基于单片机的火灾报警系统设计

1、 毕业设计（论文）题 目：基于单片机的火灾报警系统设计 学 院： 电子信息学院 专业班级：电气工程及其自动化2010级2班指导教师： XXXX 职称： 助理工程师 学生姓名： XXXXXX 学 号： 41003040XXX 43西安工程大学本科毕业设计（论文）摘 要随着经济与技术的迅速发展，火灾成为当今世界各国人民所面临的一个共同的灾难性问题。它给人类社会造成严重的生命、财产损失，为了避免火灾和减少火灾所造成的损失，预防和监测成为重中之重。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。监控系统中各种传感器的使用越来越多。因此，了解并掌握各类传感器的基本结构、工作

2、原理及特性是非常重要的。 为了提高对传感器的认识和了解，尤其是对火灾监测相关传感器的深入研究以及其用法与用途的了解，基于实用、广泛和典型的原则而设计了本系统。本文利用单片机结合传感器技术以及无线传输技术而开发设计了这一火灾监控系统。 本文是以单片机技术和无线传输技术为核心并与其他电子技术相结合， 设计而出的一种技术水平较好的火灾报警系统。以烟雾传感器、火焰传感器、温度传感器监测环境状态，将监测信息发送至单片机，单片机对数据处理之后在LCD1602液晶上显示，并通过无线传输模块传送监测数据，在接受测将数据与预设值对比，超出范围则进行声光报警。以STC89C52单片机和NRF24L01无线传输模块

3、为核心设计的火灾报警器可实现声光报警、温度显示等功能。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。关键词：火灾报警器，火焰传感器，烟雾传感器，NRF24L01，DS18B20AbstractWith the rapid development of economy and technology, the fire is facing today people all over the world a common disaster problem. It caused

4、60;serious life, property loss to human society, in order to avoid the fire and reduce fire losses caused, the prevention and monitoring become the priority among priorities. Monitoring system and alarm mechanism timely can greatl

5、y reduce the casualties, reduce unnecessary loss to the society. To use more and more various sensors in the monitoring system. Therefore, understanding and it is very important to master all kinds of sensor's structure, working principle an

6、d characteristics.In order to improve the awareness and understanding of the sensor, especially the thorough research to the fire monitoring sensor and an understanding of its usage and the use, utility, extensive and typical principles on the design

7、 of the system. This combination of sensor technology and wireless transmission technology development and design of the fire control system with single chip microcomputer.This paper is based on SCM technology and wireless transmission technology as the core and with other e

8、lectronic technologies, fire a technology level of design and a good alarm system. The flame sensor, smoke sensor, temperature sensor to monitor the state of the environment, will be sent to the single chip microcomputer monitoring information, the data processing after 1602 on the LCD display, and

9、through the wireless transmission module transmits the monitoring data, in accepting the test data and the preset value contrast, beyond the scope of the sound and light alarm.Based on STC89C52 microcontroller and NRF24L01 wireless transmission module as the core design can realize the smo

10、ke alarm sound and light alarm, temperature display function. The fire alarm is a simple structure, stable performance, convenient operation, low price, intelligent. It has certain practical value.Keywords: fire alarm, a flame sensor, 

11、smoke sensor, NRF24L01, DS18B20目 录第1章 绪 论11.1 目的和意义11.2 研究概况及发展现状11.3 本系统主要研究内容2第2章 总体方案论证与设计32.1主控模块的选型和论证32.2显示模块的选型和论证32.3温度检测模块的选型和论证42.4 无线传输模块的选型和论42.5系统整体设计概述4第3章 系统硬件电路设计63.1主控模块63.1.1 STC89C52单片机主要特性63.1.2 STC89C52单片机的中断系统103.1.3 单片机最小系统设计103.2 LCD液晶显示器简介113.2.1 液晶原理介绍113.2.2液晶模块简

12、介123.2.3液晶显示部分与STC89C52的接口133.3无线传输模块简介143.3.1模块性能及特点143.3.2 NRF24L01应用领域153.3.3 NRF24L01技术参数163.3.4 NRF24L01工作方式及工作原理163.4声光报警模块设计173.4.1蜂鸣器报警173.4.2灯光报警183.5温度检测模块设计183.5.1温度传感器工作原理183.5.2 DS18B20使用中的注意事项203.5.3 DS18B20硬件电路设计213.6烟雾传感器模块介绍213.6.1烟雾检测报警器设计思路213.6.2 MQ-2型烟雾传感器的工作原理223.7 火焰传感器模块介绍223

