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辽 东 学 院 本 科 毕 业 论 文（设 计）基于nRF401的烟雾检测报警系统Smoke Detection Alarm System Based on nRF401学 生 姓 名： 王 宁 学 院： 信息技术学院 专 业： 电子信息工程 班 级： B1006 学 号： 0915100624 指 导 教 师： 于庆海 审 阅 教 师： 完 成 日 期： 辽 东 学 院Eastern Liaoning University独创性说明作者郑重声明：本毕业论文（设计）是我个人在指导教师指导下进行的研究工作及取得研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，毕业论文（设计）中不包含其他人已经发表或撰写的研究成果，也不包含为获得辽东学院或其他单位的学位或证书所使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的贡献均已在论文中做了明确的说明并表示了谢意。作者签名：_ 日期：_ _ 基于nRF401的烟雾检测报警系统摘 要伴随着人们生活水平的提高，一系列产品使我们的生活变得更加便捷、舒适。与此同时安全更是人们日常生活中必须要考虑的部分，而预防火灾的发生更是尤为重要的。该设计正是以预防火灾、尽可能的降低火灾带来的伤害为目的，设计的一款具有无线传输功能的烟雾检测报警系统。该系统采用模块设计方法，由烟雾采集、射频传输、以及单片机控制三个主要模块组成，从而实现火灾地点及主控室双报警、多点有无火灾报警实时监测等功能。可充分降低火灾对人们造成的伤害。该设计分为两部分：检测发送部分和接收控制部分。分别对应完成烟雾实时监测与报警信号处理的功能，通过无线传输实现两个部分的链接，从而确保当火灾地点无人时，主控室可以对其报警信号进行快速处理，以尽可能的减少火灾带来的伤害与损失。该设计可以充分利用在教学楼、办公室、计算机房、图书馆、档案管理库等建筑。但不适用有大量粉尘、水雾或油雾等滞留的场所。关键词：火灾报警；实时监督；无线传输- I -基于nRF401的烟雾检测报警系统Smoke Detection Alarm System Based on nRF401AbstractWith the improvement of peoples living conditions, a series of products makes our life more and more convenient and comfortable. At the same time the security in the daily life must be considered. The prevention of fire is especially important.该设计正是以预防火灾、尽可能的降低火灾带来的伤害为目的，设计的一款具有无线传输功能的烟雾检测报警系统。该系统采用模块设计方法，将烟雾采集、射频传输、以及单片机控制三个模块进行拼接，从而实现火灾地点及主控室双报警、多点有无火灾报警实时监督等功能。可充分降低火灾对们造成的伤害。The design is a smoke detection alarm system of wireless transmission, which is expected to prevent fire and reduce fire damage to the least. The system adopts module design method, which is comprised of smoke collection module, RF transmission module and SCM control module, to practice the functions of double alarms in both the fire place and the monitoring room and that of multipoint real-time oversight. It can fully reduce fire damage to people.