火灾自动报警系统硬件的设计与简介毕业论文.doc

火灾自动报警系统硬件的设计与简介毕业论文1 绪论21.1 选题依据（课题来源）21.2 火灾报警系统发展历史21.3 本课题设计的应用意义41.4 方案的构思和论证41.5 论文的组织结构及各章节简介52 火灾报警器系统硬件总体设计52.1 硬件系统组成52.2 硬件系统控制方案设计52.3 系统总体方案设计62.3.1 系统控制器的选择：62.3.2 检测元件的选择：82.3.3 输入通道方案选择112.3.4 外围设备的选择112.4 论文的组织结构及各章节简介123 系统硬件设计123.1 控制单元电路设计123.1.1 AT89S52引脚特性123.1.2 晶振电路设计153.1.3 复位电路设计163.1.4 单片机最小系统概述及原理图163.2 信号检测单元电路设计173.2.1 烟雾报警器模块173.2.2 温度报警器模块203.3 前向通道电路设计243.3.1 ADC0809芯片的基本知识243.3.2 ADC0809引脚结构243.3.3 ADC0809主要特性263.3.4 ADC0809的工作原理简介263.3.5 ADC0809应用说明273.4.6 ADC0809与单片机接口电路273.4 后向通道电路设计283.4.1报警电路模块283.4.2光报警283.4.3声报警283.4.4 消防联动装置293.4.5 通信接口293.5论文的组织结构及各章节简介304 系统硬件调试304.1 Protues软件调试304.1.1 Protues软件介绍304.1.2 Protues仿真原理图314.1.3 结果说明324.2 硬件实物仿真图334.2.1 硬件设计总图33（2）房间二发生火灾344.3 论文的组织结构及各章节简介34结 论36致 谢37参 考 文 献391 绪论随着社会经济的飞速发展，城市化进程的加快和人口的迅速增长，我国的火灾发生的次数、造成的损失呈上升趋势。据统计，在众多灾难中，火灾造成的直接经济损失约为地震的五倍，仅次于干旱与洪涝，而且发生的频度居各种灾害之首。“预防重于救险”。为了避免火灾的灾难性后果，智能火灾探测技术越来越受到消防界的重视。由于火灾报警事关重大，要求自动探测系统绝对可靠，不允许有漏报警，同时其误报警应当越少越好。智能火灾探测技术的宗旨就是要在火灾发生的早期，准确地判断火警、预报火警，从而保障人民的生命财产安全。1.1 选题依据（课题来源）本论文课题为生产实践，所研究的对象是火灾的自动报警系统。以图书馆和网络上资料作为主要参考数据来源1.2 火灾报警系统发展历史火灾自动报警系统是由传感技术、电子技术、计算技术、网络技术和模块化技术密切结合的一种高新技术系统。目前国内外大多采用了智能二总线地址编码技术，系统中所采用的探测器具有火警确认、灵敏度自动调整、污染自动检查等智能功能，这使得误报率很低，加上报警及控制器信号处理功能及探测报警显示、记忆及状态检查等功能越来越强，实现了技术上的飞跃，目前国际上大多处于这一代技术状态。近几年在此基础上最新发展起在探测器上安装有微处理器使探测器和控制器具备二级自检，系统始终处于正常可靠的监视状态外，还具有极强的组网功能，快速通信功能。还有对多传感复合探测器的信息融合研究，关于火的气味、声波、图像等新系统参数的分析研究，人工智能模糊逻辑及神经网络等新理论技术的研究应用，使系统的容量、智能、功能和可靠性进入一个新的层次。火灾探测系统使用更方便，显示更生动直观。国外的情况发展要比我们起步早些，现代火灾探测技术更成熟些。早在世纪末，英国人最早利用金属受热膨胀原理制成感温传感器件。世纪初，英国火灾保险公司委员会首次发布了具有规范性质的感温火灾探测器安装技术规定。世纪中叶，英国消防科学研究所和火灾保险委员会联合制定了典型感温探测器标准。迄今为止，感温火灾探测仍然作为自动探测火灾的传感器件，广泛地应用于火灾自动测控系统中。世纪年代，瑞士人发明了感烟火灾探测器，经过进一步改进，就奠定了瑞士西伯乐斯公司系列产品的基础。感烟火灾探测器的应用，实现了火灾早期报警，这也是火灾自动报警技术发展的一大飞跃。从此，火灾自动报警系统较普遍地推广开来。从年代西伯乐斯公司推出感烟火灾探测器起，发展到年代初推出型感烟火灾探测器，产品的灵敏度、可靠性、稳定性等主要技术指标有了大幅度的提高。年代，西伯乐斯公司就向美、英、日等国出售有关火灾自动报警系统的产品专利技术。美、英、日、西德等国于年代也先后制定了火灾探测器的有关标准、工程建设标准、产品检验和注册制度等。我国火灾报警产品起步较发达国家晚几十年，从上世年代才开始研制生产这类产品。进入年代后，国内主要厂家也多是模仿国外的产品，或是引进国外技术进行生产，没有真正意义上的核心技术，并且市场也刚刚开始发育。