毕业设计（论文）-家用火灾报警系统的设计.doc

毕 业 设 计（论文）（说 明 书）题 目：家用火灾报警系统的设计姓 名： 编 号： 平顶山工业职业技术学院 年 月 日平顶山工业职业技术学院毕 业 设 计 （论文） 任 务 书姓名 专业 任 务 下 达 日 期 年 月 日设计（论文）开始日期 年 月 日设计（论文）完成日期 年 月 日设计（论文）题目： A 编制设计 B 设计专题（毕业论文） 指 导 教 师 系(部)主 任 年 月 日 平顶山工业职业技术学院毕业设计（论文）答辩委员会记录电力工程 学院 矿山机电 专业，学生 于 年 月 日进行了毕业设计（论文）答辩。设计题目： 家用火灾报警系统的设计 专题（论文）题目： 家用火灾报警系统的设计 指导老师： 尚姝钰 答辩委员会根据学生提交的毕业设计（论文）材料，根据学生答辩情况，经答辩委员会讨论评定，给予学生 毕业设计（论文）成绩为 。答辩委员会 人，出席 人答辩委员会主任（签字）： 答辩委员会副主任（签字）： 答辩委员会委员： ， ， ， ， ， ， 平顶山工业职业技术学院毕业设计（论文）评语第 页共 页学生姓名： 专业 矿山机电 年级 11 毕业设计（论文）题目： 家用火灾报警系统的设计 评 阅 人： 指导教师： （签字） 年 月 日成 绩： 系（科）主任： （签字） 年 月 日毕业设计（论文）及答辩评语： 平顶山工业职业技术学院毕业设计（论文）说明书摘 要本设计是利用单片机结合传感器技术而开发设计的智能火灾报警系统。设计目的是设计和实现一种分布式智能火灾报警控制系统，实现系统软硬件的组成和实现。论文中主要针对智能火灾报警器系统中的各个组成部件进行了介绍，对它的主控电路和外围设备电路之间的接口技术，还有软件方面进行了重点介绍。设计以AT89C52单片机为硬件核心；选用DS实现智能火灾报警系统的设计。文中选用MQ-2型半导体烟雾传感器实现烟雾的检测18B20数字温度传感器实现温度的检测；使用ADC0809对MQ-2采集的模拟信号进行A/D转换，以便单片机处理。由于ADC0809的时钟信号通常为500KHz，故而选用74LS74进行分频。单片机处理数据后，与设定的上限值进行比较，超过上限值时，发出指令，实现光报警，达到预期的效果关键词: 火灾，单片机，报警器，ADC0809，传感器I目 录摘 要9第1章 绪论121.1火灾报警技术的发展概况121.2智能火灾报警系统131.3课题研究的意义14第2章 方案设计152.1系统的主要功能及原理152.1.1目的和要求152.1.2系统的工作原理152.2系统芯片的选择162.2.1单片机的选择162.2.2 A/D转换器的选择162.2.3 烟雾传感器的选择162.2.4 温度传感器的选择172.3 系统的结构原理框图17第3章 硬件模块设计183.1单片机主控处理模块183.1.1主要性能参数183.1.2功能特性概述213.1.3工作特性213.2 A/D转换模块233.2.1 ADC0809芯片的基本知识233.2.2 ADC0809引角结构引243.3数据采集模块253.3.1 烟雾报警器模块25II3.3.2 温度报警器模块273.4报警电路模块30第4章 软件设计324.1变频器的应用场合及具体应用举例324.1.1应用场合编程Keil环境介绍324.2 系统构件设计334.2.1ADC0809流程图334.2.2 DS18B20流程图334.2.3 DS18B20流程图34第5章 系统调试355.1 系统调试的步骤355.2 系统调试过程中遇到的问题及解决的方法35参考文献37致 谢38III第1章 绪论1.1火灾报警技术的发展概况我国的火灾自动报警控制系统经历了从无到有、从简单到复杂的发展过程，其智能化程度也越来越高。目前国内厂家多偏重用于大型仓库、商场、高级写字楼、宾馆等场所大型火灾报警系统的研发，他们采用集中区域报警控制方式，其系统复杂、成本较高。而在居民住宅区、机房、办公室等小型防火单位，需要设置一种单一或区域联网、廉价实用的智能火灾报警装置，因此，研制一种结构简单、价格低廉的智能火灾报警器是非常必要的。