智能火灾报警系统的研究

1、宁夏理工学院毕业设计摘要智能火灾报警系统在现代智能建筑中起着极其重要的安全保障作用。随着传感器技术、无线通信技术、集成电路和微电子技术日臻完善，火灾自动报警系统迎来了良好的发展契机。本智能火灾报警系统设计采用STC89C52芯片，结合温度传感器DS18B20和MQ-2型烟雾传感器以及模数转换器ADC0832，在考虑经济适用的前提下，整合单片机与传感器技术，将火灾报警系统进一步智能化。本设计还加入了常用的LCD1602液晶显示屏显示电路，可以及时显示当前温度状态和浓度状态，使得整个设计更加完整，更加灵活。该设计可应用于个人建筑或公共场所，随时对室内温度和烟雾浓度进行智能监控，也可以用于其他需要进

2、行火灾监控的场合。关键词：单片机；A/D转换器；传感器；仿真I宁夏理工学院毕业设计Abstract Intelligentfire alarm system in the modern intelligent building plays an extremely important role in security. As the sensor technology, wireless communication technology, improving integrated circuit and microelectronic technology, automatic fire al

3、arm system is the good opportunity of development.This smart fire alarm system was implemented based on STC89C52 chip. With the combi-nation of temperature sensor DS18B20 and fog sensor, I can endeavour to save our budget and to ensure the whole device can normally operate. Hence we incorporate sing

4、le-chip machines tech-nology with sensor technology in order to make this device more intelligent.According to the criterion of the completeness for constructing an intact and flexible system, I also add up a digital LED displaying circuit, which can immediately unveil temperature and fog thickness

5、status. This smart device can find its applications not only were restricted under the personal buildings and public areas which make the intelligent detection available, it also can be used for monitoring other high-conflagration-occurring fields.Keywords: Single-chip Machines, A/D convertor, Senso

6、rs, Simulation目录摘要IAbstractII目录II1 绪论11.1 选题背景及现状11.2 课题研究的目的及意义11.3 智能火灾报警系统亟待解决的问题以及要完成的功能22 设计方案32.1 智能火灾报警系统简介32.2 系统设计思想32.3 方案论证42.3.1 单片机的选择42.3.2 模数转换器的选择52.3.3 传感器的选择53 硬件设置73.1 单片机STC89C52的原理73.1.1 STC89C52的引脚说明73.1.2 工作特性103.2 时钟电路143.3 电源模块143.4 温度采集部分153.4.1 DS18B20数字集成温度传感器153.4.2 测温模块

7、电路原理图193.5 浓度采集模块193.6 A/D转换器203.6.1 A/D转换器的主要参数203.6.2 A/D转换器与CPU的接口方法203.6.3 A/D转换器与CPU之间传送数据的方法203.6.4 A/D转换芯片ADC0832及其接口213.7 显示模块253.8 报警模块263.8.1 蜂鸣器263.8.2 发光二极管263.8.3 报警模块电路原理图274 软件编程284.1 主程序流程图285 系统仿真305.1 仿真软件KeilC51简介305.2 系统电路功能仿真305.3 Keiil和Proteus对系统联调315.4 各状态仿真结果显示32参考文献34结束语35致谢

8、36附录A 系统硬件原理图37附录B 源程序代码38IIII1 绪论1.1 选题背景及现状 随着社会经济的飞速发展，城市化进程的加快和人口的迅速增长，我国的火灾发生的次数、造成的损失呈上升趋势。据统计，在众多灾难中，火灾造成的直接经济损失约为地震的五倍，仅次于干旱与洪涝，而且发生的频度居各种灾害之首。 智能化火灾报警系统已并非传统意义上的简单的报警设备，而是融入了计算机技术、电子技术、自动控制技术、传感器的应用等各领域知识。伴随着科学技术的不断进步，火灾报警系统必将得到更快的发展。火灾自动报警系统(FAS)起着十分重要的消防安全保障作用。常言道：“预防重于救火”，但预防却无法完全避免火灾发生，

9、如果火灾发生时，能被及时发现，并采取有效的控制措施，那么可将火灾造成的损失降到最低限度。随着经济的发展，火灾自动报警设备的生产和应用得到了较大的发展，据调查研究，国内的生产商达数百家，品牌近千个，类型繁多。我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，警系统产品。进入80年代后，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

