毕业设计（论文）-基于AT89S52单片机的智能火灾报警监测系统的设计.doc

吉林农业大学本科毕业设计(论文)吉 林 农 业 大 学本 科 毕 业 设 计论文题目： 智能火灾报警监测系统的设计 学生姓名： 专业年级：电子信息科学与技术 指导教师： 职称： 2008年 5 月 28 日56目 录摘要I1 前言11.1 系统开发的目的11.2 系统开发的意义12系统方案及功能概述12.1方案论证12.2系统功能概述23.2系统各模块的设计33.2.1 AT89S52单片机的简介33.2.1.1 AT89S52介绍33.2.1.2主要性能33.2.1.3芯片引脚图及引脚功能说明33.2.1.4 中断及定时介绍43.2.2温度采集模块73.2.2.1 温度传感器DS18B20介绍73.2.2.2 主要特点73.2.2.3单线技术73.2.2.4芯片引脚图及引脚功能说明83.2.2.5 DS18B20内部结构83.2.2.6 DS18B20供电方式103.2.3烟雾传感器MQ-2的介绍113.2.4步进电机模块133.2.4.1步进电机介绍133.2.4.2步进电机的主要特性143.2.4.3 本次设计所用电机153.2.5电源系统设计163.2.5.1 LM2576T-5.0介绍173.2.5.2 LM2576T-5.0的引脚功能173.2.6数码管显示183.2.6.1静态显示介绍183.2.6.2芯片74LS64的介绍193.2.7时钟模块213.2.7.1 时钟芯片DS1302的简介213.2.7.2 性能指标223.2.7.3 管脚排列及功能223.2.7.4 DS1302数据操作原理233.2.7.5 DS1302控制字节233.2.7.6. 数据输入输出(I/O)233.2.7.7. DS1302的寄存器243.2.8 报警模块244系统软件设计254.1主程序254.2温度传感器DS18b20264.3时钟芯片DS1302274.4步进电机295总结305.1火灾报警监控系统展望305.2设计火灾自动报警系统的新思路305.3结束语31参考文献31致 谢31附录一 系统各个模块硬件原理图33附录二 程序清单33附录三 外文科技文献阅读42智能火灾报警系统的设计 学生： 专业：电子信息科学与技术 指导教师： 摘要：随着科学技术的进步，火灾报警系统逐步向智能化发展。该系统利用8051单片机为主控制器，DS18B20检测温度，MQ-2检测烟雾，数码管显示温度，实现火灾报警；步进电机作为反应器件，对火灾进行处理，从而实现火灾报警系统的智能化。关键词：单片机，温度传感器，烟雾传感器，数码管，步进电机Intelligent Design of the Fire Alarm SystemName：Qiu Hongyan Major：Electronics Information Science and TechnologyTutor：Gu HongjunAbstract：With the scientific and technological progress，the fire alarm system gradually develope to the intelligent. The system uses 8051 microcontroller as the main controller, DS18B20 is used to detect temperature and MQ-2 as the smoke detection.The digital siphon show the temperture and then relize the fire alarming;a stepper motor device is a reactor to deal with the fire disaster, thus,this realize the intelligentification of thefire alarm system .Key words: SCM, temperature sensors, smoke sensors, digital control, the stepper motor1 前言1.1 系统开发的目的 众所周知，火灾报警对于保护人类的生命，财产的安全是至关重要的，实现对火情的早期，快速，正确无误的预报是关键，只有早期发现火情，早期扑灭，生命与财产的损失才可能降到最低。