家庭智能紧急呼救系统毕业论文设计.docxVIP

兰州交通大学博文学院毕业设计（论文）摘要随着信息技术的飞速发展和人民生活水平大幅提高，人们对家居安全的重视程度不断提高。如今很多老人或儿童尤其是残疾人或有突发性疾病的患者等，在遇到突发事件时，如盗贼入室、火灾、燃气泄露、疾病求助等由于自身行动不方便或者过度惊慌没能发出报警的信息。最基本的电话求助已不能保证他们的居家安全，必须建立一个稳定、可靠、易操作的急救报警系统。本设计所做的智能家居控制系统包括室内信息智能监控功能、输入与实时显示功能、声光报警功能等。本文利用单片机结合传感器技术而开发设计了这一防火防盗报警系统。本设计采用DYP-ME003人体红外感应模块、18B20温度传感器和MQ-2烟雾传感器检测信号，然后将信号传送给单片机处理,实现声光报警。该系统通过按键对系统的温度和烟雾的浓度进行初始化设置，利用LED显示模块对系统的温度和烟雾的浓度进行实时显示。该系统结构简单、性能稳定、使用方便、价格低廉，具有一定的实用价值。关键字：防火防盗报警 18B20 MQ-2 DYP-ME003IAbstractWith the rapid development of information technology and a substantial increase in peoples living standards, people are attaching increasing importance of home safety. Today, many elderly people or children, especially disabled or sudden illness of patients, when faced with an emergency, such as thieves burglary, fire, gas leaks, disease help. Inconvenient due to their own actions or excessive panic did not alarm information can be issued, the most basic telephone help can not guarantee the security of their home, you must create a stable, reliable, easy to operate the emergency alarm system. In this design ,the intelligent family- house control system includes this function : indoor information intelligent monitoring , the input and real-time display ,sound and light alarm, and so on .The design is a fire and security system, which combines sensor technology with microcontroller. This design adopts the DYP-ME003 human body infrared sensor module,18b20 temperature sensor and MQ_2 smoke sensor to detection signal. These sensor send the signals to microcontroller.The microcontroller process these signal and drive alarm circuit to achieve sound and light alarm .The fir temperature and smoke concentration are initialized in this system.,and are displayed in the LED display .The system has the advantages of simple structure ,stable performance ,conventional operation ,low price ,and has a certain practical value . Keywords : The fire and security system, 18b20, MQ-2, DYP-ME003 II目录 摘要 _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _IAbstract _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _II第一章 绪论1第二章 系统整体设计2 一、 设计内容与要求2 二、 系统设计的总体思路2第三章 方案论证与比较4第四章 系统硬件设计5 一、 整体硬件设计思路6 二、 主控芯片单片机的选择6 （一）AT89C51的主要性能6 （二）AT89C51的引脚结构7 三、 温度传感电路7 （一）DS18B20的主要特性7 （二）DS18B20的外形和内部结构. _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ 8 （三）DS18B20的测温原理 _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _9 （四）DS18B20的4个主要数据部件 _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ 10 （五）高速暂存存储器 _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _11 （六）DS18B20工作电路 _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _13 四、 烟雾传感电路 _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _13 （一）烟雾传感器MQ-2_ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ 13 （二）MQ-2传感器的特性_ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ 15 （三）模块接口说明（4线制）_ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _15 （四）气体浓度的测量方法_ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _15 五、 DYP-ME003红外人体传感器_ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ 16 六、 报警电路17 （一） 蜂鸣器17 （二） 按键17 （三） LED灯18 （四）显示电路18第五章、 系统软件设计20 一、 主程序模块21 二、 温度采集处理模块22 三、 烟雾采集处理模块23 （一）标度变换概念_ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ 23 （二）标度变换的原理_ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _23 （三）数据采集_ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _24第六章、 程序调试与分析26致谢28参考文献29总结30 附录 基于单片机的家庭智能紧急呼救系统程序源代码3144第一章 绪论现代化的建筑规模大、标准高、人员密集、设备众多，对防火要求极为严格。随着我国经济建设的发展，各种高层建筑、大中型商业建筑、厂房不断涌现，对消防报警系统提出了更高更严的要求。为了早期发现和通报火灾，防止和减少火灾危害，保护人身和财产安全，保卫社会主义现代化建设，在现代化的工业民用建筑、宾馆、图书馆、科研和商业部门，火灾自动报警系统已成为必不可少的设施。工程设计、安装和使用是否正确不仅直接影响到建筑的消防安全而且也直接关系到各种消防设施能否真正发挥作用。因此，火灾报警系统的设计显得尤为重要。火灾自动报警系统能够在火灾初期，将燃烧产生的烟雾、热量和光辐射等物理量，通过感温、感烟和感光等火灾探测器变成电信号，传输到火灾报警控制器，提醒人们注意火灾的发生。我国的火灾自动报警控制系统经历了从无到有、从简单到复杂的发展过程，其智能化程度也越来越高。目前国内厂家多偏重用于大型仓库、商场、高级写字楼、宾馆等场所大型火灾报警系统的研发，他们采用集中区域报警控制方式，其系统复杂、成本较高。而在居民住宅区、机房、办公室等小型防火单位，需要设置一种简单的、廉价实用的火灾自动报警装置。除了火灾给人们带来生命财产安全，意外入侵也时刻威胁着人们的人身安全。从现代人们住宅发展的趋势来看，现代人们住宅主要是向群体花园式住宅区发展，向高空中发展，一般都是一个住宅区有几栋至几十栋以上，但目前市面上所拥有的家庭电子防盗报警器，只能用于单一的住宅单元，不利于统一管理，而且也不能满足现代住宅区的发展要求，所以很有必要对家庭电子防盗报警器进一步完善和提高。