毕业设计（论文）-单片机火灾智能报警系统.doc

学士学位毕业设计（论文） 单片机火灾智能报警系统 学生姓名：学生姓名：* 学学 号：号：* 指导教师：指导教师：* 所在学院：所在学院： 信息技术学院 专专 业：业：电气工程及其自动化 中国大庆 2013 年 05 月 本科毕业设计（论文）任务书本科毕业设计（论文）任务书 学生姓名 * 所在班级电气 2009 级(3)导师姓名孟洁导师职称讲师 论文题目 单片机火灾智能报警系统设计 题目 分类 1应用与非应用类：工程 科研 教学建设 理论分析模拟 2软件与软硬结合类：软件硬件软硬结合非软硬件 （1、2 类中必须各选一项适合自己题目的类型在内打） 主要研究内容及指标： 设计研究由单片机控制的火灾自动报警系统。 要求学生能够采用温度传感器和烟雾传感器，对温度及烟雾的情况进行实时监测，能对周围环 境的温度及烟雾的突变进行报警，起到早期发现火灾和通报火灾的作用。 主要参考文献： 1 GB50116-98 火灾自动报警系统设计规范M.北京:中国计划出版社. 2 李群芳,肖看.单片机原理、接口及应用嵌入式系统技术基础.北京:清华大学出版社,2005. 3 谭浩强著.C 语言程序设计.北京:清华大学出版社,2006 4 张义和,王敏男,许宏昌，等.例说 51 单片机.北京:人民邮电出版社,2008. 5 周丽娜.Protel99SE 电路设计技术.北京:中国铁道出版社,2009 6 郁有文,常健，程继红等.传感器原理及工程应用（第三版）.西安:西安电子科技大学出版社,2008. 阶段规划： 2012 年 12 月 19 日-2013 年 2 月 29 日 资料收集与整理，并确定初步设计方案。 2013 年 3 月 1 日-4 月 15 日 进行系统整体设计，完善设计内容。 2013 年 4 月 15 日-5 月 14 日 完成论文初稿的编写和整理。 2013 年 5 月 14 日-5 月 18 日 修改并排版打印毕业论文，准备答辩。 开题时间 2012 年 12 月 19 日 完成论文时间 2013 年 5 月 18 日 专家审定意见： 系主任签字： 年 月 日 摘要 I 摘要 本文利用单片机结合传感器技术而开发设计了这一火灾自动报警系统。本设计将 采用 DS18B20 数字温度传感器，可将温度信号直接转换成数字信号送给单片机，电路 简单，成本低；同时可设置温度报警值，实现声光报警。选用 MQ-2 型半导体可燃气 体敏感元件烟雾传感器实现烟雾的检测，具有灵敏度高、响应快、抗干扰能力强等优 点，而且价格低廉，使用寿命长。采用 SMC1602A 液晶显示模块可以直观的显示实时 温度和气体浓度。选用最常用的 AT89S52 单片机对所采集的数据进行处理。该火灾自 动报警系统结构简单、性能稳定、使用方便、价格低廉，具有一定的实用价值。 关键字关键字：火灾自动报警系统 单片机 MQ-2 ABSTRACT II ABSTRACT This article used the Single Chip Microcomputer and sensor technology to develop has designed this automatic fire alarming system. This design will use the DS18B20 digital temperature sensor, the temperature signal can be converted directly into a digital signal and send to the Single Chip Microcomputer, the circuit is simple and low cost; At the same time, we can set the limiting temperature, and achieve the sound and light alarm. In which selects the MQ-2 semiconductor resistance type smog sensor realizes the smog examination, has the high sensitivity, quickly responds, strong anti jamming ability and so on the merits, moreover the price