基于AT89C52的火灾报警系统的设计

PAGE2基于AT89C52的火灾报警系统的设计摘要：伴随着社会的进步和社会经济发展，消防安全问题变得愈发重要，然而现阶段我国的大多数研究主要集中在了大规模公共场所的安全预警上。因此需要开发出一款构造简便且成本低廉的家用烟雾报警器来满足市场的需求。根据为家庭而设计的烟雾报警器的必备条件与性能标准，进行了相应的优化调整并制定出了较为合适的方案。此方案利用了传感和单片机的组合来构建其核心的警报体系结构，这可以与其他组件结合使用从而完成声光报警、自动通风装置及消防灭火等多种功能。我们选择采用AT89C52为控制单元对该架构实施管理操作;气体探测部分则选用了MQ-2型半导体制成的可燃物质感知模块——即用来监测空气中有无火源产生的浓密黑烟的存在情况的一种新型电子仪器。这个预警系统的主要架构包括：前置放大电路用于收集周围烟雾信息，模拟数字转化阶段、单片机控制电路、显示电路、声光报警电路以及安全保护电路。等等一系列步骤所形成的一个完整闭环的过程。这种方法既简洁明了且成本较低使得它能够被广泛地运用于各种场合当中并且具备实际意义上的有效性和可靠度。本文主要是对于烟雾报警系统里的每个关键元件及其具体作用进行阐述同时还特别强调了一下它的主控接入模式还有整体软件的设计思路等方面的分析。关键词：气体传感器MQ-2；火灾报警；单片机；智能控制；DS18B20

DesignpaperoffirealarmsystembasedonAT89C52Abstract：Withtheprogressofsocietyandsocio-economicdevelopment,firesafetyissueshavebecomeincreasinglyimportant.However,atpresent,mostresearchinChinamainlyfocusesonsafetywarninginlarge-scalepublicplaces.Therefore,itisnecessarytodevelopasimpleandlow-costhouseholdsmokealarmtomeetthemarketdemand.Basedonthenecessaryconditionsandperformancestandardsofsmokealarmsdesignedforfamilies,correspondingoptimizationadjustmentshavebeenmadeandamoresuitablesolutionhasbeendeveloped.Thisschemeutilizesacombinationofsensorsandmicrocontrollerstoconstructitscorealarmsystemstructure,whichcanbecombinedalarm,automaticventilationdevice,andfireextinguishing.WechoosetouseAT89C52asthecontrolunittoimplementmanagementoperationsonthearchitecture;ThegasdetectionsectionusesacombustiblematerialsensingmodulemadeofMQ-2semiconductor,whichisanewelectronicinstrumentusedtomonitorthepresenceofdenseblacksmokegeneratedbyfiresourcesintheair.Themainstructureofthisearlywarningmechanismincludesacompleteclosed-loopprocessformedbyaseriesofsteps,includingapreamplifiercircuitforcollectingsurroundingsmokeinformation,ananalogdigitalconversionstage,amicrocontroller,asafetyprotectioncircuit,andsoon.Thismethodisconcise,clear,andcost-effective,makingitwidelyapplicableinvarioussituationswithpracticaleffectivenessandreliability.Thisarticlemainlyelaboratesoneachkeycomponentanditsspecificfunctionsinthesmokealarmsystem,whilealsoemphasizingtheanalysisofitsmaincontrolaccessmodeandoverallsoftwaredesignideas.Keywords:gassensorMQ-2;firealarms;single-chipmicrocomputer;intelligentcontrol;DS18B20

目录摘要 1Abstract 21绪论 51.1课题的研究背景 51.2课题的研究目的与意义 51.3火灾报警器的发展与现状 61.4课题的研究内容 71.5文献综述 72火灾报警系统的总体方案设计 92.1系统的功能要求 92.2系统的技术要求 102.3系统的组成及方案设计 103系统的硬件设计 113.1主控电路 113.2烟雾探测电路的设计 133.3液晶显示电路设计 143.4声光报警提示电路 163.4.1灯光提示电路 163.4.2声音报警电路 163.5温度采集电路 163.6按键电路 183.7继电器驱动接口电路 194系统的软件设计 204.1主系统程序设计 204.2液晶显示程序设计 214.3温度检测程序设计 224.4烟雾检测程序设计 234.5蜂鸣器报警程序设计 245火灾报警系统的测试结果及结论 265.1硬件调试 265.2软件调试 265.3仿真测试 275.4结论 28致谢 29参考文献 30附录1电路图 32

1绪论1.1课题的研究背景火灾是由于燃烧反应失控引发的灾难，火灾让人们的生命以及财产和安全带来了严重的伤害。由于出现了很多严重的火灾事故，所以人们一直都在寻找解决的办法。当前火灾情况是最常见、摧毁力度最强的灾难之一，随着经济的高速发展，高层住宅以及大规模综合性地下建筑数量的不断上升，火灾问题也在逐渐增多，火灾发生数量也呈现持续增加的趋势。在过去的很长一段时间，我们一直在对消防事故中的突发事件展开深入的研究工作;直至目前，这一领域的理论已经相对完善了起来。其发生的机制及演变进程相当繁复且涵盖着强烈的环境关联因素(通常伴随有浓烈的黑烟、高温辐射等现象)但它们的具体表现形式却各异——这取决于所处的特定生态环境及其内部燃料构成情况：例如，产生的烟尘颗粒大小差异显著,同时热能散布模式也存在差别并影响到可见的光学特性等等REF_Ref26277\r\h[1]。因此，这些特质使得我们在处理此类问题时需要考虑多种多样的自然科学和社会学科指标来分析它们之间的相互作用关系以达到更准确地预测结果的目的。在此基础上，人们根据这个特点，使用不同带光传感器的复合双波段火焰探测器。由于生活品质都在逐步发展，工厂、住宅等建设的数量不断增加的同时，其引发火灾的风险也在同步上升。此外，大量使用塑胶材料和玻璃材质于现代化建筑物的情况使得消防人员在外部或内部救援时面临诸多挑战。特别是位于大城市中的酒店、宾馆、购物中心、图书馆、博物馆、档案室及其它公共设施场所对防火警报系统的需求日益增高。若不幸遭遇大火，则可能无法迅速施救并造成难以估计的国家和社会财产损害。1.2课题的研究目的与意义目的：在于阐述当前社会环境下家庭发生火灾的风险日益增大这一事实。家用电器及天然气的使用量不断上升，导致了家庭起火事件的发生率逐年攀升。一旦家中突发大火且未能得到迅速控制时，往往会因为缺少必要的灭火设施或现场人员因恐慌而行动迟缓等不利条件造成无法挽回的人员伤亡与财物损毁的结果。据官方数据表明，在全国范围内的所有火灾事故当中，有30%是家庭引发的事故占比。这些由家庭引起的火灾原因繁杂多样，有时甚至潜伏于大家视而不见之处。综上所述，由于缺乏对家居安全的认识而引发的家庭火灾事件，使得原本美满的生活瞬间被破坏，甚至可能导致家庭的瓦解和人员的死亡。此外，如果处理或报警不够及时的话，可能会增加火灾中的人员死亡风险。因此，为了避免这些情况的发生，人们需要主动学习并且掌握关于家庭火灾发生的主要原因以及如何防止火灾发生。这正是现在的研究目标所在。意义：在我国很多城市每天都会有家庭火灾的发生，所以每一个人的消防意识必须时刻保持警惕。