该设计分为两部分：检测发送端和接收控制端。分别对应完成烟雾实时监测、与报警信号处理的功能，通过无线传输实现两个部分的链接，从而确保当火灾地点无人及时响应报警时，主控室可以其报警信号进行快速处理，以尽可能的减少火灾带来的伤害与损失。The design is divided into two parts: detecting and sending port and receiving and controlling port, corresponding to the functions of completing real-time smog monitoring and alarm signal processing. The realization of linking the two parts through wireless transmission ensures that the monitoring room can rapidly handle the alarming signal when no one is in the fire place, which reduces the harm and loss by fire to the least.该设计可以充分利用在教学楼、办公室、计算机房、图书馆、档案管理库等建筑。但不适用有大量粉尘、水雾、油雾、大量滞留的场所。The design can be made full use in teaching buildings, offices, computer rooms, libraries, archive management rooms but not in places exposed to a lot of dust, mist and oil mist.该设计可以充分利用在教学楼、办公室、计算机房、图书馆、档案管理库等建筑。但不适用有大量粉尘、水雾、油雾、大量滞留的场所。关键词：火灾报警；实时监督；无线传输Key Words: Fire Alarm; Real-time Monitoring; Wireless Transmission- IV -目 录摘 要IAbstractII一、绪论1（一）课题研究的目的1（二）现状与发展趋势1二、总体设计方案与元器件介绍2（一）总体设计方案2（二）元器件介绍31.检测报警模块32.无线传输芯片53.主控制芯片7三、硬件设计9（一）检测发送部分硬件设计91.烟雾检测模块设计92.控制模块设计103.按键设置模块设计114.射频发射模块设计11（二）接收显示模块硬件设计121.射频接收模块设计122.控制模块与显示模块设计133.声光报警模块设计13四、软件设计15（一）检测发送部分软件设计151.初始化程序设计172.nRF401发送过程概述183.串口发送程序设计18（二）接收显示部分软件设计201.初始化程序设计202.串口接收程序设计213.地址编码转换程序设计234.显示模块程序设计23五、调试与仿真24（一）程序调试241.检测发送部分242.接收显示部分24（二）电路仿真25（三）硬件调试261.面包板的布局设计262.线路板的焊接与检测283.实物演示28结 论32参 考 文 献33附录A 系统硬件原理图34附录B 检测发送部分代码35附录C 接受显示部分代码39致 谢46辽东学院本科毕业论文（设计）版权使用授权书47基于nRF401的烟雾检测报警系统一、绪论（一）课题研究的目的火灾是直接影响大众生命安全，严重影响社会发展的一种灾害。随着经济建设的发展，物质财产的增多、新能源的开发、以及人民生活水平的提高火灾造成的损失越来越大，所以人们更加重视对火灾的防护1。以较高的发生频率、极强的破坏性，成为人们非常关注的灾害之一。然而，由于在日常生活中的粗心大意，用火不当而引起的火灾的现象时而发生，在大多数办公室或居民楼建筑中，防火避难设施不全等安全隐患更是非常常见的现象，人们通常会对重大火灾隐患抱有侥幸心理，然而面对这些消防隐患，火灾的及时预防与制止显得格外重要。