【基于单片机的火灾报警系统设计与实现15000字（论文）】

第一章绪论1.1研究背景和意义根据英国有关数据统计，发生火灾后，人们发现火灾的时间与火灾造成的死亡率之间有着密切的关系。如果发现时间在发生火灾的5分钟之内，死亡率大约为0.31%。如果发现时间为5-30分钟，死亡率高达为0.80%。如果当这时间大于30分钟，死亡率就会直接变为2.65%。因此，发生火灾之前，提前做出准确的预测，对于挽救人民生命、减低人民财产损失，提升人民群众获得感具有十分重要的意义。因此，发生火灾前，我们如果能提前做出预报，那我们不仅能减少火灾带来的财产损失，甚至还能避免一条条鲜活生命的离去。从上世纪80年代起，英国人就开始在自己房屋中安装感烟探测器，而且这个数据从在不断上升REF_Ref32200\r\h[1]。美国消防协会曾在期刊上发表一个专题报告：大部分火灾发生时，人们都是因为处于酣睡状态，而因此丢掉自己的性命。我们设想一下：如果在火灾的苗头期能及时叫醒还处于酣睡中的人，这就会将有效减少火灾所带来的死亡人数。在2000-2004年期间，65%的居民火灾死亡是来自家中没有感烟探测器或身处在没有能对火灾正常报警的建筑物中。所以，火灾能带来那么大破坏力最主要的原因是因为室内火灾报警器系统安装率极其低REF_Ref32200\r\h[2]。作为人类生存一直以来的敌人，火正受到越来越多人的关注。特别是进入现代社会以来，摩天大楼，地下商场，大型综合建筑等不断涌现出来，呈现在我们视线中。而这些建筑着火的危险指数也在增加。火灾的数量和火灾所带来的损失在不断增加。为了预防火灾并减低火灾给我们带来的损失，还给人民群众一个安宁，幸福的生活环境，严峻的现实和一件件让人心痛的教训事件要求我们：必须尽快设计和完善火灾报警系统。增加对于火灾的预警能力，提醒人们及时疏散。将火灾扼杀在摇篮里面，让社会财富损失减到最低，增强人们的幸福感。当前，许多的商场，小区，酒店等现代化建筑都根据自己的需求安装了不同功能的火灾报警系统。因为火灾自动报警系统在现代化建筑物中拥有不可替代的作用，火灾报警系统能感知接收火灾的早期烟雾，温度等信号，并及时触发报警系统，同时通知用户和周围居民。它就像一个称职的守望者，确保人们的防火安全，提升了居民的安全感和满意感。在火灾苗头期，如果能准确检测火灾发生，快速发出报警，这将对于相关部门及时组织居民群众有序快速疏散、能在第一时间控制火势的蔓延、快速扑救火灾、减低火灾所造成的损失具有重大意义。因此，市场上急需需要一种大容量、高可靠性、简单易用的智能火灾报警控制系统REF_Ref32200\r\h[3]。1.2火灾报警系统的发展现状和趋势自古以来，火在人们生活中的重要性是显而易见的。但火带给人们便利的同时也让人类承受了许多巨大的灾难。特别是从20世纪80年代开始，随着电脑等一大堆电子产品在国内市场不断涌现，这也导致了越来越多的火灾发生。在我们实际生活中到处都有火灾隐患REF_Ref32200\r\h[4]。火灾是因为可燃物发生一种不可控制的燃烧而引起的灾难，如果失去对于火的控制，它会威胁群众的生命安全，严重阻碍社会的经济发展。据相关数据显示：1990年代由于火灾而造成的年平均经济损失接近3.2亿元，而到现如今，特别是2010年以来，这个数据已经高达十几亿元，造成的年均死亡人数为9000多人REF_Ref32200\r\h[5]。在一连串恐怖数字的背后，是火灾带给我们人类无比巨大的伤害REF_Ref32200\r\h[6]。火灾是一种常见的自然或人为原因而引起的灾难，它的发生通常发生在拥挤的地区。而这些地区恰恰缺乏高效的火灾监测和火灾报警实施，这就给火灾后，相关应急部门进行伤员的抢治和火灾扑救工作带来了麻烦，给人民群众造成了巨大的损失，而火灾报警系统为这个难题了解决方案REF_Ref32200\r\h[7]。在1847年美国开发出了世界上第一个城市联动火灾警报装置。在此之后，火灾报警装置不断深化更新，其中智能探测、智能监控和抗干扰算法等现代新型技术被融入到了此装置中，这让火灾探测技术提高到了新的台阶。当今世界，美国、英国、日本、加拿大等发达国家已将火灾报警器作为公共警报的一种类型使用，并与相关部门的监控系统相连接。使应急指挥中心能够迅速、准确无误地确定火灾位置，并及时调度相关救援队伍REF_Ref32200\r\h[8]。在当今的社会生产生活中，火灾报警器已经成为一种常用的火灾预警装置REF_Ref32200\r\h[9]。