【正文】 畢 業(yè) 論 文（設(shè) 計(jì)） 論 文 （ 設(shè) 計(jì) ） 題 目 ： 基于 AT80C51單片機(jī)控制的煙霧報(bào)警器設(shè)計(jì) 所屬系別 信息工程系 專業(yè)班級(jí) 姓 名 學(xué) 號(hào) 指導(dǎo)教師 撰寫日期 2021 年 5 月 摘 要 本設(shè)計(jì)以傳感器和單片機(jī)作為煙霧報(bào)警器設(shè)計(jì)的核心器件，配合其它器件即可實(shí)現(xiàn)聲光報(bào)警、自動(dòng)排煙換氣和消防滅火等功能。設(shè)計(jì)中單片機(jī)選用 AT80C51 作為控制器件，傳感器選用 QMN5 型氣體傳感器實(shí)現(xiàn)對(duì)煙霧的檢測(cè)。煙霧報(bào)警器主要由煙霧信號(hào)采集及前置放大電路、模數(shù)轉(zhuǎn)換電路、單片機(jī)控制電路、顯示電路、聲光報(bào)警電路和安全保護(hù)電路構(gòu)成，設(shè)計(jì)合理、簡(jiǎn)單易懂、價(jià)格低廉，使單片機(jī)在煙霧報(bào)警系統(tǒng)的控制中得到充分應(yīng)用，具有一定的 實(shí)用價(jià)值。論文主要針對(duì)煙霧報(bào)警系統(tǒng)中的各個(gè)組成部分及功能進(jìn)行了詳細(xì)的介紹和說明，并對(duì)其主控電路和外圍設(shè)備電路之間的接口連接方式，以及系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)進(jìn)行了重點(diǎn)的分析和講解。 關(guān)鍵詞 ：煙霧報(bào)警器，單片機(jī)，傳感器 Abstract Which the sensor and the microcontroller of the design is the most important part of alarm devices, with other devices can achieve alarming with sound and light, automatically reducing smoke and fighting fire ,etc. IN design, microcontroller used AT89C51 and select QMN5 Gas Sensor to detect smoke. Smoke alarm mainly by the signal acquired circuit, A/D converted circuit, MCU controlled circuit,displayed circuit and alarming with sound and light circuit,reasonable design, simple structure, easy to use, inexpensive. As a result, the microcontroller in the control of the smoke alarm system is fully applied. Therefore, this design about smoke alarm has practical value. Thesis give detailed introduction for the function and theory of the various ponent parts of the alarm system, focus on the interface technology between its main controlled circuit and peripheral circuit, also give explanation of the software . Key words ： Smoke Alarm， SCM， sensor 目 錄 ..............................................................1 ................................................1 ........................................... 1 ............................................. 2 3 系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì) ......................................................... 3 煙霧傳感器的選型 .................................................... 3 單片機(jī)的選型 ........................................................ 4 89C51 簡(jiǎn)介 .................................................... 4 ............................................... 6 ..................................................... 6 A/D 轉(zhuǎn)換電路 ........................................................ 