浅谈单片机的报警系统设计

1、毕业设计（论文） 毕业设计（论文）任务书毕业设计（论文）任务书 设计（论文）题目： 浅谈单片机的系统报警 设计（论文）时间： 2011-4-11 至 2011-6-17 设计（论文）进行地点： 盘锦和运集团 1、设计（论文）内容： 本文设计的是一种利用单片机监控传感器信号来判断防火和防盗事件发生并做出相 应的反应，以达到时刻预防意外发生并在意外发生时做出选择及时的补救措施。设计分 别从系统硬件、软件、稳压电源和抗干扰技术等方面做了阐述。 2、设计（论文）的主要技术指标 （1）单片机的系统 （2）烟雾检测报警电路的设计 （3）稳压电源的电压电流调节 （4）报警器的监控程序设计 3、设计（论文）的

2、基本要求 （1）毕业设计应由学生独立完成，切忌大段的抄书和论述与设计题目无关的内容； （2）毕业设计内容编写要求与电气专业有关的即可； （3）编写时要调理清晰，结构明朗，突出自己的独特观点； （4）要严格按照毕业设计要求书写。 另：综合报告类毕业设计(论文)限于顶岗实践学生，内容可针对顶岗实践单位的具 体情况，写出考察报告，或针对现场解决的实际问题进行论述，或现场实际设计题目等。 4、应收集的资料及主要参考文献 卿太金. 热释电人体红外线传感器原理与应用（上）. 电子世界，1995 卿太金. 热释电人体红外线传感器原理与应用（下）. 电子世界，1995 周湘峻. 语音录放芯片 APR9600.

3、 电子世界，1999 李广弟单片机基础M 北京：北京航空航天大学出版社，1994 梁亚光单片机的 Modem 通讯J 单片机与嵌入式系统应用，2001，(8) 5、进度安排及完成情况 序号设计（论文）各阶段任务日 期完成情况 1论题的选定4 月 11 日 5 月 08 日完成 2资料的收集5 月 09 日 5 月 15 日完成 3根据论题方向定稿5 月 16 日 5 月 26 日完成 4总体设计5 月 27 日 6 月 04 日完成 5规范论文的格式6 月 05 日 6 月 09 日完成 6完成论文6 月 10 日 6 月 17 日完成 学 生 签 名： 岗位指导教师签名： 指导教师签名： 系

4、 主 任 签 名： 2011 年 6 月 日 岗位指导教师评语： 指导教师评语： 评分（建议成绩）： 评分（建议成绩）： 岗位指导教师签字： 指导教师签字： 2011 年 6 月 日 2011 年 6 月 日 毕业设计（论文）评阅书毕业设计（论文）评阅书 毕业设计（论文）评阅书毕业设计（论文）评阅书 评阅教师评语： 评分（建议成绩）： 2011 年 6 月 日 评 分 表 项目论文 岗位指导教 师建议成绩 建议成绩 指导教师 建议成绩 合计 权重403030100 分数 答辩委员会意见：成绩 答辩委员会主任： 2011 年 6 月 日 摘 要 随着生活水平的提高，人们对居住环境的要求也日渐增高

5、，希望自己的住宅不但要舒 适而且要更安全。因此，智能化走进住宅小区已经成为一种趋势，并且智能管理系统中报 警设置已经成为民用建筑领域向信息化和网络化发展的一个重要组成部分。 本文设计的是一种利用单片机监控传感器信号来判断防火和防盗事件发生并做出相应 的反应，以达到时刻预防意外发生并在意外发生时做出选择及时的补救措施。设计分别从 系统硬件、软件、稳压电源和抗干扰技术等方面做了阐述。硬件部分介绍了用于防火的烟 雾传感器和用于防盗的红外线发生器和接收器。烟雾传感器有一个极限值，当烟雾浓度超 过这个极限时检测电路就会输出一个低电平的烟雾信号。红外线发生器和红外线接收器是 一起工作的，红外线发生器发出某

6、频率的红外线信号给红外线接收器，一般情况下，发生 器和接收器中间是没有阻挡物体的，接收器接收到的信号是连续的，而当他们中间有物体 经过阻挡时，接收器接收到的信号就会有一个跳变，这里接收器就会输出一个低电平信号 给单片机说明有物体进入该区域。电源对单片机系统来说是比较重要的一部分，电源电压 的稳定性与整个系统运行的稳定有密切关系。它是由变压器、整流器、滤波器和稳压器组 成。变压器把 220v 交流电变为稳压所需的低压交流电；整流器把低压交流电变为直流电； 整流后的直流电中仍会含有交流成份，经滤波后，稳压器再把不稳定的直流电压变为稳定 的直流电压输出。为了便于系统维护和功能扩充，采用模块化程序设计

7、方法，并通过子程 序调用实现。由于系统内部和外部的各种电气干扰，会影响单片机系统的可靠运行，严重 时还会影响产品质量和产量，所以切断单片机干扰的传播路径，就显得尤为重要了。 【关键词关键词】防火，防盗，单片机，烟雾传感器，红外线传感器，报警器 目 录 1 1 概概述述 .1 1.1 选题背景 .1 1.2 研究的目的和意义.2 1.3 国内外现状和发展趋势.2 2 2 单单片片机机报报警警系系统统的的硬硬件件设设计计 .5 21 火灾报警控制器及控制系统简介.5 2.1.1 火灾报警控制器的功能.5 2.1.2 火灾报警控制器分类.5 2.1.3 火灾报警控制器的功能.6 2.1.4 工作原理

