基于stc单片机的火灾报警系统设计

基于STC单片机的火灾报警系统设计摘要目前，随着电子产品在人类生活中的使用越来越广泛，由此引起的火灾也越来越多，在我们生活得四周到处潜伏着火灾隐患。为了避免火灾以及减少火灾造成的损失，我们必须按照“隐患险于明火，防患胜于救灾，责任重于泰山”的概念设计和完善火灾自动报警系统，将火灾消灭在萌芽状态，最大限度地减少社会财富的损失。本论文以电阻式烟雾传感器和单片机技术为核心并与其他电子技术相结合，设计出一种技术水平较好的烟雾报警器。以STC89C52单片机和MQ2型半导体电阻式烟雾传感器、DS18B20温度传感器为核心设计的烟雾报警器可实现声光报警、浓度显示、温度显示及报警限设置等功能。是一种结构简单、性能稳定、使用方便、价格低廉、智能化的烟雾报警器。其中选用MQ2型半导体可燃气体敏感元件烟雾传感器实现烟雾的检测，具有灵敏度高、响应快、抗干扰能力强等优点，而且价格低廉，使用寿命长。选用的STC89C52单片机，具有高速、低功耗、超强抗干扰等优点，是目前同类技术中性价比较高的产品。本报警装置具有一定的实用价值。关键词烟雾；温度；报警器；STC89C52；传感器ABSTRACTNOW,WITHELECTRONICPRODUCTSUSEDINHUMANLIFEMOREANDMOREWIDELY,THERESULTINGFIRE,MOREANDMORE,WELIVEINFIREHAZARDSLURKINGAROUNDEVERYWHERETOAVOIDFIRESANDREDUCEFIRELOSSES,WEMUSTFOLLOWTHE“HIDDENDANGERSFIREINPREVENTIONISBETTERTHANDISASTERRELIEF,THERESPONSIBILITYISEXTREMELYHEAVY“THECONCEPTDESIGNANDIMPROVEMENTOFAUTOMATICFIREALARMSYSTEM,FIRENIPPEDINTHEBUD,THEMAXIMUMREDUCETHELOSSOFSOCIALWEALTHTHEPRESENTPAPERTAKELEAVESTHEMINORSMOGSENSORANDTHEMONOLITHICINTEGRATEDCIRCUITTECHNOLOGYUNIFIESASTHECOREANDWITHOTHERELECTRONICTECHNOLOGY,DESIGNSONEKINDOFTECHNICALLEVELGOODSMOGALARMAPPARATUSINWHICHSELECTSTHEMQ2SEMICONDUCTORRESISTANCETYPESMOGSENSORREALIZATIONSMOGTHEEXAMINATION,HASTHESENSITIVITYHIGH,RESPONDS,THEANTJAMMINGABILITYQUICKLYSTRONGANDSOONTHEMERITS,MOREOVERTHEPRICEISINEXPENSIVE,THESERVICELIFEISLONGSELECTSTHESTC89C52MONOLITHICINTEGRATEDCIRCUIT,ITSCONFORMITYA/DTRANSFORMED,THEHARDWAREMULTIPLIER,RESOURCESANDSOONHARDWAREDS18B20KEYED,HASHIGHSPEED,LOWMERITSANDSOONPOWERLOSS,ULTRASTRONGANTJAMMING,ISTHEPRESENTSIMILARTECHNOLOGYNEUTRALPRICEQUITEHIGHPRODUCTMAYREALIZETHEACOUSTICOPTICSTAKETHESTC89C52MONOLITHICINTEGRATEDCIRCUITANDTHEMQ2SEMICONDUCTORRESISTANCETYPEGASSENSORASTHECOREDESIGNSMOGALARMAPPARATUSTOREPORTTOTHEPOLICE,THEBREAKDOWNFROMTHEDIAGNOSIS,THEDENSITYDEMONSTRATED,REPORTSTOTHEPOLICELIMITSTHEESTABLISHMENT,THETIMEDELAYREPORTSTOTHEPOLICEANDWITHFUNCTIONSANDSOINPOSITIONMACHINESERIALPORTCORRESPONDENCEISONEKINDOFSTRUCTURESIMPLE,THEPERFORMANCESTABLE,THEEASYTOOPERATE,THEPRICEINEXPENSIVE,THEINTELLECTUALIZEDSMOGALARMAPPARATUSTHISALARMSYSTEMHASCERTAINPRACTICALVALUEKEYWORDSSMOKEALARMAPPARATUSSTC89C52SENSOR目录1绪论111前言112课题研究的背景和意义113国内外的研究现状214本文内容的结构安排42火灾报警系统整体方案设计521火灾产生原理及过程522系统总体方案设计6221系统硬件总体构架6222系统总体功能概述7223装置效果图8224系统软件总体构架823火灾报警系统的类型924