【正文】 意！另外，系里的領(lǐng)導(dǎo)和老師也給了我們必要的指導(dǎo)，我也向系和年級(jí)的領(lǐng)導(dǎo)們表示衷心的感謝！最后感謝學(xué)院對(duì)我這幾年的培養(yǎng)。同時(shí)，他還提供給我們專門的各種設(shè)備及場所，使我在調(diào)試過程中能夠有充足的時(shí)間。幫助解決畢業(yè)設(shè)計(jì)中遇到的許多問題。 19 致 謝 在本次畢業(yè)設(shè)計(jì)中，我得到了指導(dǎo)老師張艷 老師的熱心指導(dǎo)。 AT89S51 單片機(jī)是低功耗的、具有 4KB 在線課編程 Flash 存儲(chǔ)器的單片機(jī)，應(yīng)用普遍 ，工具多，易上手，片源廣，價(jià)格低，編程靈活，控制簡單，很適合我們所要制作的火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)。MQ2 型半導(dǎo)體可燃?xì)怏w敏感元件煙霧傳感器屬于氣敏傳感器，是氣 電變換器，它將可燃性氣體在空氣中的含量 (即濃度 )轉(zhuǎn)化成電壓或者電流信號(hào)，通過 A/D 轉(zhuǎn)換電路將模擬量轉(zhuǎn)換成數(shù)字量后送到單片機(jī)，進(jìn)而由單片機(jī)完成數(shù)據(jù)處理、濃度處理及報(bào)警控制等工作。根據(jù)設(shè)計(jì)要求、使用環(huán)境、成本等因素，選用 DS18B20 數(shù)字溫度傳感器、 MQ2 型半導(dǎo)體電阻式氣體傳感器和 AT89S51 單片機(jī)。 18 總 結(jié) 火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)可保障生產(chǎn)與生活的安全，避免火災(zāi)和爆炸事故以及煤氣中毒的發(fā)生，它是防火、防爆和安全生產(chǎn)所必備的儀器，具有廣闊的市場空間與發(fā)展前景。當(dāng)測試酒精且其濃度超過安全值時(shí)，屏幕上可以顯示器空氣質(zhì)量值馬上超越 100，并發(fā)出急促的聲音以提醒人們注意檢查可燃性氣體泄漏，注意開窗通風(fēng)換氣，且防止在此時(shí)出現(xiàn)明火。 本設(shè)計(jì)僅對(duì)香煙和酒精進(jìn)行了測試，實(shí)驗(yàn)顯示，該系統(tǒng)對(duì)上述兩種物質(zhì)反應(yīng)靈敏，測試空間空氣質(zhì)量為顯示值 50 以下，當(dāng)有香煙是顯示值上升至 60 以上，并發(fā)出緩慢報(bào)警聲音，提示人們開始凈化 空氣，此時(shí)空氣不足以給人造成致命傷害。經(jīng)實(shí)驗(yàn)證明，對(duì)該裝置預(yù)熱五至八分鐘即可使其工作在相對(duì)較穩(wěn)定的工作狀態(tài)下。 16 圖 41 主程序流程圖 主程序見附錄 2。并可以在程序中設(shè)置斷點(diǎn)，在 AT89S51 中，可以同時(shí)設(shè)置 3個(gè)硬件斷點(diǎn)，它是經(jīng)過串口的傳輸，由芯片中的幾組斷點(diǎn)條件寄存器實(shí)現(xiàn)的 [3]。當(dāng)用戶將源程序 (匯編語言或 C 語言 )經(jīng)語法檢查無誤并生成代碼時(shí)，就可以將程序代碼下載到 Flash 芯片中，而用戶的系統(tǒng)可以是在線狀態(tài)。 AT89S51 單片機(jī)下載程序使用的是 ISP 下載編程軟件。單片機(jī)通過檢測報(bào)警按鍵所連接端口信號(hào)判斷按鍵是否按下。 當(dāng)接收到按鍵報(bào)警信號(hào)時(shí)候， LED 燈急速閃爍報(bào)警。 14 當(dāng)接收到易燃?xì)怏w濃度達(dá)到很高值信號(hào)的時(shí)候， LED 急速閃爍報(bào)警。 圖 蜂鳴器電路 流水燈 本設(shè)計(jì)使用了 8 個(gè) LED 燈，當(dāng)單片機(jī)接收到超額溫度信號(hào)或氣體信號(hào)時(shí)，向 P0端口發(fā)送信號(hào)， 8 個(gè) LED 燈輪流閃爍報(bào)警。通過判斷所接收到的數(shù)據(jù)來確定是否報(bào)警，所接受到的數(shù)據(jù)主要來自溫度傳感器、氣體傳感器和按鍵 [5]。 