毕业设计-火灾报警系统研究与实施

1、石家庄铁道大学四方学院毕业设计火灾报警系统研究与实施Research and Implementation of Fire Alarm System指导教师签字时 间年 月 日摘要随着“信息时代”的到来，传感器技术得到了飞速发展。传感器作为获取信息的重要手段之一，广泛应用于机械、磁场变化、电子科技等领域。其中，电阻式火焰传感器，由于其灵敏性能高、反应快、价格低廉的特点在火灾报警系统中的应用也越来越广泛。本文以电阻式火焰传感器和单片机技术为核心，设计出了一款性能好且价格低廉的红外火灾报警器。系统采用电阻式火焰传感器实现红外线检测，具有灵敏性能高、反应快等优点，而且价格低廉，通过A/D数模转换模块

2、，实现模拟量转换成数字量；采用的STC89C52单片机，其整合了A/D转换等资源，具有高速、低耗等优点。以STC89C52单片机结合火焰传感器为核心的火灾报警器可实现根据红外线强弱报警、红外线强弱显示、报警数据界限等功能。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，这款火灾报警器具有一定使用价值。关键字：火焰传感器红外线报警器STC89C52单片机AbstractWith the coming of the Information Age, sensor technology has achieved rapid development. As one of the im

3、portant access to get information, its widely used in areas including machine, magnetic identify, electronic technology and others fields. Among them, the flame sensor has been increasingly widely used in the system of fire alarm becourse of its performance having advantages such as high sensitivity

4、, quick response and low price.This essay concentrates on the flame resistance sensor and microcontroller technology . It has designed a new kind of the infrared fire alarm, with good performance and low price. The system adopts flame sensor resistance to perform infrared detection, which it has the

5、 advantages like high sensitivity and quick response and low price. It transforms analog signal into digital signal by means of A/D digital-analog converter module.I adpopt STC89C52 SCM，which reorganize materials like A/D conversion, which has high speed and low energy consumption.The fire alarms co

6、uld perform such function as infrared intensity of the alarm, infrared strength of the display, alarm data limits ,which central port is a combination of STC89C52 SCM and flame sensor . It is simple structure and stable performance and its convenience and inexpensive and intelligent. It is of a cert

7、ain useful value.Key words:Flame sensorInfrared alarmSTC89C52SCMI目录 TOC o 1-3 f h z u TOC o 1-3 h z u HYPERLINK l _Toc295510719 第1章绪论 PAGEREF _Toc295510719 h 1 HYPERLINK l _Toc295510720 1.1课题研究的要求以及目的意义 PAGEREF _Toc295510720 h 1 HYPERLINK l _Toc295510721 1.1.1课题研究的要求 PAGEREF _Toc295510721 h 1 HYPERL

8、INK l _Toc295510722 1.1.2课题研究的目的意义 PAGEREF _Toc295510722 h 1 HYPERLINK l _Toc295510723 1.2国内外研究现状 PAGEREF _Toc295510723 h 1 HYPERLINK l _Toc295510724 1.2.1国内研究现状 PAGEREF _Toc295510724 h 1 HYPERLINK l _Toc295510725 1.2.2国外研究现状 PAGEREF _Toc295510725 h 2 HYPERLINK l _Toc295510726 1.3论文研究内容及创新点 PAGEREF

9、_Toc295510726 h 3 HYPERLINK l _Toc295510727 1.3.1主要研究内容 PAGEREF _Toc295510727 h 3 HYPERLINK l _Toc295510728 1.3.2主要创新点 PAGEREF _Toc295510728 h 3 HYPERLINK l _Toc295510729 第2章火灾报警器的方案设计 PAGEREF _Toc295510729 h 4 HYPERLINK l _Toc295510730 2.1火灾报警器的设计思路 PAGEREF _Toc295510730 h 4 HYPERLINK l _Toc2955107

10、31 2.2火焰传感器选定方案 PAGEREF _Toc295510731 h 4 HYPERLINK l _Toc295510732 2.2.1火焰传感器简介 PAGEREF _Toc295510732 h 4 HYPERLINK l _Toc295510734 2.2.2选用火焰传感器的原因 PAGEREF _Toc295510734 h 5 HYPERLINK l _Toc295510735 2.2.3火焰传感器的分类 PAGEREF _Toc295510735 h 5 HYPERLINK l _Toc295510736 2.2.4火焰传感器的选定 PAGEREF _Toc2955107

11、36 h 6 HYPERLINK l _Toc295510737 2.3火灾报警器的整体设计方案 PAGEREF _Toc295510737 h 6 HYPERLINK l _Toc295510738 2.3.1红外火灾报警器的工作原理 PAGEREF _Toc295510738 h 6 HYPERLINK l _Toc295510739 2.3.2红外火灾报警器的结构 PAGEREF _Toc295510739 h 7 HYPERLINK l _Toc295510740 2.3.3红外火灾报警器的功能 PAGEREF _Toc295510740 h 7 HYPERLINK l _Toc295