10、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。 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。目前国产火灾自动报警系统价格低廉，适合我国国情，但是火灾自动报警系统由于多数没有分布智能，可靠性低，且产品没有形成系列化、品种不全，产品的外观也较差，编程复杂，调试不方便，设备兼容性差。国外产品多数具有分布智能，可靠性高，产品具有系列化、品种，产品外观美观。缺点是多数操作维护不便，价格较高，设备兼容性差。智能火灾探测技术的宗旨就是要在火灾发生的早期，准确地判断火警、预报火警，从而

11、保障人民的生命财产安全。1.2 课题研究的目的及意义随着我国经济建设的发展，高层建筑成了城市的主要标志，高层建筑中的各种通讯线路、动力和照明线路、以及各种系统中的线路纵横交错，致使火灾的发生概率也在大幅度的增加。加之现代建筑的封闭性较强，一旦发生火灾，整个大楼就像一个大的火炉，给灭火带来了巨大的难度，对火灾发生后及时的发现、及时控制的要求促使了火灾自动报警产品的应运而生。加之现代计算机技术、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。 智能型火灾报警应运而生了，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

12、。所以随着科学技术的迅猛发展以及国内外经济的迅速增长，市场上迫切而需要一种容量大、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。本文所研究的智能火灾报警系统主要实现以下功能：通过温度传感器和气体传感器对室内温度和烟雾浓度进行实时监测，并将所得值与设定值相比较。当室内温度高于设定温度以及烟雾浓度大于设定浓度时就接通电源开始鸣声报警，如果在设定时间内，以上测量值没有降下来并且无人手动关闭报警系统，系统将会自动通过网络将信号传送给火警消防部门。该功能主要通过单片机实现，此智能火灾报警系统的出现，既能保证室内有人情况下的声音报警，又能保证在室内人员没采取措施或者无人情况下的网络报警

13、，所以有较高的实用性。1.3 智能火灾报警系统亟待解决的问题以及要完成的功能 目前国内的智能建筑火灾自动报警系统中仍存在许多问题，主要问题亟待解决： (1) 火灾自动报警系统存在误报、漏报问题。 (2) 火灾自动报警系统的智能化水平有待提高。 (3) 无线通信技术有待进一步发展。 (4) 火灾自动报警系统的应用领域有待进一步扩大。 本文所研究的智能火灾报警系统主要实现以下功能： (1) 用户可以根据实际情况修改温度和烟雾浓度的预设值。 (2) 对监测环境的温度和烟雾浓度进行实时监控与显示。 (3) 通过检测到的温度和烟雾浓度与预设值进行比较，系统自动判别是否处于火灾状态。 (4) 本设计采用的

14、声光报警，当温度和浓度超过预设值时，即自动报警。2 设计方案2.1 智能火灾报警系统简介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

15、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：使用探测器件将火灾发生期间所产生的烟、温、光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。由于该系统为解决火灾报警系统存在的两个难题（误报、漏报）提供了新的方法和手段，并在处理火灾真伪方面表现出明显的有效性和创新性，这是火灾自动报警系统在技术上的飞跃。从传统型走向智能型，是国内外火灾自动报警系统技

16、术发展的必然趋势。2.2 系统设计思想因为要达到设计系统的简单、经济及实用性，所以本设计使用温度传感器、烟雾传感器，结合STC89C52芯片，采用一只DS18B20温度传感器和MQ-2型烟雾传感器，直接读取被测温度值和烟雾浓度值，之后通过软件编程达到控制要求。本系统的电路设计方框图如图2.1所示，它由六部分组成:（1）时钟电路；（2）电源部分，采用3节AA电池稳定供电；（3）控制部分，主芯片采用单片机STC89C52；（4）显示部分，采用LCD1602液晶显示屏；（5）温度采集部分，采用DS18B20温度传感器；（6）浓度采集部分，采用MQ-2型烟雾传感器；（7）报警部分，采用蜂鸣器和发光二极

17、管实现声光报警。按键和显示模块报警模块STC89C52电源模块时钟电路温度检测模块浓度检测模 块图2.1 系统设计方框图2.3 方案论证2.3.1 单片机的选择8031和STC89C52芯片特性的对比。8031片内不带程序存储器ROM，使用时用户需外接程序存储器和一片逻辑电路373，外接的程序存储器多为EPROM的2764系列。用户若想对写入到EPROM中的程序进行修改，必须先用一种特殊的紫外线灯将其照射擦除，之后再可写入。写入到外接程序存储器的程序代码没有什么保密性可言。由于上述类型的单片机应用的早，影响很大，已成为事实上的工业标准。后来很多芯片厂商以各种方式与Intel公司合作，也推出了同