火灾探测器的原理103火灾报警系统硬件设计1231系统核心芯片选择与电路原理图12311传感器介绍12312液晶模块LCD160214313STC89C52单片机芯片16314A/D转换芯片1932单片机外围接口电路21321晶振电路21322复位电路21323声光报警电路22324按键电路234火灾报警系统程序设计2541软件开发环境2542火灾报警系统程序设计25421数据采集程序26422火灾报警数据处理方法28423报警主程序315报警装置的调试3351KEILC51简介3352程序调试的步骤3453程序调试过程中的问题及解决方法35总结与展望37致谢38参考文献39附录A40附录B48附录C551绪论11前言进入上世纪90年代后，我国经济步入高速发展的时期，城市化建设不断加快，城市建筑也由分散式低密度向集中式高密度过渡，林立的高层建筑成了城市的主要的标志。居民住进了高层塔楼，企业搬进了摩天CBD，高层建筑有效利用空间，节约了城市中本就十分紧张的土地资源。任何事物的发展都具有两面性，高层建筑中各种通讯线路、动力和照明线路、以及各种系统中线路纵横交错，致使火灾的发生概率也在大幅增加。加之现代建筑的密闭性较强，一旦发生火灾，整幢大楼就像一个大的火炉，而楼梯道、各种通风管道、线路竖井都是效果极佳的火筒，从而给灭火施救造成了巨大的难度，对火灾发生后及时发现、及时控制的要求促使了火灾报警产品应运而生。与此同时，现代计算机技术、通讯网络技术和自动控制技术的飞速发展又为人类实现更加理想化的生活提供了可能智能小区应运而生了。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。基于社会和经济方面的需求，本课题旨在开发一个能够对监测点实时监控、报警的智能火灾报警系统。智能型火灾报警系统是一个集信号检测、传输、处理、报警于一体的系统。随着经济和城市建设的快速发展，城市高层、地下建筑以及大型综合性建筑日益增多，火灾隐患也大大增加，火灾的数量及其造成的损失呈逐年上升趋势，市场上迫切需要一种容量大、可靠性高、使用简单的智能型火灾报警控制系统。该火灾报警系统是以AT89C52单片机作为控制中心，接受、处理火灾探测器输出的烟雾浓度信号、温度信号，并进行声光报警。12课题研究的背景和意义在各种灾害中，火灾是最经常、最普遍地威胁公众安全和社会发展的主要灾害之一。火灾是世界上发生频率较高的一种灾害，几乎每天都有火灾发生。据联合国“世界火灾统计中心WFSC2000统计资料”，全球每年大约发生火灾600万至700万次，全球每年死于火灾的人数约为65000至75000人。其中，欧美地区发生的火灾较多，死亡人数却相对较少，这与欧美发达国家的生活水平以及消防技术和设施有关相比较而言，亚洲地区发生火灾次数较少，但死亡人数较多，这与亚洲经济发展程度不高、消防设施不完善等因素有关。据统计，我国70年代火灾年平均损失不到25亿元，80年代火灾年平均损失接近32亿元。进入90年代，特别是1993年以来，火灾造成的直接财产损失上升到年均十几亿元，年均死亡2000多人。随着经济和城市建设的快速发展，城市高层、地下以及大型综合性建筑日益增多，火灾隐患也大大增加，火灾发生的数量及其造成的损失呈逐年上升趋势。一旦发生火灾，将对人的生命和财产造成极大的危害。严峻的事实证明，随着社会和经济的发展，社会财富日益增加，火灾给人类、社会和自然造成的危害范围不断扩大，它不仅毁坏物质财产，造成社会秩序的混乱，还直接危胁生命安全，给人们的心灵造成极大的伤害。残酷的现实让人们逐渐认识到监控预警和消防工作的重要性，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。火灾自动报警系统FAS就是为了满足这一需求而研制出的，并且其自身的技术水平也在随着人们需求的不断地提高，在功能、结构、形式等方面不断地完善。火灾自动报警系统能迅速监测火情，可发现人们不易发觉的火灾早期特征，可将火灾带来的生命财产损失降到最低限度。火灾发生的早期，会使得燃烧物质分解，析出大量的有毒气体CO，人们可能在毫无察觉火情的情况下就发生了CO中毒，从而无力逃生，火灾自动报警系统可监测到CO浓度的变化，为人们提供CO浓度超标报警信息，通知人们及时疏散。火灾自动报警系统可作为城市消防系统的单元，通过城市消防专用网与城市消防报警中心联网，及时将报警信息传递到消防报警中心，城市消防报警中心会自动查找到火灾发生的位置，并为消防队员制定消防路线图，以便消防队员可以迅速抵达火灾地点。火灾自动报警系统能对火灾进行实时监测和准确报警，有着防止和减少火灾危害、保护人身安全和财产安全的重要意义，有着很大的经济效益和社会效益。目前，随着电子产品在人类生活中的使用越来越广泛，由此引起的火灾也越来越多，在我们生活得四周到处潜伏着火灾隐患。13国内外的研究现状根据现代战争的突发性、立体性和区域不确定性,使攻防界线模糊,作战方向多变,战火灾自动报警系统已有百余年的发展历史，19世纪40年代美国诞生的火灾报警装置标志着火灾自动报警系统首次进入人们的视野。1890年在英国，感温式火灾探测器研制成功并应用于火灾探测系统，标志着火灾自动报警系统的发展走上正轨。