基于STC89C52的智能烟雾检测报警系统论文

青岛理工大学琴岛学院毕业论文（设计）I摘要当今世界已进入信息时代，在利用信息的过程中，首先要解决的就是要获取准确可靠的信息，而传感器是获取自然和生产领域中信息的主要途径与手段。在现代工业生产尤其是自动化生产过程中，要用各种传感器来监视和控制生产过程中的各个参数，使设备工作在正常状态或最佳状态，并使产品达到最好的质量。随着这些系统能力的增强，传感器的作用越来越重要。传感器已成为自动化系统和机器人技术中的关键部件，作为系统中的一个结构组成，其重要性变得越来越明显。为了提高对传感器的认识和了解，尤其是对烟雾传感器的深入研究以及其用法与用途，本文利用单片机结合传感器技术而开发设计了这一烟雾监控系统。本论文以电阻式烟雾传感器和单片机技术为核心并与其他电子技术相结合，设计出一种技术水平较好的烟雾报警器。其中选用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，具有灵敏度高、响应快、抗干扰能力强等优点，而且价格低廉，使用寿命长。选用的STC12C5410AD单片机，其整合了A/D转换、硬件乘法器、硬件脉宽调制器等资源，具有高速、低功耗、超强抗干扰等优点，是目前同类技术中性价比较高的产品。STC12C5410AD单片机和MQ2型半导体电阻式烟雾传感器为核心设计的烟雾报警器可实现声光报警、故障自诊断、浓度显示、报警限设置、延时报警及与上位机串口通信等功能。该烟雾报警器是一种结构简单、性能稳定、使用方便、价格低廉、智能化的烟雾报警器，具有一定的实用价值。关键词传感器；烟雾报警器；STC12C5410AD单片机青岛理工大学琴岛学院毕业论文（设计）IIABSTRACTTHEWORLDHASENTEREDTHEINFORMATIONAGE,INTHECOURSEOFTHEUSEOFINFORMATION,WEMUSTFIRSTRESOLVEISTOOBTAINACCURATEANDRELIABLEINFORMATION,ANDSENSORISTOOBTAININFORMATIONINTHEFIELDOFNATURALANDPRODUCTIONOFTHEMAINWAYSANDMEANSINMODERNINDUSTRIALPRODUCTION,ESPECIALLYINAUTOMATEDPRODUCTIONPROCESSES,USEAVARIETYOFSENSORSTOMONITORANDCONTROLTHEVARIOUSPARAMETERSOFTHEMANUFACTURINGPROCESS,SOTHATEQUIPMENTORTHEBESTWORKINTHENORMALSTATE,ANDTOREACHTHEBESTQUALITYPRODUCTSWITHTHEENHANCEDCAPACITYOFTHESESYSTEMS,SENSORSHAVEBECOMEINCREASINGLYIMPORTANTSENSORSHAVEBECOMEAUTOMATEDSYSTEMSANDROBOTICSINAKEYCOMPONENT,ASTHESYSTEMCOMPOSEDOFASTRUCTURE,ITSIMPORTANCEHASBECOMEINCREASINGLYAPPARENTINORDERTOIMPROVEAWARENESSANDUNDERSTANDINGOFTHESENSOR,ESPECIALLYFORSMOKESENSORINDEPTHRESEARCH,ANDITSUSEANDPURPOSE,THISPAPERMICROCOMPUTERWITHTHESENSORTECHNOLOGYDEVELOPMENTANDDESIGNOFTHISSMOKECONTROLSYSTEMINTHISTHESIS,SMOKESENSORSANDRESISTIVETECHNOLOGYASTHECOREMCUANDOTHERELECTRONICTECHNOLOGYWITHTHECOMBINATIONOFSKILLSTODESIGNABETTERSMOKEALARMWHICHUSEMQ2COMBUSTIBLEGASSENSORTYPESEMICONDUCTORSMOKESENSORSDETECTSMOKE,HAVEHIGHSENSITIVITY,FASTRESPONSE,THEADVANTAGESOFANTIINTERFERENCEABILITY,ANDLOWCOST,LONGLIFESELECTEDSTC12C5410ADMICROCONTROLLER,WHICHINTEGRATESA/DCONVERSION,HARDWAREMULTIPLIER,THEHARDWARERESOURCESSUCHASPULSEWIDTHMODULATORWITHAHIGHSPEED,LOWPOWERCONSUMPTION,THEADVANTAGESOFSUPERIORANTIJAMMING,ISSIMILARINCOSTEFFECTIVEHIGHTECHNOLOGYPRODUCTSTOSTC12C5410ADMICROCONTROLLERANDMQ2TYPESEMICONDUCTORRESISTANCETYPESMOKESENSORASTHECOREDESIGNOFTHESMOKEALARMCANACHIEVESOUNDANDLIGHTALARM,FAULTDIAGNOSIS,CONCENTRATIONDISPLAY,ALARMLIMITSETTINGS,DELAYALARMANDSERIALCOMMUNICATIONWITHPCFUNCTIONSTHESMOKEALARMISASIMPLESTRUCTURE,STABLEPERFORMANCE,EASYTOUSE,INEXPENSIVE,INTELLIGENTSMOKEDETECTORS,HASSOMEPRACTICALVALUEKEYWORDSSENSORSSMOKEALARMSTC12C5410ADSCM青岛理工大学琴岛学院毕业论文（设计）目录摘要IABSTRACTII1绪论111研究智能烟雾报警器的背景与意义112智能烟雾报警研究现况113本设计的主要特点22烟雾报警系统的方案选择与论证321系统总体功能概述322单片机的选择323烟雾传感器的选择424温度传感器选择525无线发射接收模块的选择73烟雾报警系统硬件设计831无线模块电压调节电路832无线接受模块电路833无线发射模块电路1034LCD1602液晶显示模块1235声光报警电路1336烟雾检测电路1437温度检测电路144烟雾报警系统软件设计1641主程序设计1642声光报警程序设计1743按键模块程序设计185实际测试1951测试设备1952测试结果19结论20致谢21青岛理工大学琴岛学院毕业论文（设计）参考文献22附录23青岛理工大学琴岛学院毕业论文（设计）11绪论11研究智能烟雾报警器的背景与意义世界上无时无刻不在发生各种各样的灾难。其中，最经常、最普遍地威胁公众安全和社会发展的主要灾害之一就是火灾。火灾是发生频率较高的一种灾害，几乎每天都有发生。据各种相关的资料和数据显示，全球每年大约发生火灾六千万至七千万次，每年全球死于火灾的人数约为七千人1。其中，由于欧美类的发达国家的生活水平及消防措施和技术比较发达先进，虽然欧美地区发生的火灾较多，但是死亡人数却比较少；相比而言，由于亚洲地区的发展中国家经济发展程度不高和消防设施不完善，虽然火灾发生频率较低，但人员伤亡较多。据统计，七十年代，我国因火灾导致的年平均损失不超过25亿元；八十年代，火灾年平均损失将近32亿元。进入九十年代，尤其从1993年开始，火灾造成的年均死亡人数是两千多，由此导致的直接年均财产损失升至十几亿元，。随着城市建设和经济的快速发展，城市各式各样的建筑日益增多，这很大程度地增加了火灾隐患，火灾发生的频率及其造成的损失呈逐年上升趋势。一旦出现火灾，这会严重威胁到人们的生命和财产。随着社会的进步和经济的发展，火灾给人们造成的危害范围不断扩大。人们逐渐认识到监控预警和消防工作的重要性，火灾自动报警系统应运而生，并且其自身的技术水平也在随着人们需求的不断地提高。火灾发生的早期，会使得燃烧物质分解，析出大量的有毒气体CO，人们可能在毫无察觉火情的情况下就发生了CO中毒，从而无力逃生，火灾自动报警系统可监测到CO浓度的变化，为人们提供CO浓度超标报警信息，通知人们及时疏散。迅速监测火情是火灾自动报警系统的重要功能，能最大限度地降低火灾带来的生命财产损失。火灾自动报警系统能对火灾进行实时监测和准确报警，有着防止和减少火灾危害、保护人身安全和财产安全的重要意义，有着很大的经济效益和社会效益。