基于-单片机火灾报警系统设计

1、*工程大学毕业设计论文-PAGE . z. 毕业设计论文题 目：基于单片机的火灾报警系统设计 学 院： 电子信息学院 专业班级：电气工程及其自动化2021级2班指导教师：*职称：助理工程师学生：*学 号： 41003040*-. z摘 要随着经济与技术的迅速开展，火灾成为当今世界各国人民所面临的一个共同的灾难性问题。它给人类社会造成严重的生命、财产损失，为了防止火灾和减少火灾所造成的损失，预防和监测成为重中之重。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。监控系统中各种传感器的使用越来越多。因此，了解并掌握各类传感器的根本构造、工作原理及特性是非常重要的。 为

2、了提高对传感器的认识和了解，尤其是对火灾监测相关传感器的深入研究以及其用法与用途的了解，基于实用、广泛和典型的原则而设计了本系统。本文利用单片机结合传感器技术以及无线传输技术而开发设计了这一火灾监控系统。 本文是以单片机技术和无线传输技术为核心并与其他电子技术相结合， 设计而出的一种技术水平较好的火灾报警系统。以烟雾传感器、火焰传感器、温度传感器监测环境状态，将监测信息发送至单片机，单片机对数据处理之后在LCD1602液晶上显示，并通过无线传输模块传送监测数据，在承受测将数据与预设值比照，超出围则进展声光报警。以STC89C52单片机和NRF24L01无线传输模块为核心设计的火灾报警器可实现声

3、光报警、温度显示等功能。是一种构造简单、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。关键词：火灾报警器，火焰传感器，烟雾传感器，NRF24L01，DS18B20AbstractWith the rapiddevelopment ofeconomy andtechnology,the fireisfacing today people all over the worldamon disaster problem.It causedserious life, property lossto human society,in order toavoid the firea

4、ndreduce firelosses caused,the prevention andmonitoringbee thepriority among priorities. Monitoringsystem andalarm mechanismtimelycan greatly reducethe casualties,reduce unnecessary lossto the society.To use more and more various sensorsin the monitoring system.Therefore,understanding andit is very

5、important to masterall kinds ofsensors structure,working principle and characteristics.In order to improve theawareness and understanding of the sensor,especially the thorough research to thefire monitoringsensorand an understanding of its usage and the use,utility,e*tensive andtypicalprinciples on

6、thedesign of the system.This bination ofsensortechnology and wireless transmission technology development and design of thefire controlsystem with single chip microputer.This paper is based on SCM technology and wireless transmission technology as the core and with other electronic technologies, fir

7、e a technology level of design and a good alarm system. The flame sensor, smoke sensor, temperature sensor to monitor the state of the environment, will be sent to the single chip microputer monitoring information, the data processing after 1602 on the LCD display, and through the wireless transmiss

8、ion module transmits the monitoring data, in accepting the test data and the preset value contrast, beyond the scope of the sound and light alarm.Based on STC89C52 microcontroller andNRF24L01 wireless transmission module as thecore design can realize the smoke alarmsound and light alarm, temperature

9、 display function.The firealarmisa simple structure,stable performance,convenient operation,low price,intelligent.It has certain practical value.Keywords:fire alarm,a flame sensor,smoke sensor,NRF24L01,DS18B20目录 TOC o 1-3 h z u HYPERLINK l _Toc390696078第1章绪论 PAGEREF _Toc390696078 h 1HYPERLINK l _Toc

10、3906960791.1 目的和意义 PAGEREF _Toc390696079 h 1HYPERLINK l _Toc3906960801.2 研究概况及开展现状 PAGEREF _Toc390696080 h 1HYPERLINK l _Toc3906960811.3 本系统主要研究容 PAGEREF _Toc390696081 h 2HYPERLINK l _Toc390696082第2章总体方案论证与设计 PAGEREF _Toc390696082 h 3HYPERLINK l _Toc3906960832.1主控模块的选型和论证 PAGEREF _Toc390696083 h 3HY

11、PERLINK l _Toc3906960842.2显示模块的选型和论证 PAGEREF _Toc390696084 h 3HYPERLINK l _Toc3906960852.3温度检测模块的选型和论证 PAGEREF _Toc390696085 h 4HYPERLINK l _Toc3906960862.4 无线传输模块的选型和论 PAGEREF _Toc390696086 h 4HYPERLINK l _Toc3906960872.5系统整体设计概述 PAGEREF _Toc390696087 h 4HYPERLINK l _Toc390696088第3章系统硬件电路设计 PAGEREF

