微机课程设计-公共场所安全报警系统

1、课程名称：微机原理与接口综合设计 课程代码： 09402707 实训周数： 1 学 分： 1 实训单位： 机电学院 实训地点： 机电学院 设计说明书目录1、 设计任务及要求32、 方案比较及评估论证33、 系统工作原理44、 硬件原理及电路图55、 单片机控制中心56、 信号采集处理67、 报警系统108、系统流程图129、 系统程序设计1310、参考资料1911、芯片资料1912. 总结22第1页公共场所安全报警系统（1） 设计任务及要求 设计一个微机控制的公共场所（办公室、商场等）实用报警系统。 每个被检测点均有一个火警检测头（传感器），此检测头可检测火光、温度及烟雾等信号。 火光、温度及

2、烟雾数据传送至管理中心，任何一种超过阀值即产生报警信号。 管理中心可对各种被检测点进行巡回检测，并可显示报警房间号，同时由蜂鸣器发出鸣叫，报警一分钟后继续进行巡回检测。管理中心最多可控制20个点。（2） 方案比较及评估论证（一）方案设计 方案一：采用AT89C51作为控制器，选用温度传感器AD590、烟雾传感器UD-02、红外敏感元件ST178P作为火灾探测的敏感元件，采用声光报警的方式，设计出可以应用于办公室、教室、家庭房屋等场所的简单实用的火灾探测报警器。单片机巡回检测各房间，采集温度、红外辐射、烟雾；当以上任一项发生异常时系统判断具体是哪房间异常，并用数码管显示房间号，同时蜂鸣器发出鸣叫

3、，报警一分钟后继续进行巡回检测 方案二：该方案采用AT89S51为核心，应用感光、感烟、光敏等传感器检测信号送入A/D转换器，转换出来后信号先送入选择开关，再由选择开关送入单片机连接555晶振电路控制报警器，连接数码管实时显示烟雾浓度，再从一引脚出来控制信号控制继电器与风扇排烟。其方框图如下：（二）方案比较方案一主要心脏部件就是单片机，通过它接收来自火灾探测器的报警信号，采用多种传感器，经过确认后，发出声光报警，显示报警位置，并能发出控制信号启动消防设备，迅速灭火。报警显示部分采用发光二极管和蜂鸣器。系统接线少，价格低廉，安装调试简便，效率高，抗干扰能力强。方案二的设计方法没有方案一的快捷、有

4、效，而且结构复杂，综合考虑，本设计采用方案一。（3） 系统工作原理火灾自动报警系统的设计主要涵盖以下五个方面：单片机的选取、传感器的选取、装置设置、软件的设计。火灾自动报警系统框图如下图所示。在各个监测点安装有温度传感器、烟雾离子传感器、红外传感器，单片机通过对各监测点巡回检测，对传感器传出数据进行分析判断现场状况。当监测点有火情的其中一种表现（烟雾、温度上升、红外辐射等），单片机接受到传感器变化超出阈值的数据，确定火情信息后，蜂鸣器报警、数码管显示房间号。报警一分钟后，继续巡回检测。温度探测0火光探测0烟雾探测0单片机AT89C51温度探测1火光探测1烟雾探测1显示房间号蜂鸣器0119（4）

5、 硬件原理及电路图该报警系统由AT89C52, 温度传感器AD590、烟雾传感器UD-02、红外敏感元件ST178作为火灾探测的敏感元件，采用数码管显示房间号，蜂鸣器报警。1， 单片机控制中心本设计是基于单片机的声光火灾报警器，单片机是其中的核心部件，它就像大脑一样，是设计中的枢纽。本系统就选用了AT89C52型号单片机作为系统的核心。AT89C52是美国ATMEL公司生产的低电压，高性能CMOS8位单片机，片内含8Kbytes的可反复擦写的只读程序存储器（PEROM）和256bytes的随机存取数据存储器（RAM），器件采用ATMEL公司的高密度，非易失性存储技术生产，与标准MCS-51指令