火灾报警系统在我国起步晚，起点低。直到1970年代末，国内才开始出现研究和生产火灾报警系统的公司。1980年代后，大量火灾报警系统产品出现在我国国内市场，但是这些产品大多数都是仿制品，我国自主公司并未掌握真正的核心技术。1990年代之后，我国国内市场才首次涌现出拥有自主核心技术的火灾报警产品，市场的逐渐成熟以及政府开放力度的加强为我国的火灾报警系统市场注入了一股活力。与此同时，国内有关企业与公司也正在迅速发展并取得了丰硕的成果，在一些技术上，我国正在接近或赶上国际标准REF_Ref32200\r\h[10]。近年来，我国火灾报警系统实现了较快的发展。但是大多的研究还处于理论阶段，在实际应用上还存在许多不足：(1）起步晚。我国对于火灾报警技术的研究时间相比其他国家是落后的，群众消防安全意识差，许多的住宅小区并未安装火灾报警系统的，造成火灾报警系统的运用范围小和缺乏一套具体的预防火灾的措施。（2）智能化缺乏全面性。虽然我国使用火灾报警系统都实现了智能化，但有部分检测器的技术还未成熟。同时，火灾报警系统的软件部分现在处于升级阶段，无法正常控制变量的变化范围。并且火灾中的烟雾等参数在软件数据库中也存在很多问题，系统不能准确识别和检测到火灾现场有毒气体浓度的高低，温度的高低，光波强度和电辐射等火灾各项数据，这使得系统预警火灾的能力降低。(3）火灾报警系统各个组件的连接方式不太成熟。在一般情况下，连接火灾报警系统的构件有两种方式：多线制和总线制。当用两根或多根铜芯绝缘电线或芯电缆用于连接检测设备、报警设备和控制设备三者时，会出现诸如高成本、能耗消耗大等问题。与此同时，因为铜线本身存在着一些不足，比如耐高温能力差，经不住长期耐磨损并且后期维护比较复杂，这就导致火灾报警系统可靠性的降低REF_Ref32200\r\h[11]。当前，我国火灾自动报警系统的智能性低，网络化水平不高。能被广泛应用。抓紧完善火灾自动报警系统功能，让系统朝着更智能化、网络化方向发展是迫在眉睫。要想火灾报警系统更加智能，火灾报警系统还应该实现系统对火灾现场火势情况的具体描述，匹配上卫星地图准确显示发生火灾地点的功能与火灾报警信息被各部门同享的功能，最重要的一点是：火灾报警系统还能自动向有关部门提供发生火灾的主要原因和发生火灾后具体的救灾的建议。另外，火灾报警系统智能化与网络化发展，要首先实现探测器与控制器之间以及系统内部的全智能化,网络协议使它们能够相互连接，从而网络监测可以对系统控制起来，这就能提高火灾报警系统的可靠性REF_Ref32200\r\h[12]。今天，我国一些现代化建筑物中大部分采用的是烟雾，温度，可燃气体等火灾探测器。其中烟雾探测器的优势最为明显。但是，随着社会的不断进步。这些火灾探测器所采用的技术不能满足现在的探测情况。现有的火灾探测器的使用范围也越来越窄。因此，火灾探测器的研究和开发需要科学技术的不断更新，朝着自动火焰探测技术，气体探测技术，声学探测技术和组合探测技术等各个方向发展REF_Ref32200\r\h[13]。火灾报警系统作为智能居家中的重要构成得到了快速的发展REF_Ref32200\r\h[14]。现如今对家庭式的室内火灾报警系统的主要以探测器、显示模块、报警模块组成,所以我们研究的主要内容就是系统硬件的选择和软件的编译REF_Ref32200\r\h[15]。1.3本课题的主要内容1.3.1研究内容为了尽量减少火灾对于对人民群众的生命和财产造成威胁，以及为了加强家人对于室内家中早期火灾势头的重视，我们需要不断完善室内火灾报警系统的功能，并且提高系统的实用性。本文的目的是研究一种将传感器模块与单片机模块相结合的火灾报警系统，并利用目前比较流行的通信技术构建火灾报警系统。我们可以将此系统放置在酒店、宾馆、商店、图书馆、档案馆和办公楼等现代化楼宇建筑中。可以全天候检测室内的烟雾情况，当检测到烟雾数值超过特定值时，会通过声光报警提醒室内居住人员采取应有措施来应对火灾。在未来，系统还可以对室内建筑各个时段的烟雾数据信息进行处理和记录，让楼道管理员更好管理本栋建筑。本设计采用单片机作为下位机，实现测试区域内烟度值的检测和显示，增加声光报警系统加强控制，还通过通信模块向特定的手机号码发送短信和打电话，还会打开喷淋系统进行喷水，从而达到灭火的效果。1.3.2内容安排本文通过对火灾烟雾指标的检测，结合新设计的要求，对系统进行了改造。