1、目 录摘 要 .IAbstract .II前 言 .III1 总体方案设计 .12 系统原理及原理图 .23 系统的硬件电路 .33.1 控制模块设计 .33.1.1 单片机选型 .33.1.2 单片机最小系统 .43.2 检测电路设计 .63.2.1 烟雾检测电路 .63.2.2 温度检测电路设计 .113.3 显示与报警电路 .153.3.1 显示电路 .153.3.2 报警电路 .163.4 按键控制及电源电路设计 .164 系统主程序设计及流程图 .184.1 主程序设计 .184.2 滤波子程序设计 .194.3 线性化处理子程序设计 .194.4 报警子程序设计 .204.5 控制
2、按键设计子程序 .215 硬件调试 .22结 论 .23致 谢 .24参考文献 .25附录 1：总体原理图设计 .26附录 2：元器件清单 .27附录 3：PCB 图 .28附录 4：实物图 .29附录 5：部分程序源代码 .30智能火灾报警系统的设计摘 要随着社会和经济的发展，防火工作越来越重要，但是目前国内的许多研发都侧重于大型场所的火灾报警。因此，研发一种小型智能报警器是十分必要的，报警器是用烟雾传感器组成的。了解并掌握各类传感器的基本结构、工作原理及特性是非常重要的。为了提高对传感器的认识和了解，尤其是对烟雾传感器的深入研究以及其用法与用途，基于实用、广泛和典型的原则而设计了本系统。本
3、文利用单片机结合传感器技术而开发设计了这一烟雾监控系统。 。本论文以电阻式烟雾传感器和单片机技术为核心并与其他电子技术相结合， 设计出一种技术水平较好的烟雾报警器。其中选用 MQ.2 型半导体可燃气体敏感元件烟雾传感器实现烟雾的检测，具有灵敏度高、响应快、抗干扰能力强等优点，而且价格低廉，使用寿命长。选用的 STC12C5410AD 单片机，其整合了 A/D 转换、硬件乘法器、硬件脉宽调制器等资源，具 有高速、低功耗、超强抗干扰等优点，是目前同类技术中性价比较高的产品。以 STC12C5410AD 单片机和 MQ.2 型半导体电阻式烟雾传感器为核心设计的烟雾报警器可实现声光报警、故障自诊断、浓
4、度显示、报警限设置、延时报警及与上位机串口通信等功能。是一种结构简单、性能 稳定、使用方便、价格低廉、智能化的烟雾报警器。具有一定的实用价值。关键词：烟雾；报警器；STC12C5410；传感器THE DESIGN OF INTELLIGENT FIRE ALARM SYSTEMAbstractWith the advent of the “information age“ as a means of access to information . sensor technology has been significant progress, and its applications more
5、 widely, its increasingly high demand, the demand for more and more urgent. Sensor technology has become the measure of a countrys level of development of science and technology an important symbol. Therefore, to understand and master the basic structure of the various types of sensors, the working
6、principle and characteristics are very important.In order to increase awareness and understanding of the sensor, especially in.depth study of the smoke sensor and its usage and purpose, based on practical, widespread and typical design principles of the system. In this paper, the use of single.chip
7、sensor technology combined with the development and design of the smoke control system. .In this thesis, smoke sensors and resistive core chip technology and combined with other electronic technology, design a technical level better smoke alarms.Which choice MQ.2.type semiconductor combustible gas s