8、.6 2.1.5 系统的设置 .6 2.1.6 火灾自动报警系统设计.8 22 单片机及最小系统.11 2.2.1 单片机简介.11 2.2.2 单片机的最小系统.17 2.3 烟雾检测报警电路的设计.18 2.3.1 红外线传感器的发射部分.18 2.3.2 红外线传感器的接收部分.19 2.3.3 温度烟雾信号采集模块.19 2.3.4 声光报警模块.20 2.3.5 单片机与 MODEM 通信模块.21 2.4 单片机与数码管的接口.21 2.4.1 数码管的分类.21 2.4.2 数码管的驱动方式.22 2.4.3 数码管使用的电流与电压.23 2.4.4 恒流驱动与非恒流驱动对数码管

9、的影响.23 2.4.5 怎样测量数码管引脚，分共阴和共阳.23 3 3 稳稳压压电电源源的的设设计计 .26 3.1 直流稳压电源电路原理.26 3.1.1 电源变压器 .26 3.1.2 整流滤波电路 .26 3.1.3 稳压电路 .27 3.2 稳压电源技术指标.27 3.2.1 稳定性好.27 3.2.2 输出电阻小.27 3.2.3 电压温度系数小.28 3.2.4 输出电压纹波小.28 4 4 系系统统软软件件设设计计 .29 41 设计思路 .29 4.1.1 延时子程序.29 4.1.2 开关输入代码.30 4.1.3 控制显示子程序流程图.32 42 主程序流程图 .32 4

10、.3.1 数据采集子程序.34 4.3.2 火灾判断与报警程序.34 5 5 单单片片机机抗抗干干扰扰技技术术 .39 5.1 形成干扰的基本要素.39 5.2 干扰的分类.39 5.3 干扰的耦合方式 .39 5.4 常用硬件抗干扰技术.40 总总 结结 .43 致致 谢谢.44 参考文献参考文献.45 1 概述 1.1 选题背景 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

11、型防火单位，需要设置一种单一或区域联网、廉价实用的 火灾自动探测报警装置，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。 现场火灾报警器通过对传感器火情信息的检测，使用智能识别算法实现对火灾的监测。 当报警器监测到火情信息后，直接通过 Modem 经公用电话交换网迅速向消防指挥中心报告 火情信息(包括火灾单位编码、单位名称、火情级别以及报警时间等)，同时产生声光报警信 号，并按事先预留的电话号码自动拨号通知单位有关负责人。消防指挥中心根据接收到的 火警信息，立即在消防信息数据库中查询单位位置、周围道路、交通、水源情况等基本信 息，根据所获得的信息迅速确定最佳救火方案，通过网络

12、将出警命令直接下达各消防中队。 火灾报警器在建筑方面也得以体现。现代建筑的特点是楼层不断加高，这主要是从缓 解城市用地紧张的角度出发的，同时还便于集中供电、供热、供气，便于集中控制和管理。 现在，不论是普通型（比如民用住宅）还是豪华型（比如高级宾馆）的高层建筑，都日益 重视防火和安全技术的普及应用。因为其楼层多、人员密集，如果发生火灾，疏散困难， 扑救也困难，势必造成严重的人员伤亡和财产损失。为了保障高层建筑安全可靠，必须设 计出具有可靠性高、实时性好的火灾自动报警与消防系统，其要求是：（1）当有火情发生 时，能以最快的速度检测报警，并能检测火情发生的具体地点（特定的地址编码） ；（2） 经查

13、实确认后，能及时的通报消防部门灭火；（3）系统本身应有自身故障检测的功能，如 系统欠电压报警和自检功能等，保证自动报警系统功能完好；（4）较高的系统抗干扰能力， 防止系统发生误报警。 1.2 研究的目的和意义 目前，虽然已经有多种火灾自动报警系统，但大多还属于脱机方式，最终要靠人来联 系消防部门，往往由于不能及时报警而造成重大损失。如果能够以在线的方式直接工作， 将很大程度上减轻财产损失和人员伤亡。我们正是着眼于这一问题，力图从根本上解决脱 机信号传输方式存在的问题，直接将信号通过无线传输技术发送给主控室或消防部门，达 到第一时间救火、灭火的目的。 1.3 国内外现状和发展趋势 火灾自动报警系

14、统是由触发装置、火灾报警装置、火灾警报装置以及具有其它辅助 功能装置组成的，它具有能在火灾初期，将燃烧产生的烟雾、热量、火焰等物理量，通 过火灾探测器变成电信号，传输到火灾报警控制器，并同时显示出火灾发生的部位、时 间等，使人们能够及时发 现火灾，并及时采取有效措施，扑灭初期火灾，最大限度的减 少因火灾造成的生命和财产的损失，是人们同火灾做斗争的有力工具。有关资料统计表 明：凡是安装了火灾自动报警系统的场所，发生了火灾一股地说都能及早报警，不会酿 成重大火灾。在交通港航系统许多重要的办公楼、仓库、变电站、控制中心，500 总 吨以上的各种船舶都根据国家标准 高层民用建筑设计防火规范 、 建筑设

15、计肪火规 范以及国际海事组织 SOLAS 公约等有关条文安装了火灾自动报警系统，在消防安 全保卫工作中发挥了重要作用。 单片机现在已越来越广泛地应用于智能仪表、工业控制、日常生活等很多领域，可以 说单片机的应用已渗透到人类的生活、工作的每一个角落，这说明它和我们每个人的工作、 生活密切相关，也说明我们每个人都有可能和有机会利用单片机去改造你身边的仪器、产 品、工作与生活环境。 红外技术已经成为先进科学技术的重要组成部分，他在各领域都得到广泛的应用。由 于他是不可见光，因此用他做防盗报警监控器，具有良好的隐蔽性，白天黑夜均可使用， 而且抗干扰能力强。 通常红外线发射电路都是采用脉冲调制式。红外接