若能在日常生活中针对自家环境制定适当的预防火警策略，一些可能发生的灾难是可以有效防止的。通过听觉与视觉的预警系统来降低火灾带来的损害是有效果的。国家和人们已经意识到，声光报警在火灾预警中的重要性。根据数据显示，当前发生火灾的房屋很多都没有安装报警装置。因此，为了防止火灾的发生，声光报警有很大的作用。1.3火灾报警器的发展与现状近些年来，国际上已经开始研发与推广使用无线的火灾预警体系。最初阶段时，这种系统的成本较高且需要有线路连通才可以正常运行，因此主要适用于特定环境下的设施监控部分。然而现在情况发生了变化：大部分电器都可以实现无线远程操纵控制，这使得它可以在各种类型的建构物及场地中得到普遍运用。美国的ITI集团自1981年成立以来，已是全球最大规模的专业生产无线防火警示产品的企业之一;REF_Ref27625\r\h[2]据统计数据显示，他们每年在美国市场上的销量占据着超过九成的份额并且达到了一亿美元。此外他们的品牌也经过中国“国家消防电子产品质量监督检验测试中心”的产品认证合格后被认定为符合标准的安全防护用品。虽然我国对消防警报系统的研究和应用起步稍迟于其他国家和地区(如欧美等)，但在20世纪70年代后期至80年代的这段时间里，我们已经开始了相关设备的研究制造工作。到了20世纪80年代之后，大部分的中国厂家都在模仿国外的设计或者引入其科技成果来制作自己的商品;然而并没有形成具有自主知识产权的核心竞争力体系，因此这个行业才刚开始蓬勃发展。而随着这些早期研发的产品逐渐被广泛使用并且得到认可的同时，目前的监管部门也在不断放宽政策允许外商进驻到我国的市场当中去推广他们的最新科研成就——尤其是在20世纪90年代这一时期内更是如此：大量的外企纷纷涌入我国以期分享这里日益增长的需求量所带来的商业机会。与此同时也见证了一些国产企业的迅速崛起、他们通过各种形式包括技术的交流互换及跨国的联合经营等方式实现了显著进步并在当前竞争激烈的环境下脱颖而出成为业界的一流品牌之一部分甚至达到了世界级的水准。国外的很多国家在火灾时都具有一套完善的消防体系。英国、法国等发达国家采用实时查看监控来传输火灾警报所需要的传感器。尽管我国的报警系统开发起步较晚，但随着人们对火灾威胁的理解日益加深，火灾预警系统得到了迅速的进展。一些公司通过合资生产和技术研发，获得了显著的成果，部分技术已经接近或赶上了全球水平。目前，市面上所出现很多智能火灾警报控制系统的构成是使用的微处理器，它的发展具有以下特点:(1)规模大。目前火灾报警系统正在持续价加大它的容量。这个系统具有编址的功能，一旦火灾发生，火灾报警器会发出声响和光亮实物警告，并且显示发生火灾的地址。有些报警器的编码址可以高达数万个。(2)功能模块化。是一种设计和维护的方法，可以通过可编址功能模块来实现。通过软件设置，可以降低误报率。(3)智能化。智能化技术的应用提高了火灾探测器的报警系统的灵敏度，同时微处理器的使用可以加大火灾探测器的信号传输能力。1.4课题的研究内容火灾预警系统主要负责监测温度和烟雾，并通过单片机来操作相应的报警以及驱动设备REF_Ref27789\r\h[3]。这个项目需要完成下列任务，包括：（1）硬件部分：转换电路的构成，烟雾信号的构建，模组的挑选，还有规划集成电路。（2）软件部分：绘出对应的原理结构图，然后编制出微处理器的应用程序（3）调试和分析：对整个系统进行全方位的测试是在软硬件设备安装后进行的调试和分析工作，用来评估它的安全性和实用性，并对系统后续的问题进行改良和调整。1.5文献综述随着科技的不断进步，新技术和新型变换器的不断涌现提高了电力的使用效率和用途，显著提升了居民的生活水平。然而，与此同时也带来了一些负面影响。其中，火灾是威胁人类生命财产安全的重要因素之一。为了减少火灾对人类社会造成的损失，研究人员们设计了各种火灾报警系统。本文将总结基于AT89C52单片机的火灾报警系统的设计。AT89C52是一款价格低廉且性能稳定的单片机，在各种应用领域有着广阔的前景。设计基于AT89C52的火灾报警系统具有以下优势：首先，系统采用单片机作为控制核心，具有高精度和可靠性；其次，系统采用模块化设计，易于维护和升级；再次，系统具有较高的灵敏度和稳定性，能够及时发现火灾并发出警报；最后，此系统具有比较低的成本，便于能大规模的推广这个应用。在火灾报警系统的设计中，硬件设计起着至关重要的作用。主要的组成部分有烟雾传感器、温度传感器、单片机AT89C52、显示电路和报警电路。