基于单片机的防火防漏水报警系统设计

Ⅰ基于单片机的防火防漏水报警系统设计摘要：楼房火灾和楼房漏水作为一种危害极大的灾害通常会对人们的生命财产安全造成极大的损失，全国每年因为火灾造成的伤亡不计其数，严重的影响了人们正常的生产生活，因为楼房漏水，出现水灾的情况也不胜枚举，对人们的财产损失也不计其数。随着经济的发展和城市的快速建设，城市高层、地下建筑等人口集中性强的建筑日益增多，由此火灾的隐患也就大大的增加。尤其是在大型的酒店，商场，以及学校的图书馆和办公楼、人们居住的小区，往往是火灾和漏水发生的高频区域。这些场所一旦发生火灾，势必要给个人和甚至对社会带来一定量的损失。基于上述情况，本课题设计了一套基于单片机防火防漏水报警系统。以单片机为核心，通过烟雾传感器MQ-2采集当前烟雾值通过AD转换提交单片机处理将检测值与预设值进行比较来实现对烟雾的警报，利用水位传感器检测传感器上水滴并将数据提交单片机处理以此来判断是否有漏水现象发生，单片机处理数据的通过液晶LCD1602进行显示，一旦出现异常就会有蜂鸣器进行警报。该系统经过基本调试基本实现了烟雾检测、漏水检测、阈值设置、AD转换、液晶显示、蜂鸣器报警的功能。关键词：单片机；烟雾检测；漏水检测；液晶显示；蜂鸣器报警Ⅲ目录1绪论 页共32页1绪论1.1研究背景与意义现代建筑内楼房一旦发生火灾通常会对人们的生命财产安全造成极大的损失，而且全国每年因为火灾造成的伤亡和损失不计其数。火灾这种极大的危险性的灾难，轻则烧毁一些物品财产，重则直接影响人的生命安全。因此火灾一旦发生就会严重的影响人们正常的生产生活。现代建筑的楼房漏水危害也不可轻视，小规模漏水对人们财产和生命安全随不大，但是滴水却有可以穿透石头的力量，小规模漏水长期以往肯定会对楼房内设施以及楼房建筑带来伤害。现代建筑内发生大规模的漏水现象，也是值得防控注意的，大规模漏水在一定程度上直接会危害人们的生命安全。随着经济的发展和城市的快速建设，城市高层、地下建筑等人口集中性强的建筑日益增多，由此火灾的隐患也就大大的增加。人口密度的增加，伴随着人们生活的增多，同样会出现漏水的现象，影响人生活的情况。尤其是在大型的酒店，商场，以及学校的图书馆和办公楼、人们居住的小区，往往是火灾和漏水发生的高频区域。这些场所一旦发生火灾、水灾，直接会影响人们的生命财产安全，甚至会影响社会的前进发展。对于火灾，随着人类文明的进步，人类能够正确有效的对火进行控制和进行利用，是人类现代文明的一个重要标志。在人类进程中，同火灾进行斗争的历史是相伴的，人们在与火灾斗争的同时，也不断的对如何避免火灾发生进行了总结，进而达到有效控制火的目的，从源头上尽可能的减少火灾所带来的危害。俗话说:“水火是无情的，但人是有情的”。当今世界对于火灾的定义概念是时间以及空间上失去控制的燃烧从而造成的灾害。从古至今火灾一直是困扰人类的一个巨大的问题，曾经的我们无法预测因此更多的是只能被其迫害，人类一直在寻求方法去避免火灾的发生，以及发生后处理的问题。火灾给人类社会的社会发展造成了一定的阻碍，不仅仅是对于物质的破坏，更严重的时直接对人们的性命进行危害。随着当今社会生产力的发展，社会财富日益增加,火灾所带来的伤害在一定范围内上有着上升的趋势规律【1】。据网上媒体资料显示：2021年间全国的消防救援团队共接到报警74.8万起步，其中火灾中死亡的约1887人、不同程度受伤的人员2325人次，直接的财产损失为65.5亿元。从这些骇人听闻的数字来看，火灾造成的伤害无论是人口还是经济上都是对人类一个巨大的打击。这也一定意义上体现了预防的重要性，只有及时的防范，才能减伤一些非必要的伤害。对于漏水，由于现代人们居住的环境多以楼房为主，不少楼房因为一些封胶问题会存在漏水的现象发生，一旦房屋漏水没有及时发现处理，会在一定程度上影响人们的住房体验。此外现代生活中人们居住密度较大，所以经常有因为个人的操作失误或者是房屋质量原因会出现漏水，一旦出现漏水，往往会导致全屋子的家具受到损失、甚至一些较为宝贵的但防潮性差的物品都会受到损失。