13、.7.1火焰传感器用途233.7.2火焰传感器模块特233.7.3火焰传感器模块使用233.6.3 MQ-2型传感器的特性243.8电源稳压模块设计253.8.1 5V电源稳压253.8.2 3.3V电源稳压27第4章 系统软件设计284.1系统软件设计284.1.1主程序设计284.1.2传感器程序设计294.1.3无线传输程序设计294.2程序设计原理30第5章 系统调试325.1硬件调试325.2软件调试325.3调试结果32第6章 结论与展望35参考文献36附 录37系统整体原理图37系统源程序38发送侧部分程序38接受测部分程序39致 谢42西安工程大学本科毕业设计（论文）第1章 绪

14、 论1.1 目的和意义随着科技的发展，越来越多的火灾隐患由于工业生产和人们的日常生活而产生。为了早期发现和通报火灾，防止和减少火灾危害，保护人身和财产安全，保卫社会主义现代化建设，防止火灾引起燃烧、爆炸等事故，造成严重的经济损失，甚至危及生命安全。为了减少这类事故的发生，就必须对烟雾、温度以及火光进行现场实时检测，采用先进可靠的安全检测仪表严密监测，及早发现事故隐患，采取有效措施，避免事故发生，才能确保工业安全和家庭生活安全。因此，研制火灾报警器就成为传感器技术发展领域的一个重要课题。1.2 研究概况及发展现状探测器朝新探测技术的发展进一步拓展了火灾检测的应用领域，为一些传统检测技术无法胜任的

15、环境提供了有效的手段。相关技术的发展，如傅立叶近红外光谱技术弱信号处理技术、低功耗MCU技术进一步促进了传统探测技术的改进，使得传统探测器在技术和性能上有了显著的提高。火灾着极早期探测、多传感器复合探测和探测器小型化、智能化的方向发展迈出了更快的步伐。近几年来，单片机已逐步深入应用到工农业生产各部门及人们生活的各个方面。各种类型的单片机也根据社会的需求而开发出来。单片机是器件级计算机系统，实际上它是一个微控制器或微处理器。由于它功能齐全，体积小，成本低，因此它可以应用到任何电子系统中去，同样，它也可以广泛应用于报警技术领域，使各类报警装置的功能更加完善，可靠性大大提高，以满足社会发展的需要。我

16、国火灾报警系统起步较发达国家晚几十年，从上世纪 70 年代我国才开始研制生产火灾报警系统产品。进入80年代后，国内主要厂家也多是模仿国外产品，或是引进国外技术进行生产，没有真正意义上的核心技术，并且市场也刚刚开始发育。火灾报警产品真正发展是在 90 年代以后，随着政府逐渐开放国门，国外企业开始大量进入中国消防市场，带来先进技术的同时也促进了市场的成熟。这时期，我国生产火灾报警产品的企业也得到了快速发展，部分企业进行了合资生产、技术合作，取得了不菲的成绩，也造就了现今市场上许多有实力的商家，部分技术已接近或赶上了国际水平。1.3 本系统主要研究内容本系统设计制作一个基于单片机的火灾报警器。包括有

17、以下几种功能：（1）由检测模块检测温度值、烟雾信号和火光信号并通过24L01无线传输模块收发。（2）单片机读取接收到的烟雾传感器电位变化获取烟雾信息并在LCD1602上进行显示。（3）单片机读取接收到的火焰传感器电位变化获取火光信息并在LCD1602上实时显示。（4）通过温度传感器实时监测环境温度并在液晶显示屏上实时显示。（5）单片机将接收数据与预设值比较判定，若超出预设范围则驱动报警电路进行声光报警。第2章 总体方案论证与设计根据所要实现的功能划分，系统一共需要以下几个模块：主控模块、显示模块、检测模块和无线传输模块和声光报警模块，以下就针对这几个模块的选型和论证进行讨论。2.1主控模块的选

18、型和论证方案一：采用MSP430系列单片机，该单片机是TI公司1996年开始推向市场的一种16位超低功耗的混合信号处理器。其内部集成了很多模拟电路、数字电路和微处理器，提供强大的功能。不过该芯片昂贵不适合一般的设计开发。方案二采用51系列的单片机，该单片机是一个高可靠性，超低价，无法解密，高性能的8位单片机，32个IO口，且STC系列的单片机可以在线编程、调试，方便地实现程序的下载与整机的调试。因此选用方案二中的51系列单片机作为主控芯片。2.2显示模块的选型和论证方案一：采用LED数码管动态扫描，LED数码管价格虽适中，对于显示数字也最合适，而且采用动态扫描法与单片机连接时，占用单片机口线少