火灾报警系统，从发展过程来看，大体可分为三个阶段:第一阶段为多线型火灾自动报警系统，每个探测器除需提供两根电源线外，还需提供一根报警信号线，探测器电源由报警器提供，探测器的信号线均连接到报警显示盘上，报警时点亮相应的指示灯，如日本“日探”公司生产的CPF火灾报警系统。此类系统的功能一般以报警为主，辅以一些简单的联动功能，只会对电源线的断线作出故障反应，安装此类系统比较繁琐，特别是校线工作量较大。第二阶段为总线型火灾自动报警系统，已采用微处理器控制。其线制一般有四线制、三线制、二线制。探测器和模块通过总线与控制器实现信号传送。其探测器的报警形式为开关量，它的灵敏度在制造时，通过硬件决定，不可调整。此类系统可通过各种模块对各联动设备实行较复杂的控制。此类系统已具有系统自检以及对外围器件的故障检验等功能，但对故障类型不能区分。目前国内生产的火灾自动报警系统大多数为此类产品。由于此类产品具有先进的报警和控制功能，施工、安装较为方便，且价格较低，己被大量使用。第三阶段为智能型火灾自动报警系统，由于采用了先进的计算机控制技术，智能化程度大大提高，探测器的报警形式采用模拟量，并可通过软件对其灵敏度根据使用场合、时间进行设定和调整，如可设定白天、夜间、休息日不同灵敏度。对探测器的使用环境参数变化较大的场所，灵敏度设定相对低一些，对环境较稳定或一些重要的场所，灵敏度设定相对高一些，这一功能可提高系统的稳定性及可靠性，减少误报。1.2智能火灾报警系统火灾自动报警系统属于楼宇自动化范畴，是当前楼宇自动化的一个主要构成系统。其设置目的是为了防止和减少火灾危害，保护人身和财产安全。火灾报警技术是预防火灾的一项基础工作，应用范围广泛。报警早，损失少，不仅对发生火灾的单位和个人具有重要作用，而且对公安消防监督机构及时扑灭火灾、减少人员伤亡和财产损失同样具有十分重要的现实意义。火灾自动报警系统由触发器件、火灾报警装置、火灾警报装置及具有其他辅助功能的装置组成。随着电子技术和计算机技术的迅速发展，火灾自动报警系统的结构、形式越来越灵活多样，很难精确划分为几种固定的模式。火灾自动报警技术趋向于智能化系统，这种系统可组合成任何形式的火灾自动报警网络形式，既可以是区域报警系统，又可以是集中报警系统或控制中心报警系统形式。所谓智能火灾自动报警系统，应当是：使用探测器件9将火灾发生期间所产生的烟、温等信号以模拟量形式，连同外界相关的环境参数一起传送给报警器，报警器再根据获取的数据及内部存储的大量数据，利用火灾模型判据来判断火灾是否存在，这样的系统称为智能火灾自动报警系统。从传统型走向智能型，是国内外火灾自动报警系统技术发展的必然趋势。智能型火灾报警系统是一个集信号检测、传输、处理和控制于一体的控制系统，代表了当前火灾报警系统的发展方向。随着科学技术的迅猛发展以及国内外经济的迅速增长，市场上迫切需要一种容量大、性能优越、可靠性高、便于安装、使用和维护的智能型火灾报警控制系统。在本次设计中采用了感烟效果好、灵敏度高的MQ-2烟雾传感器和DS18B20数字温度传感器来完成设计要求。 智能火灾自动报警控制系统具有如下特点：（1）为全面有效地反映被监视环境的各种细微变化，智能系统采用了设有专用芯片的模拟量探测器，对烟雾和灰尘等影响实施自动补偿，同时有数字量的探测器，直接将采集的信号信息送入控制器进行自动处理，从而为实现各种智能特性、解决无灾误报和准确报警奠定了技术基础；（2）系统采用主从式网络结构，解决了对不同工程的适应性，又提高了运行的可靠性；（3）利用全总线计算机通信技术，既完成了总线报警，又实现了总线联动控制，彻底避免了控制输出与执行机构之间的长距离穿线布管，大大方便了系统布线设计和现场施工。（4）基于单片机的灵活性，可对整个系统进行扩展，实现更多的功能。1.3课题研究的意义随着生产和生活的迅猛发展，消防安全显得越来越重要。本文就智能火灾报警系统中探测器的选型及单片机联动设计方案的合理选择等问题，结合在实际工程中的应用，作初步探讨，供参考。伴随着科学技术的不断进步，智能火灾报警系统必将得到更快的发展。智能火灾报警控制器是一种能向火灾探测器供电、接收、显示和传递火灾报警等信号的报警装置，它是智能火灾报警系统的重要组成部分。在智能火灾报警系统中，火灾探测器随时监视着周围环境的情况，是系统的“感觉器官”。