12、510741 第3章火灾报警器的硬件设计 PAGEREF _Toc295510741 h 9 HYPERLINK l _Toc295510742 3.1单片机的选型 PAGEREF _Toc295510742 h 9 HYPERLINK l _Toc295510743 3.1.1单片机的选择 PAGEREF _Toc295510743 h 9 HYPERLINK l _Toc295510744 3.1.2STC89C52简介 PAGEREF _Toc295510744 h 10 HYPERLINK l _Toc295510745 3.2火灾报警器硬件电路设计 PAGEREF _Toc29551

13、0745 h 13 HYPERLINK l _Toc295510746 3.2.信号采集电路 PAGEREF _Toc295510746 h 13 HYPERLINK l _Toc295510747 3.2.2声音报警电路 PAGEREF _Toc295510747 h 14 HYPERLINK l _Toc295510748 3.2.3数码管的显示电路 PAGEREF _Toc295510748 h 15 HYPERLINK l _Toc295510749 3.2.4状态灯电路 PAGEREF _Toc295510749 h 18 HYPERLINK l _Toc295510751 3.2.

14、5键盘电路 PAGEREF _Toc295510751 h 18 HYPERLINK l _Toc295510752 第4章火灾报警器软件设计 PAGEREF _Toc295510752 h 19 HYPERLINK l _Toc295510753 4.1STC89系列单片机调试及开发工具 PAGEREF _Toc295510753 h 19 HYPERLINK l _Toc295510754 4.2主程序流程设计 PAGEREF _Toc295510754 h 19 HYPERLINK l _Toc295510755 第5章系统调试 PAGEREF _Toc295510755 h 22 HY

15、PERLINK l _Toc295510756 第6章结论与展望 PAGEREF _Toc295510756 h 25 HYPERLINK l _Toc295510757 参考文献 PAGEREF _Toc295510757 h 26 HYPERLINK l _Toc295510758 致谢 PAGEREF _Toc295510758 h 27 HYPERLINK l _Toc295510759 附录 PAGEREF _Toc295510759 h 28 HYPERLINK l _Toc295510760 附录A外文资料 PAGEREF _Toc295510760 h 28 HYPERLINK

16、 l _Toc295510762 附录B硬件原理图 PAGEREF _Toc295510762 h 38 HYPERLINK l _Toc295510763 附录C程序清单 PAGEREF _Toc295510763 h 39 石家庄铁道大学四方学院毕业设计 第1章绪论1.1课题研究的要求以及目的意义1.1.1课题研究的要求本文设计的系统是一款新型的电子红外报警系统，本文的设计是将火焰传感器探测与智能控制相结合，通过对指定地区红外的变化情况进行监测，当出现异常现象时进行报警，以便通知工作人员进行相应的处理，以防止火灾对人员生命财产造成伤害。这款电子红外报警系统具有一下优点：系统采用模块化设计，

17、前端传感器系统能够快速，准确的检测到现场的异常状况，进行准确可靠的报警，而且这款报警系统造价低廉，使用方便，智能化，适合室内场所使用。1.1.2课题研究的目的意义“火灾”，是指在时间或空间上失去控制的燃烧所造成的灾害。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。人类能够对火进行利用和控制，是文明进步的一个重要标志。火，给人类带来文明进步、光明和温暖。但是，失去控制的火，就会给人类造成巨大的灾难。对于火灾，在我国古代，人们就总结出“防为上，救次之，戒为下”的经验。随着社会的不断发展，在社会财富日益增多的同时，导致发生火灾的危险性也在增多， 火灾的危害性也越来越大。据

18、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不到 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，年均死亡数千人。实践证明，随着社会和经济的发展，消防工作的重要性就越来越突出。由此，火灾报警器在消防工作就的作用也尤为突出了。1.2国内外研究现状1.2.1国内研究现状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。但目前国内外厂家多偏重用于大型仓库、商场、高级写字楼、宾馆等场所大型火灾报警系统的研发，他们采用集中区域报警控制方式，其系统复杂、成本较高。而在居民住宅

19、区、机房、办公室等小型防火单位，需要设置一种单一或区域联网、廉价实用的火灾报警系统，因此，研制一种结构简单、价格低廉的基于单片机与温度控制传感器、火焰传感器互联的简单实用小型火灾报警系统是非常必要的。1.2.2国外研究现状二十世纪八十年代至九十年代，随着经济建设和半导体、微电子、光电、计算机和信息等科学技术的迅速发展，国外火灾自动报警技术以市场为导向，以应用高新技术为先导，以减少误报率、提高可靠性、灵敏度和扩大探测范围为根本目的，在开展基础理论和应用技术研究、老产品技术改造、新产品开发、标准和规范制修订、产品质量认证和检验、系统设计安装和维护、扩大应用范围和提高应用效益等方面，都有了很大的发展

