智能火災(zāi)檢測

PAGEPAGE16PAGEPAGE17前言火災(zāi)的發(fā)生是目前為止最不可控的災(zāi)害之一。由于物體燃燒所引發(fā)的災(zāi)害稱為火災(zāi)。無法對它進(jìn)行控制，但它對人們的財產(chǎn)安全和自身安全都造成了巨大威脅。因此我們始終沒有停止對火災(zāi)的研究。一直以來，火災(zāi)都是各個地區(qū)最具有破壞性的災(zāi)害之一。但是伴隨著社會經(jīng)濟(jì)的進(jìn)步，人們的需求也越來越高，越來越多的家用電器也相繼走入了我們的生活，各類交通工具的碳排放量也急劇能加，經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展確實(shí)豐富了我們的生活，方便了我們出行的同時火災(zāi)隱患也逐漸加大，火災(zāi)發(fā)生頻率也在逐年增高。 因此為了減輕火災(zāi)事故的發(fā)生，人們一直以來都在對它進(jìn)行深究。怎樣才能避免或者將損失降至到最低。所以人們也一直在采取一些手段和措施來降低火災(zāi)的發(fā)生。但直到今天為止，人們還不能從根本上解決火災(zāi)發(fā)生問題?；馂?zāi)發(fā)生后，人們對火災(zāi)現(xiàn)場都采取了很多措施，也算有不錯的功效，但還是不夠完善。事到如今還沒有任何一種措施或方法可以避免火災(zāi)的發(fā)生，現(xiàn)在只能靠一些措施來降低火災(zāi)發(fā)生率。火災(zāi)的發(fā)生勢必會對我們自身安全和財產(chǎn)安全造成一定威脅，也會給給國家?guī)順O大損失。因此，我們不得不對火災(zāi)這種天災(zāi)加強(qiáng)防范意識。如今，隨著火災(zāi)的頻頻發(fā)生，人們在應(yīng)對火災(zāi)現(xiàn)場時，也開始變得相對冷靜，處事不驚，對火災(zāi)防范意識也在不斷進(jìn)步，也學(xué)會很多科學(xué)滅火方法和技巧。說明我們?nèi)祟愒诮?jīng)歷困難的同時也在不斷成長。為了應(yīng)對火災(zāi)，我們只能提前做好預(yù)防準(zhǔn)備。只有提前預(yù)防才會最大可能性的來減輕火災(zāi)發(fā)生所帶來的巨大損失。所以針對以上情況，我設(shè)計了這款智能火災(zāi)檢測與報警系統(tǒng)，該設(shè)計通過對火災(zāi)現(xiàn)場進(jìn)行檢測并對系統(tǒng)發(fā)出警報信號，使人們提前預(yù)警，盡最大可能性的來減輕火災(zāi)帶來的巨大損失。一般發(fā)生火災(zāi)時溫度就會發(fā)生變化、煙霧濃度也會變化，系統(tǒng)會通過檢測并且將該信號輸出給系統(tǒng)來說明該環(huán)境是否有火災(zāi)發(fā)生。該設(shè)計主要檢測在環(huán)境中的溫度值和室內(nèi)煙霧濃度值，然后利用單片機(jī)STC89C51系統(tǒng)來驅(qū)動負(fù)載，然后通過顯示模塊顯示出該環(huán)境溫度值和室內(nèi)煙霧濃度值，一旦檢測出室內(nèi)溫度值與煙霧濃度值超過預(yù)設(shè)值，系統(tǒng)便發(fā)出報警信號對人們作出警示，則說明該環(huán)境有火災(zāi)發(fā)生，人們就能第一時間了解火情并對現(xiàn)場采取措施，從而控制火情的蔓延。本設(shè)計系統(tǒng)采用的是單片機(jī)處理器，性價比較高并且成本低廉。該設(shè)計還具有功耗低且可靠性高的特點(diǎn)。因此這款智能火災(zāi)檢測與報警系統(tǒng)可運(yùn)用在家庭、工廠、醫(yī)院等場所，并可以有效地降低該區(qū)域火災(zāi)的發(fā)生，可以有效降低火災(zāi)發(fā)生率高這一難題。本設(shè)計也解決了我們傳統(tǒng)滅火器所存在的問題，傳統(tǒng)滅火器太過于笨重，使用也極不方便并且只有當(dāng)人們用肉眼看到發(fā)生火災(zāi)時，傳統(tǒng)滅火器才會發(fā)揮其價值，實(shí)用性很低。本設(shè)計有效的彌補(bǔ)了傳統(tǒng)滅火器的不足。極大的提高了智能火災(zāi)檢測與報警系統(tǒng)的性能和實(shí)用性，更能促進(jìn)市場競爭力。1緒論1.1課題研究背景由于物體燃燒所引發(fā)的災(zāi)害稱為火災(zāi)。并且無法對它進(jìn)行控制，但火災(zāi)的發(fā)生卻對人們的財產(chǎn)安全和自身安全都造成了巨大威脅。因此我們?nèi)祟愂冀K沒有停止對火災(zāi)的研究。 