多路室内火灾报警器付费可见解析

1、河北师范大学电子信息工程技术专科毕业设计（论文）专科毕业论文（设计）题 目基于单片机的火灾报警系统学生姓名王静学号2007030482系另寸电子系年级2007级专业电子信息工程技术指导教师完成日期2010年5月11日河北师范大学电子信息工程技术专科毕业设计（论文）基于单片机的火灾报警系统电子信息工程王静 学号：2007030482摘 要：火灾自动报警系统是一种自动消防设施，他的作用在于人们为了早期发现火灾，并及 时采取有效措施，控制和扑灭火灾，而设置在建筑物中或其它场所的，是现代消防不可缺少的安全 技术设施之一。一旦火灾发生，由于燃烧产生的烟雾、热量和光辐射等物理量，可以通过感温、感 烟和感光

2、等，通过火灾探测器变成电信号，传输到火灾报警控制器。本系统设计以Intel公司的MCS-51系列单片机AT89S52为核心，采用烟雾传感器和温度传感器 对异常状况进行多角度监测，当某室内温度超过温度限值，或有其中一路烟雾信号到达时，单片机 发出控制信号使异常灯点亮；若温度越限和烟雾信号同时存在的时候，发出声光报警。当该系统扩 展功能后能够与自动喷水灭火系统、室内消火栓系统、防排烟系统、空调系统、防火卷帘等相关设 备联动，自动或手动发出指令，启动相应的防火灭火装置。本系统硬件结构简单，软件改动方便， 可以通过扩展功能，使系统更加趋于完善。关键词：火灾报警；单片机；温度检测；自动控制-3 -目 录

3、第一章系统的功能和设计方案 11.1系统的功能与设计要求 11.2设计方案11.2.1测温电路方案设计 11.2.2显示电路方案设计错误！未定义书签。1.3关键技术及解决方法 错误！未定义书签。1.3.1 DS18B20简介错误！未定义书签。1.3.2.烟雾传感器2第二章硬件系统设计 42.1系统设计框图42.2系统各功能模块42.2.1测温电路42.2.2显示电路52.2.3按键电路62.2.4报警电路72.2.5电源、时钟、复位电路 72.2.6烟雾报警电路8第三章软件系统设计 103.1程序设计思想103.2程序功能分析 103.2.1主程序103.2.2温度检测程序103.2.3多路监

4、测温度处理程序 113.2.4温度显示程序 123.2.5比较处理程序133.2.6按键扫描程序143.2.7按键处理程序143.2.8烟雾报警处理程序 15第四章系统的组装与调试 164.1引言164.2硬件系统调试164.3软件系统调试17第五章系统结果 185.1课题完成情况185.2系统仿真结果图18系统设计结论与展望 19第七章致谢 21附录 22附录A系统总电路图 22附录B系统源程序 22河北师范大学电子信息工程技术专科毕业设计（论文）第一章系统的功能和设计方案1.1系统的功能与设计要求本设计以单片微型计算的监测与控制为目标，设计一个火灾自动报警系统。能够对 室内多路烟雾和温度实

5、现实时监控，循环显示各路测温点的温度值，并不断检测各路烟 雾信号，能通过按键修改火灾报警温度限值。当某室内温度超过温度限值，或有其中一 路烟雾信号到达时，单片机发出控制信号使异常灯点亮。若温度越限和烟雾信号同时存 在的时候，发出声光报警。从而实现对火灾的及时报警。另外本系统还可作为温度计使 用。1.2设计方案图1-1系统方框图1.2.1测温电路方案设计测温电路有两种方案。分述如下：一采用美国AD公司生产的利用PN结正向电流与温度的关系制成的电流输出型两 端温度传感器（AD590 ）。因为AD590输出的是电流，应该先将该电路经过摄氏温标转 换电路输出一个与摄氏温度相对应的电压值，但该电压值是一