6、系统及8052产品引脚兼容，片内置通用8 位中央处理器（CPU）和Flash存储单元，功能强大AT89c52单片机适用于许多较为复杂控制应用场合。单片机电路，负责系统的全部数字量处理，由89C52单片机和周边电路组成。由单片机完成堆显示的控制，堆模数转换量的采集及对前端控制电路的控制电路图如图所示：单片机的外围电路主要包括复位电路、震荡电路、P0口上拉电路、EA/Vpp引脚上拉电路。AT89C52的上电复位电路如图所示，只要在RST复位输入引脚上接一电容至Vcc端，下接一个电阻到地即可。图12AT89C52的上电复位电路上电复位的过程是在加电时，复位电路通过电容加给RST端一个短暂的高电平信号

7、，此高电平信号随着Vcc对电容的充电过程而逐渐回落，即RST端的高电平持续时间取决于电容的充电时间，此电路的Vcc的上升时间约为10ms。为了保证系统能够可靠的复位，RST端的高电平信号必须维持足够长的时间。然而电平时间长短主要取决于电容的容量，因此复位电容的选取应适中，过小不能将单片机复位，过大复位等待时间过长。2， 信号采集处理模块信号采集包括烟雾、温度、火光信号的采集，分别采用温度传感器AD590、烟雾粒子传感器UD-02、红外敏感元件ST178。每个房间的各传感器分别通过比较电路与对应的设置的初始值作比较，输出数字“1”或“0”信号，输出信号通过“或门”，若有一项指标超过设定值，或门输

8、出“1”，则为有火情。各房间“或门”输出端接至P1口及剩余P0口和P3口。循环检测语句可通过对各口输入信号的检测，分析是否有火情，进而进行相应的处理。信号采集处理电路如下图所示：A， 烟雾信号采集离子感烟传感器是应用放射性同位素组成的火灾报警专用传感器，其传感灵敏度高，可靠性好，目前已经得到广泛应用。离子感烟传感器由两个电离室组成，外电离室与外界相通，烟雾可进入电离室，而内电离室是密封的，烟雾不能进入。由于烟雾进入外电离室，使内外两电离室离子电流不同，传感器就输出与烟雾成正比的传感信号。在正常工作状态下，放射源发出的射线电离了电离室的空气，便有电流从A经B流向C，这时电离室是一个典型的电阻元件

9、。初始条件下，在B点的电位Vb是相对稳定的，烟雾进入AB之间的检测室时，电离状态发生变化，导致AB之间的电阻阻值变化，而BC间组成的参照室因不感觉烟的存在，基本保持阻值初始状态不变，根据欧姆定律，在B点上分压值发生相应的变化，这一变化经过电路放大，做为火警信号输出，从而实现烟信号到电信号的转变。在电极之间放有放射源241镅，由于它持续不断地放射出射线，粒子以高速运动，撞击空气分子，从而使极板间空气分子电离为正离子和负离子(电子)，这样电极之间原来不导电的空气具有了导电性，实现这个过程的装置我们称它为电离室。如果在极板P1和P2间加上一个电压E，极板间原来做杂乱无章运动的正负离子，此时在电场的作

10、用下，正负离子做有规则的运动。正离子向负极运动，负离子向正极运动，从而形成了电离电流I。施加的电压E愈高，则电离电流愈大。当电离电流增加到一定值时，外加电压再增高，电离电流也会增加。 一般离子感烟探测器的电离室均设计成单极性的（单极性电离室是指电离室局部被射线所照射，使一部分形成电离区，而未被a射线所照射的部分则为非电离区）。因为当发生火灾时烟雾进入电离室后，可以得到较大的电压变化量，从而可以提高离子感烟探测器的灵敏度.在实际的离子感烟探测器设计中将两个单极性电离室串联起来，一个作为检测电离室，结构上做成烟雾容易进入的型式;另一个作为补偿电离室，做成烟粒子很难进入，而空气又能缓慢进入的结构型式

11、.电离室采用串联的方式，是为了减少环境温度、湿度、气压等自然条件的变化对电离电流的影响，提高离子感烟探测器的环境使用能力和稳定性。当外电离室进入燃烧生成物或者烟雾时，部分正离子和负离子被吸附到燃烧生成物和烟雾颗粒上，所以它们在电场中的速度就比原来要慢的多，并且在移动中还有部分正负离子中和，这样到达正负极板的离子数量想对减少，即离子电流变小。烟雾数量越多，离子电流就越小。而内电离室是封闭的，无烟尘离子进入，离子电流是恒定的。内电离室与外电离室是串连的，如下图所示。无烟雾时，A点电位约为1/2E。若有烟雾，外电离室的离子电流减小，等效电阻增加，A点电位下降，其下降程度与烟雾数量成正比。有烟雾和无烟