此后，随着世界科技取得了突飞猛进的进步和各种新兴技术的出现和发展，火灾监测技术也相应迅速发展，各种类型的火灾探测器相继问世，并日臻完善，火灾自动报警系统也在此基础上逐渐地蓬勃发展起来，其发展过程可以分为以下几个阶段第一阶段，从19世纪40年代至20世纪40年代，火灾报警系统处于发展的初级阶段，采用的探测器主要是感温式的探测器，它通过采集温度信号，然后判定是否超出设定的阂值，从而判断是否有火灾发生。这一阶段，火灾报警系统简单，仅靠单一的温度参量进行火灾判断。但是它易受环境中其他干扰源的影响，灵敏度低，响应速度慢，无法判断阴燃火灾，也无法满足智能化火灾报警系统的要求。第二阶段，20世纪40年代末，瑞士物理学家EMSTMEILI研究的离子感烟探测器推出以后，引起了人们对离子感烟探测器的重视，随后感烟探测器得到广泛应用，并逐渐占据了绝大部分市场，迫使感温式探测器退居其次；到70年代末，光电式感烟探测器在光电技术的基础上发展起来，并很快得到大力发展，它的使用寿命长，抗干扰能力强，没有离子感烟探测器的放射性问题。在这一阶段，火灾报警系统普遍采用多线制布局方式，布线、调试、系统可靠性是系统发展的瓶颈。第三阶段，20世纪80年代初期，总线型火灾报警系统开始兴起，在火灾报警领域中迈出了一大步，并得到了较普遍的应用。它使得布线工作量显著减少，安装调试更加容易，更能精确报警定位。但是这一时期的火灾报警系统的智能化水平不高，采用有线连接对工程要求高。第四阶段，从20世纪80年代中后期开始，随着计算机技术、控制技术、集成电路技术、传感器技术及智能技术的快速发展，火灾自动报警系统步入智能化时代，智能化火灾报警系统迅速发展起来，各种智能型的火灾自动报警系统相继出现。模拟量可寻址技术的应用使得火灾报警系统的安全性、精准性和智能性有了很大提高，在火灾自动报警系统发展史上具有里程碑的意义。近年来，采用无线通信方式的火灾自动报警系统在国外悄然兴起。这种系统引入了无线电通信技术，利用无线通信方式代替传统的有线通信方式，将大多的电器装置通过无线连接方式进行信息传输与控制，适用于各类建筑和场所。无线火灾自动报警系统起初仅用于特殊场合，如博物馆、名胜古迹等不宜布线的场合，而且其价格也比较高。随着科技进步和元器件成本的降低，无线火灾自动报警系统的研发和生成成本也随之降低，它在性能和价格上都具有很强的竞争力，其市场潜力已经崭露头角。在我国，采用的无线通信方式的火灾自动报警系统日益受到重视。由于其具有安装简便、对建筑物无损坏作业、灵活性好，易于扩展等优点，适用于许多场合，如名胜古迹、体育馆、博物馆、展览中心、处于施工阶段的建筑物、医院等。火灾自动报警系统的智能性主要体现在火灾判决和统筹管理方面，一般分为分散式、集中式和分布式，分散式系统由非智能型控制器若干智能型探测节点组成，由探测节点完成火灾状态的判断集中式系统由智能型控制器和若干非智能探测节点构成，探测节点仅将火灾参量传送给控制器，由控制器智能地判断火灾状态；分布式系统的控制器和探测节点均为智能型，也是今后火灾自动报警系统的发展方向。14本文内容的结构安排基于社会和经济方面的需求，本课题旨在开发一个能够对监测点实时监控、报警的智能火灾报警系统。智能型火灾报警系统是一个集信号检测、传输、处理、报警于一体的系统。随着经济和城市建设的快速发展，城市高层、地下建筑以及大型综合性建筑日益增多，火灾隐患也大大增加，火灾的数量及其造成的损失呈逐年上升趋势，市场上迫切需要一种容量大、可靠性高、使用简单的智能型火灾报警控制系统。该火灾报警系统是以AT89C52单片机作为控制中心，接受、处理火灾探测器输出的烟雾浓度信号、温度信号，并进行声光报警。2火灾报警系统整体方案设计21火灾产生原理及过程火灾是一种失去人为控制的由燃烧造成的灾害，产生火灾的基本要素是可燃物、助燃物和点火源。可燃物以气态、液态和固态三种形态存在，助燃物通常是空气中的氧气。根据可燃气体与空气混合方式不同有两种燃烧方式，如果在燃烧前，可燃气就与空气均匀混和，则称之为预混燃烧；如果可燃气体和空气分别进入燃烧区边混合边燃烧，则称之为扩散燃烧。液体和固体是凝聚态物质，难与空气均匀混合，它们燃烧的基本过程是当从外部获取一定的能量时，液体或固体先蒸发成蒸汽或分解出可燃气体如CO、H2等的分子团、灰烬和未燃烧的物质颗粒悬浮在空气中，称之为气溶胶。一般气溶胶的分子较小直径001M。在产生气溶胶的同时，产生分子较大直径001一10M的液体或固体微粒，称为烟雾。可燃气体与空气混合，在较强火源作用下产生预混燃烧。着火后，燃烧产生的热量使液体或固体的表面继续放出可燃气体，并形成扩散燃烧。同时，发出含有红、紫外线的火焰，散发出大量的热量。这些热量通过可燃物的直接燃烧、热传导、热辐射和热对流，使火从起火部位向周围蔓延，导致了火势的扩大，形成火灾。其中的气溶胶、烟雾、火焰和热量都称为火灾参量，通过对这些参量的测定便可确定是否存在火灾。根据火灾发生时产生现象的不同，可以将火灾分为慢速阴燃、明火和快速发展火焰等。阴燃就是在疏松或颗粒介质中形成的缓慢进行的热解和氧化反应，它能长时间自行维持并传播，当条件发生变化时，或者自行熄灭，或者转化为明火。明火则是火灾发生时燃烧火焰产生的热量使液体或固体的表面放出可燃气体，并形成扩散燃烧，同时发出含有红、紫外线的火焰。快速发展火焰则是火灾扩散的速度特别快，这种类型的火灾一般为空气中混有大量可燃气体。通过大量的研究表明阴燃是诱发火灾的重要原因。