【《基于单片机的火灾安全报警系统设计》11000字】

图3.3复位电路所示。图3.3复位电路图3.4显示模块电路设计1602采用标准的16脚接口，其中：第1脚：VSS为电源地：第2脚：VDD接5V电源正极；第3脚：VO为液晶显示器对比度调整端，接正电源时对比度最弱，接地电源时对比度最高(对比度过高时会产生“鬼影”，使用时可以通过一个10K的电位器调整对比度)：第4脚：RS为寄存器选择，高电平1时选择数据寄存器、低电平0时选择指令寄存器：第5脚：RW为读写信号线，高电平(1)时进行读操作，低电平(0)时进行写操作；第6脚：E(或EN)端为使能(enable)端.第7~14脚：D0~D7为8位双向数据端；第15~16脚：空脚或背灯电源；15脚背光正极；16脚背光负极.图3.4液晶LCD1602仿真电路图LCD1602中有80个字节用于显示数据的存储器，显示字符时，需将ASCII码转换成十六进制写入存储器DDRAM中，LCD上就会显示出其对应的字符，当然屏幕中显示的字符位置是与RAM对应的，00H~0FH地址区域是LCD显示出的第一行，40H~4FH区域是LCD显示的第二行，10H~27H和50H~67H这两个地址区域范围属于隐藏区域，若将数据写入其中，LCD将不会显示图3.5LCD1602电路图3.5温度传感器模块DS18B20是一种单总线式数字温度传感器.该系统结构简单，成本较低，体积小[11]，不需外接元件，可实现单端口通信;片内ROM包含64位的唯一序列号，可多点组网使用;抗干扰能力强，扩展方便.本文论述了DS18B20的工作原理.利用单片机，开发了基于DS18B20的分布式温度探测节点.采样率在100S/ps～200S/ps之间可调，采样精度为12bit，温度探测范围为-55℃～+125℃，温度精度0.062[12]。图3.6温度传感器仿真电路图3.6报警模块设计报警任务由蜂鸣器完成，当温度超过警戒值或着烟雾传感器受到烟雾的影响时，蜂鸣器发声示警。此电路由三极管，电阻，蜂鸣器，电源组成，提供一个低电平给三极管的基极，导通三极管，蜂鸣器发声。其电路图如图3.9所示。图3.7蜂鸣器报警电路图4系统软件设计4.1主程序流程图火灾报警系统需要实现温度测量、实时显示温度数据、烟雾传感预警、自动报警等功能。程序开始先对控制电路、传感器、LCD1602、报警值等模块进行初始化，按下复位键对报警器进行复位、当传感器收到温度或者烟雾的影响，传感器将信号传给控制电路，控制电路将信号传给报警系统，报警器进行主设计流程如图4.1所示。是是是是图4.1主程序设计流程图4.2硬件模块流程图火灾报警系统的处理器采用51系列的单片机，由单片机控制整个系统。当传感器检测到非电量信号，输出电量信号，通过A/D转换器转成数字量信号，送入控制器进行处理。经火灾探测算法分析后自动输出相应的存储、显示和声光报警信号，若数据采集值超出设置额定值将会发出声光报警以及联动消防系统，否则将继续检测。硬件模块设计流程图如4.2所示。图4.2心率模块设计流程图4.3报警模块流程图要实现火灾报警器的功能，程序控制是必不可少的。AT89S52作为主控芯片，主要对IO端口、驱动A/D转换、逻辑判断等进行控制，在软件设计中采用模块化程序设计的方法，程序结构清晰，各个模块的功能由子程序的调用实现，这样既便于系统维护，又可以进行进一步的功能扩展。系统初始化开始进入工作状态，MQ-2型烟雾传感器正常工作时要先预热，同时，可以通过检测传感器两端电压等方式进行接触不良、断线等的故障检测，对采样数据进行.A/D转换，通过滤波子程序送入单片机处理，如果超过报警限，就会产生中断，转入报警子程序，同时会有烟雾浓度显示及知识等提示。如图4.3所示。图4.3报警模块流程图

5系统测试5.1程序调试在KeilμVision5软件中对程序进行编译，若编译过程中出现error时，需要按照提示信息找出错误代码的地并加以修改方，直至整个编译过程没有error和Warning，将其生成可读的HEX文件。再通过Proteus软件进行仿真，按各个模块画出仿真图，将已生成的HEX文件烧录至仿真单片机里，观察仿真运行是否正常。5.2调试结果这个阶段我们要做的工作就是寄存器的初始化、各个输入输出情况的设置等。我们首先要设置定时器的工作方法。其次、打开系统中断为了便于响应中断定时，及时采集到气体浓度和温度的信息。然后关闭蜂鸣器，开启绿灯，设置报警限初值。图5.2PCB图5.3系统数据分析系统对温度和烟雾进行了两次数据采集与判断，每次信号采集后根据得到的数据与设定的阈值比较，当温度≥57℃，温度异常，置寄存器变量a为1，否则为0；当烟雾浓度≥3.2%，烟雾浓度异常，置寄存器变量b为1，否则为0。综合两次温度烟雾信号的采集，根据温度和烟雾的寄存器变量a和b的状态，判断现场情况：2个寄存器变量均为0，表示情况正常；2个中仅有1个为1，表示情况异常：2个均为1，表示有火灾发生。系统对现场进行报警判断后，间隔20s后(通过系统的延时程序实现)，再一次采集现场的温度烟雾信号进行判断，即每一次语音报警持续20s，直到系统做出下一次判断结果。图5.3.1蜂鸣器不报警时脉冲频率图5.3.2实物图图5.3.3蜂鸣器报警时脉冲频率图5.3.4实物图LCD液晶屏显示数据与DS18B20传感器输出数据显示一致，符合设计要求，如图5.3.5，图5.3.6所示。图5.3.5传感器温度图5.3.6温度显示数据

6结论火灾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。本论文是在对烟雾、温度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。本次毕业设计经过努力，整个系统实现了预期的目标。本系统通过设计一个以AT89S51单片机为核心的火灾报警器可以实现语音报警、温度浓度显示、报警限设置、延时报警等功能。是一种结构简单、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。本报警器电路结构简单、可维护性好。由于实现了对普通环境中烟雾浓度和温度的实时监控，因此具有非常普遍的意义，能广泛应用于居民家庭、企事业单位等多方面的安全防范。但是也存在不少的不足。由于电源的波动，传感器的电气特性等问题，使得A/D转换结果有时波动很大，这样就可能出现误报警。由于时间的关系，系统中本应具有的串行通信的功能没有实现，而只是实现了烟雾浓度、温度显示。由于上述缺点的存在，此系统不是很完善，还有待进一步改进。