火灾报警产品真正发展是在年代以后，随着政府逐渐开放国门，国外企业开始大量进入中国消防市场，带来先进技术的同时也不断催化着市场的成熟。这时期我国的火灾报警企业大量出现，部分企业进行了合资生产、技术合作，取得了不菲的成绩，也造就了现今市场上许多有实力的商家，部分技术已接近或赶上了国际水平。前不久中国火灾科学国家重点实验室与日本国立消防研究院共同合作，在合肥完成了迄今国际上最大规模的火阵列羽流与火旋风实验，这标志着中国火灾科学研究已达到国际领先水平。现代火灾报警系统在今后几十年内，有可能将取代传统的火灾自动报警系统，获得更加广泛的应用。但传统的火灾自动报警系统不需要太复杂的探测装置，较突出的优点是能够实现早期报警，系统性能较易了解，成本费用较低。如能做到合理设计、正确安装、经常维护、加强管理，均可发挥监视火情的重要作用。但鉴于系统处于长期工作状态，环境条件变化，设备元件性能变化以及其它干扰等原因，系统的误报率较高。在英国，传统系统的误报远远超过真实火警。在我国，误报率也比较高。现代火灾自动报警系统有可能使误报率至少减少一个数量级。现代系统与传统系统的主要区别在火灾信号的处理，现代系统做了彻底改进，把火灾探测器中的模拟信号不断地送到控制器中评估和判断，控制器辨别虚假火灾或真实火灾及其发展等。1.3 本课题设计的应用意义火灾报警系统是各行各业必需的一种安全系统网络，可靠的监测与数据传输是该系统非常重要的环节。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。电气工程设计、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及设备选型显得尤为重要。以往的火灾报警系统经常会出现总线上的数据冲突、长距离数据传输的不可靠以及不易扩展等问题，随着近年来一些低价格、高性能单片机被广泛应用于各个电路系统，尤其是电路控制等方面，这些问题都得到了一定的改善。在人们生产过程中或日常生活中，火灾是时有发生的，它会给人们带来巨大的灾害与苦难。因此，正确采取预防火灾的手段是人类与火灾做斗争的重要课题。本文将对火灾的探测与报警技术以及一些使用的火灾报警电路进行介绍。1.4 方案的构思和论证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，并同时显示出火灾发生的部位，记录火灾发生的时间。火灾自动报警系统的组成形式多种多样，它的发展目前可分为三个阶段：1.多线制开关量式火灾探测报警系统。这是第一代产品，目前国内极少数厂家生产外，它基本上已处于被淘汰状态。2.总线制可寻址开关量式火灾探测报警系统。这是第二代产品，尤其式二总线制开关量式探测报警系统目前正被大量使用。3.模拟量传输式智能火灾报警系统。这是第三代产品。目前我国已经开始从传统的开关量式火灾探测报警技术，跨入具有先进水平的模拟量式智能火灾探测报警技术的新阶段，它的系统的误报率降低到最低限度，并大幅度地提高了报警的准确度和可靠性。目前火灾自动报警系统有智能型、全总线型以及综合型等，这些系统不分区域报警系统或集中报警系统，可达到对整个火灾自动报警系统进行监视。但是在目前的实际工程当中传统型的区域报警系统、集中报警系统和控制中心报警系统仍得到较为广泛的应用。安装在保护区的探测器不断的向所监视的现场发出巡检信号，监视现场的烟雾浓度、温度等，并不断反馈给报警控制器，控制器将接到的信号与内存的正常整定值比较、判断确定火灾。当发生火灾时候，发出声光报警，显示火灾区域或楼层房号的地址编码，并打印报警时间、地址等。同时向火灾现场发出警铃报警，在火灾发生楼层的上下相邻层或火灾区域的相邻区域也同时发出报警信号，以显示火灾区域。各应急疏散指示灯亮，指明疏散方向。1.5 论文的组织结构及各章节简介本章节主要探讨了火灾自动报警系统的实际应用背景，以及课题设计前的一些方案准备，其中包括绪论，选题依据，火灾自动报警系统的发展历史，火灾自动报警系统设计的应用意义以及方案的构思和论证。2 火灾报警器系统硬件总体设计2.1 硬件系统组成一个完整的火灾报警器系统，必须包含以下几个部分：系统控制模块，火灾探测模块，数据转换模块以及报警模块。本设计以单片机作为系统的控制核心，以传感器作为其测温装置，来实现火灾报警系统的设计。改设计可以对室内外温度进行以及烟雾实时采集和检测，当所测温度或者烟雾高于临界温度时自动报警。温度信号或者烟雾浓度信号采集电路将温度信号或者烟雾浓度信号以数字信号的形式送入单片机。单片机对该数字信号进行滤波处理，并对处理后的数据进行分析，是否大于或等于某个预设值，即报警临界温度或者烟雾浓度。如果大于则启动报警电路发出报警声音，反之则为正常状态。2.2 硬件系统控制方案设计火灾报警系统主要实现对火灾现场的测试工作，从而启动火灾报警系统。