火灾系统设计与实现毕业论文

1、火灾报警系统设计与实现系 别信息工程系专 业测控技术与仪器班 级B141401学 号B14140115姓 名刘贺指导教师许谨负责教师许谨沈阳航空航天大学北方科技学院2015年5月摘 要本文利用单片机结合传感器技术而开发设计了这一MQ-2雾传感器、温度传感器和STC89C51RC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。其中选用MQ-2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STC89C51RC单片机作为系统的主控芯片，实现数据采集、数据处理、报警等功能；选用ADC0832实现模拟

2、量转换；选用DS18B20实现温度采集；选用DS1302时钟芯片实现计时功能，系统具有高速、低功耗、超强抗干扰等优点。设计的火灾报警器可实现声光报警、浓度显示、温度显示、时间显示、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、智能化的火灾报警器。关键词：烟雾，报警器，AT89C51，传感器，Abstractwith the advent of information times, as a means of accessing information -sensor technology has been significant progress, its applicat

3、ion field is more and more extensive, the requirement is more and more high, more and more urgent need.The sensor technology has become a national science and technology development level of one of the important symbols. Therefore, understanding and mastering of sensors structure, working principle

4、and characteristic is very important.in this paper combined the technology of sensor and microcontroller developement and design of the fire alarm.In this paper, a MQ-2 type semiconductor resistor type smoke sensor,temperature sensor and STC89C51RC single chip as the core technology and electronic t

5、echnology, designs a technology better smoke alarm. The selection of MQ-2 type semiconductor gas sensitive element smoke sensor smoke detection, which has high sensitivity, simple structure, quick response, strong anti-interferenceability, stable performance, intelligent, practical value is high, an

6、d the price is low, long service life.chooseSTC89C51RC single-chip microcomputer as main control chip of system,data acquisition, data processing, such as alarm function;choose DS18B20 temperature acquisition;selects the DS1302 clock chip realize timing function, system has the advantages of high sp

7、eed, low power consumption, strong anti-jamming.In this paper, design of fire alarm system can realize sound and light alarm display, temperature, concentration, time display, alarm limit Settings, and other functions. Is a kind of simple structure, stable performance, easy to use, low cost, intelli

8、gent fire alarm system.Key word: Smog, alarm apparatus,STC89C51RC, sensor目 录1 绪 论11.1 课题背景和研究的意义11.2 火灾报警系统的发展历程和发展现状2 1.2.1 火灾报警系统的发展过程2 1.2.2 国内外火灾报警系统的发展现状.31.3 火灾报警器的现状及特点41.4 课题任务及要求42 火灾报警系统的总体方案设计与分析52.1 火灾产生原理及过程52.2 系统总体方案设计62.3 系统主要器件的选择7 2.3.1 火灾探测器选择7 2.3.2 单片机芯片的选择9 2.3.3 A/D转换芯片的选择102.

9、4 系统的工作过程113 火灾报警系统的硬件设计123.1 单片机最小系统123.1.1 晶振电路123.1.2 复位电路12 3.2 蜂鸣器驱动电路13 3.3 键盘电路143.4 显示电路电路163.5 时钟模块及接口电路17 3.6 A/D转换电路.17 3.7 本章小结204 火灾报警系统的软件设计214.1 开发工具介绍214.2 主程序设计21 4.3 A/D转换器程序设计22 4.4 时钟模块程序设计23 4.5 本章小结.245 系统的仿真255.1 Proteus仿真软件的介绍255.2 火灾报警系统仿真的效果25 初始状态下的仿真效果255.2.2 烟雾报警的仿真效果265

10、.2.3 温度报警的仿真效果266 火灾报警系统的整体调试286.1 火灾报警系统的焊接与组装286.2 火灾报警系统整体调试286.2.1 调试前准备286.2.2 调试过程286.3 调试结果及结论297 结 论30结束语31致 谢32参考文献33附录 火灾报警系统电路图34附录 火灾报警系统元件清单35附录 火灾报警系统设计作品实物36附录 主控单片机程序清单37 绪 论课题背景和研究的意义 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(WFSC)2000统计资料”，全球每年