本设计就是为了满足现代住宅防火防盗的需要而设计的家庭式电子防火防盗系统。第二章 系统整体设计一、 设计内容与要求 （1）本设计包括硬件和软件设计两部分。模块划分为数据采集模块、键盘控制、报警等子模块。 （2）本防火防盗报警系统由温度传感器、烟雾传感器、红外人体传感器、报警器、单片机控制电路、LED控制电路及相关控制管理软件组成。用户终端完成信息采集、处理、数据传送、功能设定、报警等功能。 （3）系统可实现功能。当发生火灾时，温度传感器和烟雾传感器分别检测到火灾的温度和烟雾的浓度，经过A/D转换成数字信号送至单片机，单片机处理运行后驱动报警电路，实现声光报警，LED显示温度和浓度值。当有人闯入时，设置在检测点上的红外探头探测到人体辐射出的红外能量，经过相应的处理传送至单片机，实现报警功能。二、 系统设计的总体思路此设计的核心模块来说，单片机就是设计的中心单元，所以此系统也是单片机应用系统的一种应用。单片机应用系统也是由硬件和软件组成。硬件包括单片机、输入/输出设备、以及外围应用电路等组成的系统，软件是各种工作程序的总称。单片机应用系统的研制过程包括总体设计、硬件设计、软件设计等几个阶段。从设计的要求来分析须包含如下结构：温度传感电路、烟雾传感电路和红外热释电传感探头电路、报警电路、单片机、复位电路及相关的控制管理软件组成：他们之间的构成框图如下图2.1所示：AT89C51 单片机按键温度传感器温度、浓度显示信号调理烟雾传感器红外人体传感器声光报警图2.家庭智能紧急呼救系统系统结构框图 温度传感器DS18B20采集的数据为数字信号，可以直接发送至单片机进行处理。烟雾传感器MQ-2气体传感器输出的信号一般比较微弱，需要经过前置电路对其进行放大、滤波、电平调整，满足单片机对输入信号的要求。MQ-2半导体烟雾传感器属于电阻型，因此只需串联一个参考电阻，再经过一个放大电路即可发送给ADC0804采集，信号经过A/D转换模块后传送进入单片机进行处理。红外人体传感器DYP-ME003输出信号，该信号为高电平时有人入侵，为低电平时表示无人入侵。单片机内部程序中预先设定报警临界值，包括温度过高报警和气体浓度过高报警。单片机正常工作后，判断所接收到的数据是否达到报警临界值，如果到达报警值单片机控制蜂鸣器和LED灯进行报警，如果没有达到报警值单片机继续接收并处理新数据。如果单片机接收到非法入侵信号，直接报警。单片机实时向数码管输出显示信号，数码管显示周围环境温度和气体数值。第三章 方案论证与比较 防火防盗系统一般由火灾探测器、入侵探测器、报警控制器和接警中心(硬件加软件）组成。它的最简单形式就是本地（家庭、单位）报警系统，它的组成部分是火灾探测器、入侵探测器和本地报警控制器，以及声光报警器。 方案一：利用固定点电话联网防火防盗报警系统来实现家庭防火防盗报警，该系统由编程主机、探测器、和遥控器组成，一旦发生警情，能把报警信息通过邮电通讯网络瞬间远程传输到用户设定的固定电话上，同时向接警中心报告，中心联网计算机可通过电子地图、数据库、计算机语音提示、监听现场情况，显示发生警情的单位、地址、方位、发案时间、所辖消防大队或派出所（巡逻大队）经历分布，及时调动警力做出快速处理。 方案二:通过传感器检测家庭安全隐患，把检测结果送入单片机，通过单片机控制报警灯和声音报警器的启动，实现声光报警。 通过比较，方案二能满足我们实时快捷的要求，更加简单有效，且成本低，固本设计选择方案二。第四章 系统硬件设计一、 整体硬件设计思路本设计的智能家居防火防盗系统是由AT89C51单片机为主控制芯片，使用温度传感器、烟雾传感器和红外热释传感器采集信息，同时将采集的信息传输给单片机，实现声光报警，温度和浓度显示。如图4.1所示：温度传感器按键AT89C51 单片机烟雾传感器温度、浓度显示A/D转换器声光报警红外人体传感器图4.1硬件结构框图二、 主控芯片单片机的选择 20世纪80年代以来，单片机的发展非常迅速，就单片机而言，世界上一些著名的计算机厂家已投放市场的产品就有50多个系列，数百个品种。AT89C51是一种带4K字节FLASH存储器（FPEROMFlash Programmable and Erasable Read Only Memory）的低电压、高性能CMOS 8位微处理器，俗称单片机。AT89C2051是一种带2K字节闪存可编程可擦除只读存储器的单片机。单片机的可擦除只读存储器可以反复擦除1000次。该器件采用ATMEL高密度非易失存储器制造技术制造，与工业标准的MCS-51指令集和输出管脚相兼容。