8、ensors to detect smoke smoke sensor to achieve, with high sensitivity, fast response, anti.interference ability, etc., and inexpensive, long service life. Optional STC12C5410AD microcontroller, which integrates A / D conversion, hardware multiplier, hardware resources such as pulse width modulator w
9、ith high.speed, low power consumption, super anti.jamming, etc., similar technology is currently higher cost products.Keywords：Smoke；Alarms；STC12C5410；Sensors前 言火灾” ，是指在时间或空间上失去控制的燃烧所造成的灾害。随着科技的发展，越来越多的巨大的隐患由于工业生产和人们的日常生活而产生。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。对于火灾，相信大家都不陌生，随时可以听到或者看到各种各样的火灾，小的失去钱财
10、，大的家破人亡。火灾的危害性也越来越大。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。智能火灾报警器系统的发展变化很快，新技术的发展进一步拓展了火灾报警系统的应用领域，为一些报警系统无法胜任的环境提供了有效的手段。我国的火灾报警从无到有，从有到现在的智能。火灾报警系统集早期探测、多传感器复合探测和探测器小型化、智能化的方向发展迈出了更快的步伐。随着技术的创新，单片机早已深入应用到工农业生产各个领域及人们生活应用中。于是，各种类型的单片机也根据社会的需求而开发出来。单片机是器件级计算机系统，实际上它是一个微控制器或微处理器。由于它功
11、能齐全、体积小、成本低，因此它可以应用到任何电子系统中去。同样，它也广泛应用于报警技术领域，使各类报警装置的功能更加完善，可靠性大大提高，以满足社会发展的需要。我国的火灾报警从无到有，从有到现在的智能的发展过程，而且它的智能化的程度也越来越高了。面对人类社会的经济与技术的急速发展改进火灾报警系统也成为必做的。火灾报警的工作性能、维护费用及维护要求，向着高可靠性、高灵敏性、低误报率、系统网络化、技术智能化方向发展，因此，研制一种结构简单、价格低廉的智能火灾报警器是非常必要的。1 总体方案设计智能火灾报警系统主要用到的是烟雾报警器，烟雾报警器是能够检测环境中的烟雾浓度，并具有报警功能的仪器。该报警
12、系统的最基本组成部分应包括：信号采集模数转换电路、单片机控制电路、字符显示电路、声光报警电路和安全保护电路等部分组成。为适应家庭和工业等场所对可燃性易爆烟雾安全性要求，设计的烟雾报警器具有显示报警状态。报警器采用延时的工作方式，烟雾检测报警器以 STC89C52 单片机为控制核心，选用 MQ.2 半导体气体烟雾传感器采集烟雾浓度信息，配合外围电路构成烟雾报警系统。本设计包括硬件和软件设计两个部分。从设计的要求来分析该设计须包含如下结构：烟雾检测部分、STC89C52 单片机主控部分、报警部分，AD 采集四大部分。电路总题框图如图 1.1 所示：电源开关电源 STC89C52 单片机AD 采集电
13、路显示电路报警电路按键控制 图 1.1 总体设计框图处理器采用 51 系列单片机 STC89C521。整个系统是在系统软件控制下工作的。设置在监测点上的烟雾检测探头将检测到的烟雾变换成电信号，送出模拟信号，给 AD采集电路采集。在单片机内，经软件查询、识别判决等环节实时发出烟雾报警状态控制信号。驱动蜂鸣器及报警指示灯报警。2系统原理及原理图智能火灾报警系统的原理是依据当烟雾浓度或温度达到设定值时，烟雾传感器和温度传感器感应到信号由 ADC0832 进行处理模数转化再到单片机进行处理，喇叭发出报警声音。系统共分为控制电路、检测电路、显示和报警电路。系统原理图如图 2.1 所示。R106789AB
14、CDEFGP543SWsw-灰NKV.T(X)IL/OUYMpuJ蜂 鸣 器Q+H_图 2.1 系统原理图3 系统的硬件电路3.1 控制模块设计3.1.1 单片机选型单片机是智能火灾报警系统的心脏，用来接收火灾信号并启动报警装置显示和执行相应的报警。在单片机实现的控制功能中，需要单片机有较快的运算速度，使检测人员和用户在报警器系统正常工作时能够及时地观测到实时的烟雾浓度等级，并进行相应处理。同时，在能够满足报警器系统设计的计算速度及接口功能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。由于单片机技术在各个领