is inexpensive, the service life is long. Liquid Crystal Module can be used the SMC1602A visual display real time temperature and gas concentration. The most commonly used 89S52 Single Chip Microcomputer used on the data collected for processing. This automatic fire alarming system is simple structure, stable performance, easy to use, low cost, and has certain practical value. Key words: Automatic fire alarming system Single Chip Microcomputer MQ-2 目录 III 目录 摘要 .I ABSTRACT .II 目录 .III 前言 . 1 设计要求及方案 .1 1.1 设计目的与基本要求 .1 1.2 主要应用方向与设计构思 .1 2 系统硬件组成和基本工作原理 .2 2.1 系统工作原理 .2 2.2 控制器模块设计 .2 2.3 显示模块设计 .3 2.4 温度采集模块设计 .5 2.5 气体采集模块设计 .7 2.6 报警电路模块设计 .10 3 系统的应用软件设计 .13 3.1 AT89S52 单片机调试及开发工具 .13 3.2 主程序流程 .13 4 系统调试 .15 总 结 .16 致谢 .17 参考文献 .18 附录一 原理图 .19 附录二 程序 .20 附录三 实物图 .21 前言 IV 前言 无线火灾传感器硬件和软件平台的设计对于整个系统的开发与应用至关重要，作 为整个系统的底层支持，其必然向微型化、高度集成化、网络化、节能化、智能化的 方向发展，近几年，随着计算机成本下降和微处理器体积缩小，开发和构造火灾智能 无线报警系统将有广阔的应用前景。工程试验结果充分显示了技术的可行性和实现的 有效性。随着智能楼宇技术应用的迅速发展，商业市场对火灾报警器的需求不断增长， 目前主要使用的是智能型总线制分布式计算机系统的火灾报警系统，虽然在系统安装 方面比过去大大方便，但仍然不能满足现代需要，其安装成本约占设备成本的 33%70%。而无线火灾报警系统能够满足目前要求，它具有安装容易、快捷、便宜、 无需布线、对建筑物表面的最小破坏性、对功能变化的易适应性等特点。有关资料统 计表明：凡是安装了火灾自动报警系统的场所，发生了火灾一股地说都能及早报警， 不会酿成重大火灾。 在各种灾害中，火灾是最经常、最普遍地威胁公众安全和社会发展的主要灾害之 一。火灾是世界上发生频率较高的一种灾害，几乎每天都有火灾发生。据联合国“世界 火灾统计中心(WFSC)2000 统计资料”，全球每年大约发生火灾 600 万至 700 万次，全 球每年死于火灾的人数约为 65000 至 75000 人。其中，欧美地区发生的火灾较多，死 亡人数却相对较少，这与欧美发达国家的生活水平以及消防技术和设施有关;相比较而 言，亚洲地区发生火灾次数较少，但死亡人数较多，这与亚洲经济发展程度不高、消 防设施不完善等因素有关。据统计，我国 70 年代火灾年平均损失不到 2.5 亿元，80 年 代火灾年平均损失接近 3.2 亿元。进入 90 年代，特别是 1993 年以来，火灾造成的直接 财产损失上升到年均十几亿元，年均死亡 2000 多人。随着经济和城市建设的快速发展， 城市高层、地下以及大型综合性建筑日益增多，火灾隐患也大大增加，火灾发生的数 量及其造成的损失呈逐年上升趋势。一旦发生火灾，将对人的生命和财产造成极大的 危害7。 严峻的事实证明，随着社会和经济的发展，社会财富日益增加，火灾给人类、社 会和自然造成的危害范围不断扩大，它不仅毁坏物质财产，造成社会秩序的混乱，还 直接危胁生命安全，给人们的心灵造成极大的伤害。残酷的现实让人们逐渐认识到监 控预警和消防工作的重要性，良好的监控系统和及时的报警机制可以大大降低人员的 伤亡，为社会减少不必要的损失8。火灾自动报警系统(FAS)就是为了满足这一需求而 研制出的，并且其自身的技术水平也在随着人们需求的不断地提高，在功能、结构、 形式等方面不断地完善。 