1.2 系统开发的意义 自上20世纪中后期以来，随着微电子技术，计算机技术，自动控制技术，通信与信息处理技术，多媒体技术等先进技术的发展，以科学技术为基础，依靠先进的设备和科学管理来实现火灾监控系统智能化已成为可能。火灾监控的根本目的是获取火灾发生时的相关信息，并进行处理，达到及时准确报警的目的。 现代火灾自动报警系统与传统火灾自动报警系统之间的区别主要在于探测器本身。由开关量探测器改为模拟量传感器的质的飞跃，将烟浓度，上升速率或其他感受参数以模拟值传给控制器，使系统确定火灾的数据处理能力和智能化程度大为增加，减少了误报警的概率。区别之二在于信号处理方法做了彻底改进，即把探测器中模拟信号不断送到控制器进行评估或判断，控制器用适当算法辨别虚假或真实火情，判断其发展程度和探测受污染的状态，这一高质量的信号处理技术，意味着系统具有较高智能。 随着微处理技术的快速发展，低价位，低功耗，高性能的小型单片机比比皆是。采用单片机后，许多以前需要硬件完成的功能，现在可以通过软件程序控制来实现，使探测器测量与控制较普通的硬件实现更加容易，电路结构更加简单，增加了电路的可靠性。随着火灾探测方面新技术的出现与应用，我们可以在电路结构不做大调整的前提下，随时更新探测器软件，加入最新的火灾探测算法，对探测器进行升级，使之报警更准确，性能更可靠。 2系统方案及功能概述2.1方案论证智能火灾报警系统的报警原理及外围电路结构简单，易懂，比较试用于初学者学习单片机与传感器并学习软件编程和硬件搭接。本系统设计所采用的器件价格都比较低廉，对于每位电子爱好者来说都能很容易接受它的价格，而且使用起来也比较方便。方案一：见图2-1（Fig 2-1）由一片MCS_51系列单片机8051及EPROM2764,2片可编程并行I/O扩展接口8155和8255等芯片组成，通过单片机芯片中的串行口与按编码式光电烟感探头相连。 MCS_51系列单片机8051是控制核心。控制程序固化在EPROM 2764中，8051的PID外接LED显示矩阵。用于指示故障或火灾的区域地址编号。8051又通过扩展的可编程并行接口芯片8155外接6位数码显示屏DS ,6键小键盘KB, 8051通过扩展的可编程并行接口芯片8255,用作消防设备的控制和状态检测信号线。8051的RXD和TXD串行输入输出日与编码式光电烟感探头串接。编码式光电烟感探头，除了具有感烟功能外，还具有接收串行地址数据功能，并把地址数据与本身地址相比较;若一致，则向8051回送状态字节信息。因此，8051能够识别并分别巡检。平时，在程序控制下，报警系统不断进行系统自检和探头巡检。在正常清况下，LEDN21编码式感烟探头X1 X2P1RXD RESET TXD6M825574ls373374ls3738 1 5 5去自动消防设备DS图2-1Fig. 2-1报警系统作为一个日历时钟使用，在数数码显示屏上显示年、月、日、时、分、秒，一旦发生问题，便立即在LED显示板上指示出故障或火灾的地址编号，并在数码显示屏上显示。方案二：利用单片机作为核心控制器件，控制整个系统。温度传感器和烟雾传感器混合使用，检测周围环境，只有当温度和烟雾值达到预定的值时，才报警。其它的情况都认为是检测错误，系统不报警，静态显示在发生火情时显示当前温度，没有火情时和时钟电路一起作为系统的附加功能，显示当前时间；步进电机作为虚拟器件，当发生火情时执行灭火功能。见图2-2（Fig 2-2）单片机系统电源模块温度传感器烟雾传感器报警电路步进电机时钟电路静态显示AD转换图 2-2Fig. 2-2 综合整个系统的要求，方案一的结构比较复杂，实现起来困难。方案二九比较简单，各个模块都易于实现，而且都是经常使用的，和方案一相比较更加合理，所以本次设计采用方案二。2.2系统功能概述智能火灾报警系统的核心芯片是AT89S52单片机，它是一个低功耗，高性能的CMOS8位单片机，片内含4K可反复擦写10000次的只读程序存储器，通过在线编程器可将程序代码直接烧录到单片机中，并通过单片机去实现想要的功能。本设计将要实现的功能是：*有火情时：扬声器报警；数码管显示温度；步进电机作为反应器件对火灾进行处理*无火情时：传感器巡检；数码管显示当前时间3.2系统各模块的设计3.2.1 AT89S52单片机的简介3.2.1.1 AT89S52介绍AT89S52是美国ATMEL公司生生产的低功耗，高性能CMOS 8位单片机，片内4Kbytes的可系统编程的Flash只读程序存储器，器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存储技术生产，并兼容8051指令系统及引脚。