烟雾传感器和温度传感器负责监测环境中的烟雾浓度和温度变化，并将信号传输给单片机。单片机会对这些信号进行处理和分析，来判断是否发生火灾；显示电路用于显示系统的工作状态和火灾报警信息；报警电路在发生火灾时发出声音和光线警报，提醒人们采取逃生措施；软件设计在火灾报警系统中扮演着核心角色，主要涵盖以下几个部分：初始化程序、烟雾检测程序、温度检测程序、数据处理程序和报警程序。初始化程序负责设置单片机的接口和参数；烟雾检测程序和温度检测程序分别用于监测烟雾浓度和温度变化；数据处理程序用于对检测到的数据进行滤波和阈值比较，判断是否发生火灾；在规划火警系统时，必须要充分考虑到系统的可靠性与稳定性。为了加升系统的信赖度和稳定性，可以采纳下面措施：选择高品质的传感器和元器件，保证信号的准确传输；

2火灾报警系统的总体方案设计本课题的主要焦点在于如何在火灾发生时及时报警和控制，接下来将重点讨论系统功能、技术要求以及实施方案。2.1系统的功能要求利用单片机的火灾警报系统，能够实时监测外部环境中的烟雾含量，并将数据传递至预警管理设备。一旦发现其接收的数据超出预先设定范围，便会触发响铃警示和红色灯光闪烁。此种装置适用于图书馆、购物中心或教室等多种场景，且构造简易，操作方便，成本较低，具备实际应用价值。这个系统的发明主要包括了下面几个功能：(1)火势探查功能：对于提高火灾预警的安全和实时性，消防警报体系必须采用多种手段去寻找火灾源。依据不同类型的防灾区域，客户可以选择适合的环境温度监测方式、气体泄漏检查技术或其他等多种适用的火灾检查方法，来有效地发觉火灾源头；(2)光线警报功能：室内的烟雾浓度太高、火灾发生或其他异常状况出现时，警报器需要进行灯光警告。如果烟雾超过了预设的最大值，可以通过蜂鸣器进行警告。具体功能如下：（1）DS18B20温度传感器、LCD1602液晶显示、MQ-2烟雾传感器或MQ-5可燃气体传感器及ADC0809模数转换芯片构成REF_Ref28043\r\h[4]；（2）准确检测并显示当时的烟雾浓度和温度；（3）当前温度和烟雾的警报值可用按键来调整；（4）当温度到达上限时，红色指示灯会根据温度的高低来控制亮度，并且跟随着刺耳的声音；（5）当烟雾含量到达上限时，黄色指示灯会根据烟雾浓度控制亮度，并且跟随着鸣声器的声音；（6）四个按键功能包括：减、设置、加，而单独的是复位键；（7）添加继电器驱动模块后可以实现烟雾或可燃气体的浓度过高，使得风扇开始旋转以模拟排烟。（8）当温度达到预设的上限，红色说明灯会亮起并伴随着蜂嗡声。如果烟雾和温度都达到了这个阈值，那么另一台继电器将被触发，从而启动水泵进行模拟喷洒操作。2.2系统的技术要求一旦理解了该体系的功能与运作机制，人们就能够大致明确其技术需求。由于此系统所使用的单片机价格相对较低，因此能适应大量制造及各种工程项目的要求。对整个系统来说，为了增强市场竞争能力，它必须具备尺寸小巧、能源消耗少、费用便宜、且安全性高的技术特点。具体的规格如下面所示:(1)体积小：体积小的探测器可以节省很多空间，对于它的使用和替换也可以更加便捷；(2)功能消耗低：整个系统的供应只需要使用5v开关电源或者三节5号干电池。(3)安全性高:为了减少错误报告的可能和确保系统的长期稳定，本案显示各种状态的指示灯有很多。这是因为可能会产生不确定的电磁来干扰系统的工作环境。2.3系统的组成及方案设计烟雾报警器是一种能在发生火灾时，能及时地监控烟雾浓度以及对人们发出警报的一个设备。这个警报系统的基本构建是包括：收集信号和前置放大电路、单片机控制电路、集成电路由字符来显示、声光警告集成电路以及安全防护集成电路等各个组件REF_Ref27789\r\hREF_Ref28305\r\h[5]。为了满足家庭及工厂环境中对于火灾危险的烟雾的安全需求，此方案设计了一款具备展示警报状况、自我检查故障、通风排放并实施自动灭火等功能的烟雾探测器REF_Ref28043\r\h。该设备采用了延时工作模式，通过使用AT89C52单片机作为主控单元，利用QM-N2半导体的烟雾传感器收集烟雾浓度的数据，与外部线路共同构建了烟雾预警系统。报警系统结构如图2-1。图2-1系统结构图

