基于单片机的火灾报警系统设计

摘要本设计以传感器和单片机作为烟雾报警器设计的核心器件，配合其它器件即可实现声光报警、自动排烟换气和消防灭火等功能。设计中单片机选用STC89C52作为控制器件，传感器选用MQ2型半导体可燃气体敏感元件烟雾传感器实现烟雾的检测。烟雾报警器主要由烟雾信号采集及前置放大电路、模数转换电路、单片机控制电路、显示电路、声光报警电路和安全保护电路构成，设计合理、简单易懂、价格低廉，使单片机在烟雾报警系统的控制中得到充分应用，具有一定的实用价值。论文主要针对烟雾报警系统中的各个组成部分及功能进行了详细的介绍和说明，并对其主控电路和外围设备电路之间的接口连接方式，以及系统软件设计进行了重点的分析和讲解。关键词烟雾报警器STC89C52蜂鸣器传感器ABSTRACTTHEDESIGNOFTHESENSORANDSINGLECHIPMICROCOMPUTERASTHECOREDEVICESMOKEALARMDESIGN,WITHOTHERDEVICESCANACHIEVESOUNDANDLIGHTALARM,AUTOMATICEXHAUSTVENTILATIONANDFIREEXTINGUISHINGFUNCTIONDESIGNOFSINGLECHIPSTC89C52ISSELECTEDASTHECONTROLDEVICE,THESELECTIONOFSENSORFORDETECTIONOFMQ2TYPESEMICONDUCTORGASSENSITIVEELEMENTSMOKESENSORSMOKETHESMOKEALARMISMAINLYCOMPOSEDOFSMOKESIGNALACQUISITIONANDTHEPREAMPLIFIERCIRCUIT,ANALOGDIGITALCONVERSIONCIRCUIT,SINGLECHIPMICROCOMPUTERCONTROLCIRCUIT,DISPLAYCIRCUIT,ALARMCIRCUITANDPROTECTIONCIRCUIT,REASONABLEDESIGN,SIMPLE,LOWPRICE,MAKEFULLUSEOFMCUALARMSYSTEMINTHECONTROLOFTHESMOKE,ANDHASACERTAINPRACTICALVALUETHEMAINTHESISOFTHESMOKEALARMSYSTEMFORTHEVARIOUSCOMPONENTSANDFUNCTIONSAREINTRODUCEDANDEXPLAINED,ANDTHECONNECTIONMODEOFTHEMAINCONTROLCIRCUITANDPERIPHERALEQUIPMENTCIRCUITINTERFACE,ANDTHESOFTWAREDESIGNOFTHESYSTEMISANALYZEDANDTHEEXPLANATIONOFTHEKEYKEYWORDSTHESMOKEALARMSTC89C52BUZZERSENSOR目录摘要IABSTRACTII前言V1绪论111研究火灾报警器的背景及意义112火灾报警器的研究现况113主要工作12系统概述221系统方案222MQ2烟雾传感器的简介23系统硬件选择431STC89C52单片机简介432温度采集模块733数码管的选择1234蜂鸣器的选择124电路设计1341单片机最小系统1342烟雾检测A/D采集电路1443数码管显示模块1444声音报警电路1545按键控制电路1546电源模块165系统软件设计1751软件设计语言的选择1752程序设计步骤1853程序设计18结论20致谢22附录23前言火灾自动报警系统，一般由火灾报警器、区域报警器和集中报警器组成。也可以根据工程的要同各种灭火设施和通讯装置联动，以形成中心控制系统。既由自动报警、自动灭火、安全疏散诱导、系统过程显示、消防档案管理等组成一个完整的消防控制系统。火灾探测器是探测火灾的仪器，由于在火灾发生的阶段，将伴随产生烟雾、高温和火光，这些烟、热和光可以通过探测器转变为电信号报警或使自动灭火系统启动，及时扑灭火灾。