19、。但是由于数码管动态扫描需要借助74LS164移位寄存器进行移位，该芯片在电路调试时往往有很多障碍，所以不采用LED数码管作为显示。方案二：采用LCD液晶显示屏，液晶显示屏的显示功能强大，可显示大量文字，图形，显示多样，清晰可见，对于本设计而言一个LCD1602的液晶显示屏即可，价格也还能接受，需要的接口线较多，但会给调试带来诸多方便。所以本设计中方案二中的LCD1602液显示屏作为显示模块。2.3温度检测模块的选型和论证方案一：AD590是美国ANALOG DEVICES公司的单片集成两端感温电流源，其输出电流与绝对温度成比例。在4 V至30 V电源电压范围内，该器件可充当一个高阻抗、恒流调

20、节器，调节系数为1 µA/K。片内薄膜电阻经过激光调整，可用于校准器件，使该器件在298.2K (25°C)时输出298.2 µA电流。由于该芯片输出为模拟量还同时需要AD转换器对其进行采集。因此不适用于本设计。方案二：DS18B20数字温度传感器接线方便，封装成后可应用于多种场合，如管道式，螺纹式，磁铁吸附式，不锈钢封装式，型号多种多样，有LTM8877，LTM8874等等。主要根据应用场合的不同而改变其外观。封装后的DS18B20可用于各种非极限温度场合。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。因此本设计采用方案二中

21、的DS18B20芯片进行温度采集。2.4 无线传输模块的选型和论方案一：NRF905是美国Nordic VLSI公司设计而成，体积小，传输距离远，同时抗干扰能力强，通信稳定，且为微功率模块。方案二：NRF24L01具有NRF905基本特点，并且成本更低，编程更加容易。因此本设计选择方案二中的NRF24L01模块进行无线传输。2.5系统整体设计概述本系统以单片机为控制核心，对系统进行初始化，主要完成对火光、烟雾信号的采集、液晶显示、测温且由无线收发模块传输采集数据等功能的控制，起到总控和协调各模块之间工作的作用。根据以上设计需要，系统拟采用以下技术方案，系统的结构框图如下图所示。图2-1 发送侧

22、系统结构框图图2-2 接收侧系统结构框图系统由STC89C52，LCD1602，火焰传感器，烟雾传感器， DS18B20等组成，系统由两部分组成分别是火灾检测部分和火灾报警部分，通过调整烟雾传感器的灵敏度来控制烟雾浓度的上限值，通过程序设定温度值的上限，当超过浓度后，或者温度超过后，单片机会进行声光报警。第3章 系统硬件电路设计3.1主控模块主控模块模块在整个系统中起着统筹的作用，需要检测键盘，时间检测、烟雾浓度检测、语音报警等功能，同时驱动液晶显示相关参数，在这里我们选用了51系列单片机中的STC89C52单片机作为系统的主控芯片。51系列单片机最初是由Intel 公司开发设计的，但后来In

23、tel 公司把51 核的设计方案卖给了几家大的电子设计生产商，譬如 SST、Philip、Atmel 等大公司。因此市面上出现了各式各样的均以51 为内核的单片机。这些各大电子生产商推出的单片机都兼容51 指令、并在51 的基础上扩展一些功能而内部结构是与51一致的。STC89C52有40个引脚，4个8位并行I/O口，1个全双工异步串行口，同时内含5个中断源，2个优先级，2个16位定时/计数器。STC89C52的存储器系统由4K的程序存储器(掩膜ROM)，和128B的数据存储器(RAM)组成。STC89C52单片机的基本组成框图见图3-1。图3-1 STC89C52单片机结构图 3.1.1 S

24、TC89C52单片机主要特性1. 一个8 位的微处理器(CPU)。2. 片内数据存储器RAM(128B)，用以存放可以读写的数据，如运算的中间结果、最终结果以及欲显示的数据等，SST89 系列单片机最多提供1K 的RAM。3. 片内程序存储器ROM(4KB)，用以存放程序、一些原始数据和表格。但也有一些单片机内部不带ROM/EPROM，如8031，8032，80C31 等。目前单片机的发展趋势是将RAM 和ROM 都集成在单片机里面，这样既方便了用户进行设计又提高了系统的抗干扰性。SST 公司推出的89 系列单片机分别集成了16K、32K、64K Flash 存储器，可供用户根据需要选用。4.