由于将多功能8位CPU和闪烁存储器组合在单个芯片中，ATMEL的AT89C51是一种高效微控制器，AT89C2051是它的一种精简版本。AT89C51单片机为很多嵌入式控制系统提供了一种灵活性高且价廉的方案。故此设计采用AT89C51。（一）AT89C51的主要性能 与MCS-51单片机产品兼容 4k字节在系统可编程Flash存储器 1000次擦写周期 全静态操作：0HZ24HZ 三级程序存储器锁定 32个可编程I/O口线 两个16位定时器/计数器 五个中断器 可编程串行通道低功耗空闲和掉电模式 看门狗定时器(二) AT89C51的引脚结构图4-2 AT89C51的引脚结构图三、温度传感电路（一）DS18B20的主要特性 1.适应电压范围更宽，电压范围：3.05.5V，在寄生电源方式下可由数 据线供电 2.独特的单线接口方式，DS18B20在与微处理器连接时仅需要一条口线即可实现微处理器与DS18B20的双向通讯 3.DS18B20支持多点组网功能，多个DS18B20可以并联在唯一的三线上，实现组网多点测温 4.DS18B20在使用中不需要任何外围元件，全部 传感元件及转换电路集成在形如一只三极管的集成电路内 5.温范围55+125，在-10+85时精度为0.5 6.可编程 的分辨率为912位，对应的可分辨温度分别为0.5、0.25、0.125和0.0625，可实现高精度测温 7.在9位分辨率时最多在 93.75ms内把温度转换为数字，12位分辨率时最多在750ms内把温度值转换为数字，速度更快 8.测量结果直接输出数字温度信号，以一 线总线串行传送给CPU，同时可传送CRC校验码，具有极强的抗干扰纠错能力 9.负压特性：电源极性接反时，芯片不会因发热而烧毁， 但不能正常工作。(二)DS18B20的外形和内部结构DS18B20采用3脚PR35封装或8脚SOIC封装，其管脚排列如下图所示。图4-3 DS18B20封装DS18B20引脚定义： 1.DQ为数字信号输入/输出端； 2.GND为电源地； 3.VDD为外接供电电源输入端（在寄生电源接线方式时接地）。 DS18B20内部结构主要由四部分组成：64位光刻ROM 、温度传感器、非挥发的温度报警触发器TH和TL、配置寄存器。 VDD2I/0 CGNDVDDVD1内部VDD电 源 检测8位CRC寄存器温度传感器64位ROM 和单线接口存储器与控制逻辑高温触发器TH高温触发器TL配置寄存器高速缓存图4-4 DS18B20内部结构图（三）DS18B20的测温原理 DS18B20的测温原理如图5-3所示，图中低温度系数晶振的振荡频率受温度的影响很小，用于产生固定频率的脉冲信号送给减法计数器1，高温度系数晶振随温度变化其震荡频率明显改变，所产生的信号作为减法计数器2的脉冲输入，图中还隐含着计数门，当计数门打开时，DS18B20就对低温度系数振荡器产生的时钟脉冲进行计数，进而完成温度测量。计数门的开启时间由高温度系数振荡器来决定，每次测量前，首先将-55所对应的基数分别置入减法计数器1和温度寄存器中，减法计数器1和温度寄存器被预置在-55所对应的一个基数值。减法计数器1对低温度系数晶振产生的脉冲信号进行减法计数，当减法计数器1的预置值减到0时温度寄存器的值将加1，减法计数器1的预置将重新被装入，减法计数器1重新开始对低温度系数晶振产生的脉冲信号进行计数，如此循环直到减法计数器2计数到0时，停止温度寄存器值的累加，此时温度寄存器中的数值即为所测温度。这就是DS18B20的测温原理。 另外，由于DS18B20单线通信功能是分时完成的，它有严格的时隙概念，因此读写时序很重要。系统对DS18B20的各种操作必须按协议进行。操作协议为：初始化DS18B20（发复位脉冲）发ROM功能命令发存储器操作命令处理数据。各种操作的时序图与DS1820相同。预置斜率累加器计数比较器减法计数器1低温度系数振荡器预置减到0温度寄存器高温度系数振荡器减法计数器2减到0增加停止图4-5 DS18B20的内部测温电路框图（四）DS18B20有4个主要的数据部件： 1.光刻ROM中的64位序列号是出厂前被光刻好的，它可以看作是该DS18B20的地址序列码。64位光刻ROM的排列是：开始8位 （28H）是产品类型标号，接着的48位是该DS18B20自身的序列号，最后8位是前面56位的循环冗余校验码（CRC=X8+X5+X4+1）。光刻ROM的作用 是使每一个DS18B20都各不相同，这样就可以实现一根总线上挂接多个DS18B20的目的。 2.DS18B20中的温度传感器可完成对温度的测量，以12位转化为例：用16位符号扩展的二进制补码读数形式提供，以0.0625/LSB形式表达，其中S为符号位。 