所以，在漏出的初期，能够快速的检测出并报警，才能够一定程度上减轻危害、提高人们的住房体验、挽回不必要的损失，对人们的日常安全生活进行保障。在现代生活中，消防的方针是“预防为主，防治为辅”，所以，对于火灾和房屋漏水，人们要时时刻刻的以预防为主，同时在火灾和漏水发生的初期要进行有效的预警和解决，这样能够最大限度的减少危害的发生以及保护人们的生命财产安全。综上我认为设计一款基于单片机的防火防漏水报警系统是必要的，在设计中系统控制核心为STC89C52单片机，通过使用MQ-2烟雾传感器来采集当前室内一氧化碳浓度与预定值进行比较，一旦超过当前所设定的一氧化碳正常浓度，系统会直接通过蜂鸣器进行警报。漏水采集通过WaterSensor水位传感器来判断是否有漏水的现象发生，一旦传感器接触水滴，蜂鸣器也会进警报处理。1.2国内外的研究现状防火防漏水报警系统是随着科学技术的发展不断的更新与换代的。在不断的更替中对于火灾和漏水的判断也越来越精准，报警系统的升级对于人们的生命财产安全的保障在一步步提高。对于不同的房屋类型也有了不同的检测与报警设计方案。人的生命是宝贵的，能够预防的灾难一定要尽我们最大的努力去防止灾难的发生。随着人类的科学技术进步，人类在单片机和电子检测技术方面的不断探索，越来越多的先进设备被人们所以应用，特别是在智能系统，智能家居，远程检测系统方面，单片机技术和电子技术发挥了越来越多的作用【3】。在一些场合中，使用单片机作为控制器的系统越来越多，例如在医疗方面，借助于高端的智能单片机技术，智能传感器技术为人们设计了多种诊疗仪器。由于电子技术所设计的产品稳定性，可靠性，精确度不断的提高，进而为大规模的使用智能化提供了有利的保障【7】。从大的方面而言，电子技术推动了人类的文明进程，为人们从传统的机械控制转化为智能控制提供了解决方案。现代的楼宇建设领域中，智能的防火防漏水检测系统能够实现实时的进行异常检测，在异常时，能够第一时间进行报警。因为人们对于灾害危险意识的提高，所以人们对防火防漏水的发展关注就比较密切，而且国家对于防火防漏水报警系统的研究与发展也十分重视，在不断地发展与完善中现如今的防火防漏水报警系统已基本发展稳定。我国应该加大推广的力度，让安全稳定的报警系统实现其研究的价值。西方一些楼宇建设比较发达的国家，他们发展发展智能检测的时间较早，一些发达国家在20世纪70年代就开始对现有的楼宇防火防漏水检测系统进行改善。到21世纪的今天，其发达的检测技术和无线通信技术已经非常普及的应用到了相关领域中【1】。因为外国智能化的楼宇防火防漏水检测系统产业的发展较早，所以对于人们的服务范围也较广，为人们带来便利的同时也提高了整个住房楼宇的安全水平。国外的火灾检测已不单单是从一氧化碳浓度方面入手，而是可以从多方面多个因素来监测当前环境情况。与此同时，伴随着同时伴随着微型计算机技术尤其是单片机技术的不断和进步，现代测控技术的发展、无线网络技术的快速发展、以及专业系统技术等在检测系统上的应用，大大提高系统的先进性，并且许多研究者都提出了新的控制思想和控制算法来改善检测系统【15】。在国内，随着我国人民对于火灾和漏水的安全意识不断的上升，以及智能楼宇防火防漏水检测系统的重视不断增加，与此同时更重要的是离不开我国学者对防火防漏水报警系统的不断探索以及智能检测设备的不断发展与完善。我国现代建筑中，很多大型的开发商在房屋建设的时候，就已经安装设计智能化的系统，从而实现了火灾与漏水的早期检测与报警功能。1.3研究内容在了解到火灾和漏水现象对于现代建筑带来的各种灾害，以及了解了当前国内外在防火防漏水报警系统设计的现状发展。本文以单片机为基础设计了一款基于单片机防火防漏水报警系统，该系统具有火灾检测功能、水滴检测功能、按键功能、显示功能以及报警功能的智能检测系统。具体研究内容如下：①系统总体设计方案，以单片机为核心，烟雾传感器收集烟雾浓度，漏水检测传感器检测水量，通过AD转换器进行信号转换，液晶显示屏显示当前室内烟雾值与预设烟雾值，蜂鸣器进行报警，整个系统协调运作来检是否有火灾和漏水现象发生。