25、 四个8 位并行IO 接口P0P3，每个口既可以用作输入，也可以用作输出。5. 两个定时器计数器，每个定时器计数器都可以设置成计数方式，用以对外部事件进行计数，也可以设置成定时方式，并可以根据计数或定时的结果实现计算机控制。为方便设计串行通信，目前的52 系列单片机都会提供3 个16 位定时器/计数器。6. 五个中断源的中断控制系统。现在新推出的单片机都不只5 个中断源，例如SST89E58RD 就有9 个中断源。7. 一个全双工UART(通用异步接收发送器)的串行IO 口，用于实现单片机之间或单机与微机之间的串行通信。8. 片内振荡器和时钟产生电路，但石英晶体和微调电容需要外接。最高允许振荡

26、频率为12MHz。SST89V58RD 最高允许振荡频率达40MHz，因而大大的提高了指令的执行速度。图3-2 STC89C52单片机管脚图部分引脚说明：1.时钟电路引脚XTAL1 和XTAL2：XTAL2(18 脚)：接外部晶体和微调电容的一端；片内它是振荡电路反相放大器的输出端，振荡电路的频率就是晶体固有频率。若需采用外部时钟电路时，该引脚输入外部时钟脉冲。要检查振荡电路是否正常工作，可用示波器查看XTAL2 端是否有脉冲信号输出。XTAL1(19 脚)：接外部晶体和微调电容的另一端；在片内它是振荡电路反相放大器的输入端。在采用外部时钟时，该引脚必须接地。2.控制信号引脚RST,ALE,P

27、SEN 和EA：RST/VPD(9 脚)：RST 是复位信号输入端，高电平有效。当此输入端保持备用电源的输入端。当主电源Vcc 发生故障，降低到低电平规定值时，将5V 电源自动两个机器周期(24个时钟振荡周期)的高电平时，就可以完成复位操作。RST 引脚的第二功能是VPD,即接入RST 端，为RAM 提供备用电源，以保证存储在RAM 中的信息不丢失，从而合复位后能继续正常运行。ALE/PROG(30 脚)：地址锁存允许信号端。当8051 上电正常工作后，ALE 引脚不断向外输出正脉冲信号，此频率为振荡器频率fOSC 的1/6。CPU 访问片外存储器时，ALE 输出信号作为锁存低8 位地址的控制

28、信号。平时不访问片外存储器时，ALE 端也以振荡频率的1/6 固定输出正脉冲，因而ALE 信号可以用作对外输出时钟或定时信号。如果想确定8051/8031 芯片的好坏，可用示波器查看ALE端是否有脉冲信号输出。如有脉冲信号输出，则8051/8031 基本上是好的。ALE 端的负载驱动能力为8 个LS 型TTL(低功耗甚高速TTL)负载。此引脚的第二功能PROG 在对片内带有4KB EPROM 的8751 编程写入(固化程序)时，作为编程脉冲输入端。PSEN(29 脚)：程序存储允许输出信号端。在访问片外程序存储器时，此端定时输出负脉冲作为读片外存储器的选通信号。此引肢接EPROM 的OE 端(

29、见后面几章任何一个小系统硬件图)。PSEN 端有效，即允许读出EPROMROM 中的指令码。PSEN 端同样可驱动8 个LS 型TTL 负载。要检查一个8051/8031 小系统上电后CPU 能否正常到EPROMROM 中读取指令码，也可用示波器看PSEN 端有无脉冲输出。如有则说明基本上工作正常。EA/Vpp(31 脚)：外部程序存储器地址允许输入端/固化编程电压输入端。当EA 引脚接高电平时，CPU只访问片内EPROM/ROM并执行内部程序存储器中的指令，但当PC(程序计数器)的值超过0FFFH(对8751/8051 为4K)时，将自动转去执行片外程序存储器内的程序。当输入信号EA 引脚接

30、低电平(接地)时，CPU 只访问外部EPROM/ROM 并执行外部程序存储器中的指令，而不管是否有片内程序存储器。对于无片内ROM 的8031 或8032,需外扩EPROM，此时必须将EA 引脚接地。此引脚的第二功能是Vpp 是对8751 片内EPROM固化编程时，作为施加较高编程电压(一般12V21V)的输入端。3.输入/输出端口P0/P1/P2/P3：P0口(P0.0P0.7，3932 脚)：P0口是一个漏极开路的8 位准双向I/O口。作为漏极开路的输出端口，每位能驱动8 个LS 型TTL 负载。当P0 口作为输入口使用时，应先向口锁存器(地址80H)写入全1,此时P0 口的全部引脚浮空，

31、可作为高阻抗输入。作输入口使用时要先写1,这就是准双向口的含义。在CPU 访问片外存储器时，P0口分时提供低8 位地址和8 位数据的复用总线。在此期间，P0口内部上拉电阻有效。P1口(P1.0P1.7，18 脚)：P1口是一个带内部上拉电阻的8 位准双向I/O口。P1口每位能驱动4 个LS 型TTL 负载。在P1口作为输入口使用时，应先向P1口锁存地址(90H)写入全1,此时P1口引脚由内部上拉电阻拉成高电平。P2口(P2.0P2.7，2128 脚)：P2口是一个带内部上拉电阻的8 位准双向I/O口。P口每位能驱动4个LS 型TTL 负载。在访问片外EPROM/RAM 时，它输出高8 位地址。