3系统的硬件设计系统整体电路图见附录1所示。这个系统设置了两个警报，可以显示当前的烟雾浓度和温度（可以通过键盘进行调整）。这两个警报值可以检测温度的高低和烟雾浓度高低。如果烟雾超出设置的范围，就会触发红灯和蜂鸣器声光提醒；而如果温度超出设置范围，则会触发黄灯和蜂鸣器声光提醒REF_Ref28540\r\h[6]。3.1主控电路此编程系统是一个功能消耗低、性能高的8位控制器，并且带有8K闪存的系统。以8位为核心的AT89C52单片机，在系统中采用Flash编程，提高了极高的弹性和高效，以处理具有很多嵌入式的控制系统的应用。这是一个很大的问题，它拥有512字节的随机存取存储器，8千字节的快闪记忆体，32位输入/输出端口电缆，定时器，4KIBmax810重设回路，3个16位16位输入输出端口电缆，比特计数、6-2阶段的分割架构、完整的双串行接口的标准特性。当CPU处于空闲状态时，它会暂停运行，同时允许内存、定时器/计数器和串口依次中断。在功率保障模式下，内存的存储和振荡器的冷却可以在下一次或设置之前停止所有控制，已关闭备用设置。最大频率可达35MHz，可选6T/12T。AT89C52的主要功能如下表3-1所示，其DIP封装如下图3-1所示表3-1：AT89C52主要功能主要功能特性兼容MCS51指令系统4K可反复擦写FlashROM32个双向I/O口256x8bit内部RAM3个16位可编程定时/计数器中断时钟频率0-24MHz2个串行中断可编程UART串行通道2个外部中断源共6个中断源2个读写中断口线3级加密位低功耗空闲和掉电模式软件设置睡眠和唤醒功能图3-2AT89C52DIP封装图基本单元包含了单片机和其必须的相关供电、计时、复位设备等等组件，这使得单片机能够持续保持正常的工作模式。供电、计时装置等电子元件构成了让单片机运作的基本要素REF_Ref28641\r\h[7]，因此本项目把基础模块视为应用程序的核心元素，并通过对它实施内存扩充、模拟数字转换等操作，以实现单片机执行更高级别的功能。因为具有内部ROM/EPROM功能的特性，所以使用了带有这些特性的单片机AT89C52来构建最小工作体系是非常简单的且稳定的。当采用该类型的CPU作为基础组件建立工作平台的时候，只需将其连接到相应的定时模块及恢复机制就可以实现其基本架构的设计;具体来说就是图3-2展示的那样：基于集成的局限性和对规模的要求，这个低级别的操作模式只适用于那些较小的管理设备或单位。图3-2单片机最小系统原理框图(1)时钟电路本案使用两个方法来生成AT89C52单片机的时钟信号：一个是内置式的方式;另一个则是通过连接到其上的外界设备实现的外部模式。以这种形式产生的时钟可以参考图3-3展示的内容。在这个图像里可以看到，该芯片包含了一个能够自我激发并形成周期性的电子波动的震动元件，这也就是自动激励装置了！而这个过程中的关键部件就是由XTAL1和XTAL2这两根导线组成的部分。图中电容是C1和C2，它的电容值在5~30pF，典型值为30pF。图3-3AT89C52内部时钟电路(2)复位电路当单片机的复位（RST）接口收到高电平信号并保持该状态两个机器时间后，内部将执行恢复操作。只要该接口保持高电平，单片机将持续处于循环恢复状态。在上电自动复位系统中，外部复位电路的电容充放电过程可实现上电自动复位。为确保实现自动上电复位效果，Vcc的升高速度不得超过1ms。在进行上电复位时，通常也可以通过按键手动进行。该设计就是利用这种方法来实现键盘的手动复位。同时，电平复位可分为脉冲方式和电平模式两种。其中一种实现电平复位的方法是将RST(9)端与电源Vcc连接。图3-4AT89C52复位电路3.2烟雾探测电路的设计Mq-2型气体感应器一般用来检测以氢为主的城市煤气、天然气和液化石油，其抗干扰性强，水蒸汽、烟等干扰物对其影响微乎其微。图3-5展示了元件的外观结构，其基底由耐高温酚醛塑胶构成，导线则是镀镍铜丝。上罩则使用双层密纹不锈钢网进行压缩，具有很强的抗压和防爆性能。图3-5MQ-2型元件外形结构图上述图片展示了MQ-2气敏元件的基本构造与外观设计，这些组件主要包括微型AL2O3陶瓷管、SnO2敏感膜，都是被安装在以塑料或者不锈钢制作而成的密闭空间内，从而确保其工作环境所需的热量供给是由加热器提供的。此种包装后的气敏元件拥有６只针状管脚，其中４个用于信号取出，２个用于提供加热电流。图3-6显示了该电路的组成，主要分为两个部分：烟雾传感器负责检测烟雾并将其转换为ADC0809。模数转换电路则是把模拟信号变为数字信号给单片机实现，然后单片机实现再实现相关的读取和处理REF_Ref28834\r\h[8]。图3-6烟雾检测电路图在烟雾检测电路中，模数转换芯片ADC0809被用于转换模拟信号为数字信号。