火灾报警控制器则是该系统的“躯体”，“大脑”，是系统的核心。火灾报警控制器担负着为火灾探测器提供稳定的工作电源;监视探测器及系统自身的工作状态:接受、转换、处理火灾探测器输出的报警信号:进行声光报警；同时执行相应辅助控制等任务。第2章 方案设计2.1系统的主要功能及原理2.1.1目的和要求本次设计是设计和实现一种分布式智能火灾报警控制系统，实现系统软硬件的组成和实现。实时、准确报警和可靠的联动控制，使系统可靠性高、灵活性强、人机界面友好。设计成果能对室内烟雾(CO2，CO，甲烷等)及温度突变进行报警，烟雾和温度同时出现异常，则说明有火灾，发出火灾警报。通过设计熟悉AT89C52单片机的使用方法、ADC0809和DS18B20、MQ-2传感器11等芯片的工作原理及其使用，并通过Keil编程往单片机上下载程序，进而实现对外接在单片机上的电路控制报警系统，驱动扬声器，达到预期效果。在智能火灾报警系统设计过程中，根据设计要求编写程序，绘制Protel原理图来达到设计的最优化和理想化、实用化。2.1.2系统的工作原理本文的智能火灾报警系统的工作，首先，通过数据采集模块的MQ-2烟雾传感器采集周围环境的烟雾浓度，经A/D转换送到单片机控制中心进行处理；同时由DS18B20数字温度传感器采集周围环境中的温度，经过信息处理，转化为单片机能够处理的数字量。在AT89C52单片机中，采集并经过处理的数据要与系统所规定的相关上限值进行比较（上限值是保证系统正常工作同时周围环境处于良好状态时的上限），如果超过了上限值，则说明周围环境异常，要报警，以便人们的正常生活和工作。把信息综合处理，根据实际的需要以及现场的环境，来发现和识别警报，构成智能化的监控系统，提高了系统工作的可靠性。此系统的总体模块框图如图2.1所示。A/D转换模块单片机主控处理模块数据采集模块报警电路图2.1 模块框图2.2系统芯片的选择 2.2.1单片机的选择单片机是本方案的灵魂，所以我们选择是需要慎之又慎， 在众多的51系列单片机中，要算 ATMEL 公司的AT89C52更实用，因他不但和8051指令、管脚完全兼容，而且其片内的4K程序存储器是FLASH工艺的，这种工艺的存储器用户可以用电的方式瞬间擦除、改写，一般专为 ATMEL AT89Cx 做的编程器均带有这些功能。显而易见，这种单片机对开发设备的要求很低，开发时间也大大缩短。写入单片机内的程序还可以进行加密，这又很好地保护了你的劳动成果。而且AT89C52目前的售价很低，市场供应也很充足。 单对AT89C52来说，因内部有程序存储器，31脚接高电平，单片机启动后直接在内部读取指令。也就是51芯片的31脚控制着单片机程序从内部读取还是从外部读取，31脚接电源，程序从内部读取，31脚接地，程序从外部读取，其他无须改动。另外，AT89C52不用外存储器，不必安装原电路的外存储器和373芯片。由于内部RAM的存在，可以减少I/O扩展芯片、锁存器及片外RAM等等，使整个设计显得简单明了，所以我们选择AT89C52。2.2.2 A/D转换器的选择A/D转换器的种类很多，就位数来分，有8位、10位、12位、16位等。位数越高，其分辨率也越高，但价格也越贵。而就其结构而言，有单一的A/D转换器，有内含多路开关的A/D转换器。根据本设计的需要，我选择的A/D转换器是ADC0809芯片。ADC0809是美国Analog Device公司生产的8位逐次逼近式模数转换器，转换速率高，自带三态输出缓冲电路，可直接与各种典型的8位或16位的微处理器相连而无需附加逻辑接口电路，且能与CMOS及TTL兼容，是目前我国应用最广泛，价格便宜的A/D转换器。加之内部含有三态输入缓冲电路，可直接与各种微处理器连接，且无须附加逻辑接口电路，内部设置的高精参考电压源和时钟电路，使它不需要任何外部电路和时钟信号，就能完成A/D转换功能，应用非常方便。2.2.3 烟雾传感器的选择烟雾检测报警器主要应用在石油、化工、冶金、油库、液化气 站、喷漆作业等易发生可燃烟雾泄漏的场所，根据报警器检测烟雾 种类的要求，一般选用半导体烟雾传感器。