【導(dǎo)讀】計以MCS-51單片機為硬件核心實現(xiàn)智能火災(zāi)報警系統(tǒng)的設(shè)計。ADC0809對MQ-2采集的模擬信號進行A/D轉(zhuǎn)換，以便單片機處理。信號通常為500KHz，故而選用74LS74進行分頻。進行比較，超過上限值時，發(fā)出指令，實現(xiàn)光報警，達到預(yù)期的效果。之被廣泛的應(yīng)用于各種場合。本設(shè)計是利用單片機結(jié)合傳感器技術(shù)而開發(fā)設(shè)計的智能火災(zāi)。論文中主要針對智能火災(zāi)報警器系統(tǒng)中的各個組成部件進行了介紹，對它的。主控電路和外圍設(shè)備電路之間的接口技術(shù)，還有軟件方面進行了重點介紹。

　　

【正文】 (6)工作溫度范圍為 40～＋ 85 攝氏度。 (7)低功耗，約 15mW。 ADC0809 的工作原理簡介 ADC0809 對輸入模擬量要求：信號單極性，電壓范圍是 0－ 5V，若信號太小，必 須進行放大；輸入的模擬量在轉(zhuǎn)換過程中應(yīng)該保持不變，如若模擬量變化太快，則需在輸入前增加采樣保持電路。 ADC0809 的工作過程是：首先輸入 3 位地址，并使 ALE=1，將地址存入地址鎖存器中。此地址經(jīng)譯碼選通 8 路模擬輸入之一到比較器。 START 上升沿將逐次逼近寄存器復(fù)位。下降沿啟動 A/D 轉(zhuǎn)換，之后 EOC 輸出信號變低，指示轉(zhuǎn)換正在進行。直到 A/D 轉(zhuǎn)換完成，EOC 變?yōu)楦唠娖?，指?A/D 轉(zhuǎn)換結(jié)束，結(jié)果數(shù)據(jù)已存入鎖存器，這個信號可用作中斷申請。當 OE 輸入高電平 時，輸出三態(tài)門打開，轉(zhuǎn)換結(jié)果的數(shù)字量輸出到數(shù)據(jù)總線上。 ADC0809 有 4 條地址輸入和控制線。 ALE 為地址鎖存允許輸入線，高電平有效。當ALE 線為高電平時，地址鎖存與譯碼器將 A， B， C 三條地址線的地址信號進行鎖存，經(jīng)1 2 3 4 5 6ABCD654321DCBAT itleN um be r R e vis ionS iz eBD a te : 14 J un 201 0 S he e t of F ile : E :\m a te r ia l\畢業(yè) 工作 \論文 \單片機知識 \單片機最小系統(tǒng)原理圖 .ddbD r a w n B y :I N 31I N 42I N 53I N 64I N 75ST6E O C7D38OE9C L K10V C C11V R E F +12G N D13D1142115V R E F 16D017D418D519D620D721A L E22C23B24A25I N 026I N 127I N 228A D C 08 09U 2AA D C 08 09哈爾濱遠東理工學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 14 譯碼后被選中的通道的模擬量進轉(zhuǎn)換器進行轉(zhuǎn)換。 A， B 和 C 為地址輸入線，用于選通 IN0－ IN7 上的一路模擬量輸入。通道選擇表如下表所示。 由于 CLK 的時鐘脈沖選用的是 500KHz，所以需要把單片機 ALE 產(chǎn)生的 2MHz 的脈沖進行 4 分頻，接到 ADC0809 的 CLK 管腳。分頻我用的是 74Ls74 芯片。 74ls74 是一個邊沿觸發(fā)器數(shù)字電路器件，每個器件中包含兩個相同的、相互獨立的邊沿觸發(fā) d 觸發(fā)器電路模塊。內(nèi)部管腳連接圖如圖 37 所示。 引腳介紹： 11 端與 3 端為原時鐘輸入端， 5 端和 9 端為變換后的時鐘輸出端， 2 端和 6 端聯(lián)接， 8端和 12 端聯(lián)接， 7 端接電源負極， 14 端接電源正極。分頻電路如下圖 37 所示。 圖 37 4 分頻電路 ADC0809 應(yīng)用說明 （ 1） ADC0809 內(nèi)部帶有輸出鎖存器，可以與 AT89S51 單片機直接相連。 （ 2）初始化時，使 ST 和 OE 信號全為低電平。 （ 3）送要轉(zhuǎn)換的哪一通道的地址到 A， B， C 端口上。 （ 4）在 ST 端給出一個至少有 100ns 寬的正脈沖信號。 （ 5）是否轉(zhuǎn)換完畢，我們根據(jù) EOC 信號來判斷。 （ 6）當 EOC 變?yōu)楦唠娖綍r，這時給 OE 高電平，轉(zhuǎn)換的數(shù)據(jù)就輸出給單片機了。 