一直以來，火災(zāi)都是各個地區(qū)最具有破壞性的災(zāi)害之一。但是隨著社會經(jīng)濟(jì)的進(jìn)步，人類的需求量和生活質(zhì)量的不斷提高，更多種類的家用電器也相繼融入了我們的生活，各類交通工具的碳排放量也急劇能加，經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展確實(shí)豐富了我們的生活，方便了我們出行的同時，火災(zāi)隱患也逐漸加大，火災(zāi)發(fā)生頻率也在逐年增高。 因此為了減輕火災(zāi)事故的發(fā)生，人們一直以來都在對它進(jìn)行深究。怎樣才能避免或者將損失降至到最低。所以人們也一直在采取一些手段和措施來降低火災(zāi)的發(fā)生率。但直到今天為止，火災(zāi)發(fā)生后，人們對火災(zāi)現(xiàn)場采取了很多措施，也算有不錯的功效，但還是不夠完善。火災(zāi)的發(fā)生勢必會對我們自身安全和財產(chǎn)安全造成一定威脅，也會給國家?guī)順O大損失。隨著火災(zāi)的頻頻發(fā)生，人們在應(yīng)對火災(zāi)現(xiàn)場對現(xiàn)場的本領(lǐng)也在不斷進(jìn)步。 一般發(fā)生火災(zāi)時溫度就會發(fā)生變化，煙霧濃度變化通過信號傳遞來說明該環(huán)境有火災(zāi)發(fā)生。所以針對以上情況，我設(shè)計了這款智能火災(zāi)檢測與報警系統(tǒng)，通過對火災(zāi)現(xiàn)場檢測并對系統(tǒng)發(fā)出警報信號，使人們提前預(yù)警，盡最大可能性的來減輕火災(zāi)帶來的巨大損失。1.2課題研究目的與意義如今，隨著社會經(jīng)濟(jì)的快速提升，人類的需求量和生活質(zhì)量也在不斷提高高，各種各樣的家用電器也相繼融入了我們的家庭當(dāng)中，家庭的用電量、各類交通工具的碳排放量也急劇能加，經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展確實(shí)豐富了我們的生活。但家庭發(fā)生火災(zāi)的現(xiàn)象也急劇增加，如果沒有及時對火災(zāi)現(xiàn)場及時制止，最終可能會威脅到我們的財產(chǎn)安全和生命安全。 國家有效數(shù)據(jù)顯示，在我國，家庭發(fā)生火災(zāi)比例至少占全國比例的30％。所以家庭火災(zāi)的預(yù)防也是當(dāng)下急需解決的重要問題。隨著我們社會經(jīng)濟(jì)水平的提升，對生活需求度的提高，對環(huán)境的破壞也在加深，火災(zāi)發(fā)生率也相對增加。但人們在面對火災(zāi)時，卻不懂得滅火方法，沒有對火災(zāi)現(xiàn)場初期進(jìn)行撲救。只是慌張，盲目的逃離現(xiàn)場，也沒有及時報警第一時間控制現(xiàn)場，從而導(dǎo)致火情進(jìn)一步加深。因此，我們需要了解火災(zāi)發(fā)生的起因，做好提前預(yù)防火災(zāi)的準(zhǔn)備，在面對火災(zāi)時了解一些簡單的滅火方法，在保證自身安全的情況下第一時間控制現(xiàn)場。這就是設(shè)計智能火災(zāi)檢測與報警系統(tǒng)的目的。 一些火災(zāi)的發(fā)生其實(shí)是可以避免的。我們平時應(yīng)該對火災(zāi)加強(qiáng)防范意識，一系列火災(zāi)的發(fā)生都是因?yàn)槲覀儧]有意識到火災(zāi)已經(jīng)發(fā)生了，或者當(dāng)我們發(fā)現(xiàn)火災(zāi)發(fā)生時卻為時已晚，從而造成了巨大損失，甚至威脅到生命。所以這時候我們設(shè)計的這款智能火災(zāi)檢測與報警系統(tǒng)就發(fā)揮出了它的作用，一旦發(fā)生火災(zāi)時，他就可以第一時間監(jiān)測到并發(fā)出警報，讓我們第一時間制止火情。這就是智能火災(zāi)檢測與報警系統(tǒng)研發(fā)的重要意義。1.3國內(nèi)外發(fā)展與現(xiàn)狀智能火災(zāi)檢測與報警系統(tǒng)在國外某些發(fā)達(dá)國家早已經(jīng)開始廣泛應(yīng)用，例如美國、日本、以及歐洲部分發(fā)達(dá)國家等等。美國早在19世紀(jì)50年代就已經(jīng)研制出了火災(zāi)報警系統(tǒng)，也是世界上最先研發(fā)并掌握這門技術(shù)的國家。