基于單片機的火災報警器設計

1、.課程設計設計題目：基于單片機的火災報警器設計3 / 42課程設計任務書專業(yè)：電子信息工程 學號:4091426 同學（簽名）：設計題目：基于單片機的火災報警器設計一、設計試驗條件微機試驗室二、設計任務與要求1. 依據(jù)題目要求進行資料收集與監(jiān)測方案設計；2. 主要功能要求：（1）實時檢測至多 8 個監(jiān)測點的環(huán)境溫度、煙霧濃度等因素變化，以推斷是否消滅火警；（2）判定某監(jiān)控點消滅火警時進行聲光報警，并顯示此監(jiān)控點編號；（3）能手動報警和取消報警；（4）能手動進行系統(tǒng)檢測；（5）監(jiān)控點數(shù)目可以通過鍵盤設置。3. 撰寫課程設計說明書；三、設計報告的容1. 設計題目與設計任務（設計任務書）2. 前言（

2、緒論）(設計的目的、意義等)3. 設計主體（各部分設計容、分析、結論等）4. 完畢語（設計的收獲、體會等）5. 參考資料四、設計時間與支配1、設計時間：2 周2、設計時間支配：生疏試驗設備、收集資料： 2 天設計圖紙、試驗、計算、程序編寫調(diào)試： 9 天編寫課程設計報告：2 天答辯：1 天目錄1 緒論 11.1 課題爭辯的背景和意義 11.2 國外的爭辯現(xiàn)狀 51.3 本文容的結構支配 32 火災報警系統(tǒng)整體方案設計 42.1 火災產(chǎn)生原理與過程 42.2 系統(tǒng)總體方案設計 62.2.1 系統(tǒng)硬件總體構架 62.2.2 系統(tǒng)軟件總體構架 62.3 系統(tǒng)主要器件的選擇 82.3.1 火災探測器的選

3、擇 82.3.2 單片機的選擇 153 火災自動報警系統(tǒng)硬件設計 163.1 復位電路與晶振電路 163.1.1 晶振電路 163.1.2 復位電路 163.2 傳感器信息采集電路 173.3 聲光報警顯示電路 183.4 系統(tǒng)把握電路 194 火災報警系統(tǒng)程序設計 204.1 軟件開發(fā)環(huán)境 204.2 火災報警系統(tǒng)程序設計 214.2.1 數(shù)據(jù)采集子程序 224.2.2 火災推斷/報警子程序 234.2.3 把握系統(tǒng)子程序 255 總結 26.5.1 總結 265.2 展望 27附錄 1 系統(tǒng)程序 29 附錄 2 系統(tǒng)原理圖 38 參考文獻 39致 401 緒論1.1 課題爭辯的背景和意義在

4、各種災難中，火災是最經(jīng)常、最普遍地威逼公眾平安和社會進展的主要災難之一?；馂氖鞘澜缟习l(fā)生頻率較高的一種災難，幾乎每天都有火災發(fā)生。據(jù)聯(lián)合國“世界火災統(tǒng)計中心(wfsc)2000 統(tǒng)計資料”，全球每年大約發(fā)生火災 600 萬至 700 萬次，全球每年死于火災的人數(shù)約為 65000 至 75000 人。其中，歐美地區(qū)發(fā)生的火災較多，死亡人數(shù)卻相對較少，這與歐美發(fā)達國家的生活水平以與消防技術和設施有關;相比較而言，亞洲地區(qū)發(fā)生火災次數(shù)較少，但死亡人數(shù)較多，這與亞洲經(jīng)濟進展程度不高、消防設施不完善等因素有關。據(jù)統(tǒng)計，我國 70 年月火災年平均損失不到 2.5 億元，80 年月火災年平均損失接近 3.2

5、 億元。進入 90 年月，特別是 1993 年以來，火災造成的直接財產(chǎn)損失上升到年均十幾億元，年均死亡 2000 多人。隨著經(jīng)濟和城市建設的快速進展，城市高層、地下以與大型綜合性建筑日益增多，火災隱患也大大增加，火災發(fā)生的數(shù)量與其造成的損失呈逐年上升趨勢。一旦發(fā)生火災，將對人的生命和財產(chǎn)造成極大的危害1。嚴峻的事實證明，隨著社會和經(jīng)濟的進展，社會財寶日益增加，火災給人類、社會和自然造成的危害圍不斷擴大，它不僅毀壞物質(zhì)財產(chǎn)，造成社會秩序的混亂， 還直接危脅生命平安，給人們的心靈造成極大的損害。殘酷的現(xiàn)實讓人們漸漸生疏到監(jiān)控預警和消防工作的重要性，良好的監(jiān)控系統(tǒng)和與時的報警機制可以大大iv / 4

6、2.降低人員的傷亡，為社會削減不必要的損失2?；馂淖詣訄缶到y(tǒng)(fas)就是為了滿足這一需求而研制出的，并且其自身的技術水平也在隨著人們需求的不斷地提高，在功能、結構、形式等方面不斷地完善?；馂淖詣訄缶到y(tǒng)能快速監(jiān)測火情，可發(fā)覺人們不易發(fā)覺的火災早期特征， 可將火災帶來的生命財產(chǎn)損失降到最低限度?；馂陌l(fā)生的早期，會使得燃燒物質(zhì)分解，析出大量的有毒氣體 co，人們可能在毫無察覺火情的狀況下就發(fā)生了 co 中毒，從而無力逃命，火災自動報警系統(tǒng)可監(jiān)測到 co 濃度的變化，為人們供應co 濃度超標報警信息，通知人們與時疏散3?；馂淖詣訄缶到y(tǒng)可作為城市消防系統(tǒng)的單元，通過城市消防專用網(wǎng)與城市消防報警中