而本设计正是对火灾进行自动检测的报警系统。以预防火灾发生为目进行研究，通过对火灾初期的烟雾进行检测，实现对火灾的及时发现与处理。从而达到尽早发现火灾将危害降到最低的目的。实现对火灾的实时检测与自动报警的功能。（二）现状与发展趋势火灾报警技术系统主要包括探测和报警两个基本部分。根据探测火灾参数的不同，火灾探测器可分为感温、感烟、感光、气体和复合等类型2。报警系统也是多种多样的，对应不同的用户要求设定成不同报警形式。例如声光报警，短信通知报警。有的报警系统还可以自动拨打119报警，甚至部分大型的探测报警系统往往还会自动灭火。随着计算机软件技术和微电子技术在消防产品中应用的越来越多，且集成化，网络化和智能化程度的不断提高，火灾自动报警系统的模式也变得越来越灵活，很难准确的划分成固定的几种模式，而微型计算机较强的运算能力以及出众的逻辑能力等优势在改善和提高系统的快速性、精准性、稳定性方面显示出强大的生命力促进了火灾报警系统的进步与发展。二、总体设计方案与元器件介绍（一）总体设计方案本设计采用模块设计的理念，将信号检测模块、无线传输模块以及控制模块相结合，从而完成整体设计。在软硬件设计部分，通过检测发送和接收显示两个部分进行设计，使得整体设计更加明确。其简单的工作原理为：由检测模块进行是否有报警信号的实时检测，既对有无烟雾信息进行采集，当有火灾产生时，对其做出报警，然后通过控制模块将地址编码信息传送给无线传输模块的发送端，再由无线传输模块的发送端将地址编码发送给无线传输模块的接收端，最后由接收端的控制模块对其报警信号进行处理，即声光报警显示具体地址信息，以便相应人员对其进行的处理。系统总体结构图如图2.1所示。图 2.1 系统总体结构图（二）元器件介绍1.检测报警模块 传感器是实现自动检测和自动控制的首要环节3。传感器对数据的精准测量，是信号转换、信息处理、数据控制的重要依据。就该系统而言，当有火灾发生，能够迅速检测火灾的发生，可靠并及时的发送报警信息。能够立刻的报警，是对传感器选择的一大重要依据。火灾探测器主要分为以下几个主要类型，感温探测器、感烟探测器、气体探测器、图像探测器。其中能够对火灾初期微小烟雾粒子做出感应的探测器适合该系统。而感烟探测技术通常分为光电式探测器以及离子式探测器，离子式烟雾检测器的优点在于能够在火灾初期（阴燃时期）即可发现，即较快速度发现火灾的发生。基于此优点该系统的设计采用离子式烟雾检测器，具体型号为his-07，其内部结构如图2.2所示。放大电 路开关电 路接电源和执行机构图 2.2 离子式烟雾探测器His-07离子室工作原理：在没有烟雾和燃烧物时，收集极电流保持平衡电位。当烟雾进入电离室时对电离电流产生影响，其中外电离室所受影响较大。导致电离电流下降，收集极重新充电直到新的平衡电位，这种电位变化可用于触发报警电路4。MC14468的结构特点及工作原理：它需要外接一个离子源和少量的外部元件，即可完成烟雾探测和报警的功能5。当检测到烟雾时，它能通过内部的驱动电路发出报警声。MC14468自身的100mV的滞后电压会防止其他外界（如飞虫）造成的误报警，有效地提高系统的可靠性6。MC14468的引脚排列及功能如表2.1。 表2.1 MC1468引脚功能介绍引脚名称功能说明1Detect Out检测信号输出端2I/O输入输出级联3Low V Set欠压设置4Strobe Out检测输出使能5LEDLED驱动6VDD电源正极7Timing Register定时电阻8Feedback反馈输入9VSS电源地10BrassB极11SilverS极12OSC Capacitor晶振电容13Sensitivity Set灵敏度设置14Guard Lo-Z保护下限15Detect Input检测信号输入端16Guard Hi-Z保护上限His-07与MC14468连接电路图如图2.3所示。 图2.3 MC14468与离子源连接电路图his-07与MC14468实物图如图2.4所示。 his-07 MC14468 图2.4his-07与MC14468实物图 2.无线传输芯片 射频识别同时也被为无线电频率识别。是一种利用无线电波来识别和处理信号的技术，是一种无需接触的识别技术。射频识别具有下述特点：l 利用电磁耦合方法完成的无需接触的识别技术。