11、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2.5亿元，80年代火灾年平均损失接近3.2亿元。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

12、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。随着电子产品在人类生活中的使用越来越广泛，火灾报警系统已并非是传统意义

13、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，火灾报警系统会得到更快的发展。随着经济和城市建设的快速发展，火灾隐患也大大的增加，市场迫切需要一种容量大、可靠性高、使用简单的火灾报警系统。火灾报警系统的发展历程和发展现状1.2.1 火灾报警系统的发展过程火灾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

14、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阀值，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 Emst Meili研究的离子感烟探测器推出以后

15、，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

16、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，

17、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

18、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。1.2.2 国内外火灾报警系统的发展现状国外一些较发达的国家，具有火灾预防、报警、扑救、善后处理等比较完善的消防体系。政府每年都要拨出大笔资金用于消防设备更新、人员培训以及消防设施维护。德国、日本、美国等国家就采用计算机与用户终端的传感器或者用户终端信号采集器相连，对火灾自动报警设备实时监控以及故障远程传输。例如：美国、加拿大、英国、澳大利亚、日本等国家在建设和应用城市火灾自动报警监控系统方面均有可供借鉴的成功经验。他们将自动火灾报警作为公共报警手段接入监控系统，并有效

19、运行多年，使消防指挥中心能够快速准确判断火灾地点、火灾类型，并调度消防部队迅速到达现场，自动报警监控系统在此起到了很大的作用。此外，这些国家在监控系统管理方面比较规范，专门成立一个监控服务机构，该机构的责任是保证火灾报警数据通信畅通，为用户服务，对用户负责，同时向消防部队传送可靠的火灾报警信息，而消防部门的主要责任是对此类服务机构进行资质审查及监督管理。这种管理运作方式已经取得了良好的效果。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

20、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。火灾报警系统的现状及特点火灾报警系统的发展进一步拓展了火灾探测的应用领域，为一些无法胜任的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。火灾的早期探测、多传感器复合探

21、测和探测器小型化、智能化的方向发展迈出了更快的步伐。我国目前研发的火灾报警系统具有高稳定性、可靠性、容量大，联网功能强、通讯距离远、抗干扰能力强、优秀的火警管理功能、系统扩展方便等特点。课题任务及要求火灾报警系统，作为智能建筑中的一个重要子系统，其重要性是众所周知的。要在智能建筑中创造一个安全的环境，消防安全是其中的一个重要的方面。本次毕业设计的主要内容是以单片机为核心，借助可靠、成熟通讯手段，以最直观的形式，直接把火灾报警地点反映到终端上。该系统应具有以下功能：1、运用LCD对当前温度进行显示； 2、通过按键可对相关的参数值进行设置。 火灾报警系统的总体方案设计与分析火灾产生原理及过程火灾是

22、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0.01m)。在产生气溶胶的同时，产生分子较大(直径0.01

23、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，

24、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。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。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，

25、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2.1所示。图2.1 起火过程曲线系统总体方案设计本设计的火灾报警系统由火灾探测部分（温度传感器和烟雾传感器）、报警控制器（单片机）、声光报警和显示部分组成，也就是一个系统的输入部分、处理部分、输出部分。火灾探测部分通过对火灾产生的烟雾和温度的探测，将探测的信号转换为数字信号传给单片机，单片机收到信号后经分析处理是否报警，并在屏幕上显示烟雾浓度和温度浓度。系统硬件结构框图如图2.2所示。 按键 ATC89C51单片机 复位电路 时钟振荡 液晶显示 声光报警温度、烟雾传感器2.3

26、 系统主要器件的选择2.3.1 火灾探测器选择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)变成电量参数传送给控制器。其特点是模拟量传输，跟随各种非电量参数的变化而变化。火灾探测器根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。根据老师的要求，火灾报警系统的探测器选择感温型和感烟型。 (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、探测范围小，尤其对阴燃情况不响应，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