半导体烟雾传感器包括用氧化物半导体陶瓷材料作为敏感体制作的烟雾传感器以及用单晶半导体器件制作的烟雾传感器，它具有灵敏度高， 响应快、体积小、结构简单，使用方便、价格便宜等优点，因而得到广泛应用。半导体烟雾传感器的性能主要看其灵敏度、选择性(抗干扰性)和稳 定性(使用寿命)。 而在众多半导体气体传感器中，本设计选用MQ-2型烟雾传感器，这种型号的传感器不但具备一般半导体烟雾传感器灵敏度高、响应快、抗干扰能力强、寿命长等优点。2.2.4 温度传感器的选择选择数字温度传感器DS18B20。该产品采用美国DALLAS公司生产的 DS18B20可组网数字温度传感器芯片封装而成，具有耐磨耐碰，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。DS18B20一线总线数字式传感器，独特的单线接口仅需一个端口引脚进行通讯，用户可定义的非易失性温度报警设置 。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，与前一代产品不同，新的产品支持3V5.5V的电压范围，使系统设计更灵活、方便。而且新一代产品更便宜，体积更小。 2.3 系统的结构原理框图AT89C51控制模块温度采集模块烟雾探测模块报警模块分频给ADC0809第3章 硬件模块设计在本设计中，最小单片机系统设计选用了AT89C52单片机进行控制。下面就将各个部分电路设计给予介绍3.1单片机主控处理模块AT89C52是美国ATMEL公司生产的低电压，高性能CMOS8位单片机。片内含4K bytes的可反复擦写的只读程序存储器（PEROM）和128 bytes的随机存取数据存储器（RAM），器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存储技术生产，兼容标准MCS-51 指令系统，片内置通用8位中央处理器（CPU）和Flash存储单元，功能强大AT89C52单片机可为您提供许多高性价比的应用场合，可灵活应用于各种控制领域。3.1.1主要性能参数AT89C52单片机主要包括中央处理器、定时/计数器、并行接口、程序存储器(ROM)、数据存储器(RAM)、串行接口和中断系统等几大单元及数据总线、地址总线和控制总线三大总线。(1)中央处理器中央处理器(CPU)是整个单片机的核心部件，是8位数据宽度的处理器，能处理8位二进制数据或代码，CPU负责控制、指挥和调度整个单元系统协调的工作，完成运算和控制输入输出功能等操作。(2)定时/计数器(ROM)：AT89C52有两个16位的可编程定时/计数器，以实现定时或计数产生中断用于控制程序转向。(3)并行输入输出(I/O)口：AT89C52共有4组8位I/O口(P0、 P1、P2或P3)，用于对外部数据的传输。(4)程序存储器(ROM)：AT89C52共有4096个8位掩膜ROM，用于存放用户程序，原始数据或表格。(5)数据存储器(RAM)AT89C52内部有128个8位用户数据存储单元和128个专用寄存器单元，它们是统一编址的，专用寄存器只能用于存放控制指令数据，用户只能访问，而不能用于存放用户数据，所以，用户能使用的RAM只有128个，可存放读写的数据，运算的中间结果或用户定义的字型表。 (6)全双工串行口：AT89C52内置一个全双工串行通信口，用于与其它设备间串行数据传送，该串行口既可以用作异步通信收发器，也可以当同步移位器使用。(7)中断系统：AT89C52具备较完善的中断功能，有两个外中断、两个定时/计数器中断和一个串行中断，可满足不同的控制要求，并具有2级的优先级别选择。AT89C52单片机中的芯片均采用40Pin封装的双列直接DIP结构，如图是它们的引脚配置，40个引脚中，正电源和地线两根，外置石英振荡器的时钟线两根，4组8位共32个I/O口，中断口线与P3口线复用。图3-1 AT89C52管脚图引脚的功能加以说明：P0口：P0口是一组8位漏极开路型双向I/O口，也即地址/数据总线复用口。作为输出口用时，每位能驱动8个TTL逻辑门电路，对端口写“l”可作为高阻抗输入端用。在访问外部数据存储器或程序存储器时，这组口线分时转换地址（低8位）和数据总线复用，在访问期间激活内部上拉电阻。