数据采集模块总的来说，普通可燃物在燃烧时表现为以下形式首先是产生燃烧气体，然后是烟雾，在氧气充足的条件下才能达到全部燃烧，产生火焰，发出可见光和不可见光，并散发出大量的热，使环境温度升高10。起火过程中，起初和阴燃两个阶段所占的时间比较长，虽然产生大量的烟雾，但是环境温度不太高，若探测器就应该从此阶段开始进行探测，就可以火灾损失控制在最小限度。火焰燃烧后，迅速蔓延，产生大量的热使得环境温度升高，如果能将这时能够探测到有效地温度值，就可以比较及时地控制火灾。起火过程曲线如图21所示。温度曲线烟雾曲线起初阴燃火焰燃烧时间T阴燃气化熄灭全燃阶段图21起火过程曲线22系统总体方案设计221系统硬件总体构架报警系统主要由数据采集模块、单片机控制模块、声光报警模块组成。图22为火灾报警系统的结构框图。烟雾、温度传感器信号调理电路A/D转换电路单片机声光报警图22系统结构框图222系统总体功能概述火灾报警系统一般由火灾探测器、报警器组成。火灾探测器通过对火灾发出的物理、化学现象气（燃烧气体）、烟（烟雾粒子）、热（温度）、光（火焰）的探测，将探测到的火情信号转化成火警电信号传递给火灾报警控制器。报警器将接收到火警信号后经分析处理发出报警信号，警示消防控制中心的值班人员，并在屏幕上显示出火灾的位置1。整体电路的框图如图23所示图23系统原理及组成框图单片机是整个报警系统的核心，系统的工作原理是先通过传感器包括温感和烟感将现场温度、烟雾等非电信号转化为电信号，调理电路将传感器输出的电信号进行调理放大、滤波等，使之满足A/D转换的要求,最后由A/D转换电路,完成将温度传感器和烟雾传感器输出的模拟信号到数字信号的转换，单片机判断现场是否发生火灾。如果发生火灾，系统以声光的形式报警。本火灾自动报警系统具有以下功能单片机A/D转换电路放大电路烟雾传感器温度传感器串口通信状态指示LED声音报警电路浓度/温度显示按键功能电路1能对室内烟雾CO2,CO及温度突变进行报警,具有声、光双重报警功能。2异常报警功能。当环境出现异常如烟雾浓度过大或是温度较高时，能发出异常报警信号，引起人们注意，尽可能避免火灾的发生。3火灾报警功能。一旦真出现火灾烟雾和温度同时出现异常时，能立即发出语音、光火灾警报。据类似本系统的报警器现场模拟实验表明,本系统安全可靠,误报率低。且由于其体积小、操作维护方便、成本低廉等,具有广阔的应用前景。223装置效果图图24装置效果图224系统软件总体构架为了便于系统维护和功能扩充，采用了模块化程序设计方法，系统各个模块的具体功能都是通过子程序调用实现的。本系统主要包括数据采集子程序、火灾判断与报警子程序等，系统程序流程图如图25所示。温度超标或烟雾浓度超标两者都超标两者都不超标图25程序流程图为了降低误报率，系统采用多次采集、多次判断的方法。每次数据采集后根据得到的数据对现场情况进行判断，然后综合多次判断结果做出最终的火情判断。主程序是一个无限循环体，其流程是首先在上电之后系统的各部分包括单片机各个端口输入输出的设置、外围驱动电路和数据存储电路等完成初始化，其次是对芯片内的程序进行初始化，接下来执行火灾报警系统中的数据采集任务，数据通信任务和查询判断任务。23火灾报警系统的类型初始化温度/烟雾采集信号判断异常报警正常手动复位火灾报警报警判断开始根据火灾报警系统中所使用的探测器种类的不同，火灾报警系统可以分为以下四种61感温型火灾报警系统由于火灾发生时燃烧物会产生大量的热量，使得周围温度迅速变化。感温型火灾报警系统就是通过判断周围温度变化而产生响应的火灾报警系统，再把温度的变化转换为电信号以达到判断报警的目的。根据探测温度参数的不同，一般可以将感温型火灾报警系统分为定温式、温差式等几种。2感烟型火灾报警系统烟雾是早期火灾的重要特征之一。在火灾发生的初期，由于温度比较低，许多物质都处于阴燃阶段，产生大量的烟雾。感烟型火灾报警系统就是对空气中可见或不可见的烟雾粒子进行探测，然后将烟雾浓度的变化转换为电信号来触发报警。感烟型火灾报警系统主要有激光感烟式、光电感烟式和离子感烟式等。3感光型火灾报警系统物质燃烧不但会产生烟雾和热量，同时也会产生可见或不可见的光辐射。感光型火灾报警系统就是通过响应火灾中产生的光特性，即扩散火焰的光强度和闪烁频率，来触发报警系统的。根据感应的敏感波长，可以将感光型火灾报警系统分为对波长较短的光辐射敏感的紫外报警系统和对波长较长的光辐射敏感的红外报警系统。4复合型火灾报警系统如果报警系统同时对温度、烟雾和光辐射中的两种或两种以上参数做出响应，那么它就是复合型火灾报警系统。目前复合型火灾报警系统有感温感烟型、感烟感光型、感温感光型等多种形式。24火灾探测器的原理火灾发生时，必然会伴随着产生烟雾、高温和火光，探测器对这些都很敏感。当有烟雾、高温、火光产生的时候，它就改变平时的正常状态，引起电流、电压或机械部分发生变化或位移，再通过放大、传输等过程发出警报声，有的还能同时发出灯光信号并显示发生火灾的部位、地点。火灾探测器主要分感烟、感温、光辐射三大类1感烟探测器。一种是离子感烟探测器，它在内外电离室里面有放射源镅241，电离产生的正负离子，在电场的作用下各向正负电极移动。在正常的情况下，内外电离室的电流、电压都是稳定的。一旦有烟雾窜逃外电离室，干扰了带电粒子的正常运动，电流、电压就有所改变，破坏了内外电离室之间的平衡，于是就发出了信号。