換電路，完成模擬信號到數(shù)字信號的轉(zhuǎn)換，最后由單片機(jī)控制模塊判斷現(xiàn)場是否發(fā)生火災(zāi)。如果發(fā)生火災(zāi)，系統(tǒng)將報警。整體電路的框圖如圖2-5所示：圖2-5整體電路框圖（1）煙霧傳感器實(shí)時采集當(dāng)前的實(shí)時煙霧濃度；（2）溫度傳感器檢測當(dāng)前環(huán)境的實(shí)時溫度；（3）顯示模塊顯示實(shí)時的煙霧等級和溫度；（4）報警模塊是當(dāng)煙霧、溫度超過設(shè)置的預(yù)警值發(fā)出警報信息；（5）鍵盤模塊可以設(shè)置煙霧濃度閾值，溫度閾值；（6）單片機(jī)采集傳感器數(shù)據(jù)，鍵盤輸入信息進(jìn)行處理輸出報警信息和控制系統(tǒng)的實(shí)時顯示。

3.系統(tǒng)硬件的選擇3.1核心芯片的選擇3.1.1芯片AT89C52在本設(shè)計(jì)中，我們所應(yīng)用的AT89C52是整個設(shè)計(jì)的控制核心。傳感器將物理量信號即模擬信號轉(zhuǎn)換為電信號輸送給單片機(jī)進(jìn)行處理，通過信號的比對處理，來控制相應(yīng)后續(xù)動作。在信號處理的過程中，需要單片機(jī)具有較快的運(yùn)算速度，需要比對溫度值和煙霧濃度，而且還要送入顯示模塊，使我們能夠準(zhǔn)確快速的觀測到這兩個值。在單片機(jī)的運(yùn)行中，需要cpu、存儲器和輸入輸出設(shè)備這三者的相互配合，并且這三者是同步工作的。如何同步呢？就是同一節(jié)拍，也就是單片機(jī)的時鐘，時鐘越小，單片機(jī)的工作效率越高。在這同一節(jié)拍中，單片機(jī)的內(nèi)部只能做一件事。AT89C52的實(shí)物圖如圖3-1所示：AT89C52的引腳圖如圖3-2所示，AT89C52的引腳圖如圖3-2所示：圖3-1AT89C52的實(shí)物圖圖3-2AT89C52芯片的引腳圖單片機(jī)具有8位數(shù)據(jù)總線和16位地址總線，32根雙向并且可以尋址的輸入輸出線。在本設(shè)計(jì)中P1.2至P1.5和鍵盤電路相連接，P0.0至P0.7和顯示模塊相連接，P2.6和聲音報警模塊相連接，P2.7和溫度傳感器模塊相連接，P3.5,P3.6,P3.7和溫度傳感器模塊相連接，RST引腳用于復(fù)位，XTAL1和XTAL2引腳用于片內(nèi)振蕩電路的輸入輸出端，本設(shè)計(jì)采用的是片內(nèi)時鐘振蕩，需要在這兩個引腳之間接石英晶體和震蕩電容。3.1.2芯片ADC0832ADC0832是我們本設(shè)計(jì)所應(yīng)用的傳感器和單片機(jī)的橋梁，他將模擬信號轉(zhuǎn)換為單片機(jī)可以處理的數(shù)字信號。而且ADC0832的性能強(qiáng)悍，一般的模擬量轉(zhuǎn)換要求都可以滿足，雙數(shù)據(jù)輸出的轉(zhuǎn)換速度也比較快。我們所熟悉的轉(zhuǎn)換芯片有0832和0809，至于為什么選擇ADC0832而不選擇ADC0809的原因在于：雖然兩者通道數(shù)有所不同，但這只是表象而已，實(shí)質(zhì)的區(qū)別在于，兩者是不同類型的ADC，如果是對聲音進(jìn)行采樣，必須考慮使用并行式的ADC，否則會丟失大量信息，造成失真。而我們對速度要求并不高，而且其一般功耗僅為15mW，所以選擇串行的ADC0832。