基于C51单片机的烟雾报警器设计

牡牡丹丹江江师师范范学学院院 本本科科学学生生课课程程设设计计指指导导书书 题 目 基于 C51 单片机的烟雾报警器设计 班 级 电子工程 学 号 2011014032 姓 名 水草亡月 指导教师 王丽波 牡丹江师范学院牡丹江师范学院 2013 年 10 月 30 日 1 单片机原理课程设计指导书单片机原理课程设计指导书 课程名称 单片机原理课程设计 学时数 2 周 学分数 开课院 系 部 教研室 工学院 电子信息科学与技术系 执笔人 王丽波 编写时间 2013 10 30 一 设计目的 1 培养综合应用所学知识来指导实践能力 2 能用仪器 仪表调试 测量信号指标 二 设计任务 选择仪器仪表调试函数信号发生器的主要指标并分析 三 设计内容与要求 1 查阅资料 拟定设计程序和进度计划 2 确定设计方案 实验 画图 编写设计说明书 3 完成设计 交指导教师审阅 4 画出电路原理图 写出总结报告 四 设计资料及有关规定 1 用 A4 纸打印出课程设计 2 能够说明电路原理并能自主的完成电路连接 五 设计成果要求 设计论文 六 物资准备 1 到图书馆 工学院资料室查阅相关资料 2 到实验室准备芯片作好实验准备 七 主要图式 表式 电路图要求用电路绘图软件画出 八 时间安排 2013 11 1 设计动员 发放设计任务书 2013 11 2 2013 11 3 查阅资料 拟定设计程序和进度计划 2013 11 4 2013 11 10 确定设计方案 实验 画图 编写设 计说明书 2013 11 11 2013 11 13 完成设计 交指导教师审阅 2013 11 14 成绩评定 九 考核内容与方式 考核的内容包括 学习态度 技术水平与实际能力 论文 计算书 图纸 撰写质量 创新性 采取审定与答辩相结合的方式 成绩评定按 百分制记分 十 参考书目 1 单片机原理与应用基础 陈骏莲 牡丹江师范学院本科学生课程设计任务书 课程名称 单片机原理课程设计 课程设计题目基于 C51 单片机的烟雾报警器设计 院 系 工学院专业电子工程年级2011 已知参数和设计要求 根据所选题目 设计并完成电路设计 学生应完成的工作 根据所选题目 1 按要求进行设计实验方案 2 对实验方案的分析及验证 3 整体电路设计与分析计算 4 写出总结报告 目前资料收集情况 含指定参考资料 1 单片机原理与应用基础 陈骏莲 课程设计的工作计划 2013 11 13 设计动员 发放设计任务书 2013 11 14 2013 11 15 查阅资料 拟定设计程序和进度计划 2013 11 16 2013 11 22 确定设计方案 实验 画图 编写设计说明书 2013 11 23 2013 11 25 完成设计 交指导教师审阅 2013 11 26 成绩评定 任务下达日期 2013 年 11 月 13 日 完成日期 2013 年 11 月 26 日 指导老师 王丽波 学生 签名 摘 要 随着现代家庭用火 用电量的增加 家庭火灾发生的频率越来越高 烟雾 报警器也随之被广泛应用于各种场合 本设计是利用单片机结合传感器技术而 开发设计了这一烟雾报警系统 论文中主要针对烟雾报警系统中的各个组成部 件进行了介绍 对它的主控电路和外围设备电路之间的接口技术 还有软件方 面进行了重点介绍 关键词 报警器 80C51 烟雾传感器 目 录 一 绪论 1 1 1 烟雾报警器的发展及现状 1 1 1 1 火灾探测技术 1 1 1 2 火灾探测器的发展趋势 2 1 2 论文研究的目的及意义 2 二 基于 C51 单片机的烟雾报警的设计方案 3 2 1 任务分析 3 2 2 设计方案 3 2 2 1 方案设计思想 3 2 2 2 总体框图 4 三 系统硬件实现 5 3 1 外围接口电路设计 5 3 1 1 AD574A 与 80C51 单片机接口电路 5 3 1 2 声光报警电路 5 3 2 总电路设计 6 四 软件实现 8 4 1 程序流程 8 4 2 程序 9 参考文献 11 致 谢 12 1 一 绪论 1 1 烟雾报警器的发展及现状 1 1 1 火灾探测技术 