【正文】 .............................................................................................. 21 第 6 章 總結(jié) ................................................................................................................ 22 致 謝 ............................................................................................................................. 23 IV 參考文獻 ....................................................................................................................... 24 第 1 章 緒 論 選題背景及意義 火，給人類帶來了文明的進步、光明以及溫暖，但與此同時，當火失去控制時，又會給人類帶來巨大災難。據(jù)統(tǒng)計， 我國 70 年代火災平均損失不到 億元， 80 年代火災平均損失接近 億元。進入 90 年代，特別是 1993 年以來，火災造成的直接損失上升到年均十幾億元，年均死亡 2020 多人。 隨著社會和經(jīng)濟的發(fā)展，社會財富日益增加，火災給人類社會帶來的危害不斷增加，它不僅能毀壞財產(chǎn)，還會威脅人的生命。于是人類逐漸意識到火災預防和預警的重要性。良好的監(jiān)控以及報警機制能答復減少火災的發(fā)生，并降低不必要的損失。 人類自從進入電氣時代以來，便多了一項火災隱患，那就是由電能所產(chǎn)生的熱能所導致的火災。因此，一個可靠穩(wěn)定而又及時的報警系統(tǒng)顯得尤為重要了。 本文所做的工作 本文中所采用的方案是選用美國 DALLAS 公司推出的高精度溫度傳感器DS18B STC89C52 單片機以及 LCD1602 液晶顯示器等元件來設(shè)計火災自動報警器?？蓪崿F(xiàn)溫度的實時顯示以及溫度達到限定值后自動報警功能。該系統(tǒng)性能穩(wěn)定、硬件電路簡單、價格較低，故有一定的應用前景。 為了完成本文所做的工作為： 1 . 圍繞 STC89C52 來設(shè)計硬件電路。 2 . 用 DS18B20 來實現(xiàn)對溫度的實時監(jiān)控。 3 . 用 LCD1602 實現(xiàn)溫度的實時顯示。 4 . 實現(xiàn)溫度達到限定值后自動報警。 5. 完成程序的編寫。 國外的相關(guān)研究 火災報警系統(tǒng)在國外已有百年以上的發(fā)展史。最早的火災報警系統(tǒng)是 19世紀 40 年代美國人發(fā)明的火災報警 系統(tǒng)。而 90 年代初，英國成功研制溫度式的 火災報警系統(tǒng)，并將其正式應用于火災探測工作中。此后，隨著科技的不斷進步和發(fā)展，火災的偵測技術(shù)也逐步趨于完善。越來越多的火災偵測系統(tǒng)逐步進入市場?；馂牡膫蓽y系統(tǒng)的發(fā)展大致可分為以下幾個階段： 第一階段，從 19 世紀 40 年代到 20 世紀 40 年代左右，是火災報警系統(tǒng)的初級階段。主要以溫度傳感器作為探測器。系統(tǒng)通過溫度傳感器采集溫度信號，然后通過判斷溫度是否達到限定的溫度值來判斷是否發(fā)生火災。系統(tǒng)都較為簡單，且僅靠溫度一個參數(shù)來判斷火災容易收到其他因素的影響，產(chǎn)生誤報警現(xiàn)象。 第二階段，從 20 世紀末到 20 世紀 70 年代末。在 20 世紀的 40 年代末，瑞士物理學家研究出埃姆斯特梅利研究出離子煙感探測器，從此之后煙感探測器被廣泛應用于火災報警系統(tǒng)中，并使得溫度傳感器的報警器的市場份額大幅減小。到了 70 年代末，煙感探測器已經(jīng)不僅僅局限于離子式的，而是在光電技術(shù)的基礎(chǔ)上得到了蓬勃發(fā)展。光電式探測器一經(jīng)面世，便獲得了大力發(fā)展以及大量應用。其優(yōu)點是抗干擾能力強，使用壽命長，且沒有離子探測器的輻射問題。因此，光電式的煙感探測器逐漸取代離子式的探測器，正式登上歷史舞臺。 第三階段是從 20 世紀 80 年代末。在此階段中，總線式的報警系統(tǒng)興起，獲得了廣泛應用。其優(yōu)點是布線的工作量顯著減少，且易于安裝和調(diào)試。但是由于其采用有線連接，因此對工程的要求較高。 第四階段則是從 20 世紀 80 年代中后期至今。在這段時間中，計算機技術(shù)、集成電路技術(shù)以及傳感器技術(shù)飛速發(fā)展，火災報警系統(tǒng)逐步進入智能化時代。模擬量可尋址技術(shù)的應用使得報警系統(tǒng)的安全性、智能型和準確性有了質(zhì)的飛躍。近年來，采用無線通信方式的自動報警系統(tǒng)在國外的市場中呈現(xiàn)出欣欣向榮的狀態(tài)。這種系統(tǒng)應用了無線通信技術(shù)，從而代替了傳統(tǒng)的有線通信技術(shù)，實現(xiàn)了將大多數(shù)電 氣裝置通過無線通信的方式連接起來，并加以控制或是傳輸數(shù)據(jù)。