ADC0832的實(shí)物圖如圖3-3所示，ADC0832封裝以及各端子如圖3-4所示：圖3-3ADC0832的實(shí)物圖圖3-4ADC0832芯片的引腳圖3.2傳感器的選擇3.2.1溫度傳感器DS18B20DS18B20是常用的數(shù)字溫度傳感器，它的體積小、成本低、精度高且不易受干擾，這些優(yōu)點(diǎn)被廣大電子發(fā)燒友所愛好。它接線簡單，采用單口線的接口方式，沒有時鐘線，一條口線就可實(shí)現(xiàn)其與微處理器的雙向通訊，單總線讀寫數(shù)據(jù)是靠控制起始時間和采樣時間來完成，所以時序要求更嚴(yán)格。它測量溫度范圍廣，為-55℃至+152℃。它具有三個引腳，分別為DQ、GND和VDD。DS18B20的讀寫操作是由總線控制器讀取單總線到高低電平持續(xù)時間或者通過控制單總線高低電平持續(xù)時間寫入。其讀寫時序圖如圖3-5所示：圖3-5DS18B20的讀寫時序圖DS18B20的外形及管腳排列如下圖3-6所示，DS18B20的實(shí)物圖如圖3-7所示：圖3-6DS18B20的外形及管腳排列圖3-7DS18B20的實(shí)物圖DS18B20的工作原理如圖3-8所示：圖3-8DS18B20的工作原理圖溫度分辨率設(shè)置表如圖3-9所示：圖3-9溫度分辨率設(shè)置表溫度傳感器電路圖如圖3-10所示：圖3-10溫度傳感器電路圖3.2.2煙霧傳感器MQ-2本設(shè)計(jì)采用的是MQ-2煙霧傳感器。其中含有的氣敏器件，也是一種氣電傳感器件，通過阻值的變化來檢測氣體的濃度變化。煙霧傳感器和溫度傳感器兩者相互配合，煙霧傳感器MQ-2可以用來檢測液化氣、氫氣、苯或者烷等物質(zhì)的氣體泄漏，所以具體準(zhǔn)確的來說，MQ-2是一種可以用來檢測多種氣體的低成本探測器。MQ-2型號的煙霧傳感器對不同氣體物質(zhì)的靈敏度不同，所以我們在用來煙霧濃度檢測的時候，其具有較好的抗干擾性，而且這種型號重復(fù)性和穩(wěn)定性都不錯。氣敏器件在使用之前需要加熱一段時間，但溫度不能太高，這樣的話，可以提高其輸出電壓的準(zhǔn)確度。如果器件長時間被放置沒有被使用時，再次使用的話，需要通電十幾分鐘來達(dá)到其原有的準(zhǔn)確度。還有一點(diǎn)的是檢測的可燃?xì)怏w或者煙霧范圍是一百至一萬ppm。（ppm是體積濃度。1ppm=1cm3/1m3）。而且MQ-2電路設(shè)計(jì)電壓范圍更寬一些，24V以下都可以，加熱電壓為5V，可以有正負(fù)0.2V的波動。加熱時需要注意的是:如果加熱電壓過高的話，會導(dǎo)致內(nèi)部信號線熔斷，從而使器件報銷。MQ-2主要技術(shù)性能：雙路信號輸出；輸出有效信號為低電平，當(dāng)輸出信號為低電平時信號燈亮，這時可以直接接單片機(jī)，即具有信號輸出指示的功能；對液化氣的靈敏度較高；濃度越高，其模擬量輸出電壓越高；使用壽命較長且穩(wěn)定性較高；；具有快速相應(yīng)恢復(fù)特性。MQ-2的原理圖如圖3-11所示：：圖3-11MQ-2的原理圖MQ-2的實(shí)物圖如圖3-12所示：圖3-12MQ-2的實(shí)物圖MQ-2的電路圖如圖3-13所示：圖3-13MQ-2的電路圖3.3顯示模塊3.3.1LCD1602簡介本設(shè)計(jì)的顯示模塊采用的是LCD1602模塊，我們對此模塊并不陌生，在日常生活中隨處可見，這是一種被廣泛使用的液晶顯示模塊。根據(jù)模塊的型號，我們可以得知它是兩行顯示的液晶，而每一行最多可以顯示16個字符。在1602里面總共有160個字符，其中包括常用字符、英文字母的大小寫以及阿拉伯?dāng)?shù)字。而每個字符對應(yīng)一個ASCII碼，當(dāng)我們想要讓它顯示相應(yīng)的字符時，只需要向其輸入相應(yīng)的ASCII碼。