18、类型的单片机，如同一种单片机的多个版本一样，虽都在不断的改变制造工艺，但内核却一样，也就是说这类单片机指令系统完全兼容，绝大多数管脚也兼容；在使用上基本可以直接互换。我们统称这些与8051内核相同的单片机为“51系列单片机”。STC89C52是STC公司生产的一种低功耗、高性能CMOS 8位微控制器，具有8K在系统可编程Flash存储器。STC89C52使用经典的MCS-51内核，但做了很多的改进使得芯片具有传统51单片机不具备的功能。在单芯片上，拥有灵巧的8 位CPU 和在系统可编程Flash，使得STC89C52为众多嵌入式控制应用系统提供高灵活、有效的解决方案。具有以下标准功能：8k字节

19、Flash，512字节RAM，32位I/O 口线，看门狗定时器，内置4KB EEPROM，MAX810复位电路，3个16 位定时器/计数器，4个外部中断，一个7向量4级中断结构（兼容传统51的5向量2级中断结构），全双工串行口。另外STC89X52 可降至0Hz 静态逻辑操作，支持2种软件可选择节电模式。空闲模式下，CPU 停止工作，允许RAM、定时器/计数器、串口、中断继续工作。掉电保护方式下，RAM内容被保存，振荡器被冻结，单片机一切工作停止，直到下一个中断或硬件复位为止。最高运作频率35MHz，6T/12T可选。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

20、设计显得简单明了，所以在本设计中我选择使用STC89C52。2.3.2 模数转换器的选择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ADC0832。ADC0832是NS(National Semiconductor)公司生产的串行接口8位A/D转换器，通过三线接口与单片机连接，功耗低，性能价格比较高，适宜在袖珍式的智能仪器仪表中使用。ADC0832 为8位分辨率A/D转换芯片，其最高分辨可达256级，可以适应一般的模拟量转

21、换要求。芯片具有双数据输出可作为数据校验，以减少数据误差，转换速度快且稳定性能强。独立的芯片使能输入，使多器件连接和处理器控制变得更加方便。通过DI 数据输入端，可以轻易的实现通道功能的选择。2.3.3 传感器的选择DS18B20温度传感器是美国DALLAS半导体公司最新推出的一种改进型智能温度传感器，与传统的热敏电阻等测温元件相比，它能直接读出被测温度。这一部分主要完成对温度信号的采集和转换工作，由DS18B20数字温度传感器及其与单片机的接口部分组成。数字温度传感器DS18B20把采集到的温度通过数据引脚传到单片机的P1.0口，单片机接受温度并存储。半导体烟雾传感器包括用氧化物半导体陶瓷材

22、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，反应快、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。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的优点，并且它的抗干扰能力强、寿命长。MQ-2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。3 硬件设置3.1 单片机STC89C52的原理3.1.1 STC89C52的引脚说明(1) 主要性能参数STC89C52管脚图1，如图3.1。图3.1 STC89C52管脚图&#

23、183;与MCS-51产品指令系统完全兼容 ·1000次擦写中期·8K字节可重擦写Flash闪速存储器·三级加密程序存储器·全静态操作：0Hz24MHz·32个可编程I/O口线·512字节内部RAM·6个中断源·3个16位定时/计数器·可编程串行UART通道·低功耗空闲和掉电式 (2) 功能特性概述STC89C52提供以下几个标准功能：8K字节Flash闪存存储器，512字节内部RAM，32个I/O口线，3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。

24、同时，STC89C52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) 引脚功能说明· ：电源电压· GND：地· 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，每位能吸收电流的方式驱动8个TTL逻辑门电路，对断口写“1”可作为高阻抗输入端用。在Flash编程时，P0接受指令字节，而在程序校验时，输出指令字节，校验时，要求外接上拉电阻。在