本设计的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MQ2半导体气体烟雾传感器为核心器件。1绪论11研究火灾报警器的背景及意义世界上无时无刻不在发生着各种各样的灾难，在各种灾害中，火灾是发生频率较高的一种灾害。据相关资料显示，全球每年发生火灾大约在六百万次到七百万次，全球每年死于火灾的人数大约八万人左右，严峻的事实表明，随着社会和经济的发展，火灾给人类、社会和自然造成的危害范围不断扩大。残酷的现实让人们意识到监控预警和消防工作的重要性，良好的监控系统和及时的报警机制可以大大降低人员的伤亡，为社会减少不必要的损失，这时火灾自动报警系统（FAS）应运而生。它能迅速的检测出火情，可在人们没察觉出火灾发生时就察觉出火灾，可将火灾带来的损失降到最低。火灾自动报警系统还能对火灾进行实时监控和准确报警，有着防止和减少火灾危害、保护人们身体和财产安全的重要意义，有很大的经济效益和社会效益。12火灾报警器的研究现况从20世纪80年代中后期开始，随着计算机技术、控制技术、集成电路技术、传感器技术及智能技术的快速发展，火灾自动报警系统步入智能化时代。在我国，采用无线火灾自动报警系统日益受到重视。由于其具有安装简便、对建筑物无算坏作业、灵活性好。易于扩展等优点，适用于许多场合。火灾自动报警系统的智能性主要体现在火灾判决和统筹管理方面，一般分为分散式、集中式和分布式，其中分布式系统的控制器和探测节点均为智能型，也是今后火灾自动报警系统的发展方向。13主要工作本篇论文是烟雾报警器的研制1对系统进行整体规划和结构设计。2以STC89C52单片机为中央处理器，对硬件电路进行设计和改进，使其功能更加完善。系统硬件电路主要分为数据收集、声音报警电路、状态指示灯电路、数码管显示电路部分。3系统的软件编制。按照软件实现的功能，主要分为主程序、初始化子程序、浓度显示子程序、报警子程序、报警限值设置子程序。在程序的编写过程中，加入了详细的文字注释，便于后期的改进与维护。4硬件电路和软件的综合调试。2系统概述21系统方案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MQ2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。本设计是以STC89C52单片机为核心，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、A/D采集四大部分。系统框图如图1所示。电源开关电源STC89C52单片机A/D采集电路显示电路报警电路按键控制图1系统基本方框图处理器采用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。22MQ2烟雾传感器的简介MQ2半导体气体烟雾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。MQ2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。其技术指标表1。表1MQ2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。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MQ2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，MQ2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。MQ2参数名称技术指标加热加压（VH）AC或DC502V回路电压（VC）最大DC24V负载电阻（RL）2K空气中的电阻（RA）2000K灵敏度（SRA/RDG）4在1000PPMC4H10中响应时间TREC10S恢复时间TREC30S元件功耗07W检测范围5010000PPM使用寿命2年3系统硬件选择31STC89C52单片机简介目前，51系列单片机在工业检测领域中得到了广泛的应用，因此我们可以在许多单片机应用领域中，配接各种类型的语音接口，构成具有合成语音输出能力的综合应用系统，以增强人机对话的功能。