l 利用无线电资源，须遵守其规范。l 存放的数字化识别信息，所以方便应用于各种系统。l 可以应用于大范围的系统应用。并构成完善的信息系统。l 涉及计算机无线数字通信，集成电路和电磁场等众多学科是一个新兴的通讯技术领域7。nRF401是美国Nordic公司推出单片无线收发芯片功耗极低，灵敏度（可达到105dBm）很高，且可以工作在两个频道（433.92MHz和434.33MHz）8。该芯片采用FSK调制解调技术。同时也有集成度高、工作频率稳定可靠。nRF401的引脚排列及功能如下。 表2.2 nRF401引脚功能管脚名称功能说明1XC1晶振输入2VDD电源+3-5V3VSS电源地4FILT1环路滤波器5VCO1VCO电感6VCO2VCO电感7VSS电源地8VDD电源+3-5V9DIN数据输入10DOUT数据输出11RF_PWR发射功能设置12CS频道选择CS=0433.92MHz（Channel#1）CS=1434.33MHz（Channel#2）13VDD电源+3-5V14VSS电源地15ANT2天线终端16ANT1天线终端17VSS电源地18PWR_UP节电控制19TXEN发射/接收控制TXEN=1Transmit modeTXEN=0Receive mode20XC2晶振输出 nRF401芯片实物图如图2.5（a）所示，nRF401模块实物图如图2.5（b）所示。 （a） （b）图2.5 nRF401模块实物图3.主控制芯片随着超大规模集成电路技术的发展，在一个集成电路芯片上集成了中央处理器CPU、数据库存储器RAM、程序存储器ROM或EPROM、各种I/O接口等、构成了一个计算机，称为单片机。也就是说单片机是集成在一块集成电路芯片上的计算机。STC89C52RC单片机是宏晶科技推出的新一代高速/低功耗/超强抗干扰的单片机，指令代码完全兼容传统8051单片机，12时钟/机器周期和6时钟/机器周期可以任意选择。其实物图如图2.6所示。 图2.6 单片机实物图主要特性如下： l 6时钟/机器周期和12时钟/机器周期可以任意选择，指令代码完全兼容传统8051，可以看成是8051的增强版。l 工作电压：5.5V3.3V（5V单片机）/3.8V2.0V（3V单片机）。l 工作频率范围：040MHz，相当于普通8051的080MHz，实际工作频率可达48MHz。l 用户应用程序空间为8K字节。l 片上集成512字节RAM。l SP（在系统可编程）/IAP（在应用可编程），无需专用编程器，无需专用仿真器，可通过串口（RxD/P3.0,TxD/P3.1）直接下载用户程序，数秒即可完成一片。l 具有EEPROM功能。l 具有看门狗功能。l 共3个16位定时器/计数器。即定时器T0、T1、T2。l 外部中断4路，下降沿中断或低电平触发电路，Power Down模式可由外部中断低电平触发中断方式唤醒9。l 通用异步串行口（UART），还可用定时器软件实现多个UART。l 工作温度范围：-40+85（工业级）/075（商业级）。l PDIP封装。三、硬件设计 本系统硬件设计分为检测发射和接收显示两部分。检测发射部分主要由烟雾检测模块，控制模块，以及无线发送模块构成。接收显示部分主要由无线接收模块、控制模块、显示模块构成。具体设计方案如下。总硬件设计电路图见附录A。（一）检测发送部分硬件设计 检测发射部分首先通过烟雾检测模块进行实时报警监控，当发生报警时，进行声光报警，并将报警信号传递给控制系统，控制系统首先读取当前地址信息，当有报警信号时，将地址信息传给无线发送模块，最后由无线发射模块将信息发送出去。检测发送模块由烟雾检测电路、主控电路、按键电路、无线射频发送电路组成。1.烟雾检测模块设计烟雾检测模块由离子源his-07与MC14468芯片构成，当离子源检测到有烟雾产生时，MC14468将会对信号进行处理，发出声光报警，并将信号发送给控制模块。其电路图如图3.1所示。保护上限、检测输入、保护下限引脚与离子源相连接。LED驱动引脚与发光二极管相连接。当有烟雾产生时，发光二极管会以1Hz的频率发光。蜂鸣器的采用压振蜂鸣器，当烟雾产生后，会驱动蜂鸣器发出报警。