15、域正得到越来越广泛的应用，许多国家的集成电路的生产厂家也都相继推出各种类型的单片机，在众多单片机中，MCS 系列单片机就其指令和运行速度而言，比以往的功能强大了很多，性能、技术、可靠性和性能价都十分的优秀，其中，C52 系列单片机的优点是价钱便宜、I/O 口多、程序空间大。因此测控系统中，使用 52 系列单片机是最理想的选择，本设计就选择采用 STC89C52【2】 。TC89C52 是一种低功耗、高性能 CMOS8 位微控制器，具有 8K 可编程 Flash 存储器。使用高密度非易失性存储器技术制造，与工业 80C51 产品指令和引脚完全兼容。片上 Flash 允许程序存储器在线可编程，亦适
16、于常规编程器。在单芯片上，拥有灵巧的8 位 CPU 和在系统可编程 Flash，使得 STC89C52 为众多嵌入式控制应用系统提供高灵活、超有效的解决方案。STC89C52 【3】 具有以下标准功能：8k 字节 Flash，256 字节RAM，32 位 I/O 口线，看门狗定时器，2 个数据指针，三个 16 位定时器/计数器，一个 6 向量 2 级中断结构，全双工串行口，片内晶振及时钟电路。另外，STC89C52 可降至 0Hz 静态逻辑操作，支持 2 种软件可选择节电模式。空闲模式下，CPU 停止工作，允许 RAM 和定时器及串口和中断时继续工作。这一模块以单片机为中心把程序代码烧进去然后
17、外围接上复位电路、振荡电路、键盘控制、LED 显示电路、报警电路等子模块。下面对 STC89C52【4】 各引脚的功能进行较为详细的介绍：(1)电源引脚 Vcc 和 Vss。Vcc(40 脚) ：电源端为+5V。Vss(20 脚) ：接地端。(2)时钟电路引脚 XTAL1 和 XTAL2。XTAL2：接芯片外部晶体引线端。当使用芯片内部时钟时，这两个引线端接石英晶体和电容。XTAL1：接电容的一个端口。在芯片内，它是振荡电路的反向放大器输入端。当使用外部时钟时，用于接地。 (3)控制信号脚 RST ALE PSEN 和 EA。RST 脚：复位信号，只有高电平时才有效。在此输入端保持两个机器周期
18、(24 个时钟振荡周期)的高电平时，就可以完成复位操作。ALE/PROG（30 引脚）：地址锁存允许信号端。当 STC89C52 上电正常工作后，ALE 引脚不断向外输出正脉冲信号。此频率为振荡器频率 fosc 的 1/6，可以做外部时钟或者外不定时脉冲信号。在 CPU 访问片外数据存储时，每取值一次（一个机器周期）会丢失一个脉冲。PSEN（29脚） ；外部程序存储器的选通信号。在由外部程序存储器取指期间，每个机器周期2次 PSEN 有效，但在访问外部数据存储器时，这2次有效的 PSEN 信号将不出现。表 3.1 P3 口的第二功能表引脚 第二功能P3.0 RXD （输入口）P3.1 TXD
19、（输出口）P3.2 INT0（外部中断 0）P3.3 INT1（外部中断 1）P3.4 T0（定时器 0 外部中断）P3.5 T1（定时器 1 外部中断）P3.6 WR（存储器写选通）P3.7 RD（存储器读写通）EA/VPP（31 脚）：当 EA 保持低电平时，外部程序存储器地址为（0000HFFFFH）不管是否有内部程序存储器。FLASH 编程期间，此引脚也用于施加 12V 编程电源（VPP） 。对于无芯片内的 ROM 的 8031 或 8032，须外扩 ERROM，此时必须将 EA 的引脚接地。如果使用有片内 ROM 的 STC89C52，外扩 ERROM 也是可以的，但也要使 EA 接
20、地。(4)I/O（输入/输出端口，P0，P1，P2，P3 ）P0 口：P0 口是一个漏极开路的 8 位准双向 I/O 端口。P1 口：8 位准双向 I/O 端口。P2 口：即可以做地址总线输出地址高 8 位，也可以做普通 I/O 用， （此时为准双向口） 。P3 口：双功能口，即可以做普通 I/O 口用（此时为准向口，也可以按每位定义实现第二功能操作） 。3.1.2单片机最小系统要使单片机工作起来最基本的电路构成为单片机最小系统如图 3.1 示。P1.0234567RST9(XD)INWALGEOVCUYMuFKJ图 3.1 单片机最小系统单片机最小系统包括单片机、复位电路、时钟电路构成。单片机内部具有一个高增益反相放大器，用于构成振荡器。通常在引脚 XTALl 和XTAL2 跨接石英晶体和两个补偿电容构成自激振荡器，可以根据情况选择6MHz、 8MHz 或 12MHz 等频率的石英晶体，补偿电容通常选择 20.30pF 左右的瓷片电容。单片机小系统采用上电自动复位和手动按键复位两种方式实现系统的复位操作。上电复位要求接通电源后，自动实现复位操作。手动复位要求在电源接通的条件下，在单片机运行期间，用按钮开关操作使单片机复位。上电自动复位通过电容 C3 充电来