PIN20(Vcc)︰驅(qū)動(dòng)電壓輸入端。 13 PIN10(D GND)︰數(shù)字電壓的接地端。 VREF 為模擬輸入電壓 VIN 的上限值。 PIN8(A GND):模擬電壓的接地端。 PIN PIN7 (VIN(+)、 VIN())：差動(dòng)模擬訊號(hào)的輸入端。 PIN5 ( INTR )：中斷請(qǐng)求。而頻率輸出頻率最大值無法大于 640KHz，一般可選用外部或內(nèi)部來提供頻率。 PIN PIN19(CLK IN、 CLKR)：頻率輸入 /輸出。當(dāng) CS、 WR 皆為低位準(zhǔn) (low)時(shí) ADC0804 做清除 的動(dòng)作，系統(tǒng)重置。當(dāng) CS、 RD 皆為低位準(zhǔn) (low)時(shí)， ADC0804 會(huì)將轉(zhuǎn)后的數(shù)字訊號(hào)經(jīng)由 DB7~DB0 輸出至其它處理單元。 12 圖 ADC0804 引腳圖 PIN1(CS)： Chip Select，與 RD、 WR 接腳的輸入電壓高低一起判斷讀取或?qū)懭肱c否，當(dāng)其為低位準(zhǔn) (low) 時(shí)會(huì) active。分辨率 8 位，轉(zhuǎn)換時(shí)間 100μs，輸入電壓范圍為 0~5V，增加某些外部電路后，輸入模擬電壓可為5V。 信號(hào)經(jīng)由 LM324 運(yùn)算放大器放大后進(jìn)入 ADC0803 模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊， ADC0804 可以將輸入的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，然后再將數(shù)字信號(hào)傳送給單片機(jī)處理。常見的運(yùn)算放大器中， LM324 價(jià)格低廉、使用簡單等優(yōu)點(diǎn)比較突出，所以本設(shè)計(jì)中的前置放大電路采用 LM324 作為電路的運(yùn)算放大器。 氣體采集模塊 MQ2 傳感器輸出信號(hào)一般比較微弱，需要經(jīng)過前置電路對(duì)其進(jìn)行放大、濾波、電平調(diào)整，滿足單片機(jī)對(duì)輸入信號(hào)的要求。由于傳感器一般工作在易燃易爆環(huán)境下，若加熱絲直接與電源相連，當(dāng)加熱絲局部短路造成器件過熱或者放電時(shí)，可能 引發(fā)事故。 11 MQ2 半導(dǎo)體煙霧傳感器一般要在較高的溫度 (200~450176。再通電工作時(shí)氣敏電阻值達(dá)到穩(wěn)定時(shí)所需要的時(shí)間，定義為初期穩(wěn)定時(shí)間。 MQ2 型傳感器的初期穩(wěn)定特性：半導(dǎo)體煙霧傳感器在不通電狀態(tài)存放一段時(shí)間后，再通電時(shí)，器件并不能立即投入正常工作。這就是MQ2 半導(dǎo)體型可燃性 煙霧傳感器檢測可燃煙霧的基本原理 [8]。 10 遇到可燃煙霧（如 CH4 等）時(shí)，原來吸附的氧脫附，而由可燃煙霧以正離子狀態(tài)吸附在二氧化錫半導(dǎo)體表面；氧脫附放出電子，煙霧以正離子狀態(tài)吸附也要放出電子，從而使二氧化錫半導(dǎo)體導(dǎo)帶電子密度增加，電阻值下降。當(dāng)與煙霧接觸時(shí)，如果晶粒間界處的勢壘受到該煙霧的調(diào)制而變化，就會(huì)引起表面電導(dǎo)率的變化。當(dāng)處于 200~300176。因此，本設(shè)計(jì)采用 MQ2 氣體傳感器作為報(bào)警器煙霧信息采集部分的核心。 MQ2 傳感器介紹 本設(shè)計(jì)中采用的 MQ2 型半導(dǎo)體可燃?xì)怏w 敏感元件 煙霧傳感器屬于氣敏傳感器，是氣 電變換器 ，它將可燃性氣體在空氣中的含量 (即濃度 )轉(zhuǎn)化成電壓或者電流信號(hào)，通過 A/D 轉(zhuǎn)換電路將模擬量轉(zhuǎn)換成數(shù)字量后送到單片機(jī)，進(jìn)而由單片機(jī)完成數(shù)據(jù)處理、濃度處理及報(bào)警控制等工作。氣體信號(hào)采集電路一般由氣體傳感器和模擬放大電路組成，將煙霧等氣體信號(hào)轉(zhuǎn)化為模擬的電信號(hào)。