烟雾火灾报警器开题报告课件

本科毕业设计 论文 开题报告本科毕业设计 论文 开题报告 论文题目 论文题目 基于单片机的火灾自动报警系统的设计与开发 学 生 姓 名 舒伟 学 号 二级学院名称 电子信息学院 专 业 电子科学与技术 指 导 教 师 金步平 职 称 研究员 合作 企业教师 职 称 填表日期 2015 年 12 月 23 日 第 1 页 共 16 页 一 前言一 前言 1 1 选题背景及意义选题背景及意义 随着科技的发展 越来越多的巨大的隐患由于工业生产和人们的日常生活而产生 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 需要建立火灾自动 报警系统 单片机及烟雾传感器是烟雾报警器系统的两大核心 单片机好比一个桥梁 联系着传 感器和报警电路设备 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 以应用到所有电子系统中 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 而传感器作为信息技术系统的 感官 器件 如果没有 感官 感受信息 或者 感官 迟钝 都难以形成高精度 高速度的 控制系统 美国曾把二十世纪八十年代称为传感技术时代 日本更是把传感技术列为十大 技术之首 所以 根据报警器功能的需要 选择合适 精确 经济的烟雾传感器和单片机 芯片是至关重要的 在本论文中的最主要的设计是选 STC89C52 单片机和 MQ 2 半导体气 体烟雾传感器为核心器件 目前 现代建筑都会有选择地安装不同功能的烟雾自动报警系统 因为烟雾自动报警 系统是建筑物的神经系统 它能够感受 接收着发生火灾的早期信号并及时报警 发出警 报同时告知用户和周边居民 它就像是一个个称职的更夫 给居住 忙碌或是休息在家庭 中的人们以极大的安全感 在火灾的早期阶段 准确的探测到火情并迅速报警 对于及时 组织有序快速疏散 积极有效地控制火灾的蔓延 快速灭火和减少火灾对居住人群的损失 都具有重要的意义 本次设计一个以 STC89C52 单片机为核心的火灾报警器可以实现声光报警 故障自诊 断 浓度显示 报警限设置 是一种结构简单 性能稳定 使用方便 价格低廉 智能化 的火灾报警器 具有一定的实用价值 以下为主要实现的功能 能够感知烟雾的浓度 到达一定的数值之后实现报警功能 能够检测现场的温度 到达一定的数值之后实现报警功能 实现三极管驱动数码 管显示当前采集模块烟物浓度和温度值功能 实现两种报警方式可紧急报警方式和手动取消紧急报警方式 实现可设置烟雾浓度和高温报警值功能 并在掉电情况下有掉电保存功能 实现一旦检测到火宅释放的烟雾超过一定数值 即可进行蜂鸣器同步报警功能 实现能够检测到温度的升高 当超过设定的报警温度时候 蜂鸣器也将产生报警 功能 第 2 页 共 16 页 1 2 基于单片机的火灾自动报警系统的设计与开发的研究价值基于单片机的火灾自动报警系统的设计与开发的研究价值 如今社会火灾事故频繁发生 为了尽可能减少生活中火灾事故的发生 就必须对烟雾 进行现场实时检测 采用先进可靠的安全检测仪表 严密监测环境中烟雾的浓度 及早发 现事故隐患 采取有效措施 避免事故发生 才能确保工业安全和家庭生活安全 因此 研究烟雾的检测方法与研制烟雾报警器就成为传感器技术发展领域的一个重要课题 2 研究的基本内容研究的基本内容 2 1 整体设计思路整体设计思路 本系统是一个由单片机控制的火灾烟雾浓度 温度检测系统 它将传感器输出的电压 信号进行 A D 转换 滤波 线性化 由单片机将电压值转换为气体浓度和温度送 LED 显 示 并判断是否超过报警上限 若超过 则发出声光报警 同时用户可以自己设定报警上 限和定时时间 使用户可以根据实际情况方便的掌握安全状况 烟雾报警器是能够检测环境中的烟雾浓度 并具有报警功能的仪器 