还有一种叫光电感应探测器，它有一个发光元件和一个光敏元件，平常光源发出的光，通过透镜射到光敏元件上，电路维持正常，如果有烟雾从中阻隔，到达光敏元件上的光就显著减弱，于是光敏元件就把光强的变化变成电的变化，通过放大电路向人们报警。还有一种叫管道抽吸式感烟探测器，他的工作原理与光电感应探测器中另一种散射型相似，通过烟雾的反射或散射产生光敏电流，主要用在船舶上。近年来还出现了激光感烟探测器，它也是利用光电感应原理，不同的是光源改用激光束。这种探测器采用半导体器件，体积小、价格低、耐震动、寿命长，很有发展前途。2感温探测器。一种是运用金属热胀冷缩的特性。正常的情况下，探测器的电路断开，当温度升到一定值时，由于金属膨胀、延伸，导体接通，于是发出了信号。一种是利用某些金属易熔的特性，在探测器里固定一块低熔点合金，当温度升到它的熔点（7090）时，金属熔化，借助弹簧的作用力，使触头相碰，电路接通，发出信号。这两种探测器都属定温型，即当外界温度超过某一限值时就会报警；还有一类是差温型，升温的速度超过特定值时，便会感应报警。如将两者结合起来，便成为差定温组合式。3光辐射探测器。一种是红外光辐射探测器。物质在燃烧时，由化学反应产生闪烁的红外光辐射使硫化铅红外光敏元件感应，转变成电信号，经放大后，就能向人们报警。另一种是紫外光辐射探测器，则利用有机化合物燃烧时，火光中的紫外光，使紫外光敏管的电极激发出离子，通过继电器等，就能打开开关电路报警。火灾报警器是重要的安全设备，一切重要的场所，如大型物资仓库、隧道、大型船舶、高层建筑都应该安装。它还可以与自动灭火设备一起组成自动报警、自动灭火的“自动消防队”。3火灾报警系统硬件设计31系统核心芯片选择与电路原理图311传感器介绍要准确地进行火灾报警，选择合适的温度和烟雾传感器是准确报警的前提。综合考虑各因素，本文选择集成温度传感器DS18B20和气体传感器MQ2用作采集系统的敏感元件。1、DS18B20温度传感器DS18B20数字式温度传感器，与传统的热敏电阻有所不同的是，使用集成芯片，采用单总线技术，其能够有效的减小外界的干扰，提高测量的精度，同时，它可以直接将被测温度转化成串行数字信号供微机处理，接口简单，使数据传输和处理简单化。部分功能电路的集成，使总体硬件设计更简洁，能有效地降低成本，搭建电路和焊接电路时更快，调试也更方便简单化，这也就缩短了开发的周期DS18B20温度传感器实物图与电路图如图31图31DS18B20数字式温度传感器实物连接时，要注意正负极不要接反了，具体做法是面对着扁平的一面，三个引脚顺序分别为GND（负极）、DQ（输出）、VCC（正极）。DS18B20单线数字温度传感器，即“一线器件”，其具有独特的优点1采用单总线的接口方式，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。单总线具有经济性好，抗干扰能力强，适合于恶劣环境的现场温度测量，使用方便等优点，使用户可轻松地组建传感器网络，为测量系统的构建引入全新概念。2测量温度范围宽，测量精度高DS18B20的测量范围为55125；在1085C范围内，精度为05C。3在使用中不需要任何外围元件。4持多点组网功能多个DS18B20可以并联在惟一的三线上，实现多点测温。5供电方式灵活DS18B20可以通过内部寄生电路从数据线上获取电源。因此，当数据线上的时序满足一定的要求时，可以不接外部电源，从而使系统结构更趋简单，可靠性更高。6测量参数可配置DS18B20的测量分辨率可通过程序设定912位。7负压特性电源极性接反时，温度计不会因发热而烧毁，但不能正常工作。8掉电保护功能DS18B20内部含有EEPROM，在系统掉电以后，它仍可保存分辨率及报警温度的设定值。2、MQ2气体传感器MQ2气体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。MQ2气体传感器对液化气、丙烷、氢气的灵敏度高，对天然气和其它可燃蒸汽的检测也很理想。这种传感器可检测多种可燃性气体，是一款适合多种应用的低成本传感器。MQ2气体传感器特点1具有信号输出指示。2双路信号输出（模拟量输出及TTL电平输出）3TTL输出有效信号为低电平。（当输出低电平时信号灯亮，可直接接单片机）4模拟量输出05V电压，浓度越高电压越高。5对液化气，天然气，城市煤气有较好的灵敏度。6具有长期的使用寿命和可靠的稳定性7快速的响应恢复特性MQ2气体传感器实物图和电路原理图如图32图32MQ2气体传感器312液晶模块LCD16021602LCD主要技术参数21显示容量162个字符2芯片工作电压4555V3工作电流20MA50V4模块最佳工作电压50V5字符尺寸295435WHMM1602字符型液晶显示器实物图与电路原理图如图33图331602字符型液晶显示器引脚功能说明31602LCD采用标准的14脚（无背光）或16脚（带背光）接口，各引脚接口说明如表31所示表31引脚接口说明表编号符号引脚说明编号符号引脚说明1VSS电源地9D2数据2VDD电源正极10D3数据3VL液晶显示偏压11D4数据4RS数据/命令选择12D5数据5R/W读/写选择13D6数据6E使能信号14D7数据7D0数据15BLA背光源正极8D1数据16BLK背光源负极第1脚VSS为地电源。