7、心聯(lián)網(wǎng)，與時將報警信息傳遞到消防報警中心，城市消防報警中心會自動查找到火災發(fā)生的位置，并為消防隊員制定消防路線圖，以便消防隊員可以快速抵達火災地點4?；馂淖詣訄缶到y(tǒng)能對火災進行實時監(jiān)測和精確報警，有著防止和削減火災危害、愛護人身平安和財產(chǎn)平安的重要意義，有著很大的經(jīng)濟效益和社會效益。1.2 國外的爭辯現(xiàn)狀依據(jù)現(xiàn)代戰(zhàn)斗的突發(fā)性、立體性和區(qū)域不確定性,使攻防界線模糊,作戰(zhàn)方向多變,戰(zhàn)火災自動報警系統(tǒng)已有百余年的進展歷史，19 世紀 40 年月美國誕生的火災報警裝置標志著火災自動報警系統(tǒng)首次進入人們的視野5。1890 年在英國，感溫式火災探測器研制成功并應用于火災探測系統(tǒng)，標志著火災自動報警系統(tǒng)的

8、進展走上正軌6。此后，隨著世界科技取得了突飛猛進的進步和各種新興技術的消滅和進展，火災監(jiān)測技術也相應快速進展，各種類型的火災探測器相繼問世，并日臻完善，火災自動報警系統(tǒng)也在此基礎上漸漸地蓬勃進展起來，其進展過程可以分為以下幾個階段:第一階段，從 19 世紀 40 年月至 20 世紀 40 年月，火災報警系統(tǒng)處于進展的初級階段，接受的探測器主要是感溫式的探測器，它通過采集溫度信號，然后判定是否超出設定的閡值，從而推斷是否有火災發(fā)生。這一階段，火災報警系統(tǒng)簡潔，僅靠單一的溫度參量進行火災推斷。但是它易受環(huán)境中其他干擾源的影響， 靈敏度低，響應速度慢，無法推斷陰燃火災，也無法滿足智能化火災報警系統(tǒng)的

9、要求。8 / 42其次階段，20 世紀 40 年月末，瑞士物理學家 emst meili 爭辯的離子感煙探測器推出以后，引起了人們對離子感煙探測器的重視，隨后感煙探測器得到廣泛應用，并漸漸占據(jù)了絕大部分市場，迫使感溫式探測器退居其次；到 70 年月末， 光電式感煙探測器在光電技術的基礎上進展起來，并很快得到大力進展，它的使用壽命長，抗干擾力量強，沒有離子感煙探測器的放射性問題。在這一階段，火災報警系統(tǒng)普遍接受多線制布局方式，布線、調(diào)試、系統(tǒng)牢靠性是系統(tǒng)進展的瓶頸。第三階段，20 世紀 80 年月初期，總線型火災報警系統(tǒng)開頭興起，在火災報警領域中邁出了一大步，并得到了較普遍的應用。它使得布線工作

10、量顯著削減， 安裝調(diào)試更加簡潔，更能精確報警定位。但是這一時期的火災報警系統(tǒng)的智能化水平不高，接受有線連接對工程要求高。第四階段，從 20 世紀 80 年月中后期開頭，隨著計算機技術、把握技術、集成電路技術、傳感器技術與智能技術的快速進展，火災自動報警系統(tǒng)步入智能化時代，智能化火災報警系統(tǒng)快速進展起來，各種智能型的火災自動報警系統(tǒng)相繼消滅。模擬量可尋址技術的應用使得火災報警系統(tǒng)的平安性、精準性和智能性有了很大提高，在火災自動報警系統(tǒng)進展史上具有里程碑的意義7。近年來，接受無線通信方式的火災自動報警系統(tǒng)在國外悄然興起。這種系統(tǒng)引入了無線電通信技術，利用無線通信方式代替?zhèn)鹘y(tǒng)的有線通信方式，將大多的

11、電器裝置通過無線連接方式進行信息傳輸與把握，適用于各類建筑和場所。無線火災自動報警系統(tǒng)起初僅用于特別場合，如博物館、名勝古跡等不宜布線的場合， 而且其價格也比較高8。隨著科技進步和元器件成本的降低，無線火災自動報警系統(tǒng)的研發(fā)和生成成本也隨之降低，它在性能和價格上都具有很強的競爭力，其市場潛力已經(jīng)嶄露頭角9。在我國，接受的無線通信方式的火災自動報警系統(tǒng)日益受到重視。由于其具 有安裝簡便、對建筑物無損壞作業(yè)、機敏性好，易于擴展等優(yōu)點，適用于很多場 合，如名勝古跡、體育館、博物館、展覽中心、處于施工階段的建筑物、醫(yī)院等?；馂淖詣訄缶到y(tǒng)的智能性主要表達在火災判決和統(tǒng)籌治理方面，一般分為分散 式、集中

12、式和分布式，分散式系統(tǒng)由非智能型把握器若干智能型探測節(jié)點組成， 由探測節(jié)點完成火災狀態(tài)的推斷;集中式系統(tǒng)由智能型把握器和若干非智能探測節(jié)點構成，探測節(jié)點僅將火災參量傳送給把握器，由把握器智能地推斷火災狀態(tài)； 分布式系統(tǒng)的把握器和探測節(jié)點均為智能型，也是今后火災自動報警系統(tǒng)的進展方向10。1.3 本文容的結構支配基于社會和經(jīng)濟方面的需求，本課題旨在開發(fā)一個能夠?qū)ΡO(jiān)測點實時監(jiān)控、報警的智能火災報警系統(tǒng)。智能型火災報警系統(tǒng)是一個集信號檢測、傳輸、處理、報警于一體的系統(tǒng)。隨著經(jīng)濟和城市建設的快速進展，城市高層、地下建筑以與大型綜合性建筑日益增多，火災隱患也大大增加，火災的數(shù)量與其造成的損失呈逐年上升趨