20、，出现了许多新产品、新技术，使火灾自动探测报警系统从火灾探测、报警传输、信号处理、报警控制显示到与其他系统联动等一系列功能和可靠性大大提高、完善，大大减少误报率，大大增强人们预防现代化各种火灾的能力，为保卫人类生命，财产防火安全发挥了重要作用，成为现代消防技术中的一种必不可少、具有广阔发展前途的前沿消防领先技术和手段。目前，国外普遍采用的火灾自动报警技术，主要有两种：一种是非智能火灾自动报警技术，包括嫁接新技术的老式或传统火灾自动报警技术，七十年代末出现的可寻址火灾自动报警技术和八十年代初期出现的模拟量可寻址火灾自动报警技术，这些技术尽管高技术含量少，但由于成本低，能满足众多小型民用和商业防火

21、保护需要，而被许多国家广泛应用。另一种是代表现代化火灾自动报警技术发展水平和发展趋势的智能火灾自动报警技术，包括从八十年代中期开始发到九十年代中期已发展成熟，并得到广泛应用的采用具有人工智能理论和技术的高级算法软件的智能集中型模拟量可寻址智能火灾自动报警技术（既由智能控制器做报警决策的智能火灾自动报警技术）和九十年代初期开发，并得到应用的采用人工智能理论和技术的高级算法软件（主要指模糊逻辑和神经网络软件技术）的智能分布型智能火灾自动报警技术（即由智能探测器做报警决策的智能火灾自动报警技术）。其中，智能集中型智能火灾自动报警技术发展最快、应用最广、现已成为智能火灾自动报警技术中的一种主导技术，其

22、中，由50只左右模拟量可寻址感烟探测器构成的小型智能集中型智能火灾自动探测系统发展最快、应用数量最多，不仅大大改进了小空间的防火安全，而且也推动了火灾报警工业的发展。智能火灾自动报警技术主要用于解决大、中型空间防火安全和多种系统的联动问题。当前，智能火灾自动报警技术发展的一个显著特点和重要趋势是模糊逻辑和神经网络高级算法软件人工智能理论和交互技术被越来越多的智能火灾自动探测系统采用，已成为智能火灾自动报警技术中的前沿技术和核心技术。1.3论文研究内容及创新点1.3.1主要研究内容本文以火焰传感器和单片机技术为核心，与其它电子技术相结合，设计出了一款性能好且价格低廉的红外火灾报警器。其中选用火焰

23、传感器实现红外线检测，具有灵敏性能高、反应快等优点，而且价格低廉，通过A/D数模转换模块，实现模拟量转换成数字量，选用的STC89C52单片机，与A/D转换相结合，具有高速、低耗等优点。 以STC89C52单片机结合火焰传感器为核心的火灾报警器可实现根据红外线强弱报警、红外线强弱显示、报警数据界限等功能。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，这款火灾报警器具有一定使用价值。1.3.2主要创新点本文设计的红外报警系统主要创新点在于是面对广大普通用户，其价格低廉，操作简单，采用火焰传感器去检测外界红外的变化，通过单片机STC89C52去进行简单的处理，以达到报警效果，并

24、能够设定数据报警界限，用户更能够在本设计的原有基础上，进行简单的器材添加，做成多效果，多层次的火灾报警器。第2章火灾报警器的方案设计2.1火灾报警器的设计思路红外火灾报警器是能够检测环境中的红外线变化，并具有报警功能的仪器，仪器的最基本组成部分应包括:红外信号采集电路、模数转换电路、单片机控制电路。红外信号采集电路一般由火焰传感器将红外信号转化为模拟的电信号。模数转换电路将从红外信号采集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。单片机对该数字信号进行处理，并对处理后的数据进行分析，是否小于或等于某个预定值(也就是报警界限)，如果小于则启动报警电路发出报警声音，反之则为正常状态

25、。为了方便检测与监控，使仪器测试人员及用户能够直观地观察到环境中的红外光值，可将红外光值送到显示屏中。方便调节报警界限，加入了按键功能。为使报警装置更加完善，在声音报警的同时加入了光闪报警，变化的光信号可以引起用户注意，弥补嘈杂环境中声音报警的局限。以上是根据报警器应具备的功能，提出的整体设计思路。火焰传感器及单片机是红外光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、经济的火焰传感器及单片机芯片是至关重要的。火焰传感器的选型在下一节详细介绍。单片机作为硬件电路的核心，它的选型将在第3章详细介绍。2.2火焰传感器选定方案2.2.1火焰传感器简介原理介绍：远红外火焰传感器能够探测到

26、波长在700纳米1000纳米范围内的红外光，探测角度为60，其中红外光波长在880纳米附近时，其灵敏度达到最大。远红外火焰探头将外界红外光的强弱变化转化为电流的变化，通过A/D转换器反映为0255范围内数值的变化。外界红外光越强，数值越小；红外光越弱，数值越大。功能用途：远红外火焰传感器可以用来探测火源或其它一些波长在700纳米1000纳米范围内的热源。在机器人比赛中，远红外火焰探头起着非常重要的作用，它可以用作机器人的眼睛来寻找火源或足球。利用它可以制作灭火机器人、足球机器人等。2.2.2选用火焰传感器的原因火焰是由各种燃烧生成物、中间物、高温气体、碳氢物质以及无机物质为主体的高温固体微粒构