它集Flash程序存储器即可在线编程（ISP）也可以用传统方法进行编程及通用8位微处理器于单片芯片中，ATMEL公司的功能强大，低价位AT89S52单片机可为您提供许多高性价比的应用场合，可灵活应用各种控制领域。3.2.1.2主要性能* 和MCS-51产品兼容* 4KB可重编程（ISP）FLASH存储器（1000次）* 4.0-5.5V电压范围；* 全静态工作：0Hz-33KHz* 3级程序存储器保密锁定* 128*8位内部RAM* 32条可编程I/O线* 两个16位定时器/计数器*6个中断源* 全双工串行UART通道* 低功耗空闲* 片内振荡器和时钟电路* 灵活的在线编程（ISP字节或页写模式）3.2.1.3芯片引脚图及引脚功能说明图3-1 Fig. 3-1引脚图见图3-1（Fig 3-1）l VCC： 电源电压。l GND： 地。l P0口：是一组8位漏极开路型双向I/O口，地址/数据总线复用口。l P1口：是一个带内部上拉电阻的8位双向I/O口，驱动四个TTL逻辑门电路。l P2口：是一个带内部上拉电阻的8位双向I/O口，驱动四个TTL逻辑门电路。l P3口：是一个带内部上拉电阻的8位双向I/O口，驱动四个TTL逻辑门电路。l RST：复位输入。RST引脚出现两个机器周期以上的高电平则处于复位状态。l ALE/PROG非：当访问外部程序存储器和数据存储器时，ALE脉冲输出用于锁存地址低八位字节，ALE输出的时钟正脉冲是单片机时钟频率的1/6，每当访问外部存储器时将跳过一个ALE脉冲。l PSEN非：程序存储允许输出是外部程序存储的读选通信号，单片机读指令时，每个机器周期两次PSEN非有效。l EA非/EPP：外部访问有效。l XTAL1：振荡器反向放大器及时钟发生器的输入端。l XTAL2：振荡器反向放大器输出端。3.2.1.4 中断及定时介绍8051单片机的中断系统简单实用，其基本特点是：有5个固定的可屏蔽中断源，3个在片内，2个在片外，它们在程序存储器中各有固定的中断入口地址，由此进入中断服务程序；5个中断源有两级中断优先级，可形成中断嵌套；2个特殊功能寄存器用于中断控制和条件设置的编程。中断系统的结构：INT0：外部中断0，由P32端口线引入，低电平或下跳沿引起。INT1：外部中断1，由P33端口线引入，低电平或下跳沿引起。T0：定时器/计数器0中断，由T0计满回零引起。T1：定时器/计数器l中断，由T1计满回零引起。TIRI：串行I/O中断，串行端口完成一帧字符发送接收后引起。中断系统的控制寄存器：中断系统有两个控制寄存器IE和IP，它们分别用来设定各个中断源的打开关闭和中断优先级。此外，在TCON中另有4位用于选择引起外部中断的条件并作为标志位。中断允许寄存器IEIE在特殊功能寄存器中，字节地址为A8H，位地址(由低位到高位)分别是A8H-AFH。IE用来打开或关断各中断源的中断请求。EAESET1EX1ET0EX0EA：全局中断允许位。EA0，关闭全部中断；EA1，打开全局中断控制，在此条件下，由各个中断控制位确定相应中断的打开或关闭。：无效位。ES：串行I/O中断允许位。ES1，打开串行I/O中断；ES0，关闭串行I/O中断。ETl：定时器/计数器1中断允许位。ETl1，打开T1中断；ETlO，关闭T1中断。EXl：外部中断l中断允许位。EXl1，打开INT1；EXl0，关闭INT1。ET0：定时器/计数器0中断允许位。ET01，打开T0中断；ET00，关闭TO中断。EXO：外部中断0中断允许位。EX01，打开INT0;EX0=0,关闭INT0.中断优先寄存器-IP：IP在特殊功能寄存器中，字节地址为B8H，位地址(由低位到高位)分别是B8H一BFH,IP用来设定各个中断源属于两级中断中的哪一级。PSPT1PX1PT0PX0：无效位。PS：串行I/O中断优先级控制位。PS1，高优先级；PS0，低优先级。PTl：定时器/计数器1中断优先级控制位。PTl1，高优先级；PTl0，低优先级。PXl：外部中断1中断优先级控制位。PXl1，高优先级；PXlO，低优先级。PT0：定时器/计数器0中断优先级控制位。PT01，高优先级；PTO0，低优先级。PX0：外部中断0中断优先级控制位。PX01，高优先级；PX00，伤优先级。在MCS-51单片机系列中，高级中断能够打断低级中断以形成中断嵌套；同级中断之间，或低级对高级中断则不能形成中断嵌套。若几个同级中断同时向CPU请求中断响应，则CPU按如下顺序确定响应的先后顺序：INT0T0INT1T1RI/T1.