该报警系统的最 基本组成部分应包括 信号采集模数转换电路 单片机控制电路 字符显示电路 声光报 警电路和安全保护电路等部分组成 为适应家庭和工业等场所对可燃性易爆烟雾安全性要求 设计的烟雾报警器具有显示 报警状态 报警器采用延时的工作方式 烟雾检测报警器以 STC89C52 单片机为控制核心 选用 MQ 2 半导体气体烟雾传感器采集烟雾浓度信息 配合外围电路构成烟雾报警系统 本设计包括硬件和软件设计两个部分 从设计的要求来分析该设计须包含如下结构 烟雾检测部分 STC89C52 单片机主控 部分 报警部分 AD 采集四大部分 电路总体设计框图如图 1 所示 电源开关 电源 STC89 C52 单片机 AD 采集电 路 显示电路 报警电路 按键控制 图图 1 总体设计框图总体设计框图 处理器采用 51 系列单片机 STC89C52 整个系统是在系统软件控制下工作的 设置 在监测点上的烟雾检测探头将检测到的烟雾变换成电信号 送出模拟信号 给 AD 采集电 路采集 在单片机内 经软件查询 识别判决等环节实时发出烟雾报警状态控制信号 驱 动蜂鸣器及报警指示灯报警 第 3 页 共 16 页 2 2 器材的选择与简介器材的选择与简介 2 2 1 烟雾检测传感器选型烟雾检测传感器选型 烟雾传感器是测量装置和控制系统的首要环节 而烟雾报警器的信号采集由烟雾传感 器负责 烟雾传感器能够将气体的种类及其浓度有关的信息转换为电信号 根据这些电信 号的强弱就可以获得与待测气体在环境中存在的情况有关的信息 从而达到检测 监控 报警的功能 可以说 没有精确可靠的传感器 就没有精确可靠的自动检测 控制和报警 系统 烟雾传感器作为报警器中不可缺少的核心器件 它决定了所采集的烟雾浓度信号的 准确性和可靠性 烟雾传感器内部结构如图 2 所示 图图 2 烟雾传感器及其结构图烟雾传感器及其结构图 烟雾传感器是模拟传感器 它能将空气中的烟雾浓度变量转换成有一定对应关系的输 出信号的装置 烟雾传感器就是通过监测环境中烟雾的浓度来实现火灾防范的 当烟雾探 头碰到烟雾或某些特定的气体 烟雾探头内部阻值发生变化 产生一个模拟值 从而对其 进行控制 烟雾传感器利用烟雾敏感元件的电阻受烟雾 主要是可燃颗粒 浓度影响阻值 变化的原理向单片机发送烟雾浓度相应的模拟信号 在智能建筑中对火灾探测器的应用主要以感烟火灾探测器选用为主 随着传感器生产 工艺水平逐步提高 传感器日益小型化 集成度不断增大 使得烟雾探测器的体积也逐渐 变小 提高了烟雾探测器的便携性 更加利于生产 运输和市场推广 目前 烟雾传感器 广泛应用在城市安防 小区 工厂 公司 学校 家庭 别墅 仓库 资源 石油 化工 燃气输配等众多领域 在国内的产品中 无论哪家生产的烟雾探测器 都可以探测到火灾的发生 都具有比 较高的灵敏度 而且在安装中都比较简单 但是 由于各生产的设备不可通用 独立为正 不但不可彼此互相代替 更不可以互相通讯 使得用户面对众多厂家生产的烟雾探测器感 到不知所措 而这也正是国内产品市场的一个重大缺陷 第 4 页 共 16 页 1 烟雾传感器的分类 从构成气体传感器材料的形态上通常将它们分为干式和湿式气体传感器 由于对不同 气体的检测方法不尽相同 目前主要的方法有 利用半导体气体器件检测的电气法 使用 电极和电解液对气体进行检测的电化学法 利用气体对光的折射率或光吸收等特性来检测 气体的光学法 2 烟雾传感器应满足的基本条件 一个烟雾传感器可以是单功能的 也可以是多功能的 可以是单一的实体 也可以是 由多个不同功能传感器组成的阵列 但是 任何一个完整的烟雾传感器都必须具备以下条 件 a 能选择性地检测某种单一烟雾 而对共存的其它烟雾不响应或低响应 b 对被测烟雾具有较高的灵敏度 能有效地检测允许范围内的烟雾浓度 c 对检测信号响应速度快 重复性好 d 长期工作稳定性好 e 使用寿命长 f 制造成本低 使用与维护方便 