②主要元器件选型，包含了单片机模块，烟雾采集模块，漏水采集模块，按键模块，显示模块，报警模块。③硬件设计，对单片机，烟雾检测，漏水检测，液晶显示，烟雾阈值，报警模块，进行了硬件设计。④软件电路设计，为了使系统正常运行，对单片机，烟雾传感器，AD转换，水位传感器，烟雾阈值设定，液晶显示进行了软件设计。⑤实物制作与调试，让整个系统协调运行，对系统进行了联合调试。⑥对论文已完成的内容进行总结，指出不足之处与发展方向展望。2系统设计方案的论证与选择2.1主要功能与系统设计方案2.1.1主要功能要求据网上数据资料显示，在我国每年火灾发生的案例就有74.8万起，因为楼房漏水带来的问题影响也不计其数，不仅仅在我国，在全球范围内因为楼房建筑中火灾与水灾的引发问题也会造成大量的财产流失与人员死亡。因此做好对于突发事件的灾难防范是非常有有必要意义的也是非常必要的。在此背景下，开发一款了基于单片机的防火防漏水报警系统，该系统具有很大的市场潜力，实用性、安全性较高且操作简易便捷。①利用烟雾传感器采集当前烟雾值，与设定的烟雾值上限进行对比，超过上限时进行警报。②利用水位传感器检测水，传感器接触到水滴后进行警报。③利用AD转换器进行模数转换。④利用液晶显示器显示当前室内烟雾值以及设定的烟雾报警上限值。⑤具有警报功能。⑥整个系统设计安全可靠、功耗低。2.1.2系统设计方案防火防漏水报警系统随着当今世界的科技的不断发展时在不断的更新换代的，其功能越来越复杂，实用性能越来越好，环境适应能力也越来越强，系统的稳定性也不断的提高。对于不同的楼房建筑也有着不同的解决方案。为了确保设计的实用性与经济性，需要在诸多元器件中选择较合适的来进行设计。在本设计中，在进行系统的整体方案设计的时候，需要综合考虑到硬件和软件，首先是硬件设计，硬件物料的成本以及考虑元器件的精度和稳定性。其二是系统的软件设计，要考虑到选用的单片机是否合适，是否能够完成数据的精确处理和传感器数据的读取。然后系统的整体方案设计，在整体方案设计的时候，还需要考虑到软硬件之间的相互结合，最终才能实现整体的系统本设计采用模块化设计法，以单片机为核心，通过烟雾传感器MQ-2采集当前烟雾值通过AD转换提交单片机处理将检测值与预设值进行比较来实现对烟雾的警报，利用水位传感器检测传感器上水滴并将数据提交单片机处理以此来判断是否有漏水现象发生，单片机处理数据的通过液晶LCD1602进行显示，一旦出现异常就会有蜂鸣器进行警报。该系统经过基本调试基本实现了烟雾检测、漏水检测、阈值设置、AD转换、液晶显示、蜂鸣器报警的功能。调整个系统结构简单，使用方便。具体方案如图2.1所示。图2.1系统方案设计图单片机模块：负责系统的信息处理，逻辑运算。电源模块：给整个系统进行供电。按键模块：对烟雾的上限进行设置。蜂鸣器模块：异常时进行报警。烟雾传感器：与ADC模数转换模块实现对室内烟雾浓度的检测。漏水传感器：检测是否有漏水现象发生。2.2系统模块选型2.2.1控制器模块方案一：选用较为传统的可编程逻辑器件CPLD为设计使用的控制器。这种控制器的功能和特点是处理的逻辑功能强、稳定性能好、有丰富的IO资源、虽然其体积小但是处理规模却很大。该控制器采用了并行输入与输出方式，通过这种处理方式能将整个系统的运行处理系统都提高，因此通常用来作为大规模的控制系统的核心。其实物图如2.2所示。图2.2CPLD实物图但在我的系统设计中不需要如此繁杂的逻辑处理功能，而且本设计对非常极速的运行数据处理的速度也不是特别需要，此外再从经济的角度出发考虑因此我舍弃了这种方案。方案二：将控制系统核心选择为较为经典的STC89C52单片机。选用这款单片机是非常适用于本系统设计的。首先它的软件编程非常的具有能动性，控制能力较强，而且它的处理速率逻辑高于一般控制器，进行处理运算速度也较为出众。考虑它的另一个方面是其不但体积小，成本低廉而且其功能消耗较小【2】。选用STC89C52单片机会给设计带来很多便利，其技术发展已经较为成熟，材料资源丰富，拥有可位寻址操作。