6、个连续的模拟电压，应再 经过AD0809通过A/D转换，把模拟信号转化为数字信号送入单片机。使用AD590温度传感器具有性能稳定、灵敏度高、无需补偿、热容量小、抗干扰能力强等优点。但由 它组成的测温电路硬软电路、软件设计都比较复杂。设计成本也大大增加。二采用Dallas半导体公司生产的的数字化温度传感器DS1820,它是世界上第一片支持 一线总线”接口的温度传感器，它与单片机连接只需一根数据总钱即可，大大简 化系统硬件电路。一线总线独特而且经济的特点，使用户可轻松地组建传感器网络，为 测量系统的构建引入全新概念。它支持3V5.5V的电压范围，使系统设计更灵活、方便 且体积小。DS18B20测量

7、温度范围为 -55 +125C，在-10+85C范围内，精度为）.5 C 现场温度直接以 一线总线”的数字方式传输，大大提高了系统的抗干扰性。适合于恶劣 环境的现场温度测量，如：环境控制、设备或过程控制、测温类消费电子产品等。2：通过综合考虑，为了节约成本，简化硬件电路设计。因此，本系统测温电路的设计 采用方案二。付费可见图1-4DS18B20引脚分布1.3.2烟雾传感器气体与人类的日常生活密切相关，对气体的检测已经是保护和改善生态居住环境不 可缺少手段，气敏传感器发挥着极其重要的作用。例如生活环境中的一氧化碳浓度达0.81.15 ml/L时，就会出现呼吸急促，脉搏加快，甚至晕厥等状态，达1.

8、84ml/L时则有在几分钟内死亡的危险，因此对一氧化碳检测必须快而准。利用SnO2金属氧化物半导体气敏材料，通过颗粒超微细化和掺杂工艺制备SnO2纳米颗粒，并以此为基体掺杂一定催化剂，经适当烧结工艺进行表面修饰，制成旁热式烧结型CO敏感元件，能够探测0.005%0.5%范围的CO气体。烟雾传感器就是通过监测烟雾的浓度来实现火灾防范的，烟雾报警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。在这里选用MQ-2型半导体气敏元件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

9、低廉，使用寿命长。它在内外电离室里面有放射源镅 241，电离产生的正、负离子，在电场的作用下各 自向正负电极移动。在正常的情况下，内外电离室的电流、电压都是稳定的。一旦有烟 雾窜逃外电离室。干扰了带电粒子的正常运动，电流，电压就会有所改变，破坏了内外 电离室之间的平衡，于是无线发射器发出无线报警信号，通知远方的接收主机，将报警 信息传递出去。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 。图1-8烟雾传感器实物图52.1系统设计框图第二章硬件系统设计付费可见12.2系统各功能模块VCC本系统主要由测温、显示电路、按键电路、报警电

10、路以及电源、时钟、复位电路等P101P10P0039P00五个电路模块构成，下面将对各功能模块电路的详细说明。本设计系统主要功能是实时P134P12监控温度、烟雾，当火灾发生时，系统发出声,5光报警。系统工作时，数字温度传感器P156P15.一DS18B20工作，把当前温度值送入单片机7 80S52#理后，把当前温度值送七段PED显 示。系统工作过程中，单片机不断将温度传感器送来1 的当前温度值与用户预先设定好的P32 12INT1P2022 P21火灾报警温度限值相比较，当温度值高于设定的上限值时，若此时系统同时检测到有烟P35 15T1P2324 P23雾信号，系统就输出控制信号到报警电路

11、，4发出声光报警。若有温度越限或者烟雾信号P25其中之一时，发出光报警，点亮异常灯。另外，在系统运行过程中，用户可通过按键根19 据不同需要对火灾报警温度限值进行设置。18P0236 P03P0534 P05JP1123456789HEADER 9号,R13R14R19R2030303030RESET 92.2.1测温电路X1X2RESET10113029RXDTXDALE/PPSENP3717P3616本设计中使用的温度传感器是DS18B20,关于该器件的使用和功能在其它章节已有RDWR详细说明，本系统有2路测温，其构成电路如图2-2所示。与P2.0相连的是第1路测温点，与P2.1相连的是第