3 常见的烟雾探测器种类及工作原理 a 半导体烟雾传感器 半导体气敏传感器 半导体烟雾传感器包括用氧化物半导体陶瓷材料作为敏感体制作的烟雾传感器 以及 用单晶半导体器件制作的烟雾传感器 半导体烟雾传感器是利用气体在半导体表面的氧化 和还原反应导致敏感元件阻值变化而制成的 按照敏感机理分类 半导体烟雾传感器可分 为电阻式和非电阻式 当半导体接触到气体时 半导体的电阻值将发生变化 利用传感器 输出端阻值的变化来测定或控制气体的有关参数 这种类型的传感器称为电阻式半导体气 敏传感器 当 MOS 场效应管在接触到气体时 场效应管的电压将随周围气体状态的不同 而发生变化 利用这种原理制成的传感器被称为非电阻式半导体气敏传感器 自 1962 年半导体金属氧化物烟雾传感器问世以来 由于具有灵敏度高 响应快 输 出信号强 耐久性强 结构简单 体积小 维修方便 价格便宜等诸多优点 得到了广泛 的应用 但是其最大的缺点就是选择性较差 该传感器己成为世界上产量最大 使用最广 的烟雾传感器之一 b 光电式感烟传感器 光电式感烟传感器由光源 光敏元件和电子开关组成 平常光源发出的光 通过透镜 射到光敏元件上 电路维持正常 如果有烟雾从中阻隔 到达光敏元件上的光就显著减弱 于是光敏元件就把光强的变化变成电的变化 利用光散射原理对火灾初期产生的烟雾进行 探测 并及时发出报警信号 按照光源不同 可分为一般光电式 激光光电式 紫外光光 电式和红外光光电式等 4 种 光电式感烟探测器发展很快 种类不断增多 就其功能而言 它能实现早期火灾报警 第 5 页 共 16 页 除应用于大型建筑物内部外 还特别适用于电气火灾危险性较大的场所 如计算机房 仪 器仪表室和电缆沟 隧道等处 根据报警器检测烟雾种类的不同要求 很多场合都会选择使用半导体烟雾传感器 经 过对比众多烟雾传感器的应用特性 发现半导体烟雾传感器的优点更加突出 半导体烟雾 传感器具有灵敏度高 响应快 体积小 结构简单 使用方便 价格便宜等优点 且不会 发生探头阻缓及中毒现象 维护成本较低 因而得到广泛应用 因此 本设计中的烟雾传 感器选用 MQ 2 半导体气体烟雾传感器 c MQ 2 半导体气体烟雾传感器 MQ 2 半导体传感器是以清洁空气中电导率较低的金属氧化物二氧化锡 SnO2 为主体 的 N 型半导体气敏元件 当传感器所处环境中存在烟雾气体时 传感器的电导率随空气 中烟雾气体浓度的增加而增大 在设计报警器时只有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 该传感器具备一般半导体烟雾传感器灵敏度高 电导率变化大 响应和恢复时间短 抗干扰能力强 输出信号大 寿命长和工作稳定等优 点 在市面上应用十分广泛 MQ 2 气敏元件的结构如图 2 所示 由微型 AL2O3陶瓷管 SnO2 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 只针状管脚 其中 个用于信号取出 个用于提 供加热电流 MQ 2 半导体气体烟雾传感器适用于烟雾 天然气 煤气 氢气 烷类气体 汽油 煤油 乙炔 氨气等的检测 对可燃性气体的 CH4 C4H10 H2等 的检测很理想 这 种传感器在较宽的浓度范围内对烟雾气体有良好的灵敏度 能够检测多种可燃性气体 十 分适合应用在家庭的气体泄漏报警器中 是一款便携式气体检测器 非常适合多种应用的 低成本传感器 其技术指标如表 1 所示 第 6 页 共 16 页 表表 1 MQ 2 的技术指标的技术指标 由于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 通常烟雾传感器输 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 所以 MQ 2 半导体气体烟雾传感器要想把采集到的烟雾浓度模 