基于单片机的火灾报警器设计

1、.课程设计设计题目：基于单片机的火灾报警器设计3 / 42课程设计任务书专业：电子信息工程 学号:4091426 同学（签名）：设计题目：基于单片机的火灾报警器设计一、设计试验条件微机试验室二、设计任务与要求1. 依据题目要求进行资料收集与监测方案设计；2. 主要功能要求：（1）实时检测至多 8 个监测点的环境温度、烟雾浓度等因素变化，以推断是否消灭火警；（2）判定某监控点消灭火警时进行声光报警，并显示此监控点编号；（3）能手动报警和取消报警；（4）能手动进行系统检测；（5）监控点数目可以通过键盘设置。3. 撰写课程设计说明书；三、设计报告的容1. 设计题目与设计任务（设计任务书）2. 前言（

2、绪论）(设计的目的、意义等)3. 设计主体（各部分设计容、分析、结论等）4. 完毕语（设计的收获、体会等）5. 参考资料四、设计时间与支配1、设计时间：2 周2、设计时间支配：生疏试验设备、收集资料： 2 天设计图纸、试验、计算、程序编写调试： 9 天编写课程设计报告：2 天答辩：1 天目录1 绪论 11.1 课题争辩的背景和意义 11.2 国外的争辩现状 51.3 本文容的结构支配 32 火灾报警系统整体方案设计 42.1 火灾产生原理与过程 42.2 系统总体方案设计 62.2.1 系统硬件总体构架 62.2.2 系统软件总体构架 62.3 系统主要器件的选择 82.3.1 火灾探测器的选

3、择 82.3.2 单片机的选择 153 火灾自动报警系统硬件设计 163.1 复位电路与晶振电路 163.1.1 晶振电路 163.1.2 复位电路 163.2 传感器信息采集电路 173.3 声光报警显示电路 183.4 系统把握电路 194 火灾报警系统程序设计 204.1 软件开发环境 204.2 火灾报警系统程序设计 214.2.1 数据采集子程序 224.2.2 火灾推断/报警子程序 234.2.3 把握系统子程序 255 总结 26.5.1 总结 265.2 展望 27附录 1 系统程序 29 附录 2 系统原理图 38 参考文献 39致 401 绪论1.1 课题争辩的背景和意义在

4、各种灾难中，火灾是最经常、最普遍地威逼公众平安和社会进展的主要灾难之一。火灾是世界上发生频率较高的一种灾难，几乎每天都有火灾发生。据联合国“世界火灾统计中心(wfsc)2000 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与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，这与亚洲经济进展程度不高、消防设施不完善等因素有关。据统计，我国 70 年月火灾年平均损失不到 2.5 亿元，80 年月火灾年平均损失接近 3.2

5、 亿元。进入 90 年月，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进展，城市高层、地下以与大型综合性建筑日益增多，火灾隐患也大大增加，火灾发生的数量与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1。严峻的事实证明，随着社会和经济的进展，社会财宝日益增加，火灾给人类、社会和自然造成的危害围不断扩大，它不仅毁坏物质财产，造成社会秩序的混乱， 还直接危胁生命平安，给人们的心灵造成极大的损害。残酷的现实让人们渐渐生疏到监控预警和消防工作的重要性，良好的监控系统和与时的报警机制可以大大iv / 4

6、2.降低人员的伤亡，为社会削减不必要的损失2。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快速监测火情，可发觉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状况下就发生了 co 中毒，从而无力逃命，火灾自动报警系统可监测到 co 浓度的变化，为人们供应co 浓度超标报警信息，通知人们与时疏散3。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

7、心联网，与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，以便消防队员可以快速抵达火灾地点4。火灾自动报警系统能对火灾进行实时监测和精确报警，有着防止和削减火灾危害、爱护人身平安和财产平安的重要意义，有着很大的经济效益和社会效益。1.2 国外的争辩现状依据现代战斗的突发性、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进展历史，19 世纪 40 年月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5。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

