毕业设计（论文）-基于单片机的火灾报警系统设计.doc

天津职业技术师范大学Tianjin University of Technology and Education毕 业 设 计专 业：电气工程及其自动化 班级学号： M 学生姓名： 指导教师： 二一七年六月天津职业技术师范大学本科生毕业设计基于单片机的火灾报警系统设计Design of vending machine control system based on MCU专业班级：电自1302班 学生姓名：指导教师：李学 院：电气工程及其自动化 2017年06月摘 要本设计是用STC12C5A60S2单片机作为主要的控制单元。此外火焰传感器、气体烟雾传感器、LED指示灯、蜂鸣器、E2PROM存储器、DS1302实时时钟、显示器等电路相结合的系统。其主要原理是当火焰传感器采集到有明火同时烟雾传感器也采集到有可燃性气体，则说明已经发生火灾。此时，闭合继电器，可以在继电器上接一个水泵，当继电器闭合时，水泵会自动浇水，消灭火源。系统还可以显示当前的实时时间信息，并且为了方便了解到火灾发生的时间，系统还添加了E2PROM存储器，当火灾发生时，系统会自动记录火灾的发生时间。该设计针对火灾报警控制系统，充分发挥了单片机的性能。经过实物制作，验证方案有效。关键词：火灾报警系统；E2PROM存储器；实时时钟；继电器；单片机；火焰传感器ABSTRACTThe design of single chip microcomputer is used STC12C5A60S2 as main controller. the flame sensor, gas sensor and the led indicator lamp, a buzzer, DS 1302 E2PROM memory, real-time clock, display, and the results of a comprehensive system. the main principle of the flame sensor and flame sensor to collect the production). at the same time, the sensor can be collected to a fog signal, that has caused the fire. at this time, the relay, the relay in order to receive a pump, the pump and the relay can automatically eliminate the fire water system. in the time of information, real-time display, and for the sake of convenience. the time is added to the E2PROM memory system the fire, the system automatically records the time of occurrence of a fire. the fire control system, the design of the single chip microcomputer to give full play to the performance of the test. after the test, the production plan is valid.Key Words：Fire alarm system; E2PROM memory; real time clock; relay; single chip microcomputer; flame sensor目 录摘 要3ABSTRACT4目 录5第一章 引言11.1火灾报警器的现状与趋势11.2 主要研究内容1第二章 系统设计硬件方案32.1 总体方案与论证32.1.1 主控单片机的选型32.1.2 显示模块的选型32.2 主要器件介绍52.2.1 主控单元单片机52.2.2 液晶显示器82.2.3 DS1302实时时钟92.2.4 E2PROM存储器102.2.5 发声单元112.2.6 按键与发光二极管122.2.7 继电器122.2.8 