12、 _Toc390696088 h 6HYPERLINK l _Toc3906960893.1主控模块 PAGEREF _Toc390696089 h 6HYPERLINK l _Toc3906960903.1.1 STC89C52单片机主要特性 PAGEREF _Toc390696090 h 6HYPERLINK l _Toc3906960913.1.2 STC89C52单片机的中断系统 PAGEREF _Toc390696091 h 10HYPERLINK l _Toc3906960923.1.3 单片机最小系统设计 PAGEREF _Toc390696092 h 10HYPERLINK l

13、 _Toc3906960933.2 LCD液晶显示器简介 PAGEREF _Toc390696093 h 11HYPERLINK l _Toc3906960943.2.1 液晶原理介绍 PAGEREF _Toc390696094 h 11HYPERLINK l _Toc390696095液晶模块简介 PAGEREF _Toc390696095 h 12HYPERLINK l _Toc390696096液晶显示局部与STC89C52的接口 PAGEREF _Toc390696096 h 13HYPERLINK l _Toc3906960973.3无线传输模块简介 PAGEREF _Toc3906

14、96097 h 14HYPERLINK l _Toc390696098模块性能及特点 PAGEREF _Toc390696098 h 14HYPERLINK l _Toc3906960993.3.2 NRF24L01应用领域 PAGEREF _Toc390696099 h 15HYPERLINK l _Toc3906961003.3.3 NRF24L01技术参数 PAGEREF _Toc390696100 h 16HYPERLINK l _Toc3906961013.3.4 NRF24L01工作方式及工作原理 PAGEREF _Toc390696101 h 16HYPERLINK l _Toc

15、3906961023.4声光报警模块设计 PAGEREF _Toc390696102 h 17HYPERLINK l _Toc390696103蜂鸣器报警 PAGEREF _Toc390696103 h 17HYPERLINK l _Toc390696104灯光报警 PAGEREF _Toc390696104 h 18HYPERLINK l _Toc3906961053.5温度检测模块设计 PAGEREF _Toc390696105 h 18HYPERLINK l _Toc390696106温度传感器工作原理 PAGEREF _Toc390696106 h 18HYPERLINK l _Toc

16、3906961073.5.2 DS18B20使用中的考前须知 PAGEREF _Toc390696107 h 20HYPERLINK l _Toc3906961083.5.3 DS18B20硬件电路设计 PAGEREF _Toc390696108 h 21HYPERLINK l _Toc3906961093.6烟雾传感器模块介绍 PAGEREF _Toc390696109 h 21HYPERLINK l _Toc390696110烟雾检测报警器设计思路 PAGEREF _Toc390696110 h 21HYPERLINK l _Toc3906961113.6.2 MQ-2型烟雾传感器的工作原

17、理 PAGEREF _Toc390696111 h 22HYPERLINK l _Toc3906961123.7 火焰传感器模块介绍 PAGEREF _Toc390696112 h 22HYPERLINK l _Toc390696113火焰传感器用途 PAGEREF _Toc390696113 h 23HYPERLINK l _Toc390696114火焰传感器模块特 PAGEREF _Toc390696114 h 23HYPERLINK l _Toc390696115火焰传感器模块使用 PAGEREF _Toc390696115 h 23HYPERLINK l _Toc3906961163.

18、6.3 MQ-2型传感器的特性 PAGEREF _Toc390696116 h 24HYPERLINK l _Toc3906961173.8电源稳压模块设计 PAGEREF _Toc390696117 h 25HYPERLINK l _Toc3906961183.8.1 5V电源稳压 PAGEREF _Toc390696118 h 25HYPERLINK l _Toc3906961193.8.2 3.3V电源稳压 PAGEREF _Toc390696119 h 27HYPERLINK l _Toc390696120第4章系统软件设计 PAGEREF _Toc390696120 h 28HYPE

19、RLINK l _Toc3906961214.1系统软件设计PAGEREF _Toc390696121 h 28HYPERLINK l _Toc390696122主程序设计 PAGEREF _Toc390696122 h 28HYPERLINK l _Toc390696123传感器程序设计 PAGEREF _Toc390696123 h 29HYPERLINK l _Toc390696124无线传输程序设计 PAGEREF _Toc390696124 h 29HYPERLINK l _Toc3906961254.2程序设计原理 PAGEREF _Toc390696125 h 30HYPERLI

20、NK l _Toc390696126第5章系统调试 PAGEREF _Toc390696126 h 32HYPERLINK l _Toc3906961275.1硬件调试 PAGEREF _Toc390696127 h 32HYPERLINK l _Toc3906961285.2软件调试 PAGEREF _Toc390696128 h 32HYPERLINK l _Toc3906961295.3调试结果 PAGEREF _Toc390696129 h 32HYPERLINK l _Toc390696130第6章结论与展望 PAGEREF _Toc390696130 h 35HYPERLINK l