8、进展走上正轨6。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消灭和进展，火灾监测技术也相应快速进展，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渐渐地蓬勃进展起来，其进展过程可以分为以下几个阶段:第一阶段，从 19 世纪 40 年月至 20 世纪 40 年月，火灾报警系统处于进展的初级阶段，接受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，从而推断是否有火灾发生。这一阶段，火灾报警系统简洁，仅靠单一的温度参量进行火灾推断。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，无法推断阴燃火灾，也无法满足智能化火灾报警系统的

9、要求。8 / 42其次阶段，20 世纪 40 年月末，瑞士物理学家 emst meili 争辩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，并渐渐占据了绝大部分市场，迫使感温式探测器退居其次；到 70 年月末， 光电式感烟探测器在光电技术的基础上进展起来，并很快得到大力进展，它的使用寿命长，抗干扰力量强，没有离子感烟探测器的放射性问题。在这一阶段，火灾报警系统普遍接受多线制布局方式，布线、调试、系统牢靠性是系统进展的瓶颈。第三阶段，20 世纪 80 年月初期，总线型火灾报警系统开头兴起，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

10、量显著削减， 安装调试更加简洁，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，接受有线连接对工程要求高。第四阶段，从 20 世纪 80 年月中后期开头，随着计算机技术、把握技术、集成电路技术、传感器技术与智能技术的快速进展，火灾自动报警系统步入智能化时代，智能化火灾报警系统快速进展起来，各种智能型的火灾自动报警系统相继消灭。模拟量可寻址技术的应用使得火灾报警系统的平安性、精准性和智能性有了很大提高，在火灾自动报警系统进展史上具有里程碑的意义7。近年来，接受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

11、电器装置通过无线连接方式进行信息传输与把握，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别场合，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8。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9。在我国，接受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、机敏性好，易于扩展等优点，适用于很多场 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表达在火灾判决和统筹治理方面，一般分为分散 式、集中

12、式和分布式，分散式系统由非智能型把握器若干智能型探测节点组成， 由探测节点完成火灾状态的推断;集中式系统由智能型把握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把握器，由把握器智能地推断火灾状态； 分布式系统的把握器和探测节点均为智能型，也是今后火灾自动报警系统的进展方向10。1.3 本文容的结构支配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进展，城市高层、地下建筑以与大型综合性建筑日益增多，火灾隐患也大大增加，火灾的数量与其造成的损失呈逐年上升趋

13、势，市场上迫切需要一种容量大、牢靠性高、使用简洁的智能型火灾报警把握系统。该火灾报警系统是以 at89c52 单片机作为把握中心，承受、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。本文的结构支配如下：第 1 章：绪论。主要介绍课题的争辩背景和意义，介绍了火灾报警系统的进展状况。此外，介绍了论文的主要容与章节支配。第 2 章：介绍了火灾探测原理，给出火灾自动报警系统的总体设计构架，分别给出硬件和软件的整体构架，并给出系统设计中的主要器件的选型。第 3 章：火灾自动报警系统硬件设计，具体介绍了单片机系统基本电路、传感器信息采集电路、声光报警显示电路与系统把握电路，并给出相应的设计原

14、理图。第 4 章：火灾自动报警系统监控程序设计，介绍数据采集子程序、火灾推断/ 报警子程序和系统把握子程序等。第 5 章：对本文工作进行总结，并对火灾报警器的进展前景进行展望。2 火灾报警系统整体方案设计2.1 火灾产生原理与过程火灾是一种失去人为把握的由燃烧造成的灾难，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。依据可燃气体与空气混合方式不同有两种燃烧方式，假如在燃烧前，可燃气就与空气均匀混和，则称之为预混燃烧；假如可燃气体和空气分别进入燃烧区边混合边燃烧，则称之为集中燃烧。液体和固体是分散态物质，难与空气均匀混合，它们燃烧的基

15、本过程是当从外部猎取肯定的能量时，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 0.01m)。在产生气溶胶的同时，产生分子较大(直径 0.01 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连续放出可燃气体，并形成集中燃烧。同时，发出含有红、紫外线的火焰，散发出大量的热量11。这些热量通过可燃物的直接燃烧、热传导、热辐射和热对流，使火从起火部位向四周集中，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