27、成的。火焰的热辐射具有离散光谱的气体辐射和连续光谱的固体辐射。不同燃烧物的火焰辐射强度、波长分布有所差异，但总体来说，其对应火焰温度的12m近红外波长区域具有最大的辐射强度。例如汽油燃烧时的火焰辐射强度的波长。发生火灾的过程中必定有火焰的出现，那么我们利用火焰的这个特性制作一款简单的火灾报警器，其原理简单，效果明显。2.2.3火焰传感器的分类火焰发射出的光是一种电磁波，其波长在0.210m或更宽的范围内。人眼能感觉到的电磁波波长为0.380.78m，范围非常窄。火焰传感器就是利用此原理，检测0.38m以下的紫外线和0.78m以上的红外线。实用化的火焰传感器分类如下： (1)紫外线检出型辐射式传

28、感器(受光元件是利用UV(紫外线)透镜GM(光敏)光电效应放电管，对波长0.1850.245m火焰辐射光进行感受。放电管加上200300V的电压，对光电效应(photoelectric effect)产生的脉冲电压进行计数，启动开关电路。由于太阳光的波长是0.28m以上，所以该传感器可用在石化工业露天监测场合。这种传感器的感受波长与荧光灯、水银灯、白炽灯等照明光波波长也不相同，故误动作很少。紫外线波长短，容易衰减，尘埃附着会使检测器灵敏度下降，在室外使用时必须勤于维护，经常清扫和检查。(2)二氧化碳共鸣辐射检出型传感器(CO2 resonated cheeked out radiation f

29、lame transducer)二氧化碳加热，在4.4m特征峰值时产生共鸣。按该辐射原理检出的火焰传感器即称二氧化碳共鸣辐射检出型传感器。可燃物的燃烧热使燃烧生成的二氧化碳气体受热，即产生其特有的共鸣辐射光谱。利用有高敏感度光导元件（硒化铅）作为感受元件，采用滤光片(3.55.5m)可检出共鸣辐射光谱。波长4.4m的二氧化碳特征辐射光谱存在于有火焰的情况下。因此，自然光、人工光源几乎不干扰这个信号。该种检测器可以用于室内、室外任何防燃、防爆场合。(3)红外线检出型辐射式传感器(fixed radiation flame transducer by infrared rays cheek out

30、 type)火焰辐射的0.78m以上红外线，由硅光电二极管和光敏晶体管等检测。它是采用0.78m以下的红外滤光片滤去干扰波长以防止错误动作而检测定辐射波长的传感器。这种检测器由于跟太阳光的波长分布相近，所以不适用于室外场合监测。(4)二波长检出型闪烁式传感器(dual wavelength checked out flashing type transducer)火焰温度大约为11001600K(8271327)。太阳光和照明光温度比火焰温度高(白炽灯大约为2800K)，因而火焰光是红外区长波长段，自然光和照明光是光谱中红外区域短波长段。根据检出这两种波长的差来判断其属于哪一段的原理制成的传感

31、器就是二波长检出型传感器。(5)单波长检出型闪烁传感器(single wavelength cheeked out flashing type transducer)主要用于空气输送管道内。与空气同时被输送的可燃性物质，因高速移动中产生静电造成过热等原因会发生短时间内闪烁火花。单波长检出型闪烁传感器是见火即检测、要求响应速度很快的一种传感器。检出火灾危险的同时也要求迅速采取消防措施，以防止重大火灾事故的发生1。 2.2.4火焰传感器的选定此次设计由于自身条件的限制以及毕业设计要求的规定，我们决定选用红外线检出型辐射式传感器(fixed radiation flame transducer by

32、 infrared rays cheek out type)，这款火焰传感器完全满足了我们毕业设计的需求，而且价格便宜，适合作为面对广大群众的产品开发。2.3火灾报警器的整体设计方案2.3.1红外火灾报警器的工作原理本文中红外火灾报警器采用STC89C52单片机为控制核心，采用火焰传感器为信息采集传感器。首先，火焰传感器传来的红外线强弱程度对应的微小电压信号（模拟数据），传送到A/D模数转换模块，经A/D模数转换模块的程序计算，转换成数字信号，传送到STC89C52单片机，经烧拷在单片机里的算法程序运行之后，由单片机输出口传送到数码管，显示数据，此数据在由单片机STC89C52判断是否达到我们

33、设定的数据界限，如果达到，那么我们设定好的LED灯就会闪烁，同时向蜂鸣器发送一个+5V电压，蜂鸣器就会发出声音。与此同时，我们可以通过键盘发出信号，选择我们在STC89C52单片机中已经烧拷的程序执行“选择数据界限”，以达到控制报警界限的目的。在这个电路中，我们所使用的都是+5V直流电压。2.3.2红外火灾报警器的结构为适应家庭和一些公共场所对人身以及财产安全的防护要求，设计的红外火灾报警器应不仅能在光亮环境下起作用，而且应具有显示红外线强度功能及实时控制等功能。我们的主要思想是在传统的火灾报警器的基础上，尽量提高准确性，降低成本，缩小体积。下图是我们所设计的火灾报警器的系统结构图，以单片机S