25、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。· P1口：P1是一个带内部上拉电阻的8位双向I/O口，P1的输出缓冲级可驱动（吸收或输出电流）4个TTL逻辑门电路。对端口写“1”，通过内部的上拉电阻把端口拉到高电平，此时可作为输入口。作输入口使用时，因为内部存在上拉电阻，某个引脚被外部信号来低电平时会输出一个电流（I）。Flash编程和程序校验期间，P1口接受低8位地址。· P2口：P2口是一个带内部上拉电阻的8位双向I/O口，P2的输出缓冲级可驱动（吸收或输出电流）4个TTL逻辑门电路。对端口写“1”，通过内部

26、的上拉电阻把端口拉到高电平，此时可作为输入口。作输入口使用时，因为内部存在上拉电阻，某个引脚被外部信号来低电平时会输出一个电流（I）。在访问外部程序存储器或16位地址的外部数据存储器（例如执行MOVX DPTR指令）时，P2口送出高8位地址数据。在访问8位地址的外部数据存储器（例如执行MOVX RI指令）时，P2口行上的内容（也即特殊功能寄存器（SFR）区中R2寄存器的内容），在整个访问期间不改变。Flash编程或校验时，P2亦接受高位地址和其它控制信号。·P3口：P3是一组带内部上拉电阻的8位双向I/O口，P3口的输出缓冲级可驱动（吸收或输出电流）4个TTL逻辑门电路。对端口写“1

27、”，通过内部的上拉电阻把端口拉到高电平，此时可作为输入口。作输入口使用时，被外部拉低的P3口将用上拉电阻输出电流（I）。P3口除了作为一般的I/O口线外，更重要的用途是它的第二功能2，见表3.1。表3.1 P3口的第二功能端口引脚第二功能P3.0RXD（串行输入口）P3.1TXD（串行输出口）P3.2（外中断0）P3.3（外中断1）P3.4T0（定时/计数器0）P3.5T1（定时/计数器1）P3.6（外部数据存储器写选通）P3.7（外部数据存储器读选通）P3口还接受一些用于Flash闪速存储器编程和程序校验的控制信号。· RST：复位输入。当振荡器工作时，RST引脚出现两个机器周期以

28、上高电平将使单片机复位。·ALE/：当访问外部程序存储器时，ALE输出脉冲用于锁存地址的低8位字节。即使不访问外部存储器，ALE仍以时钟振荡频率的1/6输出固定的正脉冲信号，因此它可对外输出时钟或用于定时目的。要注意的是：每当访问外部数据存储器时将跳过一个ALE脉冲。对Flash存储器编程期间，该引脚还用于输入编程脉冲（）。如有必要，可通过对特殊功能寄存器（SFR）区中的8EH单元的D0位置位，可禁止ALE操作，该位置位后，只有一条MOVX和MOVC指令ALE才会被激活。此外，该引脚会被微弱拉高，单片机执行外部程序时，应设置ALE无效。·：程序储存允许（）输出是外部程序存储

29、器的读选信号，当STC89C52由外部程序存储器取指令（或数据）时，每个机器周期两次有效，即输出两个脉冲。在此期间，当访问外部数据存储器，这两次有效的信号不出现。· EA/Vpp：外部访问允许。欲使CPU仅访问外部程序存储器（地址为0000HFFFFH），EA端必须得保持低电平（接地）。需注意的是：如果加密位LBI被编程，复位时内部会锁存EA端状态。如EA端为高电平（接端），CPU则执行内部程序存储器中的指令。Flash存储器编程时，该引脚加上+12V的编程允许电源，当然这必须是该器件是使用12V编程电压。· XTAL1：振荡器反相放大器的及内部时钟发生器的输入端。

30、3; XTAL2：振荡器反相放大器的输出端。3.1.2 工作特性(1) 时钟振荡器3STC89C52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。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），而如使用陶瓷谐振器，

31、建议选择40pF（±10F）。用户也可以采用外部时钟。采用外部时钟的电路如下图所示。这种情况下，外部时钟脉冲接到XTAL1端，即内部时钟发生器的输入端，XTAL2则悬空。由于外部时钟信号是通过一个2分频触发器后作为内部时钟信号的，所以对外部时钟信号的占空比没有特殊要求，电脑最小高电平持续时间和最大的低电平持续时间应符合产品技术条件的要求。石英晶体时：C1，C2=30pF±10pF陶瓷谐振器：C1，C2=40pF±10pF图3.2振荡电路(2) 空闲节电模式STC89C52有两种可用软件编程的省电模式，它们是空闲模式和掉电模式。这两种方式是控制专用寄存器PCON（即