其主要由烟雾传感数据采集程序、温度传感数据采集程序、声光报警程序等三个部分组成。其中，烟雾传感数据采集程序完成对烟雾浓度的采集并进行数据转换；温度采集程序显示对现场的温度进行采集；报警程序设置报警的下限，当外界指标超出限制时，将进行声光报警。其系统控制方案如图2-1所示图2-1 系统总体框图2.3 系统总体方案设计2.3.1 系统控制器的选择：对于系统控制器的选型，要求控制器的功能强大，可靠性高，性价比高，精度和响应速度高。基于上述要求，本设计分别对三种基本的系统控制器做了比较，再进行选择。 1单片机的特点(1)高集成度，体积小，高可靠性单片机将各功能部件集成在一块晶体芯片上，集成度很高，体积自然也是最小的。芯片本身是按工业测控环境要求设计的，内部布线很短，其抗工业噪音性能优于一般通用的CPU。单片机程序指令，常数及表格等固化在ROM中不易破坏，许多信号通道均在一个芯片内，故可靠性高。(2)控制功能强为了满足对对象的控制要求，单片机的指令系统均有极丰富的条件：分支转移能力，I/O口的逻辑操作及位处理能力，非常适用于专门的控制功能。(3)低电压，低功耗，便于生产便携式产品为了满足广泛使用于便携式系统，许多单片机内的工作电压仅为1. 8V3. 6V，而工作电流仅为数百微安。(4)易扩展片内具有计算机正常运行所必需的部件。芯片外部有许多供扩展用的三总线及并行、串行输入输出管脚，很容易构成各种规模的计算机应用系统。(5)优异的性能价格比2PLC的特点(1)可靠性高，抗干扰能力强高可靠性是电气控制设备的关键性能。PLC由于采用现代大规模集成电路技术，采用严格的生产工艺制造，内部电路采取了先进的抗干扰技术，具有很高的可靠性。例如三菱公司生产的F系列PLC平均无故障时间高达30万小时。一些使用冗余CPU的PLC的平均无故障工作时间则更长。从PLC的机外电路来说，使用PLC构成控制系统，和同等规模的继电接触器系统相比，电气接线及开关接点已减少到数百甚至数千分之一，故障也就大大降低。此外，PLC带有硬件故障自我检测功能，出现故障时可及时发出警报信息。在应用软件中，应用者还可以编入外围器件的故障自诊断程序，使系统中除PLC以外的电路及设备也获得故障自诊断保护。这样整个系统具有极高的可靠性也就不奇怪了。(2)配套齐全，功能完善，适用性强PLC发展到今天，已经形成了大、中、小各种规模的系列化产品。可以用于各种规模的工业控制场合。除了逻辑处理功能以外，现代PLC大多具有完善的数据运算能力，可用于各种数字控制领域。近年来PLC的功能单元大量涌现，使PLC渗透到了位置控制、温度控制、CNC等各种工业控制中。加上PLC通信能力的增强及人机界面技术的发展，使用PLC组成各种控制系统变得非常容易。(3)易学易用，深受工程技术人员欢迎PLC作为通用工业控制计算机，是面向工矿企业的工控设备。它接口容易，编程语言易于为工程技术人员接受。梯形图语言的图形符号与表达方式和继电器电路图相当接近，只用PLC的少量开关量逻辑控制指令就可以方便地实现继电器电路的功能。为不熟悉电子电路、不懂计算机原理和汇编语言的人使用计算机从事工业控制打开了方便之门。(4)系统的设计、建造工作量小，维护方便，容易改造PLC用存储逻辑代替接线逻辑，大大减少了控制设备外部的接线，使控制系统设计及建造的周期大为缩短，同时维护也变得容易起来。更重要的是使同一设备经过改变程序改变生产过程成为可能。这很适合多品种、小批量的生产场合。(5)体积小，重量轻，能耗低以超小型PLC为例，新近出产的品种底部尺寸小于l00mm，重量小于150g，功耗仅数瓦。由于体积小很容易装入机械内部，是实现机电一体化的理想控制设备。3工控机的特点(1)机箱采用钢结构，有较高的防磁、防尘、防冲击的能力。(2)机箱内有专用底板，底板上有PCI和ISA插槽。(3)机箱内有专门电源，电源有较强的抗干扰能力。(4)要求具有连续长时间工作能力。(5) -般采用便于安装的标准机箱（4U标准机箱较为常见）根据系统设计要求，本设计选用单片机作为其控制系统。2.3.2检测元件的选择：根据系统的设计要求及控制结构图，需要检测火灾现场的温度。对于温度传感器的选型，要求传感器的测温精度高、响应速度快、抗干扰力好、可靠性高，基于上述要求，本设计选用DS18B20传感器最为系统采集温度信号用的传感器。1DS18B20单线数字温度传感器，即“一线器件”，其具有独特的优点：(1)采用单总线的接口方式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。单总线具有经济性好，抗干扰能力强，适合于恶劣环境的现场温度测量，使用方便等优点，使用户可轻松地组建传感器网络，为测量系统的构建引入全新概念。(2)测量温度范围宽，测量精度高。DS18B20的测量范围为-55-125；在-10-85范围内，精度为0.5。