34、TC89C52为核心，结合外围电子设备，共同完成信息采集、数模转换、信息显示、声音及闪烁报警、按键输入等功能。系统采用单片机STC89C52，要求工作稳定、测量精度高、保证报警器的精确性及可靠性，而且最好体积小，成本低，有利于减少报警器的体积，降低报警器的成本。蜂鸣器报警火焰传感器A/D转换模块光报警数码管显示键盘输入 STC89C52单片机扩展功能数码管显示图2-1红外火灾报警器的结构2.3.3红外火灾报警器的功能(1).与上位机通讯功能可以实现与计算机串口通讯，对报警器采取统一控制，以及便于采集和处理数据，也可以在计算机上更改报警限值等。（2）红外数据显示功能通过数码管可以显示红外线强度值

35、，而且可以显示设置状态，显示通过键盘设置的报警界限数值，这个设计有利于用户观察和设置报警器的状态，以为了解外界环境的状态。（3）蜂鸣器报警功能这款火灾报警器，当外界红外线强度超出预设数值时，蜂鸣器开始报警，而且声音较为急促，可以更好的引起用户的注意。我们的设计没有添加自动回复功能，其目的是为了防止用户麻痹大意之下没有注意声音报警，防止灾害的发生。（4）闪光报警功能在这款红外火灾报警器中，我们设定了一个LED灯为光闪烁报警。在嘈杂的环境中，声音报警不容易引起用户的注意，但是当我们看见一盏很明显的灯在闪烁时就会引起注意，当然在我们所提供的实物中这个LED灯并没有这么显眼，需要进一步的外接更容易引起

36、用户注意的灯。（5）键盘控制报警界限功能这款红外火灾报警我们设定了键盘控制报警界限功能，可以通过键盘设定系统的额定报警界限，这个设计是为了适应在不同的环境下，在不同的光线条件下造成误报。（6）扩展功能这款红外洪灾报警器，采用一块单片机程序开发板，可以扩展更多的功能，例如：可以加上烟雾传感器，可以加上温度传感器，扩展成更加完美的火灾报警器；可以加上光敏传感器，做成一款具有防盗功能的火灾报警器。第3章火灾报警器的硬件设计在报警仪的设计中，单片机是其核心部件。它一方面要接收来自传感器送来的红外线强度对应的模拟信号转换来的数字信号，另一方面要对信号进行处理，控制后续电路进行相应动作;于此同时查询是否有

37、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，比较红外线强度后送入显示的实现比较复杂，要求单片机具备较快的运算速度，使工作人员能够较准确地观测到红外线强度，并根据情况做进行相应处理。并且也要考虑选择低价实用的机型。根据多方面的比较，本设计选用STC89C52单片机。3.1单片机的选型3.1.1单片机的选择在报警仪的设计中，单片机是核心部件。它一方面要接收来自传感器送来的红外线强度对应的模拟信号转换来的数字信号，另一方面要对信号进行处理，控制后续电路进行相应动作。于此同时查询是否有键按下的请求。在单片机实现的功能中，将模数转换后的信号经单片机运算后送数码管显示，这一过程的软件实现，需

38、要单片机有较快的运算速度，使仪表监测人员能够观测到实时的红外线强度，并进行相应处理。同时，在能够满足报警器设计的计算速度及接口数的要求的同类型单片机中，要考虑选择价格低廉且体积轻巧的机型，在保证了报警器的精确性、可靠性及抗干扰性的基础上，能够不提高成本，缩小体积。如今市面上比较普遍的单片机有8051系列与STC系列。8051系列单片机虽然应用普遍，工具多，易上手，片源广，价格低，但是速度慢，功耗大，适合民用，商用，不适合工业用途。STC系列单片机是一款新型单片机。与传统的单片机相比，具有价格低、运算速度快、功耗低、功能强的优点。指令代码完全兼容8051，但由于采用单时钟方式，运算速度快8-12

39、倍。内部集成高可靠复位电路，针对高速通信、智能控制、强干扰场合2。两者相比较，我们决定选用STC系列单片机作为我们的核心部分。3.1.2STC89C52简介STC89C52是一种带8K字节闪烁可编程可擦除只读存储器（FPEROM-Flash Programmable and Erasable Read Only Memory ）的低电压，高性能COMOS8的微处理器，俗称单片机。该器件采用ATMEL搞密度非易失存储器制造技术制造，与工业标准的MCS-51指令集和输出管脚相兼容。单片机总控制电路如下：时钟电路图3-1STC89C52简图STC89C52内部有一个用于构成振荡器的高增益反相放大器，