16、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。依据火灾发生时产生现象的不同，可以将火灾分为慢速阴燃、明火和快速进展火焰等。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，并形成集中燃烧，同时发出含有红、紫外线的火焰。快速进展火焰则是火灾集中的速度特别快，这种类型的火灾一般为空气中混有大量可燃气体。通过大量的争辩说明阴燃是诱发火灾的重要缘由12。总的来说，一般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，在氧气充分的条

17、件下才能达到全部燃烧，产生火焰，发出可见光和不行见光，并散发出大量的热，使环境温度上升。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，若探测器就应当从今阶段开头进行探测，就可以火灾损失把握在最小限度。火焰燃烧后，快速集中，产生大量的热使得环境温度上升，假如能将这时能够探测到有效地温度值，就可以比较与时地把握火灾。起火过程曲线如图 2.1 所示13。.图 2.1 起火过程曲线2.2 系统总体方案设计2.2.1 系统硬件总体构架报警系统主要由数据采集模块、单片机把握模块、声光报警显示模块、系统把握模块组成。图 2.2 为火灾报警系统的结构框图。烟雾、温度传

18、 感 器 电路单片机系统电路声、光报警器 显 示 电路手动把握电路图 2.2 系统结构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，再通过外接电路或者芯片置电路将所猎取的电信号转化为单片机可读取的信号，传入单片机。单片机通过程序的把握，对猎取的信号做出推断，并据此把握声、光报警器显示电路工作。假如发生火灾，系统以声光的形式报警，并显示着火点位置信息。本火灾自动报警系统具有以下功能： (1)声、光双重报警与显示编号的功能。(2)手动报警与取消报警的功能。(3) 设置并显示监测点个数功能。9 / 42.(4) 指定检测点功

19、能。2.2.2 系统软件总体构架为了便于系统维护和功能扩充，接受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、火灾推断、报警子程序与系统把握子程序等，系统程序流程图如图 2.3 所示。开头 初始化19 / 42手动指定某监测点检测推断手动/自动检测自动轮番检测某些监测点温度烟雾信号采集无特别报警推断特别报警是否取消报警取消报警完毕图 2.3 程序流程图2.3 系统主要器件的选择2.3.1 火灾探测器的选择1）探测器简介火灾探测器是火灾报警系统的重要组成部分，直接关系到整个系统的正常运行。当火灾发生时，把火灾产生的各种非电量参数(如烟雾，温度

20、)变成电量参数传送给把握器。其特点是模拟量传输，跟随各种非电量参数的变化而变化16。火灾探测器依据火灾发生时所表现出来的物理现象可以分为：气敏型、感温型、感烟型、感光型、感声型五大类。(l)感温探测器感温探测器一般分为定温式和差温式。单一的感温探测器灵敏度低、探测速度慢、探测围小，尤其对阴燃状况不响应，因此不适用于火灾早期的探测，而在设计时往往安装在不宜安装感烟探测器的区域17。(2) 感烟探测器感烟探测器可以分为离子感烟探测器和光电感烟探测器18。感烟探测器具有格外好的早期报警功能，即使在不太好的环境条件场所也会有比较好的探测效果， 它一般适用于极高的房屋或空心花板或地下室中。感烟探测器适用

21、于火灾前期与早期，产生大量的烟和少量的热，但它不能区分火灾信号与非火灾信号，如厨房烟、水蒸气等，所以误报率较高。(3) 气体探测器气体探测器的主要作用是在发生可燃气体泄漏危急时，提示有关人员实行相关措施以爱护现场工作人员、生产设备的平安运转以与四周环境。气体探测器适用于散发可燃气体和可燃蒸汽的场所。但由于气体探测器探测对像 co 易与还原气体发生化学反应，因此在有还原气体的场所可能会发生误报警。(4) 图像探测器图像火灾探测器分为烟雾图像探测器、火焰图像探测器、激光图像感烟探测器等，它们都格外适合于商场大空间建筑。但烟雾图像火灾探测器对不规章物体或相像图像可能发生误报警;而火焰图像探测器则对高