C B A 選擇的通道 0 0 0 IN0 0 0 1 IN1 0 1 0 IN2 0 1 1 IN3 1 0 0 IN4 1 0 1 IN5 1 1 0 IN6 1 1 1 IN7 哈爾濱遠東理工學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 15 數(shù)據(jù)采集模塊 數(shù)據(jù)采集模塊是用來采集周圍環(huán)境中的有用信息，以便單片機進行處理。這個模塊主要包括兩個小模塊：煙霧報警 器模塊和溫度報警器模塊。 煙霧報警器模塊 此模塊使用的是 MQ2 煙霧報警器，是 半導(dǎo)體型可燃氣體敏感元件煙霧傳感器。 傳感器所使用的氣敏材料是在清潔空氣中電導(dǎo)率較低的二氧化錫 (SnO2)。當傳感器所處環(huán)境中存在可燃氣體時，傳感器的電導(dǎo)率隨空氣中可燃氣體濃度的增加而增大。使用簡單的電路即可將電導(dǎo)率的變化轉(zhuǎn)換為與該氣體濃度相對應(yīng)的輸出信號。 圖中縱坐標為傳感器的電阻比（ Rs/Ro），橫坐標為氣體濃度。 Rs 表示傳感器在不同濃度氣體中的電阻值； Ro 表示傳感器在 1000ppm 氫氣中的電阻值； 圖中所 有測試都是在標準試驗條件下完成的。 圖中縱坐標是傳感器的電阻比（ Rs/Ro）。 Rs 表示在含 1000ppm 丙烷、不同溫 /濕度下傳感器的電阻值； Ro 表示在含 1000ppm 丙烷、 20℃ /65%RH 環(huán)境條件下傳感器的電阻值 圖 1是傳感器典型的靈敏度特性曲線。 圖 2是傳感器典型的溫度、濕度特性曲線。 圖 1 圖 2 哈爾濱遠東理工學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 16 圖 3是傳感器的基本測試電路。 該傳感器需要施加 2 個電壓：加熱器電壓（ VH）和測試電壓（ Vc）。其中 VH 用于為傳感器提供特定的工作溫度。 Vc 則是用 于測定與傳感器串聯(lián)的負載電阻（ RL）上的電壓（ VRL）。這種傳感器具有輕微的極性， Vc 需用直流電源。在滿足傳感器電性能要求的前提下， Vc 和 VH 可以共用同一個電源電路。為更好利用傳感器的性能，需要選擇恰當?shù)腞L 值。 MQ2 氣敏元件的結(jié)構(gòu)和外形如圖所示 (結(jié)構(gòu) A or B),由微型 Al2O3 陶瓷管、 SnO2 敏感層 ,測量電極和加熱器構(gòu)成的敏感元件固定在塑料或不銹鋼制成的腔體內(nèi)，加熱器為氣敏元件提供了必要的工作條件。封裝好的氣敏元件有 6 只針狀管腳，其中 4 個用于信號取出，2 個用于提供加熱電流。 MQ2的使用 規(guī)格： A. 標準工作條件 符號 參數(shù)名稱 技術(shù)條件 備注 Vc 回路電壓 ≤ 15V AC or DC VH 加熱電壓 177。 V AC or DC RL 負載電阻 可調(diào) RH 加熱電阻 31Ω177。 3Ω 室溫 PH 加熱功耗 ≤ 900mW B. 環(huán)境條件 符號 參數(shù)名稱 技術(shù)條件 備注 Tao 使用溫度 10℃ 50℃ Tas 儲存溫度 20℃ 70℃ RH 相對濕度 小于 95%RH O2 氧氣濃度 21%(標準條件 ) 氧氣濃度會影響靈敏度特性 最小值大于２％ Vc VH GND RL VRL 哈爾濱遠東理工學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 17 C. 靈敏度特性 符號 參數(shù)名稱 技術(shù)參數(shù) 備注 Rs 敏感體表面電阻 3KΩ 30KΩ (1000ppm 異丁烷 ) 探測濃度范圍 100ppm10000ppm 300ppm5000ppm 丁烷 5000ppm20xx0ppm 甲烷 300ppm5000ppm 氫氣 α(3000/1000) 異丁烷 濃度斜率 ≤ 標準工作條件 溫度： 20℃177。 2℃ Vc:177。 相對濕度： 65%177。 5% Vh: 177。 預(yù)熱時間 不超過 1小時 溫度報警器模塊 此模塊采用的是 DS18B20 數(shù)字溫度傳感器。 DS18B20 單線數(shù)字溫度計 （ 1）適應(yīng)電壓范圍更寬，電壓范圍： ～ ，在寄生電源方式下可由數(shù)據(jù)線供電。 （ 2）獨特的單線接口方式， DS18B20 在與微處理器連接時僅需要一條口線即可實現(xiàn)微處理器與 DS18B20 的雙向通訊。 （ 3） DS18B20 支持多點組網(wǎng)功能，多個 DS18B20 可以并聯(lián)在唯一的三線上，實現(xiàn)組網(wǎng)多點測溫。 （ 4） DS18B20 在使用中不需要任何外圍元件，全部 傳感元件及轉(zhuǎn)換電路集成在形如一只三極管的集成電路內(nèi)。 （ 5）溫度范圍 55℃～ +125℃，在 10～ +85℃時精度177。 ℃。 （ 6）可編程分辨率為 9～ 12 位，對應(yīng)的可分辨溫度為 ℃、 ℃、 ℃和℃，可實現(xiàn)高精度測溫。 （ 7）在 9位分辨率時最多在 ， 12位分辨率時最多在 750ms內(nèi)把溫度值轉(zhuǎn)換為數(shù)字，速度更快。 （ 8）測量結(jié)果直接輸出數(shù) 字信號，以“一線總線”串行傳送給 CPU，同時可傳送 CRC校驗碼，具有極強的抗干擾糾錯能力。 （ 9）負壓特性：電源極性接反時，芯片不會因發(fā)熱而燒毀，但不能正常工作。 2. DSl8B20 的引腳，如右圖所示。 GND：接地管腳 DQ：數(shù)字量的輸入和輸出 VDD：可選的 +5V 電源 的 4 個主要的數(shù)據(jù)部份 （ 1）光刻 ROM 中的 64 位序列號是出廠前被光刻好的，它可以看作是該 DS18B20的地址序列碼。 64 位光刻 ROM 的排列是：開始 8 位（ 28H）是產(chǎn)品類型標號，接著的 48位 是該 DS18B20 自身的序 列號， 最后 8 位 是前面 56 位的 循環(huán)冗余 校驗碼（ CRC=X8+X5+X4+1）。光刻 ROM 的作用是使每一個 DS18B20 都各不相同，這樣就可以實現(xiàn)一根總線上掛接多個 DS18B20 的目的。 哈爾濱遠東理工學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 18 （ 2） DS18B20 中的溫度傳感器可完成對溫度的測量。以 12 位轉(zhuǎn)化為例：用 16 位符號擴展的二進制補碼讀數(shù)形式提供，以 ℃ /LSB 形式表達，其中 S 為符號位。 bit7 bit6 bit5 bit4 bit3 bit2 bit1 bit0 LS Byte bit15 bit14 bit13 bit12 bit11 bit10 bit9 bit8 MS Byte 表 1: DS18B20 溫度值格式表 這是 12 位轉(zhuǎn)化后得到的 12 位數(shù)據(jù)，存儲在 18B20 的兩個 8 比特的 RAM 中，二進制中的前面 5 位是符號位，如果測 得的溫度大于 0，這 5 位為 0，只要將測到的數(shù)值乘于 即可得到實際溫度；如果溫度小于 0，這 5 位為 1，測到的數(shù)值需要取反加 1 再乘于 即可得到實際溫度。例如 +125℃的數(shù)字輸出為 07D0H， +℃的數(shù)字輸出為 0191H，℃的數(shù)字輸出為 FF6FH， 55℃的數(shù)字輸出為 FC90H 。 （ 3） DS18B20 溫度傳感器的存儲器 DS18B20 溫度傳感器的內(nèi)部存儲器包括一個高速暫存 RAM 和一個非易失性的可電擦除的 EEPRAM,后者存放高溫度和低溫度觸發(fā)器 TH、 TL 和結(jié)構(gòu)寄存 器。 TEMPERATURE DIGITAL OUTPUT(Binary) DIGITAL OUTPUT(Hex) +125176。C 0000 0111 1101 0000 07D0h +85176。C 0000 0101 0101 0000 0550h +176。C 0000 0001 1001 0001 0191h +176。C 0000 0000 1010 0010 00A2h +176。C 0000 0000 0000 1000 0008h +0176。C 0000 0000 0000 0000 0000h 176。C 1111 1111 1111 1000 FFF8h 176。C 1111 1111 0101 1110 FF5Eh 176。C 1111 1110 011 1111 FE6Fh 55176。C 1111 1100 1001 0000 FC90h 表 2: DS18B20溫度數(shù)據(jù)表 （ 4）配置寄存器 該字節(jié)各位的意義如下 ： 表 3：配置寄存器結(jié)構(gòu) 23 22 21 20 21 22 23 24 S S S S S S S S TM R1 R0 1 1 1 1 1 哈爾濱遠東理工學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 19 低五位一直都是 1， TM 是測試模式位，用 于設(shè)置 DS18B20 在工作模式還是在測試模式。在 DS18B20 出廠時該位被設(shè)置為 0，用 戶不要去改動。 R1 和 R0 用來設(shè)置分辨率，如下表所示：（ DS18B20 出廠時被設(shè)置為 12 位）。 表 4： 溫度分辨率設(shè)置表