12智能烟雾报警研究现况近年来，世界各国都逐渐开始重视起采用无线通信方式的火灾自动报警系统。这种系统引入了无线电通信技术，利用无线通信方式代替传统的有线通信方式，将大多的电器装置通过无线连接方式进行信息传输与控制2。起初，这青岛理工大学琴岛学院毕业论文（设计）2种无线模式因价格昂贵，只会用在一些比较难布线的场所。随着科技不断的发展，元器件的价格不断降低，无线火灾报警器的成本也随之减低，而且其具有安装简便、对建筑物无损坏作业、灵活性好，易于扩展等优点，因此，现在起广泛地用于各类建筑和场所，如名胜古迹、体育馆、博物馆、展览中心、处于施工阶段的建筑物、医院等。无线火灾报警系统主要分为以下几种方式分散式、集中式和分布式。分散式系统由非智能型控制器若干智能型探测节点组成，由探测节点完成火灾状态的判断集中式系统由智能型控制器和若干非智能探测节点构成，探测节点仅将火灾参量传送给控制器，由控制器智能地判断火灾状态；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本设计的主要特点本设计旨在开发一个能够对监测点进行实时监控、报警的智能烟雾报警系统。智能烟雾报警系统是一个集信号检测、传输、处理、报警于一体的系统，另外本设计主要特点是采用无线信号传输的方式将烟雾报警信号传输的终端报警装置上面，该智能烟雾报警系统是以STC89C52RC和STC11F02E两块单片机作为控制中心，接收、处理火灾探测器输出的烟雾浓度信号，并进行声光报警。本设计主要完成以下工作1基于STC89C52RC的烟雾报警检测设计方案。2数字温度传感器DS18B20、烟雾传感器MQ2、NRF24L01无线收发器的选择以及与单片机的接口电路设计。3LCD1602液晶显示器与单片机的硬件连接。4设计主要软件程序模块，完成软件设计。青岛理工大学琴岛学院毕业论文（设计）32烟雾报警系统的方案选择与论证21系统总体功能概述烟雾报警系统主要由数据采集模块、单片机控制模块、无线发送接收模块、声光报警模块组成。它由烟雾传感器模块和温度传感器模块检测周围环境，时时把测得的数据传送给控制系统，控制系统判断是否有火情。22单片机的选择方案一PIC系列单片机。PIC系列单片机的CPU采用RISC结构，分别有33、35、58条指令视单片机的级别而定，属精简指令集。3而51系列有111条指令，AVR单片机有118条指令，都比前者复杂。采用HARYARD双总线结构，运行速度快指令周期约160200NS，它能使程序存储器的访问和数据存储器的访问并行处理，这种指令流水线结构，在一个周期内完成两部分工作，一是执行指令，二是从程序存储器取出下一条指令，这样总的看来每条指令只需一个周期个别除外，这也是高效率运行的原因之一。此外，它还具有低工作电压、低功耗、驱动能力强等特点。但是此单片机只有5个专用寄存器在编程过程中带来了不少麻烦。方案二AVR系列单片机。此种单片机内资源丰富，接口也很强大，具有AD转换等电路，保密性也不错，在很多场合可以替代51系列单片机，但是对位进行操作时，AVR系列单片机并不能直接对RAM中的某位进行位操作，必须通过状态寄存器SREG的T进行中转。显然，AVR对位的操作复杂一些。方案三MCS51系列单片机。51系列的单片机优点之一在于，它从内部硬件到软件有着一套完整的按位操作系统，即位处理器，也称布尔处理器，它的处理对象不是字或字节，而是位，这就意味着它不仅能对片内某些特殊功能寄存器的某位进行处理，例如传送、置位、清零、测试等，还能进行位的逻辑运算，这一点使其他种类单片机很难实现的。此外，51系列单片机还在片内RAM区间特别开辟了一个双重功能的地址区间，单元地址为20H2FH的十六个字节，它既可作字节处理，也可作位处理，使用起来灵活方便，使得使用者在操作时更加得心应手。51系列单片机代表型号有AT89C51，AT89C52，STC89C51，STC89C52。青岛理工大学琴岛学院毕业论文（设计）4而STC89C52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。STC89C52使用经典的MCS51内核，但做了很多的改进使得芯片具有传统51单片机不具备的功能。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。因此优先选择STC89C52单片机作为本系统的控制器。