MC14468的检测输出脚与单片机的外部中断1相连接，当有烟雾产生时MC14468将输出的高电平，传递给单片机外部中断1引脚，同时启动单片机内部定时器，定时60ms，消除误报警。如产生误报警既有下降沿产生触发单片机中断，重新设值定时器初值。如没有发生误报警开始执行子程序，通过串口将地址信息给射频发送模块nRF410。 图3.1 MC14468模块电路图2.控制模块设计控制模块的核心元件为STC89C52。首先构建STC89C52的最小系统，采用12MHz晶振、以及按键复位电路。其次则是与其他模块的简单连接。具体工作步骤为，首先将地址编码读取到单片机片内RAM中，地址编码信息由用户自主设定，由P0、P1、P2读取地址编码信息。当有烟雾产生时，将地址编码信息通过串口发送给射频芯片nRF401。具体电路如图3.2（a）所示。 （a） （b）图3.2 主控模块及按键模块电路图3.按键设置模块设计楼号的设置方式采用拨码开关进行设置，这样的设计方法使得该烟雾检测报警系统应用的场所更灵活。同时也有效的避免了使用按键开关设置地址编码时，断电丢失地址编码信息的顾虑。但是也存在一定的缺点就是没有按键开关的方式直观、简洁。具体电路如图3.2（b）所示4.射频发射模块设计射频发送模块采用nRF401芯片为核心芯片。具体电路连接方式如图3.3所示。TXEN端的高低电平由软件设置，可实现nRF401发射模式与接收模式之间的相互切换10。当有数据要发送时，单片机P1.7引脚置1。此时，晶振频率为4MHz，作为基准频率。然后经过锁环和压控振荡器进行N倍频后，最后经功率放大器放大后从PCB天线发射出去11。同时由于CS引脚直接接地，所以中心频率f0为433.92MHz。发送结束后立刻将单片机P1.7清零。将nRF401芯片改成接收模式，等待握手信号的回传。同时需要注意在软件设计中调节握手信号回传的时间。因为nRF401芯片由发送模式转为接收模式有一定的时延。图3.3 nRF401模块电路图（二）接收显示模块硬件设计接收显示部分由射频接收模块、控制模块和显示报警模块构成。当射频接收模块接收到火灾报警的地址信息时，传送给控制模块，控制模块对其进行处理，发出声光报警，并显示地址编码。1.射频接收模块设计 射频接收模块其具体的电路同上述发送模块，同样由nRF401芯片构成。单片机P1.7引脚清零，使nRF401芯片处于接收状态nRF401。此时，从PCB天线上接收到调频信号时，调频信号经低噪声放大器放大，经混频器变成中频，在经带通滤波器滤波和调制解调器解调后，成为数据输出12 。此时将单片机P1.7引脚置1，使nRF401芯片切换到发射模式，给检测发射电路nRF401回送握手信号，同时接收控制电路中nRF401把接收到的数据传送给单片机。具体电路如图3.3。2.控制模块与显示模块设计控制模块同上述接收模块的控制模块相同，以STC89C52为核心元器件，构建最小系统，接连外部电路。不同就是外部电路不在是拨码开关，而是显示模块。由1602为核心芯片的显示模块，按照图3.4的连接方式与单片机相连，即可实现显示功能。控制模块与显示报警模块具体电路如图3.4所示。声光报警电路如图3.5所示。当单片机接收到报警地址信息时，将其地址编码显示在1602液晶显示器上，并调用声光报警函数，使主控室发出声光报警，以便相应人员对其迅速作出处理。图3.4 控制显示模块3.声光报警模块设计 声光报警电路包括发光二极管、蜂鸣器。由于单片机引脚电流过小不能直接驱动发光二极管和蜂鸣器，所以将发过二极管的正极直接接+5V电源，串联200电阻，避免二极管被损坏。蜂鸣器正极需要连接利用三极管驱动，具体电路连接如图3.5所示。 图3.5 声光报警电路四、软件设计 与硬件设计相对应，软件设计也分为两个部分，即检测发送部分与接收显示部分。当检测发送部分检测到烟雾产生时，启动定时器T0，消除误报警延时60ms，当确定报警信号后，将读取到的地址编码经过串口发送给nRF401，再由nRF401通过天线发送出去。接收显示部分会在接收到信号后回传握手信号，以示接收到信号。接收显示部分同时会启用声光报警以及显示火灾地址。（一）检测发送部分软件设计 检测发送部分由主函数、地址设定函数、中断函数、定时中断函数、nRF401收发函数和延时函数等函数构成，其主程序流程如图4.1所示，其中串口中断服务函数流程图如图4.4所示。