火灾作为一种在时空上失去控制的燃烧所引发的灾害 对人类生命财产和 社会安全构成了极大的威胁 由此引发的重大安全事故比皆是 所以人类一直 也未停止过对它的研究 火灾的发生和发展是一个非常复杂的非平稳过程 它除了自身的物理化学 变化以外还会受到许多外界的千扰 火灾一旦产生便以接触式 物质流 和非接 触式 能量流 的形式向外释放能量 接触式形式包括可燃气体 燃烧气体和烟 雾 气溶胶等 非接触式如声音 辐射等 火灾探测技术就是利用敏感元件将 火灾中出现的物理化学特征转换为另外一种易于处理的物理量 各种探测器对 应的火灾物理参量及探测器如图1 1所示 图 1 1 各种探测器对应的火灾物理参量及探测器 2 1 1 2 火灾探测器的发展趋势 探测器朝新探测技术的发展进一步拓展了火灾探测的应用领域 为一些传 统探测器无法胜任的环境提供了有效的手段 相关技术的发展 如傅立叶近红 外光谱技术弱信号处理技术 低功耗MCU技术进一步促进了传统探测技术的改进 使得传统探测器在技术和性能上有了显著的提高 火灾着极早期探测 多传感 器复合探测和探测器小型化 智能化的方向发展迈出了更快的步伐 近几年来 单片机已逐步深入应用到工农业生产各部门及人们生活的各个 方面 各种类型的单片机也根据社会的需求而开发出来 单片机是器件级计算 机系统 实际上它是一个微控制器或微处理器 由于它功能齐全 体积小 成 本低 因此它可以应用到任何电子系统中去 同样 它也可以广泛应用于报警 技术领域 使各类报警装置的功能更加完善 可靠性大大提高 以满足社会发 展的需要 1 2 论文研究的目的及意义 目的 随着现代家庭用火 用电量的增加 家庭火灾发生的频率越来越高 家庭火灾一旦发生 很容易出现扑救不及时 灭火器材缺乏及在场人惊慌失措 逃生迟缓等不利因素 最终导致重大生命财产损失 消防部门的统计显示 在 所有的火灾比例中 家庭火灾已经占到了全国火灾的30 左右 家庭起火的原因 林林种种 可能在我们注意得到的地方 也可能就隐藏在我们根本就注意不到 的地方 在现代城市家庭里 许多人因不懂家庭安全常识引起火灾事故 使好端端 的幸福家庭眼间毁于一旦 有的导致家破人亡 而且一旦发生居民家庭火灾 处置 不当 报警迟缓 是造成人员伤亡的重要因素 所以说 人们应该积极了解家庭 火灾的主要起因 还有预防火灾的发生 这就是我们研究烟雾报警器的目的 一系列火灾造成的惨痛损失也使全国各界意识到了烟雾报警器的必要性 据调查 在最近发生火灾的大多数房屋都没有安装报警器 所以 烟雾报警器 在预防火灾发生上有着非常重大的意义 3 二 基于 C51 单片机的烟雾报警的设计方案 2 1 任务分析 单片机应用系统可以分为只能仪器表和工业测控系统两大类 无论哪仪类 都必须以市场需求为前提 所以 在系统设计前 首先要进行广泛的市场调查 了解该系统的时常应用概况 以分析系统当前存在的问题 研究系统的时市场 前景 确定市场开发设计的目的和目标 简单地说 就是通过调研克服旧缺点 开发新功能 此次的设计先从硬件设计上着手 先要整理出烟雾报警系统的整体思路 确定出方案设计中需要的硬件设备 我们在确定了大的方向基础上 就应该对 系统实现进行规划 包括应该采集的信号种种类 数量 范围 输出信号的匹 配和转换 传感器的选择 技术指标的确定等 2 2 设计方案 2 2 1 方案设计思想 此次设计是针对于单片机原理及其应用展开的 其中包含了我们大学三年 中所学到的相关知识 运用我们所学的电工技术 传感器技术 单片机技术去 设计基于单片机的烟雾报警系统 80C51 单片机好比一个桥梁 联系着传感器 和报警电路设备 当周围的环境 温度 湿度 烟雾浓度 达到我们设定的数 值时 烟雾传感器把被测的物理量 温度 湿度 烟雾浓度 作为输入参数 转换为电量 电流 电压 电阻等等 输出 物理量和测量范围的不同 传感 器的工作机理和结构就不同 通常传感器输出的电信号是模拟信号 已有许多 新型传感器采用数字量输出 当信号的数值符合 A D 转换器的输入等级时 可以不用放大器放大 当信号的数值不符合 A D 转换器的输入等级时 就需要 放大器放大 而我们选择前者 