32、P3口(P3.0P3.7，1017 脚)：P3口是一个带内部上拉电阻的8 位准双向I/O口。P3口每位能驱动4个LS型TTL负载。P3口与其它I/O 端口有很大的区别，它的每个引脚都有第二功能，如下：P3.0：(RXD)串行数据接收。P3.1：(RXD)串行数据发送。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/计数器0的外部计数输入。P3.5：(T1)定时/计数器1的外部计数输入。P3.6：(WR#)外部数据存储器写选通。P3.7：(RD#)外部数据存储器读选通。3.1.2 STC89C52单片机的中断系统STC89C52系列单片机的

33、中断系统有5个中断源，2个优先级，可以实现二级中断服务嵌套。由片内特殊功能寄存器中的中断允许寄存器IE控制CPU是否响应中断请求；由中断优先级寄存器IP安排各中断源的优先级；同一优先级内各中断同时提出中断请求时，由内部的查询逻辑确定其响应次序。在单片机应用系统中，常常会有定时控制需求，如定时输出、定时检测、定时扫描等；也经常要对外部事件进行计数。STC89C52单片机内集成有两个可编程的定时/计数器：T0和T1，它们既可以工作于定时模式，也可以工作于外部事件计数模式，此外，T1还可以作为串行口的波特率发生器。3.1.3 单片机最小系统设计图3-3 单片机最小系统电路图 图3-3为单片机最小系统

34、电路图，单片机最小系统有单片机、时钟电路、复位电路组成，时钟电路选用了12MHZ的晶振提供时钟，作用为给单片机提供一个时间基准，其中执行一条基本指令需要的时间为一个机器周期，单片机的复位电路，按下复位按键之后可以使单片机进入刚上电的起始状态。图中10K排阻为P0口的上拉电阻，由于P0口跟其他IO结构不一样为漏极开路的结构，因此要加上拉电阻才能正常使用。3.2 LCD液晶显示器简介由于本设计中要求显示界面显示一些参数，因此这里选用了LCD1602作为界面显示，可以把一些相关的参数进行显示。 3.2.1 液晶原理介绍液晶显示的原理是利用液晶的物理特性，通过电压对其显示区域进行控制，有电就有显示，这

35、样即可以显示出图形。液晶显示器具有厚度薄、适用于大规模集成电路直接驱动、易于实现全彩色显示的特点，目前已经被广泛应用在便携式电脑、数字摄像机、PDA移动通信工具等众多领域。显示接口用来显示系统的状态，命令或采集的电压数据。本系统显示部分用的是LCD液晶模块，采用一个16×2的字符型液晶显示模块。 点阵图形式液晶由 M 行×N 列个显示单元组成，假设 LCD 显示屏有64行，每行有 128列，每 8列对应 1 个字节的 8 个位，即每行由 16 字节，共 16×8=128个点组成，屏上 64×16 个显示单元和显示 RAM 区 1024 个字节相对应，每一

36、字节的内容和屏上相应位置的亮暗对应。一个字符由 6×8 或 8×8点阵组成，即要找到和屏上某几个位置对应的显示 RAM区的 8 个字节，并且要使每个字节的不同的位为1，其它的为0，为1的点亮，为0的点暗，这样一来就组成某个字符。但对于内带字符发生器的控制器来说，显示字符就比较简单了，可让控制器工作在文本方式，根据在LCD 上开始显示的行列号及每行的列数找出显示 RAM对应的地址，设立光标，在此送上该字符对应的代码即可。3.2.2液晶模块简介LCD1602液晶模块采用HD44780控制器，hd44780具有简单而功能较强的指令集，可以实现字符移动，闪烁等功能，LM016L与单

37、片机MCU通讯可采用8位或4位并行传输两种方式，hd44780控制器由两个8位寄存器，指令寄存器（IR）和数据寄存器（DR）忙标志（BF），显示数RAM（DDRAM），字符发生器ROMA（CGOROM）字符发生器RAM（CGRAM），地址计数器RAM(AC)。IR用于寄存指令码，只能写入不能读出，DR用于寄存数据，数据由内部操作自动写入DDRAM和CGRAM,或者暂存从DDRAM和CGRAM读出的数据，BF为1时，液晶模块处于内部模式，不响应外部操作指令和接受数据，DDTAM用来存储显示的字符，能存储80个字符码，CGROM由8位字符码生成5*7点阵字符160中和5*10点阵字符32种.8位字