首先通过读取P0、P1、P2口的值来获取地址信息，然后完成对串口，定时器以及外部中断进行初始化。不断检测引脚是否为高电平。如果有高电平说明有烟雾产生，同时启动定时器延时60ms确定过程中没有变回低电平即误报警现象。如果变成低电平则引起外部中断。重置定时器继续检测是否有报警信号。确定消除误报警后通过串口发射地址编码。发送结束后立即转为接收，接收握手信号，如果没有接收到将会重新发送地址编码。检测部分总代码见附录B。 开始读取拨码开关设定的地址值初始化Int1是否为“1”？启动定时器0，定时60msNY等待外部中断1或定时器0中断（a）主程序流程图 开始设置定时器初值重新启动定时器返回(b)外部中断1中段服务函数 开始设定定时器初值利用串口发送数据引发串口中断返回（c）定时器0中断服务函数图4.1 检测发送部分总流程图1.初始化程序设计通过上述流程图及分析，可以看出检测发射部分多次调用中断服务函数，不仅调用了串口中断函数，同时也有外部中断函数、定时器中断函数的调用。当有外部中断1发生说明产生了误报警。而定时器0发生中断是说明没有误报警产生。并调用串口中断函数发送数据。而且对应每一种中断函数多需要对其进行相应的初始化。其初始化过程如图4.2所示。设置寄存器TMOD值为21H。即定时器1为工作方式2，定时器0工作方式1，两个定时器均设置为定时方式。设置定时器1初值0E6E6H，使得串口工作波特率为1200波特。设置定时器0初值为2800H，设置定时器0定时60ms。设置标志位IT1=1，使得外部中断1为下降沿有效。设置寄存器SCON的值为50H，使得串口为工作方式1，允许接收。最后依次将EX1、ET0、ES、EA置1，开外部中断1、定时器0、串口以及总中断。T1工作方式2，T0工作方式1 开始设置T0的计数初值为E6E6H设置T0的计数初值为2800H设置外部中断1为下跳沿请求中断设置串口工作方式1允许接收 依次开中断，开总中断 返回图4.2 初始化流程图2.nRF401发送过程概述本设计中的一个关键所在就是检测发送部分和接收显示部分的两个nRF401数据的接收与发送。其中nRF401收发模式相互转换是，所需要的延时更是需要格外注意的。当发送数据结束后立即转换成接收模式，nRF401模块需要3ms延时，所以在软件设计时，当完成所有数据的发送后有5ms的延时，在5ms时间内未能接收到握手信号，会重新发送数据，以保证该系统的准确性。nRF401发射具体发射过程流程图如图4.3所示。Y 开始 发送数据 延时等待接收到握手信号？接收握手信号 返回N 图4.3 nRF401工作流程图3.串口发送程序设计 本设计以nRF401射频无线发射为核心，利用单片机串口对数据进行发送，所以串口中断函数为本设计重点，具体流程图如图4.4所示。当产生串口中断时，首先需要判断是有发送还是接收产生的中断。当发生发送中断时判断nRF401是否设置成发送以及是否有数据发送，判断完成后发送数据以及检验和，并将nRF401的工作方式设置成接收。当产生接收中断时，判断是否接收到握手信号，如未能接收到将重新发送数据。 图4.4 串口发送流程图（二）接收显示部分软件设计 在接收控制部分主要包括主函数、nRF401收发函数、显示地址函数、声光报警函数和延时函数等子函数。程序运行后等待接收地址信息，当接收到地址信息后，发送握手信号。调用声光报警函数，调用显示地址函数。具体流程图如图4.5所示。接收显示部分总代码见附录C。 图4.5 接收显示部分总程序流程图1.初始化程序设计相对于检测发送部分来说，接收显示部分的中断服务函数相对较少。但是对初始化的部分依旧是很重要的一环。设置SCON的值为50H，即设置串口为工作方式1，设置为允许接收模式。设置寄存器TMOD的值为20H，即定时器1为工作方式2，设置初值为0E6E6H。使得串口工作的波特率为1200波特。最后开串口中断于总中断。具体初始化步骤如流程图4.6所示。开 始设置定时器1工作方式2设置定时器1初值为E6E6H设置串口工作方式1允许接收设置接收缓冲区的首地址开串口中断，开总中断返 回图4.6 初始化流程图2.