12、雾时其电位差可达1V以上。外电离室内电离室等效电阻R1R+E+EAAU本实验采用UD02 型离子感烟传感器。UD02 型离子感烟传感器具有灵敏度高、可靠性好，性能符合标准等特点。它有两个电子室及一个放射源（AM241）,对外有三个引出脚：A电极（接电源正端+9V）、B电极（接地）、C电极（收集电极即输出端）。B,火光信号采集本信号采集模块利用红外敏感元件，采用单光束反射取样式光电传感器ST178，其在本系统中的应用原理是，光电传感器接收孔探测到火焰辐射的较强烈的红外线时，接收管导通输出一定的电压，辐射越强烈，则3脚输出的电压也越大，应此把3脚接与比较器LM339，当辐射达到一定时比较器输出高电

13、平，当在无红外辐射或辐射较少时，比较器输出底电平，并且ST178对人体辐射的红外线波长不敏感，对火焰辐射的红外线可灵敏检测，价格实惠，因此本系统采用该传感器作为红外敏感元件。 LM339类似于增益不可调的运算放大器。每个比较器有两个输入端和一个输出端。两个输入端一个称为同相输入端，用“+”表示，另一个称为反相输入端，用“-”表示。用作比较两个电压时，任意一个输入端加一个固定电压做参考电压（也称为门限电平，它可选择LM339输入共模范围的任何一点），另一端加一个待比较的信号电压。当“+”端电压高于“-”端时，输出管截止，相当于输出端开路。当“-”端电压高于“+”端时，输出管饱和，相当于输出端接低

14、电位。两个输入端电压差别大于10mV就能确保输出能从一种状态可靠地转换到另一种状态，因此，把LM339用在弱信号检测等场合是比较理想的。C,温度信号采集AD590是美国Analog Devices公司生产的一种电流型二端传感器，电路如图所示。由于AD590是电流型温度传感器，它的输出同绝对温度成正比，及1AK，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10千欧的电阻R1和一个100欧的可调电阻W，将电流量变为电压量送入ADC080。通过调节可调电阻便可在输出端V获得与绝对温度成正比的电压量，即10mVK,温度0时输出为0，温度25时输出为2.982V。这样便

15、于A/D转换器采集数据。AD590的应用电路如下图所示。AD590的测温范围为-50oC+150 oC，满刻度范围误差为±0.3 oC，工作电压范围430V，电流温度灵敏度为1A/K，线性度良好，性能稳定，抗干扰能力强，其管脚排例如图2（a）。（a） AD590外形图 （b）AD590组成的温度检测电路3，报警模块数码显示选用共阳数码管，报警电路选用一片扬声器。1）声音报警电路报警电路电路图及其原理报警电路部分由两个发光二极管和一个蜂鸣器与单片机电路相连。当温度达到一定数值时，发光二极管亮，实现报警功能，说明引起注意，容易引起火灾；当温度未达到一定数值时，发光二极管不亮，说明不会引起

16、火灾。电路如图所示：蜂鸣器电路图Vcc2） 数码管显示电路由P2口控制BS212共阳数码管，予以进行光报警并显示着火的房间号。LED显示器中发光二极管有两种接法，分别是共阴极接法和共阳极接法。本设计中选用的是BS212共阳数码管把发光二极管的阳极连在一起构成公共阳极。使用时公共阳极接地，这样阴极端输入高电平的段发光二极管就导通点亮，而输入高电平的则不点亮。七段发光二极管，加上一个小数点位，共计八段。因此，提供给LED显示器的字型代码正好一个字节。各位代码的关系如下表所示：代码位D7D6 D5D4D3D2D1D0显示段dpgfedcba图3-13 符号和引脚 图3-14 共阴极LED显示器用LE