16、收电路首先将接收到的红外光转换 为电信号，并进行放大和解调出用于无线发射电路的调制信号。当无人遮挡红外光时，锁 相环输出低电平，报警处于监控状态。 有的防盗报警系统还连有上位机。将探测器发回的现场信号按防区的类型与主机的工 作状态（布防、撤防）作出逻辑判断，进而发出报警。一个防盗系统的功能主要体现在报 警主机的功能上。 而对于单片机未来 50 年的发展前景来说，中国使用单片机的历史只有短短的 30 年， 在初始的短短五年时间里发展极为迅速。1986 年在上海召开了全国首届单片机开 发与应 用交流会，很多地区还成立了单片微型计算机应用协会，那是全国形成的第一次高潮。 单片机应用技术飞速发展，我们

17、上因特网输入一个“单片机”的搜 索，将会看到上万 个介绍单片机的网站，这还不包括国外的。 电子界，在 2003 年 7 月，（91 猎头 网）在上海、广州、北京等大城 市所做的一次专业人才需求报告中，单片机人才的需求量位居第一。 大家都有些奇怪一块 小小的片子，为何有这样的魔力？ 我们首先从它的构成说起：单片机，亦称单片微电脑 或单片微型计算机。它是把中央 处理器（CPU） 、随机存取存储器（RAM） 、只读存储器（ROM） 、输入/输出端口 （I/0）等主 要计算机功能部件都集成在一块集成电路芯片上的微型计算机。正因为如此他才改变了我 的生活它为我们改变了什么？纵观我们现在生活的各个领域，从

18、导弹的导航装置，到飞机 上各种仪表的控制，从计算机的网络通讯与数据传输，到工业自动化过程的实时控制和数 据 处理， 以及我们生活中广泛使用的各种智能 IC 卡、电子宠物等，这些都离不开单片机。以 前没有单片机时，这些 东西也能做，但是只能使用复杂的模拟电路，然而这样做出来的产 品不仅体积大，而且成本高，并且由于长期使用， 元器件不断老化，控制的精度自然也会 达不到标准。在单片机产生后，我们就将控制这些东西变为智能化了，我们 只需要在单片 机外围接一点简单的接口电路，核心部分只是由人为的写入程序来完成。这样产品的体积 变小了，成 本也降低了，长期使用也不会担心精度达不到了。所以，它的魔力不仅是在

19、现 在，在将来将会有更多的 人来接受它、使用它。据统计，我国的单片机年容量已达 3 亿 片，且每年以大约 20%的速度增长，但相对于 世界市场我国的占有率还不到 1%。特别是沿 海地区的玩 具厂等生产产品多数用到单片机，并不断地辐射向内地。 所以，学习单片机 在我国是有着广阔前景的。 2 单片机报警系统的硬件设计 21 火灾报警控制器及控制系统简介 2.1.1 火灾报警控制器的功能 (1) 用来接受火灾信号并启动火灾警报装置。该设备也可用来指示着火部位和 记录有关信息。 (2) 能通过火警发送装置启动火灾报警信号或通过自动消防灭火控制装置启动 自动灭火设备和消防联动控制器。 (3) 自动地监视

20、系统的正确运行和对特定故障给出声、光报警。 2.1.2 火灾报警控制器分类 火灾报警控制器种类繁多，根据不同的方法可分成不同的类别。 (1) 按控制范围可分为： 区域火灾报警控制器：直接连接火灾探测器，处理各种报警信息。 集中火灾报警控制器：它一般不与火灾探测器相连，而与区域火灾报警控制 器相连，处理区域级火灾报警控制器送来的报警信号，常使用在较大型系统中。 控制中心火灾报警控制器：它兼有区域，集中两级或火灾报警控制器的特点， 即可以作区域级使用，连接控制器；又可以作集中级使用，连接区域火灾报警控制 器。 (2) 按结构型式可分为： 壁挂式火灾报警控制器：连接的探测器回路相应少些，控制功能简单

21、，区域 报警控制器多才用这种型式。 台式火灾报警控制器：连接探测器回路数较多，联动控制较复杂，集中式报 警器常采用这种方式。 框式火灾报警控制器：可实现多回路连接，具有复杂的联动控制。 (3) 按系统布线方式分为： 多线制火灾报警控制器：探测器与控制器的连接采用一一对应方式。 总线制火灾报警控制器：控制器与探测器采用总线方式连接，探测器并联或 串联在总线上。 2.1.3 火灾报警控制器的功能 (1) 火灾报警：当收到探测器、手动报警开关、消火栓开关及输入模块所配接 的设备所发来的火警信号时，均可在报警器中报警。 (2) 故障报警：系统运行时控制器分时巡检，若有异常(设备故障 )发出声、 光报警

22、信号，并显示故障类型及编码等。 (3) 火警优先：在故障报警或已处理火警时，若发生火警则报火警，而当火警 清除后又自动报原有的故障。 (4) 时钟与火灾发生时间的记忆：系统中的时钟走时通过软件编程实现，具有 相应的存储单元，记忆事故发生时间。 (5) 自检功能：为了提高报警系统的可靠性，控制器设置了检查功能，可定期 或不定期的进行模拟火警检查。 2.1.4 工作原理 控制器把火灾探测器传来的信号进行处理、报警。从原理上讲无论是区域报警 控制器还时集中报警控制器都遵循同一工作模式，即收集探测信号输入单元自 动监控单元输出单元。 2.1.5 系统的设置 随着新产品的不断出现，火灾自动报警系统也由传