7 ................................................. 9 ....................................................... 10 ..................................................... 10 ....................................................... 11 ................................................ 11 ............................................... 12 4 系統(tǒng)軟件的設(shè)計(jì) ........................................................ 14 .............................................. 14 .................................................. 14 .............................................. 15 5 結(jié)論 .................................................................... 17 參考文獻(xiàn) ................................................................. 18 致 謝 ..................................................................... 19 1 隨著經(jīng)濟(jì)和城市建設(shè)的快速發(fā)展，城市高層、地下以及大型綜合性建筑日益增多，火災(zāi)隱患也大大增加，火災(zāi)發(fā)生的數(shù)量及其造成的損失呈逐年上升趨勢(shì)。一旦發(fā)生火災(zāi)，將對(duì)人的生命和財(cái)產(chǎn)造成極大的危害。社會(huì)和經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展，社會(huì)財(cái)富日益增加，火災(zāi)給人類、社會(huì)和自然造成的危害范圍不斷擴(kuò)大，它不僅毀壞物質(zhì)財(cái)產(chǎn)，造成社會(huì)秩序的混亂，還直接危脅生命安全，給人們的心靈造成極大的傷害。殘酷的現(xiàn)實(shí)讓人們逐漸認(rèn)識(shí)到監(jiān)控預(yù)警和消防工作的 重要性，良好的監(jiān)控系統(tǒng)和及時(shí)的報(bào)警機(jī)制可以大大降低人員的傷亡，為社會(huì)減少不必要的損失?；馂?zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng) (FAS)就是為了滿足這一需求而研制出的，并且其自身的技術(shù)水平也在隨著人們需求的不斷地提高，在功能、結(jié)構(gòu)、形式等方面不斷地完善。 在本論文中的最主要的設(shè)計(jì)是選 AT89C51單片機(jī)和 QMN5半導(dǎo)體氣體煙霧傳感器為核心器件。 AT89C51 單片機(jī)兼容標(biāo)準(zhǔn) MCS51 指令系統(tǒng)，功能強(qiáng)大，可供許多高性價(jià)比的場(chǎng)合應(yīng)用，能夠靈活應(yīng)用于各種控制領(lǐng)域。 QMN5 半導(dǎo)體氣體煙霧傳感器在較寬的濃度范圍內(nèi)對(duì)可燃?xì)怏w有良好的靈敏度 ，壽命長(zhǎng)，成本低，非常適用于家庭使用的氣體泄漏報(bào)警器。由這兩個(gè)核心器件設(shè)計(jì)而成的整個(gè)煙霧報(bào)警器系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)聲光報(bào)警、報(bào)警狀態(tài)字符顯示、換氣扇排煙和噴水滅火等煙霧報(bào)警器應(yīng)有的功能，是一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、性能穩(wěn)定、使用方便、價(jià)格低廉、智能化的煙霧報(bào)警器，具有一定的實(shí)用價(jià)值。 煙霧報(bào)警器是能夠檢測(cè)環(huán)境中的煙霧濃度，并具有報(bào)警功能的儀器。該報(bào)警系統(tǒng)的最基本組成部分應(yīng)包括：信號(hào)采集及前置放大電路、模數(shù)轉(zhuǎn)換電路、單片機(jī)控制電路、字符顯示電路、聲光報(bào)警電路和安全保護(hù)電路 等部分組成。 為適應(yīng)家庭和工業(yè)等場(chǎng)所對(duì)可燃性易爆煙霧安全性要求，設(shè)計(jì)的煙霧報(bào)警器具有顯示報(bào)警狀態(tài)、故障自檢、換氣排煙和自動(dòng)滅火等功能。報(bào)警器采用延時(shí)的工作方式，煙霧檢測(cè)報(bào)警器以 AT89C51 單片機(jī)為控制核心，選用 QMN5 半導(dǎo)體氣體煙霧傳感器采集煙霧濃度信息，配合外圍電路構(gòu)成煙霧報(bào)警系統(tǒng)。 2 可燃煙霧報(bào)警器系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖 21 所示。 