拟信号传送给单片机控制器就必须经过将模拟信号经过 A D 转换器转化为可以识别的电 信号给单片机 设计时应注意 气敏元件开机通电时 其内阻很小 但经过一段时间后 才能恢复到 原来的稳定状态 因此 QM 2 气体传感器需开机预热几分钟 才可投入使用 以免造成 误报 最后根据各方面的条件与器材的性能指标 选择用 MQ 2 半导体烟雾传感器 因为它 能满足课题所需要的基本条件 例如 该传感器具备一般半导体烟雾传感器灵敏度高 电 导率变化大 响应和恢复时间短 抗干扰能力强 输出信号大 寿命长和工作稳定等优点 其中的灵敏度和响应和恢复时间短是最需要的 而且它的其他方面的性能相对于其他器件 也更为优秀 2 2 2 单片机选型单片机选型 单片机是烟雾自动报警系统的心脏 用来接收火灾信号并启动报警装置显示和执行相 应的报警 在单片机实现的控制功能中 需要单片机有较快的运算速度 使检测人员和用 户在报警器系统正常工作时能够及时地观测到实时的烟雾浓度等级 并进行相应处理 同 时 在能够满足报警器系统设计的计算速度及接口功能要求的同类型单片机中 要考虑选 择价格低廉且体积轻巧的机型 在保证了报警器的精确性 可靠性及抗干扰性的基础上 能够不提高成本 缩小体积 加热电压 Vh AC 或 DC 5 0 2V 回路电压 Vc 负载电阴 Rl 清洁空气中电阻 Ra 灵敏度 S Ra Rdg 响应时间 trec 恢复时间 trec 元件功耗 检测范围 使用寿命 最大 DC 24V 2K 2000 K 4 在 1000ppmC4H10 中 10S 30S 0 7W 50 10000ppm 2 年 第 7 页 共 16 页 由于单片机技术在各个领域正得到越来越广泛的应用 世界上许多集成电路生产厂家 相继推出了各种类型的单片机 在单片机家族的众多成员中 MCS 系列单片机以其优越 的性能 成熟的技术及高可靠性和高性能价格比 迅速占领了工业测控和自动化工程应用 的主要市场 成为国内单片机应用领域中的主流 其中 51 系列单片机的优点是价钱便 宜 I O 口多 程序空间大 因此 测控系统中 使用 51 系列单片机是最理想的选择 因此 设计采用 STC89C52 2 2 3 STC89C52 单片机简介单片机简介 STC89C52 是一种低功耗 高性能 CMOS8 位微控制器 具有 8K 可编程 Flash 存储器 使用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 允许程序存储器在线可编程 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 STC89C52 为众多嵌入式控制应用系统提供高灵活 超 有效的解决方案 STC89C52 具有以下标准功能 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 STC89C52 可降至 0Hz 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 这一模块以单片机为中心把程序代 码烧进去然后外围接上复位电路 振荡电路 键盘控制 LED 显示电路 报警电路等子模 块 2 2 4 单片机的引脚功能描述单片机的引脚功能描述 下面对 STC89C52 各引脚的功能进行较为详细的介绍 1 电源引脚 Vcc 和 Vss Vcc 40 脚 电源端为 5V Vss 20 脚 接地端 2 时钟电路引脚 XTAL1 和 XTAL2 XTAL2 18 脚 接外部晶体和微调电容的一端 在单片机内部它是振荡电路反向放大 器的输出端 振荡电路的频率就是晶体固有频率 若需采用外部时针电路时 该引脚输入 外时钟脉冲 要检查 STC89C52 的振荡电路是否正常工作 可用示波器查看 XTAL2 端是 否有脉冲信号输出 XTAL1 19 脚 