17、D显示器显示十六进制数的字型代码如下表所示。字型0123456789灭共阳极C0F9A4B0999282F88090FF由P0.0口和P0.1口控制片选其中一个数码管亮，两个数码管以极短的时间间隔轮流亮，依靠人视觉的暂留，看到两个数码管同时显示房间号。数码管连接图如下图所示：（5） 报警系统流程图系统软件对各房间传感器采集到的数据进行巡回检测分析，当发现有火情信号时，控制数码管显示想杨能格房间的房间号、蜂鸣器报警，一分钟后停止报警，继续对各房间进行巡回检测。根据题给要求需对二十个房间的数据进行巡回检测，可用for循环实现。当发现有火情时转向显示房间号子程序，且使蜂鸣器报警，循环执行一分钟后，使

18、数码管灭、停止报警。跳出循环重新进行巡回检测for循环根据课题要求，设计出如下流程图：N开始循环检测房间信息有火灾Y数码管显示房间号蜂鸣器报警一分钟后数码管灭停止报警程序流程图（6） 该系统的程序DISPLAY: JNB KEYB，DISPTEMP MOV P0，#00H MOV A，DISPD INC A MOV DISPD，A CLR C ADD A，#44H CJNE A，#49H，DISP21 MOV DISPD，#00H MOV A，DISP6 CJNE A，#02H，DISP22 MOV P0，#00H ;XX.XX MOV A，P2 ANL A，#00001111B ORL A，

19、#01000000B MOV P2，A ; OPEN DOT SETB LED8 NOP NOP LJMP DISPENDDISP22: MOV P0，#00H ;XXX.X MOV A，P2 ANL A，#00001111B ORL A，#00100000B MOV P2，A ; OPEN DOT SETB LED8 NOP NOP LJMP DISPENDDISP21: MOV R0，A MOV P0，#00H MOV A，DISPD MOV DPTR，#TAB1 MOVC A，A+DPTR ;OPEN LEDDATE MOV TMP，A MOV A，P2 ANL A，#00001111B

20、 ORL A，TMP MOV P2，A MOV A，R0 MOV DPTR，#TAB0 MOVC A，A+DPTR ;OPEN LED MOV P0，ADISPEND: NOP MOV R2，FSDT1 MOV R3，FSDT2 MOV R4，#27H MOV R5，#10H LCALL SUBD MOV A，R3 MOV R4，A MOV A，R2 MOV R5，A MOV R6，#64H MOV R7，#00H MOV R0，#40H LCALL MULD MOV R2，FSDT1 MOV R3，FSDT2 MOV R4，FSDT3 MOV R5，FSDT4 MOV R7，#00H MOV

21、 R6，#83 LCALL DIVD MOV FSDT1，R3 ;SHANG MOV FSDT2，R2 LCALL BINBCD MOV DISP1，R6 MOV DISP2，R5 MOV DISP3，R4 LCALL DISP10 CLR BZ1 NOP NOP RETDISP10: MOV A，DISP1 SWAP A ANL A，#0FH MOV R2，A MOV A，DISP1 ANL A，#0FH MOV R3，A MOV A，DISP2 SWAP A ANL A，#0FH MOV R4，A MOV A，DISP2 ANL A，#0FH MOV R5，A MOV A，DISP3 SW

22、AP A ANL A，#0FH MOV R6，A MOV A，DISP3 ANL A，#0FH MOV R7，A CJNE R2，#00H，DIS11 CJNE R3，#00H，DIS12 MOV DISP6，#02H MOV DISP1，R4 MOV DISP2，R5 MOV DISP3，R6 MOV DISP4，R7 LJMP ADENDDIS12: MOV DISP6，#01H MOV DISP1，R3 MOV DISP2，R4 MOV DISP3，R5 MOV DISP4，R6 LJMP ADENDDIS11: MOV DISP6，#00H MOV DISP1，R2 MOV DISP2

23、，R3 MOV DISP3，R4 MOV DISP4，R5 LJMP ADEND NOPADEND: JB KEYT，ADEND1 NOP NOP NOP NOP RET显示模块子程序：DISPTEMP: CLR C MOV R2，BJINGH MOV R3，BJINGL MOV R4，ADR1H MOV R5，ADR1L LCALL DBCX JNC DTEMP1 SETB LED01 LJMP DTEMP2 DTEMP1: CLR LED01 DTEMP2: CLR C MOV R2，BJINGH MOV R3，BJINGL MOV R4，ADR2H MOV R5，ADR2L LCALL