27、感烟探测器的区域。本设计采用DS18B20温度传感器，测温范围为-55125，最高分辨率可达0.0625。DS18B20可以直接读出被测温度值，而且采用三线制与单片机相连，减少了外部的硬件电路，具有低成本和易使用的热点。DS18B20平面图如图2.3 图2.3 DS18B20平面图 (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。感烟探测器具有非常好的早期报警功能，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。感烟探测器适用于火灾前期及早期，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

28、较高。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灵敏度 高、响应快、抗干扰能力强、寿命长等优点。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。当处于200300C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。遇到可燃烟雾（如CH4等）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

29、，从而使二氧化锡半导体导带电子密度增加，电阻值下降。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，使电阻值升高到初始状态。这就是MQ-2型燃性烟雾传感器检测可燃烟雾的基本原理。MQ-2型传感器的结构图如图2.4所示，其外观如图2.5所示。图2.5 烟雾传感器外观图2.3.2 单片机芯片的选择本设计的控制芯片使用的是ATMEL公司生产的AT89C51，AT89C51是一种带4K字节闪烁可编程可擦除只读存储器（FPEROM）和128字节的随机存取数据存储器（RAM）的低电压，高性能CMOS8位微处理器，俗称单片机。AT89C51是一个低功耗高性能单片机，片内置通用8位中央处理器

30、（CPU）和Flash存储单元，可灵活应用于各种控制领域。40个引脚，32个外部双向输入/输出（I/O）端口，同时内含2个外中断口，2个16位可编程定时计数器,2个全双工串行通信口。AT89C51的引脚图如图2.6所示。芯片可以按照常规方法进行编程，也可以在线编程，其将通用的微处理器和Flash存储器结合在一起，特别是可反复擦写的Flash存储器可有效地降低开发成本。单片机引脚说明：40个引脚按引脚功能大致可分为4个种类其中包括电源、时钟、控制和I/O引脚。(1) 电源: VCC - 芯片电源，接+5V； VSS - 接地端；(2)时钟:XTAL1、XTAL2 - 晶体振荡电路反相输入端和输出

31、端。 (3) 控制线:控制线共有4根，ALE/PROG:地址锁存允许/片内EPROM编程脉冲 ALE功能：用来锁存P0口送出的低8位地址 PROG功能：片内有EPROM的芯片，在EPROM编程期间，此引脚输入编程脉冲。PSEN:外ROM读选通信号。RST/VPD:复位/备用电源。RST（Reset）功能：复位信号输入端。VPD功能：在Vcc掉电情况下，接备用电源。EA/Vpp:内外ROM选择/片内EPROM编程电源。EA功能：内外ROM选择端。Vpp功能：片内EPROM的芯片，在EPROM编程期间，施加编程电源Vpp。(4) I/O线80C51共有4个8位并行I/O端口：P0、P1、P2、P3

32、口，共32个引脚。P3口还具有第二功能，用于特殊信号输入输出和控制信号（属控制总线）2.3.3 A/D转换芯片的选择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8位串行A/D转换器ADC0832。ADC0832有DIP和SOIC两种封装，DIP封装的ADC0832引脚排列如图2.7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。

33、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。128s。 图2.7 ADC0832引脚图2.4 系统的工作过程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并在液晶显示屏上显示。 火灾报警系统的硬件设计单片机最小系统晶振电路晶振电路为单片机AT89C51工作提供

34、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。本设计中使用石英晶体，电容的容值设定为30pF。图3.1 晶振电路3.1.2 复位电路复位电路的基本功能是：系统上电时提供

35、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。AT89C51的复位信号是从REST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。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