LCD1602顯示原理：根據(jù)顯示方式，我們可以分為字符式、點(diǎn)陣式和段式。而我們在本次設(shè)計(jì)中所應(yīng)用的是字符的顯示。在LCD1602的使用過程中我們可以看到，它每一個字符是由一個6×8的點(diǎn)陣組成的。液晶顯示就是利用其物理特性，通過電壓控制其顯示區(qū)域，顯示的每一個字符是黑色的，而組成字符的每一個點(diǎn)就是高電平，不顯示的便是低電平。當(dāng)然，我們還要找到和顯示屏幕對應(yīng)的8字節(jié)。這就是LCD顯示的基本原理。LCD1602分為帶背光和不帶背光兩種，這兩種在我們的日常使用中并沒有什么不同，只不過不帶背光的要比帶背光的薄一些。LCD1602的實(shí)物圖如圖3-14所示：圖3-14LCD1602的實(shí)物圖3.3.2LCD1602電路圖LCD1602主要技術(shù)參數(shù)如圖3-15所示：圖3-15LCD1602主要技術(shù)參數(shù)LCD1602引腳功能圖如圖3-16：14腳（無背光）或16腳（帶背光）接口圖3-16LCD1602引腳功能圖LCD1602與單片機(jī)的連接有兩種方式，一種是直接控制方式，另一種是所謂的間接控制方式。它們的區(qū)別只是所用的數(shù)據(jù)線的數(shù)量不同，其他都一樣。直接控制方式是由于我們一般在使用時只需要向其寫入命令和數(shù)據(jù)，因此可將R/W端直接接地，這樣子就在使用時少用了一根數(shù)據(jù)線。V0引腳是調(diào)試對比度的，可以通過連接10KΩ的電位器調(diào)整對比度，或者通過調(diào)試將一個適當(dāng)大小的電阻接地。而所謂的間接控制方式只不過減少了4根數(shù)據(jù)總線，簡化了電路，在傳輸時先傳數(shù)據(jù)的高4位，再傳低4位。這種情況適用于當(dāng)單片機(jī)I/O接口緊張的時候。在本設(shè)計(jì)中，因?yàn)镮/O接口并不緊張，所以我們采用的是直接控制方式。LCD1602的電路圖如圖3-17所示：圖3-17LCD1602的電路圖3.4晶振電路和復(fù)位電路3.4.1晶振電路本設(shè)計(jì)的晶振電路是由11.0592Mhz的晶振和兩個30pF的電容組成的。晶振是一種高精度和高穩(wěn)定度的振蕩器?；趩纹瑱C(jī)進(jìn)行的設(shè)計(jì)，所以晶振是必須要有的。因?yàn)閱纹瑱C(jī)是否可以正常工作的必要條件之一時鐘電路。而晶振電路就是為單片機(jī)AT89C52工作提供時鐘信號的，晶振就好比單片機(jī)的心臟。晶振值越大，單片機(jī)的運(yùn)行速度就越快。當(dāng)然并不是越快越好，對于電子電路來說，速度過于快容易受干擾。在電路中，晶振可以等效為一個電容和電阻的串并聯(lián)二端網(wǎng)絡(luò)，二端網(wǎng)絡(luò)有兩個諧振點(diǎn)，低頻率的諧振點(diǎn)是串聯(lián)諧振，高的就是并聯(lián)諧振。本設(shè)計(jì)采用的是石英晶體，晶體本身特性的原因，高低頻率的諧振點(diǎn)相差不大，這時就可以把晶振等效為一個電感，再加上一個合適的電容，就組成了一個并聯(lián)諧振電路。這個電路再與單片機(jī)內(nèi)部的負(fù)反饋電路相結(jié)合，就組成了正弦波振蕩電路。負(fù)載電容值是晶振的重要參數(shù)，而且單片機(jī)單機(jī)工作的話就不用考慮晶振的頻率等問題。3.4.2復(fù)位電路復(fù)位電路，就是使電路恢復(fù)到初始化狀態(tài)的電路，它的作用是可以使程序從頭開始執(zhí)行。