22、温物体或太照耀可能发生误报警;激光图像感烟火灾探测器则由于其良好的探测性能，发生误报警的概率小，格外适合商场建筑的火灾探测19。(5) 红、紫外火焰探测器火灾中能够辐射出红外线的不仅仅是火焰，一些高温物体的表面都能发出与火焰红外线频带相吻合的红外线，因此这些并非火灾的红外源就简洁使单波段红外火焰探测器产生误报警20。紫外火焰探测器灵敏度高(ms 级)，反应快，适合在火灾时有猛烈的火焰辐射而无阴燃阶段且需对火焰做出快速反应的场合，但当环境中有紫外辐射、高温物体或有太直射时可能或产生误报警，因此，紫外火焰探测器不宜用于火焰消灭前有浓烟集中或有直射的地方。烟雾浓度是火灾的特性参数之一，在较大围的监视

23、场所，烟雾探测始终被广泛使用的火灾探测方法。火灾中会产生大量的热，温度也是火灾的另一特性参数， 和环境温度相比火灾的温升是很明显的，所以温度也被用来进行火灾探测21。然而烟雾探测器在受到外界非火灾的干扰信号会产生误报警，且对于某些黑烟的探测并不敏感。温度探测器可以很好地补充烟雾探测器造成的漏报，但由于只有在燃烧的后两个阶段才会发生明显的变化，报警的响应时间慢。因此依据以上状况以与本系统的要求，接受感烟探测器和感温探测器相结合的多传感器探测方法22， 可以发挥各自的优势、弥补不足之处，在火灾发生的早期就能够更加精确的报警。2） 烟雾探测器本设计的感烟探测器接受的是mq-2气体传感器，其特点有：广

24、泛的探测围、高灵敏度、快速响应恢复、优异的稳定性、寿命长、简洁的驱动电路等等。mq-2 传感器可应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。mq-2的规格a标 准工作条件符号参数名称技术余件备注ve回路电压至15 vac o dcvi-,加热电压s_ov土0 .2 va c or dcrl负载 电 祖可洞rh加热电阻31q 士3 q室温ph加热功扽女 900m w符号参数名称枝术条件备注too使用温臣-10飞印“cts储 存温度-20,c-70 它rh相对： 显佞小于95%rh2氢气浓宦21%标准条件l氢气浓度会影响灵敏妄特性碌小 但 大于 2

25、 %b. 环 境 条 件。c, 页敏仅特性符号参数名称技术参数备注rs敏惹体表面电祖3k0 -30ko(l ooopptn 异丁院 1保浏浓度范匣l oopprn-110000ppm液化气和丙炽300ppm-5000ppm丁炕沁 00pprm-20000ppm 甲烂初 oppm-5000pprn 氢气1oopprn-2000pprn 洒梧a(300d/l oool浓度抖率0_6异丁烂标准工作条件温良： 20.,c 土2t相对湿度， 65士5vc:5.0v士o.l vvh:5.0v士0.l v预热肘问不少于24小时d. 结构 外形 浏试皂跻hla-t a向图 1： 结构 at fl. ii炯结构

26、b部件材料1气体敏感层二颓化锡2甩极金 (au)3尸讥i届也极引线铅 ( pt)4加热器棵铅合金 (ni.cr)5向瓷偕二轧化一话6那篡树l00 甘双层不肪钢 (f1, jb316 )？卡环俄媒铜材 (n- i cu)8基座胶木9计状仵脚锁媒钢材(ni-cu)1a dr“ .b勹3v叩hbr图 2： 测呈电路m-q-2 气敏元件打结构和外形姐图l 所示，结构 aor bl 由微型 al?o3悔姿管、n0 2 敏感层洌星电极和加热器构成的敏感元件固定在塑料或不锈钢割成的腔体内， 加热器为气敏元件供应了必要的i 作条件。封装好的气敏元件有6 只针状管脚， 其中4 个用于信号取出 9 2 个用于供应

27、加热电流cl a-a 和 b-b 管脚在电路中是短搂的，e. 灵敏反特性曲线。1 ·，|闪2-一匾、门 雪|i“” 巳| 尸 、图3 给出mq-2型气敏元件的灵敏度特i工 ii其中：、|、 、 、生、 亡 - .、 户户l 勹丐 l温度： 20t .,_艺 气、|i相对湿宦:” 65%、。、记”尸沁尸口l飞-1 血 |i尸, 一，氧气浓度 21%尸一11一仁陀- 暴- u-ch4=j、 霉_ .,气血、|l、便，屯 1i户,.- .息.，.尸 蛔rl=5kor$： 元件在不同气体，不同浓度下的电阻信iico一士u“ 妞pr吁，由 p. 巳伽乓rl”r：o元件在洁净空气中的电阻值。0.