36、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REST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。复位电路中为手动复位开关，AT89C51的复位电路如图3.2所示。图3.2 复位电路3.2 蜂鸣器驱动电路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（但AVR可以驱动小功率蜂鸣器），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。如图3.3所示。 图3.3 蜂鸣器驱动电路3.3 键盘电路键盘电路的作用是通过按键可以设定烟雾浓度报警值和温度报警值，还可以设定时间

37、等。每个按键的功能如图3.4所示。在键盘中按键数量较多时，为了减少I/O口的占用，通常将按键排列成矩阵形式，在矩阵式键盘中，每条水平线和垂直线在交叉处不直接连通，而是通过一个按键加以连接。这样，一个端口（如P1口）就可以构成4*4=16个按键，比之直接将端口线用于键盘多出了一倍，而且线数越多，区别越明显，比如再多加一条线就可以构成20键的键盘，而直接用端口线则只能多出一键（9键）。由此可见，在需要的键数比较多时，采用矩阵法来做键盘是合理的。如图3.5所示。图3.4 按键功能图 图3.5 键盘电路3.4 显示电路显示部分我选择LCD1602，其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

38、制，有电就有显示，这样就可以显示出图形。液晶显示器具有厚度薄、适用于大规模集成电路直接驱动和易于实现全彩色显示的特点，目前已经被广泛应用在便携电脑、数字摄像机和PDA移动通信工具等众多领域。其特点：（1）显示质量高由于液晶显示器每一个点抽到信后就一直保持那种色彩和亮度，恒定发光，而不像阴极射线管显示器那样需要不断刷新新亮点，因此，液晶显示器画质高且不会闪烁。（2）数字式接口液晶显示器都是数字式的，与单片机系统接口更加简单可靠，操作更加方便。（3）体积小、重量轻液晶显示器通过显示屏上的点击控制液晶分子状态来达到显示的目的，在重量上臂相同显示面积的传统显示器要轻的多。（4）功耗低相对而言，液晶显示

39、器的功耗主要消耗在内部的电极和驱动IC上，因而耗电量比其他显示器要少的多。 液晶显示器的基本原理：液晶板上排列着若干 57 或510 点阵的字符显示位,每个显示位可显示1个字符，从规格上分为每行8、16、20、24、32、40 位，有一行、两行及四行三类。电路图如图3.6所示。图3.6 显示电路3.5 时钟模块及接口电路3.6 A/D转换电路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。其

40、主要特点如下： 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05V； 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。 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

41、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端应输入2位数据用于选择通道功能，其功能项见表一。输入形式 配置位选择通道CH0CH1CHOCH1差分输入00+-01-+单端输入10+11+表一ADC0832配置位如表一所示，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进行单通道转换。当配置2位数据为0、0时，将CH0作为正输入端IN+，CH1作为负输入端

42、IN-进行输入。当配置2位数据为0、1时，将CH0作为负输入端IN-，CH1 作为正输入端IN+进行输入。 到第3个时钟脉冲到来之后DI端的输入电平就失去输入作用，此后DO/DI端则开始利用数据输出DO进行转换数据的读取。从第4个时钟脉冲开始由DO端输出转换数据最高位D7，随后每一个脉冲DO端输出下一位数据。直到第11个脉冲时发出最低位数据D0，一个字节的数据输出完成。也正是从此位开始输出下一个相反字节的数据，即从第11个时钟脉冲输出D0。随后输出8位数据，到第19 个脉冲时数据输出完成，也标志着一次A/D转换的结束。最后将CS置高电平禁用芯片，直接将转换后的数据进行处理就可以了。图3.8为A

43、DC0832时序图。Proteus仿真软件没有烟雾传感器，就拿滑动变阻器代替了，图3.9为A/D转换电路。图3.8 时序图图3.9 A/D转换电路3.7 本章小结在报警仪的设计中，单片机是其核心部件。它一方面要接收来自传感器送来的烟雾浓度和温度对应的模拟信号，另一方面要对信号进行处理，控制后续电路进行相应动作；与此同时查询是否有键按下的请求。在单片机完成这些的工作中，尤其是信号处理中，比较浓度值后送入显示的软件实现比较复杂，要求单片机具备较快的运算速度，使检测人员能够较准确地观测到烟雾浓度，并根据情况做进行相应处理。火灾报警系统的软件设计开发工具介绍本系统摒弃了传统的汇编语言而采用C语言进行程