其实物图如2.3所示。图2.3STC89C52实物图由虽然本论文所设计的系统对与运算处理能力具有一定要求但要求程度不是特别高且设计中从物件大小和经济性的方面考虑，显然方案二更适合于用来作为本设计的控制器，其性价比要优于方案一。2.2.2显示模块方案一：采用静态的显示方法.静态的显示方法制作过程较为复杂尤其是对于硬件的制作，静态模块显示需要使用到多个移位寄存器，会试整个系统的功耗加大，但是其输出的话只需要两根串口线。其实物图如2.4所示。图2.4静态模块显示实物图方案二：采用LCD显示的方法。LCD显示非常适合用来进行单片机的设计。其硬件的制作十分简易。LCDM1602可以直接显示出32个字符，它的显示内容较多。它还可以与单片机的接口直接进行对接。其性价比十分高，不仅所用的功耗小而且成本低廉不足之处就是亮度不是很高。其实物图如2.5所示。图2.5LCD模块显示实物图经过两种方案的对比考虑，本设计所选用的为方案二中LCM1602模块作为系统的液晶显示。比较与方案一方案二更适合的优点为其功耗小、显示内容多、易于操作以及成本低。2.2.3烟雾采集模块本设计采用MQ-2烟雾传感器，MQ系列传感器是一款适用性非常高的传感器。其使用范围广且价格便宜。MQ-2传感器所使用的敏感材料活性很高的金属氧化物半导体，其原理是传感器加热后在不同浓度的气体中的导电率不同。可通过其导电率不同的性质，将导电率的变化转换成气体浓度相对应得信号，从而输出达到检测的目的。MQ-2烟雾传感器的输出方式为：模拟量的输出即当前传感器前烟雾浓度高的时候，这个时候AO引脚输出的电压值高，所以ADC采集出来的模拟量就会变高。数字量的输出：通过设定浓度阈值，当检测到当前环境的烟雾浓度超过设置的阈值的时候，通过数字引脚DO输出低电平。MQ-2烟雾传感器检测的范围是100-1000ppm。是这个传感器是一款专门用来检测室内烟雾的传感器，在设计中再辅以ADC0832转换器就可以完成对室内烟雾浓度的采集【3】。其实物图如2.6所示。图2.6MQ-2烟雾传感器实物图2.2.4漏水采集模块方案一：选用较为广泛使用的雨滴传感器，这种传感器一般多使用在汽车雨刮系统上，当雨滴传感器搜集到雨水的时候就会输出一个数字信号，系统识别后会控制雨刮的开关进行工作。这种雨滴传感器所使用的材料通常采用品质较高的FR-0.4双面材料，它具有面积大，而且其表面经过镀镍处理后对于抗氧化方面性能非常强，其信号输出形式还有模拟信号AO电压的输出。使用该传感器较多的还是对室外的天气状况监测，本系统主要是对于室内的水量监测，所以我舍弃了该传感器。雨滴传感器实物图如下图2.7所示。图2.7雨滴传感器方案二：在此次的设计中对漏水方案的检测更偏向于采用sensorwater水位传感器。这是一款简单易用且性价比较高的水位传感器。该传感器是通过一行行在外裸露的平行导线来测量当前传感器上水量的大小。该传感器工作原理为使用暴露的导线可以感知到是否有液体以及所接触液体量的大小，液体的量越大，则经过导线并最终达到回路的电流越大，在此基础上课完成从水量到信号的转换。因此当有较大的滴水触碰到水位传感器时就会检测出来，所以用该传感器来检测该位置是否有漏水现象发生。sensorwater水位传感器其实物如下图2.8所示.图2.8水位传感器实物图2.2.5报警模块本设计中，采用的是蜂鸣器报警系统，当系统检测出现异常的时候进行声光报警处理。其实物如图2.9所示。图2.9蜂鸣器报警实物图2.3本章小结本章主要阐述了对于整体设计的硬件使用与选择思路，在考虑完多种因素的情况下，尽可能选择最为合适的原件模块进行使用，同时兼顾了各个模块的协调性，为之后的设计与选择提供基础。3系统硬件设计3.1STC89C52单片机及其最小系统设计3.1.1单片机特点介绍本系统采用的是STC公司研发的STC89C52单片机。STC89C52是STC公司进行设计和研发的一个低功耗高性能的单片机，虽然它的功耗很低，但是由于其采用C51架构，使得其处理速度特别的快，同时还它还是一种8位的单片机，其片内资源丰富，有常用的串口模块，定时器模块，以及多路的IO【4】。