通过烟雾传感器与单片机的结合，利用传感器采集数据室内烟雾信息，再由单片机对烟雾数值进行处理并通过其与设定值的比较，如大于其设定值，则会激发声光报警，并通过通信模块向特定的手机号码发送短信和打电话。本次论文分成六个章节来展开进行论述，其安排如下：第一章为绪论。本章对此次研究课题进行了分析和详细说明。包括室内火灾报警系统的研究背景、研究意义、国内外研究进展、存在的问题和难点以及国内火灾报警系统的发展现状。第二章是火灾报警系统的硬件电路设计。本章结合设计要求和要达到的目的，选择了设计所需的单片机，简要介绍了单片机的内部结构和引脚功能，并用相关绘图软件绘制了最小系统的电路图。其次，给出了总体设计图，为其它硬件的选型奠定了基础。最后，重点介绍了烟雾传感器的功能、显示功能和分析、GSM模块等重要模块的功能介绍，方便后者形成一个完整的系统。第三章是室内消防系统的软件设计。在本章中，绘制了流程图，以便于进一步的软件开发。对LCD和数模转换的软件进行了分析。第四章为系统调试。本章中，我组装了各个硬件，进行了焊接，调试，然后还分析了所用到的开发环境、编程语言并给出了实物图，进行了效果展示。第五章为总结与展望。本章对未来室内火灾报警系统进行了设想和分析，并对本文所讨论的系统提出了改进措施，为以后的研究和实践打下基础。

第二章火灾报警系统硬件电路设计本文设计的系统主要想实现的功能：通过烟雾传感器对建筑物内的气体浓度颗粒进行探测，将探测到的数据送入单片机，单片机对这个数据进行分析和处理，判断此数据值是否会超过预设值，如果大于预设值，会自动开启声光报警系统。并通过通信模块给事先设定的手机发送短信和拨打电话，并且打开喷淋设备。2.1火灾报警系统的功能室内火灾报警系统主要由烟雾传感器、液晶显示屏LCD1602、A/D转换器、LED灯和蜂鸣器、GSM通信模块构成。主要的传感器是MQ－2，它可以收集被测室内等区域的烟雾数据。然后通过A/D转换模块处理后模拟量就转换为成数字量，然后将此数字量传递到单片机。当单片机检测到数据时，它将与预设值做对比。如果超出数据的阀值之后，则开启报警电路，系统进行声光报警，提醒居民群做好相关措施来应对火灾。同时还会打开喷淋系统进行喷水，从而进行灭火。声光报警，通信等模块与单片机的I/O口相连，实现相应的数据处理功能。2.2系统总体设计2.2.1实物组成设计框图本文设计的系统是火灾时烟气参数值的显示，以及其声光报警和与灭火功能于一身的室内建筑火灾报警系统，实物系统模拟图如图2.1所示。报警模块开启报警模块开启烟雾值显示烟雾值显示室内烟雾值室内烟雾值打开喷淋系统打开喷淋系统AAVV供电电池组供电电池组图2.1实物系统模拟图2.2.2硬件设计框图通过分析系统设计方案可以知道，本次设计的室内火灾报警系统采用的是一种以单片机型号为STC89C52为核心，然后通过与烟雾传感器，以继电器模拟喷淋系统，GSM模块，蜂鸣器与LED等组成的声光报警等模块组合来实现对烟雾值显示和报警。其系统组成框图如图2.2所示。图2.2总体设计框图2.3单片机原理及接口技术2.3.1单片机的选择一台微型计算机的组成就是将CPU，RAM（ROM），中断系统，定时器，计数器和IO接口的各种组件同时组合集成到一个半导体中。它因为拥有容积小，成本低，使用方便等优点，在工业控制领域备受青睐。单片机是本次设计的核心所在。它需要接收被转换过的烟雾值，然后自身做出判断，与预设值做出对比，然后执行相应的报警，喷淋，通信系统等。在本次设计中，我们对于单片机的要求极其苛刻。我们需要单片机快速运行，能对烟雾传感器传输的数据及时做出相应的处理。同时，在满足同样的要求下，我们应优先考虑价格低、体积轻的型号。这样可以确保系统更具实用性和普适性。随着单片机被许多行业广泛运用，各种类型的单片机在国内市场不断涌现。其中，MCS系列单片机凭借在指令和运行速度快，可靠性高与性价比高，技术先进等优势，受到了企业与个人的青睐。在这当中C52系列因为价格低，IO口操作方便、硬件设计简单等优势成为了行业佼佼者。因此，宏晶科技公司生产的STC89C52RC成为了我本次设计的选择。因为，经过宏晶公司的技术改进，它成为了传统51单片机的增强型。这让我们使用起来更方便。而且，它引脚进行了镀镍处理，不易被外界氧化，更经久耐用。2.3.2单片机的引脚及功能该单片机是STC推出新一代速度快，能耗低，具有抗干扰强的微型控制器。