STC89C52单片机是深圳宏晶科技有限公司生产的一种单片机，在一小块芯片上集成了一个微型计算机的各个组成部分。每一个单片机包括一个8位的微型处理器CPU；一个512K的片内数据存储器RAM；4K片内程序存储器；四个8位并行的I/O接口P0P3，每个接口既可以输入，也可以输出；两个定时器/记数器；五个中断源的中断控制系统；一个全双工UART的串行I/O口；片内振荡器和时钟产生电路，但石英晶体和微调电容需要外接。最高允许振荡频率是12MHZ。以上各个部分通过内部总线相连接。311STC89C52单片机时序STC89C52单片机的一个执器周期由6个状态S1S6组成，每个状态又持续2个震荡周期，分为P1和P2两个节拍。这样，一个机器周期由12个振荡周期组成。若采用12MHZ的晶体振荡器，则每个机器周期为1US，每个状态周期为16US；在一数情况下，算术和逻辑操作发生在N期间，而内部寄存器到寄存器的传输发生在P2期间。对于单周期指令，当指令操作码读人指令寄存器时，使从S1P2开始执行指令。如果是双字节指令，则在同一机器周期的S4读人第二字节。若为单字节指令，则在51期间仍进行读，但所读入的字节操作码被忽略，且程序计数据也不加1。在加结束时完成指令操作。多数STC89C52指令周期为12个机器周期，只有乘法和除法指令需要两个以上机器周期的指令，它们需4个机器周期。对于双字节单机器指令，通常是在一个机器周期内从程序存储器中读人两个字节，但MOVX指令例外，MOVX指令是访问外部数据存储器的单字节双机器周期指令，在执行MOVX指令期间，外部数据存储器被访问且被选通时跳过两次取指操作。312STC89C52单片机特点增强型8051单片机，6时钟/机器周期和12时钟/机器周期可以任意选择，指令代码完全兼容传统8051。工作电压55V33V（5V单片机）/38V20V（3V单片机）。工作频率范围040MHZ，相当于普通8051的080MHZ，实际工作频率可达48MHZ。用户应用程序空间为32K字节。片上集成1280字节RAM。通用I/O口（32个），复位后为P1/P2/P3/P4是准双向口/弱上拉，P0口是漏极开路输出，作为总线扩展用时，不用加上拉电阻，作为I/O口用时，需加上拉电阻。ISP（在系统可编程）/IAP（在应用可编程），无需专用编程器，无需专用仿真器，可通过串口（RXD/P30，TXD/P31）直接下载用户程序，数秒即可完成一片。具有EEPROM功能。具有看门狗功能。共3个16位定时器/计数器。即定时器T0、T1、T2外部中断4路，下降沿中断或低电平触发电路，POWERDOWN模式可由外部中断低电平触发中断方式唤醒。通用异步串行口（UART），还可用定时器软件实现多个UART。工作温度范围4085（工业级）/075（商业级）。PDIP封装。313STC89C52单片机引脚介绍STC89C52引脚图如图2所示。图2STC89C52引脚图STC89C52单片机的40个引脚中有2个专用于主电源引脚，2个外接晶振的引脚，4个控制或与其它电源复用的引脚，以及32条输入输出I/O引脚。下面按引脚功能分为4个部分叙述个引脚的功能。（1）电源引脚VCC和VSSVCC（40脚）接5V电源正端；VSS（20脚）接5V电源正端。（2）外接晶振引脚XTAL1和XTAL2XTAL1（19脚）接外部石英晶体的一端。在单片机内部，它是一个反相放大器的输入端，这个放大器构成采用外部时钟时，对于HMOS单片机，该引脚接地；对于CHOMS单片机，该引脚作为外部振荡信号的输入端。XTAL2（18脚）接外部晶体的另一端。在单片机内部，接至片内振荡器的反相放大器的输出端。当采用外部时钟时，对于CHMOS单片机，该引脚作为外部振荡信号的输入端。对于CHMOS芯片，该引脚悬空不接。（3）控制信号或与其它电源复用引脚控制信号或与其它电源复用引脚有RST/VPD、ALE/P、PSEN和EA/VPP等4种形式。ARST/VPD（9脚）RST即为RESET，VPD为备用电源，所以该引脚为单片机的上电复位或掉电保护端。