(3)在使用中不需要任何外围元器件即可实现测温。(4)多点组网功能。多个DS18B20可以并联在惟一的三线上，实现多点测温。(5)供电方式灵活。DS18B20可以通过内部寄生电路从数据线上获取电源。因此，当数据线上的时序满足一定的要求时，可以不接外电源，从而使系统结构更趋简单，可靠性更高。(6)测量参数可配置。DS18B20的测量分辨率可通过程序设定9-12位。(7)负压特性。电源极性接反时，温度计不会因发热而烧毁，但不能正常工作。(8)掉电保护功能。DS18B20内部含有EEPROM，在系统掉电以后，它仍可保存分辨率及报警温度的设定值。DS18B20具有体积更小、适用电压更宽、更经济、可选更小的封装方式，更宽的电压适用范围，适合于构建自己的经济的测温系统，因此也就被设计者们所青睐。2热电阻传感器的特点热电阻是利用物质在温度变化时自身电阻也随着发生变化的特性来测量温度的。热电阻的受热部份（感温元件）是用细金属丝均匀地双绕在绝缘材料制成的骨架上。当被测介质中有温度发生变化时，所测得的温度是感温元件所在范围内介质中的平均温度。一般热电阻是测量低温的温度传感器，测量温度在-200-800c，具有如下优点：(1)准确度高。在所有常用温度计中，准确度最高。(2)输出信号大，灵敏度高。如在O用Ptl00铂热电阻测温，当温度变化1时，其电阻值约变化0. 4Q，如果通过电流为2mA，则其电压输出量变化为800U V。在相同条件下，即使灵敏度比较高的K型热电偶，其热电动势变化也只有40p V左右。由此可见，热电阻的灵敏度较热电偶高一个数量级。(3)测温范围广，稳定性好。在振动小而适宜的环境下，可在很长时间内保持0.1以下的稳定性。(4)无需参考点。温度值可由测得的电阻值直接求出。(5)输出线性好。只用简单的辅助回路就能得到线性输出，显示仪表可均匀刻度3热电偶传感器的特点将两种不同的金属导体焊接在一起，构成闭合回路，如在焊接端（即测量端）加热产生温差，则在回路中就会产生热电动势，此种现象称为塞贝克效应。如将另一端（即参考端）温度保持一定（一般为0），那么回路的热电动势则变成测量端温度的单值函数。这种以测量热电动势的方法来测量温度的元件，即两种成对的金属导体，称为热电偶。热电偶产生的热电动势，其大小仅与热电极材料及两端温差有关，与热电极长度、直径无关。一般热电偶是测量中高温的温度传感器，一般测量温度在4001800，其优点如下：(1)热电偶可将温度量转换成电量进行检测，对于温度的测量、控制，以及对温度信号的放大、变换等都很方便。(2)结构简单，制造容易。(3)价格便宜。(4)惰性小。(5)准确度高。(6)测温范围广。(7)能适应各种测量对象的要求（特定部位或狭小场所），如点温和面温的测量。(8)适于远距离测量和控制4AD590传感器的特点(1)功能单一（仅测量温度）、测温误差小，(2)价格低、响应速度快、传输距离远、体积小、微功耗等优点，(3)适合远距离测温、控温，不需要进行非线性校准，(4)外围电路简单。根据系统设计要求，本设计选择DS18B20温度传感器。根据系统的设计要求及控制结构图，需要检测火灾现场的烟雾浓度。对于烟雾传感器的选型，要求传感器的基于灵敏度高、响应快、抗干扰能力强等优点，而且价格低廉，使用寿命长。上述要求本设计选用MQ-2型半导体可燃气体敏感元件烟雾传感器作为系统采集烟雾信号用的传感器。5MQ-2型半导体可燃气体敏感元件特点：半导体可燃气体传感器MQ-2所使用的气敏材料是在清洁空气中电导率较低的二氧化锡(Sn02)。当传感器所处环境中存在可燃气体时，传感器的电导率随空气中可燃气体浓度的增加而增大。使用简单的电路即可将电导率的变化转换为与该气体浓度相对应的输出信号。Mo-2半导体可燃气体传感器对液化气、丙烷、氢气的灵敏度高，对天然气和其它可燃蒸汽的检测也很理想。这种传感器可检测多种可燃性气体，是一款适合多种应用的低成本传感器。(1)在较宽的浓度范围内对可燃气体有良好的灵敏度(2)对液化气、丙烷、氢气的灵敏度较高(3)长寿命、低成本(4)简单的驱动电路即可(5)家庭用气体泄漏报警器(6)工业用可燃气体报警器(7)便携式气体检测器可用于家庭和工厂的气体泄漏监测装置， 适宜于液化气、丁烷、丙烷、甲烷、酒精、氢气、烟雾等的探测。灵敏度调整：MQ-2型气敏元件对不同种类、不同浓度的气体有不同的电阻值因此，在使用此类型气敏元件时，灵敏度的调整是很重要的。2.3.3输入通道方案选择根据设计方案，需将外界测得的温度和烟雾等模拟量输入转化成数字量。本设计采用了A/D转换器，可以将多路模拟量进行转化，因而省略了多路开关。A/D转挨器的种类很多，就位数来分，有8位，10位，12位，16位等。位数越高，其分辨率也越高，但价格也越贵。而就其结构而言，有单一的A/D转换器，有内含多路开关的A/D转换器。