復(fù)位電路的結(jié)構(gòu)比較簡單，本設(shè)計(jì)采用的是一個電阻和電容的組合。復(fù)位電路雖然簡單，但它卻是微機(jī)電路必不可缺少的部分，單片機(jī)的REST引腳就是用來復(fù)位的。因?yàn)閱纹瑱C(jī)的復(fù)位有高電平復(fù)位和低電平復(fù)位，所以也就有高電平復(fù)位電路和低電平復(fù)位電路。本設(shè)計(jì)采用的是手動按鈕高電平復(fù)位電路，就是手動在REST端加入一個高電平，而復(fù)位需要的時間在2個機(jī)器周期以上，而手動作用的時間自然是大于兩個2個機(jī)器周期的。AT89C52的復(fù)位電路如圖3-18所示：圖3-18晶振電路和復(fù)位電路3.5鍵盤電路鍵盤電路使用的是四個觸點(diǎn)式的機(jī)械彈性開關(guān)，是由四個開關(guān)組成的電路。實(shí)際是一端和電壓信號相連接，按鍵接觸點(diǎn)的一端和單片機(jī)的輸入輸出引腳連接。單片機(jī)通過寫入的程序讀入輸入輸出端口引腳電平信號的變化即可判斷按鍵的狀態(tài)，而電平信號的變化是由觸點(diǎn)的通斷引起的。按鍵按壓后是低電平，在未按壓之前是高電平。鍵盤電路的實(shí)物圖如圖3-19所示圖3-19鍵盤電路的實(shí)物圖K1是設(shè)置按鍵，用來設(shè)置設(shè)定報警溫度和煙霧濃度。K2增加參數(shù)警戒值，K3減少，K4確定。只有確定后設(shè)置的報警值才有用。設(shè)定好報警數(shù)值后，當(dāng)溫度或者煙霧濃度達(dá)到設(shè)定值就會報警。本設(shè)計(jì)采用的是獨(dú)立式按鍵，P12接P1.2，P13接P1.3，P14接P1.4，P15接P1.5，每一個按鍵都單獨(dú)連接到單片機(jī)的輸入輸出端口的引腳上，這種設(shè)計(jì)電路比較簡單，易于編程，但是占用的I/O口線比較多，如果設(shè)計(jì)需要更多按鍵的時候容易造成IO資源緊張的問題。鍵盤電路的電路圖如圖3-20所示：圖3-20鍵盤電路的電路圖3.6報警電路本設(shè)計(jì)的報警電路是由直流蜂鳴器、三極管和2.2K電阻組成，通過蜂鳴器發(fā)出刺耳的聲音來起到報警的作用。蜂鳴器聲音的產(chǎn)生是由磁場驅(qū)動振動膜，而磁場是由電流通過電磁線圈，進(jìn)而由電磁線圈產(chǎn)生磁場。但是單片機(jī)輸出的TTL電平太低導(dǎo)致單片機(jī)I/O引腳輸出的電流太小，而蜂鳴器磁場的產(chǎn)生需要較大的電流來驅(qū)動。因此本設(shè)計(jì)增加了一個三極管，而三極管的作用就是放大電流，進(jìn)而可以產(chǎn)生磁場，驅(qū)動振動膜，使蜂鳴器發(fā)出聲音。實(shí)物圖如圖3-21所示：圖3-21報警電路實(shí)物圖在聲音報警電路中，當(dāng)三極管導(dǎo)通時，形成驅(qū)動電流，產(chǎn)生磁場，發(fā)出聲音，但控制三極管導(dǎo)通的是單片機(jī)的P1.6的引腳，引腳輸出高電平時，三極管導(dǎo)通。聲音報警電路如圖3-22所示:圖3-22聲音報警電路圖