隨后日本和歐洲國家也開始了對火災(zāi)檢測與報警系統(tǒng)的研究，并將該設(shè)計運(yùn)用到了公共場所檢測系統(tǒng)當(dāng)中，用來勘測公共場所火災(zāi)發(fā)生情況。一旦檢測有火災(zāi)發(fā)生立即發(fā)出報警信號，消防部門會立即趕往火災(zāi)發(fā)生現(xiàn)場進(jìn)行撲救，有效地避免了火災(zāi)的蔓延。公共場所是人流量較大的場所，一旦發(fā)生火災(zāi)，后果將不可想象。因此這項(xiàng)設(shè)計的研發(fā)與應(yīng)用為人們的安全提供了安全保障。智能火災(zāi)檢測與報警系統(tǒng)在我們國家發(fā)展起來的相對較晚，比這些發(fā)達(dá)國家晚了甚至幾十年，從20世紀(jì)70年代末，我們國家才開始對火災(zāi)報警系統(tǒng)進(jìn)行研發(fā)。但在前期我們一直處于摸索階段，進(jìn)展的也比較慢。直到80年代以后，我們國家的研發(fā)技術(shù)大多也都是在國外引進(jìn)的，國內(nèi)自身技術(shù)還是相對落后。但是到了90年代后期，我們國家的研制技術(shù)得到了快速發(fā)展，我們也有了自己的研發(fā)體系，并且在該領(lǐng)域取得了很好的成就。如今，隨著我們國家對技術(shù)的不斷研究，深入探索。在該領(lǐng)域的研制技術(shù)也在不斷進(jìn)步，甚至在某些技術(shù)方面水準(zhǔn)已經(jīng)接近或趕超某些發(fā)達(dá)國家。我們也逐漸打開市場，和其他國家也有了在技術(shù)上的一些合作。如今，我們國家在研究火災(zāi)報警系統(tǒng)方面也在不斷走向成熟。1.4課題研究內(nèi)容本設(shè)計研究的智能火災(zāi)檢測與報警系統(tǒng)主要是對可能發(fā)生火災(zāi)的區(qū)域進(jìn)行火情檢測。系統(tǒng)對環(huán)境中的溫度值和室內(nèi)煙霧濃度值進(jìn)行檢測，然后通過單片機(jī)STC89C51系統(tǒng)來驅(qū)動負(fù)載，通過顯示模塊將室內(nèi)煙霧濃度值和該環(huán)境的溫度值實(shí)時顯示在液晶顯示器上使人們可以一目了然的了解該環(huán)境火災(zāi)發(fā)生情況。系統(tǒng)一旦檢測出室內(nèi)溫度和煙霧濃度超過預(yù)設(shè)值，蜂鳴器就會通過聲響發(fā)出報警信號，發(fā)光二極管發(fā)出燈光報警信號，則說明該環(huán)境有火災(zāi)發(fā)生，人們就可以通過本設(shè)計來了解該區(qū)域火災(zāi)發(fā)生情況。本設(shè)計內(nèi)容主要包括：（1）硬件部分：其中硬件部分由傳感器電路、模塊轉(zhuǎn)換電路、顯示模塊電路、繼電器模塊、溫度采集模塊及報警驅(qū)動電路構(gòu)成。（2）軟件部分：其中軟件部分包括該系統(tǒng)的流程圖、系統(tǒng)總電路仿真原理圖及程序編譯展示。（3）系統(tǒng)調(diào)試與分析：對系統(tǒng)進(jìn)行檢驗(yàn)，通過分析檢測系統(tǒng)中可能存在的問題，從而進(jìn)行調(diào)整，為提高系統(tǒng)的實(shí)用性和準(zhǔn)確性。（4）系統(tǒng)調(diào)試與改善：當(dāng)我們上述工作完成后，就必須通過調(diào)試找出系統(tǒng)中的不足并加以改善，從而提高系統(tǒng)的可靠性。

2系統(tǒng)的總體方案設(shè)計本設(shè)計主要實(shí)現(xiàn)的功能是對可能發(fā)生火災(zāi)的區(qū)域進(jìn)行實(shí)時檢測。一旦有火災(zāi)發(fā)生時系統(tǒng)會自動對該環(huán)境進(jìn)行檢測并發(fā)出報警信號提示人們。下面是我們分別對該設(shè)計技術(shù)要求以及功能要求做出的大體方案設(shè)計。2.1系統(tǒng)的功能要求本設(shè)計研究主要功能包括：（1）檢測火情功能：智能火災(zāi)檢測系統(tǒng)要對該環(huán)境進(jìn)行檢測時，為了提高火災(zāi)報警的準(zhǔn)確性和及時性，那么就要分別對環(huán)境的溫度檢測和室內(nèi)煙霧濃度進(jìn)行檢測，人們可以根據(jù)環(huán)境的不同進(jìn)行檢測來了解該環(huán)境的火情。（2）報警功能：當(dāng)室內(nèi)溫度過高時，系統(tǒng)就會進(jìn)行紅燈報警蜂鳴器報警。當(dāng)煙霧濃度超過報警值時，系統(tǒng)啟動進(jìn)行黃燈報警蜂鳴器報警。