当单片机振荡器工作时，该引脚上出现持续两个机器周期的高电平，就可实现复位操作，使单片机复位到初始状态。当VCC发生故障，降低到低电平规定值或掉电时，该引脚可接上备用电源VPD（5V）为内部RAM供电，以保证RAM中的数据不丢失。BALE/P（30脚）当访问外部存储器时，ALE（允许地址锁存信号）以每机器周期两次的信号输出，用于锁存出现在P0口的低CPSEN29脚片外程序存储器读选通输出端,低电平有效。当从外部程序存储器读取指令或常数期间，每个机器周期PESN两次有效，以通过数据总线口读回指令或常数。当访问外部数据存储器期间，PESN信号将不出现。DEA/VPP（31脚）EA为访问外部程序储器控制信号，低电平有效。当EA端保持高电平时，单片机访问片内程序存储器4KB（MS52子系列为8KB）。若超出该范围时，自动转去执行外部程序存储器的程序。当EA端保持低电平时，无论片内有无程序存储器，均只访问外部程序存储器。对于片内含有EPROM的单片机，在EPROM编程期间，该引脚用于接21V的编程电源VPP。（4）输入/输出（I/O）引脚P0口、P1口、P2口及P3口AP0口（39脚22脚）P00P07统称为P0口。当不接外部存储器与不扩展I/O接口时，它可作为准双向8位输入/输出接口。当接有外部程序存储器或扩展I/O口时，P0口为地址/数据分时复用口。它分时提供8位双向数据总线。对于片内含有EPROM的单片机，当EPROM编程时，从P0口输入指令字节，而当检验程序时，则输出指令字节。BP1口（1脚8脚）P10P17统称为P1口，可作为准双向I/O接口使用。对于MCS52子系列单片机，P10和P11还有第2功能P10口用作定时器/计数器2的计数脉冲输入端T2；P11用作定时器/计数器2的外部控制端T2EX。对于EPROM编程和进行程序校验时，P0口接收输入的低8位地址。CP2口（21脚28脚）P20P27统称为P2口，一般可作为准双向I/O接口。当接有外部程序存储器或扩展I/O接口且寻址范围超过256个字节时，P2口用于高8位地址总线送出高8位地址。对于EPROM编程和进行程序校验时，P2口接收输入的8位地址。DP3口（10脚17脚）P30P37统称为P3口。它为双功能口，可以作为一般的准双向I/O接口，也可以将每1位用于第2功能，而且P3口的每一条引脚均可独立定义为第1功能的输入输出或第2功能。P3口的第2功能如表2所示。表2单片机P30管脚含义综上所述，MCS51系列单片机的引脚作用可归纳为以下两点（1单片机功能多，引脚数少，因而许多引脚具有第2功能；（2单片机对外呈3总线形式，由P2、P0口组成16位地址总线；由P0口分时复用作为数据总线。32温度采集模块采用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（1WIRE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。321温度传感器DS18B20介绍DSL8B20温度传感器是美国DALLAS半导体公司继DSL820之后最新推出的智能改进型智能温度传感器。与传统的热敏电阻相比，他能够直接读出被测温度并且可根据要求通过简单的编程实现9L2位的数字直读方式。可以分别存9375MS和750MS内完成9位和12位的数字量，并且从DSL8B20读出的信息或写入DSL8B20的引脚第2功能P30RXD（串行口输入端0）P31TXD（串行口输出端）P32INT0（部中断0请求输入端，低电平有效）P33INT1（中断1请求输入端，低电平有效）P34T0（时器/计数器0计数脉冲端）P35T1（时器/计数器1数脉冲端）P36WR（部数据存储器写选通信号输出端，低电平有效）P37RD（部数据存储器读选通信号输出端，低电平有效）信息仅需要一根口线单线接口读写，温度变换功率来源于数据总线，总线本身也可以向所挂接DSL8B20供电，而无需额外电源。因而使用DSL8B20可使系统结构更趋简单，可靠性更高。