21、 _Toc390696131参考文献 PAGEREF _Toc390696131 h 36HYPERLINK l _Toc390696132附录 PAGEREF _Toc390696132 h 37HYPERLINK l _Toc390696133系统整体原理图 PAGEREF _Toc390696133 h 37HYPERLINK l _Toc390696134系统源程序 PAGEREF _Toc390696134 h 38HYPERLINK l _Toc390696135发送侧局部程序 PAGEREF _Toc390696135 h 38HYPERLINK l _Toc390696136承

22、受测局部程序 PAGEREF _Toc390696136 h 39HYPERLINK l _Toc390696137致 PAGEREF _Toc390696137 h 42-. z第1章绪 论1.1目的和意义随着科技的开展，越来越多的火灾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，保护人身和财产平安，保卫社会主义现代化建立，防止火灾引起燃烧、爆炸等事故，造成严重的经济损失，甚至危及生命平安。为了减少这类事故的发生，就必须对烟雾、温度以及火光进展现场实时检测，采用先进可靠的平安检测仪表严密监测，及早发现事故隐患，采取有效措施，防止事故发生，才能确保工业平安

23、和家庭生活平安。因此，研制火灾报警器就成为传感器技术开展领域的一个重要课题。1.2研究概况及开展现状探测器朝新探测技术的开展进一步拓展了火灾检测的应用领域，为一些传统检测技术无法胜任的环境提供了有效的手段。相关技术的开展，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良，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、智能化的方向开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

24、微处理器。由于它功能齐全，体积小，本钱低，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，以满足社会开展的需要。我国火灾报警系统起步较兴旺国家晚几十年，从上世纪 70 年代我国才开场研制生产火灾报警系统产品。进入80年代后，国主要厂家也多是模仿国外产品，或是引进国外技术进展生产，没有真正意义上的核心技术，并且市场也刚刚开场发育。火灾报警产品真正开展是在 90 年代以后，随着政府逐渐开放国门，国外企业开场大量进入中国消防市场，带来先进技术的同时也促进了市场的成熟。这时期，我国生产火灾报警产品的企业也得到了快速开展，局部企业进展

25、了合资生产、技术合作，取得了不菲的成绩，也造就了现今市场上许多有实力的商家，局部技术已接近或赶上了国际水平。1.3 本系统主要研究容本系统设计制作一个基于单片机的火灾报警器。包括有以下几种功能：1由检测模块检测温度值、烟雾信号和火光信号并通过24L01无线传输模块收发。2单片机读取接收到的烟雾传感器电位变化获取烟雾信息并在LCD1602上进展显示。3单片机读取接收到的火焰传感器电位变化获取火光信息并在LCD1602上实时显示。4通过温度传感器实时监测环境温度并在液晶显示屏上实时显示。5单片机将接收数据与预设值比拟判定，假设超出预设围则驱动报警电路进展声光报警。第2章 总体方案论证与设计根据所要

26、实现的功能划分，系统一共需要以下几个模块：主控模块、显示模块、检测模块和无线传输模块和声光报警模块，以下就针对这几个模块的选型和论证进展讨论。2.1主控模块的选型和论证方案一：采用MSP430系列单片机，该单片机是TI公司1996年开场推向市场的一种16位超低功耗的混合信号处理器。其部集成了很多模拟电路、数字电路和微处理器，提供强大的功能。不过该芯片昂贵不适合一般的设计开发。方案二采用51系列的单片机，该单片机是一个高可靠性，超低价，无法解密，高性能的8位单片机，32个IO口，且STC系列的单片机可以在线编程、调试，方便地实现程序的下载与整机的调试。因此选用方案二中的51系列单片机作为主控芯片

27、。2.2显示模块的选型和论证方案一：采用LED数码管动态扫描，LED数码管价格虽适中，对于显示数字也最适宜，而且采用动态扫描法与单片机连接时，占用单片机口线少。但是由于数码管动态扫描需要借助74LS164移位存放器进展移位，该芯片在电路调试时往往有很多障碍，所以不采用LED数码管作为显示。方案二：采用LCD液晶显示屏，液晶显示屏的显示功能强大，可显示大量文字，图形，显示多样，清晰可见，对于本设计而言一个LCD1602的液晶显示屏即可，价格也还能承受，需要的接口线较多，但会给调试带来诸多方便。所以本设计中方案二中的LCD1602液显示屏作为显示模块。2.3温度检测模块的选型和论证方案一：AD59