40、引脚RXD和TXD分别是此放大器的输入端和输出端。时钟可以由内部方式产生或外部方式产生。内部方式的时钟电路如图3-2 a所示，在RXD和TXD引脚上外接定时元件，内部振荡器就产生自激振荡。定时元件通常采用石英晶体和电容组成的并联谐振回路。晶体振荡频率可以在1.212MHz之间选择，电容值在530pF之间选择，电容值的大小可对频率起微调的作用。外部方式的时钟电路如图3-2 b所示，RXD接地，TXD接外部振荡器。对外部振荡信号无特殊要求，只要求保证脉冲宽度，一般采用频率低于12MHz的方波信号。片内时钟发生器把振荡频率两分频，产生一个两相时钟P1和P2，供单片机使用。如图3-2所示，RXD接地，

41、TXD接外部振荡器。对外部振荡信号无特殊要求，只要求保证脉冲宽度，一般采用频率低于12MHz的方波信号。片内时钟发生器把振荡频率两分频，产生一个两相时钟P1和P2，供单片机使用。RXD接地，TXD接外部振荡器。对外部振荡信号无特殊要求，只要求保证脉冲宽度，一般采用频率低于12MHz的方波信号。片内时钟发生器把振荡频率两分频，产生一个两相时钟P1和P2，供单片机使用。 图3-2时钟电路2.复位及复位电路（1）复位操作复位是单片机的初始化操作。其主要功能是把PC初始化为0000H，使单片机从0000H单元开始执行程序。除了进入系统的正常初始化之外，当由于程序运行出错或操作错误使系统处于死锁状态时，

42、为摆脱困境，也需按复位键重新启动。除PC之外，复位操作还对其他一些寄存器有影响，它们复位状态如表3-1所示。表3-1一些寄存器的复位状态寄存器复位状态寄存器复位状态PC0000HTCON00HACC00HTL000HPSW00HTH000HSP07HTL100HDPTR0000HTH100HP0-P3FFHSCON00HIPXX000000BSBUF不定IE0X000000BPCON0XXX0000BTMOD00H（2）复位信号及其产生RST引脚是复位信号的输入端。复位信号是高电平有效，其有效时间应持续24个振荡周期(即二个机器周期)以上。若使用的颇率为6MHz的晶振，则复位信号持续时间应超过

43、4us才能完成复位操作。整个复位电路包括芯片内、外两部分。外部电路产生的复位信号(RST)送至施密特触发器，再由片内复位电路在每个机器周期的S5P2时刻对施密特触发器的输出进行采样，然后才得到内部复位操作所需要的信号。复位操作有上电自动复位相按键手动复位两种方式。上电自动复位是通过外部复位电路的电容充电来实现的。这佯，只要电源VCC的上升时间不超过1ms，就可以实现自动上电复位，即接通电源就成了系统的复位初始化。按键手动复位有电平方式和脉冲方式两种。其中，按键电平复位是通过使复位端经电阻与VCC电源接通而实现的；而按键脉冲复位则是利用RC微分电路产生的正脉冲来实现的，上述电路图中的电阻、电容参

44、数适用于6MHz晶振，能保证复位信号高电平持续时间大于2个机器周期。本系统的复位电路采用上电复位方式。STC89C52具体介绍如下：主电源引脚（2根）：1、VCC(Pin40)：电源输入，接5V电源。GND(Pin20)：接地线。2、接晶振引脚（2根）：XTAL1(Pin19)：片内振荡电路的输入端。XTAL2(Pin20)：片内振荡电路的输出端。3、控制引脚（4根）：RST/VPP(Pin9)：复位引脚，引脚上出现2个机器周期的高电平将使单片机复位。ALE/PROG(Pin30)：地址锁存允许信号。PSEN(Pin29)：外部存储器读选通信号。EA/VPP(Pin31)：程序存储器的内外部选

45、通，接低电平从外部程序存储器读指令，如果接高电平则从内部程序存储器读指令3。4、可编程输入/输出引脚（32根）：STC89C52单片机有4组8位的可编程I/O口，分别为P0、P1、P2、P3口，每个口有8位（8根引脚），共32根。P0口（Pin39Pin32）：8位双向I/O口线，名称为P0.0P0.7。P1口（Pin1Pin8）：8位准双向I/O口线，名称为P1.0P1.7 。P2口（Pin21Pin28）：8位准双向I/O口线，名称为P2.0P2.7 。P3口（Pin10Pin17）：8位准双向I/O口线，名称为P3.0P3.7。STC89C52主要功能如表2所示4。表3-2STC89C5

46、2主要功能主要功能特性兼容MCS51指令系统8K可反复擦写Flash ROM32个双向I/O口256x8bit内部RAM3个16位可编程定时/计数器中断时钟频率0-24MHz2个串行中断可编程UART串行通道2个外部中断源共6个中断源2个读写中断口线3级加密位低功耗空闲和掉电模式软件设置睡眠和唤醒功能3.2火灾报警器硬件电路设计我们的硬件电路设计采用Protel 99 SE系统画出电路原理图5, 以下介绍各个模块原理图。3.2.信号采集电路图3-4信号采集电路我们采用火焰传感器进行信号的采集，本系统采用的是火焰传感器，也就是说，当一个红外光敏电阻在接受到光信号时，电阻发生变化，从而引起电路电压