根据设计需要，确定转换器的位数为8位。2.3.4外围设备的选择1键盘的选择可以做键盘的有：独立式按键，矩阵式按键，独立式键盘主要用于按键较少的场合，矩阵式键盘主要用于按键较多的场合，也称行列式键盘。由于只需要一个键控制复位装置，所以选择独立式键盘。2报警电路的设计报警电路是由一个三极管和蜂鸣器组成。当温度值在设定的范围时，单片机AT89C52不发出动作命令，当超出温度设定值值，单片机发出动作命令，使三极管导通从而发出蜂鸣声进行报警来提醒操作人员实施相应的补救措施。2.4 论文的组织结构及各章节简介本章节主要论述了火灾报警系统硬件总体设计，包括硬件系统的组成以及硬件系统的控制方案。通过对单片机，PLC以及工控机的论述，决定采用单片机进行本次课题的设计。根据系统总体方案，选择合适的外围设备。3 系统硬件设计3.1 控制单元电路设计根据系统总体方案设计，本设计选用AT89C52单片机。AT89S52是一种低功耗、高性能CMOS8位微控制器，具有8K在系统可编程Flash存储器。使用Atmel公司高密度非易失性存储器技术制造，与工业80C51产品指令和引脚完全兼容。片上Flash允许程序存储器在系统可编程，亦适于常规编程器。在单芯片上，拥有灵巧的8位CPU和在系统可编程Flash，使得AT89C52为众多嵌入式控制应用系统提供高灵活、有效的解决方案。AT89S52的标准功能：8k字节Flash，256字节RAM，32位I/O口线，看门狗定时器，2个数据指针，三个16位定时器计数器，一个6向量2级中断结构，全双工串行口，片内晶振及时钟电路。另外，AT89S52可降至OHz静态逻辑操作，支持2种软件可选择节电模式。空闲模式下，CPU停止工作，允许RAM、定时器计数器、串口、中断继续工作。掉电保护方式下，RAM内容被保存，振荡器被冻结，单片机一切工作停止，直到下一个中断或硬件复位为止。3.1.1 AT89S52引脚特性AT89S51单片机为40引脚双列直插式封装，其引脚排列和逻辑符号如图3-1所示。 PO口：PO口是一个8位漏极开路的双向I/O口。作为输出口，每位能驱动8个TTL逻辑电平。对PO端口写“1”时，引脚用作高阻抗输入。当访问外部程序和数据存储器时，PO口也被作为低8位地址数据复用。在这种模式下，PO具有内部上拉电阻。在flash编程时，PO口也用来接收指令字节；在程序校验时，输出指令字节。程序校验时，需要外部上拉电阻。Pl口：Pl口是一个具有内部上拉电阻的8位双向I/O口，pl输出缓冲器能驱动4个TTL逻辑电平。对Pl端口写“1”时，内部上拉电阻把端口拉高，此时可以作为输入口使用。作为输入使用时，被外部拉低的引脚由于内部电阻的原因，将输出电流(IIL)。 此外，Pl.0和Pl.2分别作定时器计数器2的外部计数输入(Pl. O/T2)和时器计数器2的触发输入 (Pl. 1/T2EX)，具体如下：图3-1 AT89C52引脚图引脚号第二功能P1.0 T2（定时器计数器T2的外部计数输入），时钟输出Pl.1 T2EX（定时器计数器T2的捕捉重载触发信号和方向控制）Pl.5 MOSI（在系统编程用）Pl.6 MISO（在系统编程用）Pl.7 SCK（在系统编程用在flash编程和校验时，Pl口接收低8位地址字节。P2口：P2口是一个具有内部上拉电阻的8位双向I/O口，P2输出缓冲器能驱动4个TTL逻辑电平。对P2端口写“1”时，内部上拉电阻把端口拉高，此时可以作为输入口使用。作为输入使用时，被外部拉低的引脚由于内部电阻的原因，将输出电流(IIL)。在访问外部程序存储器或用16位地址读取外部数据存储器（例如执行MOVX DPTR）时，P2口送出高八位地址。在这种应用中，P2口使用很强的内部上拉发送1。在使用8位地址(如MOVX RI)访问外部数据存储器时，P2口输出P2锁存器的内容。在flash编程和校验时，P2口也接收高8位地址字节和一些控制信号。P3口：P3口是一个具有内部上拉电阻的8位双向I/O口，p2输出缓冲器能驱动4个TTL逻辑电平。对P3端口写“1时，内部上拉电阻把端口拉高，此时可以作为输入口使用。作为输入使用时，被外部拉低的引脚由于内部电阻的原因，将输出电流(IIL)。P3口亦作为AT89S52特殊功能（第二功能）使用，具体如下：端口引脚第二功能P3.0 RXD（串行输入口）P3.1 TXD（串行输出口）P3.2 INTO（外中断0）P3.3 INT1（外中断1）P3.4 TO（定时计数器O）P3.5 T1（定时计数器1）P3.6 WR（外部数据存储器写选通）P3.7 RD（外部数据存储器读选通）在flash编程和校验时，P3口也接收一些控制信号。此外，P3口还接收一些用于FLASH闪存编程和程序校验的控制信号。RST-复位输入。当振荡器工作时，RST引脚出现两个机器周期以上高电平将是单片机复位。