此单片机的引脚个数合计为40个，有其中8个引出端点不具备双向输入，输出功能。2个引脚拥有串行通信功能。3个端口拥有计数，定时的功能。同时它的程序空间比C51系列大4个字节。此芯片在掉电模式下，CPU不会工作，RAM、定时器/计数器等模块会继续工作。该模块以STC89C52RC为灵魂，在分别于复位电路、LED显示电路、报警电路，GSM通信电路等子模块相连接。该单片机的引脚如图2.3所示：图2.3单片机引脚图该单片机引脚说明：和：(1)（40）电源端为5V。(2)（20）接数字地。引脚XTAL1和XTAL2：XTAL1（19）是振荡电路反向放大器输入端。(2)XTAL2（18）是振荡电路反向放大器输入端。控制信号引脚：RST（9）——复位端口。如需复位，接入的高电平宽度应大于24个时钟周期宽度。ALE/（30）——用于对外输出时钟和定时。但对FLASH存储器编程的时候，该端口还具备输入编程脉冲的能力。（29）——外部程序存储器的读写通信号端。低电平有效，内部ROM读取时，不会发生动作。而外部RAM读取时，会产生动作，并且一周期内动作两次。（31）——此端口为外部允许端口，当此端口不接入高电平时，处理器有且只能执行处理外部存储器的指令。相反，当接入高电位时，处理器只能处理内部存储器的程序。I/O口P0，P1，P2，P3口都是8位双向I/O口。其中P1,P3口还具备一些复用功能，具体介绍如下表：表2.1为P1口输入端的复用功能。表2.2为P3口输入端的复用功能。表2.1P1口输入端的复用功能引脚的编号功能P1.0T2，定时器/计数器的外部输入，时钟电路接口的输入P1.1T2EX,控制和捕捉触发信号P1.5三个引脚的第二功能，主要都是在软件系统编程时候，才使用P1.6P1.7表2.2P3口输入端的复用功能引脚的编号功能P3.0RXD输入口P3.1TXD输出口P3.2INT0在主程序中打开中断0后,此端口来低电平,就会触发中断P3.3INT1外部请求1，中断申请标志为IE1P3.4T0定时器/计数器T0外部中断P3.5T1定时器/计数器T0外部中断P3.6WR存储器的读控制端P3.7RD存储器写控制端2.3.3时钟电路设计时钟电路是单片机的内心脏所在。它对单片机的运行速度，系统的稳定性有着重要的影响作用。一个时钟电路由两个微调的电容和一个石英谐振器等器件构成。对于电路中两个电容值的取值，我们通常选择30pf。而对于石英谐振器的频率，因为此系统中，我们并不需要一个准确的定时时间。所以我们选择的频率为11.0592MHz，这样我们就能得到一个准确的通信波特率。我们使用AD软件和visio绘制了时钟电路图，如图2.4和2.5所示。图2.4AD绘制时钟电路图2.5Visio绘制时钟电路2.3.4复位电路设计复位电路由+5V电源电压,一个电容C和一个电阻R组成。它的工作过程如下：电源电压给系统供电，然后对电容C给予充电，这个过程会给单片机上的RST引脚一个高电平信号。但这个信号不是一直不变的。它会随着电源电压对电容充电过程而渐渐削弱。而削弱的这段时间就是电路复位的时间。所以，我们也可以这样理解:一个复位电路时间的长短与电容C的充电时间长短有关。图2.7是visio软件绘制复位电路。图2.6复位电路图2.7复位电路2.4传感器的选择与应用2.4.1烟雾传感器的选择烟雾传感器是通过探测一定区域内气体浓度，然后将此数据传递给中央处理器处理的一种元器件。随着科学技术的不断更迭，越来越多的烟雾传感器出现在人们的视线中。目前，在国内市场上，出现的烟雾传感器有离子式、光电式和气敏式等。它们各有千秋，但都被相关技术人员运用到各个环境下检测烟雾值。表2.3就对各个烟雾传感器可检测的烟雾种类进行了对比，方便我们能够选出最适合本次设计的那款烟雾传感器。表2.3各种传感器可检测的烟雾种类传感器种类C0O2H2SNH3HCNHCICOCI2CI2NOXSO2O2CH4C3H2H2H2O半导体气体传感器○○○○○○○○○○接触燃烧式传感器◎○○○电化学式传感器○○○○○○○○高分子电解质气体传感器◎○○○○注：○好◎不太好通过对以上应用特点的比较，发现半导体气体传感器的优势还是比较明显。所以我也决定采用一种半导体类型的烟雾传感器—MQ－2型烟雾传感器。通过对此烟雾传感器实物的观察以及商家的介绍，发现MQ－2型烟雾传感器实物，做工精细，经久耐用。而且安装方便，操作简单。是这种短时间系统设计的不二选择。