28、 i100一_lnrli jl o叨loo”+ 戊 t 0,01(目 3 mq-2 呈气敏元件的员敏度特性山，代. ” .h 、 义刍t乌上，已、毛重、。- 艾卿1 - 芘卿ro: 20q c , .3j%rh条件下 l ooop pm氢气中元件电阻心r s: 不同温庋， 湿庋下， l ooop pm 氢、丘一，云 曼.”= ， ,已匾 20刁d. . 五心 口. .。甲，伽二喊， ree乙己10勾劝4050切气中元件电阻。心图4 mq -2型气敏元件的温湿度特性灵敏度诮整mq-2型气敏元件对不同种类、不同浓民的气体有不同的电阻信。 因此， 在使用此类型气敏元件时， 贯敏度的调整是很董要的。

29、我们建议您用looo ppr11垣气或l oooppm1丁炊校准传感器(ll ,i.四当精确测鱼时5 报芒点的设定应考虑温湿度的影晌。3） 温度探测器温度探测器使用的是 dallas（达拉斯）公司生产的ds18b20 温度传感器。超小的体积，超低的硬件开消，抗干扰力量强，精度高，附加功能强，使得 ds18b20更受欢迎。对于我们一般的电子爱好者来说，ds18b20 的优势更是我们学习单片机技术和开发温度相关的小产品的不二选择。ds18b20 的主要特征： 全数字温度转换与输出。 先进的单总线数据通信。 最高 12 位辨别率，精度可达土 0.5 摄氏度。12 位辨别率时的最大工作周期为 750

30、毫秒。 可选择寄生工作方式。 检测温度围为55°c +125°c (67°f +257°f) 置 eeprom，限温报警功能。64 位光刻 rom，置产品序列号，便利多机挂接。 多样封装形式，适应不同硬件系统。ds18b20 芯片封装结构：ds18b20 引脚功能：·gnd 电压地·dq 单数据总线·vdd 电源电压·nc 空引脚ds18b20 工作原理与应用：ds18b20 的温度检测与数字数据输出全集成于一个芯片之上，从而抗干扰力更强。其一个工作周期可分为两个部分，即温度检测和数据处理。在讲解其工作流程之前我们

31、有必要了解 18b20 的部存储器资源。18b20 共有三种形态的存储器资源，它们分别是：rom 只读存储器，用于存放 ds18b20id 编码，其前 8 位是单线系列编码（ds18b20 的编码是 19h），后面 48 位是芯片唯一的序列号，最终 8 位是以上 56的位的 crc 码（冗余校验）。数据在出产时设置不由用户更改。ds18b20 共 64 位rom。ram 数据暂存器，用于部计算和数据存取，数据在掉电后丢失，ds18b20 共 9 个字节 ram，每个字节为8 位。第 1、2 个字节是温度转换后的数据值信息，第3、4 个字节是用户 eeprom（常用于温度报警值储存）的镜像。在上

32、电复位时其值将被刷新。第5 个字节则是用户第 3 个 eeprom 的镜像。第 6、7、8 个字节为计数寄存器，是为了让用户得到更高的温度辨别率而设计的，同样也是部温度转换、计算的暂存单元。第 9 个字节为前 8 个字节的 crc 码。eeprom 非易失性记忆体，用于存放长期需要保存的数据，上下限温度报警值和校验数据， ds18b20 共 3 位eeprom，并在 ram 都存在镜像，以便利用户操作。把握器对 18b20 操作流程：1，复位：首先我们必需对 ds18b20 芯片进行复位，复位就是由把握器（单片机）给 ds18b20 单总线至少 480us 的低电平信号。当 18b20 接到此