28、0是美国ANALOG DEVICES公司的单片集成两端感温电流源，其输出电流与绝对温度成比例。在4 V至30 V电源电压围，该器件可充当一个高阻抗、恒流调节器，调节系数为1 A/K。片薄膜电阻经过激光调整，可用于校准器件，使该器件在298.2K (25C)时输出298.2 A电流。由于该芯片输出为模拟量还同时需要AD转换器对其进展采集。因此不适用于本设计。方案二：DS18B20数字温度传感器接线方便，封装成后可应用于多种场合，如管道式，螺纹式，磁铁吸附式，不锈钢封装式，型号多种多样，有LTM8877，LTM8874等等。主要根据应用场合的不同而改变其外观。封装后的DS18B20可用于各种非极限

29、温度场合。耐磨耐碰，体积小，使用方便，封装形式多样，适用于各种狭小空间设备数字测温和控制领域。因此本设计采用方案二中的DS18B20芯片进展温度采集。2.4无线传输模块的选型和论方案一：NRF905是美国Nordic VLSI公司设计而成，体积小，传输距离远，同时抗干扰能力强，通信稳定，且为微功率模块。方案二：NRF24L01具有NRF905根本特点，并且本钱更低，编程更加容易。因此本设计选择方案二中的NRF24L01模块进展无线传输。2.5系统整体设计概述本系统以单片机为控制核心，对系统进展初始化，主要完成对火光、烟雾信号的采集、液晶显示、测温且由无线收发模块传输采集数据等功能的控制，起到总

30、控和协调各模块之间工作的作用。根据以上设计需要，系统拟采用以下技术方案，系统的构造框图如下列图所示。图2-1 发送侧系统构造框图图2-2 接收侧系统构造框图系统由STC89C52，LCD1602，火焰传感器，烟雾传感器，DS18B20等组成，系统由两局部组成分别是火灾检测局部和火灾报警局部，通过调整烟雾传感器的灵敏度来控制烟雾浓度的上限值，通过程序设定温度值的上限，当超过浓度后，或者温度超过后，单片时机进展声光报警。第3章 系统硬件电路设计3.1主控模块主控模块模块在整个系统中起着统筹的作用，需要检测键盘，时间检测、烟雾浓度检测、语音报警等功能，同时驱动液晶显示相关参数，在这里我们选用了51系

31、列单片机中的STC89C52单片机作为系统的主控芯片。51系列单片机最初是由Intel 公司开发设计的，但后来Intel 公司把51 核的设计方案卖给了几家大的电子设计生产商，譬如 SST、Philip、Atmel 等大公司。因此市面上出现了各式各样的均以51 为核的单片机。这些各大电子生产商推出的单片机都兼容51 指令、并在51 的根底上扩展一些功能而部构造是与51一致的。STC89C52有40个引脚，4个8位并行I/O口，1个全双工异步串行口，同时含5个中断源，2个优先级，2个16位定时/计数器。STC89C52的存储器系统由4K的程序存储器(掩膜ROM)，和128B的数据存储器(RAM)

32、组成。STC89C52单片机的根本组成框图见图3-1。图3-1STC89C52单片机构造图 STC89C52单片机主要特性1. 一个8 位的微处理器(CPU)。2. 片数据存储器RAM(128B)，用以存放可以读写的数据，如运算的中间结果、最终结果以及欲显示的数据等，SST89 系列单片机最多提供1K 的RAM。3. 片程序存储器ROM(4KB)，用以存放程序、一些原始数据和表格。但也有一些单片机部不带ROM/EPROM，如8031，8032，80C31 等。目前单片机的开展趋势是将RAM 和ROM 都集成在单片机里面，这样既方便了用户进展设计又提高了系统的抗干扰性。SST 公司推出的89 系

33、列单片机分别集成了16K、32K、64K Flash 存储器，可供用户根据需要选用。4. 四个8 位并行IO 接口P0P3，每个口既可以用作输入，也可以用作输出。5. 两个定时器计数器，每个定时器计数器都可以设置成计数方式，用以对外部事件进展计数，也可以设置成定时方式，并可以根据计数或定时的结果实现计算机控制。为方便设计串行通信，目前的52 系列单片机都会提供3 个16 位定时器/计数器。6. 五个中断源的中断控制系统。现在新推出的单片机都不只5 个中断源，例如SST89E58RD 就有9 个中断源。7. 一个全双工UART(通用异步接收发送器)的串行IO 口，用于实现单片机之间或单机与微机之

34、间的串行通信。8. 片振荡器和时钟产生电路，但石英晶体和微调电容需要外接。最高允许振荡频率为12MHz。SST89V58RD 最高允许振荡频率达40MHz，因而大大的提高了指令的执行速度。图3-2STC89C52单片机管脚图局部引脚说明：1.时钟电路引脚*TAL1 和*TAL2：*TAL2(18 脚)：接外部晶体和微调电容的一端；片它是振荡电路反相放大器的输出端，振荡电路的频率就是晶体固有频率。假设需采用外部时钟电路时，该引脚输入外部时钟脉冲。要检查振荡电路是否正常工作，可用示波器查看*TAL2 端是否有脉冲信号输出。*TAL1(19 脚)：接外部晶体和微调电容的另一端；在片它是振荡电路反相放

