【《基于STC89C52单片机的智能火灾自动报警系统设计》16000字（论文）】

1基于STC89C52单片机的智能火灾自动报警系统设计安全用火是从人类几千年前就开始研究的技能。随着现代社会的发展，人们对于用火、用电的场合越来越多，在人们的生产和生活中，火灾也时有发生。为了避免火灾引起人身伤害和财产损失，人们致力于对于火灾的预防和报警的研究，这对于在家中单独居住的老人等弱势群体，都有非常好的作用，及时进行预防和报警，以降低各项损失。本课题研究的是一种基于WiFi模块的火灾自动报警系统，它是以宏晶科技公司的STC89C52单片机为控制核心，利用DS18B20温度传感器采集模拟火灾现场的温度，利用MQ-2采集现场的烟雾浓度。如果温度或者烟雾超标时，会通过WiFi向设定的手机发送报警信息，在现场进行光信号和声音信号报警，还可以通过继电器控制排风扇进行排烟和洒水。现场通过LCD1602液晶显示屏，可以实时显示当前的温度值和烟雾浓度值，设置有按键接口，可以对温度和烟雾浓度的报警值进行设定，以此避免不必要的误报。经制作实物调试后，该装置可以对可能发生的火灾进行判定并发送报警短信至预定手机，起到提示1绪论 21.1设计背景及意义 21.2国内外研究现状 31.3研究发展趋势 41.4主要研究内容 42总体方案设计 52.1系统的功能要求 52.2火灾产生过程分析 52.3系统的组成及方案设计 62.4系统的硬件选型 63系统的硬件设计 73.1主控电路的设计 73.2烟雾探测电路的设计 3.3液晶显示电路的设计 3.4声光报警提示电路的设计 2 3.6按键电路的设计 3.7继电器驱动接口电路的设计 21 21 22 23 1绪论1.1设计背景及意义随着工业技术的发展和经济的提速，人们利用火的能量创造了很多先进的事物，人们利用这些先进的事物对人类的生活产生了极大的帮助。但是也是由于对火的利用的不规范，给人们带来了一些灾难和困惑，甚至造成了人身伤亡和不必要的财产损失1。在现代社会，伴随着用电设备的增多，导致火灾的源头就变得越来越多，其中火灾发生比较集中的区域在城市人口密集处、茂盛的森林、楼层很高的楼房和一些防火设施做的不完善的公共娱乐区等几处区域。我们国家的研究部门在对过往发生的火灾定量统计分析，经过分析发现引起火灾的主因有以下几种：人为纵火、电气火灾、雷击等。在所有自然界发生的各种各样的灾害中，除了地震、洪水之外，对人们和动植物、环境影响最大的还是火灾。每一次自然灾害的影响，除了对人身造成伤害外，也会对当地的环境产生较大的影响，更为严重的是对人们、对事物的认识产生影响，甚至扭曲人的价值观。近年来随着社会高速的发展和经济持续的大幅度增长，人们的各项物质文化资料都得到了空前的提高，家用电器也越来越智能化，家居装饰用的材料也越来越高端，装修风格日趋满足人们的个性要求，这也直接导致了火灾的隐患越来越多。同时，各种用电设备和家居的制造质量和材料，也参差不齐，有些设备的材料都是易燃易爆，可控性不强的材料。随着工作节奏的加快和人们面对事物处理的增多，人们的心里压力也比较大，有需要一个合适的减压场地去消除人们心中的压力，KTV游戏厅洗浴城等娱乐场所起到了非常大的作用。但是也就是这些地方，存在非常严峻的火灾隐患，人口密集，而且通风不3在过去的几千年中，人们都曾经研究过火灾的发生过程，到了20世纪中期人们意识到火灾的发生欧美国家在18世纪90年代就已经对火灾的成因和表现特性进行了研究，而国内对火灾的研究相对第一个阶段：在1920年左右，国外知名大学缅因大学的教授发明的报警器，在火灾发生后将启动第二个阶段：1950年左右，瑞士的一名材料科学家发明了一种第三个阶段，1980年左右，此时材料领域得到空前的发展，电4(1)信息融合智能化。能够实现多传感器融合，将各个传感器的信息汇总后对火灾进行判断，能(2)网络信息化。在这方面是指将火灾报警器加入网络通讯技术，这种网络通信技术可以将不同这个系统应用到全国的大部分高危场合，那么,不论是对于发现火情还是灭火救现象。系统采用LCD1602液晶显示屏来显示当前温度的大小和浓度的高低，并且能够显示温度标准值52总体方案设计6机将火灾信号进行判断后，确定是否要发生火灾，由此将报警信息通过WiFi模块传送到指定用户的手机系统，主要组成框图如图2.1所示。