他在测温精度，转换时间，传输距离，本文系统地介绍了基于DS18B20的温度测量控制系统的组成、设计方案、电路原理、程序设计过程。DS18B20多点温度测量系统是以AT89C52单片机作为控制核心，智能温度传感器DS18B20为控制对象，用数码管显示，运用C语言实现系统的各种功能。设计完成了冷库温度的监控和报警等令人满意的效果。DSL8B20采用3脚PR35封装或8脚SOIC封装，其内部结构框图如图3所示。64位ROM和单线接口高速缓存存储器与控制逻辑温度传感器低温触发器TL8位CRC发生器高温触发器TH配置寄存器VDD图3DS18B20内部结构图DS18B20的内部结构主要有四部分组成64位光刻ROM、温度传感器、非挥发的温度报警触发器TH和TL、配置寄存器。DS18B20的管脚排列如图4所示。图4DS18B20的引脚DS18B20的引脚说明如下GND地DQ数据I/OVDD电源NC空脚64位激光ROM开始8位是产品类型的编号，接着是每个器件的惟一的序号共有48位，最后8位是前56位的CRC校本文系统地介绍了基于DS18B20的多点温度测量控制系统的组成、设计方案、电路原理、程序设计以及系统仿真过程。DS18B20冷库温度监控报警系统是以AT89C52单片机作为控制核心，智能温度传感器DS18B20为控制对象，用数码管显示，运用C语言编程实现系统的各种功能。设计完成温度的测量，与上下限温度报警值设置。借助单片机编程软件KEIL实现了系统软、硬件的交互联调，并结合数码管、DS18B20和AT89C52单片机最小系统进行了电路焊接和调试，实现了课题设计目的。DSL8B20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EEPRAM。后者用于存储TH，TL值。数据先写入RAM，经校验后再传给EEPRAM。而配置寄存器为高速暂存器中的第5个字节，他的内容用与确定温度值的数字转换分辨率，DSL8B20工作时按此寄存器中的分辨率将温度转换为相应精度的数值。低5位一直都是1，TM是测试模式位，用于设置DSL8B20在工作模式还是在测试模式。在DSL8B20出厂时该位被设置为0，用户不要去改动，RL和R0决定温度转换精度位数。因此，设定的分辨率越高，所需要的温度数据转换时间就越长。因此，在实际应用中要在分辨率和转换时间权衡考虑。高速暂存存储器除了配置寄存器外，还有其他8个字节组成，其分配如表3所示。其中温度信息第L，2字节，TH和TL值第3，4节，第68字节，表现为全逻辑1；第9字节读出的是前面所有的8字节的CRC码，可用来保证通信正确。表3数据分辨率和转换时间当DSL8B20接收到温度转换命令后，开始启动转换，如表3所示。转换完成后的温度值就以16位带符号扩展到二进制补码形式储存在高速暂存存储器的第L，2R1R0分辨率温度最大转换时间/MS009937501101875101127500111275000字节。单片机可通过单线接口读到该数据，读取时低位在前面，高位在后，数据格式以00625LSB形式表示。对应的温度计算当符号位S0时，直接将二进制位转换为十进制；当S1时，先将补码变换为原码，再计算十进制值。在DSL8B20完成温度变换之后，温度值与贮存TH和TL内的触发值相比较因为这些寄存器仅仅是8位，所以05位在比较时被忽略。TH或TL的最高有较位直接对应于L6位温度奇存器的符号位。如果温度测量的结果高于TH或低于TL，那么器件内告警标志将置位。每次温度测量更新此标志。只要告警标志置位，DSL8B20将对告警搜索命令做出响应。这允许并联连接许多DSL8B20，同时进行温度测量。如果某处温度超过极限，那么可以识别出正在告警的器件并立即将其读出而不必读出非告警的器件。