35、大器的输入端。在采用外部时钟时，该引脚必须接地。2.控制信号引脚RST,ALE,PSEN 和EA：RST/VPD(9 脚)：RST 是复位信号输入端，高电平有效。当此输入端保持备用电源的输入端。当主电源Vcc 发生故障，降低到低电平规定值时，将5V 电源自动两个机器周期(24个时钟振荡周期)的高电平时，就可以完成复位操作。RST 引脚的第二功能是VPD,即接入RST 端，为RAM 提供备用电源，以保证存储在RAM 中的信息不丧失，从而合复位后能继续正常运行。ALE/PROG(30 脚)：地址锁存允许信号端。当8051 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fOS

36、C 的1/6。CPU 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。平时不片外存储器时，ALE 端也以振荡频率的1/6 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。如果想确定8051/8031 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8051/8031 根本上是好的。ALE 端的负载驱动能力为8 个LS 型TTL(低功耗甚高速TTL)负载。此引脚的第二功能PROG 在对片带有4KB EPROM 的8751 编程写入(固化程序)时，作为编程脉冲输入端。PSEN(29 脚)：程序存储允许输出信号端。在片外程序存储器时，此端定时输

37、出负脉冲作为读片外存储器的选通信号。此引肢接EPROM 的OE 端(见后面几章任何一个小系统硬件图)。PSEN 端有效，即允许读出EPROMROM 中的指令码。PSEN 端同样可驱动8 个LS 型TTL 负载。要检查一个8051/8031 小系统上电后CPU 能否正常到EPROMROM 中读取指令码，也可用示波器看PSEN 端有无脉冲输出。如有则说明根本上工作正常。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只片EPROM/ROM并执行部程序存储器中的指令，但当PC(程序计数器)的值超过0FFFH(对8751/8051 为4K)时，

38、将自动转去执行片外程序存储器的程序。当输入信号EA 引脚接低电平(接地)时，CPU 只外部EPROM/ROM 并执行外部程序存储器中的指令，而不管是否有片程序存储器。对于无片ROM 的8031 或8032,需外扩EPROM，此时必须将EA 引脚接地。此引脚的第二功能是Vpp 是对8751 片EPROM固化编程时，作为施加较高编程电压(一般12V21V)的输入端。3.输入/输出端口P0/P1/P2/P3：P0口(P0.0P0.7，3932 脚)：P0口是一个漏极开路的8 位准双向I/O口。作为漏极开路的输出端口，每位能驱动8 个LS 型TTL 负载。当P0 口作为输入口使用时，应先向口锁存器(地

39、址80H)写入全1,此时P0 口的全部引脚浮空，可作为高阻抗输入。作输入口使用时要先写1,这就是准双向口的含义。在CPU 片外存储器时，P0口分时提供低8 位地址和8 位数据的复用总线。在此期间，P0口部上拉电阻有效。P1口(P1.0P1.7，18 脚)：P1口是一个带部上拉电阻的8 位准双向I/O口。P1口每位能驱动4 个LS 型TTL 负载。在P1口作为输入口使用时，应先向P1口锁存地址(90H)写入全1,此时P1口引脚由部上拉电阻拉成高电平。P2口(P2.0P2.7，2128 脚)：P2口是一个带部上拉电阻的8 位准双向I/O口。P口每位能驱动4个LS 型TTL 负载。在片外EPROM/

40、RAM 时，它输出高8 位地址。P3口(P3.0P3.7，1017 脚)：P3口是一个带部上拉电阻的8 位准双向I/O口。P3口每位能驱动4个LS型TTL负载。P3口与其它I/O 端口有很大的区别，它的每个引脚都有第二功能，如下：P3.0：(R*D)串行数据接收。P3.1：(R*D)串行数据发送。P3.2：(INT0*)外部中断0输入。P3.3：(INT1*)外部中断1输入。P3.4：(T0)定时/计数器0的外部计数输入。P3.5：(T1)定时/计数器1的外部计数输入。P3.6：(WR*)外部数据存储器写选通。P3.7：(RD*)外部数据存储器读选通。 STC89C52单片机的中断系统STC8