ALE/PROG-当访问外部程序存储器或数据存储器时，ALE（地址锁存允许）输出脉冲用于锁存地址的低8位字节。一般情况下，ALE仍以时钟振荡频率的l6输出固定的脉冲信号，因此它可对外输出时钟或用于定时目的。要注意的是：每当访问外部数据存储器时将跳过一个ALE脉冲。对FLASH存储器编程期间，该脚还用于输入编程脉冲(PROG)。如有必要，可通过对特殊功能寄存器(SFR)区中的8EH单元的DO位置位，可禁止ALE操作。该位置位后，只有一条MOVX和MOVC指令才能将ALE激活。此外，该引脚会被微弱拉高，单片机执行外部程序时，应设置ALE禁止位无效。PSEN-程序储存允许(PSEN)输出是外部程序存储器的读选通信号，当AT89C52由外部程序存储器取指令（或数据）时，每个机器周期两次PSEN有效，即输出两个脉冲，在此期间，当访问外部数据存储器，将跳过两次PSEN信号。EA/VPP - -外部访问允许，欲使CPU仅访问外部程序存储器(地址为OOOOH-FFFFH)，EA端必须保持低电平（接地）。需注意的是：如果加密位LB1被编程，复位时内部会锁存EA端状态。如EA端为高电平（接Vcc端），CPU则执行内部程序存储器的指令。FLASH存储器编程时，该引脚加上+12V的编程允许电源Vpp，当然这必须是该器件是使用12V编程电压Vpp。3.1.2 晶振电路设计1晶振是为电路提供频率基准的元器件，通常分成有源晶振和无源品振两个大类，无源晶振需要芯片内部有振荡器，并且晶振的信号电压根据起振电路而定，允许不同的电压，但无源晶振通常信号质量和精度较差，需要精确匹配外围电路（电感、电容、电阻等），如需更换晶振时要同时更换外围的电路。有源晶振不需要芯片的内部振荡器，可以提供高精度的频率基准，信号质量也较无源晶振要好。因价格等因素，实际应用中多采用无源晶振设计的电路居多，本系统也采用的是无源晶振。如图3-2所示就有一个频率为12M的晶振，匹配电容是两个30P的瓷片电容，使单片机正常工作。图3-2 晶振电路2晶振电路的作用：电容大小没有固定值。一般二三十p。晶振是给单片机提供工作信号脉冲的。这个脉冲就是单片机的工作速度。比如12M晶振。单片机工作速度就是每秒12M。和电脑的CPU概念一样。当然。单片机的工作频率是有范围的。不能太大。一般24M就不上去了。不然不稳定。3.1.3复位电路设计单片机复位电路是指单片机的初始化操作。单片机启动运行时，都需要先复位，其作用是使CPU和系统中其他部件处于一个确定的初始状态，并从这个状态开始工作。因而，复位是一个重要的操作方式。但单片机本身是不能自动进行复位的，必须配合相应的外部电路才能实现。复位电路的功能：系统上电时提供复位信号，直至系统电源稳定后，撤销复位信号。本系统采用的是开关复位形式。开关复位可以在电源接通后，单片机自动复位，并且在单片机运行期间，用开关操作也能使单片机复位。上电后，由于电容的充电和反相门的作用，使RST持续一段时间的高电平。当单片机已在运行当中时，按下复位键K后松开，也能使RST为一段时间的高电平，从而实现上电或开关复位的操作，复位电路如图3-3图3-3复位电路3.1.4单片机最小系统概述及原理图51系列单片机最小系统包含51单片机芯片，复位电路和振荡电路三个部分，本设计采用AT89S52单片机芯片，芯片有40脚，包含32位I/O口线，看门狗定时器，2个数据指针，三个16位定时器计数器，一个6向量2级中断结构，全双工串行口，片内晶振及时钟电路。时钟电路通过内部时钟源提供时钟，外部只需要接一个振荡电路，振荡电路中晶振是12MHZ。复位电路采用按键复位方式，当单片机复位引脚检测到至少24个时钟周期的高电平的时候会自动复位系统，系统会重新启动。单片机最小系统设计图如图3-4所示。图3-4单片机最小系统图3.2 信号检测单元电路设计3.2.1烟雾报警器模块此模块使用的是MQ-2烟雾报警器，是半导体型可燃气体敏感元件烟雾传感器。传感器所使用的气敏材料是在清洁空气中电导率较低的二氧化锡(Sn02)。当传感器所处环境中存在可燃气体时，传感器的电导率随空气中可燃气体浓度的增加而增大。使用简单的电路即可将电导率的变化转换为与该气体浓度相对应的输出信号。1图3-5是传感器典型的灵敏度特性曲线。图中纵坐标为传感器的电阻比(Rs/Ro)，横坐标为气体浓度。Rs表示传感器在不同浓度气体中的电阻值；Ro表示传感器在l000ppm氢气中的电阻值；图中所有测试都是在标准试验条件下完成的。图3-5灵敏度特性曲线2图3-6是传感器典型的温度、湿度特性曲线图3-6 温度、湿度特性曲线图中纵坐标是传感器的电阻比（Rs/Ro）Ro：20，33%RH条件下，1000ppm氢气中元件电阻。Rs：不同温度，湿度下，1000ppm氢气中元件电阻。3. 