12、2路测温点。DS18B20与单片机的连接只用一根数据总线即可,该总线需加一个4.7K上拉电阻，这样才保证总线上有足够的驱动电流对 DS18B20进行读写操作。对DS18B20的每一步操作都要遵循严格的工作时序和通信协议。DS18B2 0aDS18B2 0bDS18B2 0cVCCP21R221 14.7KVCCP22R274.7KVCCP23R284.7K河北师范大学电子信息工程技术专科毕业设计（论文）图2-2测温电路2.2.2显示电路LED显示是由发光二极管显示字段的显示部件，通常使用的是七段LED。这种显示器成本低廉，配置灵活，与单片机接口方便。根据显示温度数值的范围，本系统设计 采用四个

13、独立的LED显示。七段LED有共阴极和共阳极两种形式，本设计选用共阴极 LED显示器，并采用动态显示，段选码及位选线分别由P0 口用作段选码控制端；P2.4 P2.7 口组成各位LED显示的选择控制端口。当P0 口输出不同的段选码且控制端口有高 电平时，即可获得对应位的数字显示。 小数点显示的段选码为80H, 09数字显示段选 码如表2-1。P2.4P2.7四个端口分别与系统的七段 LED相连，主要是用作显示温度值或温度 限值。第一个七段LED由P2.4端控制，用作显示当前温度采集点对应的路数。如：显 示A，则说明现在系统检测的是第1路的温度；显示B，则说明现在系统检测的是第 2 路的温度；显

14、示C,则说明现在系统检测的是第 3路的温度；第二、三、四个七段LED 显示的是温度值，温度显示精度为1摄氏度，若有修改限值时，则显示的是当前设定的温度限值。具体电路如图2-3所示。表2-1 LED显示器的段选码显示字符共阴极选码显示字符共阴极选码03FH56DH106H67DH25BH707H34FH87FH466H96FH9VCC JP1P 1 01P 1 12P 1 23P 1 34P 1 45P 1 56P 1 67P 1 78P 3 3 13P 3 2 12P 3 5 15P 3 4 143 11918R E S E9TP 3 7 17P 3 6 16CPU1P1 0P1 1P1 2P

15、1 3P1 4P1 5P1 6P1 7INT1INT0T1T0E A / V PX1X2RESETRDWRP00P01P02P03P04P05P06P07P20P21P22P23P24P25P26P27RXDTXDALE/PPSEN39 P 0 0 38 10137 P-0-236 P 0 335 P 0 434一P 0 533 P-0-632 P 0 7*0 i Q -Q*Q*0 *14 g*Q123456789y共阴四位364121 P 2 0HEADER 922 P 2 123 P 2 224 P 2 3ec1 mc25 P 2 4R1330COM226 P 2 5R1430COM327

16、 P-2-6R1930COM428 卩一2一7R2030COM11011图2-3显示电路4MOC986322.2.3按键电路按键电路由三个常断开关构成，如图 2-4所示，各按键分别与P3.3，P3.5, P3.6各 端口相连接。K1键与P3.3位相连，在修改模式下，起到修改火灾报警温度限加一的作 用；在运行模式下起到修改显示通道加一的作用。K2键与P3.5位相连，在修改模式下，起到修改火灾报警温度限减一的作用； 在运行模式下起到修改显示通道减一的作用。K3键与P3.6位相连，起到模式切换（设定模式/工作模式）的作用。具体电路如图12所示。P33P35P36Q5855P20 R29100图2-4