用户在使用的时候，可以通过操作其位的方式进行操作，完成所需要的功能，其操作简单，编程相对容易。STC89C52单片机，其功能强大，特点如下：①单片机外置32个I/O端口，每个IO都可以单独使用，也可以复用其他功能。②外置2路的中断，能够实现对外部信息的中断输入，形成事件优先级。③具有多种调试模块，串口调试模，JTAG调试模块，进而使得开发简单，操作方便。④单片机内部有多路的定时器，系统可以进行使用。STC89C52单片机，作为STC公司设计的一款嵌入式处理器，其功能强大，相比较于传统的MC-51单片机，其功耗更低，处理速度更快，稳定性好，因此得到了广泛的使用。3.1.2单片机最小系统设计所谓单片机的最小系统，就是满足当前芯片处理运行工作的最基本要求的单片机系统那这个系统就称为单片机的最小系统。单片机最小系统设计前需要充分地知道自己的单片机所想要满足的功能，在确定自己的功能后再对单片机进行能满足芯片处理运行工作的系统进行设计，此时才能够更有目的性的设计，从而达到事半功倍的效果。通过阅读STC89C52单片机的手册，可以看到，在进行单片机设计控制系统的时候，进行设计一个单片机最小系统，这个单片机最小系统包含，单片机本身，复位电路，时钟电路，电源电路。本设计中，根据单片机的手册，设计出的最小系统原理图如图3.2所示。图3.2STC89C52单片机最小系统（1）电源电路根据单片机系统的供电要求，在本系统中，对单片机采用5V的直流电压来进行供电。采用USB接口进行供电，当按下接通电源的时候，此时开关导通，开始对设备进行供电。（2）复位电路本设计中采用的是按键复位，复位电路的主要功能是将电路重置的，就是让单片机重新回到起始状态。引脚与单片机的RST位相连。当单片机的RST引脚连接10K电阻和电容时，上电复位。当复位信号与电源接通后，此时信息已被初始化。当程序出现错误时，按动复位键后信息初始化，重置信息。系统一般都有上电复位和外围按键复位两种模式，需要在时钟电路开启后施加2个机器周期的高电压在RESET上。其硬件电路图如图3.3所示。图3.3复位硬件电路图（3）晶振电路由于STC89C52内部是没有震荡电路的，所以添加了一个12MHZ的晶振，为系统提供时钟信号，保证系统的稳定运行。晶振电路又被成为时钟电路，是一种振荡电路。它能够为单片机提供一个正弦脉冲的时钟信号。时钟的频率决定了系统的运行速率。时钟电路的两个引脚分别接在单片机的Xtal1和Xtal2处。Xtal1是反向放大器的输入，反向放大器输出则是Xtal2。此反向放大器可以设置为片内的振荡器。而当器件被外部时钟驱动的时候，此时Xtal2应不连接。一台机器的周期有6个状态周期，其中2个振荡周期组成1个状态周期，所以12个振荡周期被称为机器周期。当外接所使用的石英晶体振荡器为12MHZ振荡频率，此时一个振荡周期为1/12us，故一个机器周期为1us。其硬件电路图如图3.4所示。图3.4晶振电路硬件图3.2烟雾检测电路设计本系统中，需要对室内的烟雾浓度进行实时的检查，本设计中，采用的是MQ-2烟雾传感器。MQ-2烟雾传感器能够实现对环境中的烟雾检测，同时还能够实现对可燃性其他的检查，例如天然气，液化气等，所示使用烟雾传感器来对火灾检测是非常合适的。MQ-2烟雾传感器具有较高的测试分辨率和测试的灵敏度，进而能够有效的准确的检测出烟雾浓度。本传感器使用的寿命非常的长，具有非常强的可靠性和稳定性。在MQ-2烟雾传感器的内部，是由A12O3微型器件和陶瓷管以及半导体元件SnO2敏感层以及测试电极和加热器件共同构成的。由于MQ-2烟雾传感器的输出信号是模拟信号，单片机无法直接进行识别，所以需要添加一个ADC转换器。目前，常用的ADC转换模块有多种，从转换位数上来区分，有8位的，有16位的，还有高精度的24位模数转换器，其位数越高，转换的精度也越高。而从AD转换器内部的器件上来看，又有比较型的AD转换器，双积分形式的AD转换器以及主次比较型的转换器。