322DSL8B20具体参数及工作方式参数特性（1）独特的单线接口只需L个接口引脚即可通信（2）多点综合测温能力使分布式温度检测应用得以简化（3）不需要外部元件（4）可用数据线供电（5）需备份电源（6）测量范围从55至125增量值为05（7）以9位数字值方式读出温度（8）在1秒典型值内把温度变换为数字（9）用户可定义的非易失性的温度告警设置（10）告警搜索命令识别和寻址温度在编定的极限之外的器件温度告警情况（11）应用范围包括恒温控制工业系统消费类产品温度计或任何热敏系统极限参数（1）任何引脚相对于地的电压05V至70V（2）运用温度55至125（3）贮存温度55至125（4）焊接温度260/L0秒表4部分温度转换值温度输入（2进制）输出（16进制）125000001111101000007D0H8500000101010100000550H25062500000001100100010191H10125000000001010001000A2H323DS18B20接口电路图5温度传感器接口电路图DS18B20控制方法DS18B20有六条控制命令温度转换44H启动DS18B20进行温度转换读暂存器BEH读暂存器9个字节内容写暂存器4EH将数据写入暂存器的TH、TL字节复制暂存器48H把暂存器的TH、TL字节写到E2RAM中重新调E2RAMB8H把E2RAM中的TH、TL字节写到暂存器TH、TL字节读电源供电方式B4H启动DS18B20发送电源供电方式的信号给主CPU33数码管的选择数码管的引脚如图6所示。0500000000000010000008H000000000000000000000H051111111111111000FFF8H101251111111101011110FF5EH2506251111111101011110EE6FH551110111001101111FE90H图6数码管引脚图该数码管是4位共阳数码管，可同时显示四位数字，单片机的P21，P23，P25，P27口经三极管放大后接4个位选信号，单片机的P0口经电阻限流后接数码管的各个断码。34蜂鸣器的选择蜂鸣器是一种一体化结构的电子讯响器，采用直流电压供电，广泛应用于计算机、打印机、复印机、报警器、电子玩具、汽车电子设备、电话机、定时器等电子产品中作发声器件。本设计采用电磁式蜂鸣器,电磁式蜂鸣器由振荡器、电磁线圈、磁铁、振动膜片及外壳等组成。接通电源后，振荡器产生的音频信号电流通过电磁线圈，使电磁线圈产生磁场。振动膜片在电磁线圈和磁铁的相互作用下，周期性地振动发声。4电路设计41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7所示。P1023568RST9XDINWALGE/OVCUYMUFKJ图7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4V55V,所以通常给单片机外界5V直流电源。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。42烟雾检测A/D采集电路烟雾检测采用MQ2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，总线上必须有强的上拉，上拉开启时间最大为10US。传感器与单片机接口。如图11所示。CS1H03GND4I5O6LK7V8APURYINWU图11烟雾浓度采集电路43数码管显示模块显示采用数码管，显示电路如图12所示。E9FBQ图12数码管显示44声音报警电路电路通过三极管基极串连一个电阻与单片机P36端口连接从而达到控制蜂鸣器是否报警。报警电路如图13所示。B1蜂鸣器Q580VCGNDR32KP6图13声音报警电路图45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14所示。S4图14消音按键连接电路图46电源模块采用4节15V干电池共45V做电源，经过实验验证系统工作时，单片机、传感器的工作电压稳定能够满足系统的要求，而且电池更换方便。电源接口电路如图16，其中P1为电池接口，SW1为电源开关。D1为电源指示灯。WSW灰图15电源接口电路5系统软件设计51软件设计语言的选择单片机语言的编程一般使用两种语言C语言和汇编语言。汇编语言是一种用于电子计算机、微处理器、单片机或其他可编程器件的低级语言，在不同的设备中，汇编语言对应着不同的机器语言指令集。