13、勢，市場上迫切需要一種容量大、牢靠性高、使用簡潔的智能型火災報警把握系統(tǒng)。該火災報警系統(tǒng)是以 at89c52 單片機作為把握中心，承受、處理火災探測器輸出的煙霧濃度信號、溫度信號，并進行聲光報警。本文的結構支配如下：第 1 章：緒論。主要介紹課題的爭辯背景和意義，介紹了火災報警系統(tǒng)的進展狀況。此外，介紹了論文的主要容與章節(jié)支配。第 2 章：介紹了火災探測原理，給出火災自動報警系統(tǒng)的總體設計構架，分別給出硬件和軟件的整體構架，并給出系統(tǒng)設計中的主要器件的選型。第 3 章：火災自動報警系統(tǒng)硬件設計，具體介紹了單片機系統(tǒng)基本電路、傳感器信息采集電路、聲光報警顯示電路與系統(tǒng)把握電路，并給出相應的設計原

14、理圖。第 4 章：火災自動報警系統(tǒng)監(jiān)控程序設計，介紹數(shù)據(jù)采集子程序、火災推斷/ 報警子程序和系統(tǒng)把握子程序等。第 5 章：對本文工作進行總結，并對火災報警器的進展前景進行展望。2 火災報警系統(tǒng)整體方案設計2.1 火災產(chǎn)生原理與過程火災是一種失去人為把握的由燃燒造成的災難，產(chǎn)生火災的基本要素是可燃物、助燃物和點火源?？扇嘉镆詺鈶B(tài)、液態(tài)和固態(tài)三種形態(tài)存在，助燃物通常是空氣中的氧氣。依據(jù)可燃氣體與空氣混合方式不同有兩種燃燒方式，假如在燃燒前，可燃氣就與空氣均勻混和，則稱之為預混燃燒；假如可燃氣體和空氣分別進入燃燒區(qū)邊混合邊燃燒，則稱之為集中燃燒。液體和固體是分散態(tài)物質(zhì)，難與空氣均勻混合，它們?nèi)紵幕?/p>

15、本過程是當從外部獵取肯定的能量時，液體或固體先蒸發(fā)成蒸汽或分解出可燃氣體(如 co、h2等)的分子團、灰燼和未燃燒的物質(zhì)顆粒懸浮在空氣中，稱之為氣溶膠。一般氣溶膠的分子較小(直徑 0.01m)。在產(chǎn)生氣溶膠的同時，產(chǎn)生分子較大(直徑 0.01 一 10m)的液體或固體微粒，稱為煙霧?？扇細怏w與空氣混合，在較強火源作用下產(chǎn)生預混燃燒。著火后，燃燒產(chǎn)生的熱量使液體或固體的表面連續(xù)放出可燃氣體，并形成集中燃燒。同時，發(fā)出含有紅、紫外線的火焰，散發(fā)出大量的熱量11。這些熱量通過可燃物的直接燃燒、熱傳導、熱輻射和熱對流，使火從起火部位向四周集中，導致了火勢的擴大，形成火災。其中的氣溶膠、煙霧、火焰和熱量

16、都稱為火災參量，通過對這些參量的測定便可確定是否存在火災。依據(jù)火災發(fā)生時產(chǎn)生現(xiàn)象的不同，可以將火災分為慢速陰燃、明火和快速進展火焰等。陰燃就是在疏松或顆粒介質(zhì)中形成的緩慢進行的熱解和氧化反應，它能長時間自行維持并傳播，當條件發(fā)生變化時，或者自行熄滅，或者轉化為明火。明火則是火災發(fā)生時燃燒火焰產(chǎn)生的熱量使液體或固體的表面放出可燃氣體，并形成集中燃燒，同時發(fā)出含有紅、紫外線的火焰。快速進展火焰則是火災集中的速度特別快，這種類型的火災一般為空氣中混有大量可燃氣體。通過大量的爭辯說明陰燃是誘發(fā)火災的重要緣由12?？偟膩碚f，一般可燃物在燃燒時表現(xiàn)為以下形式：首先是產(chǎn)生燃燒氣體，然后是煙霧，在氧氣充分的條

17、件下才能達到全部燃燒，產(chǎn)生火焰，發(fā)出可見光和不行見光，并散發(fā)出大量的熱，使環(huán)境溫度上升。起火過程中，起初和陰燃兩個階段所占的時間比較長，雖然產(chǎn)生大量的煙霧，但是環(huán)境溫度不太高，若探測器就應當從今階段開頭進行探測，就可以火災損失把握在最小限度?；鹧嫒紵?，快速集中，產(chǎn)生大量的熱使得環(huán)境溫度上升，假如能將這時能夠探測到有效地溫度值，就可以比較與時地把握火災。起火過程曲線如圖 2.1 所示13。.圖 2.1 起火過程曲線2.2 系統(tǒng)總體方案設計2.2.1 系統(tǒng)硬件總體構架報警系統(tǒng)主要由數(shù)據(jù)采集模塊、單片機把握模塊、聲光報警顯示模塊、系統(tǒng)把握模塊組成。圖 2.2 為火災報警系統(tǒng)的結構框圖。煙霧、溫度傳

18、 感 器 電路單片機系統(tǒng)電路聲、光報警器 顯 示 電路手動把握電路圖 2.2 系統(tǒng)結構框圖單片機是整個報警系統(tǒng)的核心，系統(tǒng)的工作原理是：先通過傳感器 (包括溫感和煙感)將現(xiàn)場溫度、煙霧等非電信號轉化為電信號，再通過外接電路或者芯片置電路將所獵取的電信號轉化為單片機可讀取的信號，傳入單片機。單片機通過程序的把握，對獵取的信號做出推斷，并據(jù)此把握聲、光報警器顯示電路工作。假如發(fā)生火災，系統(tǒng)以聲光的形式報警，并顯示著火點位置信息。本火災自動報警系統(tǒng)具有以下功能： (1)聲、光雙重報警與顯示編號的功能。(2)手動報警與取消報警的功能。(3) 設置并顯示監(jiān)測點個數(shù)功能。9 / 42.(4) 指定檢測點功