表4-1: DS18B20温度值格式表232221202-12-22-32-4SSSSS262524MSB LSB这是12位转化后得到的12位数据，存储在18B20的两个8比特的RAM中，二进制中的前面5位是符号位，如果测得的温度大于0，这5位为0，只要将测到的数值乘于0.0625即可得到实际温度；如果温度小于0，这5位为1，测到的数值需要取反加1再乘于0.0625即可得到实际 温度。例如+125的数字输出为07D0H，+25.0625的数字输出为0191H，-25.0625的数字输出为FE6FH，-55的数字输出为FC90H 。 3.DS18B20温度传感器的存储器 DS18B20温度传感器的内部存储器包括一个高速暂存RAM和一个非易失性的可电擦除的EEPRAM,后者存放高温度和低温度触发器 TH、TL和结构寄存器。 4.配置寄存器 该字节各位的意义如下： 表4-2：配置寄存器结构TMR1R011111低五位一直都是1，TM是测试模式位，用于设置DS18B20在工作模式还是在测试模式。在DS18B20出厂时该位被设置为0，用 户不要去改动。R1和R0用来设置分辨率，如下表所示：（DS18B20出厂时被设置为12位） 表4-3：温度分辨率设置表R1R0分辨率温度最大转换时间009位93.75ms 0110位187.5ms 1011位375ms 1112位750ms （五）高速暂存存储器 高速暂存存储器由9个字节组成，其分配如表5所示。当温度转换命令发布后，经转换所得的温度值以二字节补码形式存放在 高速暂存存储器的第0和第1个字节。单片机可通过单线接口读到该数据，读取时低位在前，高位在后，数据格式如表1所示。对应的温度计算： 当符号位S=0时，直接将二进制位转换为十进制；当S=1时，先将补码变为原码，再计算十进制值。表5-4是对应的一部分温度值。第九个字节是 冗余检验字节。 表4-4：DS18B20暂存寄存器分布寄存器内容字节地址温度值低位 （LS Byte）0温度值高位 （MS Byte）1高温限值（TH）2低温限值（TL）3配置寄存器4保留5保留6保留7CRC校验值8根据DS18B20的通讯协议，主机（单片机）控制DS18B20完成温度转换必须经过三个步骤：每一次读写之前都要对DS18B20进行 复位操作，复位成功后发送一条ROM指令，最后发送RAM指令，这样才能对DS18B20进行预定的操作。复位要求主CPU将数据线下拉500微秒，然后 释放，当DS18B20收到信号后等待1660微秒左右，后发出60240微秒的存在低脉冲，主CPU收到此信号表示复位成功。表4.5：ROM指令表 指 令约定代码 功 能读ROM33H读DS1820温度传感器ROM中的编码（即64位地址）符合 ROM 55H发出此命令之后，接着发出 64 位 ROM 编码，访问单总线上与该编码相对应的 DS1820 使之作出响应，为下一步对该 DS1820 的读写作准备。 搜索 ROM 0FOH用于确定挂接在同一总线上 DS1820 的个数和识别 64 位 ROM 地址。为操作各器件作好准备。 跳过 ROM 0CCH忽略 64 位 ROM 地址，直接向 DS1820 发温度变换命令。适用于单片工作。搜索命令0ECH执行后只有温度超过设定值上限或下限的片子才做出响应。温度变换44H启动DS1820进行温度转换，12位转换时最长为750ms（9位为93.75ms）。结果存入内部9字节RAM中。 读暂存 器0BEH读内部RAM中9字节的内容 写暂存器4EH发出向内部RAM的3、4字节写上、下限温度数据命令，紧跟该命令之后，是传送两字节的数据。 复制暂存器48H将RAM中第3 、4字节的内容复制到EEPROM中。 调 EEPROM0B8H将EEPROM中内容恢复到RAM中的第3 、4字节。 读供电方式0B4H读DS1820的供电模式。寄生供电时DS1820发送“ 0 ”，外接电源供电 DS1820发送“ 1 ”。 （六）DS18B20工作电路本设计DS18B20与单片机的P2-3相连，采集到温度信号后，将数据传输给单片机当温度达到预先设定的上限值（本文的上限值是：65 ），则LED红灯点亮，蜂鸣器报警，数码管显示当前的温度值。 图4.6 DS18B20仿真图四、 烟雾传感电路（一）烟雾传感器MQ-2 本设计中采用的MQ-2型半导体可燃气体敏感元件烟雾传感器属于气敏感测器，是气-电变换器，它将可燃性气体在空气中的含量(即浓度)转化成电压或者电流信号，通过A/D转换电路将模拟量转换成数字量后送到单片机，进而由单片机完成数据处理、浓度处理及报警控制等工作。MQ-2型半导体可燃气体敏感元件烟雾传感器具有灵敏度高、回应快、抗干扰性好、使用方便、价格便宜，且不会发生探头阻缓及中毒现象，维护成本较低等优点。因此，本设计采用MQ-2气体传感器作为报警器烟雾信息采集部分的核心。MQ-2型烟雾传感器属于二氧化锡半导体气敏材料，属于表面离子式N型半导体。