33、复位信号后则会在 1560us 后回发一个芯片的存在脉冲。2，存在脉冲：在复位电平完毕之后，把握器应当将数据单总线拉高，以便于在 1560us 后接收存在脉冲，存在脉冲为一个 60240us 的低电平信号。至此，通信双方已经达成了基本的协议，接下来将会是把握器与 18b20 间的数据通信。假如复位低电平的时间不足或是单总线的电路断路都不会接到存在脉冲，在设计时要留意意外状况的处理。3，把握器发送rom 指令：双方打完了招呼之后最要将进行沟通了，rom 指令共有 5 条，每一个工作周期只能发一条，rom 指令分别是读 rom 数据、指定匹配芯片、跳动rom、芯片搜寻、报警芯片搜寻。rom 指令为

34、 8 位长度，功能是对片的64 位光刻 rom 进行操作。其主要目的是为了辨别一条总线上挂接的多个器件并作处理。诚然，单总线上可以同时挂接多个器件，并通过每个器件上所独有的 id 号来区分，一般只挂接单个 18b20 芯片时可以跳过 rom 指令（留意：此处指的跳过 rom 指令并非不发送 rom 指令，而是用特有的一条“跳过指令”）。 4，把握器发送存储器操作指令：在 rom 指令发送给 18b20 之后，紧接着（不间断）就是发送存储器操作指令了。操作指令同样为 8 位，共 6 条，存储器操作指令分别是写 ram 数据、读ram 数据、将ram 数据复制到 eeprom、温度转换、将eepr

35、om 中的报警值复制到 ram、工作方式切换。存储器操作指令的功能是命令18b20 作什么样的工作，是芯片把握的关键。5，执行或数据读写：一个存储器操作指令完毕后则将进行指令执行或数据的读写，这个操作要视存储器操作指令而定。如执行温度转换指令则把握器（单片机）必需等待 18b20 执行其指令，一般转换时间为 500us。如执行数据读写指令则需要严格遵循 18b20 的读写时序来操作。数据的读写方法将有下文有具体介绍。若要读出当前的温度数据我们需要执行两次工作周期，第一个周期为复位、跳过 rom 指令、执行温度转换存储器操作指令、等待 500us 温度转换时间。紧接着执行其次个周期为复位、跳过

36、rom 指令、执行读 ram 的存储器操作指令、读数据（最多为9 个字节，中途可停止，只读简洁温度值则读前2 个字节即可）。其它的操作流程也小异，在此不多介绍。2.3.2 单片机的选择本设计的把握芯片使用的是 atmel 公司生产的低电压，高性能 cmos 8 位单片机at89c52其片含8k bytes的可反复擦写的只读程序存储器（perom）和256 bytes的随机存取数据存储器（ram），器件接受 atmel 公司的高密度、非易失性存储技术生产，与标准mcs-51 指令系统与 8052 产品引脚兼容，片置通用 8 位中心处理器（cpu ）和 flash 由存储单元，功能强大的 at89

37、c52 单片适用于很多较为简单把握应用场合。at89c52 供应以下标准功能：8 字节 flash 闪速存储器，256 字竹部 ram , 32 个 i/o 口线，3 个 16 位定时计数器，一个 6 向量两级中断结构，一个全双工串行通信口，片振荡器与时钟电路。同时，at89c52 可降至 ohz 的静态规律操作， 并支持两种软件可选的节电上作模式。空闲方式停止 cpu 的工作，但允许 ram， 定时计数器串行通信口与中断系统连续工作。掉电方式保存ram 中的容，但振荡器停止工作并禁止其它全部部件工作直到下一个硬件复位.3 火灾自动报警系统硬件设计3.1 单片机系统基本电路3.1.1 晶振电路

38、晶振电路为单片机 at89c52 工作供应时钟信号，芯片中有一个用于构成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瓷谐振荡器一起构成自激振荡器。电路中的外接石英晶体与电容 c1、c2 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 3.1 所示。由于外接电容 c1、c2 的容量大小会稍微影响振荡频率的凹凸、振荡器工作的稳定性、起振的难易程度与温度稳定性，假如使用石英晶体，电容的容量大小围为 30 pf ±10 pf ；假如使用瓷谐振，则电容容量大小为40 pf ±10 p