19、能。2.2.2 系統(tǒng)軟件總體構架為了便于系統(tǒng)維護和功能擴充，接受了模塊化程序設計方法，系統(tǒng)各個模塊的具體功能都是通過子程序調(diào)用實現(xiàn)的。本系統(tǒng)主要包括數(shù)據(jù)采集子程序、火災推斷、報警子程序與系統(tǒng)把握子程序等，系統(tǒng)程序流程圖如圖 2.3 所示。開頭 初始化19 / 42手動指定某監(jiān)測點檢測推斷手動/自動檢測自動輪番檢測某些監(jiān)測點溫度煙霧信號采集無特別報警推斷特別報警是否取消報警取消報警完畢圖 2.3 程序流程圖2.3 系統(tǒng)主要器件的選擇2.3.1 火災探測器的選擇1）探測器簡介火災探測器是火災報警系統(tǒng)的重要組成部分，直接關系到整個系統(tǒng)的正常運行。當火災發(fā)生時，把火災產(chǎn)生的各種非電量參數(shù)(如煙霧，溫度

20、)變成電量參數(shù)傳送給把握器。其特點是模擬量傳輸，跟隨各種非電量參數(shù)的變化而變化16?；馂奶綔y器依據(jù)火災發(fā)生時所表現(xiàn)出來的物理現(xiàn)象可以分為：氣敏型、感溫型、感煙型、感光型、感聲型五大類。(l)感溫探測器感溫探測器一般分為定溫式和差溫式。單一的感溫探測器靈敏度低、探測速度慢、探測圍小，尤其對陰燃狀況不響應，因此不適用于火災早期的探測，而在設計時往往安裝在不宜安裝感煙探測器的區(qū)域17。(2) 感煙探測器感煙探測器可以分為離子感煙探測器和光電感煙探測器18。感煙探測器具有格外好的早期報警功能，即使在不太好的環(huán)境條件場所也會有比較好的探測效果， 它一般適用于極高的房屋或空心花板或地下室中。感煙探測器適用

21、于火災前期與早期，產(chǎn)生大量的煙和少量的熱，但它不能區(qū)分火災信號與非火災信號，如廚房煙、水蒸氣等，所以誤報率較高。(3) 氣體探測器氣體探測器的主要作用是在發(fā)生可燃氣體泄漏危急時，提示有關人員實行相關措施以愛護現(xiàn)場工作人員、生產(chǎn)設備的平安運轉以與四周環(huán)境。氣體探測器適用于散發(fā)可燃氣體和可燃蒸汽的場所。但由于氣體探測器探測對像 co 易與還原氣體發(fā)生化學反應，因此在有還原氣體的場所可能會發(fā)生誤報警。(4) 圖像探測器圖像火災探測器分為煙霧圖像探測器、火焰圖像探測器、激光圖像感煙探測器等，它們都格外適合于商場大空間建筑。但煙霧圖像火災探測器對不規(guī)章物體或相像圖像可能發(fā)生誤報警;而火焰圖像探測器則對高

22、溫物體或太照耀可能發(fā)生誤報警;激光圖像感煙火災探測器則由于其良好的探測性能，發(fā)生誤報警的概率小，格外適合商場建筑的火災探測19。(5) 紅、紫外火焰探測器火災中能夠輻射出紅外線的不僅僅是火焰，一些高溫物體的表面都能發(fā)出與火焰紅外線頻帶相吻合的紅外線，因此這些并非火災的紅外源就簡潔使單波段紅外火焰探測器產(chǎn)生誤報警20。紫外火焰探測器靈敏度高(ms 級)，反應快，適合在火災時有猛烈的火焰輻射而無陰燃階段且需對火焰做出快速反應的場合，但當環(huán)境中有紫外輻射、高溫物體或有太直射時可能或產(chǎn)生誤報警，因此，紫外火焰探測器不宜用于火焰消滅前有濃煙集中或有直射的地方。煙霧濃度是火災的特性參數(shù)之一，在較大圍的監(jiān)視

23、場所，煙霧探測始終被廣泛使用的火災探測方法?；馂闹袝a(chǎn)生大量的熱，溫度也是火災的另一特性參數(shù)， 和環(huán)境溫度相比火災的溫升是很明顯的，所以溫度也被用來進行火災探測21。然而煙霧探測器在受到外界非火災的干擾信號會產(chǎn)生誤報警，且對于某些黑煙的探測并不敏感。溫度探測器可以很好地補充煙霧探測器造成的漏報，但由于只有在燃燒的后兩個階段才會發(fā)生明顯的變化，報警的響應時間慢。因此依據(jù)以上狀況以與本系統(tǒng)的要求，接受感煙探測器和感溫探測器相結合的多傳感器探測方法22， 可以發(fā)揮各自的優(yōu)勢、彌補不足之處，在火災發(fā)生的早期就能夠更加精確的報警。2） 煙霧探測器本設計的感煙探測器接受的是mq-2氣體傳感器，其特點有：廣

24、泛的探測圍、高靈敏度、快速響應恢復、優(yōu)異的穩(wěn)定性、壽命長、簡潔的驅(qū)動電路等等。mq-2 傳感器可應用于家庭和工廠的氣體泄漏監(jiān)測裝置，適宜于液化氣、丁烷、丙烷、甲烷、酒精、氫氣、煙霧等的探測。mq-2的規(guī)格a標 準工作條件符號參數(shù)名稱技術余件備注ve回路電壓至15 vac o dcvi-,加熱電壓s_ov土0 .2 va c or dcrl負載 電 祖可洞rh加熱電阻31q 士3 q室溫ph加熱功扽女 900m w符號參數(shù)名稱枝術條件備注too使用溫臣-10飛印“cts儲 存溫度-20,c-70 它rh相對： 顯佞小于95%rh2氫氣濃宦21%標準條件l氫氣濃度會影響靈敏妄特性碌小 但 大于 2