23、统型向现代火灾自动报警发 展。在诸多的产品中以区域报警和集中报警控制器的应用最为广泛，以下介绍两者 的设置。 1）区域报警控制系统 区域报警控制系统是火灾自动报警系统组成的一种形式，它是由电子元件组成 的自动报警和监控装置。当探测器检测到火灾信号，电子线路将火灾信号转换为电 压或数字信号，通过导线传输到区域报警器，经过处理后发出声光报警信号，同时 将火灾部位传输给集中报警控制器，适用于较小范围的保护。有些区域报警控 制器可单独组成系统进行消防灭火自动处理。区域报警控制器的设置应该符合以下 的规定： （1） 一个报警区域宜设置一台区域报警控制器，系统中区域报警控制器不应 该超过 3 台。 （2）

24、 当用一台区域报警控制器警戒数个楼层时，应在每层各楼梯口明显部位 装设识别楼层的灯光显示区域。 （3） 区域报警控制器安装在墙上时，其底边距地的高度不应小于1.5m。 靠近门轴的侧面距墙不应小于0.5m。正面操作距离不应小于1.2m。 （4） 区域报警控制系统宜设在有人值班的房间或宾馆每层服务台。 2）集中报警控制系统 集中报警控制系统是有电子线路组成的集中自动监控报警装置，各个区域报警 巡回检测带的信号均集中到这一总的监控报警装置。它具有部位指示、区域显示、 巡检、自检、火灾报警音响、计时、故障报警、记录打印等一系列功能，在发出报 警信号同时可自动采取系统的消防功能控制动作，达到消防的目的和

25、手段，适 用于较大范围内多个区域的保护。集中报警控制器的设置应该满足以下规定： (1) 系统中应设有一台集中报警控制器和两台以上区域报警控制器。 (2) 集中报警控制器的容量不宜小于保护范围内探测区域总数。 (3) 集中报警控制器距墙不应小于1m，正面的操作距离不应小于2m。 (4) 区域报警控制器的设置应符合上述区域报警控制系统的有关要求。 3）控制中心报警系统 由消防控制室的消防控制设备、集中火灾报警控制器、区域火灾报警控制器和 火灾 自动报警 探测器等组成，或由消防控制室的消防控制设备、火灾报警控制器、 区域显示器和火灾 自动报警 探测器等组成，功能复杂的火灾自动报警系统。系统 的容量较

26、大，消防设施控制功能较全，适用于大型建筑的保护。 (1) 系统中应至少设置一台集中报警控制器和必要的消防控制设备； (2) 设在消防控制室以外的集中报警控制器，均应将火灾报警信号和消防联动 控制信号送至消防控制室； (3) 区域报警控制器和集中报警控制器的设置，应符合上述控制中心报警 系统的有关要求。 2.1.6 火灾自动报警系统设计 1）系统选型 依据 火灾自动报警系统设计规范将*行政楼界定为二级保护对象，根据 建筑的实际情况在每层设置一台楼层显示器，作区域报警器使用，共8 台楼层 显示器和一台集中报警控制器及联动控制装置。 本工程选用北京狮岛消防电子有限公司生产的SD2200-2178A

27、型火灾报警控 制器，由 11 个子站组成，各个子站之间的数据流通和相互协调由工作主站担任。 每个子站一个回路，每回路有199 个地址点，其中1-99 地址接感烟探测器或感 温探测器， 101-199 地址可接手动报警按钮、输入模块、输出模块、多功能模块和 消火栓按钮等。该系统是一种数字式智能火灾自动报警及联动装置，它不同于传统 的分布智能，也不通于简单的集中智能。分布智能是探测器报警，将信号传输给控 制器，从而报出火灾地址；集中智能是由探测器将探测到的火灾信号不断的传输给 控制器，由控制器进行判断，从而报出火灾地址。本系统为分布与智能集中相结合， 在系统硬件上采用分布结构，而在软件报警算法上采

28、用集中处理。系统具有现场编 程功能，控制器留有计算机接口，可直接接入计算机键盘进行现场编程，也可在外 接 PC 机或笔记本上进行编程后再固化芯片转插在控制器上。CRT 彩色显示系统， 采用 WIN98 界面，操作简单，易于工程进行编程。具有黑匣子储存功能，便于火灾 发生时提供查认依据。 2) 防火区域和报警区域的划分 （1）防火分区的划分 *行政楼共八层，其中三到八层为通用层，一二层高5m，标准层为 4m， 总共 34m。每层建筑面积为1084.43m2 。依据 火灾自动报警系统设计规范 将其界定为二级保护对象。依据高层民用建筑防火设计规范 ，该建筑为二类 建筑，耐火等级为二级。在划分防火分区

29、时应该满足表4.1 的规定。高层建筑 内应采用防火墙等划分防火分区，每个防火分区允许最大建筑面积，不应超过下表 的规定。 1 设有自动灭火设备的防火分区，其最大允许建筑面积可按本表增加一倍，局 部设置时，增加面积可按局部的一倍计算。 2 高层主体建筑与相连的附属建筑之间，如设有防火墙等防火分隔设施，其附 属建筑的防火分区面积可按本表增加一倍。 由于 *行政楼设有自动喷水灭火系统设备允许把建筑面积增加一倍，所以把每 层划分为一个防火分区，共分为八个防火分区。 （2）探测区域和报警区域的划分 火灾自动报警系统的保护对象形式多样，功能各异，规模不等。为了便于早期 探测、早期报警，方便日常的维护管理，

30、在安装的火灾自动报警系统中，人们一般 都将其保护空间划分为若干个报警区域。每个报警区域又划分了若干个探测区域。 这样这可以在火灾时，能够迅速、准确地确定着火部位，便于有关人员采取有效措 施。 因此，所谓报警区域就是人们在设计中将火灾自动报警系统的警戒范围按防火 分区或楼层划分的部分空间，是设置区域火灾报警控制器的基本单元。一个报警区 域可以由一个防火分区或同楼层相邻几个防火分区组成，但同一个防火分区不能在 两个不同的报警区域内；同一报警区域也不能保护不同楼层的几个不同的防火分区。 1 报警区域的划分 根据 火灾自动报警系统设计规范的规定，报警区域宜由一个防火分区或 同楼层的几个相邻的几个组成，