而且它采用双面板的设计。让我们进行设计师：布线方便，简洁，减小我们布线的工作量。它还具有电源指示与数字输出端口开关信号的指示。更缩短我们对系统故障排查的时间。2.4.2MQ-2烟雾传感器的介绍在我们现实生活中，MQ-2烟雾传感器也经常出现在我们视野中。如果仔细观察，可以发现我们家中和一些化工厂里面都会出现它的身影。它主要用于液化气、苯、烷、酒精、氢气、烟雾等的探测。因此也被人们称为多种气体探测器。在我们日常生活发生的火灾中最常见的气体有：一氧化碳、氯气、光气、氨气、二氧化硫、液化气等。MQ-2烟雾传感器犹如警犬一样，能在第一时间就能嗅到火灾中的气体的气息，准确探测，它是火灾报警系统的第一道防线。也是构成我们防火减灾关键防线。实物图如2.8所示。图2.8传感器实物图MQ-2烟雾传感器还具备以下优点：检测精度高，响应快，抗干扰性强，特别是对一些高浓度的非燃烧类气体的探测能准确识别，不受到干扰，这为系统的精准报警与喷淋系统的开启奠定了强有力的基础。MQ-2具有灵敏度特性。灵敏度特性是指MQ-2在工作在最佳环境下，它去探测同种类型的烟雾，它内部阻值RS随烟雾浓度变化的一种特性。用K来表示灵敏度特性：(2.1)式中R0的含义是指在干净清洁的空气环境下烟雾传感器内部的电阻值。RS含义是指在具有烟雾的环境下，传感器开始工作，其内部电阻值的大小。判断灵敏度特性的好与否，与两种环境下的电阻值有关。其中RS的获取需要遵循以下式子:(2.2)式中m叫做气体分率度。对于一般生活中的烟雾，m的选择，我们都是在1/2与1/3这个范围内进行选择。C为传感器检测出来并显示的烟雾值。n是一个常数值。它的取值又与探测到的烟雾值，元器件材料属性有关。除此之外，它具体值的得来还与外界温度的大小以及元器件材料中是否有含义敏感剂有关。MQ-2型传感器的具体指标如表2.4。在我们设计实际使用过程中，我们电源电压给系统上电之前，我们需要先对MQ-2进行一个预热处理，且预热时间应为20秒左右。这样的目的是为了传感器输出的电阻与电压是一个准确的值。避免造成系统对火灾进行误报的局面产生。表2.4MQ-2的具体指标具体指标详细说明Vh(加热电压）5±0.2VRl（负载电阻）可调RH（加热电阻）31±3Ω（室温）PH(加热功耗)不超过0.9W恢复时间不超过30s响应时间不超过10s探测烟雾的范围100~10000ppm2.5LCD1602显示电路在我们日常的生产与生活中，我们随处可见液晶显示屏的身影，计算器，电子手表，电视机等一些常用电子产品上都存在它的模块。它所能显示的数据也比较广泛，比如数字，字母，还有一些特有的符号及图片都能被它清晰地呈现出来。在液晶显示屏的一系列产品中，LCD凭借功耗低，重量轻，寿命长等优势而脱颖而出。我本次设计就决定选用LCD1602作为室内火灾报警系统中显示烟雾浓度的测量结果。它的技术参数如下：显示容量高达16×2个字符，工作电压在4.5V—5.5V这个范围内，工作电流为2.0mA(5.0V）。即5V为此显示器的最佳工作电压。图2.9为此液晶显示器的实物。图2.10为AD软件绘制的LCD1602显示电路图。表2.5是此显示器各个引脚的功能介绍。图2.9LCD1602实物图图2.10LCD1602显示电路表2.5LCD1602的各个引脚功能引脚图符号状态功能1电源地2电源5V3对比端控制4输入选择寄存器5输入读写操作6输入使能信号7三态LSB8三态LSB9三态LSB10三态LSB11三态LSB12三态LSB13三态LSB14三态MSB(数据总线）15输入背光+5v16输入背光2.6通信模块本次室内火灾报警系统中的通信模块采用的是GSM模块。它是一种接入设备，通过它可以将手机卡集成到通信中，然后实现发送短信，语音通话等一系列数据传输的功能。说简单来就是：它与我们生活常用的通信工具—手机就相差一个键盘，一个显示屏以及一块可充电电池。它凭借小巧的外观，高性价比的优势已逐渐运用于各种工业场合。本次设计采用的GSM产品是SIM800C。它是一款SIMCOM公司生产的工业级四频GSM/GPRS模块。它工作频率低。它相比于SIM900A产品只支持双频来说，SIM800C支持四频。所以SIM800C的使用区域相比而言更加广泛。实物如图2.11所示。图2.11GSM模块实物图该模块有SMA天线接口，TTL电平串口，SIM卡卡座等。它与单片机只需连接发送线，地线，接收线这三根线就能完成自身功能。