当处于200300C温度时，二氧化锡吸附空气中的氧，形成氧的负离子吸附，使半导体中的电子密度减少，从而使其电阻值增加。当与烟雾接触时，如果晶粒间界处的势垒受到该烟雾的调制而变化，就会引起表面电导率的变化。利用这一点就可以获得这种烟雾存在的信息。遇到可燃烟雾（如CH4等）时，原来吸附的氧脱附，而由可燃烟雾以正离子状态吸附在二氧化锡半导体表面；氧脱附放出电子，烟雾以正离子状态吸附也要放出电子，从而使二氧化锡半导体导带电子密度增加，电阻值下降。而当空气中没有烟雾时，二氧化锡半导体又会自动恢复氧的负离子吸附，使电阻值升高到初始状态。这就是MQ-2半导体型可燃性烟雾传感器检测可燃烟雾的基本原理。 图4.7 MQ-2型传感器的外观 图4.8 MQ-2型传感器的结构图MQ-2型传感器的一般特点： 对天然气、液化石油气等烟雾有很高的灵敏度，尤其对烷类烟雾更为敏感；具有良好的重复性和长期的稳定性，初始稳定，响应时间短，长时间工作性能好；电路设计电压范围宽，24V以下均可；加热电压50.2V。MQ-2型传感器的初期稳定特性：半导体烟雾传感器在不通电状态存放一段时间后，再通电时，器件并不能立即投入正常工作。这是因为烟雾传感器中的二氧化锡在不通电的状态下会吸附空气中的水蒸气，当再次通电时需要预热几分钟使水蒸气蒸发后，气敏电阻才能正常工作。再通电工作时气敏电阻值达到稳定时所需要的时间，定义为初期稳定时间。一般情况下，不通电时间越长，初期稳定时间也越长，当不通电存放时间达到15天左右时，初期稳定时间一般需要五分钟左右。MQ-2半导体烟雾传感器一般要在较高的温度(200450C)下工作，所以需要对其加热。由于传感器一般工作在易燃易爆环境下，若加热丝直接与电源相连，当加热丝局部短路造成器件过热或者放电时，可能引发事故。所以必须使用传感器生产厂家推荐的加热电压，使其工作在较安全的范围内。MQ-5烟雾传感器模块实物图如下：图4.9 MQ-5烟雾传感器模块（二）特点 1. 长尺寸：32mm X宽22mm X高27mm 2. 主要芯片：LM393、ZYMQ-5气体传感器 3. 工作电压：直流5伏 4. 具有信号输出指示。 5. 双路信号输出（模拟量输出及TTL电平输出） 6. TTL输出有效信号为低电平。（当输出低电平时信号灯亮，可直接接单片机） 7. 模拟量输出05V电压，浓度越高电压越高。 8. 对液化气、天然气、城市煤气有较好的灵敏度。 9. 具有长期的使用寿命和可靠的稳定性 10.快速的响应恢复特性(三)模块接口说明（4线制） 1.VCC5V工作电压 2.GND外接GND 3.DO 数字开关输出接口（0和1） 4.AO 模拟量输出接口(四)气体浓度的测量方法模块在无CO、丁烷、丙烷、甲烷等气体影响或者气体浓度未超过设定阈值时，数字接口DO口输出高电平，模拟接口A0电压基本为0v左右，当气体影响超过设定阈值时，模块数字接口D0输出低电平，模拟接口A0输出的电压会随着气体的浓度增大而增大。本设计通过使用MQ_5模块的A0（模拟量输出接口）与MCU的P1.3口连接，然后在MCU中处理P1.3口的模拟电压进行A/D转换，从而得到气体浓度的大小。五、DYP-ME003红外人体传感器传感器使用DYP-ME003红外人体传感器，该传感器输出信号为高电平时有人入侵，为低电平时表示无人入侵。因在仿真软件Proteus 7 Professional里没有DYP-ME003红外人体传感器，故使用按键代替。功能特点如下：1. 全自动感应:人进入其感应范围则输出高电平， 人离开感应范围则自动延时关闭高电平，输出低电平。2. 光敏控制（可选择，出厂时未设）：可设置光敏控制，白天或光线强时不感应。3. 温度补偿(可选择，出厂时未设)：在夏天当环境温度升高至3032，探测距离稍变短，温度补偿可作一定的性能补偿。4. 两种触发方式：（可跳线选择） (1)不可重复触发方式:即感应输出高电平后，延时时间段一结束，输出将自动从高电平变为低电平； (2)可重复触发方式：即感应输出高电平后，在延时时间段内，如果有人体在其感应范围活动，其输出将一直保持高电平，直到人离开后才延时将高电平变为低电平（感应模块检测到人体的每一次活动后会自动顺延一个延时时间段，并且以最后一次活动的时间为延时时间的起始点)。5. 具有感应封锁时间(默认设置:2.5S封锁时间)：感应模块在每一次感应输出后（高电平变成低电平），可以紧跟着设置一个封锁时间段，在此时间段内感应器不接受任何感应信号。此功能可以实现“感应输出时间”和“封锁时间”两者的间隔工作，可应用于间隔探测产品；同时此功能可有效抑制负载切换过程中产生的各种干扰。(此时间可设置在零点几秒几十秒钟)。6. 工作电压范围宽：默认工作电压DC4.5V-20V。7. 