该芯片具有28条引脚，采用双列直插式封装，并将地址存入地址锁存器中REF_Ref28974\r\h[9]。在选定其中一路8路模拟输入进行译码后，当START信号上升沿到达时，寄存器将逐步复位，而下降沿将触发A/D转换的启动。当A/D转换完成并将结果数据存储后，EOC输出信号将变为高电平，表示转换已经结束。当OE输入为高电平时，三态门将打开，将转换结果的数字量输出到数据总线上。确认完成A/D切换是数据传输流程中的重要步骤，因为只有确认切换完成，才能开始传递信息。在确认A/D切换完成后，相关信息应立即传递给单片机以完成后续的数据处理工作。3.3液晶显示电路设计LCD1602A是一种工业字符型液晶，它可以一次展示出最多达32位文字信息——也就是16x02的组合形式。这种类型的屏幕在社会的各个角落都有所应用，例如计时工具或家庭电器等各种类型的产品上都能见到它的身影;这些装置通常会以数字或者特定的标记来呈现内容，有时也会包含图像元素。当前在设计人与机器之间的交互界面上的时候，常见的选择包括了发光管、LED数字化仪盘或是液晶显示屏等选项。其中最常用的就是前两者，因为它们相对来说软件开发难度较低且易于实现功能需求。内置于LCD1602液晶模组内的字符生成储存区已预先储存在超过160种独特的像素排列式样中，其中包括如阿拉伯数字、英文大小写字母及常用标志等等各种常见的元素;每个这样的图案都对应着一种特定的编码方式——例如"A"这个英文首字母其相应的编号为01000001B(41H)——当该模式被激活并读取到指定位置后，可以观察到的就是这块区域所展示出的相应图像内容。这个设备的读出和输入动作，以及显示器和光标的使用都是根据程序指示来完成的（说明：1为高电平，0为低电平）。液晶显示器是一个慢速的显示器装置，所以在运行所有命令以前必需确定该系统的忙碌标志为低电平，这表明它并未工作，否则这条命令将无效REF_Ref29108\r\h[10]。当需要展示文字时，最先需要提供字符的位置，展示文字的地方也要一并告知。1602显示地址如图3-7所示：图3-71602内部显示地址根据其固有的性质和对电子信号反应的方式，可以使用液晶来创建图像并将其呈现出来只要施加适当的电力即可产生视觉效果。这种技术被大量用于各种设备中，例如笔记本计算机和平板电视等等;它们的特点包括轻巧且结构紧凑，同时可以直接由微型芯片供电而无需额外的电源模块或其他辅助组件。液晶显示电路图如图3-8所示。图3-8液晶显示电路设计3.4声光报警提示电路3.4.1灯光提示电路本设计的烟雾浓度报警系统利用不同颜色的LED指示不同的浓度。电路如图3-9所示，D1和D2为发光LED，电阻R4阻值为2.2k，R3为1k，接5V电源。图3-9灯光提示电路3.4.2声音报警电路蜂鸣器电路包括这三部分：三极管、蜂鸣器、限流电阻REF_Ref29216\r\h[11]。作为声音的产生元素，当对它们的两个终端输入直流或方波电源时(对于有源蜂鸣器而言),或是应用到矩阵信号的时候(针对无源蜂鸣器),它们就会开始播放出警报了;而它的关键特性包括外观大小形状和角度位置等等因素都是可以根据需求去挑选REF_Ref29216\r\h[11]。三极管Q1在这里的作用是能够开关，如果要使峰鸣器发声，那么它必须使三极管饱和导通；如果要使峰鸣器不发声，就必须使三极管关闭。系统电路图如图3-10所示。图3-10声音报警电路3.5温度采集电路由美国的DALLAS公司的产品—DS18B20组成网络型数位式热敏电阻集成电路加上一种防腐蚀的不锈钢防护套而制成的产品，具备了抗摩擦和撞击能力强、尺寸较小的特点且易于操作，同时提供了多种封装选择以满足不同环境下的需求。它广泛应用在了各类小型电子装置上用于对物体的数字化测量及调控方面。该款产品的独特之处在于仅需一根导线的通信模式：当将其接入到计算机或其他类似系统内的时候只需要用这单一的一条线路就能完成数据交换的功能(即双向信息传递)；要实现多点组网功能，可以将多个DS1820并联在同一条三线上。其工作电源为3至5V直流电，无需使用任何外围元件。以下是DS18B20引脚图，各引脚功能如下：I/O为数据输入/输出端，为漏极开路输出。当外接上拉电阻时，常态下为高电平。UDD是可选的外部电源端，如果不使用时需要接地。如果不需要使用，则是一个空脚。