火灾自动报警系统能迅速监测火情，可发现人们不易发觉的火灾早期特征，可将 火灾带来的生命财产损失降到最低限度。火灾发生的早期，会使得燃烧物质分解，析 出大量的有毒气体 CO，人们可能在毫无察觉火情的情况下就发生了 CO 中毒，从而无 力逃生，火灾自动报警系统可监测到 CO 浓度的变化，为人们提供 CO 浓度超标报警信 息，通知人们及时疏散9。火灾自动报警系统可作为城市消防系统的单元，通过城市消 前言 V 防专用网与城市消防报警中心联网，及时将报警信息传递到消防报警中心，城市消防 报警中心会自动查找到火灾发生的位置，并为消防队员制定消防路线图，以便消防队 员可以迅速抵达火灾地点10。火灾自动报警系统能对火灾进行实时监测和准确报警， 有着防止和减少火灾危害、保护人身安全和财产安全的重要意义，有着很大的经济效 益和社会效益。 黑龙江八一农垦大学毕业设计（论文） - 1 - 1 设计要求及方案 1.1 设计目的与基本要求 目的是设计一个由单片机控制的火灾自动报警系统，采用温度传感器和烟 雾传感器，对温度及烟雾的情况进行实时监测，能对周围环境的温度及烟雾的 突变进行报警。通过这个设计提高自己对单片机的使用能力，了解和掌握温度 传感器和烟雾传感器的使用，巩固自己在大学所学知识，增强自己的实际操作 能力。 要求所设计的火灾自动报警系统能够对温度和烟雾进行实时监测，出现异 常状况能够进行报警，起到早期发现火灾和通报火灾的作用。 1.2 主要应用方向与设计构思 本设计主要用于居民住宅区、机房、办公室等小型防火单位，是为人们提 供的一种简单的、廉价实用的火灾自动报警装置。 本火灾自动报警系统应由触发器件、警报装置、显示装置以及数据处理等 装置组成。触发器件包括自动或者手动产生报警信号的器件，如 DS18B20 温度 传感器，MQ-2 气体传感器，手动报警按钮。警报装置包括声音报警装置（蜂 鸣器）和光报警装置（LED 灯） 。显示装置是 CAI3461BH 数码管模块，能够实 时显示由 DS18B20 温度传感器和 MQ-2 气体传感器所传送的数据。采用 AT89S52 单片机作为主控芯片进行数据处理和各项操作。其中 MQ-2 气体传感 器需要配置放大电路和 A/D 转换模块对其信号进行处理，采用 LM324 芯片做 放大电路，ADC0804 芯片制作 A/D 转换模块。 黑龙江八一农垦大学毕业设计（论文） - 2 - 2 系统硬件组成和基本工作原理 2.1 系统工作原理 本火灾自动报警系统中，以 AT89S52 单片机为主控核心，使用 DS18B20 温度传感器采集温度信息，使用 MQ-2 气体传感器采集气体信息。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。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。 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。如果单片机接收到报警按键信号，直接报警。单片机 实时向 CAI3461BH 数码管显示模块输出显示信号，液晶显示模块显示周围环 境温度和气体数值。 下图是系统工作原理框图： 图 1 系统原理图 2.2 控制器模块设计 在自动火灾报警系统的设计中，单片机是其核心部件。单片机一方面要接 收来自传感器送来的感应信号和故障检测信号，另一方面要对不同信号分别进 行处理，控制后续电路的相应工作，同时还要查询是否有按键按下的请求。如 今市面上比较普遍的单片机主要是 89S52 系列。89S52 单片机应用普遍，工具 多，易上手，片源广，价格低，编程灵活，控制简单，很适合我们所要制作的 火灾自动报警系统。 2.2.1 AT89S52 单片机 AT89S52 单片机是低功耗的、具有 4KB 在线可编程 Flash 存储器的单片机。 它与通用 80C51 系列单片机的指令系统和引脚兼容。片内的 Flash 可允许在线 重新编程，也可使用非易失性存储器编程。他将通用 CPU 和在线可编程 Flash 集成在一个芯片上，形成了功能强大、使用灵活和具有较高性能性价比的微控 按键报警 DS18B20 MQ-2 LM324 ADC0804 AT89S52 单片机 CAI3461BH 蜂鸣器 LED 灯 黑龙江八一农垦大学毕业设计（论文） - 3 - 制器。 