38、符编码和字符的对应关系， CGRAM是为用户编写特殊字符留用的，它的容量仅64字节，可以自定义8个5*7点阵字符或者4个5*10点阵字符，AC可以存储DDRAM和CGRAM的地址，如果地址码随指令写入IR,则IR自动把地址码装入AC，同时选择DDRAM或CGRAM，LCD1602液晶模块的引脚图如图3-4所示。图3-4 LCD1602引脚图LCD1602引脚接口说明:第1脚：VSS为地电源。 第2脚：VDD接5V正电源。 第3脚：VEE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。&

39、#160;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：RW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RW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RW为高电平时可以读忙信号，当RS为高电平RW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。3.2.3液晶显示部分与STC89C52的接口 如图3-5所示。用STC89C52的P0口作为数据线，用P2.2、P

40、2.3、P2.7分别作为LCD的RS 、RW、EN。其中EN是下降沿触发的片选信号，RW是读写信号，RS是寄存器选择信号本模块设计要点如下：显示模块初始化：首先清屏，再设置接口数据位为8位，显示行数为1行，字型为5×7点阵，然后设置为整体显示，取消光标和字体闪烁,最后设置为正向增量方式且不移位。向LCD的显示缓冲区中送字符，程序中采用2个字符数组，一个显示字符，另一个显示电压数据，要显示的字符或数据被送到相应的数组中，完成后再统一显示.首先取一个要显示的字符或数据送到LCD的显示缓冲区，程序延时2.5ms,判断是否够显示的个数，不够则地址加一取下一个要显示的字符或数据。图3-5 LC

41、D1602与STC89C52的接口3.3无线传输模块简介本设计的核心是通过无线收发模块NRF24L01发送检测到的数据，并在接收端进行实时显示，在火灾发生时进行声光报警。NRF24L01 是一款工作在2.42.5GHz 世界通用ISM 频段的单片无线收发器芯片。无线收发器包括:频率发生器、增强型SchockBurstTM 模式控制器、功率放大器、晶体振荡器、调制器、解调器。输出功率、频道选择和协议的设置可以通过SPI 接口进行设置。它具有极低的电流消耗：当工作在发射模式下发射功率为-6dBm 时电流消耗为9mA，接收模式时为12.3mA。掉电模式和待机模式下电流消耗更低。3.3.1模块性能及特

42、点(1)2.4GHz全球开放ISM频段免许可证使用； (2最高工作速率2Mbps，高效GFSK调制，抗干扰能力强，特别适合工业控制场合；     (3)125频道，满足多点通信和跳频通信需要；    (4)内置硬件CRC 检错和点对多点通信地址控制 ；(5)低功耗1.9-3.6V工作，待机模式下状态为22uA；掉电模式下为900nA ；(6)模块可软件设地址，只有收到本机地址时才会输出数据（提供中断指示)，可直接接各种单片机使用，软件编程非常方便；(7)标准

43、0;5*2 DIP间距接口，便于嵌入式应用 ；(8)工作于 Enhanced Shock Burst，具有可选的内置包应答机制，极大的降低丢包率； (9)NRF24L01配PCB内置天线，无阻挡传输距离20-50米。(10)与51系列单片机P0口连接时候，需要加10K的上拉电阻,与其余口连接不需要。(11)其他系列的单片机，如果是5V的，请参考该系列单片机IO口输出电流大小，如果超过10mA，需要串联电阻分压，否则容易烧毁模块。如果是3.3V的，可以直接和RF24L01模块的IO口线连接。比如AVR系列单片机如果是5V的，一般串接2K的电阻。图3-6 无

44、线传输模块原理图3.3.2 NRF24L01应用领域无线鼠标，键盘，游戏机操纵杆，无线数据通讯，无线门禁，安防系统，遥控装置，遥感勘测，智能运动设备，工业传感器,玩具。3.3.3 NRF24L01技术参数表3-1 NRF24L01快速参考数据参数数值单位最低供电电压19V最大发射频率0dBm最大数据传输率2000kbps发射模式下电流消耗（0dBm）113mA接收模式下电流消耗（2000kbps）123mA温度范围-40+85数据传输率为1000kbps下的灵敏度-85dBm掉电模式下的电流消耗900nA3.3.4 NRF24L01工作方式及工作原理NRF2401有工作模式有四种：发送模式，接

45、受模式，空闲模式，掉电模式。工作模式由PWR_UP register 、PRIM_RX register 和CE 决定，详见表3-2。表3-2 NRF24L01工作模式模式PWR_UPPRIM_RXCEFIFO寄存器状态接受模式111-发送模式101数据在TX FIFO寄存器中发送模式1010停留在发送模式，直至数据发完空闲模式101TX FIFO为空空闲模式1-0无数据传输掉电模式0-工作原理：发射数据时，首先将NRF24L01配置为发射模式：接着把接收节点地址TX_ADDR和有效数据TX_PLD按照时序由SPI口写入NRF24L01缓存区，TX_PLD必须在CSN为低时连续写入，而TX_A