图3-11DS18B20引脚DS18B20的主要构造由七个部分组成：内置电压源、温敏元件、64位的激光ROM(loser)及单一连接方式、高性能缓存区(即便筏式RAM，用以储存中转信息)、TH触发指令寄存器和TL触发指令寄存器，这些组件被设计来保存客户设定好的温度上限和下限值、管理并调控逻辑、生成位循环冗余检查码(CRC)。温度检测电路图如图3-12所示。图3-12温度采集电路3.6按键电路这个设计方案采用将按键接通低电平来读出按键，在单片机初始阶段，由于其处在高电流阶段，当按键被按下时，可以产生低电平给单片机，从而使单片机可以处理不同阶段发出的信号。此方案采用的是两个类型的键盘：独立型和矩阵型REF_Ref29337\r\h[12]。对于前者来说，每个I/O接口仅连接到一个按钮，并通过电源或者地线与之相连(通常是地线);后者的编程相对较为繁琐，但它能减少对I/O的使用量。鉴于当前的设计需求，本案将选择使用独立型的键盘方式。采用独立式键盘的方法是在使用单片机的输入输出接口检测是否存在触发事件。首先，把常用开关的一个侧面连接到地，另一个则连至某个I/O口。启动阶段，先将这个I/O口设置成高电平，而在没有按钮被按下的正常情况下，该I/O口会维持其高电平。一旦发生按钮按下的情况，由于该I/O口和地之间的接触导致它变为了低电平。而当按钮松开之后，由微控制器的内建上拉电阻使得该I/O口仍处于高电平状态。因此，现在的任务就是通过编程检查这个/IO口的状态以确定是否有按键动作了REF_Ref29663\r\h[13]。在这个使用单片机来控制按钮的过程中需要考虑的一个关键步骤便是去抖问题——这是一种由设备本身引起的、发生在没有完全触发但接近于此时的电子状态中的波动情况。这不是现在能直接掌控的人类行为导致的振荡;它通常持续时间为10~200毫秒左右。这个速度相较人类反应和计算机中使用的超快速计数器来讲是非常快的，因此很难被察觉或解决。为了克服这个问题并确保数据准确无误地传输给系统，可以采用软体方法或者硬体方式去除噪声影响REF_Ref29781\r\h[14]。在这里此案将选择后者作为解决方案，其原理是在检测出任何低于阈值的状态之后立刻延迟一分钟以上以便跳过可能出现的短暂波动的区域(建议设置成20毫秒)，如果它的值是1，那么它低电平的时间就不到200毫秒，j就是干扰信号。如果它的值是0时就需要按下键，来调用它的处理程序。硬件电路如图3-13所示：图3-13按键电路3.7继电器驱动接口电路通常情况下，继电器其核心部分包括了导体材料如金属或其他物质构成，而它的外部则包含着一系列元件比如铜丝或者其他的连接器等等这些组成了整个系统的基础结构元素。一旦给它施加适当的外部电源之后，这个设备内部会形成特殊能量场使得该装置能够被激活并开始运行起来并且最终达到预期的目的也就是实现对电气系统的有效管理及操作功能。如图3-14所示是继电器驱动接口电路。在开机时，单片机初始化后P3.5端口为高电平，此时继电器处于释放状态。当P3.5端口变为低电平时，三极管的基极被拉低，产生足够的基极电流，使三极管导通，继电器得电吸合，从而带动负载，点亮相应的电灯。图3-14继电器驱动电路图

4系统的软件设计4.1主系统程序设计此系统的运作过程是通过烟雾传感器收集并放大其捕捉到的大量烟雾浓度的信息，然后将其转变为放大的模拟电子信号。接着，这个模拟信号被模数转换模块转变成单板机能够理解的数字化讯号，最后传递给单板机。接下来，单板机会对其进行解析与分析。如果进入数据转换模块的增大信号不是0，就会触发警示设备开始运行。否则，就表示一切正常。本系统使用蜂鸣声和LED灯闪烁来发出警告信号REF_Ref29931\r\h[15]。这是一种基于声音预警的基础上添加上灯光提醒的方法。由于变动的光信号能吸引住用户及其邻里的注意力，从而克服了噪音环境下声音提示的限制，使整个预警机制更趋于完美。同时，单板机还能操控消防龙头喷出水流以扑灭火灾、开启抽风机排出烟雾等操作。报警系统主程序流程图如图4-1所示。图4-1系统主程序流程图4.2液晶显示程序设计在这个操作系统里，首先对LCD执行初始化设定，之后将AD变化的参数发送给LCD，接着LCD读出这些信息，再写入相应函数。最终把收集到的温度和烟气含量展示在LCD1602的屏幕上。其流程图如图4-2所示。图4-2液晶显示流程图4.3温度检测程序设计DS18B20采用的是单线通讯方式，这意味着它只使用了一个连接来完成收发操作。