图 2 AT89S52 引脚图 AT89S52 具有如下特性：片内程序存储器含有 4KB 的 Flash 存储器，允许 在线编程，擦写周期可达 1000 次；片内数据存储器内含 128 字节的 RAM；I/O 口具有 32 根可编程 I/O 线；具有两个 16 位 I/O 线；中断系统具有 6 个中断源、 5 个终端矢量、2 个中断优先级的中断结构；串行口是一个全双工的串行通信口； 具有两个数据指针 DPTR0 和 DPTR1；低功耗节电模式有节电模式和掉电模式； 包含 3 级程序锁定位；AT89S52 的电源电压为 4.0-5.5V；振荡器频率 0- 33MHz；具有片内看门狗定时器；灵活的在线片内编程模式（字节和页编程模 式） ；具有断电标志模式 POF。 89S52 相对于 89C51 增加的新功能包括：新增加很多功能，性能有了较大 提升，价格基本不变，甚至比 89C51 更低；ISP 在线编程功能，这个功能的优 势在于改写单片机存储器内的程序不需要把芯片从工作环境中剥离，是一个强 大易用的功能；最高工作频率为 33MHz，大家都知道 89C51 的极限工作频率 是 24M，就是说 S52 具有更高工作频率，从而具有了更快的计算速度；具有双 工 UART 串行通道；内部集成看门狗计时器，不再需要像 89C51 那样外接看 门狗计时器单元电路；双数据指示器；电源关闭标识；全新的加密算法，这使 得对于 89S52 的解密变为不可能，程序的保密性大大加强，这样就可以有效的 保护知识产权不被侵犯。兼容性方面：向下完全兼容 51 全部字系列产品，比 如 8051、89C51 等等早期 MCS-51 兼容产品，也就是说所有教科书、网络教 程上的程序（不论教科书上采用的单片机是 8051 还是 89C51 还是 MCS-51 等 等） ，在 89S52 上一样可以照常运行，这就是所谓的向下兼容。 黑龙江八一农垦大学毕业设计（论文） - 4 - 2.3 显示模块设计 本火灾自动报警系统需要实现对周围环境温度和气体的实时监测，故需要 显示模块来显示周围环境的温度和气体变量。采用 SMC1602A 液晶显示模块可 以实时清楚的显示周围环境变量，该液晶显示模块能够同时显示 16*02 即 32 个 字符，也就是 16 列 2 行，便于独立显示温度和气体变量。 2.3.1 CAI3461BH 数码管介绍 其主要技术参数如下： 模块工作电压： 2.75.5V 工作电流： 80mA,每段 10mA 字高： 11.4mm 环境相对湿度：85 视角：6:00 工作温度： -10+50C 显示方式： 反射式正显示存储温度：-20+60C 接口方式： 8 线并行接口 图 3 数码管内部结构图 黑龙江八一农垦大学毕业设计（论文） - 5 - 图 4 数码管结构图 数码管引脚图数码管使用注意事项说明： （1）数码管表面不要用手触摸，不要用手去弄引角； （2）焊接温度：260 度；焊接时间：5S （3）表面有保护膜的产品,可以在使用前撕下来。这类数码管可以分为共阳 极与共阴极两种，共阳极就是把所有 LED 的阳极连接到共同接点 com，而每个 LED 的阴极分别为 a、b、c、d、e、f、g 及 dp（小数点） ；共阴极则是把所有 LED 的阴极连接到共同接点 com，而每个 LED 的阳极分别为 a、b、c、d、e、f、g 及 dp（小数点） ，如下图 4。图中的 8 个 LED 分别与上面 那个图中的 ADP 各段相对应，通过控制各个 LED 的亮灭来显示数字。实际的 数码管的引脚是怎样排列对于单个数码管来说，从它的正面看进去，左下角那 个脚为 1 脚，以逆时针方向依次为 110 脚，左上角那个脚便是 10 脚了，上面 两个图中的数字分别与这 10 个管脚一一对应。注意，3 脚和 8 脚是连通的，这 两个都是公共脚。还有一种比较常用的是四位数码管，内部的 4 个数码管共用 adp 这 8 根数据线，为人们的使用提供了方便，因为里面有 4 个数码管，所以 它有 4 个公共端，加上 adp，共有 12 个引脚。 2.4 温度采集模块设计 本设计的测温元件采用 DS18B20 数字温度传感器，该产品采用美国 DALLAS 公司生产的 DS18B20 可组网数字温度传感器芯片封装而成，具有耐 磨耐碰，体积小，使用方便，封装形式多样，适用于各种狭小空间设备数字测 黑龙江八一农垦大学毕业设计（论文） - 6 - 温和控制领域。使用 DS18B20 数字温度传感器，可以感测周围环境温度变化， 并将数据传送给单片机进行处理，实现周围环境实时温度的监测。 2.4.1 DS18B20 介绍 DS18B20 数字温度计提供 9 位温度读数，指示器件的温度。信息经过单线 接口送入 DS18B20 或从 DS18B20 送出，因此从中央处理器到 DS18B20 仅需连 接一条线（和地） 。读、写和完成温度变换所需的电源可以由数据线本身提供， 而不需要外部电源。 DS18B20 具有独特的单线接口，只需 1 个接口引脚即可通信；多点能力使 分布式温度检测应用得以简化；不需要外部元件；可用数据线供电，不需备份 电源；测量范围从-55至+125，增量值为 0.5。等效的华氏温度范围是-67 F 至 257F；以 9 位数字方式读出温度；在 1 秒（典型值）内把温度变换为数字； 用户可定义的，非易失性的温度告警设置；告诫搜索命令识别和寻址温度在编 定的极限之外的器件（温度告警情况） ；应用范围包括恒温控制，工业系统，消 费类产品，温度计或任何热敏系统。 图 5 DS18B20 封装 图 6 DS18B20 引脚图 2.4.2 DS18B20 的使用方法 DS18B20 的温度检测与数字数据输出全集成于一个芯片之上，从而抗干扰 力更强。一个工作周期可分为两个部分，即温度检测和数据处理。 DS18B20 共有三种形态的存储器资源，它们分别是：ROM 只读存储器， 用于存放 DS18B20ID 编码，其前 8 位是单线系列编码（DS18B20 的编码是 19H） ，后面 48 位是芯片唯一的序列号，最后 8 位是以上 56 的位的 CRC 码 （冗余校验） 。数据在出产时设置不由用户更改。DS18B20 共 64 位 黑龙江八一农垦大学毕业设计（论文） - 7 - ROM。RAM 数据暂存器，用于内部计算和数据存取，数据在掉电后丢失， DS18B20 共 9 个字节 RAM，每个字节为 8 位。第 1、2 个字节是温度转换后的 数据值信息，第 3、4 个字节是用户 EEPROM（常用于温度报警值储存）的镜 像。在上电复位时其值将被刷新。第 5 个字节则是用户第 3 个 EEPROM 的镜像。 第 6、7、8 个字节为计数寄存器，是为了让用户得到更高的温度分辨率而设计 的，同样也是内部温度转换、计算的暂存单元。第 9 个字节为前 8 个字节的 CRC 码。EEPROM 非易失性记忆体，用于存放长期需要保存的数据，上下限 温度报警值和校验数据，DS18B20 共 3 位 EEPROM，并在 RAM 都存在镜像， 以方便用户操作。在每一次读温度之前都必须进行复杂的且精准时序的处理， 因为 DS18B20 的硬件简单结果就会导致软件的巨大开消，也是尽力减少有形资 产转化为无形资产的投入，是一种较好的节约之道。 2.5 气体采集模块设计 气体采集模块是能够检测环境中的烟雾等气体的浓度，并将其转换为数字 信号传送至主控芯片，其最基本组成部分应包括：气体信号采集电路、模拟放 大电路、模数转换电路、单片机控制电路。气体信号采集电路一般由气体传感 器和模拟放大电路组成，将烟雾等气体信号转化为模拟的电信号。模数转换电 路将从烟雾检测电路送出的模拟信号转换成单片机可识别的数字信号后送入单 片机。 2.5.1 MQ-2 传感器介绍 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传 感器，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、响应快、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 黑龙江八一农垦大学毕业设计（论文） - 8 - 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 7 MQ-2 型传感器的外观 图 8 MQ-2 型传感器的结构图 2.5.2 MQ-2 传感器的特性及主要技术指标 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。 黑龙江八一农垦大学毕业设计（论文） - 9 - 2.5.3 气体采集模块 MQ-2 传感器输出信号一般比较微弱，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。本系统采用的 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 ADC 采集。常见的运算放大器中，LM324 价格低廉、使用简单等优 点比较突出，所以本设计中的前置放大电路采用 LM324 作为电路的运算放大器。 