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附录#include<reg52.h>//包含头文件，一般情况不需要改动，头文件包含特殊功能寄存器的定义#include"intrins.h" #defineu8 unsignedchar#defineu16 unsignedint#defineuchar unsignedchar#defineuint unsignedintucharyushe_wendu=50; //温度预设值ucharyushe_yanwu=100; //烟雾预设值uintwendu; //温度值全局变量ucharyanwu; //用于读取ADC数据//运行模式ucharMode=0; //=1是设置温度阀值=2是设置烟雾阀值 =0是正常监控模式//管脚声明sbitLed_Reg =P2^2; //红灯sbitLed_Yellow=P2^4; //黄灯sbitBuzzer =P2^0; //蜂鸣器/*********************************************************************名称:delay_1ms()*功能:延时1ms函数*输入:q*输出:无***********************************************************************/voiddelay_ms(uintq){ uinti，j; for(i=0;i<q;i++) for(j=0;j<110;j++);}/***********************************************************************************************************LCD1602相关函数***********************************************************************************************************///LCD管脚声明（RW引脚实物直接接地，因为本设计只用到液晶的写操作，RW引脚一直是低电平）sbitLCDRS=P2^7;sbitLCDEN=P2^6;sbitD0 =P0^0;sbitD1 =P0^1;sbitD2 =P0^2;sbitD3 =P0^3;sbitD4 =P0^4;sbitD5 =P0^5;sbitD6 =P0^6;sbitD7 =P0^7;//LCD延时voidLCDdelay(uintz) //该延时大约100us（不精确，液晶操作的延时不要求很精确）{uintx，y;for(x=z;x>0;x--)for(y=10;y>0;y--);}voidLCD_WriteData(u8dat) { if(dat&0x01)D0=1;elseD0=0; if(dat&0x02)D1=1;elseD1=0; if(dat&0x04)D2=1;elseD2=0; if(dat&0x08)D3=1;elseD3=0; if(dat&0x10)D4=1;elseD4=0; if(dat&0x20)D5=1;elseD5=0; if(dat&0x40)D6=1;elseD6=0; if(dat&0x80)D7=1;elseD7=0;}//写命令voidwrite_com(ucharcom){LCDRS=0; LCD_WriteData(com);//DAT=com;LCDdelay(5);LCDEN=1;LCDdelay(5);LCDEN=0;}//写数据voidwrite_data(uchardate){LCDRS=1; LCD_WriteData(date);//DAT=date;LCDdelay(5);LCDEN=1;LCDdelay(5);LCDEN=0;}/*选择写入位置*/voidSelectPosition(unsignedcharx，unsignedchary){ if(x==0) { write_com(0x80+y);//表示第一行 } else { write_com(0xC0+y);//表示第二行 }}/*写入字符串函数*/voidLCD_Write_String(unsignedcharx，unsignedchary，unsignedchar*s){ SelectPosition(x，y); while(*s) { write_data(*s); s++; }}//========================================================================//函数:voidLCD_Write_Char(u8x，u8y，u16s，u8l)//应用:LCD_Write_Char(0，1，366，4);//描述:在第0行第一个字节位置显示366的后4位，显示结果为0366//参数:x:行，y:列，s:要显示的字，l:显示的位数//返回:none.//版本:VER1.0//日期:2013-4-1//备注:最大显示65535//========================================================================voidLCD_Write_Char(u8x，u8y，u16s，u8l){ SelectPosition(x，y); if(l>=5) write_data(0x30+s/10000%10); //万位 if(l>=4) write_data(0x30+s/1000%10); //千位 if(l>=3) write_data(0x30+s/100%10); //百位 if(l>=2) write_data(0x30+s/10%10); //十位 