25、 %b. 環(huán) 境 條 件。c, 頁敏僅特性符號參數(shù)名稱技術參數(shù)備注rs敏惹體表面電祖3k0 -30ko(l ooopptn 異丁院 1保瀏濃度范匣l oopprn-110000ppm液化氣和丙熾300ppm-5000ppm丁炕沁 00pprm-20000ppm 甲爛初 oppm-5000pprn 氫氣1oopprn-2000pprn 灑梧a(300d/l oool濃度抖率0_6異丁爛標準工作條件溫良： 20.,c 土2t相對濕度， 65士5vc:5.0v士o.l vvh:5.0v士0.l v預熱肘問不少于24小時d. 結構 外形 瀏試皂躋hla-t a向圖 1： 結構 at fl. ii炯結構

26、b部件材料1氣體敏感層二頹化錫2甩極金 (au)3尸譏i屆也極引線鉛 ( pt)4加熱器棵鉛合金 (ni.cr)5向瓷偕二軋化一話6那篡樹l00 甘雙層不肪鋼 (f1, jb316 )？卡環(huán)俄媒銅材 (n- i cu)8基座膠木9計狀仵腳鎖媒鋼材(ni-cu)1a dr“ .b勹3v叩hbr圖 2： 測呈電路m-q-2 氣敏元件打結構和外形姐圖l 所示，結構 aor bl 由微型 al?o3悔姿管、n0 2 敏感層洌星電極和加熱器構成的敏感元件固定在塑料或不銹鋼割成的腔體內(nèi)， 加熱器為氣敏元件供應了必要的i 作條件。封裝好的氣敏元件有6 只針狀管腳， 其中4 個用于信號取出 9 2 個用于供應

27、加熱電流cl a-a 和 b-b 管腳在電路中是短摟的，e. 靈敏反特性曲線。1 ·，|閃2-一匾、門 雪|i“” 巳| 尸 、圖3 給出mq-2型氣敏元件的靈敏度特i工 ii其中：、|、 、 、生、 亡 - .、 戶戶l 勹丐 l溫度： 20t .,_藝 氣、|i相對濕宦:” 65%、。、記”尸沁尸口l飛-1 血 |i尸, 一，氧氣濃度 21%尸一11一仁陀- 暴- u-ch4=j、 霉_ .,氣血、|l、便，屯 1i戶,.- .息.，.尸 蛔rl=5kor$： 元件在不同氣體，不同濃度下的電阻信iico一士u“ 妞pr吁，由 p. 巳伽乓rl”r：o元件在潔凈空氣中的電阻值。0.

28、 i100一_lnrli jl o叨loo”+ 戊 t 0,01(目 3 mq-2 呈氣敏元件的員敏度特性山，代. ” .h 、 義芻t烏上，已、毛重、。- 艾卿1 - 芘卿ro: 20q c , .3j%rh條件下 l ooop pm氫氣中元件電阻心r s: 不同溫庋， 濕庋下， l ooop pm 氫、丘一，云 曼.”= ， ,已匾 20刁d. . 五心 口. .。甲，伽二喊， ree乙己10勾勸4050切氣中元件電阻。心圖4 mq -2型氣敏元件的溫濕度特性靈敏度誚整mq-2型氣敏元件對不同種類、不同濃民的氣體有不同的電阻信。 因此， 在使用此類型氣敏元件時， 貫敏度的調(diào)整是很董要的。

29、我們建議您用looo ppr11垣氣或l oooppm1丁炊校準傳感器(ll ,i.四當精確測魚時5 報芒點的設定應考慮溫濕度的影晌。3） 溫度探測器溫度探測器使用的是 dallas（達拉斯）公司生產(chǎn)的ds18b20 溫度傳感器。超小的體積，超低的硬件開消，抗干擾力量強，精度高，附加功能強，使得 ds18b20更受歡迎。對于我們一般的電子愛好者來說，ds18b20 的優(yōu)勢更是我們學習單片機技術和開發(fā)溫度相關的小產(chǎn)品的不二選擇。ds18b20 的主要特征： 全數(shù)字溫度轉換與輸出。 先進的單總線數(shù)據(jù)通信。 最高 12 位辨別率，精度可達土 0.5 攝氏度。12 位辨別率時的最大工作周期為 750

30、毫秒。 可選擇寄生工作方式。 檢測溫度圍為55°c +125°c (67°f +257°f) 置 eeprom，限溫報警功能。64 位光刻 rom，置產(chǎn)品序列號，便利多機掛接。 多樣封裝形式，適應不同硬件系統(tǒng)。ds18b20 芯片封裝結構：ds18b20 引腳功能：·gnd 電壓地·dq 單數(shù)據(jù)總線·vdd 電源電壓·nc 空引腳ds18b20 工作原理與應用：ds18b20 的溫度檢測與數(shù)字數(shù)據(jù)輸出全集成于一個芯片之上，從而抗干擾力更強。其一個工作周期可分為兩個部分，即溫度檢測和數(shù)據(jù)處理。在講解其工作流程之前我們

31、有必要了解 18b20 的部存儲器資源。18b20 共有三種形態(tài)的存儲器資源，它們分別是：rom 只讀存儲器，用于存放 ds18b20id 編碼，其前 8 位是單線系列編碼（ds18b20 的編碼是 19h），后面 48 位是芯片唯一的序列號，最終 8 位是以上 56的位的 crc 碼（冗余校驗）。數(shù)據(jù)在出產(chǎn)時設置不由用戶更改。ds18b20 共 64 位rom。ram 數(shù)據(jù)暫存器，用于部計算和數(shù)據(jù)存取，數(shù)據(jù)在掉電后丟失，ds18b20 共 9 個字節(jié) ram，每個字節(jié)為8 位。第 1、2 個字節(jié)是溫度轉換后的數(shù)據(jù)值信息，第3、4 個字節(jié)是用戶 eeprom（常用于溫度報警值儲存）的鏡像。在上