串口接收程序设计 由接收数据引起的串口中断服务函数，接收到数据后立即转为发送，将握手信号发送出去。同检测发送模块相同，在发送握手信号的时候要注意要有一定延时，避免nRF401没有将发送接收模式转换过来。同上述串口中断函数相同，当有中断产生时需要判断是由接收数据还是由发送数据引起的串口中断。当由接收数据引起中断时将接收到的数据依次存进RAM指定单元内。完成接收后，立刻将nRF401转换成发送模式，延时一段时间后，发送握手信号。具体流程图如图4.7所示。图4.7 串口接收流程图3.地址编码转换程序设计根据硬件设计中拨码开关的设定，其中P1.4-P1.7非地址编码，P1.0-P1.3为楼栋号，P0.0-P0.3为单元号，P0.4-P0.7为楼层号，P2.0-P2.3为房间号个位，P2.4-P2.7为房间号的十位。由于发送与接收过程中直接传输8位数据，而实际设定为每4位存贮一部分地址信息，所以需要对地址编码进行转换。转换方法如下，将接收的数据的高四位与低四位取出，依次存进已定义好的rxdatachang 数组中，在将该数组中的数据转成ASII码后存在数组table3 数组中，当调用报警显示函数时，显示该数值。4.显示模块程序设计 在接收显示模块中，同样比较重要的函数就是显示函数，采用1602为显示模块，需要设置两个显示函数，一个为没有火灾发生时的正常显示，另一个为当有火灾发生时，显示地址编码的显示函数。两个函数基本流程相同，其流程图如图4.8所示。当完成数据接收后调用报警显示函数，同时调用声光报警函数，同时声光报警需要手动关闭，以避免工作人员遗漏报警信息。开 始 初始化清屏，光标显示设置光标移动设置 显示指定数据返 回图4.8 LCD1602显示流程图五、调试与仿真（一）程序调试 Keil uVision4 软件作为本设计应用的编程软件来说，其开发环境、仿真器、调试器等，可以使用户快速的编辑、仿真和调试程序。通过该软件对系统的软件设计方面，进行调试。排除程序中存在的问题。1.检测发送部分首先编译执行整个程序，是否有错误存在，并改正在此过程中遇到的错误。其次，加入断点，分别单步运行每个函数，观察程序跳转位置，观察寄存器中值的变化是否与设定一致。对比程序流程图，判断是否按照设定的流程图执行该函数。依次检测每个函数，得到最终的正确的总程序。其中对串口的中断函数的检测，还需调用Peripherals中的Serial串口观察每个串口寄存器的变化是否与设定一致，同时观察从串口发射的数据是否正确。最后生成hex文件，联合电路仿真软件对其进行仿真。2.接收显示部分 同检测发送部分相同，首先需要编译执行整个程序，检测是否存在问题，并修正。其次，加入断点，分别单步运行每个函数，观察程序跳转位置，对比程序流程图，得出程序运行是否与流程图的结构相同，同时观察寄存器，判断每个寄存器的变化是否与最初的设定一致。其中对串口的中断函数的检测，还需调用Peripherals中的Serial串口观察每个串口寄存器的变化是否与设定一致，同时观察从串口接收的数据是否正确。在对显示函数进行但不运行时，观察与1602的RE和R/W引脚相连接的单片机引脚的变化。需要对比液晶1602使用手册，观察是否能够成功完成显示功能。最后，生成hex文件，联合电路仿真软件对其进行仿真。调试界面如图5.1所示。 图5.1 系统软件调试图（二）电路仿真Proteus是世界上著名的仿真软件。可以利用该软件进行原理图布局、代码调试以及单片机和外围电路的仿真。是目前世界上唯一将电路仿真软件、和虚拟模型仿真软件合一的设计平台13。支持多种处理器和编译器。 通过该软件可以实现原理图布局的设计，并对电路进行仿真。仿真图的设计同整体设计一致采用模块设计的理念。完成每个模块的原理图布局，同时对其仿真，确定每个模块的设计是正确的，确定每个模块中的外围电路正确。比如比较复杂的液晶显示模块。可以通过简单的程序先来测试电路的连接是否正确，再应用到整体的设计中去。在整体电路中也要注意检测每一部分的电路连接是否有错误，确认整体连接无误后，将之前生成的hex文件分别导入仿真电路中发送检测部分的单片机和接收显示部分的单片机中。运行电路，利用VIRTUAL TERMINAL(虚拟终端)同时观察串口发送和接收的内容是否正确。