第2脚VDD接5V正电源。第3脚VL为液晶显示器对比度调整端，接正电源时对比度最弱，接地时对比度最高，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，高电平时选择数据寄存器、低电平时选择指令寄存器。第5脚R/W为读写信号线，高电平时进行读操作，低电平时进行写操作。当RS和R/W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R/W为高电平时可以读忙信号，当RS为高电平R/W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，液晶模块执行命令。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。313STC89C52单片机芯片89C52芯片的引脚及功能4图3489C52芯片的引脚图下面按引脚功能分为4个部分叙述个引脚的功能。1电源引脚VCC和VSSVCC（40脚）接5V电源正端；VSS（20脚）接5V电源正端。2外接晶振引脚XTAL1和XTAL2XTAL1（19脚）接外部石英晶体的一端。在单片机内部，它是一个反相放大器的输入端，这个放大器构成采用外部时钟时，对于HMOS单片机，该引脚接地；对于CHOMS单片机，该引脚作为外部振荡信号的输入端。XTAL2（18脚）接外部晶体的另一端。在单片机内部，接至片内振荡器的反相放大器的输出端。当采用外部时钟时，对于HMOS单片机，该引脚作为外部振荡信号的输入端。对于CHMOS芯片，该引脚悬空不接。3控制信号或与其它电源复用引脚控制信号或与其它电源复用引脚有RST、ALE、PSEN和EA等4种形式。ARST（9脚）RST即为RESET，VPD为备用电源，所以该引脚为单片机的上电复位或掉电保护端。当单片机振荡器工作时，该引脚上出现持续两个机器周期的高电平，就可实现复位操作，使单片机复位到初始状态。当VCC发生故障，降低到低电平规定值或掉电时，该引脚可接上备用电源VPD（5V）为内部RAM供电，以保证RAM中的数据不丢失。BALE（30脚）当访问外部存储器时，ALE（允许地址锁存信号）以每机器周期两次的信号输出，用于锁存出现在P0口的低CPSEN29脚片外程序存储器读选通输出端,低电平有效。当从外部程序存储器读取指令或常数期间，每个机器周期PESN两次有效，以通过数据总线口读回指令或常数。当访问外部数据存储器期间，PESN信号将不出现。DEA（31脚）EA为访问外部程序储器控制信号，低电平有效。当EA端保持高电平时，单片机访问片内程序存储器8KB（52子系列为8KB）。若超出该范围时，自动转去执行外部程序存储器的程序。当EA端保持低电平时，无论片内有无程序存储器，均只访问外部程序存储器。对于片内含有EPROM的单片机，在EPROM编程期间，该引脚用于接21V的编程电源VPP。4输入/输出（I/O）引脚P0口、P1口、P2口及P3口AP0口（39脚22脚）P00P07统称为P0口。当不接外部存储器与不扩展I/O接口时，它可作为准双向8位输入/输出接口。当接有外部程序存储器或扩展I/O口时，P0口为地址/数据分时复用口。它分时提供8位双向数据总线。对于片内含有EPROM的单片机，当EPROM编程时，从P0口输入指令字节，而当检验程序时，则输出指令字节。对于89C51芯片来说，它内置了ROM、EPROM、OTPROM、FLASHROM，当不使用外部存储器（包括程序存储器和数据存储器）时，P0口可以作为通用的输入/输出端口（I/O）使用。P0口作为I/O端口使用时，多路开关“控制”信号为“0”（即低电平）。输出时，写锁存器脉冲CLK有效，输出信号经内部总线至锁寸器输入端D至反相输入端Q反至多路开关至V2栅极至V2漏极到输出端，P0口是漏极开路输出，当驱动拉电流负载时，需要外接上拉电阻，P0口带有锁存器，因此具有输出锁存器，因此具有输出锁存功能。P0口作为输入口时，与P1口类似，也必须先执行写端口指令。没有外部程序存储器或虽然有外部数据存储器，但容量不大于256字节，不需要高8位地址时（在这种情况下，不能通过数据地址寄存器DPTR读写外部数据存储器），P2口可以作为I/O端口使用，这时，“控制”信号为“0”；作为输入口前，同样需要向锁存器写入“1”，使反向器输出低电平。BP1口（1脚8脚）P10P17统称为P1口，可作为准双向I/O接口使用。对于MCS52子系列单片机，P10和P11还有第2功能P10口用作定时器/计数器2的计数脉冲输入端T2；P11用作定时器/计数器2的外部控制端T2EX。对于EPROM编程和进行程序校验时，P0口接收输入的低8位地址。CP2口（21脚28脚）P20P27统称为P2口，一般可作为准双向I/O接口。当接有外部程序存储器或扩展I/O接口且寻址范围超过256个字节时，P2口用于高8位地址总线送出高8位地址。对于EPROM编程和进行程序校验时，P2口接收输入的8位地址。DP3口（10脚17脚）P30P37统称为P3口。它为双功能口，可以作为一般的准双向I/O接口，也可以将每1位用于第2功能，而且P3口的每一条引脚均可独立定义为第1功能的输入输出或第2功能5。