在F1ash编程时，P0口接收指令字节，而在程序校验时，输出指令字节，校验时，要求外接上拉电阻。P1口：P1口是一个内部提供上拉电阻的8位双向I/O口，P1口缓冲器能接收输出4TTL门电流。P1口管脚写入1后，被内部上拉为高，可用作输入，P1口被外部下拉为低电平时，将输出电流，这是由于内部上拉的缘故。在FLASH编程和校验时，P1口作为第八位地址接收。 表3-1 P1口第二功能引脚号第二功能P1.5MOSI（在系统编程用）P1.6MISO（在系统编程用）P1.7SCK（在系统编程用）P2口：P2口为一个内部上拉电阻的8位双向I/O口，P2口缓冲器可接收，输出4个TTL门电流，当P2口被写“1”时，其管脚被内部上拉电阻拉高，且作为输入。P2口在FLASH编程和校验时接收高八位地址信号和控制信号。P3口：P3口管脚是8个带内部上拉电阻的双向I/O口，可接收输出4个TTL门电流。当P3口写入“1”后，它们被内部上拉为高电平，并用作输入。作为输入，由于外部下拉为低电平，P3口将输出电流（ILL）这是由于上拉的缘故。P3口除了作为一般的I/O口线外，更重要的用途是他的第二功能，见表3-2。表3-2 P3口第二功能引脚号第二功能P3.0RXD（串行输入）P3.1TXD（串行输出）P3.2INT0（外部中断0）P3.3INT0（外部中断0）P3.4T0（定时器0外部输入）P3.5T1（定时器1外部输入）P3.6WR（外部数据存储器写选通）P3.7RD（外部数据存储器写选通）RST：复位输入。当振荡器复位器件时，要保持RST脚两个机器周期的高电平时间。ALE/PROG：当访问外部存储器时，地址锁存允许的输出电平用于锁存地址的地位字节。在平时，ALE端以不变的频率周期输出正脉冲信号，此频率为振荡器频率的1/6。因此它可用作对外部输出的脉冲或用于定时目的。：外部程序存储器选通信号（）是外部程序存储器选通信号，当AT89S51从外部程序存储器执行外部代码时，在每个机器周期被激活两次，而在访问外部数据存储器时，将不被激活。/Vpp：访问外部程序存储器控制信号，当保持低电平时，则在此期间外部程序存储器（0000H-FFFFH），不管是否有内部程序存储器。当端保持高电平时，此间内部程序存储器。为使能从0000H到FFFFH的外部程序存储器读取指令，必须接GND。为了执行内部程序指令，应该接Vcc。XTAL1：反向振荡放大器的输入及内部时钟工作电路的输入。XTAL2：来自反向振荡器的输出。RESET/Vpd：复位信号复用脚，当AT89C52通电，时钟电路开始工作，在RESET引脚上出现24个时钟周期以上的高电平系统即初始复位。Pin30:ALE当访问外部程序器时，ALE(地址锁存)的输出用于锁存地址的低位字节。而访问内部程序存储器时，ALE端将有一个1/6时钟频率的正脉冲信号，这个信号可以用于识别单片机是否工作，也可以当作一个时钟向外输出。Pin29:当访问外部程序存储器时，此脚输出负脉冲选通信号，PC的16位地址数据将出现在P0和P2口上，外部程序存储器则把指令数据放到P0口上，由CPU读入并执行。Pin31:EA/Vpp程序存储器的内外部选通线，8051和8751单片机，内置有4kB的程序存储器，当EA为高电平并且程序地址小于4kB时，读取内部程序存储器指令数据，而超过4kB地址则读取外部指令数据。在编程时，EA/Vpp脚还需加上21V的编程电压。Vcc：电源电压GND：地3.1.2功能特性概述AT89C52提供以下标准功能：4K字节Flash闪存存储器，128字节内部RAM，32个I/O口线，两个16位定时/计数器，一个5向量两级中断结构，一个全双工串行通信口，片内振荡器及时钟电路。同时，AT89C52可降至0Hz的静态逻辑操作，并支持两种软件可选的节电工作模式。空闲方式停止CPU的工作，但允许RAM，定时/计数器，串行通信口及中断系统继续工作。掉电方式保存RAM中的内容。但振荡器停止工作并禁止其它所有工作直到下一个硬件复位。3.1.3工作特性(1) 时钟振荡器AT89C52中有一个用于构成内部振荡器的高增益反相放大器，引脚XTAL1和XTAL2分别是该放大器的输入端和输出端。