41、9C52系列单片机的中断系统有5个中断源，2个优先级，可以实现二级中断效劳嵌套。由片特殊功能存放器中的中断允许存放器IE控制CPU是否响应中断请求；由中断优先级存放器IP安排各中断源的优先级；同一优先级各中断同时提出中断请求时，由部的查询逻辑确定其响应次序。在单片机应用系统中，常常会有定时控制需求，如定时输出、定时检测、定时扫描等；也经常要对外部事件进展计数。STC89C52单片机集成有两个可编程的定时/计数器：T0和T1，它们既可以工作于定时模式，也可以工作于外部事件计数模式，此外，T1还可以作为串行口的波特率发生器。 单片机最小系统设计图3-3 单片机最小系统电路图 图3-3为单片机最小系

42、统电路图，单片机最小系统有单片机、时钟电路、复位电路组成，时钟电路选用了12MHZ的晶振提供时钟，作用为给单片机提供一个时间基准，其中执行一条根本指令需要的时间为一个机器周期，单片机的复位电路，按下复位按键之后可以使单片机进入刚上电的起始状态。图中10K排阻为P0口的上拉电阻，由于P0口跟其他IO构造不一样为漏极开路的构造，因此要加上拉电阻才能正常使用。3.2 LCD液晶显示器简介由于本设计中要求显示界面显示一些参数，因此这里选用了LCD1602作为界面显示，可以把一些相关的参数进展显示。 液晶原理介绍液晶显示的原理是利用液晶的物理特性，通过电压对其显示区域进展控制，有电就有显示，这样即可以显

43、示出图形。液晶显示器具有厚度薄、适用于大规模集成电路直接驱动、易于实现全彩色显示的特点，目前已经被广泛应用在便携式电脑、数字摄像机、PDA移动通信工具等众多领域。显示接口用来显示系统的状态，命令或采集的电压数据。本系统显示局部用的是LCD液晶模块，采用一个162的字符型液晶显示模块。 点阵图形式液晶由 M 行N 列个显示单元组成，假设 LCD 显示屏有64行，每行有 128列，每 8列对应 1 个字节的 8 个位，即每行由 16 字节，共 168=128个点组成，屏上 6416 个显示单元和显示 RAM 区 1024 个字节相对应，每一字节的容和屏上相应位置的亮暗对应。一个字符由 68 或 8

44、8点阵组成，即要找到和屏上*几个位置对应的显示 RAM区的 8 个字节，并且要使每个字节的不同的位为1，其它的为0，为1的点亮，为0的点暗，这样一来就组成*个字符。但对于带字符发生器的控制器来说，显示字符就比拟简单了，可让控制器工作在文本方式，根据在LCD 上开场显示的行列号及每行的列数找出显示 RAM对应的地址，设立光标，在此送上该字符对应的代码即可。3.2.2液晶模块简介LCD1602液晶模块采用HD44780控制器，hd44780具有简单而功能较强的指令集，可以实现字符移动，闪烁等功能，LM016L与单片机MCU通讯可采用8位或4位并行传输两种方式，hd44780控制器由两个8位存放器，

45、指令存放器IR和数据存放器DR忙标志BF，显示数RAMDDRAM，字符发生器ROMACGOROM字符发生器RAMCGRAM，地址计数器RAM(AC)。IR用于存放指令码，只能写入不能读出，DR用于存放数据，数据由部操作自动写入DDRAM和CGRAM,或者暂存从DDRAM和CGRAM读出的数据，BF为1时，液晶模块处于部模式，不响应外部操作指令和承受数据，DDTAM用来存储显示的字符，能存储80个字符码，CGROM由8位字符码生成5*7点阵字符160中和5*10点阵字符32种.8位字符编码和字符的对应关系， CGRAM是为用户编写特殊字符留用的，它的容量仅64字节，可以自定义8个5*7点阵字符或

46、者4个5*10点阵字符，AC可以存储DDRAM和CGRAM的地址，如果地址码随指令写入IR,则IR自动把地址码装入AC，同时选择DDRAM或CGRAM，LCD1602液晶模块的引脚图如图3-4所示。图3-4LCD1602引脚图LCD1602引脚接口说明:第1脚：VSS为地电源。第2脚：VDD接5V正电源。第3脚：VEE为液晶显示器比照度调整端，接正电源时比照度最弱，接地时比照度最高，比照度过高时会产生鬼影，使用时可以通过一个10K的电位器调整比照度。第4脚：RS为存放器选择，高电平时选择数据存放器、低电平时选择指令存放器。第5脚：RW为读写信号线，高电平时进展读操作，低电平时进展写操作。当RS