声光报警提示模块复位电路7稳定，供电多模式等等优点，让STC单片机在国内稳坐第一。STC89C52是基于51内核的单片机控制软件，常用的KEIL软件，也基本就使用KEIL软件最大程度的兼容51系列单片机的全部属性。单片机芯片具备8K的程序FLASH储存空间，可以满足小型控制设备的控制需求。内部运行内存RAM有单片机自身具备32个的双通道的输入输出端口，可以根据用户系统的需求设置输入和输出的有效高达35MHZ的晶振时钟输入。STC公司对89C52芯片进行了倍数设置，可以通过下载软件对单片机的时性和高效性。可以满足不同的系统对不同运行条件的限制。对于功耗方面，芯片提高低功能版本即3.3V供电的单片机系统，由于3.3V供电系统导致单片机输出口驱动能力下降，导致外部硬件也需要选择对应的功耗能级，所以在此设计时我们选择通用的5V供电版本的单片机控制器芯片。只有针对便携出单片机程序的故障点和硬件不匹配的地方。目前市场上8位单片机种类繁多，但是唯独C51系列一8 P3.1(TXD) (A13)P2.5(A11)P2.3区草96STC89C52单片机的晶振控制电路。单片机的引脚18和引脚19为外部时钟控制输入，此电路给单大量实验证明此回路电容采用33PF为最佳运行状态。当然这个震荡电容的取值范围是15PF-80PF之间9(1)复位电路初始赋值，输入输出全部状态复位。单片机引脚9即是外部复位输入信号，其引脚具体电路如图3.4所示。片机引脚主程序查询扫描的方式，这样就会导致扫描周期增加，单片机循环处理各种事务，有效性得不到释放，时效性就会大大降低。采用中断技术就可以完全解决这样等待的问题。对于宏晶科技公司STC89C52单片机来讲，该单片机只能处理数字量信号，不能处理模拟量信号，而对于我们本次烟雾探测传感器检测输出的信号，它是模拟量信号，因此要想使用单片机采集到烟雾探测电路的型号，必须在单片机和传感器之间夹一个模拟量转换成数字量的芯片。在本次设计的火灾报警器系统当中，由于对温度的检测精度要求不是很高，考虑到系统的市场应用的通用性和适应性，本次采用ADC0832模数转换芯片，该芯片是逐次逼近式AD转换器，拥有八个转换通道，转换速度比较快，并且该芯片采用双列直插封装，焊接较容易，ADC0832有八根数据线可以和单片机的数据端口直接相连，本次设计采用单片机的P1口和ADC0832的数据输出线相链接[8]。BFB654234387图3.6烟雾探测电路LCD1602是一个有两排显示并且每排16个字符的液晶显示器，故命令为LCD1602。其液晶显示器支持全英文和阿拉伯数字，每个字符和行之间的距离出厂厂家已经设置好，对于使用者只需要对命令指令和数据指令熟悉即可。通过对数据引脚和命令引脚进行控制就可以实现液晶显示器显示目标字符19]。整个LCD1602一共16个引脚，分别是电源供电、背光供电、3个指令控制引脚、8个数据引脚组成。其第三个引脚为背光灯调节输入引脚，可以根据项目需求对背光灯亮度进行调节，最大程度的实现降低能耗。由于单片机内部PO口没有上拉电阻，所以在系统设计中，增加了一组10K的上拉排阻来解决这一问题。具体引脚如下图3.7所示。☑单片机来讲，这是一种非常大的浪费，因为单片机只有40个引脚，除去电源和晶振引脚还剩32个，远一般由7个发光二极管组成，可以使实现简单的0-9的显示。数码管的光电特性和发光二极管的特性大在测控系统中，用得最多的就是温度的检测，各行各业都容易涉及到温度的控制和采集，所以DS18B20才有了很大的市场空间。是常用的数字温度传感器。其低功耗、接稳定性好等优点被市场广泛使用。测量范围-55度到125度。分辨率为0.5摄氏度。同时传感器支持多点并用同一数据线，大大节省了单片机外部引脚的资源。转换速度快，耗时低于100MS就完成一次数如果得到传感器的回应，表示电路存在传感器，单片机通过发送温度转换指令写入到传感器，传感器通过一定的延时处理。再次复位传感器，再发出当前温度数据读取指令，传感器将系统得到的温度数据通过单总线的方式回传到单片机的数据变量中。