32、电源中指寄存器）中的PD（PCON.1）和IDL（PCON.0）位来实现的。PD是掉电模式，当PD=1时，激活掉电工作模式，单片机进入掉电工作状态。IDL是空闲等待方式，当IDL=1时，激活空闲工作模式，单片机进入睡眠状态。如需同时进入两种工作模式，即PD和IDL同时为1，则先激活掉电模式。在空闲工作模式状态，CPU保持睡眠状态而所有片内的外设仍保持激活状态，这种方式由软件产生。此时，片内RAM和所有特殊功能寄存器的内容保持不变。空闲模式可由任何允许的中断请求或硬件复位终止。终止空闲工作模式的方法有两种，其一是任何一条被允许的中断的事件被激活，IDL被硬件清零，即可终止空闲工作模式，程序会首先

33、响应中断，进入中断服务程序，执行完中断服务程序并紧随RET1指令后，下一条要执行的指令就是使单片机进入空闲模式那条指令后面的一条指令。其二是通过硬件复位也可将空闲工作模式终止。需要注意的是，当由硬件复位来终止空闲工作模式时，CPU通常是从激活空闲模式那条指令的下一条指令开始继续执行程序的，要完成内部复位操作，硬件复位脉冲要保持两个机器周期有效，在这种情况下，内部禁止CPU访问片内RAM，而允许访问其它端口，为了避免可能对端口产生意外写入，即或空闲模式的那条指令后一条指令不应是一条对端口或外部存储器的写入指令。(3) 掉电模式在掉电模式下，振荡器停止工作，进入掉电模式的指令是最后一条被执行的指令

34、，片内RAM 和特殊功能寄存器的内容在终止掉电模式前被冻结。退出掉电模式的唯一方法是硬件复位，复位后将重新定义全部特殊功能寄存器但不包括RAM中的内容，在恢复到正常工作电平前，复位应无效，且必须保持一定时间以使振荡器重启动并稳定工作。(4) 程序存储器的加密STC89C52可使用对芯片上的3个加密位LB1，LB2，LB3进行编程（P）或不编程（U）来得到如下表3.2所示的功能：表3.2 加密位保护功能表程序加密位保护类型LB1LB2LB31UUU没有程序保护功能2PUU禁止从外部程序存储器中执行MOVC指令读取内部程序存储器的内容3PPU除上表功能外，还禁止程序校验4PPP除以上功能外，还禁止

35、外部执行注：表中的U表示未编程，P表示编程当加密位LB1被编程时，在复位期间，EA端的逻辑电平被采样并锁存，如果单片机上电后一直没有复位，则锁存器的初始值是一个随机数，且这个随机数会一直到真正复位为止，为单片机能正常工作，被锁存的EA电平值必须与该引脚当前的逻辑电平一致，此外，加密位只能通过整片的方式擦除。(5) 芯片擦除利用控制信号的正确组合并保持ALE/PROG引脚10Ms的低电平脉冲宽度即将PEROM阵列（4K字节）和三个加密位整片擦除，代码阵列在片擦除操作中将任何非空单元写入“1”，这步骤需要在编程之前进行。(6) 读片内签名字节STC89C52单片机内有三个签名字节，地址为030H，

36、031H和032H。用于声明该器件的厂商，型号和编程电压。读签名字节的过程和单元030H，031H及032H的正常效验相仿，只需将P3.6和P3.7保持低电平，返回值的意义如下：（030H）1EH声明产品由ATMEL公司制造；（031H）51H声明为STC89C52单片机；（032H）FFH声明12V编程电压；（032H）05H声明为5V编程电压。(7) 编程接口4FLASH编程和校验特性=0-70，=5.0±10%表3.3 Flash编程和校验特性符号参数最小值最大值单位编程电压11.512.5V编程电流1mA时钟频率324MHz建立地址到变低48变低后地址保持不变48建立数据到变

37、低48变低后数据保持不变48ENABLE变高到48加到变低10后保持10宽度1110地址到数据有效48ENABLE低到数据有效48表3.3 续表ENABLE后数据浮空048变高到BUSY变低1.0字节写入周期2.0采用控制信号的正确组合可对FLASH闪速存储阵列中的每一代码字进行写入和存储器的整片擦除，写操作周期是自身定时的，初始化后他将自动定时到操作完成。3.2 时钟电路时钟电路（如图3.3所示）用于产生单片机工作时所必需的时钟控制信号。单片机各功能部件的运行都是以时钟控制信号为基准，有条不紊地一拍一拍工作。因此，时钟频率直接影响单片机的速度，时钟电路的质量也直接影响单片机系统的稳定性。单片