當(dāng)室內(nèi)溫度過高并且煙霧濃度過大，即表明室內(nèi)發(fā)生火災(zāi)，系統(tǒng)自動發(fā)起燈光與聲音報警信號并自行開啟撲救措施。（3）自動滅火功能：當(dāng)室內(nèi)煙霧濃度過大時，系統(tǒng)會自動開啟排氣扇功能，降低室內(nèi)煙霧濃度，直至煙霧濃度降低。當(dāng)室內(nèi)溫度與煙霧濃度都過高時，代表發(fā)生火災(zāi)，此時自動滅火裝置自動開啟，對火災(zāi)現(xiàn)場進(jìn)行滅火。2.2系統(tǒng)的技術(shù)要求對該系統(tǒng)工作原理以及功能有了大體了解后，對該系統(tǒng)的技術(shù)要求就有了一個大概體系。系統(tǒng)采用單片機(jī)處理器性價比較高并且成本低廉，，可以滿足批量生產(chǎn)和技術(shù)要求的基本需求。具體指標(biāo)和參數(shù)如下：（1）功耗較低：本系統(tǒng)采用的較低電壓，可直接接入5V電壓就可以使系統(tǒng)正常進(jìn)入工作狀態(tài)，可以滿足本設(shè)計基本要求。（2）可靠性高：該系統(tǒng)在工作時，為了避免系統(tǒng)在工作時存在誤差和誤報情況考慮，所以在系統(tǒng)中選擇多指示燈，用來表示火災(zāi)發(fā)生時的不同的狀態(tài)。來提高智能火災(zāi)檢測與報警系統(tǒng)的可靠性。（3）體積較小：該報警器的體積較小，因此空間占用率特別小，可利于在任何空間安裝與使用，更換方便（4）價格低廉：由于本設(shè)計采用的是單片機(jī)來實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的基本功能，所以該設(shè)計的成本較低，并且可以基本滿足該設(shè)計功能的基本要求。（4）實(shí)用性高：該系統(tǒng)運(yùn)用到實(shí)際生活中可以有效地降低火災(zāi)發(fā)生率問題，運(yùn)用在生活中實(shí)用性極高。2.3系統(tǒng)的組成及方案設(shè)計本設(shè)計主要由單片機(jī)、傳感器電路、ADC0809模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊、溫度采集模塊、繼電器模塊、液晶顯示電路、聲光報警模塊、AD煙霧采集模塊、按鍵電路、復(fù)位電路及晶振電路構(gòu)成了系統(tǒng)基本電路。系統(tǒng)的組成結(jié)構(gòu)如下：AD煙霧采集模塊溫度采集模塊液晶顯示模塊按鍵模塊晶振電路單片機(jī)AD煙霧采集模塊溫度采集模塊液晶顯示模塊按鍵模塊晶振電路單片機(jī)聲光報警模塊聲光報警模塊復(fù)位電路復(fù)位電路繼電器模塊繼電器模塊圖2.1系統(tǒng)模塊原理框圖Fig.2.1Systemmoduleprincipleblockdiagram利用AD煙霧采集模塊氣體敏感元件MQ-2來實(shí)現(xiàn)可燃?xì)怏w檢測。當(dāng)環(huán)境溫度與空氣中可燃?xì)怏w的濃度超標(biāo)時系統(tǒng)會發(fā)出報警信號。利用溫度采集模塊溫度傳感器對溫度進(jìn)行檢測，判斷溫度的變化，以此判斷是否有火災(zāi)發(fā)生。3系統(tǒng)的硬件設(shè)計3.1主控制系統(tǒng)如圖3.1所示是該設(shè)計的總電路仿真圖，該系統(tǒng)以單片機(jī)C51為控制核心器件，配合各個模塊對環(huán)境進(jìn)行實(shí)時監(jiān)測。然后在顯示模塊中實(shí)時顯示出當(dāng)前環(huán)境溫度和室內(nèi)煙霧濃度值，并設(shè)有煙霧濃度值和溫度值的上限報警設(shè)計，當(dāng)室內(nèi)溫度達(dá)到報警值時，系統(tǒng)就會進(jìn)行紅燈報警和蜂鳴器報警。當(dāng)煙霧達(dá)到報警值時，系統(tǒng)啟動進(jìn)行黃燈報警蜂鳴器報警。當(dāng)室內(nèi)溫度值達(dá)到報警值并且煙霧濃度也過高時，系統(tǒng)會自行啟動撲救措施來滅火。圖3.1總電路仿真圖Fig.3.1Totalcircuitsimulationdiagram在系統(tǒng)電路的基本構(gòu)成中，復(fù)位電路和時鐘電路構(gòu)成了該電路的主要組成部分，利用這兩種電路的基本功能，才能使單片機(jī)處于正常運(yùn)轉(zhuǎn)工作狀態(tài)，構(gòu)成了這個最基本的電路。