P3口的第2功能见下表表32单片机P30管脚含义引脚第2功能P30RXD（串行口输入端0）P31TXD（串行口输出端）P32INT0（部中断0请求输入端，低电平有效）P33INT1（中断1请求输入端，低电平有效）P34T0（时器/计数器0计数脉冲端）P35T1（时器/计数器1数脉冲端）P36WR（部数据存储器写选通信号输出端，低电平有效）P37RD（部数据存储器读选通信号输出端，低电平有效）综上所述，MCS51系列单片机的引脚作用可归纳为以下两点61单片机功能多，引脚数少，因而许多引脚具有第2功能；2单片机对外呈3总线形式，由P2、P0口组成16位地址总线；由P0口分时复用作为数据总线。314A/D转换芯片在单片机控制系统中，控制或测量对象的有关变量，往往是一些连续变化的模拟量，如温度、压力、流量、位移、速度等物理量。但是大多数单片机本身只能识别和处理数字量，因此必须经过模拟量到数字量的转换AD转换，才能够实现单片机对被控对象的识别和处理。完成AD转换的器件即为AD转换器7。AD转换器的主要性能参数有1分辨率分辨率表示AD转换器对输入信号的分辨能力。AD转换器的分辨率以输出二进制数的位数表示；2转换时间转换时间指AD转换器从转换控制信号到来开始，到输出端得到稳定的数字信号所经过的时间。不同类型的转换器转换速度相差甚远；3转换误差转换误差表示AD转换器实际输出的数字量和理论上的输出数字量之间的差别，常用最低有效位的倍数表示；4线性度线性度指实际转换器的转移函数与理想直线的最大偏移。本课题选用的A/D转换器是具有I2C总线接口的A/D芯片PCF8591。PCF8591是具有I2C总线接口的8位A/D及D/A转换器。有4路A/D转换输入，1路D/A模拟输出。这就是说，它既可以作A/D转换也可以作D/A转换。A/D转换为逐次比较型。引脚图如图35所示。电源电压典型值为5V。AIN0AIN3模拟信号输入端。A0A3引脚地址端。VDD、VSS电源端。（256V）SDA、SCLI2C总线的数据线、时钟线。OSC外部时钟输入端，内部时钟输出端。EXT内部、外部时钟选择线，使用内部时钟时EXT接地。AGND模拟信号地。AOUTD/A转换输出端。VREF基准电源。图358591引脚图本设计8591电路原理图如图36，图中LED的功能是指示A/D转换正在进行。图36A/D原理图32单片机外围接口电路321晶振电路晶振电路为单片机AT89C52工作提供时钟信号，芯片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荡器一起构成自激振荡器。电路中的外接石英晶体及电容C5、C6接在放大器的反馈回路中构成并联振荡电路，系统的晶振电路如图37所示。由于外接电容C5、C6的容量大小会轻微影响振荡频率的高低、振荡器工作的稳定性、起振的难易程度及温度稳定性，如果使用石英晶体，电容的容量大小范围为；如果使用陶瓷谐振，则电容容量大小为301PF。本设计中使用石英晶体，电容的容值设定为30PF8。401PF图37晶振电路322复位电路复位电路的基本功能是系统上电时提供复位信号，直至系统电源稳定后，撤销复位信号。为可靠起见，电源稳定后还要经一定的延时才撤销复位信号，以防电源开关或电源插头分合过程中引起的抖动而影响复位。单片机在启动时都需要复位，以使CPU及系统各部件处于确定的初始状态，并从初态开始工作。AT89C52的复位信号是从RST引脚输入到芯片内的施密特触发器中的。当系统处于正常工作状态时，且振荡器稳定后，如果RST引脚上有一个高电平并维持2个机器周期24个振荡周期以上，则CPU就可以响应并将系统复位。单片机系统的复位方式有手动按钮复位和上电复位，本设计采用的是手动按钮复位9。手动按钮复位需要人为在复位输入端REST上加入高电平,采用的办法是在REST端和正电源VCC之间接一个按钮。当人为按下按钮时，则VCC的5V电平就会直接加到RST端，系统复位。由于人的动作再快也会使按钮保持接通达数十毫秒，所以，设计完全能够满足复位的时间要求。复位电路中S17为手动复位开关，电容C5可避免高频谐波对电路的干扰。AT89C52的复位电路如图38所示。图38复位电路323声光报警电路声光报警电路在AT89C52的控制下，可以根据不同的情况（火灾、异常、正常，发出不同的声光信号报警。声音报警电路如图39所示。由于蜂鸣器的工作电流一般比较大，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P23引脚进行控制，当P23输出的电平为高电平时，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10。图39声音报警电路光报警电路如图310，其中单片机的P1口进行控制，P1口的P10、P12、P14、P16分别控制4个发光二极管，予以光报警，如图所示。P10、P12、P14、P16控制的灯依次为红色火灾信号灯、绿色正常信号灯、黄色温度异常信号灯和蓝色浓度异常信号灯。当P10、P12、P14、P16输出低电平时，对应的信号灯便会发光报警11。图310光报警电路324按键电路本课题采用的按键电路如图311。通过4个按键达到温度、浓度报警下限值设定的功能，并且把当前温度、浓度下限值显示在显示屏上，达到直观的效果11。