4.火災(zāi)自動報警系統(tǒng)程序設(shè)計(jì)4.1軟件開發(fā)環(huán)境本系統(tǒng)摒棄了傳統(tǒng)的匯編語言而采用C語言進(jìn)行程序設(shè)計(jì)。C語言是一種用途廣泛、使用靈活、功能強(qiáng)大的過程性編程語言。既可以編寫應(yīng)用軟件，又可以用于編寫系統(tǒng)軟件。C語言盡可能的降低了用它所寫的軟件對硬件平臺的依賴程度，使之具有可移植性。C語言的主要特點(diǎn)有：語言簡潔、緊湊；運(yùn)算符豐富；語法限制不太嚴(yán)格；生成目標(biāo)代碼質(zhì)量高，程序執(zhí)行效率高等優(yōu)點(diǎn)而本設(shè)計(jì)所用的單片機(jī)開發(fā)，所用的編程軟件是KeiluVision4的51版本，也叫KeilC51，這個軟件提供了C編譯器、連接器和仿真調(diào)試器等的完整開發(fā)方案，這種綜合開發(fā)環(huán)境只需要簡單地操作便可以利用各種功能。并且KeilC51調(diào)試器可以準(zhǔn)確的模擬芯片上的外圍設(shè)備，這個模擬可以幫助我們了解硬件配置，這樣子我們就可以在安裝問題上節(jié)約好多時間。4.2火災(zāi)自動報警系統(tǒng)程序設(shè)計(jì)為了便于系統(tǒng)維護(hù)，在火災(zāi)報警系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)中采用了模塊化程序設(shè)計(jì)方法，系統(tǒng)各個模塊的具體功能都是通過子程序調(diào)用實(shí)現(xiàn)的。既使得程序結(jié)構(gòu)清晰，又便于以后進(jìn)一步擴(kuò)展其功能。本系統(tǒng)主要包括主程序、溫度煙霧數(shù)據(jù)采集子程序、火災(zāi)判斷與報警子程序等。系統(tǒng)程序流程圖如圖4-1所示。圖4-1系統(tǒng)程序流程圖4.3數(shù)據(jù)采集程序數(shù)據(jù)采集是本設(shè)計(jì)系統(tǒng)中的第一個環(huán)節(jié)，由采集到的信息來判斷外界環(huán)境是否發(fā)生火災(zāi)，也是比較重要的環(huán)節(jié)。如果數(shù)據(jù)采集信息有誤，就會導(dǎo)致誤報。為了降低誤報，我們在系統(tǒng)設(shè)計(jì)時采用了兩次采集，兩次判斷的方法，在采集完一次數(shù)據(jù)后，將數(shù)據(jù)寄存到寄存器，再和我們所設(shè)置的溫度和煙霧濃度的閾值進(jìn)行比較，進(jìn)而判斷現(xiàn)場是否發(fā)生火災(zāi)。區(qū)別兩次判斷所用的方法就是在存入一次數(shù)據(jù)后，由INT1中斷服務(wù)程序，然后進(jìn)行一次系統(tǒng)延時，第一次延時10ms,第二次延時50ms，然后調(diào)用火災(zāi)判斷子程序。系統(tǒng)煙霧溫度信號采集程序流程圖如圖4-2所示：圖4-2采集程序流程圖4.4LCD1602液晶顯示程序設(shè)計(jì)顯示模塊的程度設(shè)計(jì)流程圖如圖4-3所示：圖4-31602程序流程圖需要注意的是：在定位時，1602在每顯示完一個字符時，會自動跳到下一個位置，無需每一個字符都進(jìn)行定位。

5.總結(jié)與展望5.1總結(jié)本文設(shè)計(jì)了一種基于單片機(jī)AT89C52的火災(zāi)自動報警系統(tǒng)，采用了溫度傳感器DS18B20和煙霧傳感器MQ-2兩種傳感器相結(jié)合的探測方法，相較于單一的傳感器，這樣使系統(tǒng)的靈敏度更高，準(zhǔn)確度更高。系統(tǒng)在采集信號時采用兩次采集，兩次判斷的方法，降低了誤報率。在系統(tǒng)的程序設(shè)計(jì)方面，采用的是模塊化程序設(shè)計(jì)方法，使程序結(jié)構(gòu)比較清晰，易于理解、調(diào)試和修改，使系統(tǒng)復(fù)雜性降低。當(dāng)然，本設(shè)計(jì)也有很大