47、的变化。当我们采集的这个模拟量数据输入到A/D模数转换模块的时候，A/D模数转换模块把它转化成一个数字量，传输给单片机STC89C52进行处理。那么这就完成了信号的采集。图3-4是我们本次设计的火灾报警器信息采集模块。火焰传感器部分由可变电阻，保护电阻，光敏电阻，保护电容组成。其工作原理是：当外界光线发生变化，火焰传感器光敏电阻阻值同时发生变化，导致电路中电流发生变化，相应的电压发生变化，而这个信号相应的通过输出线传到PCF8951芯片（A/D数模转换模块），这这个模块中进行的是传感器传出的模拟量转换成数字量的过程6。在这个电路中，我们可以通过改变可变电阻的阻值调节信号大小，而且我们可以看到在

48、火焰传感器中还添加了很多保护传感器安全的器件，这就保证了我们火灾报警器的使用寿命。3.2.2声音报警电路声音报警器电路图如图3-5所示。报警装置采用无源压电式KM3712x型蜂鸣报警器，较一般的蜂鸣器体积大，声音响亮，适用于作为报警器的报警声音源7。当三极管Q1导通，蜂鸣器报警。蜂鸣器报警是单片机STC89C52的PWM功能，如果红外线强度达到报警限，单片机控制P1.3口输出占空比一定的脉冲，报警时蜂鸣器会发出声音。在火灾报警系统中，当传感器采集的信息超过我们预先设定好的报警界限数值时，单片机就会给声音报警系统一个信号，使声音报警电路发出报警信息。图3-5声音报警电路3.2.3数码管的显示电路

49、报警器强度显示采用数码管。显示红外线强度级别，其主要技术参数如下:1、工作电压：05V。2、74HC573 11脚接VCC，锁存不起作用，相当于直通。相应的赋值“1”有效。3、74HC138 A、B、C赋值 0-7，则输出端分别是Y0-Y7，置“0”，如P2=0，则Y0=0。下面对在此电路中用到的74HC573和74HC138进行一下简单介绍：74HC573：八进制 3态的非反转透明锁存器。SL74HC573 跟 LS/AL573 的管脚一样。器件的输入是和标准 CMOS 输出兼容的；加上拉电阻，他们能和 LS/ALSTTL 输出兼容。当锁存使能端LE为高时，这些器件的锁存对于数据是透明的（也

50、就是说输出同 步）。当锁存使能变低时，符合建立时间和保持时间的数据会被锁存。u36755X出能直接接到 CMOS，NMOS 和 TTL 接口上。u25805X作电压范围：2.0V6.0V 。图3-6SL74HC573引脚u20302X输入电流：1.0uA 。 CMOS 器件的高噪声抵抗特性。LE为锁存控制端。表3-374HC573引脚介绍OE120VCC1D2191Q2D3182Q3D4173Q4D5164Q5D6155Q6D7146Q7D8137Q8D9128QGND1011LE 表3-474HC573引脚功能1脚3态允许控制端低电平有效1D8D数据输入端1Q8Q数据输出端74HC573引脚

51、图74HC138：作为一款高速CMOS器件74HC138引脚兼容低功耗TTL（LSTTL）系列。74HC138译码器可接受3位二进制加权地址输入（A0, A1和A2），并当使用时，提供8个互斥的低电平有效输出（Y0至Y7）。74HC138特有3个使能输入端：两个低有效（E1和E2）和一个高有效（E3）。除非E1和E2设低电平且E3置高，否则74HC138将保持所有输出为高。利用这种复合使能特性，仅需4片74HC138芯片和1个反相器，即可轻松实现并行扩展，组合成为一个1-32（5线到32线）译码器。任选一个低电平有效使能输入端，作为数据输入，而把其余的使能输入端，作为选通端，则74HC138亦

52、可充当一个8输出多路分配器，未使用的输入端，必须保持绑定在各自合适的高电平有效或低电平有效状态。74HC138与74HC238逻辑功能一致，只不过74HC138为反相输出。CD74HC138 ，CD74HC238和CD74HCT138 ， CD74HCT238是高速硅栅CMOS解码器，适合内存地址解码或数据路由应用。74HC138 作用原理于高性能的存贮译码或要求传输延迟时间短的数据传输系统,在 高性能存贮器系统中,用这种译码器可以提高译码系统的效率。将快速赋能电路用于高速存贮器时,译码器的延迟时间和存贮器的赋能时间通常小于存贮器的典型存取时间,这就是说由前位的系统译码器所引起的有效系统延迟可