不需要用放大器 选择数值符合 A D 转换器的 输入等级 这样就可以简化整个系统的设置 传感器将物理信号经过 A D 转换 器转化为可以利用识别的电信号给单片机 这里我们选择单片机的 P1 0 为输入 方式 接收到信号的单片机经过程序的设定 当温度 湿度 烟雾浓度达到设 4 定数值时 会由 P2 0 作为单片机的输出直接启动报警电路 此时 扬声器将发 出高 低交替的 2 种叫声 同时二极管发光 这就达到了声光报警的效果 2 2 2 总体框图 根据方案的设计思想 我们从中就可以得到了烟雾报警系统的总体框图如图 2 1 所示下 图 2 1 烟雾报警系统的总体框图 使用 80C51 单片机 选用烟雾传感器作为敏感元件 利用 AD574A 转换器和 声光报警电路 开发了可用于家庭或小型单位火灾报警的烟雾报警器 整个设 计由 4 大部分构成 烟雾传感器 A D 转换电路 80C51 单片机 声光报警电路 其中 传烟雾感器是将现场温度 烟雾等非电信号转化为电信号 转换电路是将完成将烟雾传感器输出的模拟信号到数字信号的转换 声光报警模块由单片机和报警电路组成 由单片机控制实现不同的 声光报警功能 综合考虑各因素 本文选择 NIS 09 烟雾传感器用作采集系统的敏感元件 火灾中气体烟雾主要是 CO2 和 CO NIS 09 烟雾传感器能探测 CO2 CO 甲烷 煤气等多种气体 它灵敏度高 稳定性好 适合于火灾中气体的探 测 A D 转换器选用 AD574A 转换器 5 三 系统硬件实现 3 1 外围接口电路设计 3 1 1 AD574A 与 80C51 单片机接口电路 AD574A 系列的所有型号和功能因脚和排列都相同 因而它们与单片机借口 也相同 AD574A 所有型号都有内部始终电路 不需要任何外接器件和连线 图 3 1 为 AD574A 与 80C51 单片机的接口电路 该电路采用双极性输入方式 根据烟雾 传感器输出电压是 5 6 0 4v 在设计时我们选用单极性输入方式 图 3 1 AD574A 与 80C51 单片机的接口电路 3 1 2 声光报警电路 声光报警电路由单片机 P2 0 口控制 输出报警信号 高低电平间隔 1 s 的脉冲信号 驱动声光报警电路 直至按复位键 RESET 和开关键 6 声光报警电路由 555 定时器 扬声器和普通发光二极管组成 电路图如图 3 2 所示 其中 555 定时器接成了一个低频多谐振荡器 其控制电压出入端 5 脚与单 片机 80C51 的 P2 0 端相连 受 P2 0 脚输出的脉冲信号控制 由电容 C4 的充冲 放电作用 当 P2 0 1 时 555 输出脉冲的振荡频率较低 当 P2 0 0 时 555 输出脉冲的振荡频率较高 该脉冲信号经隔置电容 C2 加到扬声器上 扬声器将 发出高 低交替的 2 种叫声 同时 P2 0 脚输出的高低电平间隔 1 s 的脉冲信号 经电阻 R1 加到发光二极管 LED 上 LED 将闪烁发光 达到声光同时报警的效果 图 3 2 声光报警电路 3 2 总电路设计 我们将主控电路和外围接口电路 80C51与A D转换器的接口电路 80C51与 声光报警电路 连接起来 就得到了基于80C51的烟雾报警总电路图 当外部环境 温度 湿度 烟雾浓度 达到一定值时 烟雾传感器就会产 生模拟电压 将它作为输出的模拟信号经 AD574A 转换器转换为 80C51 单片机所 能识别的数字电压量 通过 P1 0 检测信号 当有信号输入时 经程序设定就会 驱动 80C51 单片机的 P2 0 而 P2 0 是与声光报警电路相连接的 综上所述 得出总电路图如图 3 3 所示 7 图 3 3 烟雾报警系统总电路图 8 四 软件实现 4 1 程序流程 当被测的数值经计算机的转换在比较范围内 经程序设定 80C51 单片机的 P2 0 就会输出脉冲启动报警电路程序 程序流程图如图 4 1 所示 图 4 1 流程图 9 4 2 程序 ORG 0000H START MOV DPTR 0FFF8H 送端口地址入 DPTR MOVX DPTR A 启动 AD574A SET P1 0 置 P1 