31、所以把每层分别单独作为一个报警区域，满足火灾 自动报警系统设计规范的规定。 2 探测区域的划分 由于该建筑为二级保护对象，规范规定：探测区域应按独立房(套)间划分。 一个探测区域的面积不宜超过500m2；从主要人口能看清其内部，并且面积不超 过 1000m2的房间，也可划为一个探测区域。根据以上的规定我把*行政楼的 探测区域划分如下： (1) 由于 *行政楼每层的房间都是小空间，所以把每层的每个房间单独划分 为一个探测区域。 (2) 把敞楼梯间单独划分为一个探测区域，每隔23 层划分为一个探测区 域并且 设置一个火灾探测器。 (3) 把前室（包括防烟楼梯间前室、消防电梯前室、消防电梯与防烟楼梯

32、间合 用的前室）和走道分别单独划分探测区域。特别是前室与电梯竖井、疏散楼梯间及 走道相通，在发生火灾时烟气更容易聚集或流过，是人员疏散和消防扑救的必经之 地，故应装设火灾探测器。对于一般电梯前室虽然不是人员疏散必经之地，但该前 室与电梯竖井相通，也是在发生火灾时烟气容易聚集或流过，也单独划分探测区域 及装设火灾探测器。 (4) 把电缆竖井单独划分探测区域并装设火灾探测器。一则是恐怕竖井形成拔 烟火的通道；二则是恐怕发生火灾时火势沿电缆延燃。对电缆竖井装设火灾探测器 是十分必要，并配合竖井的防火分隔要求，每隔23 层或每层安装一个 。 22 单片机及最小系统 2.2.1 单片机简介 (1) 中央

33、处理器 AT89C51 简介 AT89C51 的特点 AT89C51 具有以下几个特点： AT89C51 与 MCS-51 系列的单片机在指令系统和引脚上完全兼容； 片内有 4k 字节在线可重复编程快擦写程序存储器； 全静态工作,工作范围：0Hz24MHz； 三级程序存储器加密； 1288 位内部 RAM； 32 位双向输入输出线； 两个十六位定时器/计数器 五个中断源,两级中断优先级； 一个全双工的异步串行口； 间歇和掉电两种工作方式。 AT89C51 的功能描述 AT89C51 是一种低损耗、高性能、CMOS 八位微处理器，片内有 4k 字节的在线可重 复编程、快速擦除快速写入程序的存储器

34、，能重复写入/擦除 1000 次， 数据保存时间为十年。它与 MCS-51 系列单片机在指令系统和引脚上完全兼容，不仅 可完全代替 MCS-51 系列单片机，而且能使系统具有许多 MCS-51 系列产品没有的功能。 AT89C51 可构成真正的单片机最小应用系统，缩小系统体积，增加系统的可靠性，降 低系统的成本。只要程序长度小于 4K，四个 I/O 口全部提 供给用户。可用 5V 电压编程,而且擦写时间仅需 10 毫秒，仅为 8751/87C51 的 擦除时间的百分之一,与 8751/87C51 的 12V 电压擦写相比， 不易损坏器件，没有两种电源的要求，改写时不拔下芯片， 适合许多嵌入式控

35、制领域。工作电压范围宽（2.7V6V） ， 全静态工作，工作频率宽在 0Hz24MHz 之间，比 8751/87C51 等 51 系列的 6MHz12MHz 更具有灵活性,系 统能快能慢。AT89C51 芯片提供三级程序存储器加密，提 供了方便灵活而可靠的硬加密手段，能完全保证程序或系统不被仿制。P0 口是三态双向口, 通称数据总线口,因为只有该口能直接用于对外部存储器的读/写操作。 AT89C51 引脚功能 AT89C51 单片机 40 引脚分布如右图所示。 AT89C51 是一种低损耗、高性能、CMOS 八位微处理器，片内有 4k 字节的在线可重 复编程、快速擦除快速写入程序的存储器，能重

36、复写入/擦除 1000 次，数据保存时间为十 年。它与 MCA-51 系列单片机在指令系统和引脚上完全兼容，不仅可完全代替 MCS-51 系 列单片机，而且能使系统具有许多 MCS-51 系列产品没有的功能。 AT89C51 可构成真正的单片机最小应用系统，缩小系统体积，增加系统的可靠性，降 低系统的成本。只要程序长度小于 4K，四个 I/O 口全部提供给用户。可用 5V 电压编程,而 且擦写时间仅需 10 毫秒，仅为 8751/87C51 的擦除时间的百分之一,与 8751/87C51 的 12V 电压擦写相比，不易损坏器件，没有两种电源的要求，改写时不拔下芯片，适合许多嵌入 式控制领域。工

37、作电压范围宽（2.7V6V） ，全静态工作，工作频率宽在 0Hz24MHz 之间， 比8751/87C51等 51 系列的 6MHz12MHz 更 具有灵活性,系统能快能慢。AT89C51 芯片提供三级程序存储器加密，提供了方便灵活 而可靠的硬加密手段，能完全保证程序或系统不被仿制。P0 口是三态双向口,通称数据总线 口,因为只有该口能直接用于对外部存储器的读/写操作。 随着大规模集成电路的出现及其发展，将计算机的 CPU 、RAM 、 ROM 、定时/数 器和多种 I/O 接口集成在一片芯片上，形成芯片级的计算机，因此单片机早期的含义称为 单片微型计算机，直译为单片机 。 1)单片机的特点单