MQ-2烟雾传感器132.2.9 其他电路14第三章 软件设计163.1 开发环境163.2 软件程序设计173.2.1 软件延时程序设计173.2.2 E2PROM程序设计173.2.3 实时时钟程序设计183.2.4 OLED显示屏程序设计193.2.5 中断程序193.2.6 蜂鸣器程序223.2.7 主函数设计22第四章 实验与调试仿真234.1 硬件调试234.2 软件测试234.3 程序的烧录23第五章 结论与心得25参考文献26附 录27天津职业技术师范大学2017届本科生毕业设计第一章 引言在人类活动越来越密集的当今社会，火灾是一种很可怕的灾害。它会使人们的财产与生命安全收到威胁。火灾给人们带来财产丢失，甚至居民死亡这类事故。如果可以从火灾刚发生时就检测到便可以避免很多可怕的后果。因此，使用传感器检测技术，开发一个安全的测量仪器，促进火灾探测应用的发展，具有深远的意义。随着技术手段的发展，如傅里叶红外光谱技术、信号处理技术、低功耗单片机技术的进一步推广和完善的检测技术等，可以显著提高仪器的性能。因此，对火灾报警传感器的测试方法和技术的研究，将是一个重要的课题。1.1火灾报警器的现状与趋势目前市场上的火灾报警器产品比较全，主要有以下三种类型：第一种：火灾警报器多线系统。该探测器为另外两个电源，一个警报信号，警报信号由检测的功率探测器发出，报警的同时点亮LED灯。另一个还可以连接一些简单的额外功能。例如，驱动器报警，报警功能不外部故障，可以断开响应连接错误，这样的系统比较复杂，工作量较大第二种：总线火灾自动控制系统。一般由单片机与传感器构成。内部由总线控制器、报警检测开关组成。这样的系统具有检查其他更复杂的模块、规划控制连接装置以及外部设备故障检测等功能。但是它的性能在生产时已经被硬件固化，用户不能根据自己的需要更改。它属于自动系统，设计安装容易，成本已经大有降低。第三种：智能型。其内部由优秀的控制技术硬件与算法组成，改善智力程度，通过使用上位机修改内部的软件信息，使用“设置和调整白天和晚上的精度，通过其他手段区分许多不同地区的环境变量。这个类型的火灾报警器稳定性极高，系统误报率极低。1.2 主要研究内容本设计由控制单元、报警单元与火灾探测单元组成。包括对火焰、烟雾的采集。主控单元STC12C5A60S2实现对信息的处理与控制；火和烟和对冲的温度变化，通过相应的电路交给单片机进行信息处理。并通过红色LED灯发光报警。并且用户可以设置它的报警值。本设计内容表述如下:1 以STC12C5A60S2单片机为控制单元。加上额外的显示器、报警单元与执行单元形成系统的硬件设计。2 编写单片机控制程序，以C语言为手段，使IC变得有按照人为预设的思路处理数据的能力，本设计通过单片机控制外围电路实现火灾的检测和报警。其中单片机的软件部分由KEIL Uvision4软件，以C语言为编程语言对单片机进行编程，实现想要的功能。通过单片机与输入信号，输出信号、执行信号有机的连接起来使系统能够对环境的火焰与烟雾能够正确的检测。2.2.8 MQ-2烟雾传感器烟雾传感器MQ-2使用的气敏介质是在大气中低导电性氧化锡这种烟雾传感器。当空气中有能够燃烧的气体存在，传感器的内部的电导率就会随着空气中烟雾的浓度改变而改变，其电路结构简单，越来越多的场合使用这种传感器。这这次使用中，使用了导电的氧化锡材质的传感器。并其感受到的为气体浓度的变化，通过LM339电压比较器进行与滑动变阻器进行比较，当采集到的电压大于滑动变阻器，LM339便会输出不一样的电平信号，用单片机采集这个信号，便可以得到气体浓度的变化信息。MQ - 2气体烟雾传感器适用于家用煤气、天然气等可燃气体。传感器成本十分低廉，资料也十分丰富。其结构与电路图如下图图2-2-8-1 结构图图2-2-8-2体浓度监测电路 3.2 软件程序设计软件的编程使用高级语言C语言。因为汇编语言的操作码太多，而且修改、维护很困难，所以使用了C语言这样的高级语言。在编程时，语法错误，编译器会很及时的报错，但是单片机能不能按照预想的那样工作，需要一定的编程经验。编程时对C语言的考察也比较严格的，很多C语言的细节，都会在编程中体现。对51单片机编程来说，指针与结构体使用较少，所以只要有一定的C语言基础，会很快上手单片机的编程。整个系统要完成的任务是驱动时钟芯片与温湿度传感器。加入合适的数字滤波算法，将采集到的数据进行处理，超过标定值便吸合继电器。