图311按键电路4火灾报警系统程序设计41软件开发环境本系统摒弃了传统的汇编语言而采用C语言进行程序设计。因为C语言的描述由函数组成，是一种结构化的程序设计语言，所以更容易实现模块化，而且具有可读性好，易于移植等优点，同时还有汇编语言一样的位操作功能的硬件详细控制指令。数据结构方面，可以使用结构体和数组，能够处理复杂的数据，可用于实时处理系统。本系统的软件编程使用的是美国KEILSOFTWARE公司出品的KEILC51，是51系列兼容单片机C语言软件开发系统。KEILC51软件提供丰富的库函数和功能强大的集成开发调试工具，全WINDOWS界面。另外重要的一点，KEILC51生成的目标代码效率非常之高，多数语句生成的汇编代码很紧凑，容易理解。在开发大型软件时更能体现高级语言的优势。C51工具包的整体结构中，VISION与ISHELL分别是C51FORWINDOWS和FORDOS的集成开发环境IDE，可以完成编辑、编译、连接、调试、仿真等整个开发流程。开发人员可用IDE本身或其它编辑器编辑C或汇编源文件。然后分别由C51及A51编译器编译生成目标文件OBJ。目标文件可由LIB51创建生成库文件，也可以与库文件一起经C51连接定位生成绝对目标文件ABS。ABS文件由OH51转换成标准的HEX文件，以供调试器DSCOPE51或TSCOPE51使用进行源代码级调试，也可由仿真器使用直接对目标板进行调试，也可以直接写入程序存贮器如EPROM中4。42火灾报警系统程序设计火灾报警系统控制器上采用AT89C52作为主控芯片，其主要功能包括控制IO端口、逻辑判断处理、驱动外部电路和A/D采样等，该部分是火灾报警系统智能化的集中体现。为了便于系统维护，在火灾报警系统的软件设计中采用了模块化程序设计方法，系统各个模块的具体功能都是通过子程序调用实现的。既使得程序结构清晰，又便于以后进一步扩展其功能。本系统主要包括主程序、温度烟雾数据采集子程序、火灾判断与报警子程序等。系统程序流程图如图41所示。图41程序流程图初始化温度烟雾信号采集与判断报警判断火灾报警复位异常报警正常开始WW1或YY1WW1且YY1主程序是一个无限循环体，其流程是首先在上电之后系统的各部分包括单片机输出输入端口的设置、数据存储电路、外围驱动电路等完成初始化，接下来执行火灾报警系统的数据采集程序、火灾判断、报警程序和显示程序。系统初始化后，AT89C52的P23和P10口为低电平，P12、P14和P16口为高电平，所以只有绿灯亮，其余灯都不亮，蜂鸣器不报警。421数据采集程序数据采集是火灾报警系统中的重要环节。为了降低误报率，系统设计时对温度烟雾采用了两次采集、两次判断的方法。每次采集温度烟雾数据后，将数据存入单片机的寄存器，然后在火灾判断程序中，将采集的数据与设定的阈值进行比较，判断现场是否发生火灾。具体流程是系统和程序初始化后，驱动PCF8591对温度信号进行A/D转换，单片机接受转换好的数据，存入寄存器，由INT1中断服务程序完成；系统延时10MS，驱动PCF8591对烟雾信号进行A/D转换，转换完成后存入寄存器。系统延时50MS，进行第二次温度烟雾信号采集，将转换好的数据存入寄存器中。单片机每次驱动A/D转换后等待外部中断1，当检测到PCF的标志位ADFLAG变为1时，即中断到来，说明A/D转换已经完成，通过中断服务程序读取转换得到的数据4。由于设计采用的是模块化设计，系统实现报警功能是通过调用子程序实现的。在数据采集子程序中，一次温度烟雾信号采集延时10MS，是让PCF8591准备好进行下一次信号转换。当系统采集2次温度烟雾信号后，转换好的数据存入单片机的寄存器中，系统再调用火灾判断子程序。系统温度烟雾信号采集程序流程图如图42所示。采集温度信号接收温度信号延时10MS采集烟雾信号等待数据转换接收烟雾信号显示温度显示烟雾浓度延时10MS串行通讯中断无中断循环采集开始图42数据采集流程图在火灾自动报警系统的程序设计中使用了延时程序，延时10MS的程序如下VOIDDELAY_10MSUINTIWHILEIUCHARI，J，K；FORI5；I0；IFORJ4；J0；JFORK248；K0；K；422火灾报警数据处理方法1、温度处理程序将温度传感器DS18B20采集到的温度信号送液晶显示LCD1602显示出来，同时也将设定值显示出来。具体做法是，将温度信号经过数据处理后（其中包括除和取余等算法），送到一个数组A里，将其变为字符串，最后调用液晶字符串显示程序将温度信号实时显示出来。VOIDWENDUDISPLAYUINTTEMP/温度显示程序UCHARA20UCHARA1,A2,A2T,A3,SER,A4,A5SERTEMP/10SBUFSERA1TEMP/100A2TTEMP100A2A2T/10A3A2T10A4W1/10A5W110A1A10A2A20A3A30A4A40A5A50A0A1A1A2A246A3A3A4A567A6A7A876A958A10A4A11A5A120LCD_WRITE_STRING2,0,A2、浓度处理程序将烟雾传感器MQ2采集到的烟雾信号送液晶显示LCD1602显示出来，同时也将设定值显示出来。具体做法是，将烟雾信号经过数据处理后（其中包括除和取余等算法），送到一个数组B里，将其变为字符串，最后调用液晶字符串显示程序将温度信号实时显示出来。VOIDYA