STC89C52的引脚图如图23所示。P1023567RST9XGNDEALVCUSTC图23STC89C52的引脚图23烟雾传感器的选择烟雾传感器的功能当火灾发生时，它能把火灾产生的各种非电量参数如烟雾，温度变成电量参数传送给控制器；其特点是模拟量传输，跟随各种非电量参数的变化而变化，火灾探测器根据火灾发生时所表现出来的物理现象可以分为气敏型、感温型、感烟型、感光型、感声型五大类4。方案一感温探测器感温火灾探测器是对火灾现场温度参数响应的火灾探测器。按照它对环境温度或温度变化的响应，可分为定温、差温、差定温三种形式。单一的感温探测器灵敏度低、探测范围小，对阴燃情况不响应，因此不适用于火灾早期的探测6方案二感烟探测器感烟探测器主要响应燃烧或热解产生的固体液体微粒即烟雾粒子的探测器，主要用来探测可见或不可见的燃烧产物及起火速度缓慢的初期火灾。感烟探测器具有非常好的早期报警功能，即使在不太好的环境条件场所也会有比较好的青岛理工大学琴岛学院毕业论文（设计）5探测效果，它一般适用于极高的房屋或空心花板或地下室中。感烟探测器适用于火灾前期及早期，产生大量的烟和少量的热。方案三气体探测器气体检测仪器是一种检测气体浓度的仪器，该仪器适用于存在可燃或有毒气体的危险场所，能长期连续检测空气中被测气体爆炸下限以内的含量。可广泛应用于燃气，石油化工，冶金，钢铁，炼焦，电力等存在可燃或有毒气体的各个行业，是保证财产和人身安全的理想监测仪器。方案四图像探测器图像火灾探测器是针对室外、隧道和室内高大空间的特殊需求而开发的工业等级的火灾探测器。该产品实现了“眼睛和大脑”的完美统一，能在各种复杂环境下对火情做出准确的判断，同时提供视频、网络、开关量三种报警方式，可灵活接入各类火灾报警体系。方案五红、紫外火焰探测器探测器可探测碳氢化合物燃烧火焰，如氢气、羟基化合物以及金属和无机物燃烧火焰火警。探测器对紫外和红外传感器接收信号的频率、亮度和持续时间进行分析，任何一个传感器在接收到火焰发射频谱后都能够引发报警。探测器能够在高/低温，高湿，震动等最苛刻的环境下工作。烟雾浓度是早期火灾发生的重要特性参数之一，在较大范围的监视场所，烟雾探测一直被广泛使用的火灾探测方法。烟雾报警器就是通过监测烟雾的浓度来实现火灾防范的，烟感器内部采用离子式烟雾传感，离子式烟雾传感器是一种技术先进，工作稳定可靠的传感器，被广泛运用到各种消防报警系统中，性能远优于气敏电阻类的火灾报警器5。为了将人们的生命财产安全损失降至最低，为此本设计主要采用了能比较早检测到火情的烟雾传感器MQ2进行设计。24温度传感器选择本系统中的温度传感器采用的是DS18B20芯片，其特点是采用独特的单总线接口方式，只需要一条总线接口就可以实现多点通信，简化了分布式温度传感应用。该器件无需外部元件，可用数据总线供电，电压范围为30V至55V，无需备用电源，测量温度范围为55至125。精度为05。DS18B20的方框图如图24所示。DS18B20有三个主要数字部件1）64位激青岛理工大学琴岛学院毕业论文（设计）6光ROM，2）温度传感器，3）非易失性温度报警触发器TH和TL。器件用如下方式从单线通讯线上汲取能量在信号线处于高电平期间把能量储存在内部电容里，在信号线处于低电平期间消耗电容上的电能工作，直到高电平到来再给寄生电源（电容）充电。DS18B20也可用外部5V电源供电。图24DS18B20的方框图DS18B20是用一个高温度系数的振荡器确定一个门周期，内部计数器在这个门周期内对一个低温度系数的振荡器的脉冲进行计数来得到温度值。计数器被预置到对应于55的一个值。如果计数器在门周期结束前到达0，则温度寄存器（同样被预置到55）的值增加，表明所测温度大于55。同时，计数器被复位到一个值，这个值由斜坡式累加器电路确定，斜坡式累加器电路用来补偿感温振荡器的抛物线特性。因此，要想获得所需的分辨力，必须同时知道在给定温度下计数器的值和每一度的计数值。然后计数器又开始计数直到0，如果门周期仍未结束，将重复这一过程6。斜坡式累加器用来补偿感温振荡器的非线性，以期在测温时获得比较高的分辨力。这是通过改变计数器对温度每增加一度所需计数的值来实现的。因此，要想获得所需的分辨力，必须同时知道在给定温度下计数器的值和每一度的计数值。DS18B20内部对此计算的结果可提供05的分辨力。温度以16BIT带符号位扩展的二进制补码形式读出。