17、按键电路224报警电路付费可见图2-5声光报警电路vc225电源、时钟、复位电路VCC1234CPU1P10P11P12P10K1时钟电路：P11RESETP1389S52单片机的时钟信号通常用两种电路形式得到：内部4振荡方式和外部振荡方式C1P156 P15 P05 34P05本系统采用的是内部振荡方式，它的构成方式如图2-6, 在引脚XTAL1和XTAL2夕卜接10uFR1P17P7晶体振荡器（简称晶振）。晶振有6MHz I nT1 12MHz或24MHz等仝小冋,本设计晶振选用 P3212INTOP2122P2112MHz。电容器C1, C2起稳定振荡频率、快速起振作用，该2电容值一般为

18、T1P23P341425 P24本设计中使用的是30pF。T0P2426 P2531 P2527 P2628 P27P00P01P0239383736P00P01P02P0334 P055 30pF。Y2 12M* l4-lC3rC430 Pi 30 PI 1P3717P3616ORESET 9P27X1X2RESETRXDTXD丽ALE/PWRPSEN89C51191810113029图2-6时钟电路2复位电路：复位操作完成单片机片内电路的初始化，使单片机从一种确定的状态开始运行。当89S52单片机的复位引脚RST出现5ms以上的高电平时，单片机就完成了复位操作。B如果RST持续为高电平，单

19、片机就处于循环复位状态，而无法执行程序。因此要求单片机复位后能脱离复位状态。复位操作通常有两种基本形式：上电复位、开关复位。上电复位要求接通电源后， 自动实现复位操作。开关复位要求在电源接通的条件下，在单片机运行期间，如果发生 死机，用按钮开关K使单片机复位。本设计中采用较常用的上电且开关复位电路，如图河北师范大学电子信息工程技术专科毕业设计（论文）22-7所示。上电后，由于电容 C1充电，使RST持续一段高电平时间。当单片机已在运行之中时，按下复位按键 K也能使RST持续一段时间的高电平，从而实现上电且开关C1=10uFVCCRESETC1诽10uFRESETP10P11P12P13P14P

20、15P162.6烟雾报警电路R110KP33P32P35P34图2-7复位电路Y2 12MC3烟雾传感器就是通过监测烟雾的浓度来实现火灾防范的,C430P式烟雾传感，离子式烟雾传感器是13121514311918RESET 9CPU1P10P11P12P13P14P15P16P17INT1INT0T1T0EA/VPX1X2RESETP3717烟雾报警器内W部采用离子种技术先进，工作稳定可靠的传感器，被广泛运用P00P01P02P03P0!P05P06PC7P20P21P22P23P24P25P23P27RXDTXDALE/PPSEN393837363534333221

21、2223242526272810113029复位的操作。通常选择 3= 1030uF,R仁10K。本设计中使用1112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。在这里选用MQ-2型半导体气敏元件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。感烟传感器电路原理图如下:脉冲输出VCC +5V图1-8烟雾传感器电路原理当火灾发生时，即当室内烟雾浓度达到一定数值时，则电路输出高电平，否则无信 号输出。10u电容和1K电阻组成滤波电路，使得输出信号稳定，能够滤除偶然干扰造 成的火灾误报，使单片机判断准确。同时，在单片机软件中加入适当的延时。当延

22、时前 后，两次读到的报警电平都是高电平时，才真正认为是发生了火灾，启动报警。河北师范大学电子信息工程技术专科毕业设计（论文）11第三章软件系统设计3.1程序设计思想模块化结构程序设计，可以使系统控制软件便于调试与优化，也使读者更好理解和 阅读系统的程序设计。因此，本系统使用了模块化结构程序设计思想对软件进行设计。 程序模块有：主程序、温度检测程序、温度处理程序、温度显示程序、比较处理程序、 按键扫描程序、按键处理程序、延时程序。3.2程序功能分析3.2.1主程序电路正常工作下是不断地循环主程序，主程序主要功能是不断检测温度并调用子程 序显示温度值，同时，将温度值与预先设定的限值作比较，不断检测