它还拥有一组锂电池供电接口并且支持5V-18V宽电压供电。同时模块还有两个指示灯，这样让我们在系统调试时，更方便检测出故障所在。GSM的输入引脚如图2.12所示。系统给GSM上电后，它会自动开机，无需按键来控制开机。在室内火灾报警系统中，GSM正常工作后，单片机对GSM进行控制。如果当探测器检测烟雾值达到报警值，将此信号传递给单片机之后。GSM就会通过拨打电话和发短信给指定人员，提醒人们火灾即将来临。图2.12GSM引脚图2.7A/D转换电路总线是由荷兰飞利浦公司开发的一种串行总线。整个系统仅使用两根线：数据线（SDA）和时钟线（SCL）就可以让信息在连接总线上的元器件之间发生传递。简单来说：就是中间处理器与外界设备之间信息的传递只需这两根线即可。这大大提高了交换速度，这种总线系统与其他系列的总线相比，结构相对简单，实用性更强。所以深受技术人员的喜爱。在本次室内火灾报警系统设计中，我们需要将传感器中的电压模拟量转化为数字信号。所以我们采用了A/D转换电路来完成这样的使命。本次设计我们选用的芯片是ADC0832，ADC0832是美国公司生产的一种8位分辨率，双通道A/D转换器芯片。由于体积小，兼容性强，性价比高。受到了单片机爱好者和技术人员的欢迎。所以它具有极高的普及率。它可适应一般模拟量转换要求。它还具有双数据输出作为数据校验，这样可以减小数据误差。引脚图如图2.13所示。基准电压为5V。图2.13ADC0832电路图CS（1）：片选端，低电平方能有效；CH0,CH1(2,3)：双路模拟量的输入端；DI（5）：双路模拟输入选择输入端；DO（6）：模数转换结果的串行输出端；CLK（7）：串行时钟输入端；GND（4）：接电源地。2.8报警电路室内火灾报警系统设计的核心电路之一—声光报警电路，由声音报警和灯光报警相配合而集成在一起。声音报警电路中使用二极管正向导向特性，将此电路接在单片机P15号引脚，然后由单片机直接来控制此电路。具体电路图如图2.14所示。图2.14光报警电路声报警电路由一个三极管和一个蜂鸣器组成。其蜂鸣器接在单片机的P14端口。然后当传感器探测到具体烟雾值之后，单片机做出相应判断，如果判断烟雾值超过预期值，此电路会通过蜂鸣器发出“嘟嘟”的声音。提醒人们火灾即将来临并做好相应预防措施。具体电路如图2.15所示。图2.15声报警电路2.9本章小结本章的主要内容是概述了室内火灾报警系统中通信模块，报警模块，单片机控制模块等硬件电路设计的思想。介绍了室内火灾报警系统设计所涉及主要元器件的作用，其中还对同系列的产品进行了了解，选出了更适合本系统设计的硬件器件。硬件的选型为之后室内火灾报警系统软件部分的设计奠定了基础。同时在本章最开始就介绍了室内消防报警系统的总体设计方案，并给出了总体设计框图，对系统的设计做到了全局规划。还分析了单片机各种型号的优缺点，结合实际，选出最适合本系统的单片机。并对它内部构造和引脚功能原理进行了细致介绍，绘制了它最小系统的电路图，为后续工作打下了基础。第三章软件设计室内火灾报警设计系统主要是通过MQ-2传感器将检测到的信息发给单片机，并且显示在LCD液晶屏上，当数值超过预期值将会发出声光报警，提示家中人将面临火灾的威胁。3.1.系统主程序流程图图3.1主程序流程图主程序流程图如上图所示。需要对烟雾传感器预热,预热之后，传感器会对室内一定区域内的烟雾值进行采集，然后通过A/D转换模块，将信息传递给单片机，单片机与设定值进行对比，如果大于之前的设定烟雾值，即会声光报警模块会被开启从而进行报警，并驱动由继电器模拟的喷淋系统进行工作，并通过通信模块向指定人员打电话和发短信，向他们汇报家中烟雾值。3.2烟雾测量程序流程图图3.2MQ-2烟雾传感器程序流程图首先对进行初始化处理，接下来测量室内烟雾值并显示，测量后，将数值显示在液晶显示屏上；接下来将测量的烟雾值与设定的报警值进行比较，如果大于则进行声光报警并通过发短信和打电话通知家中主人，火灾即将来临，需做好防范准备。3.3液晶显示流程液晶显示屏在开始之前需要进行一个定位操作，也就是对字符的显示位置进行确定。在LCD开始显示之前，必须确定一个位置以指示显示的位置。流程图如图3.3所示。图3.3液晶显示流程图下面给出部分程序，全部程序见附录。