图3-7是传感器的基本测试电路图3-7基本测试电路该传感器需要施加2个电压：加热器电压(VH)和测试电压(Vc)。其中VH用于为传感器提供特定的工作温度。Vc则是用于测定与传感器串联的负载电阻(RL)上的电压(VRL)。这种传感器具有轻微的极性，Vc需用直流电源。在满足传感器电性能要求的前提下，Vc和VH可以共用同一个电源电路。为更好利用传感器的性能，需要选择恰当的RL值。MQ-2气敏元件的结构和外形如图3-8所示（结构A or B），由微型A1203陶瓷管、Sn02敏感层，测量电极和加热器构成的敏感元件固定在塑料或不锈钢制成的腔体内，加热器为气敏元件提供了必要的工作条件。封装好的气敏元件有6只针状管脚，其中4个用于信号取出，2个用于提供加热电流。图3-8 MQ-2气敏元件结构图4MQ-2的使用规格：表3-1标准工作条件符号参数名称技术条件备注Vc回路电压15VAC or DCVh加热电压5OV0.2 VAC or DCRl负载电压可调Rh加热电阻313室温Ph加热功耗900MW表3-2环境条件符号参数名称技术条件 备注Tao使用温度-10-50Tas储存温度-20-70RH相对湿度小于95%RHO2氧气浓度21%（标准条件）氧气浓度会影响灵敏度特性最小值大于2%表3-3 灵敏度特性符号参数名称技术参数备注Rs敏感体表面电阻3K-30K（l000ppm异丁烷探测浓度范围100ppm-10000ppm300ppm-5000ppm丁烷5000ppm-20000ppm甲烷300ppm-5000ppm氢气a(30001000）异丁烷浓度斜率0.6标准工作条件温度：202 Vc：5OVO.1V相对湿度：65%5% Vh：5.OVO. 1V预热时间不超过1小时3.2.2温度报警器模块此模块采用的是DS18B20数字温度传感器。1DS18B20单线数字温度计(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)温度范围-55+125，在-10+85时精度0.5。(6)可编程分辨率为912位，对应的可分辨温度为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，1 2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。2DS18B20的引脚，如图3-9所示图3-9 DS18B20引脚3DS18B20的4个主要的数据部份(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3-4是DS18B20温度值格式表。表3-4 DS18B20温度值格式表Bit7Bit6Bit5Bit4Bit3Bit2Bit1Bit0LS Byte232221202-12-22-32-4Bit15Bit14Bit13Bit12Bit11Bit10Bit9Bit8MS ByteSSSSSSSS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O，这5位为O，县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O，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07DOH， +25. 0625的数字输出为0191H，-25. 0625的数字输出为FF6FH，-55的数字输出为FC90H。表3-5是DS18B20的温度数据表。表3-5 DS18B20温度数据TEMPERATUREDIGITAL OUTPUT(Binary)DIGITAL OUTPUT(Hex)+1250000 0111 1101 000007D0h+850000 0101 0101 00000550h+25.06250000 0001 1001 00010191h+10.1250000 0000 1010 001000A2h+0.50000 0000 0000 10000008h+00000 0000 0000 00000000h-0.51111 1111 1111 1000FFF8h-10.1251111 1111 0101 1110FF5Eh-25.06251111 1110 011 1111FE6Fh-55 1111 1100 1001 0000FC90h(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3-6 配置寄存器结构TMR1RO11111低五位一直都是”1”，TM是测试模式位，用于设置DS18B20茌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。