再利用單片機(jī)STC89C51的中斷技術(shù)可以對整個電路起到一個保護(hù)作用，可以實(shí)時解決單片機(jī)在系統(tǒng)運(yùn)行過程中出現(xiàn)的各種故障?？梢詷O大的提高系統(tǒng)的工作效率和利用率。如圖3.2所示是該電路最小系統(tǒng)原理框圖。時鐘電路時鐘電路復(fù)位電路STC89C51單片機(jī)I/O口圖3.2單片機(jī)最小系統(tǒng)原理框圖Fig.3.2minimumsystemprincipleblockdiagramofsinglechipmicrocomputer時鐘電路單片機(jī)STC89C51時鐘電路分為內(nèi)部程序和外部程序兩種。如下圖所示是單片機(jī)STC89C51系統(tǒng)的一個內(nèi)部時鐘電路。該系統(tǒng)的內(nèi)部實(shí)質(zhì)是一個反向放大器，主要起振蕩作用。在該電路中反向放大器的輸出端和輸入端之間接入了兩個微調(diào)電容和一個石英晶體振蕩器，才構(gòu)成了這個基本電路。石英晶體振蕩器在電路中的頻率范圍在0至24兆赫茲。這兩個電容在電路中用來穩(wěn)定頻率并對頻率起微調(diào)作用，一般為30皮法左右。在該電路中時鐘電路是由兩個分頻觸發(fā)器構(gòu)成，通過它才能把振蕩頻率脈沖信號經(jīng)過二分頻轉(zhuǎn)化為該電路時鐘脈沖信號。圖3.3STC89C51內(nèi)部時鐘電路Fig.3.3STC89C51internalclockcircuit（2）復(fù)位電路在單片機(jī)振蕩電路工作時，此時的復(fù)位端引腳至少有兩個機(jī)器周期此時處于上升沿狀態(tài)，此時單片機(jī)STC89C51就可以實(shí)現(xiàn)復(fù)位功能。但是為了使復(fù)位功能更加穩(wěn)定，那么復(fù)位端的引腳就一定要長期處于上升沿狀態(tài)，并保持兩個時間周期才可以實(shí)現(xiàn)電路的復(fù)位功能。上電復(fù)位時復(fù)位端（9引腳）和電源一定都要處于上升沿，此時接通電源后才能開啟復(fù)位功能，此時該電容處于充電狀態(tài)，復(fù)位端引腳處于上升沿狀態(tài)開始降為下降沿狀態(tài)，此時可以實(shí)現(xiàn)電路循環(huán)復(fù)位。一般電容在10微伏左右，電阻是10千歐左右。完成該電路的復(fù)位功能。圖3.4STC89C51復(fù)位電路Fig.3.4STC89C51resetcircuit（3）STC89C51中斷技術(shù)中斷技術(shù)是指在系統(tǒng)執(zhí)行程序時，單片機(jī)申請中斷該執(zhí)行程序轉(zhuǎn)去處理另一項(xiàng)執(zhí)行程序，倘若系統(tǒng)允許操作該指令，系統(tǒng)會自己中斷曾經(jīng)執(zhí)行程序，當(dāng)該指令程序執(zhí)行完成后會繼續(xù)執(zhí)行原程序。這個中斷過程在系統(tǒng)中稱為中斷。并且單片機(jī)中斷技術(shù)可以在系統(tǒng)中起到一個保護(hù)作用。如圖3.5是該系統(tǒng)中斷響應(yīng)和處理過程。圖3.5中斷響應(yīng)和處理過程Fig.3.5interruptresponseandprocessing倘若沒有此項(xiàng)中斷技術(shù)，系統(tǒng)會在運(yùn)行過程中突然發(fā)生故障，如內(nèi)存錯誤，電源掉電等故障。實(shí)時控制處理并保護(hù)該系統(tǒng)是單片機(jī)系統(tǒng)重要的應(yīng)用領(lǐng)域，此技術(shù)可以實(shí)時解決單片機(jī)在系統(tǒng)運(yùn)行過程中出現(xiàn)的問題?？梢苑謺r操作使系統(tǒng)與外圍設(shè)備同時工作，可以極大的提高工作效率和利用率。3.2煙霧檢測電路設(shè)計MQ-2煙霧傳感器主要用于檢測環(huán)境中液化氣，天然氣，酒精以及煙霧等可燃?xì)怏w檢測。當(dāng)空氣中可燃?xì)怏w濃度過高時，傳感器就會將該信號進(jìn)行輸出。MQ-2煙霧傳感器的特點(diǎn)：（1）TTL有效輸出信號為下降沿。（2）雙路信號輸出，單電源供電（功耗在0.7瓦左右）。（3）具有壽命高，穩(wěn)定性好的特點(diǎn)。（4）對環(huán)境可燃?xì)怏w的敏感度較高。（5）對信號檢測響應(yīng)速度很快，重復(fù)檢測性能穩(wěn)定。（6）價格低廉，制造成本較低，安裝與使用也較為方便。（7）監(jiān)測范圍較廣，MQ-2煙霧傳感器一般用于家庭、工廠和醫(yī)院等場所對煙霧進(jìn)行檢測。