并且在OLED显示页面尽可能的美观，符合人的行为习惯，并且在编程时同样使用了模块化变成的方法，既保证了程序的可运行性，又增加了程序的易读性和易修改性。软件流程如下：图3-2 软件流程图3.2.7 主函数设计主函数就是单片机主要的工作任务，单片机根据主函数中的代码，一个一个的处理。因为本次设计采用的传感器与按键较多，所以系统在没有运行操作系统的情况下，系统的实时性需要编写代码时巧妙利用定时器。同时后续的工作中对程序进行了模块化编程，既增加了代码的可读性，又增加了代码的执行效率。第四章 实验与调试仿真4.3 程序的烧录本系统使用了STC12C5A60S2作为主控单片机。这个单片机下载烧录程序可以有两种方法。一个是可以采用标准的ISP（在线编程，不需要将存储器取下来就可以直接编程）下载，也可以通过单片机的串口UART进行用户程序的下载。在本次设计中，所以我们需要一根USB线或者一个USB转串口模块便可以实现PC端和单片机间的UART。写完程序后，需要在工程中选择可以生成HEX（16进制）文件，然后编译。在STC_ISP软件中，打开这个hex文件，选择目标串口号与单片机型号，更改程序下载时的波特率。点击下载按钮，关闭系统电源，然后重新给系统上电，完成冷启动过程，上位机就会自动擦除ROM数据，并且重新写入新的程序文件。STC_ISP上位机软件如下图：图4-3 烧录界面第五章 结论与心得本作品针对火灾报警系统这一常见的自动化设备。因为这次的设计中，目的与过程比较了解。同时指导老师与同学也给了我很大的帮助，查阅了网上很多的方案与设计软件的使用方法。加上之前所学到的书本上的知识，所以很快便进行实物的制作与论文的攥写。然我们已经学会了高级编程语言C语言，但没有接触传感器，也没有使用过其他设备，让我们觉得挑战仍然非常大，尤其是当调度程序，但功夫不付有心人，最后，克服了困难，不仅所有的代码，但也使用编程代码模块的方法，似乎更简洁，更重要的是系统能够按照自己的思路去运行。Altium Designer软件花费更多的时间，类型的文件，这是一个大问题，只有新的图书馆或特定的文件类型使用，其次，难度最大的是封装的绘制，因为没有接触过实际的元器件封装，只有慢慢比对淘宝上能买到的元器件，再根据实物图去画封装。最后基本原理被成功绘制出图，然后与一个个标签网络对应，并根据原理图输入PCB中，成功完成一张电路。通过本课程设计写的，我收获了很多。首先是芯片的数字和模拟电路的知识，研究，再次，提高我的自主学习能力。锻炼了自主学习的能力。在生产过程中也可以从书中的知识发现实际困难，逐渐体会到嵌入式工程师的学习经验！身心的双重挑战。同时也感到动手能力的缺乏。虽然再课程上学过，但是它仍然是不清楚的，直到你亲自动手后才明白其间的各种知识。参考文献1黄浩忠 火灾自动报警系统简明设计手册M中国建材工业出版社20012盛建 自动消防报警系统M天津大学出版社 19993彭军 传感器与检测技术 西安电子科技大学出版社 20034 胡汉才 单片机原理及其接口技术 清华大学出版社 19965 赵亮 单片机应用系统设计与产品开发M 人民邮电出版社 20046 王正军 Visual C+6.0程序设计从入门到精通人民邮电 出版社 20067陈连生 可燃烟雾探测器及其设置安装要领 石油工程建设 19968于潇浅谈我国火灾自动报警系统生产行业的发展概况 J科技咨讯，2005，9李卓 蓝牙技术在火灾自动报警系统中的应用探讨 J消防科学与技术，2005.10吴朝晖，火灾自动报警系统的可靠性分析J.上海消防，200711张迎辉,栾良龙,王远飞.单片机的火灾报警系统设计J.科技创新导报,200812李丽敏,玄子玉,张玲玉.单片机控制的火灾报警控制器J.自动化技术与应用，200813 单夫来.火灾报警控制器的可靠性设计J.消防技术与产品信息,200814 陈倬.浅析火灾自动报警控制系统的组成及发展J.科技资讯,200915 李俭秋.人因工程与控制室J.核工程研究与设计,200616 杨孟琢. 核电人因工程领域的发展J. 中国工程科学,200217 U.S. Nuclear Regulatory Commission.NUREG-0700, Rev.2, Human-System Interface Design Review Guidelines S.200218 美C.D.威