38、片机的特点 ： 1 、具有优异的性能价格比 2 、集成度高、体积小、可靠性高 3 、控制功能强 4 、低电压、低功耗 2)单片机的应用单片机的应用 ： 1 、在智能仪器仪表中的应用：在各类仪器仪表中引入单片机，使仪器仪表智能化， 提高测试的自动化程度和精度，简化仪器仪表的硬件结构，提高其性能价格比。 2 、在机电一体化中的应用：机电一体化产品是指集机械、微电子技术、计算机技术 表 2-1 P3 口的第二功能 于一本，具有智能化特征的电子产品。 3 、在实时过程控制中的应用：用单片机实时进行数据处理和控制，使系统保持最佳 工作状态，提高系统的工作效率和产品的质量。 4 、在人类生活中的应用：目前

39、国外各种家用电器已普通采用单片机代替传统的控制 电路。 5 、在其它方面的应用：单片机除以上各方面的应用，它还广泛应用于办公自动化领 域、商业营销领域、汽车及通信、计算机外部设备、模糊控制等各领域中。 3)单片机的基本组成 ： 它由 CPU 、存储器（包括 RAM 和 ROM ） 、 I/O 接口、定时 / 计数器、中断控 制功能等均集成在一块芯片上，片内各功能通过内部总线相互连接起来。 输入 / 输出引脚 P0 、 P1 、 P2 、 P3 的功能 ：P0.0P0 。 7 ： P0 口是一个 8 位漏极开路型双向 I/O 端口。在访问片外存储器时，它分时作低 8 位地址和 8 位双向数 据总

40、线用。在 EPROM 编程时，由 P0 输入指令字节，而在验证程序时，则输出指令字节。 验证程序时，要求外接上拉电阻。 P0 能以吸收电流的方式驱动 8 个 LSTTL 负载。 P1. 0 P1. 7 （ 18 脚）： P1 是一上带内部上拉电阻的 8 位双向 I/O 口。在 EPROM 编程和验证程序时，由它输入低 8 位地址。 P1 能驱动 4 个 LSTTL 负载。 在 8032/8052 中， P1. 0 还相当于专用功能端 T2 ，即定时器的计数触发输入端； P1. 1 还相当于专用功能端 T2EX ，即定时器 T2 的外部控制端。P2.0P2.7 （ 2128 脚）： P2 也是一

41、上带内部上拉电阻的 8 位双向 I/O 口。在访问外部存储器时，由它输 出高 8 位地址。在对 EPROM 编程和程序验证时，由它输入高 8 位地址。 P2 可以驱 动 4 个 LSTTL 负载。P3. 0 P3. 7 （ 1017 脚）： P3 也是一上带内部上拉电阻的双 向 I/O 口。在 MCS-51 中，这 8 个引脚还用于专门的第二功能。 P3 能驱动 4 个 LSTTL 负载。 P3. 0 RXD （串行口输入） P3. 1 TXD （串行口输出） P3. 2 INT0 （外部中断 0 输入） P3. 3 INT1 （外部中断 1 输入） P3. 4 T0 （定时器 0 的外部输入

42、） P3. 5 T1 （定时器 1 的外部输入） P3. 6 WR （片外数据存储器写选通） P3. 7 RD （片外数据存储器读选通） 4)MCS-51 的寻址方式： 1 、立即寻址 如： MOV A ， #40H 2 、直接寻址 如： MOV A ， 3AH 3 、寄存器寻址 如： MOV A ， Rn 4 、寄存器间接寻址 如： MOV A ， Rn 5 、基址加变址寻址 如： MOVC A ， A+DPTR 6 、相对寻址 如： SJMP 08H 7 、位寻址 MOV 20H ， C 5)指令：指令： MOV ： 片内 RAM 传送 MOVX ： 片外 RAM 传送 MOVC ： RO

43、M 传送 XCH ： 交换（和 A 交换） SWAP ： A 内半字节交换 ADD ：不带进位加 ADDC ：带进位加 SUBB ：带进位减 INC ：加 1 DEC ：减 1 MUL ：乘法 DIV ：除法 DAA ：调整 6)中断响应条件中断响应条件 CPU 响应中断的条件有： 1.有中断源发出中断请求； 2.中断总允许位 EA=1 ，即 CPU 开中断； 3.申请中断的中断源的中断允许位为 1 ，即没有被屏蔽。 7)串行口工作方式及帧格式串行口工作方式及帧格式 MCS-51 单片机串行口可以通过软件设置四种工作方式： 方式 0 ：这种工作方式比较特殊，与常见的微型计算机的串行口不同，它又

44、叫同步移 位寄存器输出方式。在这种方式下，数据从 RXD 端串行输出或输入，同步信号从 TXD 端输出，波特率固定不变，为振荡率的 1/12 。该方式是以 8 位数据为一帧，没有起始位 和停止位，先发送或接收最低位。 方式 2 ：采用这种方式可接收或发送 11 位数据，以 11 位为一帧，比方式 1 增加 了一个数据位，其余相同。第 9 个数据即 D8 位具有特别的用途，可以通过软件搂控制 它，再加特殊功能寄存器 SCON 中的 SM2 位的配合，可使 MCS-51 单片机串行口适用 于多机通信。方式 2 的波特率固定，只有两种选择，为振荡率的 1/64 或 1/32 ，可由 PCON 的最高

45、位选择。 方式 3 ：方式 3 与方式 2 完全类似，唯一的区别是方式 3 的小组特率是可变的。 而帧格式与方式 2- 样为 11 位一帧。所以方式 3 也适合于多机通信。随着大规模集成电 路的出现及其发展，将计算机的 CPU 、RAM 、 ROM 、定时/数器和多种 I/O 接口集成 在一片芯片上，形成芯片级的计算机，因此单片机早期的含义称为单片微型计算机，直译 为单片机 。 2.2.2 单片机的最小系统 单片机最小系统,或者称为最小应用系统,是指用最少的元件组成的单片机可以工作的 系统。 对 51 系列单片机来说,最小系统一般应该包括:单片机、晶振电路、复位电路。 下面给出一个 51 单片