Rl和RO用来设置分辨率，如表3-7所示：（DS18B20出厂时被设置为12位）。表3-7 温度分辨率设置表R1R0分辨率温度最大转换时间009位93.75ms0110位187.5ms1011位375ms1112位750ms4DS18B20的外部电源供电方式在外部电源供电方式下，DS18B20工作电源由VDD引脚接入，此时I/O线不需要强上拉，不存在电源电流不足的问题，可以保证转换精度，同时在总线上理论可以挂接任意多个DS18B20传感器，组成多点测温系统。注意：在外部供电的方式下，DS18B20的GND引脚不能悬空，否则不能转换温度，读取的温度总是85。图3-10 外部供电方式单点测温电路 图3-11 外部供电方式的多点测温电路图外部电源供电方式是DS18B20最佳的工作方式，工作稳定可靠，抗干扰能力强，而且电路也比较简单，可以开发出稳定可靠的多点温度监控系统。在外接电源方式下，可以充分发挥DS18B20宽电源电压范围的优点，即使电源电压Vcc降到3V时，依然能够保证温度量精度。3.3 前向通道电路设计3.3.1 ADC0809芯片的基本知识ADC0809是带有8位A/D转换器、8路多路开关以及微处理机兼容的控制逻辑的CMOS组件。它是逐次逼近式A/D转换器，可以和单片机直接接口。ADC0809的内部逻辑结构如图3-12。图3-12 ADC0809内部逻辑结构由上图可知，ADC0809由一个8路模拟开关、一个地址锁存与译码器、一个A/D转换器和一个三态输出锁存器组成。多路开关可选通8个模拟通道，允许8路模拟量分时输入，共用A/D转换器进行转换。三态输出锁器用于锁存A/D转换完的数字量，当OE端为高电平时，才可以从三态输出锁存器取走转换完的数据。3.3.2 ADC0809引脚结构由图可知ADC0809为28引脚为双列直插式封装。引脚结构图如图3-13所示。图3-13 ADC0809引脚结构图对ADC0809主要信号引脚的功能说明如下：IN7INO-模拟量输入通道。ALE-地址锁存允许信号。ALE上跳沿，A、B、C地址状态送入地址锁存器中。START-转换启动信号。START上升沿时，复位ADC0809；START下降沿时启动芯片，开始进行A/D转换；在A/D转换期间，START应保持低电平。本信号有时简写为ST。A、B、C-地址线。通道端口选择线，A为低地址，C为高地址，引脚图中为ADDA，ADDB和ADDC。CLK-时钟信号。ADC0809的内部没有时钟电路，所需时钟信号由外界提供，因此有时钟信号引脚。通常使用频率为500KHz的时钟信号。EOC-转换结束信号。EOC=O，正在进行转换；EOC=1，转换结束。使用中该状态信号即可作为查询的状态标志，又可作为中断请求信号使用。D7DO-数据输出线。为三态缓冲输出形式，可以和单片机的数据线直接相连。DO为最低位，D7为最高。OE-输出允许信号。用于控制三态输出锁存器向单片机输出转换得到的数据。OE=O，输出数据线呈高阻；OE=1，输出转换得到的数据。Vc c-+5V电源。Vref参考电源参考电压用来与输入的模拟信号进行比较，作为逐次逼近的基准。其典型值为+5V (Vref(+)=+5V，Vref（-）=-5V)。3.3.3 ADC0809主要特性1. 8路输入通道，8位A/D转换器，即分辨率为8位。2具有转换起停控制端。3转换时间为lOOus。4单个+5V电源供电。5模拟输入电压范围0+5V，不需零点和满刻度校准。6工作温度范围为-40+85摄氏度。7低功耗，约15mW。3.3.4 ADC0809的工作原理简介ADC0809对输入模拟量要求：信号单极性，电压范围是0-5V，若信号太小，必须进行放大；输入的模拟量在转换过程中应该保持不变，如若模拟量变化太快，则需在输入前增加采样保持电路。ADC0809的工作过程是：首先输入3位地址，并使ALE=1，将地址存入地址锁存器中。此地址经译码选通8路模拟输入之一到比较器。START上升沿将逐次逼近寄存器复位。下降沿启动A/D转换，之后EOC输出信号变低，指示转换正在进行，直到A/D转换完成，EOC变为高电平，指示A/D转换结束，结果数据已存入锁存器，这个信号可用作中断申请。当OE输入高电平时，输出三态门打开，转换结果的数字量输出到数据总线上。 ADC0809有4条地址输入和控制线。ALE为地址锁存允许输入线，高电平有效。当ALE线为高电平时，地址锁存与译码器将A，B，C三条地址线的地址信号进行锁存，经译码后被选中的通道的模拟量进转换器进行转换。A，B和C为地址输入线，用于选通INO -IN7上的一路模拟量输入。通道选择表如表3-8所示。表3-8 通道选择表CBA选择的通道000IN 0001IN 1010IN 2011IN 3000IN 4001IN 5010IN 6011IN 73.3.5 ADC0809