它们都是基于不同的方式来实现将测试的电压转换为数字信号。从外部来看，是一个或者多次输入接口，然后有数字输出部分与单片机进行连接【3】。在本设计中，选择的是ADC0832模式转换芯片。ADC0832一职中8位分辨率的模数转换器，它能够实现最高256级的电压识别，也就是将测试的电压分为256分，然后可以识别到的最小电压为1/256。对于烟雾传感器输出的0-5V而言，其能够识别最小分辨率0.0195V的电压，所以其分辨率是非常高的，能够识别传感器输出的微弱信号，这对于整个系统测试过程中的精度还是非常重要的【6】。同时，该信号的转换时间仅为32μS，转换速度非常快。在电压的输入方面，该模块具有两个输入通道，一个CH0和一个CH1，通过将传感器的输出引脚连接到这两个通道的任意一个通道，就能够实现电压的采集并进行转换。在本设计中，采用的是通道0。单片机在对其进行采用的时候，需要四个个IO，一个是时钟信号，一个是片选信号，另外两个是数据输入和输出引脚，如图3-4所示为设计的ADC0832与单片机进行通信的电路图，本设计中，使用P1.0与ADC0832的CS进行连接，P1.1与CLK进行连接，P1.2与DO进行连接，P1.2与DI进行连接。通过这四个IO的共同协作，进而实现了单片机对ADC0832的操作，读取电压转换值【11】。其电路设计如图3.6所示。图3.6烟雾采集电路设计3.3漏水检测电路设计本设计中，需要对楼房的漏水进行检查，本设计中使用的是漏水检测传感器是WaterSensor，该传感器是一款性价比较高的水位检测传感器，其操作起来十分简便。它的工作原理是通过很多排暴露的平行导线来感知水量的大小，当水量越大的时候经过导线并最终达到回路的电流越大，通过转换传感器可轻易完成水量到相关数字信号的输出。本设计中，采用的WaterSensor漏水传感器一共有是三个引脚，VCC为传感器的供电引脚，GND为地引脚，OUT为数据输出引脚，在本设计中，为了提高水位检测的灵敏度，将水位传感器的输出连接到LM393比较器端，进而实现高精度的水位识别【3】，其电路设计如图3.8所示。图3.8漏水检测电路设计本设计中，设计了一个水位传感器，其中，水位传感器接到J1端，然后如果此时检测到水，则LM393的1号输出引脚的电平就拉低，进而单片机的P3.6就会被拉低，单片机就会判断出此时与漏水的情况。3.4液晶显示电路设计在本设计中，对于患者按下按键时的号数显示以及是否是紧急模块还是普通模式，在护士站都是通过液晶来进行显示的。本设计中，采用的是液晶LCD1602，该显示模块具有的分辨率为12×2，该模块的内部是具有字符和数字存储，能够实现，数字，英文进行显示。同时，通过特定的取模工具还能够实现对特殊图形的显示。该模块还有一大特点就是低低功耗【7】。液晶LCD1602的基本参数如下：①低电压供电，供电电压为3V到5.5V。②高分辨率，分辨率为16*2。③内置字符库，方便进行字符，数字的显示。④内置128个16*8的点阵字符，方便显示各种字符。⑤2MHZ的时钟晶振，保证了显示的稳定。⑥背光方式采用高亮的白色LED灯，通过VO引脚可以调整背光亮度。⑦通信方式分为串行和并行，方便进行电路设计和程序开发。⑧内置DC-DC模块，无需额外电源。在本系统中，液晶LCD1602与STC89C52单片机的P0和液晶LCD1602的数据通信IO进行连接，完成数据的通信，RS，RW，EN与单片机的P1.4，P1.5，P1.6，IO进行连接，完成指令的通信，进而控制数据显示，其电路设计如图3.10所示。图3.10液晶显示电路设计3.5按键设置电路设计本设计中，对于烟雾浓度的上限，采用的是按键来进行输入的，按键开关是一种轻触形式的按键开关，通常也被人们称为轻触开关。用户在使用的时候，只需要清除，就能够实现开关的闭合动作。该开关是一种电子开关，属于电子器件的一种，常被人用作输入控制。用户在使用的时候，只需要满足外部的操作力，向开关垂直方向施加一个力，就能够实现开关内部弹片的导通，继而实现信号的输入动作。