44、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Keil 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，Keil C51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

45、。 C51工具包的整体结构中，Vision与Ishell分别是C51 for 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。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。4.2

46、主程序设计首先要给传感器预热，因为MQ-2型半导体电阻式烟雾传感器在不通电存放一段时间后，再次通电时，传感器不能立即正常采集烟雾信息，需要一段时间预热。程序初始化结束后，系统进入监控状态。本论文的主程序设计先对传感器进行预热。 传感器送来的烟雾浓度对应的微小的电压信号经过放大，转化成较大的电压信号送入ADC0832；然后在ADC0832内A/D转换、然后送入单片机进行浓度比较，并判断浓度值是否超出报警限，当浓度处于正常状态LED不亮，当烟雾浓度超过设定温度时，发出声音报警并伴随LED灯亮。主程序流程图如图4.1所示。 开始程序初始化传感器预热 时钟设置 键盘扫描是否进行设置？ N Y 设置报警

47、值或时间等功能 Y 检测烟雾浓度和周围温度 浓度是否超过阀值 N Y 蜂鸣器发声 LED发光图4.1 主程序流程图4.3 A/D转换器程序设计 由温度、烟雾传感器采集的数据，送至A/D转换器，在CS为低电平时，启动A/D转换器,经过四个时钟脉冲后，由DO开始一位一位的读取并由函数存储数据，读完8位数据后，CS为高电平，此时关闭A/D转换器，将经过处理的数据返回，送至单片机。模数转换程序设计流程图如所示。子程序调用 A/D转换开始 时钟脉冲 读取数据读取八位数据 N Y A/D转换结束 Y 返回数据 返回图4.2 A/D转换器流程图4.4 时钟模块程序设计时钟芯片的主要的主要功能是完成年、月、日

48、、时、分、秒的及时，通过外部接口为单片机系统提供日历和时钟。所以一个最基本的实时时钟芯片通常会具有如下的一些部件：电源电路、时钟信号产生电路、实时时钟、数据存储器、通信接口电路、控制逻辑电路等。DS1302Write Protect(D7)D6=0LSB(D0)DS1302子程序调用DS1302初始化读取DS1302时间显示时间 返回 图4.3 时钟模块流程图4.5 本章小结本设计采用AT89C51作为主控芯片，为了便于系统维护，在多路数据采集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。 系统的仿真P

49、roteus仿真软件的介绍 Proteus软件是英国Labcenter electronics公司出版的EDA工具软件（该软件中国总代理为广州风标电子技术有限公司）。它不仅具有其它EDA工具软件的仿真功能，还能仿真单片机及外围器件。它是目前最好的仿真单片机及外围器件的工具。虽然目前国内推广刚起步，但已受到单片机爱好者、从事单片机教学的教师、致力于单片机开发应用的科技工作者的青睐。Proteus是世界上著名的EDA工具(仿真软件)，从原理图布图、代码调试到单片机与外围电路协同仿真，一键切换到PCB设计，真正实现了从概念到产品的完整设计。是目前世界上唯一将电路仿真软件、PCB设计软件和虚拟模型仿真

50、软件三合一的设计平台，其处理器模型支持8051、HC11、PIC10/12/16/18/24/30/DsPIC33、AVR、ARM、8086和MSP430等，2010年即将增加Cortex和DSP系列处理器，并持续增加其他系列处理器模型。在编译方面，它也支持IAR、Keil和MPLAB等多种编译器。Proteus软件具有其它EDA工具软件（例：multisim）的功能。这些功能是： （1）原理布图 （2）PCB自动或人工布线 （3）SPICE电路仿真 可以仿真51系列、AVR、PIC、ARM、等常用主流单片机。还可以直接在基于原理图的虚拟原型上编程，再配合显示及输出，能看到运行后输入输出的效果