0 为输入方式 LOOP JB P1 0 LOOP 检测 P1 0 口 INC DPTR 使 R C 为 1 MOVX A DPTR 读取高 8 位数据 MOV 41H A 高 8 位内容存入 41H 单元 INC DPTR 使 R C A0 均为 1 INC DPTR MOVX A DPTR 读取低 4 位 MOV 40H A 将低 4 位内容存入 40H 单元 MOV 17H 10001111B 将比较的数值存入单元中 MOV 18H 0110B MOV 19H 10011011B MOV 20H 1010B MOV AL 40H 将 40H 的内容存入 AL 单元中 MOV AH 41H 将 41H 的内容存入 AH 单元中 01 CMP AH 17H 比较最小数值的高八位 JA LP1 JBE LP2 LP1 JMP 03 LP2 JMP 01 02 CMP AL 18H 比较最小值的低四位 JA LP3 JBE LP4 LP3 JMP 01 LP4 JMP 04 10 03 CMP AH 19H 比较最大值的高八位 JA LP5 JBE LP6 LP6 JMP 03 LP5 JMP 01 04 CMP AH 20H 比较最大值的低四位 JA LP7 JBE LP8 LP8 JMP 01 LP7 JMP 04 05 SET P2 0 报警 DEL MOV R7 200 延时 50ms DEL1 MOV R6 123 NOP DEL2 DJNZ R6 DEL2 DJNZ R7 DEL1 RET 返回 END 结束 11 参考文献 1 李全利 单片机原理及应用技术 北京 高等教育出版社 2004 2 金发庆 传感器技术与应用 北京 机械工业出版社 2004 3 王曙霞 单片机实验与实训指导 西安 西安电子科技大学出版社 2007 4 及力 Protel 99 SE 原理图与 PCB 设计教程 北京 电子工业出版社 2007 5 张玉莲 电子 CAD Protel99SE 实训指导书 西安 西安电子科技大 学出版社 2007 6 何利民 单片机高级教程 北京 航空航天大学出版社 2000 7 李朝青 单片机原理与接口技术 北京 航空航天大学出版社 1999 8 张毅刚 MCS 51 单片机应用设计 哈尔滨 哈尔滨工业大学出版社 1997 9 潘新民 微型计算机控制技术 北京 人民邮电出版社 1999 10 李华 MCS 51 系列单片机实用接口技术 北京 航空航天出版社 2000 12 致 谢 课程设计能够如期完成 我的指导老师王丽波老师给我了极大的帮助与支 持 老师学识渊博 学风严谨 待人宽厚 在我遇到困难时能耐心解答直至我 明白 尤其在我刚拿到一个带有陌生专业术语的题目想退缩时 刘老师的一翻 教导令我受益匪浅 让我明白 没有付出 就没有回报的真谛 还有 人要不 断的接受新知识 学习新知识 这样才能在以后的人生道路上坚强的走下去 老师要指导很多同学的论文 加上本来就有教学任务 工作量之大可想而知 而我对于单片机来说 是个初学者 所以 在设计的过程中 遇到很小的问题 都要劳烦老师讲解 在不断的接触中 老师的朴实无华 平易近人的性格对我 影响颇深 在老师的指导和鼓励下 我才有信心去完成毕业设计 很荣幸成且 幸运成为老师的学生 除老师之外 还要感谢我的同学们 他们给了我很多的建议和帮助 尤其 在程序的编写方面 给了我很大的帮助 特此感谢 通过本次设计 让我明白 了很多 最重要的是一个人如果无法独立完成一件事情 那么 同学和朋友就 是你的依靠 再次感谢在设计中给我帮助的王丽波老师和同学们 13 课程设计指导教师评定成绩表 优秀 100 x 90 良好 90 x 80 中等 80 x 70 及格 70 x 60 不及格 x 60 项目分值 参考标准参考标准参考标准参考标准参考标准 评分 学习态度15 学习态度认真 科学作风严谨 严格保证设计 时间并按任务 书中规定的进 度开展各项工 作 学习态度比 较认真 科 学作风良好 能按期圆满 完成任务书 规定的任务 学习态度尚 好 遵守组 织纪律 基 本保证设计 时间 按期 完成各