一种汇编语言专用于某种计算机系统结构，而不像许多高级语言，可以在不同系统平台之间移植。C语言是一种计算机程序设计语言。它既具有高级语言的特点，又具有汇编语言的特点。它可以作为工作系统设计语言，编写系统应用程序，也可以作为应用程序设计语言，编写不依赖计算机硬件的应用程序。1、简洁紧凑、灵活方便C语言一共只有40个关键字，9种控制语句，程序书写形式自由，区分大小写。把高级语言的基本结构和语句与低级语言的实用性结合起来。C语言可以像汇编语言一样对位、字节和地址进行操作，而这三者是计算机最基本的工作单元。2、运算符丰富C语言的运算符包含的范围很广泛，共有34种运算符。C语言把括号、赋值、强制类型转换等都作为运算符处理。从而使C语言的运算类型极其丰富，表达式类型多样化。灵活使用各种运算符可以实现在其它高级语言中难以实现的运算。3、数据类型丰富C语言的数据类型有整型、实型、字符型、数组类型、指针类型、结构体类型、共用体类型等。能用来实现各种复杂的数据结构的运算。并引入了指针概念，使程序效率更高。4、表达方式灵活实用C语言提供多种运算符和表达式值的方法，对问题的表达可通过多种途径获得，其程序设计更主动、灵活。它语法限制不太严格，程序设计自由度大，如对整型量与字符型数据及逻辑型数据可以通用等。5、允许直接访问物理地址，对硬件进行操作由于C语言允许直接访问物理地址，可以直接对硬件进行操作，因此它既具有高级语言的功能，又具有低级语言的许多功能，能够像汇编语言一样对位（BIT）、字节和地址进行操作，而这三者是计算机最基本的工作单元，可用来写系统软件。6、生成目标代码质量高，程序执行效率高C语言描述问题比汇编语言迅速，工作量小、可读性好，易于调试、修改和移植，而代码质量与汇编语言相当。C语言一般只比汇编程序生成的目标代码效率低1020。7、可移植性好C语言在不同机器上的C编译程序，86的代码是公共的，所以C语言的编译程序便于移植。在一个环境上用C语言编写的程序，不改动或稍加改动，就可移植到另一个完全不同的环境中运行。8、表达力强C语言有丰富的数据结构和运算符。包含了各种数据结构，如整型、数组类型、指针类型和联合类型等，用来实现各种数据结构的运算。C语言的运算符有34种，范围很宽，灵活使用各种运算符可以实现难度极大的运算。C语言能直接访问硬件的物理地址，能进行位（BIT）操作。兼有高级语言和低级语言的许多优点。它既可用来编写系统软件，又可用来开发应用软件，已成为一种通用程序设计语言。另外C语言具有强大的图形功能，支持多种显示器和驱动器。且计算功能、逻辑判断功能强大。52程序设计步骤根据设计任务的要求，采用C语言编制程序的过程称为程序设计。C语言程序设计的步骤（1）明确设计的任务要求，提出注意的问题，确定解决问题的办法；（2）根据设计的思路，编制程序流程图；（3）编制源程序进一步合理分配存器单元和了解I/O口地址，按功能设计程序，明确各程序之间的相互关系，用注释行说明程序，便于阅读和修改调试程序。53程序设计整个系统的功能是由硬件电路配合软件来实现的，当硬件基本定型后，软件的功能也就基本定下来了。从软件的功能不同可分为两大类一是监控软件（主程序），它是整个控制系统的核心，专门用来协调各执行模块和操作者的关系。二是执行软件（子程序），它是用来完成各种实质性的功能如测量、计算、显示等。每一个执行软件也就是一个小的功能执行模块。这里将各执行模块一一列出，并为每一个执行模块进行功能定义和接口定义。程序流程如图16所示。系统初始化传感器预热处理信号采集单片机处理，判断否超过设定报警值报警结束开始YNA/D转换图16程序流程图结论烟雾检测报警器可保障生产与生活的安全，避免火灾和爆炸事故以及煤气中毒的发生，它是防火、防爆和安全生产所必备的仪器，具有广阔的市场空间与发展前景。本论文在对烟雾传感器和报警技术进行深入研究的基础上，全面比较国内外同类产品的技术特点，合理地确定系统的设计方案。并对仪器的整体设计和各个组成部分进行了详细的分析和设计。本论文设计的烟雾报警器由烟雾信号采集电路与单片机控制电路两大部分构成。根据设计要求、使用环境、成本等因素，选用MQ2型半导体电阻式烟雾传感器。