数据通过单线接口以串行方式传输。DS18B20测温范围55125，以05递增。如用于华氏温度，必须要用一个转换因子查找表。DS18B20内温度表示值为1/2LSB，如图25所示9BIT格式青岛理工大学琴岛学院毕业论文（设计）7图25温度值和输出数据的关系最高有效（符号）位被复制充满存储器中两字节温度寄存器的高MSB位，由这种“符号位扩展”产生出了示于图24的16BIT温度读数。可用下述方法获得更高的分辨力。首先，读取温度值，将05位（LSB）从读取的值中截去，这个值叫做TEMP_READ。然后读取计数器中剩余的值，这个值是门周期结束后保留下来的值COUNT_REMAIN。最后，我们用到在这个温度下每度的计数值COUNT_PER_C。用户可以用下面的公式计算实际温度值（21）COUNT_PER_MAINTEMPRAUP_ED025C25无线发射接收模块的选择无线收发模块有NRF系列、PT2262/PT2272、CC1101、等等一系列的无线收发模块，综合性价比、实用性、简洁性和传输距离本设计选择NRF24L01作为收发模块。NRF24L01是一款新型单片射频收发器件,工作于24GHZ25GHZ频段。内置频率合成器、功率放大器、晶体振荡器、调制器等功能模块,并融合了增强型SHOCKBURST技术，其中输出功率和通信频道可通过程序进行配置。NRF24L01功耗低,在以6DBM的功率发射时，工作电流也只有9MA接收时，工作电流只有123MA。NRF24L01还可以兼容NRF24L01、NRF24L01、NRF24LE1、NRF24LU1等无线模块，并且它们在一定条件下可以互相通信。本设计经过所使用的NRF24L01最大的传输距离大约为5M10M。此无线发射模块可以运用在以下方面无线鼠标，键盘，游戏机操纵杆；无线数据通讯，安防系统，遥控装置，智能运动设备等优点，所以综合考虑选择NRF24L01作为无线收发器。青岛理工大学琴岛学院毕业论文（设计）83烟雾报警系统硬件设计31无线模块电压调节电路由于本设计采用的是无线火灾信号传输，所用的无线发送传输模块是NRF24L01,该模块所需要的标准电压值为33V，由于其他部分的电压值是5V，所以，需要将5V的电压值转换成33V的电压值。本设计采用的是AMS1117来调节电压，AMS1117是一个低漏失电压调整器，它的稳压调整管是由一个PNP驱动NPN管组成的，漏失电压定义为VDROPVBEVSAT。AMS1117有固定和可调两个版本可用，输出电压可以是12V，15V，18V，25V，285V，30V，33V，和50V。片内过热切断电路提供了过载和过热保护，以防环境温度造成过高的结温7。为了确保AMS1117的稳定性，对可调电压版本，输出需要连接一个至少22F的钽电容。对于固定电压版本，可采用更小的电容，具体可以根据实际应用确定。通常，线性调整器的稳定性随着输出电流增加而降低。AMS1117内部集成过热保护和限流电路，是电池供电和便携式计算机的最佳选择。用AMS111733把5V电压转换为33V的转换电路如图31所示。图31AMS1117电压转换电路图32无线接受模块电路无线接受模块的控制芯片我们选择的是STC11F02E，它是北京宏晶公司生产的，采用宏晶第六代加密技术，超低功耗，有很强的抗干扰、抗静电性能，青岛理工大学琴岛学院毕业论文（设计）9RST1XD2345IN0678GPVCUSTCF速度快，1个时钟/机器周期，可用低频晶振，大幅降低了EMI（电磁干扰）。8输入/输出口多，最多有16个I/O口，复位脚如当I/O口使用，可省去外部复位电路。图32为STC11F02E的引脚图。图32STC11F02E的引脚图STC11F02E的主要特性11个时钟/机器周期，增强型8015内核，速度比普通8051快612倍。2工作电压55V41V/37V5V单片机。3工作频率035MHZ，相当于普通8051的0420MHZ。4通用I/O口有12个，复位后为准双向口/弱上拉。可设置成四中模式准双向口/弱上拉，强推挽/强上拉，仅为输入/高阻，开漏每个I/O口驱动能力均可达到20MA，但整个芯片最大不要超过100MA。5ISP（在系统可编程）/LAP（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）直接下载程序，数秒即可完成。6内部集成MAX810专用复位电路。