观察当有火灾报警产生时，是否能够正常报警并正确显示数据。仿真电路图如图5.2所示。由于元件库中没有所用的传感器芯片和射频发送芯片，所以仿真图中，直接连接串口，传感器则使用开关来代替。 图5.2 系统仿真图（三）硬件调试 完成了以上两项的调试与仿真后，进行实物的焊制。通过仿真图确定需要购买的元器件，并对其进行采购。随后利用参照仿真电路图与实际元器件，对面包板进行布局，避免连接不当或者线路混乱的情况发生。完成后进行焊接工作。每完成一个模块的焊接，都需要利用万用表检测是否有虚连，避免产生错误。1.面包板的布局设计在检测发送模块中，传感器和射频模块占据了较大部分位置，再加上拨码开关的位置，已经远远超过一张面包板，所以决定将较大的烟雾检测报警模块外接，通过短线直接将其报警输出引脚与单片机的外部中断1引脚相连接。而其他元器件则以单片机为核心，具体位置则为与单片机芯片相连接的引脚附近，避免造成长距离连线，有效的防止了线路混乱的问题。具体产品实物如图5.3。在接收显示模块中，没有特别大的元器件则以单片机与1602的连接为优先，因为其连接比较复杂，随后布置其余电路的元器件摆放位置，其基本方法同上述检测发射模块中的方法。具体产品实物如图5.4。 图5.3检测发送部分布局图 图5.4 接收显示部分布局图2.线路板的焊接与检测完成了简单布局设计后，需要完成每张板的电路焊接，对每个部分的焊接都需要进行检测。首先对电源进行故障排除，使用万用表20V直流电压档，对其进行确认，检测是否有5V电源产生，确定高低电平引脚，随后焊接单片机最小系统，焊接完成后，首先使用万用表二极管档，测量是否存在虚连，在没有虚连的情况下，在使用万用表20V直流电压档，测量每个部分是否连接正确，存在理论值电压。最后连接其他外部电路，使用以上方法确认每个部分电路正确连接。完成电路的焊接后进行实物的测试与调试。插入电源以及其他主要芯片，点燃香烟观察是否产生理论想象。如依旧未能得到理论现象，重复上述调试检测过程，找到问题并给予解决。3.实物演示完成综上所述调试步骤后，进行实物演示，首先检测MC14468模块是否能够正常使用，连接9V电源，点燃香烟，观察是否有报警现象的产生。具体现象图如图5.5所示，即右上角发光二极管亮，左侧蜂鸣器发出声响。图5.5 检测模块实物图随后检测nRF401是否能够正常工作，编写简单的串口通讯程序，利用串口点亮P1.1口的发光二极管，简单的电路连接，以及演示结果如图5.6-5.7所示，即5.7图左下角发光二极管亮。图5.6 检测部分实物图图5.7 接收部分实物图最后将该设计代码烧写进单片机，连接电路，点燃香烟，设置地址编码，观察现象，具体现象如下图所示。检测发送部分如图5.8所示，即烟雾产生后右上角发光二级管亮，蜂鸣器响。图5.8 检测部分实物图 接收显示部分有烟雾产生时，现象如图5.9所示，即右上角发光二极管亮蜂鸣器响，液晶屏显示火灾发生地址。当没有烟雾产生时，如图5.10所示，即右上角发光二极管不亮，蜂鸣器不响，液晶屏显示一切正常没有报警。图5.9 接收显示部分实物图（有报警）图5.10 接收显示部分实物图（无报警） 上述调试过程及结果表明，该设计基本完成设计所要求的功能。实现了主控室与火灾地点双报警功能，主控室显示火灾发生地址信息的功能。 结 论通过本次毕业设计，让我对自己在大学四年内所学的知识做了一个很好的总结，充分利用了自己所学到的专业知识，更是对自己四年来的努力进行一个验收。本次设计利用了大学期间所学的51系列单片机为核心的控制模块，通过发射接收模块的介入，成功实现了火灾报警信号的无线传输，将检测与显示两个模块通过无线传输的方式结合到了一起。实现了程序空间小、系统稳定、反应速度快等特点。在有火灾发生时，第一时间发出报警信号，同时将报警信息以及对应地址编码传送给主控室。实现了以最快速度报警和及时通知有关部门等系统要求。另外该系统具有良好的稳定性与比较强的抗干扰特点。能够更加出色的完成火灾自动检测报警的目的。本系统的设计完成得到了指导老师的帮助与鼓励，仅此对老师的指导与鼓励表示感谢。 参 考 文 献1王绍玉.城市灾害应急与管理.重庆：重庆出版社，2006.2崔政斌.现代安全技术丛书第二版-防火防爆技术第三版.北京：化学工业出