39、f 。本设计中使用石英晶体，电容的容值设定为 30pf。3.1.2 复位电路复位电路的基本功能是：系统上电时供应复位信号，直至系统电源稳定后， 撤销复位信号。为牢靠起见，电源稳定后还要经肯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 与系统各部件处于确定的初始状态，并从初态开头工作。at89c52 的复位信号是从 rst 引脚输入到芯片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，假如 rest 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

40、的复位方式有： 手动按钮复位和上电复位，本设计接受的是手动按钮复位。手动按钮复位需要人为在复位输入端rst 上加入高电平,接受的方法是在rst 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 rest 为手动复位开关，电容 c3 可避开高频谐波对电路的干扰。at89c52 的复位电路如图 3.3 所示。.图 3.1 晶振电路与复位电路3.2 传感器信息采集电路mq-2 气敏元件的对不同种类、不同浓度的气体有不同的电阻值，灵敏度的调

41、整是很重要的。烟雾传感器的外部电路设计图如图 3.2。图 3.2 mq-2 外围电路ds18b20 接受单数据总线传送数据，即一个器件只占用一个 at89c52 芯片的io 引脚，本系统要最多检测 8 个位置，因此设计将 at89c52 的 p2 口由于温度采集。此设计图中，拨码开关 sw1 即模拟的是 8 个烟雾传感器经过外部电路处理后20 / 42.传回来的电信号。图 3.3 数据采集电路3.3 声光报警显示电路声光报警显示电路在 at89c52 的把握下，可在外部环境特别时蜂鸣器发出警报声，红色 led 灯点亮，红色数码管其位置信息。at89c52 的 p0 口加入了大小为 10k 欧姆

42、的上拉电阻，因 p0 口是地址数据复用口线，与其它口线不一样。所以，当 p0 作一般 io 时，必需用上拉电阻将其电平拉高，上拉电阻不起限流作用。以便利操作，选用了直流电压把握型的蜂鸣器、红色发光二级管以与红色 7 段数码管作为声光报警显示设备。为了简化电路节约单片机的管脚，接受了74ls47 芯片为数码管编码，使得原来要占用的 7 个单片机管脚变为只占用 4 个。考虑到之后的检测点数目的显示也要用 7 段数码管（本设计接受蓝色数码管），因此接受了两个 74hc573 芯片作为锁存器，分别于两个数码管连接，使得单片机只需要把握之前的 4 个管脚和这两锁21 / 42.存器的两个使能管脚便能把握

43、两个数码管的显示。至此 p0 口的 8 个管脚用掉了 6 个，剩余的两个管脚分别连接蜂鸣器电路和红色 led 电路即可完成此部分的设计。图 3.4 声光报警电路3.4 系统把握电路系统把握电路包含了 10 个按键和一个蓝色数码管，18 号按键分别对应着 18号检测位置，9 号按键对应系统中的取消报警键，10 号按键对应系统中的设置检测点数目功能键，蓝色数码管则实时地显示当前监测点的个数，便利用户调整。蓝色数码管的电路已在 3.3 中表达。出于节约单片机管脚的考虑，10 个按键被连接在两个 8-3 编码器上。这样使得被来要占用的 10 个单片机管脚变为 5 个。同时为了提高程序运行的效率，本设计

44、将两个 8-3 编码器 gs 输出端通过一个 与门（74ls08）连接到单片机的外部中断 0 口，这样把中断与管脚扫描结合一体， 使得程序运行效率有了大大提高。22 / 42.图 3.5 系统把握电路4 火灾报警系统程序设计4.1 软件开发环境本系统摒弃了传统的汇编语言而接受 c 语言进行程序设计。由于 c 语言的描述由函数组成，是一种结构化的程序设计语言，所以更简洁实现模块化，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具体23 / 42.把握指令29。 数据结构方面，可以使用结构体和数组，能够处理简单的数据，可用于实时处理系统。本系统的软件编程使用的是美国 ke

45、il software 公司出品的 keil c51，是 51 系列兼容单片机 c 语言软件开发系统。 keil c51 软件供应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，keil c51 生成的目标代码效率格外之高，多数语句生成的汇编代码很紧凑，简洁理解。在开发大型软件时更能 表达高级语言的优势。c52 工具包的整体结构中，vision 与 ishell 分别是 c52for windows 和 for dos 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。