7内置一个对内部VCC进行掉电检测电路，可设置为中断或复位。无线接收模块整体电路如图33所示青岛理工大学琴岛学院毕业论文（设计）10RST1XD2345IN06789GPVCUSTCFEKMOQFLKWB图33无线接受电路33无线发射模块电路NRF24L01是一款新型单片射频收发器件,工作于24GHZ25GHZISM频段。内置频率合成器、功率放大器、晶体振荡器、调制器等功能模块,并融合了增强型SHOCKBURST技术，其中输出功率和通信频道可通过程序进行配置。NRF24L01功耗低,在以6DBM的功率发射时，工作电流也只有9MA接收时，工作电流只有123MA，多种低功率工作模式掉电模式和空闲模式使节能设计更方便9。NRF24L01发射数据时，首先将NRF24L01配置为发射模式接着把接收节点地址TX_ADDR和有效数据TX_PLD按照时序由SPI口写入NRF24L01缓存区，TX_PLD必须在CSN为低时连续写入，而TX_ADDR在发射时写入一次即可，然后CE置为高电平并保持至少10S，延迟130S后发射数据若自动应答开启，那么NRF24L01在发射数据后立即进入接收模式，接收应答信号（自动应答接收地址应该与接收节点地址TX_ADDR一致）。如果收到应答，则认为此次通信成功，TX_DS置高，同时TX_PLD从TXFIFO中清除若未收到应答，则自动重新发射该数据自动重发已开启，若重发次数ARC达到上限，MAX_RT置高，TXFIFO中数据保留以便再次重发MAX_RT或TX_DS置高时，使IRQ变低，产生中断，通知MCU。最后发射成功时,若CE为低则NRF24L01进入空闲模式1若发送堆栈中有数据且CE为高，则进入下一次发射若发送堆栈中无数据且CE为高，则进入空闲模式2。接收数据时,首先将NRF24L01配置为接收模式，接着延迟130S进入接收状态等待数据的到来。当接收方检测到有效的地址和CRC时，就将数据包存储在RXFIFO中，同时中断标志位RX_DR置高，IRQ变低，产生中断，通知MCU去取数据。若此时自动应答开启，接收方则同时进入发射状态回传应答信青岛理工大学琴岛学院毕业论文（设计）11号。最后接收成功时，若CE变低，则NRF24L01进入空闲模式110。参考数据如表31所示。表31NRF24L01参考数据参数数值单位最低供电电压19V最大发射功率0DBM最大数据传输率2000KBPS发射模式，电流消耗113MA接收模式，电流消耗123MA温度范围4085掉电模式，电流消耗900NA数据传输为1000KBPS时的灵敏度85DBMNRF24L01封装及引脚排列和功能如图34所示。图34NRF24L01芯片引脚NRF24L01各引脚功能如下CE使能发射或接收。CSN，SCK，MOSI，MISOSPI引脚端，微处理器可通过此引脚配置NRF24L01。IRQ中断标志位。VDD电源输入端。VSS电源地。青岛理工大学琴岛学院毕业论文（设计）12XC2，XC1晶体振荡器引脚。VDD_PA为功率放大器供电，输出为18V。ANT1,ANT2天线接口。IREF参考电流输入。工作模式通过配置寄存器可将NRF241L01配置为发射、接收、空闲及掉电四种工作模式待机模式1主要用于降低电流损耗，在该模式下晶体振荡器仍然是工作的。待机模式2则是在当FIFO寄存器为空且CE1时进入此模式。待机模式下，所有配置字仍然保留。在掉电模式下电流损耗最小，同时NRF24L01也不工作，但其所有配置寄存器的值仍然保留。工作模式如表32所示。表32工作模式模式PWRUPPRIMRXCEFIFO寄存器模式接收模式111发射模式101发射模式1010待机模式2101待机模式110掉电0数据在TXFIFO寄存器中停留在发送模式，直至数据发送完TXFIFO为空无数据传输NRF24L01在不同模式下的引脚功能如表33NRFF24L01。表33NRFF24L01引脚功能引脚名称方向发送模式接收模式待机模式掉电模式CE输入高电平高电平低电平CN输入SPI片选使能，低电平使能SCK输入SPI时钟MOSI输入SPI串行输入MISO三态输出SPI串行输出IRQ输出中断，低电平使能无线发射模块和单片机的连接电路如图35所示青岛理工大学琴岛学院毕业论文（设计）13GND1CE2SK3MIO4RQ567V8FL0P图35无线发射模块连接电路34LCD1602液晶显示模块LCD1602液晶显示器以其微功耗、体积小、显示内容丰富、超薄轻巧的诸多优点，在各类仪表和低功耗系统中得到广泛的应用。