53、以忽略不计。HC138 按照三位二进制输入码和赋能输入条件,从8个输出端中译出一个 低电平输出。两个低电平有效的赋能输入端和一个高电平有效的赋能输入端，减少了扩展所需要的外接门或倒相器,扩展成24 线译码器不需外接门;扩展成32 线译码器,只需要接一个外接倒相器。在解调器应用中,赋能输入端可用作数据输入端8。复合使能输入轻松实现扩展 兼容JEDEC标准no.7A 存储器芯片译码选择的理想选择低电平有效互斥输出 ESD保护 HBM EIA/JESD22-A114-C超过2000 V MM EIA/JESD22-A115-A超过200 V 温度范围 -40+85 -40+125 多路分配功能。图3

54、-7数码管的显示电路在我们的设计中，数码管的显示部分主要有两个功能：一个是显示外界红外线的强弱数据，这个是由A/D数模转换模块提供给单片机STC89C52，在由单片机STC89C52通过送给74HC573芯片和74HC138芯片，以控制右侧数码管的显示，而左侧数码管的数据，是通过键盘设置，将应该显示数据送给单片机STC89C52，在由单片机STC89C52通过送给74HC573芯片和74HC138芯片，以控制右侧数码管的显示。在火灾报警系统中，左侧的数码管受键盘的控制，当我们预先在键盘输入报警界限值后，单片机会把这个数值在这个数码管中显示出来。而右侧的数码管，是传感器采集数据后，经A/D转换电

55、路把模拟量转换成数字量之后，由单片机输出，显示在这个数码管上的。3.2.4状态灯电路状态灯主要是采用LED灯，如图3-10所示。当单片机STC89C52的引脚P1.3置0时， LED灯闪烁。图3-8状态灯电路在火灾报警系统监测到火灾情况时，由单片机输出一个信息，灯光闪烁报警就会跟随声音报警一起发出报警信息。3.2.5键盘电路图3-9键盘电路图3-9中S1-S4可以配置成独立按键，通过跳帽J11切换，J11有三根插针组成，图上跳到右端，在独立按键配置中，应该把跳帽跳到左端。这个时候独立按键才可以使用。其中包含两个外部中断，INT0和INT1，从电路图中也可以看出跳线方式9。在我们的火灾报警系统中

56、，键盘主要是作为报警界限值输入的器件，我们在应用这个设计产品时，首先要做的就是通过键盘设定报警界限值。第4章火灾报警器软件设计4.1STC89系列单片机调试及开发工具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，与汇编相比，C语言在功能上、结构性、可读性、可维护性上更有明显的优势10。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。Keil

57、C51工具包的整体结构中，Vision与Ishell分别是C51 for Window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编译器编译生成日标文件(.OBJ)。日标文件由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11。4.2主程序流

58、程设计主程序流程图如下图所示，首先我们要给传感器预热一下。程序初始化结束后，系统进入监控状态。STC89C52单片机对传感器检测的红外线强度信号进行A/D转换，将浓度值与报警限设定值利比较，判断是否报警。同时送入数码管显示红外线强度值。主程序还包括状态指示灯及按键功能设置，中断子程序、延迟程序等，使报警器功能更加完善，给用户带来便利12。开始程序初始化键盘扫描及键值处理键盘扫描及键值处理是否按下模式切换A/D转换数码管显示程序处理是否超过界限YYNN进入报警界限模式进入报警处理程序结束图4-1程序主流程图火灾报警系统在启动开始时，我们首先系统要做的是所有程序的初始化过程，因为我们在上次使用关闭

59、仪器时程序不定就是运行完一个周期。初始化完毕之后是对火焰传感器的预热，这个时间很短。本设计采用的是电阻式传感器，大家都知道，电阻是受温度的影响的，那么在我们应用一起之前首先就是要让传感器适应工作环境。与此同时，单片机要应用程序对键盘进行扫描以及对键值的处理，这个过程中是应用了键盘去抖子程序、延迟子程序等等。当准备工作做完之后，系统会在自动进入运行模式即进入报警界限设置模式。进入到这个模式就是我们主程序的运行开始。首先通过传感器采集到的模拟量传入A/D转换器中转换成数字量，这个量会导入单片机，单片机通过程序输入到数码管。与此同时，将这个值与我们预先设定好的报警界限值进行比较，如果超过界限就报警，

60、如果没有超过界限就返回主程序，继续循环。第5章系统调试红外线报警器完成之后最重要的环节就是对其进行调试及误差分析。在调试过程中，我们主要是针对A/D转换量化进行调节。因为我们所面临的问题就是报警器能不能准确的采集到外界红外线的真确信息。首先，我们要做的就是真正的去观察当外界有火焰的时候，在探头距离火焰的位置有多远时A/D转换系统能够检验出信息，这是需要我们切身检验的。经实验证实，我们的探头在10 m之内是能够准确检验出数据的。图5-1实际测试探头感受距离传感器的阻值大小也是需要我们去调试的，因为我们需要的模拟信号不能太小，但是传感器不是只能的，这个工作也就只能是我们通过拿着火源切实的去验证才能