46、4.2 火灾报警系统程序设计本系统主要包括数据采集子程序、火灾推断/报警子程序与系统把握子程序等来实现设计任务的要求。主要功能要求：（1）实时检测至多 8 个监测点的环境温度、烟雾浓度等因素变化，以推断是否消灭火警；（2）判定某监控点消灭火警时进行声光报警，并显示此监控点编号；（3）能手动报警和取消报警；（4）能手动进行系统检测；（5）监控点数目可以通过键盘设置。程序流程图：开头24 / 42.初始化手动指定某监测点检测推断手动/自动检测自动轮番检测某些监测点温度烟雾信号采集无特别报警推断特别报警是否取消报警取消报警完毕图 2.3 程序流程图4.2.1 数据采集子程序对于烟雾信息，依据电路设计

47、可知，mq-2 烟雾传感器电路传回单片机 p1 口的是凹凸电频的信号。高电频意味着没有消灭特别，低电频意味着烟雾指数消灭特别。因此，对烟雾状况的检测实则对 p1 口相应管脚上凹凸电频的检测。在读取的同时也实现了推断功能，因此也是把报警功能和取消报警功能跟烟雾数据采集结合于一体的缘由。对于温度信息，由于 ds18b20 是单总线传输数据的器件，只需依据该器件的单总线特性设计程序。每采集一次温度信息的流程为：器件复位跳过rom 命令，执行温度转化命令并等待完成器件复位25 / 42跳过 rom命令，设置读模式读取温度， 并转换为所需的值.温度采集子函数：unsigned int temperatu

48、re(unsigned char q)unsigned char temp1,temp2; unsigned int temp; rst18b20(q);write18b20(q,0xcc); write18b20(q,0x44);rst18b20(q);write18b20(q,0xcc); write18b20(q,0xbe);temp1=read18b20(q);/低 8 位temp2=read18b20(q);/高 8 位temp=temp2; temp<<=8; temp+=temp1;temp=(unsigned int)(temp*0.625);/保留一位小数retu

49、rn temp;此函数中的参数值的是监测点对应的位置。由于电路连接对应的是单片机的p3 口，所以该函数要借助关心子函数 unsigned char getq（unsigned char i） 来将 18 转化为 p2 口的 p20p27 管脚即： 0x01,0x02,0x04,0x10,0x20,0x40,0x80.以支持单总线操作。所以假如要检测第 8 号监测点，则本函数的调用应当是：tmpt=temperature(getq(8)。4.2.2 火灾推断/报警子程序依据任务要求，火灾推断报警子程序要实现两个功能： 1.对采集到的温度、烟雾浓度值进行推断，触发报警；2.对取消报警按键的读取，当

50、报警产生时假如被按下，则取消当前的报警，假如再次被按下，则恢复报警功能。烟雾检测与温度、烟雾报警推断子函数： void checkfun(unsigned char i)unsigned char temp=0x01; temp<<=(i-1); dense=0xff;delaynms(1); tmpt=temperature(getq(i);if(dense&temp)=0)/check dense while(cancel%2)=0)&&(dense&temp)=0)26 / 42.led=0; buzz=0; seg7(i,2);else if

51、(tmpt>stdt)/check temperature while(cancel%2)=0)&&(tmpt>stdt)tmpt=temperature(getq(i); led=0;buzz=0; seg7(i,2);led=1; buzz=1; seg7(0,2);此函数中的参数则指的是检测点的位置。此函数中包含了温度采集子函unsigned int temperature(unsigned char q)和数码管显示子函数。数码管显示子函数：void seg7(unsigned char value,unsigned char lock) if(value%

52、2=1) aa=1;else aa=0; value/=2;if(value%2=1) bb=1; else bb=0;value/=2; if(value%2=1) cc=1; else cc=0;value/=2; if(value%2=1) dd=1; else dd=0;if(lock=1)/total number lock1=1;delaynms(20); lock1=0; delaynms(20); lock2=0;else if(lock=2)/fire number lock2=1;delaynms(20); lock2=0; delaynms(20); lock1=0;28 / 42依据数码管显示部分的电路设计可知，两