38、机内部有一个高增益反向放大器，输入端为芯片引脚XTAL1，输出端为引脚XTAL2。而在芯片外部XTAL1和 XTAL2之间跨接晶体振荡器和微调电容，从而构成一个稳定的自激振荡器。电路中的两个电容通常选用30pF左右，对外接电容的值虽然没有严格的要求，但电容的大小会影响振荡器频率的高低、振荡器的稳定性和起振的快速性。晶振的振荡频率的范围通常是1.2MHz12MHz之间。晶体振荡频率高，则系统的时钟频率也高，单片机运行速度也就快，但反过来运行速度快对存储器的速度要求就高，对印制电路板的工艺要求也高，所以，这里使用振荡频率为6MHz的石英晶体。图3.3 时钟电路3.3 电源模块电源电路可分为三大块：

39、变压部分、整流滤波部分、稳压部分。变压部分其实就是一个变压器，变压器作用是将220V的交流电压变换成我们所需的电压。然后再送去整流和滤波。整流电路的任务是将交流电变换成直流电。完成这一任务主要是靠二极管的单向导电作用，因此二极管是构成整流电路的关键元件。由于四只二极管的连接方式及其单向导电作用，不管输入的电压正负极如何，总有两只二极管是导通的，故通过该整流电路都能输出一个相对稳定的电压。稳压器是一种能自动调整输出电压的供电电路或供电设备，其作用是将波动较大和不合用电器设备要求的电源电压稳定在它的设定值范围内，使各种电路或电器设备能在额定工作电压下正常工作。因为我考虑到整个设计的实用、简单以及物

40、美价廉，所以我直接使用3节AA电池供电。3.4 温度采集部分测量温度的关键是温度传感器，温度传感器的发展经历了三个发展阶段：（1）、传统的分立式温度传感器，（2）、模拟集成温度传感器，（3）、智能集成温度传感器。目前，国际上新型温度传感器正从模拟式向数字式，从集成化向智能化、网络化方向飞速发展。本设计中选用是DALLAS公司生产的一线式数字温度传感器DS18B20作为温度探测电路的传感器。3.4.1 DS18B20数字集成温度传感器DS18B20温度传感器是美国DALLAS半导体公司最新推出的一种改进型智能温度传感器，与传统的热敏电阻等测温元件相比，它能直接读出被测温度。这一部分主要完成对温度

41、信号的采集和转换工作，由DS18B20数字温度传感器及其与单片机的接口部分组成。数字温度传感器DS18B20把采集到的温度通过数据引脚传到单片机的P1.0口，单片机接受温度并存储。此部分只用到DS18B20和单片机，硬件很简单。(1)特点·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。·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。·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。·适应电压范围更

42、宽，电压范围：3.05.5V，在寄生电源方式下可由数据线供电。·温度范围55125，在-10+85时精度为±0.5。·零待机功耗。·可编程的分辨率为912位，对应的可分辨温度分别为0.5、0.25、0.125和0.0625 ，可实现高精度测温。· 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。·用户可定义报警设置。·报警搜索命令识别并标志超过程序限定温度（温度报警条件）的器件。·测量结果直接输出数字温度信号，以"一线总线"串行

43、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。·负电压特性，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。(2)内部结构DS18B20内部结构如图3.4所示，主要由4部分组成：64位ROM、温度传感器、非挥发的温度报警触发器TH和TL、配置寄存器。图3.4 DS18B20内部结构3.引脚功能介绍DS18B20的管脚排列如图3.5所示，DQ为数字信号输入/输出端，GND为电源地，VDD为外接供电电源输入端，各引脚的功能如表3.4所示。表3.4 DS18B20引脚功能序号名称引脚功能描述1GND地信号2DQ数据输入/输出引脚。开漏单总线接口引脚。当被用着在寄生