根据显示内容可以分为字符型液晶，图形液晶。根据显示容量又可以分为单行16字，2行16字，两行20字等。LCD1602位数多，可显示32位，32个数码管体积相当庞大了，显示内容丰富，可显示所有数字和大、小写字母。11程序简单，如果用数码管动态显示，会占用很多时间来刷新显示，而1602自动完成此功能。便与设计，它的连接电路如图36所示。VSR/WENDB9LAKC图36LCD1602液晶显示电路35声光报警电路声光报警是一种通过声音和各种光来向人们发出示警信号的方式。如果出现火情，声光报警电路就会在单片机的控制下，发出声光警示信息。在声报警电路中，由于蜂鸣器的工作电流一般比较大，以致于单片机的I/O口是无法直接驱动的，所以要利用放大电路来驱动，一般使用三极管来放大电青岛理工大学琴岛学院毕业论文（设计）14流就可以了。声音报警电路由单片机的P0引脚进行控制，当P04输出的电平为低电平时，三极管导通，蜂鸣器的电流形成回路，发出声音报警；否则，三极管截止，蜂鸣器不发出声音。由单片机的P02口进行光报警控制，当有火警信号出现时，P02口会处于低电平，发光二极管出现闪烁，形成光报警12。如图37所示。KSWPBQL1KR920DVCGNEUZY345678图37声光报警电路36烟雾检测电路MQ2烟雾传感器原理简单，如图4为传感器的基本测试电路。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13。如图38所示MQ2的检测电路。图38MQ2的检测电路图烟雾检测电路的工作电压为5V，方便与51单片机组成系统，且其工作稳定，特点如下1具有信号输出指示。2双路信号输出（模拟量输出及TTL电平输出）。3TTL输出有效信号为低电平。（当输出低电平时信号灯亮，可直接接单片机）。4模拟量输出05V电压，浓度越高电压越高。5对液化气，天然气，城市煤气，烟雾有较好的灵敏度。青岛理工大学琴岛学院毕业论文（设计）15此传感器适用于家庭或寝室的烟雾监测,它的检测电路图如图39所示。1234MQGNDVCP图39烟雾检测电路37温度检测电路DB18B20独特的一线接口，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的双向通讯能力，简化了分布式温度传感应用无需外部元件可用数据总线供电，电压范围为30V至55V无需备用电源测量温度范围为55C至125。华氏相当于是67F到257华氏度10C至85C范围内精度为05C。它与控制系统的连接方式如下图310所示。S8B0KR7图310温度传感器的连接电路青岛理工大学琴岛学院毕业论文（设计）164烟雾报警系统软件设计在本系统的软件编程使用的是KEILC51。KEILC51软件提供丰富的库函数和功能强大的集成开发调试工具，全WINDOWS界面。KEILC51生成的目标代码效率非常之高，多数语句生成的汇编代码很紧凑，容易理解。在开发大型软件时更能体现高级语言的优势。41主程序设计在火灾报警系统的软件设计中采用了模块化程序设计方法，系统各个模块的具体功能都是通过子程序调用实现的。既使得程序结构清晰，又便于以后进一步扩展其功能。系统程序流程图如图41所示。青岛理工大学琴岛学院毕业论文（设计）17图41主程序流程图42声光报警程序设计声光报警程序流程图如图42所示。青岛理工大学琴岛学院毕业论文（设计）18图42声光报警程序流程图43按键模块程序设计按键模块程序设计流程图如图43所示青岛理工大学琴岛学院毕业论文（设计）19图43按键模块程序流程图青岛理工大学琴岛学院毕业论文（设计）205实际测试51测试设备表51测试设备仪器名称型号用途数量计算机DELL调试及下载程序1数字万用表优利德测量电路工作情况1蚊香（有烟）任意测试烟雾传感器152测试结果本设计安放在宿舍，通过对宿舍环境实际测试，得出如表52所示的结论。表52报警器各项功能测试烟雾检测温度检测发送检测接受检测声光报警电压转换正常工作正常工作正常工作正常工作正常工作正常工作无线收发模块理论无障碍距离是510M，实际测得有障碍传输距离为010M左右。