这个放大器与作为反馈元件的片外石英晶体或陶瓷谐振器一起构成自激振荡器，振荡电路参见图3-2。图3-2 振荡电路外接石英晶体（或陶瓷谐振器）及电容C1、C2接在放大器的反馈回路中构成并联振荡电路，对外电容C1、C2虽然没有十分严格的要求，但电容容量的大小会轻微影响振荡频率的高低、振荡器工作的稳定性、起振的难易程序及温度稳定性，如果使用石英晶体，我们推荐电容使用30pF（10pF）。(2) 复位电路复位电路是单片机系统必须的，用来为单片机提供正确的复位信号。在整个智能火灾报警系统设计中，要进行试验，必须对整个系统进行复位。复位是单片机的初始化操作。单片机系统在上电启动运行时，都需要先复位。单片机的外部复位电路有上电复位和上电和按键均有效的复位方式两种。图3-3是AT89C52的上电和按键复位电路。 图3-3 AT89C52的上电和按键复位电路3.2 A/D转换模块在智能火灾报警系统设计中，由于C51单片机只能处理数字量，而烟雾传感器采集到的信号确实模拟量，所以要加入A/D转换芯片ADC0809芯片。3.2.1 ADC0809芯片的基本知识ADC0809是带有8位A/D转换器、8路多路开关以及微处理机兼容的控制逻辑的CMOS组件。它是逐次逼近式A/D转换器，可以和单片机直接接口。ADC0809的内部逻辑结构如图3-4。D0D1D2D3D4D5D6D7EOCCLKSTOE三态输出锁存器8路A/D转换器VREF-VREF+)ABCALEE地址锁存与译码器8路模拟量开关IN0IN1IN2IN3IN4IN5IN6IN7图3-4 ADC0809内部逻辑结构由上图可知，ADC0809由一个8路模拟开关、一个地址锁存与译码器、一个A/D转换器和一个三态输出锁存器组成。多路开关可选通8个模拟通道，允许8路模拟量分时输入，共用A/D转换器进行转换。三态输出锁器用于锁存A/D转换完的数字量，当OE端为高电平时，才可以从三态输出锁存器取走转换完的数据。 3.2.2 ADC0809引角结构引由图可知ADC0809为28引脚为双列直插式封装。引脚结构图如图3-5所示。对ADC0809主要信号引脚的功能说明如下图3-5 ADC0809引脚结构图IN7IN0模拟量输入通道。ALE地址锁存允许信号。ALE上跳沿，A、B、C地址状态送入地址锁存器中。START转换启动信号。START上升沿时，复位ADC0809；START下降沿时启动芯片，开始进行A/D转换；在A/D转换期间，START应保持低电平。本信号有时简写为ST。A、B、C地址线。 通道端口选择线，A为低地址，C为高地址，引脚图中为ADDA，ADDB和ADDC。CLK时钟信号。ADC0809的内部没有时钟电路，所需时钟信号由外界提供，因此有时钟信号引脚。通常使用频率为500KHz的时钟信号。EOC转换结束信号。EOC=0,正在进行转换；EOC=1,转换结束。使用中该状态信号即可作为查询的状态标志，又可作为中断请求信号使用。D7D0数据输出线。为三态缓冲输出形式，可以和单片机的数据线直接相连。D0为最低位，D7为最高。OE输出允许信号。用于控制三态输出锁存器向单片机输出转换得到的数据。OE=0，输出数据线呈高阻；OE=1，输出转换得到的数据。Vcc+5V电源。 Vref参考电源参考电压用来与输入的模拟信号进行比较，作为逐次逼近的基准。其典型值为+5V(Vref(+)=+5V, Vref(-)=-5V)。3.3数据采集模块数据采集模块是用来采集周围环境中的有用信息，以便单片机进行处理。这个模块主要包括两个小模块：烟雾报警器模块和温度报警器模块。3.3.1 烟雾报警器模块此模块使用的是MQ-2烟雾报警器，是半导体型可燃气体敏感元件烟雾传感器。传感器所使用的气敏材料是在清洁空气中电导率较低的二氧化锡(SnO2)。当传感器所处环境中存在可燃气体时，传感器的电导率随空气中可燃气体浓度的增加而增大。使用简单的电路即可将电导率的变化转换为与该气体浓度相对应的输出信号。图1是传感器典型的灵敏度特性曲线。图中纵坐标为传感器的电阻比（Rs/Ro），横坐标为气体浓度。Rs 表示传感器在不同浓度气体中的电阻值；Ro 表示传感器在1000ppm 氢气中的电阻值；图中所有测试都是在标准试验条件下完成的。