微功耗:静态电流50微安，特别适合干电池供电的自动控制产品。8. 输出高电平信号：可方便与各类电路实现对接。DYP-ME003人体感应传感器的感应范围如图4.10所示：图 4.10 DYP-ME003人体感应传感器的感应范围六、报警电路本设计采用蜂鸣器和LED流水灯作为报警装置。通过判断所接收到的数据来确定是否报警，所接受到的数据主要来自温度传感器、气体传感器和红外熱释传感器。（1） 蜂鸣器 当单片机接收到超额温度信号或气体信号时,输出脚BELL输出高电平,Q1导通，致使蜂鸣器BELL得电工作，发出报警声。如图4.11所示：图4.11 蜂鸣器报警电路（二）按键按键电路一端和地相连一端和AT89S52的P1相应端口相连，如图4.12所示： 两个功能键分别为设置DYP-ME003红外人体传感器、烟雾浓度。 按键1：代替DYP-ME003红外人体传感器进行仿真；按键2：代替烟雾浓度传感器进行仿真； 图4.12 按键电路 （三）LED灯LED灯一端和地相连，一端和AT89S51的P1口相应端口相连。3个LED灯分别显示火灾、入侵报警和烟雾报警。图4.13 LED显示电路（四）显示电路火灾温度和烟雾浓度显示采用四位七段LED共阳数码管显示，其电路图如4.14所示： 图4.14 显示电路 开 始第五章 系统软件设计 系统初始化 非法入侵采集 烟雾采集温度采集 A/D转换数据处理超过报警上限？有无入侵？进入子程序报警 N温度、浓度显示，报警电路工作 返 回图5.1 软件流程图本论文中，软件解决的主要问题是检测温度传感器、烟雾传感器和红外人体传感器的温度信号、烟雾信号和非法入侵信号，然后对信号进行显示和判断，在超出预设报警值时候发出报警。一、 主程序模块主程序主要是完成系统初始化、设置中断矢量、以及调用显示等等。主程序部分如下所示：Main主程序： #include #include 18b20.h #include display.h #include adc0832.h unsigned char value=1; unsigned char count=0; void main() TMOD=0x11; /定时器T1初始化 TH1=(65535-1000)/256; TL1=(65535-1000)%256; EA=1; ET0=1; ET1=1; TR0=1; TR1=1; Int_DS18B20(); /温度芯片初始化 P0=0xff; /初始化断口 P1=0xff; P3=0xff; while(1) Scan_Key(); B a o j in() value = ReadAdc0832(0)；/读取温度传感器的温度 二、 温度采集处理模块本次设计由于采用集成数字温度传感器DS18B20,所以不需A/D转换。本次设计中为了演示方便，将温度传感器的报警限设为65。温度采集转换流程图如图5.2所示：开始初始化DS18B20写控制字读取温度返回图5.2 温度采集流程图 18B20程序：#includesbit DQ = P23;void Delay(int num)/延时函数 2uS/次 while(num-); void InitDS18B20(void)/初始化DS18B20 unsigned char x=0; DQ = 1; /DQ复位 Delay(8); /稍做延时 DQ = 0; /单片机将DQ拉低 Delay(80); /精确延时 大于 480us DQ = 1; /拉高总线 Delay(14);/稍作延时后，若x=0则初始化成功，x=1则初始化失败 x=DQ; Delay(20);unsigned char Read One Char(void)/读一个字节 unsigned char i=0; unsigned char date = 0; for (i=8;i0;i-) DQ = 0; / 给脉冲信号date=1;DQ = 1; / 给脉冲信号if(DQ)date|=0x80;Delay(4); return(date);void Write One Char(unsigned char date)/写一个字节 unsigned char i=0; for (i=8; i0; i-)DQ = 0;DQ = date&0x01;Delay(5);DQ = 1;date=1;unsigned int Read Temperature(void)/读取温度 unsigned char a=0; unsigned char b=0; unsigned int t=0; float t=0; InitDS18B20(); Write One Char(0xCC); / 跳过读序号列号的操作 Write One Char(0x44); / 启动温度转换 InitD