中断的响应过程若某个中断源通过编程设置，处于被打开的状态，并满足中断响应的条件，而且当前正在执行的那条指令已被执行完 1、当前末响应同级或高级中断 2、不是在操作IE，IP中断控制寄存器或执行REH指令则单片机响应此中断。在正常的情况下，从中断请求信号有效开始，到中断得到响应，通常需要3个机器周期到8个机器周期。中断得到响应后，自动清除中断请求标志(对串行I/O端口的中断标志，要用软件清除)，将断点即程序计数器之值(PC)压入堆栈(以备恢复用)；然后把相应的中断入口地址装入PC，使程序转入到相应的中断服务程序中去执行。各个中断源在程序存储器中的中断入口地址如下： 中断源入口地址 INT0(外部中断0) 0003H TF0(TO中断) 000BH INT1(外部中断1) 0013H TFl(T1中断) 001BH RI/TI(串行口中断) 0023H由于各个中断入口地址相隔甚近，不便于存放各个较长的中断服务程序，故通常在中断入口地址开始的二三个单元中，安排一条转移类指令，以转入到安排在那儿的中断服务程序。由于5个中断源各有其中断请求标志0，TF0，IEl，TFl以及RI/TI，在中断源满足中断请求的条件下，各标志自动置1，以向CPU请求中断。如果某一中断源提出中断请求后，CPU不能立即响应，只要该中断请求标志不被软件人为清除，中断请求的状态就将一直保持,直到CPU响应了中断为止,对串行口中断而言，这一过程与其它4个中断的不同之处在于；即使CPU响应了中断，其中断标志RI/TI也不会自动清零，必须在中断服务程序中设置清除RI/TI的指令后，才会再一次地提出中断请求。CPU的现场保护和恢复必须由被响应的相应中断服务程序去完成，当执行RETI中断返回指令后，断点值自动从栈顶2字节弹出，并装入PC寄存器，使CPU继续执行被打断了的程序。波特率的确定：对方式0来说，波特率已固定成fosc/12，随着外部晶振的频率不同，波特率亦不相同。常用的fosc有12MHz和6MHz，所以波特率相应为1000103和500103位s。在此方式下，数据将自动地按固定的波特率发送接收，完全不用设置。 对方式2而言，波特率的计算式为2SMODfosc/64。当SMOD0时，波特率为fm/64；当SMOD1时，波特率为fosc/32。在此方式下，程控设置SMOD位的状态后，波特率就确定了，不需要再作其它设置。 对方式1和方式3来说，波特率的计算式为2SMOD/32T1溢出率，根据SMOD状态位的不同，波特率有Tl/32溢出率和T1/16溢出率两种。由于T1溢出率的设置是方便的，因而波特率的选择将十分灵活。 前已叙及，定时器Tl有4种工作方式，为了得到其溢出率，而又不必进入中断服务程序，往往使T1设置在工作方式2的运行状态，也就是8位自动加入时间常数的方式。3.2.2温度采集模块3.2.2.1 温度传感器DS18B20介绍 DS18B20是美国达拉斯（Dallas）公司的单线数字温度传感器芯片，DS18B20作为温度传感器，与传统的热敏电阻有所不同，DS18B20可直接将被测温度转化成串行数字信号，以供单片机处理，它还具有微型化，低功耗，高性能，抗干扰能力强等优点。 通过编程，DS18B20可以实现9-12位的温度读数。信息经过单线接口送入DS18B20或从DS18B20送出，因此从微处理器到DS18B20仅仅需要连接一条信号线和地线。读，写和执行温度变换所需的电源可以由数据本身提供，而不需要外部电源。 每片DS18B20在出厂时都设有唯一的产品序列号，此序列号存放在它的内部ROM中，微处理器通过简单的协议就能识别这些序列号，因此多个DS18B20可以挂接于同一条单线总线上，这允许在许多不同的地方放置温度传感器，特别适合于构成多点温度测控系统。3.2.2.2 主要特点 *采用单线技术，与单片机通信只需要一个引脚； *通过识别芯片各自唯一的产品序列号从而实现单线多挂接，简化了分布式温度检测的应用； *实际应用中不需要外部任何器件即可实现测温； *可通过数据线供电，电压范围为35.5V； *不需要备份电源； *测量范围为-55+125，在-1085范围内误差为0.5； *数字温度计的分辨率用户可以从9位到12位选择，可配置实现912位的温度读数； *将12位的温度值转换为数字量所需要的时间不超过750MS； *用户定义的，非易失性的温度告警设置，用户可自行设定告警的上下限温度； *告警寻找命令可以识别和寻址那些温度超出预设告警界限的器件。3.2.2.3单线技术 目前常用的微机与外设之间数据传输的川行总线有I2C总线，SPI总线等，I2C总线采用同步串行双线（一根时钟线，一根数据线）方式，而SPI总线采用同步串行三线（一根时钟线，一根输入线，一根数据输出线）方式。