46、机的最小系统电路图（图 1）。 图图 2-22-2 单片机的最小系统单片机的最小系统 说明： 复位电路:由电容串联电阻构成,由图并结合电容电压不能突变的性质,可以知道,当 系统一上电,RST 脚将会出现高电平,并且,这个高电平持续的时间由电路的 RC 值来决定.典 型的 51 单片机当 RST 脚的高电平持续两个机器周期以上就将复位,所以,适当组合 RC 的取 值就可以保证可靠的复位.一般教科书推荐 C 取 10u,R 取 8.2K.当然也有其他取法的,原则 就是要让 RC 组合可以在 RST 脚上产生不少于 2 个机周期 的高电平.至于如何具体定量计算,可以参考电路分析相关书籍. 晶振电路:

47、典型的晶振取 11.0592MHz(因为可以准确地得到 9600 波特率和 19200 波特 率,用于有串口通讯的场合)/12MHz(产生精确的 uS 级时歇,方便定时操作) 单片机:一片 AT89S51/52 或其他 51 系列兼容单片机 特别注意:对于 31 脚(EA/Vpp),当接高电平时,单片机在复位后从内部 ROM 的 0000H 开 始执行;当接低电平时,复位后直接从外部 ROM 的 0000H 开始执行. 因此可以看出,其实要熟悉 51 单片机的 40 个引脚功能也很容易: 总共 40 个脚,电源用 2 个(Vcc 和 GND),晶振用 2 个,复位 1 个,EA/Vpp 用 1

48、 个,剩下还有 34 个.29 脚 PSEN,30 脚 ALE 为外扩数据/程序存储器时才有特定用处,一般情况下不用考虑,这 样,就只剩下 32 个引脚,对于初学者,这 32 个引脚就是要经常跟它们打交道的了.它们是: P0 端口 P0.0P0.7 共 8 个 P1 端口 P1.0P1.7 共 8 个 P2 端口 P02.0P2.7 共 8 个 P3 端口 P3.0P3.7 共 8 个 2.3 烟雾检测报警电路的设计 2.3.1 红外线传感器的发射部分 MC 系列芯片 MC14468 为离子型烟雾检测报警芯片，是目前市场上很流行的集火灾检 测与报警于一体的智能传感器。当检测到烟雾颗粒时，它能驱

49、动其外围连接的压电陶瓷蜂 鸣器或压电式扬声器发出报警声，与此同时，还驱动发光二极管（LED）以 1Hz 的频率闪 烁发光，利用声光报警达到烟雾报警的最佳效果。 MC14468 的 1 脚（检测输出端）直接联接单片机的 INT0，当检测到烟雾时，其输出 的高电平通过 INT0 控制单片机内部定时器 T0 工作，定时 90 ms，T0 溢出中断，进入中断 服务程序，通过串口发送数据（房间号或之前对该系统的有意义编码）给单片射频收发器 nRF401。在检测到烟雾时，MC14468 自身的 100 mV 的滞后电压会防止其他外界因素（如 飞虫）造成的误报警，辅以单片机产生 90 ms 的延时，更能提高

50、系统的可靠性。每次 T0 记 时开始时，要由软件重新置初值，从而不会由于 90 ms 期间 MC14468 管脚 1 上的信号消失 或变低而导致下次运行出错。 nRF401 的串行口直接和单片机的串行口连接（DIN 接 TXD，DOUT 接 RXD） ， TXEN 端的高/低电平由软件设置，可实现 nRF401 发射模式与接收模式之间的相互切换。 当需要发射数据时，由晶振电路产生的 4 MHz 频率作为其内部锁相环的基准频率，经锁相 环和压控震荡器进行 N 倍频后，中心频率 f0 成为 433.92 MHz 或 434.33 MHz（双频道） ， 调制后，f=f0f=f015 kHz（该芯片调

51、制度为15 kHz） ，最后经功率放大器放大后从 PCB 天线上发射出去。 2.3.2 红外线传感器的接收部分 nRF401 从 PCB 天线上接收到调频信号时，单片机置 TXEN 端为低电平，功率放大器 被关断从而进入接收状态。调频信号依次经低噪声放大器放大，经混频器（其作用是抵消 本机发送器与接收器之间的高频干扰）变成中频，再经带通滤波器滤波和调制器解调后， 成为数据输出。这时单片机切换到发射模式，回送握手信号，nRF401 把得到的数据输送给 单片机，经处理后从 P1 口输出到 LED 上显示（火情来源地信息） ，同时驱动报警器报警。 相比于检测发射端电路，接收控制端电路更简单。各管脚引

52、线方法两者基本相同，只 是软件实现稍有不同。它可直接采用多位 LED 显示，不用扩展任何接口。 2.3.3 温度烟雾信号采集模块 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 AD590 和气体传感器 TGS202 用作采集系统的敏感元件。 AD590 是美国 AnalogDevices 公司生产的一种电流型二端温度传感器。电路如图 2 所示。由于 AD590 是电流型温度传感器，他的输出同绝对温度成正比，即 1A/k，而数模 转换芯片 ADC0809 的输入要求是电压量，所以在 AD590 的负极接出一个 10k 的电阻 R1 和