其適用范圍非常寬廣，各種建筑都適用。起初這種報警器緊緊適用于如名勝古跡或是博物館等不適宜大規(guī)模布線的場所，但由于電子元件成本的降低，無線火災自動報警裝置也如舊時王謝堂前燕一般，開始飛入尋常百姓家。 第 2 章 火災自動報警器原理 一般而言，火災報警器主要由火災探測器、單片機、傳感器接口電路、報警器等組成?；馂奶綔y器是通過對火災產(chǎn)生的物理或化學現(xiàn)象，例如氣體、煙霧、溫度等要素進行檢測，并將數(shù)據(jù)發(fā)送至單片機，然后通過單片機執(zhí)行相關(guān)判決程序來判定是否發(fā)生火 災，若發(fā)生火災，則由單片機驅(qū)動報警器發(fā)出警報來進行火災報警。 而對于本文所設(shè)計的報警系統(tǒng)而言，其原理為：先通過單片機控制程序設(shè)定一個報警的溫度值，然后讓 DS18B20 不停地采集溫度數(shù)據(jù)，并送入單片機。單片機將溫度值實時顯示在 LCD1602 液晶顯示屏上，并將采集到的溫度值與預設(shè)報警溫度值進行比較，若采集到的溫度值小于報警溫度值，則重復上述步驟。若高于或等于報警溫度值，則驅(qū)動蜂鳴器進行報警。電路的整體框圖如圖 所示 圖 系統(tǒng)框圖 DS18B20 溫度傳感器 單片機 液晶顯示屏 蜂鳴器 第 3 章 硬件電路設(shè)計 單片機選擇 在一個火災自動報警器中，單片機是其中的核心部件，它需要接受來自傳感器的信號，還需要將其與預設(shè)的報警溫度值進行比對、將溫度信息輸出至LCD1602 液晶顯示屏、驅(qū)動蜂鳴器報警。綜合多方面考慮，本設(shè)計中采用的是STC 公司出品的 STC89C52RC 單片機。 STC89C52RC 是一家深圳的公司 —— STC 公司（宏晶科技）生產(chǎn)的一種高性能但低功耗的 8 位 CMOS 處理器，具有 8K 在系統(tǒng)可編程 flash 存儲器。STC89C52RC 使用經(jīng)典的 MCS51 內(nèi)核，但做了很多改進，是的芯片具有傳統(tǒng)的51 單片機所不具有的功能。它具有以下標準功能： 512 字節(jié) RAM、 8k 字節(jié) flash存儲器、 32 位 I/O 口線，看門狗定時器，內(nèi)置 4KB EEPROM， MAX810 復位電路， 3 個 16 位定時器 /計數(shù)器， 4 個外部中斷，一個 7 向量 4 級中斷結(jié)構(gòu)（兼容傳統(tǒng) 51 的 5 向量 2 級中斷結(jié)構(gòu)），全雙工串行口。另外， STC89C52 可將至 0Hz靜態(tài)邏輯操作，支持 2 中軟件可選擇的節(jié)電模式?？臻e模式下， CPU停止工作，允許 RAM、定時器 /計 數(shù)器、串口、中斷繼續(xù)工作。掉電保護方式下， RAM 內(nèi)容被保存，振蕩器被凍結(jié)，單片機一切工作停止，知道下一個中斷或硬件復位為止。其最高工作頻率為 35MHz， 6T/12T 可選。封裝有 LQFP44 和 DIP40 封裝可供選擇。根據(jù)本設(shè)計的需求，采用 DIP40 封裝。其引腳圖如圖 所示 圖 STC89C52RC 引腳圖 單片機知識 單片機的內(nèi)部結(jié)構(gòu)組成如圖 所示 圖 單片機內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖 由圖可見，該系列單片機主要由隨機數(shù)據(jù)存儲器（ RAM）、程序存儲器（ ROM）、中央處理器（ CPU）、輸入輸出口、串行口、內(nèi)置的定時器 /計數(shù)器、中斷控制、總線控制、以及時鐘電路通過總線連接而成。 CPU 是單片機內(nèi)部的核心器件，分為運算器和控制器兩大部分，此外還有面向控制的未處理功能。 STC89C52中有 512字節(jié)的隨機數(shù)據(jù)存儲器 (RAM)，可通過片外擴展來提升 RAM容量。 存儲器 (ROM)，是用來存儲程序的存儲器，在 STC89C52 中集成了 8K字節(jié)的FLASH 存儲器，如果片內(nèi)的容量不夠，還可擴展至 64KB。 中斷系統(tǒng)：具有 5個中斷源， 2 級中斷優(yōu)先權(quán) 定時器 /計數(shù)器： 片內(nèi)集成了 3 個 16 位的定時器 /計數(shù)器 T0、 T T2，具有四種工作方式 串行口：一個全雙工異步串行口，具有四種工作方式，可進行串口通信，擴展并行 I/O 口，還可以與多個單片機相連以構(gòu)成多級系統(tǒng)。 特殊功能寄存器 (SFR)：共有 26 個特殊功能寄存器，用于 CPU 對片內(nèi)各功能部件進行管理和監(jiān)視。特殊功能寄存器實際上是片內(nèi)各個功能部件的控制寄存器和狀態(tài)寄存器，這些特殊功能寄存器映射在片內(nèi) RAM 區(qū) 80HFFH的地址區(qū)內(nèi)。 時鐘電路用于產(chǎn)生單片機工作時所必需的 控制信號。 STC89C52 單片機的內(nèi)部電路正是在時鐘電路的控制下嚴格按時序執(zhí)行指令進行工作的。 在執(zhí)行指令時， CPU 首先到程序存儲器中取出需要執(zhí)行的指令操作碼，然后譯碼，并由時鐘電路產(chǎn)生一系列控制信號完成指令所規(guī)定的操作。 CPU 發(fā)出的時序信號有兩類，一類用于對片內(nèi)各個