图2是传感器典型的温度、湿度特性曲线。图中纵坐标是传感器的电阻比（Rs/Ro）。Rs表示在含1000ppm 丙烷、不同温/湿度下传感器的电阻值；Ro表示在含1000ppm 丙烷、20/65%RH环境条件下传感器的电阻值 图3是传感器的基本测试电路。VcVHGNDRLVRL 图3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。MQ-2气敏元件的结构和外形如图所示(结构A or B),由微型Al2O3陶瓷管、SnO2敏感层,测量电极和加热器构成的敏感元件固定在塑料或不锈钢制成的腔体内，加热器为气敏元件提供了必要的工作条件。封装好的气敏元件有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。AABB MQ-2的使用规格：A. 标准工作条件符号参数名称技术条件备注Vc回路电压15VAC or DCVH加热电压5.0V0.2 VAC or DCRL负载电阻可调RH加热电阻313室温PH加热功耗900mWB. 环境条件符号参数名称技术条件备注Tao使用温度-10-50 Tas储存温度-20-70RH相对湿度小于95%RHO2氧气浓度21%(标准条件)氧气浓度会影响灵敏度特性最小值大于C. 灵敏度特性符号参数名称 技术参数备注Rs敏感体表面电阻3K-30K(1000ppm 异丁烷 )探测浓度范围100ppm-10000ppm300ppm-5000ppm 丁烷5000ppm-20000ppm 甲烷300ppm-5000ppm 氢气(3000/1000)异丁烷浓度斜率 0.6标准工作条件温度： 202 Vc:5.0V0.1V相对湿度： 65%5% Vh: 5.0V0.1V预热时间 不超过1小时3.3.2 温度报警器模块1.DS18B20单线数字温度计（1）适应电压范围更宽，电压范围：3.05.5V，在寄生电源方式下可由数据线供电。 （2）独特的单线接口方式，DS18B20在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。 （3）DS18B20支持多点组网功能，多个DS18B20可以并联在唯一的三线上，实现组网多点测温。 （4）DS18B20在使用中不需要任何外围元件，全部 传感元件及转换电路集成在形如一只三极管的集成电路内。（5）温度范围-55+125，在-10+85时精度0.5。（6）可编程分辨率为912位，对应的可分辨温度为0.5、0.25、0.125和0.0625，可实现高精度测温。（7）在9位分辨率时最多在93.75ms内把温度转换为数字，12位分辨率时最多在750ms内把温度值转换为数字，速度更快。 （8）测量结果直接输出数字信号，以“一线总线”串行传送给CPU，同时可传送CRC校验码，具有极强的抗干扰纠错能力。 （9）负压特性：电源极性接反时，芯片不会因发热而烧毁，但不能正常工作。2. DSl8B20的引脚，如右图所示。 GND：接地管脚 DQ：数字量的输入和输出 VDD：可选的+5V电源3.DS18B20的4个主要的数据部份（1）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位光刻ROM的排列是：开始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=X8+X5+X4+1）。光刻ROM的作用是使每一个DS18B20都各不相同，这样就可以实现一根总线上挂接多个DS18B20的目的。（2）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。这是12位转化后得到的12位数据，存储在18B20的两个8比特的RAM中，二进制中的前面5位是符号位，如果测得的温度大于0，这5位为0，只要将测到的数值乘于0.0625即可得到实际温度；如果温度小于0，这5位为1，测到的数值需要取反加1再乘于0.0625即可得到实际温度。例如+125的数字输出为07D0H，+25.0625的数字输出为0191H，-25.0625的数字输出为FF6FH，-55的数字输出为FC90H 。 