LM324 是单片高增益四运算放大器，可在较宽电压范围内的单电源或双电 源下工作，其电源电流很小且与电源电压无关，四个运放一致性好；其输入偏 流电阻是温度补偿的，也不需外接频率补偿，可做到输出电平与数字电路兼容。 信号经由 LM324 运算放大器放大后进入 ADC0803 模数转换模块， ADC0804 可以将输入的模拟信号转换成数字信号，然后再将数字信号传送给单 片机处理。 图 9 气体采集电路图 ADC0804 是用 CMOS 集成工艺制成的逐次比较型摸数转换芯片。分辨率 8 位，转换时间 100s，输入电压范围为 05V，增加某些外部电路后，输入模 拟电压可为 5V。该芯片内有输出数据锁存器，当与计算机连接时，转换电路的 输出可以直接连接在 CPU 数据总线上，无须附加逻辑接口电路。 黑龙江八一农垦大学毕业设计（论文） - 10 - 图 10 ADC0804 引脚图 PIN1(CS)：Chip Select，与 RD、WR 接脚的输入电压高低一起判断读取或 写入与否，当其为低位准(low) 时会 active。 PIN2(RD)：Read。当 CS、RD 皆为低位准(low)时，ADC0804 会将转后的 数字讯号经由 DB7DB0 输出至其它处理单元。 PIN3(WR)：启动转换的控制讯号。当 CS、WR 皆为低位准(low)时 ADC0804 做清除的动作，系统重置。当 WR 由 01 且 CS0 时，ADC0804 会开始转换信号，此时 INTR 设定为高位准(high)。 PIN4、PIN19(CLK IN、CLKR)：频率输入/输出。频率输入可连接处理单 元的讯号频率范围为 100kHz 至 800kHz。而频率输出频率最大值无法大于 640KHz，一般可选用外部或内部来提供频率。若在 CLK R 及 CLK IN 加上电 阻及电容，则可产生 ADC 工作所需的时序。 PIN5 ( INTR )：中断请求。转换期间为高位准(high)，等到转换完毕时 INTR 会变为低位准(low)告知其它的处理单元已转换完成，可读取数字数据。 PIN6、PIN7 (VIN(+)、VIN(-)：差动模拟讯号的输入端。输入电压 VINVIN(+)VIN(-)，通常使用单端输入，而将 VIN(-)接地。 PIN8(A GND)：模拟电压的接地端。 PIN9(VREF2)：模拟参考电压输入端。VREF 为模拟输入电压 VIN 的上限 值。若 PIN9 空接，则 VIN 的上限值即为 VCC。 PIN10(D GND)：数字电压的接地端。 PIN11PIN18(DB7DB0)：转换后之数字数据输出端。 PIN20(Vcc)：驱动电压输入端。 2.6 报警电路模块设计 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 黑龙江八一农垦大学毕业设计（论文） - 11 - 来确定是否报警，所接受到的数据主要来自温度传感器、气体传感器和按键。 2.6.1 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。 图 11 蜂鸣器电路 2.6.2 流水灯 本设计使用了 8 个 LED 灯，当单片机接收到超额温度信号或气体信号时， 向 P0 端口发送信号，8 个 LED 灯轮流闪烁报警。 当接收到易燃气体浓度达到设定值信号的时候，LED 灯缓慢闪烁报警。 当接收到易燃气体浓度达到很高值信号的时候，LED 急速闪烁报警。 当接收到温度超额信号时候，LED 灯急速闪烁报警。 当接收到按键报警信号时候，LED 灯急速闪烁报警。 黑龙江八一农垦大学毕业设计（论文） - 12 - 图 12 LED 灯电路 2.6.3 按键报警 当有人提前发现火灾隐情时候，可以按动报警按键发出报警信号，以提醒 其他人注意安全。单片机通过检测报警按键所连接端口信号判断按键是否按下。 S 44 G ND P 31 图 13 按键电路 黑龙江八一农垦大学毕业设计（论文） - 13 - 3 系统的应用软件设计 3.1 AT89S52 单片机调试及开发工具 本系统的软件编程使用的是美国 Keil Software 公司出品的 Keil C51，是 51 系列兼容单片机 C 语言软件开发系统，与汇编相比，C 语言在功能上、结构性、 可读性、可维护性上有明显的优势。 AT89S52 单片机下载程序使用的是 ISP 下载编程软件。