#include<reg52.h>#include<intrins.h>#include"LCD1602.h"voiddelayms(intms){unsignedcharj;while(ms--){ for(j=0;j<120;j++);}}（以上为延时子程序）voidLCD_WriteData(ucharLCD_1602_DATA)/*****LCD16数据写入*****************/{ delayms(3);//操作前短暂延时，保证信号稳定 LCD_E=0; LCD_RS=1; LCD_RW=0; _nop_(); LCD_E=1; LCD_DATA=LCD_1602_DATA; LCD_E=0; LCD_RS=0;}/********LCD1602命令写入***********/voidLCD_WriteCom(ucharLCD_1602_COM){ delayms(3);//操作前短暂延时，保证信号稳定 LCD_E=0; LCD_RS=0; LCD_RW=0; _nop_(); LCD_E=1; LCD_DATA=LCD_1602_COM; LCD_E=0; LCD_RS=0;}voidInitLcd()//初始化{ delayms(5); LCD_WriteCom(0x38); LCD_WriteCom(0x38); LCD_WriteCom(0x38); LCD_WriteCom(0x06); LCD_WriteCom(0x0c); LCD_WriteCom(0x01); delayms(5);}voidlcd_1602_word(ucharAdress_Com,ucharNum_Adat,uchar*Adress_Data){ uchara=0; ucharData_Word; LCD_WriteCom(Adress_Com); for(a=0;a<Num_Adat;a++) { Data_Word=*Adress_Data; LCD_WriteData(Data_Word); Adress_Data++; }}3.5本章小结本章主要介绍了室内火灾报警系统的软件设计方案，给出了主程序流程图、烟雾检测模块的流程图，介绍了液晶显示模块的原理和设计流程。同时也对液晶显示屏的编译程序进行了呈现。本章节的重点在于流程图的绘制以及软件部分的编译。在实际设计中，这一段耗费实际是比较多的。因为我需要修改现有的程序，增加室内火灾报警系统设计程序的可读性。为程序烧录到实物中做好基础。

第四章系统调试4.1实物电路4.1.1烟雾检测模块的焊接（1）首先，我自行准备了本次设计所要用到的各种元器件，万用板、烧录器、电烙铁、焊锡丝以及导线若干。图4.1焊接所需元器件图4.2电烙铁接下来，我先对室内火灾报警系统中每个模块的元器件焊接在哪个区域有一个整体的规划并对焊接器件的先后顺序做好打算。在正式开始之前，我们应提高安全意识。因为电烙铁温度高，焊接时要集中注意力，避免出现烫伤等情况出现。在正式焊接工作的时候。我们应遵循：先放电烙铁，然后找寻焊接点，开始融化锡丝的顺序。在结束工作时应先移动锡丝，在拿走电烙铁，最后拔掉电源。在焊接过程中对于不同器件采取的焊接方法也不太一样。对于引脚较少的部件，我就用手握法直接焊接即可。对于引脚较多的构件，一般采用先焊对角线的原则，然后不断调整器件的方向，寻找最佳角度焊接剩余的引脚。焊接完成后，可以用镊子去夹住元器件，看是否焊接严实。除此之外，我们需要注意防止虚焊、漏焊与连锡等情况地出现。同时在焊接电容，蜂鸣器等拥有正反极等构件中，我们需要注意它们的正反极是否接反，从而导致联调的失败。在万用板点与点的焊接中，距离不太远的点可以直接用焊料连接。较长的距离可以通过用导线直接焊接。在对导线焊接时，我们不应该将导线的绝缘层剥的太多，要留有一定距离，防止导线相离太近而发生短路。我们在确保焊接点准确性的前提下，我们应尽量兼顾实物整体的美观性。硬件焊接如下图所示。图4.3硬件电路正面组装图图4.4背面连线图（3）接下来就到了我们的组装模块。我们需要将将MQ-2烟雾传感器安插在在排针上，同时我们还要将LCD1286液晶显示屏也要安装在芯片底座上，同时模拟的喷淋系统也将会从焊接在万用板上的JQC-3FF-S-Z继电器通过导线引出来。最重要的通信模块也要通过导线与单片机的引脚相连接。如图4.5所示。图4.5所有组件拼装后实物图4.2开发环境介绍在室内火灾系统报警设计中我将C语言作为编译语言。它是当今世界上使用最广泛的计算机编程语言之一。又因为C语言的有关知识点，我们在前期的学习中有所涉及。