这两种总线需要至少两根或两根以上的信号线。美国达拉斯半导体公司推出了一项特有的单线技术。该技术与上述总线不同，它采用单根信号线，即可传输时钟，又能传输数据，而且数据传输是双向的，因而这种单线技术具有线路简单，硬件开销少，成本低廉，便于扩展的优点。 单线技术试用于单主机系统，单主机能够控制一个或多个从机设备。主机可以是微控制器，从机可以是单线器件，他们之间的数据交换，控制都由这根线完成。主机或从机通过一个漏级开路或三态端口连至该数据线，以允许设备在不发送数据时能够释放该线，而让其他设备使用。单线通常要求外接一个约5K的上拉电阻，这样，当该线闲置时，其状态为高电平。 主机和从机之间的通信主要分为3个步：初始化单线器件，识别单线器件和单线数据传输。由于只有一根线通信，所有他们必须是严格的主从结构，只有主机呼叫从机时，从机才能应答，主机访问每个单线器件都必须严格遵循单线命令序列，即遵守上述三步的顺序。如果命令序列混乱，单线器件将不会响应主机。 所有的单线器件都要遵循严格的协议，以保证数据的完整性。单线协议由复位脉冲，应答信号，写0，写1，读0和读1这几种信号类型组成。这些信号中，除了应答信号，其他均由主机发起，并且所有命令和数据都是字节的低位在前。3.2.2.4芯片引脚图及引脚功能说明 引脚图见图3-2（Fig. 3-2）图3-2Fig. 3-2l NC（1、2、6、7、8脚）：空引脚，悬空，不使用。l VDD（3脚）：可选电源脚，电压范围为3-5.5V。当工作于寄生电源时，此引脚必须接地。l DQ（4脚）：数据输入/输出脚。漏极开路，常态下高电平。l GND（5脚）：地脚。3.2.2.5 DS18B20内部结构 DS18B20内部有四个主要部件：64位激光ROM，温度传感器，非易失性温度告警触发器（TH和TL）以及配置寄存器。 每个DS18B20都有一个唯一的64位ROM编码，它存放在64位激光ROM中。代码的前8位是单线产品系列编码（对于DS18B20，该8位编码是28H）；接着的48位是唯一的产品序列号；最后8位是前面56位编码的CRC校验码，如表3-2（Table 3-2）所示。表3-2 Table 3-2内容8位CRC校验码48位产品序列号8位产品系列编码MSB LSB MSB LSB MSB LSBCRC的等效多项式函数为： CRC=X8+X5+X4+1 64位激光ROM中的8位CRC值即由此多项式函数产生。主机可以通过“读ROM”命令读取64位ROM的前56位，然后也按此多项式函数计算出CRC的值，并把它与读出的存放在DS18B20激光ROM内的CRC值进行比较，从而决定ROM的数据是否已被主机正确接收。CRC值的比较和是否继续操作都由主机来决定。存储器由一个中间结果暂存RAM和一个非易失性电可擦除（E2）RAM组成，后者存储高，低温触发器TH和TL及配置寄存器的内容。暂存存储器有助于在单线通信时确保数据的完整性。数据首先写入暂存存储器，在那里它可以被读出校验，校验之后再将数据传送到非易失性E2RAM中。这一过程确保了修改存储器时数据的完整性。暂存存储器的头两个字节为测得温度信息的低位和高位字节；第3和第4字节是TH和TL的易失性拷贝，在每一次上电复位时都会被刷新；第5个字节是配置寄存器的易失性拷贝，在上电复位时也会被刷新；接着的三个字节为内部计算使用；第9个字节为前面所有8个字节的CRC校验值。 暂存器的第5个字节是配置寄存器，可以通过相应的写命令进行配置，其内容如下：0R1R011111MSB LSBDS18B20的核心功能部件是它的数字温度传感器，如上所述，它的分辨率可配置为9，10，11或12位，出厂时默认设置是12位分辨率，它们对应的温度值分辨率分别为0.5、0.25、0.125和0.0625。温度信息的低位、高位字节内容中还包括了符号位S（是正温度还是负温度）和二进制小数部分，其具体形式如下：MSBLSB2322212021222324低位字节 MSBLSBSSSSS222324高位字节 这是12位分辨率的情况，如果配置为低的分辨率，则其中无意义位的值为零。实测温度和数字输出的对应关系如表3-5（Table3-5）所示：表3-5 温 度数字输出（二进制）数字输出（十六进制）+1250000 0111 1101 000007D0H+850000 0101 0101 00000550H+25.06250000 0001 1001 00010191H+10.1250000 0000 1010 001000A2H+0.50000 0000 0000 10000008H00000 0000 0000 00000000H-0.51111 1111 1111 1000FFF8H-10.1251111 1111 0101 1110FF5EH-25.06251111 1110 0110 1111FF6FH-551111 1100 1001 0000FC90H在DS18B20完成温度变换之后，温度值与存储在TH和TL内的告警触发值相比较。