24、DBCX JNC DTEMP3 SETB LED02 LJMP DTEMP4DTEMP3: CLR LED02DTEMP4: LJMP DISPEND（7） 参考资料1 王福瑞.单片微机测控系统设计大全.北京：北京航空航天大学出版社，19972 陈汝全.用微机与单片机控制技术.电子科技大学出版社,1995.7 3 何希才,刘虹敏.传感器应用接口电路.机械工业出版社,1997 4 余发山.单片机原理及应用技术.中国矿业大学出版社,20035 赵负图.国内外最新常用传感器和敏感元件性能数据手册.辽宁科学技术出版社,1994.11 6 郑学坚.微型计算机原理及应用.北京:清华大学出版社,20047

25、刘文涛.单片机应用开发实例.北京:清华大学出版社,20058 陈伯时.微型计算机控制技术.机械工业出版社,1992.5 9 胡汉才.单片机原理及接口技术.清华大学出版社,1996 10 陈有卿.报警集成电路和报警器制作实例.北京:人民邮电出版社 2005（8） 芯片资料1， AT89C52单片机的引脚图及引脚功能说明AT89C52单片机的引脚图T89C52各引脚功能说明如下：l VCC，源正端输入，接+5Vl VSS，源地端l XTAL1，芯片系统时钟的反相放大器输入端l XTAL2，统时钟的反相放大器输出端，一般在设计上只要在 XTAL1 和XTAL2上接上一只石英振荡晶体系统就可以动作了，

26、此外可以在两引脚与地之间加入一个 20PF 的小电容，可以使系统更稳定，避免噪声干扰而死机l RESET，AT89C52电平动作，当要对晶片重置时，只要对此引脚电平提升至高电平并保持两个机器周期以上的时间， AT89C52便能完成系统重置的各项动作，使得内部特殊功能寄存器之内容均被设成已知状态，并且至地址0000H处开始读入程序代码而执行程序l EA/VPP，外部程序存储器选择信号，低电平动作。也就是说当此引脚接低电平后，系统会取用外部的程序代码(存于外部EPROM中)来执行程序当EA/VPP引脚接高电屏时，将从内部程序存储器读取指令码，只有当程序计数器PC大于内部程序存储器地址空间时，才从外

27、部程序存储器中读取指令码。l PSEN，程序存储允许输出是外部程序存储器的读选通信号。当系统中没有外部程序存储器时，该引脚悬空。AT89C52可以利用PSEN及RD引脚分别启用存在外部的RAM与EPROM，使得数据存储器与程序存储器可以合并在一起而共用64K的定址范围 l PORT0(P0.0P0.7)，端口0是一个8位宽的漏极开路(OPEN DRAIN)双向输出入端口，共有8个位，P0.0表示位0，P0.1表示位1，依此类推其他三个I/O端口(P1P2P3)则不具有此电路组态，而是内部有一提升电路，P0在作为I/O用时可以推动8个LS的TTL负载如果当EA引脚为低电平时(即取用外部程序代码或

28、数据存储器)，P0就以多路方式提供地址总线(A0A7)及数据总线(D0D7)设计者必须外加一个锁存器将端口0送出的地址栓锁住成为A0A7，再配合端口2所送出的A8A15合成一完整的16位地址总线，而定址到64K的外部存储器空间l ALE/PROG，外部存储器地址锁存器信号，输出AT89C52可以利用这支引脚来触发外部的8位锁存器(如74LS373)，将端口0的地址总线(A0A7)锁进锁存器中，因为AT89C51是以多工的方式送出地址及数据平时在程序执行时ALE引脚的输出频率约是系统工作频率的1/6，因此可以用来驱动其他周边晶片的时基输入l PORT1(P1.0P1.7)，端口1也是具有内部提升电路的双向I/O端口，其输出缓冲器可以推动4个LS 的TTL负载，同样地若将端口1的输出设为高电平，便是由此端口来输入数据如果是使用8052或是8032的话