当作为接收端的时候，它的输入模式处于高电阻状态;而在发送过程中，它是开漏输出的，没有直接产生高电平的功能，所以只有在输出0时，会借助MOS管的下拉作用使之变为低电平，但如果要输出1的话，就变成了高阻态REF_Ref30411\r\h[16]，必须额外加装上拉电阻才能实现。这就是为什么需要添加上拉电阻的原因，因为如果不这样做，就不能得到1的信号。在执行温度测量任务的过程中，第一步就是对设备进行初始化，然后开始读取并转换成数字值，再传递到微控制器中以供LCD屏幕展示，具体的过程可参考图4-3中的描述。图4-318B20程序流程图4.4烟雾检测程序设计首先需为传感设备加热，由于MQ-2型号的半导体电阻式烟雾探测器若未供电则放置一定时间后，一旦重新接入电源，其无法立即开始运作并收集烟雾数据，即必须经过一段预热过程才能实现正常的检测功能。待程序启动完成后，系统便会转至监视模式，以全面检查整套线路及周边的环境状况REF_Ref30907\r\h[17]。ADC0832在报警控制系统的全部运作中，负责将烟气含量数据信息进行转换和处理。然后，通过单片机对这些信号进行分析并最终得出烟雾浓度值。图4-4烟雾检测程序流程图4.5蜂鸣器报警程序设计警报系统通过操作P2.5脚与蜂鸣器和指示灯建立联动,将系统的警告异常信息输出。该系统的运行步骤如图4-5所展示。在执行异常警报程序之前，首先要确认是否存在温度或者烟雾浓度的监测异常情况。如果发现了这种监测异常，就会控制蜂鸣器输出提醒音并且点亮通知灯REF_Ref31440\r\h[18]。最后，我们需要判断是否有报警事件发生。若没有监测参数出现异常，那么将禁止蜂鸣器和指示灯的工作。图4-5声光报警程序流程图

5火灾报警系统的测试结果及结论5.1硬件调试首先需要检测硬件电路设计的原则是否准确无误，以确保其能达成预期的结果并且操作方式简洁等;接着，当所有线路都已连接完毕后，要仔细审查所有的焊接状况REF_Ref31560\r\h[19]。此次使用的是分块测试的方式，即分别针对烟雾探测器、控制系统及单片机控制部分进行调整。在逐一测试每一个组件的过程中，最后也采取了一种从局部至全局，从小到大逐步推进的策略，然后把各部件组合在一起形成完整的设备。在调试过程中遇到的问题有：最初调试没有检查AT89C52的管脚，以至于管脚的焊接顺序都出现了错误，最后我重新购买器件来进行重新焊接。烟雾传感器的数值始终降不下来，然后查找了相关资料并进行元器件更换检测后发现，烟气感应器在初次应用时需要充电超过几小时才能真正运作，因此需要做老化检验。随着理解的深入，编写解码程序也进行了相应的调整。硬件实物图如图5-1所示。图5-1系统硬件实物图5.2软件调试美国的KeilSoftware公司的产品——KeilC51是一款针对51系类芯片设计的并具有其完全相符性的单一微处理器(MCU)使用的C编程环境套件。它比传统的C语言更为先进且有更多的优点：例如它的灵活性和简洁度更高;而且更容易被学习者掌握及应用于实际项目中。当你已经熟悉了C语言之后再去尝试这个新的程序设计方式会让你更有感觉并且能够更好地利用其中的特性REF_Ref31655\r\h[20]。此外值得一提的是，通过观察经过转换后的最终机器码可以发现该版本的目标文件生成过程相当高效，大多数情况下都会产生较短但又清晰明朗的指令集。这对于构建复杂的大型工程来说尤为关键。接下来将深入探讨此产品的各个模块及其具体用途。Keil_c软件界面如图5-2所示。图5-2Keil_c软件界面5.3仿真测试系统仿真演示图如图5-3所示，当前温度为47.5摄氏度，烟雾浓度为50%，温度阈值为36摄氏度，烟雾阈值浓度为45%，经过测试，仿真演示无误。图5-3仿真图5.4结论火灾事故是一种由于燃烧失控导致的严重事故，它对人类的生存产业和社会构成了极大影响。由此引起的各类安全事故层出不穷，所以社会各界从未停止过对火灾事故的研究工作。在对众多国内外资料进行深入研究后，本文针对传统火灾报警探测器所面临的问题，有效地提出了一套设计方案。这极大地增强了产品的实用性和市场竞争力。在本研究项目中设计了一个基于传感器网络和无线通讯系统的火警预警检测设备。其主要部分包括：使用丰富接口的AT89C52作为中央处理单元，负责接收并解析来自传感器的输入信息，同时具备人机交互的功能如数据编程等。方案的软件开发采用了C语言，通过最大化地运用内置硬件资源来提升运行速度，减少代码大小。这个小型化的、能效高的、易于设置及维护的装置因其诸多优势(