TEMPERATUREDIGITAL OUTPUT(Binary)DIGITAL OUTPUT(Hex)+125C0000 0111 1101 000007D0h+85C0000 0101 0101 00000550h+25.0625C0000 0001 1001 00010191h+10.125C0000 0000 1010 001000A2h+0.5C0000 0000 0000 10000008h+0C0000 0000 0000 00000000h-0.5C1111 1111 1111 1000FFF8h-10.125C1111 1111 0101 1110FF5Eh-25.0625C1111 1110 011 1111FE6Fh-55C1111 1100 1001 0000FC90h表2: DS18B20温度数据表 （3）DS18B20温度传感器的存储器 DS18B20温度传感器的内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、TL和结构寄存器。（4）配置寄存器该字节各位的意义如下：TMR1R011111表3：配置寄存器结构 低五位一直都是1，TM是测试模式位，用于设置DS18B20在工作模式还是在测试模式。在DS18B20出厂时该位被设置为0，用 户不要去改动。R1和R0用来设置分辨率，如下表所示：（DS18B20出厂时被设置为12位）。 表4： 温度分辨率设置表 R1R0分辨率温度最大转换时间009位93.75ms0110位187.5ms1011位375ms1112位750ms4.DS18B20的外部电源供电方式 在外部电源供电方式下，DS18B20工作电源由VDD引脚接入，此时I/O线不需要强上拉，不存在电源电流不足的问题，可以保证转换精度，同时在总线上理论可以挂接任意多个DS18B20传感器，组成多点测温系统。注意：在外部供电的方式下，DS18B20的GND引脚不能悬空，否则不能转换温度，读取的温度总是85。 图6：外部供电方式单点测温电路 图7 外部供电方式的多点测温电路图第 27 页3.4报警电路模块电路图如下，当发生火灾时电路为蜂鸣器供电，发出声响警报图3-6 报警电路第4章 软件设计4.1变频器的应用场合及具体应用举例硬件电路和软件程序是组成一个系统不可缺少的两部分，二者的正确与否将直接影响整个程序的可实现性。在上一章中已经将整个系统的硬件部分作了介绍，在这一章中将就系统的软件部分加以分析说明。本次设计的软件要实现的功能是：当传感器在有火灾信息是，采集信息，用单片机实现对火灾信号处理，并在LED和蜂鸣器上显示结果4.1.1应用场合编程Keil环境介绍Keil C51是美国Keil Software公司出品的51系列兼容单片机C语言软件开发系统。51的编程语言常用的有二种：一种是汇编语言，一种是C语言。汇编语言的机器代码生成效率很高但可读性却并不强，复杂一点的程序就更是难读懂，而C语言在大多数情况下其机器代码生成效率和汇编语言相当，但可读性和可移植性却远远超过汇编语言，而且C语言还可以嵌入汇编来解决高时效性的代码编写问题。对于开发周期来说，中大型的软件编写用C语言的开发周期通常要小于汇编语言很多。综合以上C语言的优点，我在学习时选择了C语言。使用C语言肯定要使用到C编译器，以便把写好的C程序编译为机器码，这样单片机才能执行编写好的程序。KEIL uVISION2是众多单片机应用开发软件中优秀的软件之一，它支持众多不同公司的MCS51 架构的芯片，它集编辑、编译、仿真等于一体；同时还支持PLM，汇编和C语言的程序设计，它的界面和常用的微软VC+的界面相似，界面友好，易学易用，在调试程序，软件仿真方面也有很强大的功能。因此，很多开发51应用的工程师或普通的单片机爱好者，对它十分喜欢。以上简单介绍了KEIL51软件，要使用KEIL51软件，必需先要安装它。安装好后，建立第一个C项目。接着按下面的步骤建立第一个项目：（1）点击Project菜单，选择弹出的下拉式菜单中的New Project。在“文件名”中输入第一个C程序项目名称。“保存”后的文件扩展名为uv2，这是KEILu