本设计中，采用的是常用的6*6*5mm按键开关【8】。这种开关经常被人们所采用，用于进行动作的输入。本设计中，采用的6*6*5mm按键开关能够承受-30度到70度的温度，工作电压为DC12V和0.5A，所以在本单片机系统中，完全的够用。在本设计中，设计了3个按键用来进行烟雾浓度上限输入，其电路图如图3.11所示。图3.11按键电路设计使用的是单片机的P3.2，P3.3，P3.4，当对应的按键按下的时候，单片机的IO被拉低，系统执行对应的设置函数。3.6报警电路设计本系统中，当系统检测到漏水或者是有火情的时候，系统会控制蜂鸣器进行发声。本设计中，采用的是驻极体的蜂鸣器。驻极体蜂鸣器在操作的时候，特别的简单，当在其两端增加一个直流5V电压时，蜂鸣器就会发出声响，以此来对人们进行提示。本设计中，【7】。其电路设计如图3.13所示。图3.13蜂鸣器电路设计本设计中，由于蜂鸣器在进行发声的时候，需要的电流较大，所以STC89C52单片机无法直接驱动，本设计中，通过了NPN的三极管进行发声驱动，当STC89C52的P3.7IO输出高电平的时候，三极管导通，蜂鸣器发声，当输出低电平的时候，三极管关闭，蜂鸣器不再发声。3.7整机电路图在前面的章节中，分别进行了单片机最小系统的设计，烟雾检测电路设计，漏水检测电路设计，液晶显示电路设计，蜂鸣器电路设计，按键设置电路设计，报警电路设计。在考虑各个元件之间的协调性的情况下，进行了连接与排版。最终，利用AltiumDesigner设计出了相对较为合理的整机原理图，如图3.14所示。图3.14整机电路设计3.8本章小结本章主要对设计中所使用的硬件进行一一阐述。首先介绍了对于STC89C52单片机最小系统的设计以及对于系统电源电路、复位电路、晶振电路的设计。其次对MQ-2烟雾传感器进行了非常详细的设计思路阐释并展示了烟雾采集电路设计图。紧接着就是对漏水检测模块的设计进行解析，表述了设计思想并展示了漏水检测电路设计图。接着对显示模块进行设计，展示了液晶显示LCD1602的基本参数。然后对阈值电路的设计也是至关重要的。报警模块就是采用的蜂鸣器本章对蜂鸣器的电路进行了设计使用的处理。最后就是使用了Altiumdesigner对整机电路图的设计。4系统软件设计4.1开发环境Keil在本设计中，对于程序的编写，使用的是Keil，这是一个集成了编辑器，工程管理，多种工具为一体的集成化工具。通过使用Keil的工程管理功能，系统对本设计进行工程的建立，然后一步一步完成程序开发与调试。在进行调试的过程中，还有错误提示，警告提醒等功能，方便进行调试使用。开发界面如图4.1所示。基于STC89C52单片机的系统开发的时候，采用的是Keil4编程软件。Keil是一款兼容C语言进行程序开发的软件，它能够提供C语言编译器，链接器以及库文件的链接，同时还能够提供系统的仿真设计。它支持在window环境下进行程序的开发【12】。Keil4是Keil的第四代软件，该软件相较于前几代，其开发环境大大改善，能够更有效的进行程序开发。它不仅仅是集成了编译环境，还集成了项目管理器。是Keilfor51，是一款Keil专门为51内核的单片机系列单片机程序开发的工具【9】。图4.1Keil开发界面4.2系统主程序设计在系统进行了整机的电路设计之后，利用Keil进行了系统程序的开发，在开发的过程中，首先是先分配每个模块使用的IO，主要是对按键模块和液晶LCD1602模块以及蜂鸣器模块进行分配IO，然后书写分模块，最终通过一个主函数，将分模块引用添加，实现系统的整体功能【10】。基于单片机防火防漏水报警系统软件开发主要包含各个模块的初始化和相应的寄存器配置【13】，初始阶段，为了提高系统的实用性，先对液晶进行初始化，并显示相应的字符，同时单片机控制烟雾传感器传感器，漏水检测传感器进行数据采集，采集完成之后，进行判断如果出现异常，则进行报警【14】。其系统的流程框图如图4-2所示，其系统主程序代码如图4.3所示。