46、DDR在发射时写入一次即可，然后CE置为高电平并保持至少10s，延迟130s后发射数据；若自动应答开启，那么NRF24L01在发射数据后立即进入接收模式，接收应答信号（自动应答接收地址应该与接收节点地址TX_ADDR一致）。如果收到应答，则认为此次通信成功，TX_DS置高，同时TX_PLD从TX FIFO中清除;若未收到应答，则自动重新发射该数据(自动重发已开启)，若重发次数(ARC)达到上限，MAX_RT置高，TX FIFO中数据保留以便再次重发；MAX_RT或TX_DS置高时，使IRQ变低，产生中断，通知MCU。最后发射成功时,若CE为低则NRF24L01进入空闲模式1

47、；若发送堆栈中有数据且CE为高，则进入下一次发射；若发送堆栈中无数据且CE为高，则进入空闲模式2。 接收数据时，首先将NRF24L01配置为接收模式，接着延迟130s进入接收状态等待数据的到来。当接收方检测到有效的地址和CRC时，就将数据包存储在RX FIFO中，同时中断标志位RX_DR置高，IRQ变低，产生中断，通知MCU去取数据。若此时自动应答开启，接收方则同时进入发射状态回传应答信号。最后接收成功时，若CE变低，则NRF24L01进入空闲模式1。3.4声光报警模块设计安全情况下，三色灯熄灭，喇叭无声；一旦监测到发生火灾，即触发报警器进入报警状态，三色灯循环闪烁，喇叭发

48、出警报声。3.4.1蜂鸣器报警声音报警电路如下图所示。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P20引脚进行控制，当P2.0输出的电平为低电平时，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。图3-7 蜂鸣器报警电路3.4.2灯光报警光报警电路路如图3.5，由单片机的P2.1、P3.4、P3.5口进行控制，分别控制3个发光二极管，予以光报警，如图所示。当监测到火灾发生时，单片机控制的三个端口循环依次输出低电平时，对应的信号灯便会循环闪烁发出光报警

49、。图3-8 灯光报警电路3.5温度检测模块设计本设计还带有一个温度检测的功能，系统可以通过读取DS18B20的温度数据并在LCD1602上显示，当系统监测到火灾发生时，会驱动声光报警系统报警。3.5.1温度传感器工作原理DALLAS 最新单线数字温度传感器DS18B20是一种新型的“一线器件”，其体积更小、更适用于多种场合、且适用电压更宽、更经济。DALLAS半导体公司的数字化温度传感器DS18B20是世界上第一片支持“一线总线”接口的温度传感器。温度测量范围为-55+125摄氏度，可编程为9位12 位转换精度，测温分辨率可达0.0625摄氏度，分辨率设定参数以及用户设定的报警温度存储在EEP

50、ROM 中，掉电后依然保存。被测温度用符号扩展的16位数字量方式串行输出；其工作电源既可以在远端引入，也可以采用寄生电源方式产生；多个DS18B20可以并联到3 根或2 根线上，CPU只需一根端口线就能与诸多DS18B20 通信，占用微处理器的端口较少，可节省大量的引线和逻辑电路。因此用它来组成一个测温系统，具有线路简单，在一根通信线，可以挂很多这样的数字温度计，十分方便。DS18B20的读写时序和测温原理与DS1820相同，只是得到的温度值的位数因分辨率不同而不同，且温度转换时的延时时间由2s 减为750ms。 DS18B20测温原理：低温度系数晶振的振荡频率受温度影响很小，用于产生固定频率

51、的脉冲信号送给计数器1。高温度系数晶振随温度变化其振荡率明显改变，所产生的信号作为计数器2的脉冲输入。计数器1和温度寄存器被预置在55所对应的一个基数值。计数器1对低温度系数晶振产生的脉冲信号进行减法计数，当计数器1的预置值减到0时，温度寄存器的值将加1，计数器1的预置将重新被装入，计数器1重新开始对低温度系数晶振产生的脉冲信号进行计数，如此循环直到计数器2计数到0时，停止温度寄存器值的累加，此时温度寄存器中的数值即为所测温度。DS18B20有4个主要的数据部件：a. 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（2

52、8H）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。b. 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。c. 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。d