44、电源下，也可以向器件提供电源。3VDD可选择的VDD引脚。当工作于寄生电源时，此引脚必须接地。图3.5 DS18B20管脚图4.测温原理DS18B20的测温原理如图3.6所示，图中低温度系数晶振的振荡频率受温度的影响很小，用于产生固定频率的脉冲信号送给减法计数器1，而高温度系数晶振的震荡频率随温度变化明显改变，所产生的信号作为减法计数器2的脉冲输入，图中还隐含着计数门，当计数门打开时，DS18B20就对低温度系数振荡器产生的时钟脉冲进行计数，进而完成温度测量。计数门的开启时间由高温度系数振荡器来决定，每次测量前，首先将-55所对应的基数分别置入减法计数器1和温度寄存器中，减法计数器1和温度寄存

45、器被预置在-55所对应的一个基数值。减法计数器1对低温度系数晶振产生的脉冲信号进行减法计数，当减法计数器1的预置值减到0时，温度寄存器的值将加1，减法计数器1的预置将重新被装入，减法计数器1重新开始对低温度系数晶振产生的脉冲信号进行计数。如此循环直到减法计数器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。图3.7中的斜率累加器用于补偿和修正测温过程中的非线性，其输出用于修正减法计数器的预置值，只要计数门仍未关闭就重复上述过程，直至温度寄存器值达到被测温度值，这就是DS18B20的测温原理。减法计数器1斜率累加器减到0减法计数器2预 置低温度系数振 荡 器高温度系数振

46、 荡 器计数比较器预 置温度寄存器减到0图3.6 DS18B20的测温原理图另外，由于DS18B20单线通信功能是分时完成的，他有严格的时隙概念，因此读写时序很重要。系统对DS18B20的各种操作必须按协议进行。操作协议为：初始化DS18B20(发复位脉冲)发ROM功能命令发存储器操作命令处理数据。5.测温流程图测温流程图如图3.7所示。初始化DS18B20跳过ROM匹配温度变换延时1S跳过ROM匹配读暂存器转换成显示码数码管显示图3.7 DS18B20测温流程6. DS18B20供电方式DS18B20可以通过从VDD引脚接入一个外部电源供电，也可以工作于寄生电源模式。在硬件上，外接电源供电是

47、VDD接外部电源，GND接地，I/O与单片机的I/O线相连；用寄生电源供电是VDD、GND接地，I/O接单片机I/O。无论是内部寄生电源还是外部供电，I/O口线要接5K左右的上拉电阻。寄生电源模式允许DS18B20工作于无外部电源需求状态，该模式非常适用于远距离测温。本设计中所采用的是外接电源供电。3.4.2 测温模块电路原理图测温模块电路原理图如图3.8所示。图3.8 测温模块电路原理图3.5 浓度采集模块一般选用接触燃烧式烟雾传感器和半导体烟雾传感器。使用接触燃烧式传感器，其探头的阻缓及中毒，是不可避免的问题。阻缓是当在烟雾与空气的混合物中含有硫化氢等含硫物质的情况下，则有可能在无焰燃烧的

48、同时，有些固态物质附着在催化元件表面，阻塞载体的微孔，从而引起响应缓慢反应滞缓，灵敏度降低。虽然将阻缓的传感器再放回新鲜空气环境中有得到某种程度的恢复的可能，但是如果长期暴露在这样的环境中，其灵敏度会不断下降，导致传感器最终丧失检测烟雾的能力。中毒是如果环境空气中含有硅烷之类的物质时，则传感器将 使催化元件产生不可逆转的中毒，以致灵敏度很快就丧失。当怀疑检测环 境中存在这些物质时，经常对探头进行标定，是必须且有效的办法。 因此，经常对传感器进行标定，是保证其准确性的必要的途径。一般连续使用两个月后应对传感器进行量程校准，这种经常性对传感器的维护，无形中加大了工作人员的工作量，同时增加了报警器的

49、维护成本。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)。 经过对比上述两种烟雾传感器的应用特性，发现半导体烟雾传感器的优点更加突出：灵敏度高、响应快、抗干扰性好、使用方便、价格便宜，且不会发生探头阻缓及中毒现象，维护成本较低等。因此，本设计采用半导体烟雾传感器作为报警器烟雾信息采集部分的核心。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

50、但具备一般半导体烟雾传感器灵敏度高、反应快的优点，而且其抗干扰能力强、寿命长。MQ-2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。3.6 A/D转换器A/D转换器的功能是将模拟量电信号转换成数字量。在本设计中，我采用了ADC0832转换器，ADC0832是NS(National Semiconductor)公司生产的串行接口8位A/D转换器，通过三线接口与单片机连接，功耗低，性能价格比较高，适宜在袖珍式的智能仪器仪表中使用。ADC0832 为8位分辨率A/D转换芯片，其最高分辨可达256级，可