图4.2系统主程序设计框图图4.3系统主程序代码图系统主函数程序代码包含了各个模块基本的内容，体现了设计的主要框架结构，对各个模块起到了一定的注释作用，显现了整篇代码设计的整体思想。4.3烟雾检测程序设计本系统中，使用的MQ-2烟雾传感器，在输出的时候采用的是模拟信号，本设计中，利用ADC0832进行数据的转换。单片机上电之后，先进行ADC00832的初始化，然后发送指令进行启动，ADC0832完成转换之后，单片机发送指令进行读取【15】。其程序流程图如图4-4所示，其程序代码如图4.5所示。图4.4烟雾采集程序流程框图图4.5烟雾采集程序代码图 烟雾采集主要根据当前ADC0832采集数据，然后进行转换数据信号，再将数据传递给单片机，单片机读取到数据后与预设值进行比较从而判断当前烟雾浓度是否异常。4.4漏水检测程序设计本设计中，通过漏水传感器来对火灾进行采集，而漏水传感器的输出为数字信号，所以单片机只需要判断该IO的状态就能够实现对漏水的检测。程序流程框图如图4.6所示，程序代码图如图4.7。图4.6漏水检测程序流程框图图4.7漏水检测程序代码图漏水检测主要判断当前传感器输出的代码是否为低电平，从而进一步判断当前检测传感器设备是否有水。4.5液晶显示程序设计本系统中，采用液晶LCD1602进行当前烟雾浓度值，是否有水进行显示。单片机对其操作时，首先进行初始化，然后发送指令，确定要在那个位置进行显示，然后发送信息，显示数据，完成最后的显示，其程序流程图如图4.8所示，其程序代码如图4.9所示。图4.8液晶显示程序流程框图图4.9液晶显示程序代码图液晶显示系统主要功能有液晶屏幕初始化、读取指令、确定显示位置、送入数据、进行显示。4.6本章小结本章主要是对设计中各个设计程序的逻辑展示。本章包括开发环境的介绍、系统主程序的设计、烟雾检测程序的设计、漏水检测程序的设计、液晶显程序的设计。5系统制作与调试5.1实物制作在进行完电路图的设计之后，利用Keil进行程序的编写，在没有错误之后，编译成功。然后按照电路图的电气连接进行了焊接，本设计中，采用的是PCB板进行的焊接。实物图如图5.1所示。图5.1焊接后的实物图在焊接的过程中，主要用的工具有万用板，电烙铁，斜口钳，镊子，万用表等。通过利用电烙铁进行焊接，利用万用表测试是否有虚焊和短路的情况，最终实现了系统的焊接。5.2STC89C52最小系统调试在焊接完成实物之后，第一步就是对STC89C52单片机最小系统进行调试，因为单片机最小系统是整个设计的核心和关键。上电之后，首先看最小系统是否可以正常工作，是否有发热短路的地方，如果有，要及时的改进。实物如图5.2所示图5.2STC89C52单片机最小系统调试5.3烟雾调试本系统通过液晶LCD1602对当前的烟雾浓度值进行显示，如图5.3所示。图5.3烟雾采集调试5.4漏水检测调试当系统没有检测到漏水的时候，液晶显示WS，当检测到有水的时候，液晶显示YS。如图5.4所示。图5.4漏水检测调试5.5报警调试在本系统中，点烟一张纸巾之后，会产生大量的烟雾，MQ-2烟雾传感感应到之后，会进行蜂鸣器报警。其调试如图5.5所示。图5.5蜂鸣器报警5.6整机调试最终，在分别进行了实物的焊接，短路，断路的检查，元器件的核对之后，将程序下载到了单片机进行了调试，实现了整个的系统，完成了调试，系统实现了任务书中的要求。其调试图如图5.6.1、5.6.2、5.6.3所示。图5.6.1整机调试图5.6.2整机烟雾协调检测图5.6.3整机水位协调检测5.7本章小结实物制作的过程是对本设计的一项极大考验。从开始的功能规划，想要设计的产品中应该包含哪些功能。元器件选型，对于实物的制作与购买，既要考虑到所选择的元器件的经济性，又要考虑到实用性还需要分析该物件是否适合用来制作设计。接着就是对各种元件的电路设计，不仅要确保设计电路没问题更需要在焊接的时候注意每一个焊点之间的连接，不能够出现虚焊漏焊的现象。焊接完成后一定要对事物进行调控，需要进行反复的调试来确保设计的每一个功能正常的实