由于这些是8位寄存器，所以9-12位在比较时被忽略。TH或TL的最高位直接对应于16位温度寄存器的符号位。如果温度测量的结果高于TH或低于TL那么器件内告警标志将置位，每次温度测量都会更新此标志。只要告警标志置位，DS18B20就将响应告警搜索命令，这也就允许单线上多个DS18B20同时进行温度测量，即使某处温度越限，也可以识别出正在告警的器件。3.2.2.6 DS18B20供电方式 DS18B20有两种供电方式：寄生电源和外部电源。 寄生电源简单说起来是器件从单线数据线中“窃取”电源，在信号线为高电平的时间周期内，把能量存储在内部的电容器中，在单信号线为低电平的时间内断开此电源，直到信号线变为高电平重新接上寄生（电容）电源为止。寄生电源有两个优点：l 可实现远程温度检测而无需本地电源；l 没有正常电源的条件下也可以读ROM。为了使DS18B20能完成准确的温度变换，当温度变换发生时，DQ线上必须提供足够的功率。因为DS18B20的工作电流高达1.5mA，4.7K的上拉电阻将使得DQ线没有足够的驱动能力。解决的方法是在发生温度变换时在DQ线上提供强的上拉，比如用MOSFET管把DQ线直接拉到电源电压。 当使用寄生电源方式时VDD引脚必须连接到地。DS18B20的另一种供电方式是将VDD引脚接外部电源（3-5.5V）。这种方法的优点是在DQ线上不要求强的上拉。总线上的主机在温度变换期间不需要一直使DQ线保持高电平。这就允许在变换时间内其它数据在单线上传送。而且，在单线上可以放置多个DS18B20，如果它们都使用外部电源，那么通过发起“跳过ROM”命令，接着执行“温度变换”命令就可以同时完成各自的温度变换。注意，采用外部电源这种方式时，GND（地）引脚不可悬空。本设计虽然只使用了一片DS18B20，但由于不存在远程温度测量的考虑，所以为了简单起见，仍然采用外部供电的方式。下图为温度采集模块硬件实现。DQ端接单片机P32口。3.2.3烟雾传感器MQ-2的介绍 特点 广泛的探测范围 高灵敏度快速响应恢复 优异的稳定性寿命长 简单的驱动电路 应用 可用于家庭和工厂的气体泄漏监测装置， 适宜于液化气、丁烷、丙烷、甲烷、酒精、氢气、烟雾等的探测。 规格 结构A 结构B图3-4 MQ-2气敏元件的结构Fig3-4 MQ-2 gas sensor structureE. 灵敏度特性曲线图-5给出了MQ-2型气敏元件的灵敏度特性。 其中： 温度：20、 相对湿度：65%、 氧气浓度：21% RL=5k Rs：元件在不同气体，不同浓度下的电阻值。R0: 元件在洁净空气中的电阻值。Ro: 20，33%RH条件下，1000ppm氢气中元件电阻。Rs: 不同温度，湿度下，1000ppm氢气中元件电阻。.灵敏度调整 MQ-2型气敏元件对不同种类、不同浓度的气体有不同的电阻值。 因此，在使用此类型气敏元件时，灵敏度的调整是很重要的。用1000ppm氢气或1000ppm丁烷校准传感器是比较好的方法。 当精确测量时，报警点的设定应考虑温湿度的影响。下图为MQ-2烟雾传感器实现原理图。图3-6 ADC0809原理图对ADC0809主要信号引脚的功能说明如下： (1) IN7IN0：模拟量输入通道。ADC0809对输入模拟量的要求主要有：信号单极性，电压范围05 V，若信号过小还需进行放大。另外，在A/D转换过程中，模拟量输入的值不应变化太快，因此，对变化速度快的模拟量，在输入前应增加采样保持电路。 (2) A、B、C：地址线。A为低位地址，C为高位地址，用于对模拟通道进行选择。图中为ADDA、ADDB和ADDC。 (3) ALE：地址锁存允许信号。在对应ALE上跳沿，A、B、C地址状态送入地址锁存器中。(4)START：转换启动信号。START上跳沿时，所有内部寄存器清0；START下跳沿时，开始进行A/D转换；在A/D转换期间，START应保持低电平。(5)D7-D0：数据输出线。其为三态缓冲输出形式，可以和单片机的数据线直接相连。(6)OE：输出允许信号。其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，输出数据线呈高电阻；OE=1，输出转换得到的数据。