23、修改限值按键，实 现对温度和烟雾实时监控，若两个条件同时满足时，系统发出声光报警，以达到及时发 现火灾发生的目的。主程序流程图如图3-1：付费可见图3-1主程序流程图3.2.2温度检测程序该程序功能是把数字传感器DS18B20检测的当前温度值读入单片机内存单元。其程序流程图如图3-2所示:付费可见图3-2温度检测程序流程图3.2.3多路监测温度处理程序因为要进行多路温度检测，因此要通过键盘来改变检测通道。这里通过设置通道加, 通道减，来改变测试的通道。这就是多路监测温度处理程序所要完成的功能。程序流程 图如图3-3所示：图3-3温度处理程序流程图河北师范大学电子信息工程技术专科毕业设计（论文）

24、3.2.4温度显示程序程序流本程序功能是把温度传感器送入单片机的温度值通过七段数码管显示出来。程图如图3-4所示：河北师范大学电子信息工程技术专科毕业设计（论文）图3-4温度显示程序流程图3.2.5比较处理程序程序功能是取当前温度值与限值比较，如果温度低于限值且没烟雾信号时，系统不 报警、灯也不亮。若温度大于或者等于设定的上限值或者有烟雾信号其中之一时，异常 灯亮，不发出报警声；若温度超过限值，同时有烟雾信号时，系统发出报警声且异常灯 亮。程序流程图如图3-5所示：付费可见图3-5比较处理程序流程图326按键扫描程序本程序功能是不断扫描修改火灾报警限值按键是否被按下， 理程序执行。程序流程图如

25、图3-6所示：图3-6按键扫描程序流程图3.2.7按键处理程序有按下则转修改限值处用户根据需要可以图3-7按键处理程序流程图本程序功能是完成对用户预先设定的火灾报警温度限值的修改, 通过修改限值按键对限值随意更改。程序流程图如图3-7所示：328烟雾报警处理程序这部分程序比较简单，只需要判断读到单片机指定烟雾传感器的10 口电平。一旦该电平跳转为高电平，就认为烟雾传感器检测到烟雾发生，启动相应的声光报警程序。 否则，停止声光报警。程序软件流程图如图 3-8所示：图3-8烟雾报警处理流程图第四章系统的组装与调试4.1引言对系统进行原理设计之后，就应该根据设计原理画出系统的原理图、本设计用万用 板

26、进行焊接。4.2硬件系统调试在硬件焊接完成之后，就可以对系统进行硬件调试了。对硬件调试时，应该把系统合理划分为一个个功能模块，将这些功能模块分别进行调试。分两步调试：第一步：断电调试1短路检测电路焊接完成后，必须进行短路检测。选用万用表的 20K欧姆档，用红、黑表笔接 电路的电源的+、-极，检测是否存在短路。2原理正确性确认以检查显示电路为例，首先检查位选的输出是否为低电平，因为系统采用的是共阴 数码管作为显示电路，必须确保数码管的公共端为低电平，数码管才有可能发光；如果 P2.4至P2.7输出高电平，数码管将无法正常显示。第二步：通电调试1检查系统时钟电路凡是单片机系统，正常运行的必要条件是

27、单片机系统时钟稳定正常。实际中，因为各种原因导致系统时钟不正常而出现系统无法正常运行的情况时有出现，因此系统时钟是否起振是通电检查的首要环节。检查方法如下：用万用表的直流电压档（ 20V），分别 测量XTAL1和XTAL2引脚电压检查是否正常，在调试过程中，测得电压 XTAL1弓|脚 应为2.05V，XTAL2引脚应为2.15V。第三步检查复位电路复位不正常也会导致系统不能正常工作，如果复位引脚始终为高电平，系统将始终 处于复位状态；如果始终为低电平，不能产生复位所需的高电平信号脉冲，则系统也可 能无法正常工作。单片机正常工作时， RST复位引脚应为0V。4.3软件系统调试在硬件调试成功后，就