53、 一个 100 的可调电阻 W，将电流量变为电压量送入 ADC0809。通过调节可调电阻，便可在 输出端 VT 获得与绝对温度成正比的电压量，即 10mV/K。 火灾中气体烟雾主要是 CO2 和 CO。TGS202 气体传感器能探测 CO2，CO，甲烷、煤气等 多种气体，他灵敏度高，稳定性好，适合于火灾中气体的探测。当 TGS202 探测到 CO2 或 CO 时，传感器的内阻变小，VA 迅速上升。选择适当的电阻阻值，使得当气体浓度达到一定 程度(如 CO 浓度达到 006)时，VA 端获得适当的电压(设为 3V)。A/D 转换电路采用了 常用的 8 位 8 通道数模转换专用芯片 ADC0809

54、。温度、烟雾传感器的输出分别接到 ADC0809 的 IN0 和 IN1。ADC0809 的通道选择地址 A，B，C 分别由 89C51 的 P00P02 经地址锁 存器 74LS373 输出提供。当 P2.7=0 时，与写信号 WR 共同选通 ADC0809。其中 ALE 信号与 ST 信号连在一起，在 WR 信号的前沿写入地址信号，在其后沿启动转换。例如，输出地址 7FF8H 可选通通道 IN0，实现对温度传感器输出的模拟量进行转换；输出地址 7FF9H 可选通 通道 IN1，实现对烟雾传感器输出的模拟量进行转换。其中 ADC0809 的转换结束状态信号 EOC 接到 89C51 的 IN

55、T1 引脚，当 A/D 转换完成后，EOC 变为高电平，表示转换结束，产生 中断。在中断服务程序中，将转换好的数据送到指定的存储单元。 +6V B VD1 VT1 3DU RP1 R1 VD2 C1 100 VT2 3DG6 R3 + 2K R22KVT3 3DG12 R4 IC 9561 R5240K VT4 3DG12 图图 2 2 烟雾检测报警电路烟雾检测报警电路 2.3.4 声光报警模块 声光报警电路在单片机 P1 口的控制下，可以根据不同情况(火灾、异常、故障)发出不 同的声光报警信号。声音信号由专用语音芯片提供。通过给语音芯片的 S1 和 S2 端输入不 同的逻辑电平(00，01，

56、10，11)，便可以获得 4 种不同的声音信号。由单片机的 P10 和 P11 控制。另外该芯片还需要一个选通信号，由 P13 提供。只有当该信号为高电平时， 芯片才会根据 S1 和 S2 端的控制信号发出不同的报警声，否则不会发声报警。 由 P1 口的 P14P17 分别控制 4 个发光二极管，予以光报警。P14P17 控制 的灯依次为绿色(正常信号灯)、黄色(故障信号灯)、红色(异常信号灯)和红色(火灾信号灯)。 当这些输出端输出低电平时，对应的信号灯便会发光报警。 2.3.5 单片机与 MODEM 通信模块 当报警器监测到火灾信息后，除了在火灾现场产生声光报警信号外，还需要将火灾信 息按

57、事先预留的电话号码自动拨号通知单位有关人员，并迅速上报消防指挥中心，为此， 系统设计了单片机与 MODEM 通讯模块，该模块由单片机、GM16C550 串行端口扩展芯片和 RS232 电平转换电路组成。 RXD TXD 单片机 VCC VCC R1 R2 R4 D R3 PC机 TXD RXD 图图 3 3 通信接口电路通信接口电路 2.4 单片机与数码管的接口 数码管是一种半导体发光器件，其基本单元是发光二极管 2.4.1 数码管的分类 数码管按段数分为七段数码管和八段数码管，八段数码管比七段数码管多一个发光 二极管单元（多一个小数点显示）；按能显示多少个“8”可分为 1 位、2 位、4 位

58、等等 数码管；按发光二极管单元连接方式分为共阳极数码管和共阴极数码管。共阳数码管是 指将所有发光二极管的阳极接到一起形成公共阳 (COM)的数码管。共阳数码管在应用 时应将公共极 COM 接到+5V，当某一字段发光二 极管的阴极为低电平时，相应字段就 点亮。当某一字段的阴极为高电平时，相应字段就不亮。共阴数码管是指将所有发光 二极管的阴极接到一起形成公共阴极 (COM)的数码管。共阴数码管在应用时应将公共 极 COM 接到地线 GND 上，当某一字段发光二极管的阳极为高电平时，相应字段就点 亮。当某一字段的阳极为低电平时，相应字段就不亮。 2.4.2 数码管的驱动方式 数码管要正常显示，就要用

59、驱动电路来驱动数码管的各个段码，从而显示出我们要 的数字，因此根据数码管的驱动方式的不同，可以分为静态式和动态式两类。 静态显示驱动：静态驱动也称直流驱动。静态驱动是指每个数码管的每一个段 码都由一个单片机的 I/O 端口进行驱动，或者使用如 BCD 码二-十进制译码器译码进 行驱动。静态驱动的优点是编程简单，显示亮度高，缺点是占用I/O 端口多，如驱动 5 个数码管静态显示则需要 5840 根 I/O 端口来驱动，要知道一个 89S51 单片机可 用的 I/O 端口才 32 个呢：），实际应用时必须增加译码驱动器进行驱动，增加了硬件 电路的复杂性。 动态显示驱动：数码管动态显示接口是单片机中

60、应用最为广泛的一种显示方式 之一，动态驱动是将所有数码管的 8 个显示笔划 a,b,c,d,e,f,g,dp的同名端连在一起， 另外为每个数码管的公共极 COM 增加位选通控制电路，位选通由各自独立的I/O 线 控制，当单片机输出字形码时，所有数码管都接收到相同的字形码，但究竟是那个数码 管会显示出字形，取决于单片机对位选通COM 端电路的控制，所以我们只要将需要 显示的数码管的选通控制打开，该位就显示出字形，没有选通的数码管就不会亮。通过 分时轮流控制各个数码管的的 COM 端，就使各个数码管轮流受控显示，这就是动态驱 动。在轮流显示过程中，每位数码管的点亮时间为12ms，由于人的视觉暂留现