51、以适应一般的模拟量转换要求。芯片具有双数据输出可作为数据校验，以减少数据误差，转换速度快且稳定性能强。独立的芯片使能输入，使多器件连接和处理器控制变得更加方便。通过DI 数据输入端，可以轻易的实现通道功能的选择。3.6.1 A/D转换器的主要参数 (1) 分辨率：是指A/D转换器可转换成二进制数的位数。(2) 转换时间：指从输入启动转换信号开始到转换结束，得到稳定的数字输出量为止的时间其他参数与D/A转换器类似。3.6.2 A/D转换器与CPU的接口方法(1) ADC转换好的数据必须经过三态缓冲器件与CPU数据总线相连接（在芯片内部没有三态输出缓冲器时）；(2) 为了输入正确的转换结果，必须解

52、决好A/D转换器和CPU取数之间的时间配合问题。 (3) 启动转换信号（START）：是由CPU提供给ADC芯片的，在正脉冲的下降沿转换开始； (4) 转换结束信号（EOC）：一旦启动转换，EOC立即变低，直至转换结束，EOC输出高电平，通知CPU转换已结束；(5) 允许输出信号（OE）：ADC转换结束后，转换结果存放在输出锁存器中，并没有送入数据总线上。CPU取数时，发出OE信号选通芯片内部三态输出缓冲器将数据输出。3.6.3 A/D转换器与CPU之间传送数据的方法(1) 延时等待法延时法是利用CPU执行一条输出指令，启动ADC转换，然后CPU执行延时程序，延时时间大于所选用的ADC芯片转换

53、时间，延时结束，CPU执行输入指令，打开三态门获取ADC转换好的数据。 (2) 查询法 查询法是由CPU来检查EOC信号。当CPU启动ADC芯片开始转换之后，再通过状态端口读取EOC信号，检查ADC是否转换结束。若转换结束，则读取转换结果，否则继续查询。(3) 中断法用中断法可提高CPU的利用率，当ADC转换结束，由EOC信号上升沿通过8255A中断控制逻辑向CPU发出中断请求，CPU响应中断在服务程序中读取结果。3.6.4 A/D转换芯片ADC0832及其接口(1) 主要性能·8位分辨率，逐次逼近型，基准电压为5V；·5V单电源供电；·输入模拟信号电压范围为05

54、V；·输入和输出电平与TTL和CMOS兼容；·在250KHZ时钟频率时，转换时间为32us；·具有两个可供选择的模拟输入通道；·功耗低，15mW。（2）外部引脚及其说明ADC0832有DIP和SOIC两种封装，DIP封装的ADC0832引脚排列如图3.9所示。各引脚说明如下：·CS片选端，低电平有效。·CH0，CH1两路模拟信号输入端。·DI两路模拟输入选择输入端。·DO模数转换结果串行输出端。·CLK串行时钟输入端。·Vcc/REF正电源端和基准电压输入端。·GND电源地。（3）单片

55、机对ADC0832 的控制原理图3.9 ADC0832引脚图一般情况下ADC0832与单片机的接口应为4条数据线，分别是CS、CLK、DO、DI。但由于DO端与DI端在通信时并未同时有效并与单片机的接口是双向的，所以电路设计时可以将DO和DI 并联在一根数据线上使用。当ADC0832未工作时其CS输入端应该为高电平，此时芯片禁用，CLK 和DO/DI 的电平可任意。当要进行A/D转换时，须先将CS端置于低电平并且保持低电平直到转换完全结束。此时芯片开始转换工作，同时由处理器向芯片时钟输入端CLK提供时钟脉冲，DO/DI端则使用DI端输入通道功能选择的数据信号。在第1个时钟脉冲到来之前DI端必须是高电平，表示启动位。在第2、3个时钟脉冲到来之前DI端应该输入2位数据用于选择通道功能，其功能见表3.5。表3.5 ADC0832配置位输入形式 配置位选择通道CH0CH1CHOCH1差分输入00+-01-+单端输入10+11+ 如表3.5所示，当配置位2位数据为1、0时，只对CH0 进行单通道转换。当配置2位数据为1、1时，只对CH1进行