接外部晶体和微调电容的另一端 在片内 它是振荡电路反向放大器 的输入端 在采用外部时钟时 该引脚必须接地 3 控制信号脚 RST ALE PSEN 和 EA RST 9 脚 RST 是复位信号输入端 高电平有效 在此输入端保持两个机器周期 24 个时钟振荡周期 的高电平时 就可以完成复位操作 第 8 页 共 16 页 ALE PROG 30 引脚 地址锁存允许信号端 当 STC89C52 上电正常工作后 ALE 引脚不断向外输出正脉冲信号 此频率为振荡器频率 fosc 的 1 6 当 CPU 访问片外存储器 时 ALE 输出信号作为锁存低 8 位地址的控制信号 在 CPU 访问片外数据存储时 每取 值一次 一个机器周期 会丢失一个脉冲 平时不访问片外存储时 ALE 端也以 1 6 的振 荡频率固定输出正脉冲 因而 ALE 信号可以用作对外输出时钟或定时信号 如果你想看 一下 STC89C52 芯片的好坏 可用示波器查看 ALE 端是否有脉冲信号输出 如有脉冲信 号输出 则 STC89C52 基本上是好的 ALE 的负载驱动能力为 8 个 LS 型 TTL 低功耗高 速 TTL PSEN 29 脚 程序存储允许输出信号引脚 在访问片外程序存储器时 此端定时 输出负脉冲作为读片外存储器的选通信号 此引脚接 ERROM 的 OE 端 PSEN 端有效 即允许读出 ERROM ROM 中的指令码 CPU 在从外部 ERROM ROM 取指令期间 每个 周期 PSEN 两次有效 不过 在访问片外 RAM 时 要少产生两次 PSEN 负脉冲信号 要 检查一个 AT89C52 小系统上电后 CPU 能否正常到 ERROM ROM 中读取指令码 也可用 于示波器看 PSEN 端有无脉冲输出 如有 说明基本上工作正常 EA VPP 31 脚 外部程序存储器地址允许输入端 固化编程电压输入端 当 EA 引 脚接高电平时 CPU 只访问片内 ERROM ROM 并执行内部程序存储器中的指令 但在 PC 程序计数器 的值超过 OFFFH 对 8751 8051 为 4k 时 将自动转向执行片外存储 器的程序 当出入信号 EA 引脚接低电平 接地 时 CPU 只访问外部 ERROM ROM 并 执行外部程序存储器中的指令 而不管是否有片内程序存储器 对于无芯片内的 ROM 的 8031 或 8032 须外扩 ERROM 此时必须将 EA 引脚接地 如果使用有片内 ROM 的 STC89C52 外扩 ERROM 也是可以的 但也要使 EA 接地 4 I O 输入 输出端口 P0 P1 P2 P3 P0 口 P0 口是一个漏极开路的 8 位准双向 I O 端口 P1 口 8 位准双向 I O 端口 P2 口 即可以做地址总线输出地址高 8 位 也可以做普通 I O 用 此时为准双向口 P3 口 双功能口 即可以做普通 I O 口用 此时为准向口 也可以按每位定义实现第 二功能操作 如表 2 所示 表表 2 P3 口的第二功能表口的第二功能表 引脚第二功能 P3 0RXD 串行输入口 P3 1TXD 串行输出口 P3 2INT0 外部中断 0 P3 3INT1 外部中断 1 P3 4T0 定时器 0 外部中断 第 9 页 共 16 页 P3 5T1 定时器 1 外部中断 P3 6WR 外部存储器写选通 P3 7RD 外部存储器读写通 2 3 烟雾报警系统模块介绍烟雾报警系统模块介绍 2 3 1 温度采集模块温度采集模块 方案方案 1 采用 PT100 作为测温电路的温度传感器 PT100 传感器是利用铂电阻的阻值随温度变 化而变化 并呈一定函数关系的特性来进行测温的 具有抗振动 稳定性好 准确度高 耐高压等优点 但使用起来比较复杂 方案方案 2 采用 DS18B20 作为测温电路的温度传感器 DS18B20 的数字温度输出通过 一线 总线 1 Wire 是一种独特的数字信号总线协议 