圖3.6煙霧探測電路Fig.3.6smokedetectioncircuit如圖3.6所示為煙霧探測電路，在該系統(tǒng)電路中，系統(tǒng)主要分為兩個模塊，煙霧檢測模塊和ADC0809模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊。單片機(jī)通過煙霧傳感器會將檢測到的模擬信號通過ADC0809模塊把模擬信號以數(shù)字信號的形式傳給單片機(jī)STC89C51，然后系統(tǒng)再對該信號做出讀取處理。圖3.7MQ-2傳感器內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖Fig.3.7MQ-2sensorinternalstructurediagram如3.7圖所示，該傳感器是由SnO2敏感層、加熱層還有微型AL203陶瓷管構(gòu)成。該元件有6個針狀型引腳，其中有4個引腳是用來做信號引出作用，另外2個引腳用來提供熱電流。其外部結(jié)構(gòu)采用硬度較高的特殊塑料制作，外殼采用強(qiáng)度較高的雙層密紋不銹鋼網(wǎng)制成，該器件擁有較高的強(qiáng)度和防爆能力。并且該器件抗干擾能力極強(qiáng)，恢復(fù)時間快等優(yōu)點(diǎn)。圖3.8MQ-2氣體濃度測試曲線Fig.3.8Gasconcentrationtestcurve如上圖所示，該圖是MQ-2氣體濃度測試曲線，在該圖中可以看出當(dāng)氣體濃度越低時該元件的靈敏度就明顯升高，當(dāng)氣體濃度超過0.6時，該元件的靈敏度也開始降低，漸漸進(jìn)入平穩(wěn)狀態(tài)，即可說明該元件的靈敏度與空氣中氣體濃度有關(guān)，當(dāng)環(huán)境中煙霧濃度較低時該器件就越靈敏。圖3.9MQ-2型元件通電時間特性曲線Fig.3.9timecharacteristiccurveofpoweronMQ-2elements如圖3.9是MQ-2型元件通電時間特性曲線。從圖中可看出，該器件的前20秒鐘系統(tǒng)一直處于初始化狀態(tài)，此時系統(tǒng)無法正常對該環(huán)境進(jìn)行檢測，測出的值也不準(zhǔn)確。所以為了保證數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，一般都會在開機(jī)后等待20秒左右等待系統(tǒng)初始化完成。通電20秒以后，該元件就可以正常進(jìn)入穩(wěn)定待測工作狀態(tài)。3.3ADC0809模塊設(shè)計圖3.10ADC0809內(nèi)部構(gòu)成圖Fig.3.10ADC0809Internalcompositiondiagram如上圖所示，是該元件的內(nèi)部構(gòu)成圖，該元件擁有28條引腳。ADC0809在電路中用來做模擬轉(zhuǎn)換，它可以將多電路轉(zhuǎn)換器的模擬量進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換時間非常迅速，所以非常節(jié)約時間。并可以高效的完成分配工作。它的主要工作形式就是系統(tǒng)把輸入的模擬信號以數(shù)字信號的形式傳送給該系統(tǒng)STC89C51，然后系統(tǒng)再對該輸出數(shù)據(jù)進(jìn)行讀取處理。表3.1引腳介紹及功能Tab.3.1Introductionandfunctionofpin引腳功能IN0～I(xiàn)N7模擬輸入端接口STARTA/D轉(zhuǎn)換啟動脈沖輸入端（下降沿有效，）CLK輸入時鐘脈信號（一般時鐘頻率在500KHZ左右）ALE地址鎖存信號（上升沿有效）OE允許輸出信號（輸入，下降沿有效）Vcc電源輸出端（+5v）GND接地端EOCA/D轉(zhuǎn)換結(jié)束信號（輸出上升沿時，A/D轉(zhuǎn)換結(jié)束）ADDA、ADDB、ADDC輸入地址線，端口選擇線D0~D7數(shù)據(jù)輸出線（D0為最低位,D7為最高位）Vref基準(zhǔn)電壓3.4液晶顯示模塊設(shè)計液晶顯示電路就是將接收到單片機(jī)的輸出信號以數(shù)據(jù)的形式呈現(xiàn)在人們面前，使人能更加清楚地了解此時數(shù)據(jù)的實(shí)時值。圖3.11液晶顯示模塊Fig.3.11Liquidcrystaldisplaymodule顯示電路是本設(shè)計的重要組成部分。如圖3.11是該設(shè)計的液晶顯示模塊，本顯示模塊設(shè)計采用的是LCD1602。