最终实现单周期的温度数据读取操作[11]。本设计采用轻触按钮实现手动输入信号，按钮按下后单片机引脚会直接和负极导通，程序内部对按钮信号进行扫描检测，如果电平信号为低，说明按钮有按下。同时需要考虑防抖动，需要再程序内部做延时程序处理，确保按钮信号的正确性。具体按钮硬件电路如图3.12所示：图3.12按键电路在本次设计当中，由于火灾报警器系统具有现场声光报警和这个驱动水泵进行撒水的这个动作，因此，本次设计需要用单片机来对这个蜂鸣器还有继电器进行控制，由于单片机本身输出的电流比较小，不足以驱动继电器，因此，采用三极管对电流进行放大以后再进行继电器的控制。继电器是一种中间辅助器件，用来将弱电控制信号转换成强电控制信号。继电器驱动接口电路如图3.13所示。芊芊gy文图3.13继电器驱动电路图3.8WiFi模块ESP8266采用UART协议(异步串口通信协议)接口进行连接，实现WFi远程的互联通信规测收是否正常工作。发送指令AT时，若收到返回的OK值则说明AT指令工作状态正常。WiFi模块能够户手机。它是嵌入式模块，内置互联网协议和IEEE802.11协议栈，能够实现串口与WiFi之间的转换网络由目的AP所创建。本设计采用ESP8266-01,它是个比较常用的WiFi模块，具有体积小、功能强在ESP8266-01中实际可用使用的GPIO有四个GPIO0、GPIO2以及RX、TX,实物如图3-8所(1)3.3V供电，避免使用5V供电；WiFi模块要与单片机连接才能进行通信，ESP8266-01中引脚与单片机连接方式为：WiFi模块的TX发射端接单片机的RX引脚，用于向单片机发送数据；WiFi模块的CH_PD使能端接高电平3.3V处；WiFi模块的RX与单片机的TX引脚相连，用于接收数据；WiFi模块的VCC引脚接3.3V处；WiFi模块的GND引脚接地；RST在低电平时进行复位操作，默认悬空；GPIO0和GPIO2悬空。其电路原理图如图3-15所示。图3-15WiFi模块原理图由于ESP8266-01正常工作在+3.3V的电压下，而整个电路的输入电压为+5V,所以需要转接一个电压调节器，在本设计中，使用AMS1117电压调节器进行电源转换工作，且保证本次设计工作电压稳定，完成一系列工作。AMS1117转换电路原理图如图3-16所示。其中，引脚1接地，引脚2接+3.3V,引脚3接VCC,四个电容起稳压作用。图3-165V转3.3V电路原理图4系统的软件设计KeilC51是美国Keil公司针对51系列单片机开发的专用软件，同时支持对各种单片机程序编辑，不同及到外部硬件控制，就需要软件和硬件实现通讯调试，软件支号007ineu1n009#defineData_ADC0809F10软件还提供了线路自动布线的功能，内部自动算法实现电路的自动布线。如果需要设计EMCDesienExploteyF:\套件\70-普度+烟客(火灾展警器)\院理图\原理图.dib喜系统开始运行后，首先系统初始化参数，对设备硬件初始化，定时器和通讯串口进行初始化，系统读取温度和烟雾数据，再判断数据和设置数据比较，结果控制对应设备进行数据处理，满足报警条件就进行声光报警和短信报警。并将当前读取的温度和烟雾数据显示在系统液晶屏幕，方便用户实时查阅YY√√VNN下Y图4.3程序流程图件调试实物图如图5.1所示。软件调试首先通过编程软件对程序进行编译，会提示编程是否有语法错误，变量定义重复或者函数错误等等。首先初步解决这些问题后，再将单片机程序下载进实物单片机系统中，进而调试硬件设备功能和单片机程序是否匹配。初步程序编辑完成没有任何语法错误，将程序导入单片机实物中，发现单片机系统液晶LCD1602没有显示，根据资料查询发现，硬件单片机和液晶LCD1602数据相连的是PO口，而程序却编辑是P1口，所以数据传输实现不了。最后将程序中P1改成PO,重新下载程序实现实物液晶LCD1602正常显示。后续调试烟雾感应时，发现数据不对。由于烟雾传感器是感应烟雾值的不同，自身内阻得到不同的改变。根据电阻不同实现电压的变化，系统经过ADC0809进行模拟量转换送给单片机系统。所以根据原理需要对过程中的器件进行一一排查1191。最终发现A