它将独特的电源线和信号线复合在一起 仅使用一条口线 每个芯片唯一编码 支持联网寻址 零功耗等待等 是所需硬件连线最 少的一种总线 这种独特的方式 可以使多个 DS18B20 方便地组建成传感器网络 为整 个测量系统的建立和组合提供了更大可能性 它在测温精度 转换时间 传输距离 分辨 率等方面比其他温度传感器有了很大的进步 给用户带来了更方便的使用和更令人满意的 效果 通过比较 DS18B20 直接输出数字温度值 不需要校正 因此选择方案 2 2 3 2 单片机最小系统单片机最小系统 要使单片机工作起来最基本的电路构成为单片机最小系统如图 3 所示 P1 0 1 P1 1 2 P1 2 3 P1 3 4 P1 4 5 P1 5 6 P1 6 7 P1 7 8 RST 9 RXD P3 0 10 TXD P3 1 11 INT0 P3 2 12 INT1 P3 3 13 T0 P3 4 14 T1 P3 5 15 WR P3 6 16 RD P3 7 17 XTAL2 18 XTAL1 19 GND 20 P2 0 21 P2 1 22 P2 2 23 P2 3 24 P2 4 25 P2 5 26 P2 6 27 P2 7 28 PSEN 29 ALE PROG 30 EA VPP 31 P0 7 32 P0 6 33 P0 5 34 P0 4 35 P0 3 36 P0 2 37 P0 1 38 P0 0 39 VCC 40 U1 U1 Y1 12M C20 1uF C30 1uF VCC GND R15 10K C110uF VCC 1 2 3 4 J1 VCC S1 P10 P11 P12 P13 P14 P15 P16 P17 P20 P21 P22 P34 P35 P36 P23 P24 P25 P26 P27 P32 P33 图图 3 单片机最小系统单片机最小系统 单片机最小系统包括单片机 复位电路 时钟电路构成 STC89C52 单片机的工作电压范围 4V 5 5V 所以通常给单片机外界 5V 直流电源 第 10 页 共 16 页 连接方式为单片机中的 40 脚 VCC 接正极 5V 而 20 脚 VSS 接电源地端 复位电路就是确定单片机的工作起始状态 完成单片机的启动过程 单片机接通电源 时产生复位信号 完成单片机启动确定单片机起始工作状态 当单片机系统在运行中 受 到外界环境干扰出现程序跑飞的时候 按下复位按钮内部的程序自动从头开始执行 一般 有上电自动复位和外部按键手动复位 单片机在时钟电路工作以后 在 RESET 端持续给 出 2 个机器周期的高电平时就可以完成复位操作 本设计采用的是外部手动按键复位电路 需要接上拉电阻来提高输出高电平的值 时钟电路好比单片机的心脏 它控制着单片机的工作节奏 时钟电路就是振荡电路 是向单片机提供一个正弦波信号作为基准 决定单片机的执行速度 XTAL1 和 XTAL2 分 别为反向放大器的输入和输出 该反向放大器可以配置为片内振荡器 如采用外部时钟源 驱动器件 XTAL2 应不接 因为一个机器周期含有 6 个状态周期 而每个状态周期为 2 个振荡周期 所以一个机器周期共有 12 个振荡周期 如果外接石英晶体振荡器的振荡频 率为 12MHZ 一个振荡周期为 1 12us 2 3 3 单片机的时钟电路与复位电路设计单片机的时钟电路与复位电路设计 本系统采用 STC 系统列单片机 相比其他系列单片机具有很多优点 一般 STC 单片 机资源比其他单片机要多 而且执行速度快 STC 系列单片机使用串口对单片机进行烧写 下 载程序较为方便 STC89C52 单片机内部集成了看门狗电路 且具有很强抗干扰能力 本系统采用内部方式的时钟电路和加电自复位的复位电路 如图 4 和图 5 所示 12 XTAL 30pF C1 30pF C2 GND 10uF C RST 10K R1 VCCGND