32、電復位時其值將被刷新。第5 個字節(jié)則是用戶第 3 個 eeprom 的鏡像。第 6、7、8 個字節(jié)為計數(shù)寄存器，是為了讓用戶得到更高的溫度辨別率而設計的，同樣也是部溫度轉換、計算的暫存單元。第 9 個字節(jié)為前 8 個字節(jié)的 crc 碼。eeprom 非易失性記憶體，用于存放長期需要保存的數(shù)據(jù)，上下限溫度報警值和校驗數(shù)據(jù)， ds18b20 共 3 位eeprom，并在 ram 都存在鏡像，以便利用戶操作。把握器對 18b20 操作流程：1，復位：首先我們必需對 ds18b20 芯片進行復位，復位就是由把握器（單片機）給 ds18b20 單總線至少 480us 的低電平信號。當 18b20 接到此

33、復位信號后則會在 1560us 后回發(fā)一個芯片的存在脈沖。2，存在脈沖：在復位電平完畢之后，把握器應當將數(shù)據(jù)單總線拉高，以便于在 1560us 后接收存在脈沖，存在脈沖為一個 60240us 的低電平信號。至此，通信雙方已經(jīng)達成了基本的協(xié)議，接下來將會是把握器與 18b20 間的數(shù)據(jù)通信。假如復位低電平的時間不足或是單總線的電路斷路都不會接到存在脈沖，在設計時要留意意外狀況的處理。3，把握器發(fā)送rom 指令：雙方打完了招呼之后最要將進行溝通了，rom 指令共有 5 條，每一個工作周期只能發(fā)一條，rom 指令分別是讀 rom 數(shù)據(jù)、指定匹配芯片、跳動rom、芯片搜尋、報警芯片搜尋。rom 指令為

34、 8 位長度，功能是對片的64 位光刻 rom 進行操作。其主要目的是為了辨別一條總線上掛接的多個器件并作處理。誠然，單總線上可以同時掛接多個器件，并通過每個器件上所獨有的 id 號來區(qū)分，一般只掛接單個 18b20 芯片時可以跳過 rom 指令（留意：此處指的跳過 rom 指令并非不發(fā)送 rom 指令，而是用特有的一條“跳過指令”）。 4，把握器發(fā)送存儲器操作指令：在 rom 指令發(fā)送給 18b20 之后，緊接著（不間斷）就是發(fā)送存儲器操作指令了。操作指令同樣為 8 位，共 6 條，存儲器操作指令分別是寫 ram 數(shù)據(jù)、讀ram 數(shù)據(jù)、將ram 數(shù)據(jù)復制到 eeprom、溫度轉換、將eepr

35、om 中的報警值復制到 ram、工作方式切換。存儲器操作指令的功能是命令18b20 作什么樣的工作，是芯片把握的關鍵。5，執(zhí)行或數(shù)據(jù)讀寫：一個存儲器操作指令完畢后則將進行指令執(zhí)行或數(shù)據(jù)的讀寫，這個操作要視存儲器操作指令而定。如執(zhí)行溫度轉換指令則把握器（單片機）必需等待 18b20 執(zhí)行其指令，一般轉換時間為 500us。如執(zhí)行數(shù)據(jù)讀寫指令則需要嚴格遵循 18b20 的讀寫時序來操作。數(shù)據(jù)的讀寫方法將有下文有具體介紹。若要讀出當前的溫度數(shù)據(jù)我們需要執(zhí)行兩次工作周期，第一個周期為復位、跳過 rom 指令、執(zhí)行溫度轉換存儲器操作指令、等待 500us 溫度轉換時間。緊接著執(zhí)行其次個周期為復位、跳過

36、rom 指令、執(zhí)行讀 ram 的存儲器操作指令、讀數(shù)據(jù)（最多為9 個字節(jié)，中途可停止，只讀簡潔溫度值則讀前2 個字節(jié)即可）。其它的操作流程也小異，在此不多介紹。2.3.2 單片機的選擇本設計的把握芯片使用的是 atmel 公司生產(chǎn)的低電壓，高性能 cmos 8 位單片機at89c52其片含8k bytes的可反復擦寫的只讀程序存儲器（perom）和256 bytes的隨機存取數(shù)據(jù)存儲器（ram），器件接受 atmel 公司的高密度、非易失性存儲技術生產(chǎn)，與標準mcs-51 指令系統(tǒng)與 8052 產(chǎn)品引腳兼容，片置通用 8 位中心處理器（cpu ）和 flash 由存儲單元，功能強大的 at89

37、c52 單片適用于很多較為簡單把握應用場合。at89c52 供應以下標準功能：8 字節(jié) flash 閃速存儲器，256 字竹部 ram , 32 個 i/o 口線，3 個 16 位定時計數(shù)器，一個 6 向量兩級中斷結構，一個全雙工串行通信口，片振蕩器與時鐘電路。同時，at89c52 可降至 ohz 的靜態(tài)規(guī)律操作， 并支持兩種軟件可選的節(jié)電上作模式?？臻e方式停止 cpu 的工作，但允許 ram， 定時計數(shù)器串行通信口與中斷系統(tǒng)連續(xù)工作。掉電方式保存ram 中的容，但振蕩器停止工作并禁止其它全部部件工作直到下一個硬件復位.3 火災自動報警系統(tǒng)硬件設計3.1 單片機系統(tǒng)基本電路3.1.1 晶振電路