引腳1端是接地端，引腳2可直接接入5伏電源就可以正常驅(qū)動。引腳3接入兩個負(fù)載，負(fù)載的兩端一端接地另一端接電源，通過對電阻的調(diào)整可以調(diào)節(jié)顯示器的灰度值。引腳4是電路中的的一個寄存器（上升沿有效）。引腳5是該電路中的讀寫信號端，可對輸出的信號進(jìn)行讀寫處理。引腳6是該電路的使能端，可以將電路的上升沿切換為下降沿輸出。其余沒有用到的引腳可以直接閑置，也可以將其接地。在該系統(tǒng)中，顯示電路可以直接呈現(xiàn)該環(huán)境中溫度值與煙霧濃度值的實(shí)時變化情況，并且可在液晶顯示器中能清晰直觀的將輸出結(jié)果顯示出來，使人們一目了然的了解該環(huán)境火災(zāi)發(fā)生情況。由于液晶顯示器的體積小、重量輕、配置靈活、顯示質(zhì)量高并且功耗較低等優(yōu)點(diǎn)。一般直接接入5V電壓就可以使該液晶顯示器正常工作，并且可以顯示兩行數(shù)據(jù)，因此這種液晶顯示器也一直被廣泛使用。例如：家用萬用表、溫度顯示器、計算器等等。3.5溫度采集模塊設(shè)計圖3.12溫度采集電路Fig.3.12temperatureacquisitioncircuit如圖3.12所示，是本設(shè)計的溫度采集模塊電路圖。引腳1端是接地端，引腳3是電源端接入+5伏電壓即可正常工作。2端是數(shù)據(jù)讀取端。在DQ端與電源端接入一個10千歐的上拉電阻，保持總線為高電平，確保數(shù)據(jù)的正常輸送。溫度傳感器是一種有著特別的接線接口方式的數(shù)字化感應(yīng)器。對溫度變化測量范圍比較廣，一般檢測范圍在零下55度至零上125度左右。具有靈敏度高，功耗較低等優(yōu)點(diǎn)。圖3.13DS18B20內(nèi)部構(gòu)造圖Fig.3.13DS18B20Internalstructuremap如圖3.13所示是液晶顯示器DS18B20內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖，它主要包括溫度靈敏元件、配置寄存器、64位ROM和單總線接口、高溫觸發(fā)器TH、低溫觸發(fā)器TL、高速緩存儲存器、存儲器和控制器以及8位CRC生成器構(gòu)成該設(shè)計模塊的基本電路。溫度傳感器的種類繁多。本設(shè)計采用的是DS18B20溫度傳感器。該器件有著體積較小，精度較高，抗干擾能力很強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。并且該器件特別適用于火災(zāi)報警裝置檢測溫度。3.6按鍵電路按鍵電路的自鎖開關(guān)作用相當(dāng)于電路中的一個開關(guān)。當(dāng)電路在初始化狀態(tài)時，因?yàn)殡娐饭ぷ鲿r一直處于上升沿，當(dāng)按下按鈕后，系統(tǒng)會自動對該系統(tǒng)發(fā)出信號，生成一個下降沿信號，然后單片機(jī)再對信號進(jìn)行處理。圖3.14按鍵電路Fig.3.14keycircuit單片機(jī)的鍵盤可分為矩陣式鍵盤和獨(dú)立鍵盤兩種，矩陣式鍵盤式接法程序比較復(fù)雜，但是占用的I/O較少。而獨(dú)立鍵盤的每個I/O接口上只允許接一個按鍵，而另一端一般接地，這種獨(dú)立式鍵盤使用更廣泛且更加穩(wěn)定。因此根據(jù)設(shè)計需求我選用了獨(dú)立式鍵盤的接法。實(shí)現(xiàn)方法是我們充分利用單片機(jī)I/O端接口的電平高低來判斷按鍵是否執(zhí)行。把電路中常開按鍵接入DC電源端口，常開的另一端接電路的Vcc。此時，在電路中的I/O端口應(yīng)處于上升沿。只有當(dāng)按鍵閉合時，此I/O端口才會降為下降沿。但當(dāng)按鍵復(fù)位后，電路中的I/O端口仍處于上升沿。我們只要觀察I/O端口的電平狀態(tài)就明白在電路中是否有按鍵動作了。4系統(tǒng)的軟件設(shè)計4.1系統(tǒng)程序流程圖圖4.1系統(tǒng)程序流程圖Fig.4.1systemprogramflowchart如上圖所示是該設(shè)計的系統(tǒng)流程圖。首先系統(tǒng)必須給電源供電電路才能正常工作。然后按下開始按鈕，此時系統(tǒng)自行進(jìn)入初始化模式，大約過20s左右初始化完成。