所以，结合自身的实际，C语言是我们这次的最佳选择。C语言与C++，JAVA等其他编译语言相比而言。它性能优异、数据处理速度极快而且使用它的团体较广泛，它的代码也已经发展比较完善和成熟。它既可以用来进行软件开发，也可对系统软件进行编写。本文主要就是利用它来对室内火灾报警系统进行软件开发与系统调试。要编写C语言。我们首先需要一个软件平台来进行编辑。KEILC51就是我们的最佳选择。KEILC51是一款由德国公司开发集编写，仿真于一体的C语言软件开发平台。KEILC51为用户提供了一个完整的开发计划。包括宏汇编、、仿真软件调试器等，并通过集成开发环境将结合起来。这极大提高了使用者工作效率。而且此软件还拥有可以分文件的建立工程需要的程序，函数，可以和Proteus软件联调等优点。4.3程序的编译和调试（1）在正式开始编写程序前，我们需新建一个工程。具体步骤如下：通过鼠标双击KEIL软件，在此软件上方的菜单栏里找到新建工程选项并进行点击，就会弹出相应的页面。然后根据页面的相关指示，对此文件的类型形式以及文件名称进行填写。然后通过点击鼠标，进入下一步操作。如图4.7所示：图4.7创建新工程（2）选择芯片型号。本次设计我选用的芯片是STC89C52RC。当然，在KEIL软件中直接找寻此芯片是无法找寻到的。这个时候我们就需要用到STC的烧录软件—stc-isp。我们先打开stc-isp软件，然后在界面中找到Keil仿真设置选项卡并点击。将STC各系列型号的芯片添加到KEIL软件中。然后重新开启KEIL软件。按照相应的指示，就可以在相对应的菜单栏中中找到STC芯片的信息。如图4.8所示。如图4.9所示。图4.8导入STC芯片信息图4.9芯片的选择（3）新建文件。单击界面上方的快捷键，就会出现可编辑源程序代码的界面，之后点击保存。因为我们使用的是C语言，所以我们需要将文件后缀名改为.c。图4.10创建C语言文件（4）文件建立完成后，右键单击加号按钮，选择新建选项。然后会出现一个对话框，按照指示进行点击，之后对需要添加的文件进行添加。文件添加完成之后。就可以对室内火灾报警系统的程序进行编写。如图4.11。图4.11添加工作组（5）开始编译。当我们对程序的编写完毕后，我们需要对它进行运行测试。点击相关按钮，然后会弹出编译结果界面。当编译结果界面中出现0Error和0Warning时，我们才可以进行下一步的烧录工作了。编译结果如图4.12所示：图4.12编译结果4.4实物调试（1）将测试通过的程序通过烧录器，烧录到单片机里。首先我们点击STC单片机特有的烧录软件—stc-isp。在这软件界面找到好相对应的COM口。一般情况下，串口号都是计算机自己分配的，所以电脑能够自动识别。本次设计所用的是COM1。如图4.13所示。接下来，选择好室内火灾报警系统所用单片机的型号，然后将相对应hex文件导入其中，点击下载程序按钮，最后一步也是最关键的一步，对单片机经过重新上电处理，方可正式进行烧录工作。稍作等待后，即可完成烧录工作。如图4.13所示：图4.13烧录软件界面与实物进行联调。对整个电路进行调试，可以更加直观的找出存在的问题和不足，然后通过不断地调试与改进，对比设计开始时要达到的指标，对整个系统进行修改完善，摘到所欲的电路都满足设计要求。调试效果图如下：A:当烟雾值小于100时，系统不会发生声光报警，喷淋系统不会开启，也不会给特定的人打电话或发短信。详见图4.14。图4.14未报警时效果图B：通过将打火机的火焰吹灭，用散发出液化气来模拟火灾时的烟雾。如图4.15所示。图4.15模拟烟雾值C：当模拟的烟雾值超过设定的100之后，系统会声光报警，同时通过通信模块给指定人打电话和发短信，并开启由继电器模拟的喷淋系统。如图4.16所示。图4.16报警效果图4.5本章小结本章的主要工作是完成了室内火灾报警系统中实物硬件的焊接。然后分别介绍了软件的开发环境、软件系统测试和硬件调试过程。并着手开始进行了系统联调，看室内火灾报警系统是否能满足指定的任务要求，我在一边测试的同时，也一边就检测到的问题进行不断更改。

第五章总结与展望5.1总结本次系统设计的主题是室内火灾报警系统。然后围绕这个课题做了做了详细的阐述。首先，本文先论述了本次设计的工程背景和意义，并通过查阅相关资料了解了国内外火灾报警器的发展现状和趋势。在此基础上，结合了现有产品的技术特点，确定了本次室内火灾报警系统设计方案。然后，