38、晶振電路為單片機 at89c52 工作供應時鐘信號，芯片中有一個用于構成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。這個放大器與作為反饋元件的片外石英晶體或瓷諧振蕩器一起構成自激振蕩器。電路中的外接石英晶體與電容 c1、c2 接在放大器的反饋回路中構成并聯(lián)振蕩電路，系統(tǒng)的晶振電路如圖 3.1 所示。由于外接電容 c1、c2 的容量大小會稍微影響振蕩頻率的凹凸、振蕩器工作的穩(wěn)定性、起振的難易程度與溫度穩(wěn)定性，假如使用石英晶體，電容的容量大小圍為 30 pf ±10 pf ；假如使用瓷諧振，則電容容量大小為40 pf ±10 p

39、f 。本設計中使用石英晶體，電容的容值設定為 30pf。3.1.2 復位電路復位電路的基本功能是：系統(tǒng)上電時供應復位信號，直至系統(tǒng)電源穩(wěn)定后， 撤銷復位信號。為牢靠起見，電源穩(wěn)定后還要經(jīng)肯定的延時才撤銷復位信號，以防電源開關或電源插頭分合過程中引起的抖動而影響復位。單片機在啟動時都需要復位，以使 cpu 與系統(tǒng)各部件處于確定的初始狀態(tài)，并從初態(tài)開頭工作。at89c52 的復位信號是從 rst 引腳輸入到芯片的施密特觸發(fā)器中的。當系統(tǒng)處于正常工作狀態(tài)時，且振蕩器穩(wěn)定后，假如 rest 引腳上有一個高電平并維持 2 個機器周期(24 個振蕩周期)以上，則 cpu 就可以響應并將系統(tǒng)復位。單片機系統(tǒng)

40、的復位方式有： 手動按鈕復位和上電復位，本設計接受的是手動按鈕復位。手動按鈕復位需要人為在復位輸入端rst 上加入高電平,接受的方法是在rst 端和正電源 vcc 之間接一個按鈕。當人為按下按鈕時，則 vcc 的+5v 電平就會直接加到 rst 端，系統(tǒng)復位。由于人的動作再快也會使按鈕保持接通達數(shù)十毫秒， 所以，設計完全能夠滿足復位的時間要求。復位電路中 rest 為手動復位開關，電容 c3 可避開高頻諧波對電路的干擾。at89c52 的復位電路如圖 3.3 所示。.圖 3.1 晶振電路與復位電路3.2 傳感器信息采集電路mq-2 氣敏元件的對不同種類、不同濃度的氣體有不同的電阻值，靈敏度的調(diào)

41、整是很重要的。煙霧傳感器的外部電路設計圖如圖 3.2。圖 3.2 mq-2 外圍電路ds18b20 接受單數(shù)據(jù)總線傳送數(shù)據(jù)，即一個器件只占用一個 at89c52 芯片的io 引腳，本系統(tǒng)要最多檢測 8 個位置，因此設計將 at89c52 的 p2 口由于溫度采集。此設計圖中，撥碼開關 sw1 即模擬的是 8 個煙霧傳感器經(jīng)過外部電路處理后20 / 42.傳回來的電信號。圖 3.3 數(shù)據(jù)采集電路3.3 聲光報警顯示電路聲光報警顯示電路在 at89c52 的把握下，可在外部環(huán)境特別時蜂鳴器發(fā)出警報聲，紅色 led 燈點亮，紅色數(shù)碼管其位置信息。at89c52 的 p0 口加入了大小為 10k 歐姆

42、的上拉電阻，因 p0 口是地址數(shù)據(jù)復用口線，與其它口線不一樣。所以，當 p0 作一般 io 時，必需用上拉電阻將其電平拉高，上拉電阻不起限流作用。以便利操作，選用了直流電壓把握型的蜂鳴器、紅色發(fā)光二級管以與紅色 7 段數(shù)碼管作為聲光報警顯示設備。為了簡化電路節(jié)約單片機的管腳，接受了74ls47 芯片為數(shù)碼管編碼，使得原來要占用的 7 個單片機管腳變?yōu)橹徽加?4 個?？紤]到之后的檢測點數(shù)目的顯示也要用 7 段數(shù)碼管（本設計接受藍色數(shù)碼管），因此接受了兩個 74hc573 芯片作為鎖存器，分別于兩個數(shù)碼管連接，使得單片機只需要把握之前的 4 個管腳和這兩鎖21 / 42.存器的兩個使能管腳便能把握

43、兩個數(shù)碼管的顯示。至此 p0 口的 8 個管腳用掉了 6 個，剩余的兩個管腳分別連接蜂鳴器電路和紅色 led 電路即可完成此部分的設計。圖 3.4 聲光報警電路3.4 系統(tǒng)把握電路系統(tǒng)把握電路包含了 10 個按鍵和一個藍色數(shù)碼管，18 號按鍵分別對應著 18號檢測位置，9 號按鍵對應系統(tǒng)中的取消報警鍵，10 號按鍵對應系統(tǒng)中的設置檢測點數(shù)目功能鍵，藍色數(shù)碼管則實時地顯示當前監(jiān)測點的個數(shù)，便利用戶調(diào)整。藍色數(shù)碼管的電路已在 3.3 中表達。出于節(jié)約單片機管腳的考慮，10 個按鍵被連接在兩個 8-3 編碼器上。這樣使得被來要占用的 10 個單片機管腳變?yōu)?5 個。同時為了提高程序運行的效率，本設計

44、將兩個 8-3 編碼器 gs 輸出端通過一個 與門（74ls08）連接到單片機的外部中斷 0 口，這樣把中斷與管腳掃描結合一體， 使得程序運行效率有了大大提高。22 / 42.圖 3.5 系統(tǒng)把握電路4 火災報警系統(tǒng)程序設計4.1 軟件開發(fā)環(huán)境本系統(tǒng)摒棄了傳統(tǒng)的匯編語言而接受 c 語言進行程序設計。由于 c 語言的描述由函數(shù)組成，是一種結構化的程序設計語言，所以更簡潔實現(xiàn)模塊化，而且具有可讀性好，易于移植等優(yōu)點，同時還有匯編語言一樣的位操作功能的硬件具體23 / 42.把握指令29。 數(shù)據(jù)結構方面，可以使用結構體和數(shù)組，能夠處理簡單的數(shù)據(jù)，可用于實時處理系統(tǒng)。本系統(tǒng)的軟件編程使用的是美國 ke