圖 21 可燃煙霧報(bào)警器系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖 該系統(tǒng)的工作由煙霧信號(hào)采集及放大電路將采集到的煙 霧濃度信息轉(zhuǎn)化為放大的模擬電信號(hào)。模數(shù)轉(zhuǎn)換電路再將該模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成單片機(jī)可識(shí)別的數(shù)字信號(hào)后送入單片機(jī)。單片機(jī)對(duì)該數(shù)字信號(hào)進(jìn)行處理，并對(duì)處理后的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。當(dāng)輸入 A/D轉(zhuǎn)換器的放大信號(hào)不為零時(shí)，啟動(dòng)報(bào)警電路。反之則為正常工作狀態(tài)。 設(shè)計(jì)中為了方便檢測(cè)與監(jiān)控，使儀器測(cè)試人員及用戶能夠間接知道環(huán)境中的煙霧濃度，所以用數(shù)碼管顯示字符來指示報(bào)警狀態(tài)。系統(tǒng)采用蜂鳴器聲音報(bào)警和 LED 閃爍狀態(tài)作為警報(bào)信號(hào)。這種報(bào)警方法是在聲音報(bào)警基礎(chǔ)上，加入光閃報(bào)警。因?yàn)樽兓墓庑盘?hào)可以引起用戶和家庭鄰居的注意，彌補(bǔ)了在嘈雜環(huán)境中聲音報(bào) 警的局限，使得報(bào)警裝置更加完善。在報(bào)警啟動(dòng)的同時(shí)，單片機(jī)控制器還可以控制調(diào)節(jié)閥噴水滅火和換氣扇排煙動(dòng)作。 系統(tǒng)留有繼電器接口，使單片機(jī)能夠控制換氣風(fēng)扇和調(diào)節(jié)閥的工作狀態(tài)，讓系統(tǒng)在報(bào)警的同時(shí)自動(dòng)啟動(dòng)相關(guān)安全裝置。另外由于煙霧傳感器需要在加熱狀態(tài)下工作，溫度越高，反應(yīng)越快，響應(yīng)時(shí)間和恢復(fù)時(shí)間就越快。為提高響應(yīng)時(shí)間，保證傳感器準(zhǔn)確地、穩(wěn)定地工作，報(bào)警器需要向煙霧傳感器持續(xù)輸出一個(gè) 5V 的電壓。為了保證其可靠性，在輸出 5V 的電壓的同時(shí)，進(jìn)行故障監(jiān)測(cè)。當(dāng)傳感器加熱絲或電纜線和傳感器斷線或接觸不良時(shí)，進(jìn)行故障報(bào)警。以上是 根據(jù)報(bào)警器應(yīng)具備的功能，提出的整體設(shè)計(jì)思路。 報(bào)警器正常工作時(shí)，傳感器送來的煙霧濃度對(duì)應(yīng)的微小的電壓信號(hào)經(jīng)過放大電路煙霧傳感器 放大電路 A/ D 轉(zhuǎn)換 單 片 機(jī) 調(diào)節(jié)閥 LED狀態(tài)指示燈 蜂鳴器 數(shù)碼管字符顯示 換氣扇 3 放大，轉(zhuǎn)化成較大的模擬電壓信號(hào)后送入 A/D 轉(zhuǎn)換器，然后再送給 AT89C51 單片機(jī)處理。 當(dāng)單片機(jī)檢測(cè)到輸入 ADC0809 的放大信號(hào)不為零時(shí)，系統(tǒng)啟動(dòng)報(bào)警。報(bào)警時(shí)， LED紅燈點(diǎn)亮并持續(xù)閃爍 60min，蜂鳴器啟動(dòng)并持續(xù)鳴叫 60min， LED 數(shù)碼管顯示符號(hào)“ 1”，并且換氣扇自動(dòng)運(yùn)行，以達(dá)到改善環(huán)境中的空氣質(zhì)量的目的。同時(shí)，若自來水或家庭儲(chǔ)水管道有水，則單片機(jī)調(diào)用延時(shí)子 程序 ,經(jīng)延時(shí) 600s 由單片機(jī)通過繼電器控制調(diào)節(jié)閥進(jìn)行噴水滅火動(dòng)作。否則，報(bào)警系統(tǒng)只能啟動(dòng)聲光報(bào)警和換氣扇自動(dòng)排煙功能而無法進(jìn)行滅火動(dòng)作。反之，報(bào)警器不發(fā)出警報(bào)， LED 狀態(tài)指示燈綠燈常亮且不閃爍，數(shù)碼管不顯示字符，蜂鳴器不發(fā)出聲響。 為了區(qū)別正常的工作的報(bào)警，在誤報(bào)警和不正常的工作狀態(tài)警報(bào)時(shí)， LED 數(shù)碼管顯示符號(hào)“ 0”，蜂鳴器聲音報(bào)警持續(xù) 30min，同時(shí) LED 黃燈點(diǎn)亮且閃爍 30min，以提醒用戶檢查傳感器或者電路連線情況，及時(shí)排除故障，保證安全。另外，系統(tǒng)還設(shè)有一個(gè)消音功能的按鍵，當(dāng)報(bào)警器發(fā)出鳴叫時(shí)，用戶到達(dá) 現(xiàn)場(chǎng)，可按下按鍵（消音鍵）停止報(bào)警器鳴叫。若過一點(diǎn)時(shí)間濃度仍超出報(bào)警限，報(bào)警器會(huì)再次鳴叫提醒用戶。 3 系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì) 煙霧傳感器的選型 煙霧傳感器是測(cè)量裝置和控制系統(tǒng)的首要環(huán)節(jié)。而煙霧報(bào)警器的信號(hào)采集由