实物测试图如图51所示青岛理工大学琴岛学院毕业论文（设计）21图51烟雾报警器测试图青岛理工大学琴岛学院毕业论文（设计）22结论烟雾检测报警系统对现代建筑起着极其重要的安全保障作用，研制烟雾检测报警系统的目的是改变我国防火报警技术的落后现状，提高我国防火报警产品的水平。本文对火灾报警系统进行了深入的分析，设计了烟雾检测报警系统，该报警系统能够准确无误的发出报警信号，对通过LCD显示出当前的报警信息，为火灾预测报警提供了很大的便利。本文完成了如下工作1设计了火灾报警系统的控制器。该控制器具有烟雾检测，温度检测和声光报警等功能，并采用LCD显示器进行报警系统所需各种信息显示。2完成了火灾报警温度传感器的设计。该温度传感器采用的是DS18B20单总线式通信协议，实现了对被测环境温度信息的检测。3完成了火灾报警烟雾传感器的设计。该传感器采用的是汉威电子的MQ2型烟雾传感器，通过对被测环境中烟雾信息的监测，判断是否有火灾发生。本文设计的火灾报警系统能有效地防止和减少火灾危害，为社会发展提供安全保障，其完成对保护人身安全和财产安全具有现实意义。青岛理工大学琴岛学院毕业论文（设计）23致谢在毕业设计期间，我的指导老师武成超给了我热心的指导。自始至终关心督促毕业设计进程和进度。帮助解决毕业设计中遇到的许多问题。还不断向我传授分析问题和解决问题的办法，并指出了正确的方向，使我在毕业设计过程中少走很多弯路。另一方面，还要感谢同学,在我遇到困难时,给予我技术上的支持和精神上的鼓励。在此，谨向你们致以衷心的谢意其次，感谢我的室友和同学三年来对我学习、生活上的关心和帮助最后，要感谢的是我的父母，他们不仅培养了我认真专注的精神，让我在漫长的人生旅途中受益匪浅，而且也为我能够顺利的完成毕业论文提供了巨大的支持与帮助。在未来的日子里，我会更加努力的学习和工作，不辜负父母对我的殷殷期望我一定会好好孝敬和报答他们感谢党和国家对我的教育，感谢学院三年来对我的栽培青岛理工大学琴岛学院毕业论文（设计）24参考文献1康华光电子技术基础（模拟部分）【M】北京高等教育出版社,20042孟立凡，蓝金辉传感器原理与应用北京电子工业出版社,200783马忠梅单片机的C语言应用程序设计北京航空航天大学出版社,20074花铁森消防报警产品和系统的技术现状与市场【J】安防科技,2003,64125宋中才智能建筑中火灾自动报警系统的设计【J】重庆邮电学院学报自然科学版,2003,96杨武新型火灾报警系统信号处理器设计【D】厦门厦门大学,20087张忠火灾报警系统的应用与集成【D】上海上海交通大学,20088曾杰鼓励保险介入深化消防监督【J】消防技术与产品信息,2001,338409宋国珍,张立明纺织厂火灾探测器的选择【J】浙江建筑,2005,226545510李朝青单片机原理及接口技术【M】北京北京航空航天大学出版社,2005344011谢自美电子线路设计实验测试【M】武汉华中科技大学出版社,2000929712丁璐，李春华，杨戍火灾探测技术的分析【J】煤矿现代化20074293113宋文绪传感器与检测技术【M】北京高等教育出版社,2004青岛理工大学琴岛学院毕业论文（设计）25附录附录一，整体电路图P102345678RST9XGNDEALVCUSTCKVR/WENDBLAKMIOQFBWZYF青岛理工大学琴岛学院毕业论文（设计）26附录二，实物图青岛理工大学琴岛学院毕业论文（设计）27附录三，部分源程序代码主程序INCLUDEINCLUDEINCLUDE“LCD1602H“INCLUDE“DS18B20H“TYPEDEFUNSIGNEDCHARUINTUNSIGNEDINTNUM,TEMPUCHARTEMP_L,FRQBITFLAGSBITCSNP23SBITMOSIP22SBITIRQP24SBITMISOP25SBITSCKP27SBITCEP26UCHARTXBUF320X01,0X02/NRF24L01DEFINETX_ADR_WIDTH5DEFINERX_ADR_WIDTH5DEFINETX_PLOAD_WIDTH2DEFINERX_PLOAD_WIDTH2UINTCONSTTX_ADDRESS50X34,0X43,0X10,0X10,0X01/本地地址UINTCONSTRX_ADDRESS50X34,0X43,0X10,0X10,0X01/接收地址/NRF24L01寄存器指令DEFINEREAD_REG0X00/读寄存器指令DEFINEWRITE_RE