Res X1 X2 图图4 时时钟钟电电路路图图5 复复位位电电路路 由于单片机 P0 口内部不含上拉电阻 为高阻态 不能正常地输出高 低电平 因而该 组 I O 口在使用时必须外接上拉电阻 2 3 4 烟雾检测烟雾检测 AD 采集电路采集电路 烟雾检测采用 MQ 2 传感器 经过 ADC0832 采集后就可以得到各种烟雾浓度下的电 压值 从而设定出理想的烟雾强度报警值 电路如图 6 所示 第 11 页 共 16 页 CS 1 CH0 2 CH1 3 GND 4 DI 5 DO 6 CLK 7 VCC 8 1 ADC0832 GND VCC P34 P33 P32 1 2 34 5 6 U2 VCC R17 5 GND R14 1K yinwu yinwu 图图 6 烟雾检测烟雾检测 AD 采集电路采集电路 2 3 5 显示模块显示模块 显示采用数码管显示 数码管显示电路如图 7 所示 驱动电路如图 8 所示 图图 7 数码管显示数码管显示 图图 8 数码管驱动电路数码管驱动电路 第 12 页 共 16 页 2 3 6 声音报警声音报警电路电路 电路通过三极管基极串连一个电阻与单片机 P3 6 端口连接从而达到控制蜂鸣器是否 报警 声音报警电路如图 9 所示 图图 9 声音报警电路图声音报警电路图 2 3 7 按键控制电路按键控制电路 本电路设计了四个按键 一个设置键 一个加键 一个减键 一个紧急报警键 当遇 到紧急情况时 可按下紧急报警键 蜂鸣器进行报警 如图 10 所示 图图 10 消音按键连接电路图消音按键连接电路图 2 3 8 电源模块电源模块 由于本系统采用电池供电 考虑了如下几种方案为系统供电 方案方案 1 采用 5V 蓄电池为系统供电 蓄电池具有较强的电流驱动能力以及稳定的电压输出性 能 但是蓄电池的体积过于庞大 在报警器上使用极为不方便 因此放弃这个方案 方案方案 2 采用 4 节 1 5 V 干电池共 4 5V 做电源 经过实验验证系统工作时 单片机 传感器的 第 13 页 共 16 页 工作电压稳定能够满足系统的要求 而且电池更换方便 综上所述采用方案 2 电源接口电路如图 11 所示 其中 P1 为电池接口 SW1 为电源开关 图图 11 电源接口电路电源接口电路 2 4 硬件硬件 PCB 图图 硬件 PCB 图如图 12 所示 图图 12 硬件硬件 PCB 图图 第 14 页 共 16 页 3 软件设计思路软件设计思路 主程序流程图如图 13 所示 首先要给传感器预热 因为 MQ 2 型半导体电阻式烟雾传 感器在不通电存放一段时间后 再次通电时 传感器不能立即正常采集烟雾信息 需要一 段时间预热 程序初始化结束后 系统进入监控状态 图图 13 主程序流程图主程序流程图 在整个报警系统工作中 烟雾浓度信息经 ADC0832 转换处理后 由单片机进行分析 处理 判断系统是否启动报警 主程序还包括 LED 八段式数码管浓度字符显示功能 手 动报警功能 报警浓度设定功能 中断子程序等 使报警器功能更加完善 给用户带来便 利 信号采集 开始 程序初始化 传感器预热处理 进入报警子程序 单片机处理 判断是 否超过设定报警值 A D 转换 信号采集 是 否 第 15 页 共 16 页 四 研究预期结果与研究内容四 研究预期结果与研究内容 4 1 预期研究内容与成果预期研究内容与成果 制作基于单片机的火灾自动报警系统的设计与开发的成品 并测试各个模块的功能是 否完好 是否能实现火宅报警功能 设计烟雾火灾自动报警系统 其中核心模块为单片机系统 单片机的时钟电路与复位 电路设计 烟雾检测 AD 采集电路 显示模块 声音报警电路 按键控制电路 电源模块 等几大模块 4 2 研究步骤和方法研究步骤和方法 研究步骤和方法如下 第一步 查找国内外有关烟雾火灾自动报警系统的设计 单片机 以及传感器相关的 中英文资料 了解国内外研究现状及意义