53、. 配置寄存器。DS18B20内部结构及功能：DS18B20的内部结构如图3-15所示。主要包括：寄生电源，温度传感器，64位ROM和单总线接口，存放中间数据的高速暂存器RAM，用于存储用户设定温度上下限值的TH和TL触发器，存储与控制逻辑，8位循环冗余校验码（CRC）发生器等7部分。图3-10 DS18B20内部结构3.5.2 DS18B20使用中的注意事项DS18B20 虽然具有测温系统简单、测温精度高、连接方便、占用口线少等优点，但在实际应用中也应注意以下几方面的问题：1)DS18B20 从测温结束到将温度值转换成数字量需要一定的转换时间，这是必须保证的，不然会出现转换错误的现象，使温度

54、输出总是显示85。2)在实际使用中发现，应使电源电压保持在5V 左右，若电源电压过低，会使所测得的温度精度降低。3)较小的硬件开销需要相对复杂的软件进行补偿，由于DS1820与微处理器间采用串行数据传送，因此，在对DS1820进行读写编程时，必须严格的保证读写时序，否则将无法读取测温结果。在使用PL/M、C等高级语言进行系统程序设计时，对DS1820操作部分最好采用汇编语言实现。4)在DS18B20的有关资料中均未提及单总线上所挂DS18B20 数量问题，容易使人误认为可以挂任意多个DS18B20，在实际应用中并非如此，当单总线上所挂DS18B20 超过8 个时，就需要解决微处理器的总线驱动问

55、题，这一点在进行多点测温系统设计时要加以注意。5)在DS18B20测温程序设计中，向DS18B20 发出温度转换命令后，程序总要等待DS18B20的返回信号，一旦某个DS18B20 接触不好或断线，当程序读该DS18B20 时，将没有返回信号，程序进入死循环，这一点在进行DS18B20硬件连接和软件设计时也要给予一定的重视。3.5.3 DS18B20硬件电路设计图3-11 DS18B20温度检测电路设计图3-16为DS18B20的硬件设计电路图，其中DQ口为该芯片的数据口，单片机通过读取改口的信息可以得出实时的温度值，由于DS18B20是单线通信，即发送和接收都是通过通信脚来进行。其接收时高阻

56、输入，其发送时是开漏输出，即输出0时通过三极管下拉为低电平，而输出1时，则为高阻，需要外接上拉电阻将其拉为高电平，因此是需要外接上拉电阻，否则无法输出1。3.6烟雾传感器模块介绍3.6.1烟雾检测报警器设计思路此次设计是针对于单片机原理及其应用展开的。其中包含了大学四年中所学到的相关知识，运用所学的传感器技术，单片机技术去设计基于单片机的烟雾报警系统。烟雾报警器的最基本组成部分包括：烟雾传感电路、模数转换电路、单片机控制电路。单片机紧紧联系着传感器和报警电路设备，给烟雾报警器设定一个值，当外界环境达到预先设定的数值时，烟雾传感器把被测的物理量作为输入参数，转换为电量输出。为了简化整个系统的设计

57、在本设计中不采用前置放大器而是选择数值符合A/D转换器的输入等级。模数转换电路将从烟雾传感电路送出的模拟信号转换成单片机可识别的数字信号后送入单片机。这里选择单片机的P1.0为输入方式，接收到信号的单片机经过程序的设定会由P2.0作为单片机的输出电路，单片机对该数字信号进行滤波处理，并对处理后的数据进行分析，是否大于或等于某个预设值，如果大于则启动报警电路发出报警声音，反之则为正常状态。烟雾传感器及单片机是可燃烟雾检测报警器的两大核心，根据报警器功能的需要，选择合适、精确、经济的烟雾传感器及单片机芯片是至关重要的。3.6.2 MQ-2型烟雾传感器的工作原理 半导体烟雾传感器包括用氧化物半导体陶

58、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。按敏感机理分类，可分为电阻型和非电阻型。半导体气敏元件也有N型和P型之分。N型在检测时阻值随烟雾浓度的增大而减小；P型阻值随烟雾浓度的增大而增大。本设计中采用的MQ-2型烟雾传感器属于二氧化锡半导体气敏材料，属于表面离子式N型半导体7。当处于200300°C温度时，二氧化锡吸附空气中的氧，形成氧的负离子吸附，使半导体中的电子密度减少，从而使其电阻值增加。当与烟雾接触时，如果晶粒间界处的势垒受到该烟雾的调制而变化，就会引起表而电导率的变化。利用这一点就可以获得这种烟雾存在的信息。图3-12 烟雾传感器原理图传感器在感烟时，当监测电离室遇到可燃烟雾时，原来吸附的氧脱附，而由可燃烟雾以正离子状态吸附在二氧化锡半导体表面；氧脱附放出电子，烟雾以正离子状态吸附也要放出电子，从而使二氧化锡半导体导带电子密度增加，电阻值下降8。而当空气中没有烟雾时，二氧化锡半导体又会自动恢复氧的负离子吸附，使