47、和RW共同为低电平时可以写入指令或者显示地址，当RS为低电平RW为高电平时可以读忙信号，当RS为高电平RW为低电平时可以写入数据。第6脚：E端为使能端，当E端由高电平跳变成低电平时，液晶模块执行令。第714脚：D0D7为8位双向数据线。第15脚：背光源正极。第16脚：背光源负极。3.2.3液晶显示局部与STC89C52的接口如图3-5所示。用STC89C52的P0口作为数据线，用P2.2、P2.3、P2.7分别作为LCD的RS 、RW、EN。其中EN是下降沿触发的片选信号，RW是读写信号，RS是存放器选择信号本模块设计要点如下：显示模块初始化：首先清屏，再设置接口数据位为8位，显示行数为1行，

48、字型为57点阵，然后设置为整体显示，取消光标和字体闪烁,最后设置为正向增量方式且不移位。向LCD的显示缓冲区中送字符，程序中采用2个字符数组，一个显示字符，另一个显示电压数据，要显示的字符或数据被送到相应的数组中，完成后再统一显示.首先取一个要显示的字符或数据送到LCD的显示缓冲区，程序延时2.5ms,判断是否够显示的个数，不够则地址加一取下一个要显示的字符或数据。图3-5LCD1602与STC89C52的接口3.3无线传输模块简介本设计的核心是通过无线收发模块NRF24L01发送检测到的数据，并在接收端进展实时显示，在火灾发生时进展声光报警。NRF24L01 是一款工作在2.42.5GHz

49、世界通用ISM 频段的单片无线收发器芯片。无线收发器包括:频率发生器、增强型SchockBurstTM 模式控制器、功率放大器、晶体振荡器、调制器、解调器。输出功率、频道选择和协议的设置可以通过SPI 接口进展设置。它具有极低的电流消耗：当工作在发射模式下发射功率为-6dBm 时电流消耗为9mA，接收模式时为12.3mA。掉电模式和待机模式下电流消耗更低。模块性能及特点(1)2.4GHz全球开放ISM频段免许可证使用；(2最高工作速率2Mbps，高效GFSK调制，抗干扰能力强，特别适合工业控制场合；(3)125频道，满足多点通信和跳频通信需要；(4)置硬件CRC检错和点对多点通信地址控制；(5

50、)低功耗1.9-3.6V工作，待机模式下状态为22uA；掉电模式下为900nA；(6)模块可软件设地址，只有收到本机地址时才会输出数据提供中断指示)，可直接接各种单片机使用，软件编程非常方便；(7)标准5*2DIP间距接口，便于嵌入式应用；(8)工作于EnhancedShockBurst，具有可选的置包应答机制，极大的降低丢包率；(9)NRF24L01配PCB置天线，无阻挡传输距离20-50米。(10)与51系列单片机P0口连接时候，需要加10K的上拉电阻,与其余口连接不需要。(11)其他系列的单片机，如果是5V的，请参考该系列单片机IO口输出电流大小，如果超过10mA，需要串联电阻分压，否则

51、容易烧毁模块。如果是3.3V的，可以直接和RF24L01模块的IO口线连接。比方AVR系列单片机如果是5V的，一般串接2K的电阻。图3-6无线传输模块原理图 NRF24L01应用领域无线鼠标，键盘，游戏机操纵杆，无线数据通讯，无线门禁，安防系统，遥控装置，遥感勘测，智能运动设备，工业传感器,玩具。NRF24L01技术参数表3-1 NRF24L01快速参考数据参数数值单位最低供电电压19V最大发射频率0dBm最大数据传输率2000kbps发射模式下电流消耗0dBm113mA接收模式下电流消耗2000kbps123mA温度围-40+85数据传输率为1000kbps下的灵敏度-85dBm掉电模式下的

52、电流消耗900nA NRF24L01工作方式及工作原理NRF2401有工作模式有四种：发送模式，承受模式，空闲模式，掉电模式。工作模式由PWR_UP register 、PRIM_R* register 和CE 决定，详见表3-2。表3-2 NRF24L01工作模式模式PWR_UPPRIM_R*CEFIFO存放器状态承受模式111-发送模式101数据在T* FIFO存放器中发送模式1010停留在发送模式，直至数据发完空闲模式101T* FIFO为空空闲模式1-0无数据传输掉电模式0-工作原理：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T*_ADDR和有效数据T*_PL

53、D按照时序由SPI口写入NRF24L01缓存区，T*_PLD必须在CSN为低时连续写入，而T*_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；假设自动应答开启，则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T*_ADDR一致。如果收到应答，则认为此次通信成功，T*_DS置高，同时T*_PLD从T*FIFO中去除;假设未收到应答，则自动重新发射该数据(自动重发已开启)，假设重发次数(ARC)到达上限，MA*_RT置高，T*FIFO中数据保存以便再次重发；MA*_RT或T*_DS置高时，使IRQ变低，产生中