28、可以对系统进行软件调试了。在软件调试时，应该把系统程 序中能完成某一功能的程序模块分别进行调试，最后再将各子程序模块组织起来进行统调。例如：要对温度显示子程序的调试。先编一个温度显示测试程序，在程序里先将一 个任意温度值（18H）放入单片机某一单元（2BH），然后调用温度显示子程序。使用功 能强大且普遍的 WAVE 6000软件进行软件编译，使用Microcontroller ISP Software对程 序进行烧录。再把烧录好的单片机插入本系统，看数码显示管是否显示预先设定的温度 值（24），若显示准确无误，则说明该温度显示子程序已调试成功，若显示不与设定的 温度值（24）一致，则程序出错，

29、必需使用 WAVE 6000软件对该程序进行单部跟踪， 看执行每一步之后各寄存器和各内存单元值的变化，看是否与自己设计思路相符，直到 程序调试成功。其它程序调试方法也一样。23第五章系统结果5.1课题完成情况本设计基本上实现了火灾报警功能。当温度和烟雾这两个条件只满足其中之一时能 发出异常报警，使报警灯点亮。只有同时满足两个条件时才会正常报警。本系统除报警 功能外还可以作为温度计使用。5.2系统仿真结果图+5vC1C2X111.059230uFU119XTAL130iJR1 iii 9 r118RSTC3*3TTP1.01Pl.l2P1.34-P1.55-610uF alE39R24.7kI3

30、J2VCCP2.12 1GND丄 DS18B20XTAL2ALEEAP1.0P1.1P1.2P1.3P1.4P1.5P1.6P1.7AT89C5139P0.0383534 石-PF721P2.022P2l23P2lC24P2.325 26pA27L210P3.0 11P3.l 1P3fe13P3 14lu.15P316P3.61/P2.7/A15P3.0/RXDP3.1/TXDP3.2/INT0 P3.3/INT1P0.0/AD0P0.1/AD1P0.2/AD2P0.3/AD3P0.4/AD4P0.5/AD5P0.6/AD6P0.7/AD7P2.3/A11 P2.4/A12P2.5/A13P2

31、.6/A14P3.6/WRP3.7/RDP3.4/T0P3.5/T1P2.0/A8P2.1/A9P2.2/A10536GND+5v图5-1 PROTUES仿真结杲系统设计结论与展望虽然这个系统基本地完成了毕业设计的任务， 但是作为一个系统，在设计任务完成 之后我还是依旧在思索，这个系统在什么地方还可以改进呢？如果要将这个系统继续完 善的话，该如何继续这个系统的设计任务呢？当然成本就可能远远地超出原有的设计 啦，本设计是基于单片机的多路室内火灾报警器，但我们不应该满足于此。在现代及未 来的生活中，人们对火灾安全问题的要求也越来越高。随着单片机技术日益趋于成熟和向高精尖方向发展，它在各种科学领域的

32、运用也势 将随之更加广泛和深入，所以,本设计就在单片机的基础上进行了研究。随着现代化建筑不断的崛起和人们对生活质量的要求不断提出更高的要求，安全问题便首当其冲，火灾安全问题就是其中之一。所以，人们就提出了预防为主的思想。本 设计就是根据人们的需要，基于简化电路的思想，采用了数字温度传感器，基于单片机 的多路室内火灾报警器自动控制系统是通过数字温度传感器、七段LED数码显示管、键盘电路以及驱动电路的工作原理来对本系统加以控制报警电路的开和关，同时，该电 路也具有很强的扩展性，通过其它电路也同样能实现该系统功能，所以，实现该电路控 制系统不是唯一的。通过本次毕业设计让我学习到了很多以前没有学到过的知识，使我熟练掌握了显示电路、键盘电路、单片机以及其它专业知识，并能灵活运用，同时进一步加强了我的动 手能力，也提高了我的逻辑思维能力，使我对事一件事情的起因、经过和结果有了清晰 的认识，让我知道了做一件事不容易，要做成功一件事更不容易；通过系统软件的编写 与调试，使我在做事和处事方面更细心，谨慎，同时也更具有耐心。另外由于本人学识 有限，所以文中难免有疏漏和不足