51、。配合系统配置的虚拟逻辑分析仪、示波器等，Proteus建立了完备的电子设计开发环境。5.2 火灾报警系统仿真的效果 初始状态下的仿真效果刚开始烟雾浓度为18，温度为19摄氏度。我设定的烟雾浓度超过100才报警，温度超过50摄氏度才报警，初始值在安全范围内，所以不报警，如图所示。图5.1 初始状态下仿真图烟雾报警的仿真效果烟雾浓度超过100时蜂鸣器发出声响，LED闪烁。如图所示。图5.2 烟雾报警仿真图温度报警的仿真效果当温度超过50摄氏度时，报警器报警。如图所示。 图5.3 温度报警仿真图 火灾报警系统的整体调试6.1 火灾报警系统焊接与组装在焊接前应该对器件进行检验，看看是否符合要求。比如

52、电阻的阻值是否符合要求，三极管和电容是否正常，按键是否好使，单片机能否写入程序等。都符合要求了进行焊接。对照硬件原理图，焊接硬件。焊接完成后，仔细检查主控板和每块显示单元板上的芯片焊接方向是否正确，在通电之前用万用表的二极管档测量电源端口，检查电源输入端是否有短路。确认无误后通电测试各测试点的电压电流值，检查是否在正常值范围内。6.2 火灾报警系统整机调试6.2.1 调试前准备1） 按设计要求查验设备的规格、型号、数量、配件等。2） 检查系统线路是否有错线、开路、虚焊、短路等。6.2.2 调试过程1） 线路测试及外部检查按图纸检查各种配线情况，首先是导线是否到位，是否存在不同性质的导线共管的现

53、象；其次是各种火警设备接线是否正确，接线排列是否合理，接线端子处标牌编号是否齐全。2）线路校验先将被校验回路中的各个部件装置与设备接线端子打开进行查对。可采用数字式多路查线仪检查。检查探测回路线、通信线是否短路或开路，采用兆欧表 测试回路绝缘电阻，应对导线与导线、导线对地、导线对屏蔽层的电阻进行分别测试并记录。3）单体调试所谓单体调试就是对各种部位装置与设备在安装之前进行一些基本性能试验。4）探测器的检查对于开关量探测器可利用专用的火灾探测器检查装置检测。若无这类检查设备，可利用报警控制器代替，让报警控制器接出一个回路开通，接上探测器底座，然后利用报警控制器的自检、报警等功能，对探测器进行单体

54、试验。5）火灾报警系统联调结束后，应采用专用检测仪对探测器逐个检测，要求探测器动作准确无误。对于感烟探测器可采用点型感烟探测器试验器进行测试。对其感烟功能进行测试。一般探测器在加烟后30s以内火灾确认灯亮，表示探测器工作，否则不正常。对于感温探测器可使用点型感温探测器试验器进行测试。当温源对准待测探测器，打开电源开关，温源升温，10s内探测器确认灯亮，表示探测器工作正常，否则不正常。6.3 调试结果与结论这个系统是一个的数据采集系统。系统调试以程序为主，硬件调试应先检测电路的焊接是否正确，然后用万用表检测或通电检测其是否有短路或断路。软件调试包括调试程序和对硬件准确性的调试。通过软件设置，当烟雾弄超过预设阀值时或温度超过预设阀值时，进行声光报警。为了演示方便预设阀值都设置的较低。由于时间紧迫和个人能力有限，本文设计的火灾报警系统还存在许多需要完善和作进一步研究的问题，如：多路数据采集系统判断的算法有待进一步的研究改进，应用更先进的神经网络和模糊识别等智能算法，降低系统的误报率，提高灵敏度。多路数据采集系统没有联网，当发生异常报警时不能通过电话网络向消防指挥中心报警。用户不能根据自己的需要设定数据异常报警阈值7 结 论本次设