基于C51单片机的烟雾报警器设计

牡丹江师范学院本科学生课程设计指导书题目基于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2013年10月30日1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20131030一、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2013111设计动员，发放设计任务书20131122013113查阅资料、拟定设计程序和进度计划201311420131110确定设计方案、实验、画图、编写设计说明书2013111120131113完成设计，交指导教师审阅20131114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20131113设计动员，发放设计任务书2013111420131115查阅资料、拟定设计程序和进度计划2013111620131122确定设计方案、实验、画图、编写设计说明书2013112320131125完成设计，交指导教师审阅20131126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111烟雾报警器的发展及现状1111火灾探测技术1112火灾探测器的发展趋势212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321任务分析322设计方案3221方案设计思想3222总体框图4三、系统硬件实现531外围接口电路设计5311AD574A与80C51单片机接口电路5312声光报警电路532总电路设计6四、软件实现841程序流程842程序9参考文献11致谢121一、绪论11烟雾报警器的发展及现状111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11所示。图11各种探测器对应的火灾物理参量及探测器2112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。12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21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。22设计方案221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P10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P20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。222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21所示下图21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NIS09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。NIS09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31外围接口电路设计311AD574A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31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5604V，在设计时我们选用单极性输入方式。图31AD574A与80C51单片机的接口电路312声光报警电路声光报警电路由单片机P20口控制，输出报警信号高低电平间隔1S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32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P20端相连，受P20脚输出的脉冲信号控制。由电容C4的充冲放电作用，当P201时，555输出脉冲的振荡频率较低，当P200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P20脚输出的高低电平间隔1S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32声光报警电路32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P10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P20。而P20是与声光报警电路相连接的。综上所述，得出总电路图如图33所示7图33烟雾报警系统总电路图8四、软件实现41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P20就会输出脉冲启动报警电路程序。程序流程图如图41所示。图41流程图942程序ORG0000HSTARTMOVDPTR,0FFF8H；送端口地址入DPTRMOVXDPTR,A；启动AD574ASETP10；置P10为输入方式LOOPJBP10,LOOP；检测P10口INCDPTR；使R/C为1MOVXA,DPTR；读取高8位数据MOV41H,A；高8位内容存入41H单元INCDPTR；使R/C、A0均为1INCDPTRMOVXA,DPTR；读取低4位MOV40H,A；将低4位内容存入40H单元MOV17H,10001111B；将比较的数值存入单元中MOV18H,0110BMOV19H,10011011BMOV20H,1010BMOVAL,40H；将40H的内容存入AL单元中MOVAH,41H；将41H的内容存入AH单元中01CMPAH,17H；比较最小数值的高八位JALP1JBELP2LP1JMP03LP2JMP0102CMPAL,18H；比较最小值的低四位JALP3JBELP4LP3JMP01LP4JMP041003CMPAH,19H；比较最大值的高八位JALP5JBELP6LP6JMP03LP5JMP0104CMPAH,20H；比较最大值的低四位JALP7JBELP8LP8JMP01LP7JMP0405SETP20；报警DELMOVR7,200；延时50MSDEL1MOVR6,123NOPDEL2DJNZR6,DEL2DJNZR7,DEL1RET；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，20042金发庆，传感器技术与应用。北京机械工业出版社，20043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，20074及力，PROTEL99SE原理图与PCB设计教程。北京电子工业出版社，20075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，20076何利民，单片机高级教程。北京航空航天大学出版社，20007李朝青，单片机原理与接口技术。北京航空航天大学出版社，19998张毅刚，MCS51单片机应用设计。哈尔滨哈尔滨工业大学出版社，19979潘新民，微型计算机控制技术。北京人民邮电出版社，199910李华，MCS51系列单片机实用接口技术。北京航空航天出版社，200012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100X90良好90X80中等80X70及格70X60不及格X60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