(7)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。(8)EOC：转换结束状态信号。EOC=0，正在进行转换；EOC=1，转换结束。该状态信号既可作为查询的状态标志，又可以作为中断请求信号使用。(9)VCC：+5 V电源。(10)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+5 V（Vref (+) =+5 V，Vref(-) =0 V）3.2.4步进电机模块3.2.4.1步进电机介绍 步进电机是将电脉冲信号转变为角位移或线位移的开环控制元件。在非超载的情况下，电机的转速、停止的位置只取决于脉冲信号的频率和脉冲数，而不受负载变化的影响，即给电机加一个脉冲信号，电机则转过一个步距角。这一线性关系的存在，加上步进电机只有周期性的误差而无累积误差等特点。使得在速度、位置等控制领域用步进电机来控制变的非常的简单。虽然步进电机已被广泛地应用，但步进电机并不能象普通的直流电机，交流电机在常规下使用。它必须由双环形脉冲信号、功率驱动电路等组成控制系统方可使用。因此用好步进电机却非易事，它涉及到机械、电机、电子及计算机等许多专业知识。3.2.4.2步进电机的主要特性l 步进电机必须加驱动才可以运转， 驱动型号必须为脉冲信号，没有脉冲的时候， 步进电机静止， 如果加入适当的脉冲信号， 就会以一定的角度（称为步角）转动。转动的速度和脉冲的频率成正比。l 腾龙版步进电机的步进角度为7.5 度，一圈360 度， 需要48 个脉冲完成。l 步进电机具有瞬间启动和急速停止的优越特性。l 改变脉冲的顺序， 可以方便的改变转动的方向。因此，目前打印机，绘图仪，机器人，等等设备都以步进电机为动力核心。图3-8 腾龙版配备的步进电机腾龙版套件采用的是12v 步进电机，为了演示的方便，我们为他提供了5v 的电源,此时转动力矩较小，读者也可自行把他应用为12v。该步进电机的耗电流为200ma 左右，采用L297和L298驱动，驱动端口为p0.0,p0.1,p0.2,p0.3,p0.4,p0.7。 正转 步数P0.0P0.1P0.2P0.303h1110009h210010ch3001106h40110反转 步数P0.0P0.1P0.2P0.303h1110006h201100ch3001109h410013.2.4.3 本次设计所用电机电机型号：EM-44 27523 STH-39D208四步： A B C D 公共端 P0.0 P0.1 P0.2 P0.3 灰 褐 红 橙 白.黑（电源+） 0 0 1 1 1 0 0 1 1 1 0 0 0 1 1 0十六进制表示：0CH,09H,03H,06H八步： A B C D 公共端 P0.0 P0.1 P0.2 P0.3 灰 褐 红 橙 白.黑（电源+） 0 0 1 1 0 0 0 1 1 0 0 1 1 0 0 0 1 1 0 0 0 1 0 0 0 1 1 0 0 0 1 0十六进制表示：0CH,08H,09H,01H,03H,02H,06H,04H在步进电机的控制中，有一个问题要注意，即步进电机除了运转状态外，静止状态实际上有两种。其一是完全不工作状态，其一任何一相均不加电；其二是静止保持状态，即在分布脉冲让步进电机转过一个步进角后，通电相仍然维持通电，此时步进电机维持不在转动。而在静止保持状态，步进电机在较低外力力矩作用下不在转动。下图为步进电机实现原理图。3.2.5电源系统设计 电源系统设计在实际开发单片机应用系统中占有很重要的位置。由于很多实际应用系统工作环境比较复杂，所以电源设计就有很高的要求，既要稳定，又要有很好的抗干扰能力。对于要求较高的系统，通常电源选择比较可靠的专业厂家设计的稳压电源系统。本设计的电源系统，选择稳压电源，然后通过电源检测控制部分电路连接到主板的电源系统。由于火灾报警系统要求具有备用电源，所以电源检测控制部分电路还要连接到电池上，一旦发生停电现象，电源检测控制部分电路要及时地切换到电池上，并且报告故障。通常，把稳压电源称为主电，电池称为备电。 由于火灾自动报警器与火灾报警探测器的连线要求是24V电压，所以火灾报警系统的电源系统选择的是能输出24V和5V的稳压电源模块以及24V备电电池。 综上所述，电源系统设计主要是设计电源检测控制部分电路，其要完成的任务如下：l 检测电源部分电压情况并及时报告故障。l 检测电池部分电压情况并及时报告故障。l 如果主电发生故障，及时切换到备电并且不能影响CPU的正常工作。