if(l>=1) write_data(0x30+s%10); //个位}/*1602指令简介write_com(0x38);//屏幕初始化write_com(0x0c);//打开显示无光标无光标闪烁write_com(0x0d);//打开显示阴影闪烁write_com(0x0d);//打开显示阴影闪烁*///1602初始化voidInit1602(){uchari=0;write_com(0x38);//屏幕初始化write_com(0x0c);//打开显示无光标无光标闪烁write_com(0x06);//当读或写一个字符是指针后一一位write_com(0x01);//清屏 }voidDisplay_1602(yushe_wendu，yushe_yanwu，c，temp){ //显示预设温度 LCD_Write_Char(0，6，yushe_wendu，2); //显示预设烟雾 LCD_Write_Char(0，13，yushe_yanwu，3); //时时温度 LCD_Write_Char(1，6，c/10，2); write_data('.'); LCD_Write_Char(1，9，c%10，1); //时时烟雾 LCD_Write_Char(1，13，temp，3);}/***********************************************************************************************************ADC0832相关函数***********************************************************************************************************/sbitADCS =P1^5;//ADC0832片选sbitADCLK=P1^2;//ADC0832时钟sbitADDI =P1^3;//ADC0832数据输入 /*因为单片机的管脚是双向的，且ADC0832的数据输入输出不同时进行，sbitADDO =P1^3;//ADC0832数据输出 /*为节省单片机引脚，简化电路所以输入输出连接在同一个引脚上//========================================================================//函数:unsignedintAdc0832(unsignedcharchannel)//应用: temp=Adc0832(0);//描述:读取0通道的AD值//参数:channel:通道0和通道1选择//返回:选取通道的AD值//版本:VER1.0//日期:2015-05-29//备注://========================================================================unsignedintAdc0832(unsignedcharchannel){ uchari=0; ucharj; uintdat=0; ucharndat=0; ucharVot=0; if(channel==0)channel=2; if(channel==1)channel=3; ADDI=1; _nop_(); _nop_(); ADCS=0;//拉低CS端 _nop_(); _nop_(); ADCLK=1;//拉高CLK端 _nop_(); _nop_(); ADCLK=0;//拉低CLK端，形成下降沿1 _nop_(); _nop_(); ADCLK=1;//拉高CLK端 ADDI=channel&0x1; _nop_(); _nop_(); ADCLK=0;//拉低CLK端，形成下降沿2 _nop_(); _nop_(); ADCLK=1;//拉高CLK端 ADDI=(channel>>1)&0x1; _nop_(); _nop_(); ADCLK=0;//拉低CLK端，形成下降沿3 ADDI=1;//控制命令结束 _nop_(); _nop_(); dat=0; for(i=0;i<8;i++) { dat|=ADDO;//收数据 ADCLK=1; _nop_(); _nop_(); ADCLK=0;//形成一次时钟脉冲 _nop_(); _nop_(); dat<<=1; if(i==7)dat|=ADDO; } for(i=0;i<8;i++) { j=0; j=j|ADDO;//收数据 ADCLK=1; _nop_(); _nop_(); ADCLK=0;//形成一次时钟脉冲 _nop_(); _nop_(); j=j<<7; ndat=ndat|j; if(i<7)ndat>>=1; } ADCS=1;//拉低CS端 ADCLK=0;//拉低CLK端 ADDO=1;//拉高数据端，回到初始状态 dat<<=8; dat|=ndat; return(dat);//returnaddata}/***********************************************************************************************************DS18B20相关函数***********************************************************************************************************/sbitDQ=P1^0; //ds18b20的数据引脚/*****延时子程序：该延时主要用于ds18b20延时*****/voidDelay_DS18B20(intnum){while(num--);}/*****初始化DS18B20*****/voidInit_DS18B20(void){unsignedcharx=0;DQ=1;//DQ复位Delay_DS18B20(8);//稍做延时DQ=0;//单片机将DQ拉低Delay_DS18B20(80);//精确延时，大于480usDQ=1;//拉高总线Delay_DS18B20(14);x=DQ;//稍做延时后，如果x=0则初始化成功，x=1则初始化失败Delay_DS18B20(20);}/*****读一个字节*****/unsignedcharReadOneChar(void){unsignedchari=0;unsignedchardat=0;for(i=8;i>0;i--){DQ=0;//给脉冲信号dat>>=1;DQ=1;//给脉冲信号if(DQ)dat|=0x80;Delay_DS18B20(4);}return(dat);}/*****写一个字节*****/voidWriteOneChar(unsignedchardat){unsignedchari=0;for(i=8;i>0;i--){DQ=0;DQ=dat&0x01;Delay_DS18B20(5);DQ=1;dat>>=1;}}/*****读取温度*****/unsignedintReadTemperature(void){unsignedchara=0;unsignedcharb=0;unsignedintt=0;floattt=0;Init_DS18B20();WriteOneChar(0xCC);//跳过读序号列号的操作WriteOneChar(0x44);//启动温度转换Init_DS18B20();WriteOneChar(0xCC);//跳过读序号列号的操作WriteOneChar(0xBE);//读取温度寄存器a=ReadOneChar();//读低8位b=ReadOneChar();//读高8位t=b;t<<=8;t=t|a;tt=t*0.0625;t=tt*10+0.5;//放大10倍输出并四舍五入return(t);}//=====================================================================================//=====================================================================================//=====================================================================================/*****校准温度*****/u16check_wendu(void){ u16c; c=ReadTemperature()-5; //获取温度值并减去DS18B20的温漂误差 if(c<1)c=0; if(c>=999)c=999; returnc;}/***********************************************************************************************************按键检测相关函数***********************************************************************************************************///按键sbitKey1=P1^6; //设置键sbitKey2=P1^7; //加按键sbitKey3=P3^2; //减按键#defineKEY_SET 1 //设置#defineKEY_ADD 2 //加#defineKEY_MINUS 3 //减//========================================================================//函数:u8Key_Scan()//应用:temp=u8Key_Scan();//描述:按键扫描并返回按下的键值//参数:NONE//返回:按下的键值//版本:VER1.0//日期:2015-05-29//备注:该函数带松手检测，按下键返回一次键值后返回0，直至第二次按键按下//========================================================================u8Key_Scan(){ staticu8key_up=1;//按键按松开标志 if(key_up&&(Key1==0||Key2==0||Key3==0)) { delay_ms(10);//去抖动 key_up=0; if(Key1==0) return1; elseif(Key2==0)return2; elseif(Key3==0)return3; } elseif(Key1==1&&Key2==1&&Key3==1) key_up=1; return0;//无按键按下}voidmain(void){ u8key; wendu=check_wendu(); //初始化时调用温度读取函数防止开机85°C Init1602(); //调用初始化显示函数 LCD_Write_String(0，0，"SETT:00E:000");//开机界面 LCD_Write_String(1，0，"NOWT:00.0E:000"); delay_ms(1000); wendu=check_wendu(); //初始化时调用温度读取函数防止开机85°C while(1) //主循环 { key=Key_Scan(); //按键扫描 yanwu=Adc0832(0); //读取烟雾值 wendu=check_wendu(); //读取温度值 if(key==KEY_SET) { Mode++; } switch(Mode) //判断模式的值 { case0: //监控模式 { Display_1602(yushe_wendu，yushe_yanwu，wendu，yanwu);//显示预设温度，预设烟雾，温度值，烟雾值 if(yanwu>=yushe_yanwu) //烟雾值大于等于预设值时 { Led_Reg=0; //烟雾指示灯亮 Buzzer=0; //蜂鸣器报警 } else //烟雾值小于预设值时 { Led_Reg=1; //关掉报警灯 } if(wendu>=(yushe_wendu*10)) //温度大于等于预设温度值时（为什么是大于预设值*10：因为我们要显示的温度是有小数点后一位，是一个3位数，25.9°C时实际读的数是259，所以判断预设值时将预设值*10） { Buzzer=0; //打开蜂鸣器报警 Led_Yellow=0; //打开温度报警灯 } else //温度值小于预设值时 { Led_Yellow=1;