54、断，通知MCU。最后发射成功时,假设CE为低则NRF24L01进入空闲模式1；假设发送堆栈中有数据且CE为高，则进入下一次发射；假设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R*FIFO中，同时中断标志位R*_DR置高，IRQ变低，产生中断，通知MCU去取数据。假设此时自动应答开启，接收方则同时进入发射状态回传应答信号。最后接收成功时，假设CE变低，则NRF24L01进入空闲模式1。3.4声光报警模块设计平安情况下，三色灯熄灭，喇叭无声；一旦监测

55、到发生火灾，即触发报警器进入报警状态，三色灯循环闪烁，喇叭发出警报声。蜂鸣器报警声音报警电路如下列图所示。由于蜂鸣器的工作电流一般比拟大，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流就可以了。声报警电路由单片机的P20引脚进展控制，当P2.0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。图3-7 蜂鸣器报警电路灯光报警光报警电路路如图3.5，由单片机的P2.1、P3.4、P3.5口进展控制，分别控制3个发光二极管，予以光报警，如下图。当监测到火灾发生时，单片机控制的三个端口循环依次输出低电

56、平时，对应的信号灯便会循环闪烁发出光报警。图3-8 灯光报警电路3.5温度检测模块设计本设计还带有一个温度检测的功能，系统可以通过读取DS18B20的温度数据并在LCD1602上显示，当系统监测到火灾发生时，会驱动声光报警系统报警。3.5.1温度传感器工作原理DALLAS 最新单线数字温度传感器DS18B20是一种新型的一线器件，其体积更小、更适用于多种场合、且适用电压更宽、更经济。DALLAS半导体公司的数字化温度传感器DS18B20是世界上第一片支持一线总线接口的温度传感器。温度测量围为-55+125摄氏度，可编程为9位12 位转换精度，测温分辨率可达0.0625摄氏度，分辨率设定参数以及

57、用户设定的报警温度存储在EEPROM 中，掉电后依然保存。被测温度用符号扩展的16位数字量方式串行输出；其工作电源既可以在远端引入，也可以采用寄生电源方式产生；多个DS18B20可以并联到3 根或2 根线上，CPU只需一根端口线就能与诸多DS18B20 通信，占用微处理器的端口较少，可节省大量的引线和逻辑电路。因此用它来组成一个测温系统，具有线路简单，在一根通信线，可以挂很多这样的数字温度计，十分方便。DS18B20的读写时序和测温原理与DS1820一样，只是得到的温度值的位数因分辨率不同而不同，且温度转换时的延时时间由2s 减为750ms。 DS18B20测温原理：低温度系数晶振的振荡频率受

58、温度影响很小，用于产生固定频率的脉冲信号送给计数器1。高温度系数晶振随温度变化其振荡率明显改变，所产生的信号作为计数器2的脉冲输入。计数器1和温度存放器被预置在55所对应的一个基数值。计数器1对低温度系数晶振产生的脉冲信号进展减法计数，当计数器1的预置值减到0时，温度存放器的值将加1，计数器1的预置将重新被装入，计数器1重新开场对低温度系数晶振产生的脉冲信号进展计数，如此循环直到计数器2计数到0时，停顿温度存放器值的累加，此时温度存放器中的数值即为所测温度。DS18B20有4个主要的数据部件：a. 光刻ROM中的64位序列号是出厂前被光刻好的，它可以看作是该DS18B20的地址序列码。64位光

59、刻ROM的排列是：开场8位28H是产品类型标号，接着的48位是该DS18B20自身的序列号，最后8位是前面56位的循环冗余校验码CRC=*8+*5+*4+1。光刻ROM的作用是使每一个DS18B20都各不一样，这样就可以实现一根总线上挂接多个DS18B20的目的。b. DS18B20中的温度传感器可完成对温度的测量，以12位转化为例：用16位符号扩展的二进制补码读数形式提供，以 0.0625/LSB形式表达，其中S为符号位。c. DS18B20温度传感器的存储器 DS18B20温度传感器的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的EEPRAM,后者存放高温度和低温度触发器 TH、

60、TL和构造存放器。d. 配置存放器。DS18B20部构造及功能：DS18B20的部构造如图3-15所示。主要包括：寄生电源，温度传感器，64位ROM和单总线接口，存放中间数据的高速暂存器RAM，用于存储用户设定温度上下限值的TH和TL触发器，存储与控制逻辑，8位循环冗余校验码CRC发生器等7局部。图3-10 DS18B20部构造3.5.2DS18B20使用中的考前须知DS18B20 虽然具有测温系统简单、测温精度高、连接方便、占用口线少等优点，但在实际应用中也应注意以下几方面的问题：1)DS18B20 从测温完毕到将温度值转换成数字量需要一定的转换时间，这是必须保证的，不然会出现转换错误的现象