45、il software 公司出品的 keil c51，是 51 系列兼容單片機 c 語言軟件開發(fā)系統(tǒng)。 keil c51 軟件供應豐富的庫函數(shù)和功能強大的集成開發(fā)調(diào)試工具，全 windows 界面。另外重要的一點，keil c51 生成的目標代碼效率格外之高，多數(shù)語句生成的匯編代碼很緊湊，簡潔理解。在開發(fā)大型軟件時更能 表達高級語言的優(yōu)勢。c52 工具包的整體結構中，vision 與 ishell 分別是 c52for windows 和 for dos 的集成開發(fā)環(huán)境(ide)，可以完成編輯、編譯、連接、調(diào)試、仿真等整個開發(fā)流程。開發(fā)人員可用 ide 本身或其它編輯器編輯 c 或匯編源文件。

46、4.2 火災報警系統(tǒng)程序設計本系統(tǒng)主要包括數(shù)據(jù)采集子程序、火災推斷/報警子程序與系統(tǒng)把握子程序等來實現(xiàn)設計任務的要求。主要功能要求：（1）實時檢測至多 8 個監(jiān)測點的環(huán)境溫度、煙霧濃度等因素變化，以推斷是否消滅火警；（2）判定某監(jiān)控點消滅火警時進行聲光報警，并顯示此監(jiān)控點編號；（3）能手動報警和取消報警；（4）能手動進行系統(tǒng)檢測；（5）監(jiān)控點數(shù)目可以通過鍵盤設置。程序流程圖：開頭24 / 42.初始化手動指定某監(jiān)測點檢測推斷手動/自動檢測自動輪番檢測某些監(jiān)測點溫度煙霧信號采集無特別報警推斷特別報警是否取消報警取消報警完畢圖 2.3 程序流程圖4.2.1 數(shù)據(jù)采集子程序?qū)τ跓熿F信息，依據(jù)電路設計

47、可知，mq-2 煙霧傳感器電路傳回單片機 p1 口的是凹凸電頻的信號。高電頻意味著沒有消滅特別，低電頻意味著煙霧指數(shù)消滅特別。因此，對煙霧狀況的檢測實則對 p1 口相應管腳上凹凸電頻的檢測。在讀取的同時也實現(xiàn)了推斷功能，因此也是把報警功能和取消報警功能跟煙霧數(shù)據(jù)采集結合于一體的緣由。對于溫度信息，由于 ds18b20 是單總線傳輸數(shù)據(jù)的器件，只需依據(jù)該器件的單總線特性設計程序。每采集一次溫度信息的流程為：器件復位跳過rom 命令，執(zhí)行溫度轉化命令并等待完成器件復位25 / 42跳過 rom命令，設置讀模式讀取溫度， 并轉換為所需的值.溫度采集子函數(shù)：unsigned int temperatu

48、re(unsigned char q)unsigned char temp1,temp2; unsigned int temp; rst18b20(q);write18b20(q,0xcc); write18b20(q,0x44);rst18b20(q);write18b20(q,0xcc); write18b20(q,0xbe);temp1=read18b20(q);/低 8 位temp2=read18b20(q);/高 8 位temp=temp2; temp<<=8; temp+=temp1;temp=(unsigned int)(temp*0.625);/保留一位小數(shù)retu

49、rn temp;此函數(shù)中的參數(shù)值的是監(jiān)測點對應的位置。由于電路連接對應的是單片機的p3 口，所以該函數(shù)要借助關心子函數(shù) unsigned char getq（unsigned char i） 來將 18 轉化為 p2 口的 p20p27 管腳即： 0x01,0x02,0x04,0x10,0x20,0x40,0x80.以支持單總線操作。所以假如要檢測第 8 號監(jiān)測點，則本函數(shù)的調(diào)用應當是：tmpt=temperature(getq(8)。4.2.2 火災推斷/報警子程序依據(jù)任務要求，火災推斷報警子程序要實現(xiàn)兩個功能： 1.對采集到的溫度、煙霧濃度值進行推斷，觸發(fā)報警；2.對取消報警按鍵的讀取，當

50、報警產(chǎn)生時假如被按下，則取消當前的報警，假如再次被按下，則恢復報警功能。煙霧檢測與溫度、煙霧報警推斷子函數(shù)： void checkfun(unsigned char i)unsigned char temp=0x01; temp<<=(i-1); dense=0xff;delaynms(1); tmpt=temperature(getq(i);if(dense&temp)=0)/check dense while(cancel%2)=0)&&(dense&temp)=0)26 / 42.led=0; buzz=0; seg7(i,2);else if

51、(tmpt>stdt)/check temperature while(cancel%2)=0)&&(tmpt>stdt)tmpt=temperature(getq(i); led=0;buzz=0; seg7(i,2);led=1; buzz=1; seg7(0,2);此函數(shù)中的參數(shù)則指的是檢測點的位置。此函數(shù)中包含了溫度采集子函unsigned int temperature(unsigned char q)和數(shù)碼管顯示子函數(shù)。數(shù)碼管顯示子函數(shù)：void seg7(unsigned char value,unsigned char lock) if(value%

52、2=1) aa=1;else aa=0; value/=2;if(value%2=1) bb=1; else bb=0;value/=2; if(value%2=1) cc=1; else cc=0;value/=2; if(value%2=1) dd=1; else dd=0;if(lock=1)/total number lock1=1;delaynms(20); lock1=0; delaynms(20); lock2=0;else if(lock=2)/fire number lock2=1;delaynms(20); lock2=0; delaynms(20); lock1=0;28 / 42依據(jù)數(shù)碼管顯示部分的電路設計可知，兩