系統(tǒng)自行對該環(huán)境中溫度值及煙霧濃度值進(jìn)行檢測，然后將系統(tǒng)中的模擬信號通過A/D轉(zhuǎn)換模塊轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號輸出，系統(tǒng)再對該環(huán)境輸出的信號做出判斷。倘若數(shù)值在額定值以下，繼續(xù)對上述操作無限循環(huán)。但當(dāng)數(shù)值超過額定值，系統(tǒng)會立即做出判斷并發(fā)出報警信號，即表示有火災(zāi)發(fā)生。并且會在液晶顯示器顯示當(dāng)前數(shù)值，結(jié)束。這就是該系統(tǒng)的大體工作流程。4.2軟件設(shè)計如下圖所示，是本設(shè)計總電路原理圖。是用Prtel99SE軟件來制作完成的。Prtel99SE是一個32位的設(shè)計軟件。該軟件主要是對電路原理圖的設(shè)計、PCB板的設(shè)計以及印制板圖的設(shè)計。Prtel99SE軟件具有大量標(biāo)準(zhǔn)工業(yè)化電路設(shè)計模版并有強(qiáng)大的設(shè)計自動化功能。其中集成電路的應(yīng)用比較廣泛。因此Prtel99SE軟件的應(yīng)用也是非常廣泛的。圖4.2Prtel99SE軟件設(shè)計總圖Fig.4.2Prtel99SESoftwaredesigndiagramKeil是基于Windows平臺環(huán)境下開發(fā)的一款嵌入式集成開發(fā)軟件，具有程序書寫，編譯等功能，并且還具有對程序進(jìn)行單步仿真調(diào)試功能，能夠使開發(fā)者更加便利的進(jìn)行調(diào)試。這款軟件對硬件的要求較低，并且能夠在windows下多個版本進(jìn)行運(yùn)行。Keil常用的有C51和MDK-Ram兩個版本，因?yàn)楸敬卧O(shè)計是基于89c51單片機(jī)環(huán)境下開發(fā)的，所以本次設(shè)計采用的是Keiluvision4開發(fā)軟件對程序進(jìn)行編譯完成的。Keil這款軟件能夠進(jìn)行多語言交叉編譯，可以單獨(dú)使用C語言編寫，也可以使用匯編語言編寫，還可以使用C語言與匯編語言交替編程，便于開發(fā)者對硬件底層的控制與使用。圖4.3軟件程序設(shè)計Fig.4.3Softwareprogramming如圖4.3所示是本設(shè)計的程序軟件編譯頁面。本設(shè)計是利用了keilC51軟件對該程序進(jìn)行編譯。利用C語言作為編譯語言，通過對庫函數(shù)的調(diào)用，將按鍵、液晶顯示模塊等驅(qū)動對庫函數(shù)進(jìn)行調(diào)用編譯，并對錯誤程序進(jìn)行修改。以此來完成對該系統(tǒng)的軟件設(shè)計部分。5系統(tǒng)測試與聯(lián)調(diào)5.1系統(tǒng)硬件調(diào)試本設(shè)計在調(diào)試過程中遇到了很多問題，但在老師和同學(xué)的幫助下問題都一一迎刃而解。調(diào)試過程主要檢查電路設(shè)計是否合理，能否達(dá)到理想效果。其次檢查電路板的焊接情況，為防止電路短路或者短路，就必須檢查電路是否有焊接錯誤或者存在虛焊的現(xiàn)象。最后，檢測一下煙霧傳感器和溫度傳感器的靈敏度和準(zhǔn)確度，為了保證數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。一系列工作做完之后，對該設(shè)計進(jìn)行實(shí)踐檢測，看本設(shè)計能否達(dá)到預(yù)期效果。圖5.1實(shí)物演示圖Fig.5.1physicaldemonstrationdiagram如圖5.1是該設(shè)計實(shí)物演示圖。對該環(huán)境的溫度值及煙霧濃度值進(jìn)行實(shí)時監(jiān)測。接通電源，按下啟動開關(guān)，電路進(jìn)入初始化狀態(tài)。大約過20s左右電路初始化完成可正常工作。系統(tǒng)會自行對該環(huán)境中溫度值及煙霧濃度值進(jìn)行檢測，并對該環(huán)境的數(shù)值做出判斷。倘若數(shù)值在額定值以下，繼續(xù)對該環(huán)境作進(jìn)行無限循環(huán)監(jiān)測。如上圖所示此時溫度值在26.2度，遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于報警溫度值。煙霧濃度也僅僅在008，所以電路會無限循環(huán)對該環(huán)境進(jìn)行勘測。圖5.2實(shí)物演示圖Fig.5.2physicaldemonstr