l 根据第三点的要求，需要在电源检测控制部分电路上设计储电部分，通常采用几个大容量的电解电容并连接到5V电压上即可。l 具有将备电电池24V电压降到5V电压的电路。此次设计选用LM2576T-5.0。3.2.5.1 LM2576T-5.0介绍LM2576T-5.0属于高效率，3A大电流输出的降压式DC/DC电源变换器，亦称单片开关式集成稳压器或电压调节器。内部包含52kHz振荡器和1.23V带隙基准电压源，并具有完善的保护电路（包括过流保护及过热保护电路等），只需要很少的外围器件即可构成高效率稳压电源。LM2576T-5.0能输出3A电流并具有优良的线性度和负载调节能力，是7800系列三端线性集成稳压器的理想替代品。3.2.5.2 LM2576T-5.0的引脚功能 LM2576T-5.0有三种封装形式：TO-220（直脚排列），TO-220（双排互相错位的直脚排列），TO-263（表面封装）。各引脚的功能如下：第1脚为未经过稳压的直流电压输入端U1，该端与地之间应接输入滤波电容。第2脚为稳压输出端OUT接内部3A功率开关管的发射极，开关管的饱和压降为1.5V，设计电路时需要注意与OUT的印制板区域要尽可能小，以减少电路的偶合。第3脚为接地端。第4脚为反馈端FB。第5脚为通断控制端ON/OFF，该端接地时稳压器正常工作，接高电平时稳压器的输出被关断，允许用TTL或CMOS逻辑电平来驱动，开启或关断稳压器，但该端不得悬空。电源电路板设计图如图3-9(Fig3-9)所示主电+24V备电+24V+24V备电采样+5V主电采样LM2576T-5.0+5V地线图3-93.2.6数码管显示七段显示器的原理：显示器是单片机应用系统常用的设备，包括LED、LCD等。LED显示器由若干个发光二极管组成，当发光二极管导通时，相应的一个笔画或一个点就发光。控制相应的二极管导通，就能显示出相应的字符。七段LED的显示器如图3-10（Fig 3-10）所示。各段LED显示器需要由驱动电路驱动。在七段LED显示器中，通常将各段发光二极管的阴极或阳极连在一起作为公共端，这样可以使驱动电路简单。将各段发光二极管的阳极连在一起的叫共阳极显示器，用低电平驱动；将阴极连在一起的叫共阴极显示器。 图3-10 七段数码管的显示方法分为静态显示和动态显示，本次设计采用静态显示。3.2.6.1静态显示介绍 所谓静态显示，是指显示器显示某一字符时，相应段的发光二极管恒定地导通或截止。静态显示分为并行输出和串行输出两种方式。并行显示方式每个十进制位都需要有一个8位输出口控制，所以一般采用3片74LS373扩展并行I/O口，口地址是由74LS138译码器的输出决定的，74LS138的A，B，C分别接到单片机的I/O口，译码输出信号与单片机写信号一起控制对各74LS373数据的写入。对于静态显示方式，LED显示器由接口芯片直接驱动，采用较小的驱动电路就可以得到较高的显示亮度。但是，并行输出显示的十进制位数多时，需要并行I/O接口芯片的数量较多。采用串行输出可以大大节省单片机的内部资源。串并转换采用74LS64，低电平时允许通过8mA电流，无需添加其他任何驱动电路。TXD为移位时钟输出，RXD为移位数据输出，p1.0作为显示器允许控制输出线，每次输出48位（6个字节）的段码数据。3.2.6.2芯片74LS164的介绍 74LS164是8位移位寄存器（串行输入，并行输出），当清除端（clear）为低电平时，输出端（QA-QH）均为低电平。串行数据输入端（A，B）可控制数据。当A，B任意一个为低电平，则禁止新数据输入，在时钟端（CLOCK）脉冲上升沿作用下Q0 为低电平。当A，B有一个为高电平，则另一个就允许输入数据，并在CLOCK上升沿作用下决定Q0 的状态。芯片引脚功能如图3-11(Fig3-11)所示 图3-11双列直插封装 引出端符号 CLOCK 时钟输入端 CLEAR 同步清除输入端（低电平有效） A，B 串行数据输入端 QA-QH 输出端 真值表 表3-7 (Table 3-7) 表3-7Table 3-7 H高电平 L低电平 X任意电平 低到高电平跳变 QA0，QB0，QH0规定的稳态条件建立前的电平 QAn ，QG时钟最近的前的电平 具体设计电路如图所示。其中，74ls164的A，B连接到一起，接到单片机P3.0口，脉冲信号CP由单片机的P2.0和P3.1口控制。3.2.7时钟模块3.2.7.1 时钟芯片DS1302的简介DS1302 是DALLAS 公司推出的涓流充电时钟芯片内含有一个实时时钟/日历和31 字节静态RAM 通过