该传感器是对以烷类烟雾为主的多种烟雾有良好敏感特性的广谱型半导体敏感器件。它的灵敏度适中，具有响应与恢复特性好，长期工作稳定性、重现性、不易受环境影响及抗温湿度影响等优点。在系统单片机控制电路的设计上，采用了高性能、高整合度的STC89C52单片机作为核心芯片，充分利用了其高速数据处理能力和丰富的片内外设，实现了仪器的小型化和智能化。使仪器具有结构简单、性能稳定、体积小、成本低等优点。由于烟雾传感器需要在加热状态下工作，温度越高，反应越快，响应时间和恢复时间就越快。为提高响应时伺，保证传感器准确地、稳定地工作，需要向烟雾传感器持续供给5V的加热电压。烟雾报警器能在较宽的温度范围工作，可将烟雾浓度显示用LED数码管显示。当烟雾的浓度达到设定的浓度时，发出报警。通过现场标定及测试，分析烟雾浓度信号的实验数据，计算本报警器显示烟雾浓度与实际浓度之间的误差为255LEL，在所规定误差范围5LEL之内，满足检测要求，达到了预期的设计效果的结论。到目前为止我的毕业设计也即将告一段落了，在这次的毕业设计中，自己也学习到了很多以前没有没有经历过的知识，让我更加清楚了理论知识和实践能力的差别了，了解到自己的短处，培养了我的独立思考能力，进一步提高了自己在实际设计过程中研究问题、发现问题、解决问题的能力，同时，也发现了自己的不足之处，和一些问题的存在，并有待进一步学习和发展，让自己在未来的工作和学习之中更快的适应和提高自己。参考文献1李全利，仲伟峰，徐军著单片机原理及应用M北京清华大学出版社20062何立民著单片机高级教程M北京航空航天大学出版社，20003杨路明著C语言程序设计教程M北京邮电大学出版社，20054马忠梅，籍顺心，张凯等单片机的C语言应用程序设计M北京航天航空大学出版社，20075纪宗南集成A/D转换器应用技术和实用线路M北京；中国电力出版社，20096张毅坤，陈善久，裘雪红单片微型计算机原理及应用M西安西安电子科技大学出版社，19987丁明亮，唐前辉51单片机应用设计与仿真M北京北京航空航天大学出版社，20098何宗虎张德祥张玲君基于单片机的高精度温度测量系统设计J现代电子技术20119李华MCS51系列单片机实用接口技术北京航空航天大学出版社10CAOHUI,HUANJUNNAICIRCUITDESIGNANDIMPLEMENTATIONFORDIGITALTEMPERATUREANDHUMIDITYMEASUREMENTANDCONTROLJASIC2001PROCEEDINGS,4THINTERNATIONALCONFERENCEON,200111LUCKHODEDICATEDDETECTIONALGORITHMSFORAUTOMATICFIREDETECTIONCINTERNATIONALSYMPOSIUMONFIRESAFETYSCIENCEEDINBURGHUK,199112刘迎春传感器原理设计及应用哈尔滨工业大学出社13赵负图数据采集与控制系统北京科学技术出社198714王若鲸数据通信系统入门人民邮电出版社198415肖忠祥主编数据采集原理西北工业大学出版社200316刘广玉新型传感器技术及应用北京航空航天大学出版社198917张毅刚MCS51单片机应用设计199018陈伟MCS51系列单片机实用子程序集锦清华大学出版社199319VAUGHNBRADSHAWTHEBUILDINGENVIRONMENTACTIVEANDPASSIVECONTROLSYSTEMSMJOHNWILEY/断码/数码管位选定义UCHARCODESMG_WE0X7F,0XBF,0XDF,0XEFUCHARDIS_SMG80XC0,0XF9,0XA4,0XB0,0X99,0X92,0X82,0XF8SBITCSP32/CS定义为P3口的第2位脚，连接ADC0832CS脚SBITCLKP33/CLK定义为P3口的第3位脚，连接ADC0832CLK脚SBITDOP34/DO定义为P3口的第4位脚，连接ADC0832DO脚SBITDQP35/18B20IO口的定义SBITBEEPP36/蜂鸣器IO口定义UINTTEMPERATURE,S_TEM