ISP 工具的功能主 要是将由 PC 机串接来的 8 位并行数据与单片机的串行数据进行相互转换，以 实现 PC 机与 AT89S52 的 RXD 及 TXD 口通讯。当用户将源程序(汇编语言或 C 语言)经语法检查无误并生成代码时，就可以将程序代码下载到 Flash 芯片中， 而用户的系统可以是在线状态。用户可以通过调试环境软件的人机对话界面， 检查或修改 Flash 芯片内的各种存储器、寄存器的数据。并可以在程序中设置 断点，在 AT89S52 中，可以同时设置 3 个硬件断点，它是经过串口的传输，由 芯片中的几组断点条件寄存器实现的。 3.2 主程序流程 本论文中，软件解决的主要问题是检测温度传感器和气体传感器的温度信 号和气体信号，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。 黑龙江八一农垦大学毕业设计（论文） - 14 - 开始 第二次温度烟雾信号 采集与判断 初始化 火灾报警 复位 第一次温度烟雾信号 采集与判断 报警判断 异常报警正常 图 14 主程序流程图 主程序见附录 2。 黑龙江八一农垦大学毕业设计（论文） - 15 - 4 系统调试 根据查阅的 MQ-2 资料显示其最佳工作时间为预热时间不少于 24 小时。经 实验证明，对该装置预热五至八分钟即可使其工作在相对较稳定的工作状态下。 实验中使用了一级运放对 MQ-2 低电压信号进行放大，然后将放大值送给 A/D 进行处理，将处理结果送给单片机进行处理，单片机处理后将结果显示在液晶 上，其结果仅是一个相对量，并没有任何可比性，但能反映和解决实际问题。 本设计仅对香烟和酒精进行了测试，实验显示，该系统对上述两种物质反 应灵敏，测试空间空气质量为显示值 1 以下，当有香烟是显示值上升至 3 以上， 并发出缓慢报警声音，提示人们开始净化空气，此时空气不足以给人造成致命 伤害。故可以连接在排气扇上在此时予以排气换气。当测试酒精且其浓度超过 安全值时，屏幕上可以显示器空气质量值马上超越 1，并发出急促的声音以提 醒人们注意检查可燃性气体泄漏，注意开窗通风换气，且防止在此时出现明火。 此装置可对液化气，丙烷，丁烷，甲烷，氢气和酒精等危险气体进行检查， 并能自定义的设置器报警门限值（需进行程序数据调整） ，反应灵敏度较高，可 在危险到来前最大限度的提醒人们注意，以最大程度的避免危险的发生。 总结 - 16 - 总 结 火灾自动报警系统可保障生产与生活的安全，避免火灾和爆炸事故以及煤 气中毒的发生，它是防火、防爆和安全生产所必备的仪器，具有广阔的市场空 间与发展前景。 本论文设计的火灾自动报警系统主要由温度信号采集电路、气体信号采集 电路与单片机控制电路构成。根据设计要求、使用环境、成本等因素，选用 DS18B20 数字温度传感器、MQ-2 型半导体电阻式气体传感器和 AT89S52 单片 机。DS18B20 数字温度传感器采用 DS18B20 可组网数字温度传感器芯片封装 而成，具有耐磨耐碰，体积小，使用方便，封装形式多样，适用于各种狭小空 间设备数字测温和控制领域。MQ-2 型半导体可燃气体敏感元件烟雾传感器属 于气敏传感器，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、响应快、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。AT89S52 单片机是低功耗的、具有 4KB 在线课编程 Flash 存储器的单片机，应用普遍， 工具多，易上手，片源广，价格低，编程灵活，控制简单，很适合我们所要制 作的火灾自动报警系统。 在本论文研制的报警系统的基础上，可以再做适当的功能扩展，使火灾自 动报警系统的功能更加完善，安全性更高，使用更加方便等，例如增加消防联 动装置，在火灾发生时可以直接对火灾进行控制，降低火灾的损失。 致谢 - 17 - 致谢 本次论文能够顺利完成，要感谢的人很多，首先是我的导师孟洁老师，在 本次论文中遇到很多大大小小的麻烦与问题，孟老师都会孜孜不倦的进行指导 解答，而且对论文中出现的错误也进行了改正，没有孟老师的指导，论文不会 顺利的制作完成，对于孟老师的知道我要表示由衷的感谢。 其次，我要感谢每一位在论文制作过程中给予我指导和帮助的老师和同学 们，感谢他们为我提供的学习资料，有许多软硬件问题我没有接触过的，大家 都会帮忙解决，尽管我的同学和我做的可能不是同一类题目，但知识大