在每一次讀溫度之前都必須進(jìn)行復(fù)雜的且精準(zhǔn)時(shí)序的處理，因?yàn)?DS18B20的硬件簡單結(jié)果就會(huì)導(dǎo)致軟件的巨大開消，也是盡力減少有形資產(chǎn)轉(zhuǎn)化為無形資產(chǎn)的投入， 是一種較好的節(jié)約之道。第 9 個(gè)字節(jié)為前 8 個(gè)字節(jié)的 CRC 碼。第 5 個(gè)字節(jié)則是用戶第 3 個(gè)EEPROM 的鏡像。第 2 個(gè)字節(jié)是溫度轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)值信息，第 4 個(gè)字節(jié)是用戶 EEPROM（常用于溫度報(bào)警值儲(chǔ)存）的鏡像。 DS18B20 共 64 位 ROM。 DS18B20 共有三種形態(tài)的存儲(chǔ)器資源，它們分別是： ROM 只讀存儲(chǔ)器，用于存放 DS18B20ID 編碼，其前 8 位是單線系列編碼（ DS18B20 的編碼是 19H），后面 48位是芯片唯一的序列號(hào)，最后 8 位是以上 56 的位的 CRC 碼（冗余校驗(yàn)）。 圖 DS18B20 封裝 圖 DS18B20 引腳圖 3.. DS18B20 的使用方法 DS18B20 的溫度檢測與數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)輸出全集成于一個(gè)芯片之上，從而抗干擾力更強(qiáng)。F 至 257176。 DS18B20 具有獨(dú)特的單線接口，只需 1 個(gè)接口引腳即可通信；多點(diǎn)能力使分布式溫度檢測應(yīng)用得以簡化；不需要外部元件；可用數(shù)據(jù)線供電，不需備份電源；測量范圍從 55℃ 至 +125℃ ，增量值為 ℃ 。信息經(jīng)過單線接口送入 DS18B20 或從 DS18B20 送出，因此從中央處理器到 DS18B20 僅需連接一條線（和地）。使用DS18B20 數(shù)字溫度傳感器，可以感測周圍環(huán)境溫度變化，并將數(shù)據(jù)傳送給單片機(jī)進(jìn)行處理，實(shí)現(xiàn)周圍環(huán)境 實(shí)時(shí)溫度的監(jiān)測。還有一種比 較常用的是四位數(shù)碼管，內(nèi)部的 4 個(gè)數(shù)碼管共用 a~dp 這 8 根數(shù)據(jù)線，為人們的使用提供了方便，因?yàn)槔锩嬗?4 個(gè)數(shù)碼管，所以它有 4 個(gè)公共端，加上 a~dp，共有 12 個(gè)引腳 。實(shí)際的數(shù)碼管的引腳是怎樣排列對(duì)于單個(gè)數(shù)碼管來說，從它的正面看進(jìn)去，左下角那個(gè)腳為 1 腳，以逆時(shí)針方向依次為 1~10 腳，左上角那個(gè)腳便是 10 腳了，上面兩個(gè)圖中的數(shù)字分別與這 10 個(gè)管腳一一對(duì)應(yīng)。這類數(shù)碼管可以分為共陽極與共陰極兩種，共陽極就是把所有 LED 的陽極連接到共同接點(diǎn) ，而每個(gè) LED 的陰極分 別為 a、 b、 c、 d、 e、 f、 g 及 dp（小數(shù)點(diǎn)）；共陰極則是把所有 LED 的陰極連接到共同接點(diǎn) ，而每個(gè) LED 的陽極分別為 a、 b、 c、 d、 e、 f、 g 及 dp（小數(shù)點(diǎn)），如下圖所示。C 顯示方式：反射式正顯示存儲(chǔ)溫度： 20～ +60176。采用 SMC1602A 液晶顯示模塊可以實(shí)時(shí)清楚的顯示周圍環(huán)境變量，該液晶顯示模塊能夠同時(shí)顯示 16x02 即 32 個(gè)字符，也就是 16列 2 行，便于獨(dú)立顯示溫度和氣體變量。兼容性方面：向下完全兼容 51 全部字系列產(chǎn)品，比如 805 89C51 等等早期 MCS51 兼容產(chǎn)品，也就是說所有教科書、網(wǎng)絡(luò)教程上的程序（不論教科書上采用的單片機(jī)是 8051 還是 89C51 還 6 是 MCS51 等等），在 89S51 上一樣可以照常運(yùn)行，這就是所謂的向下兼容。 按鍵報(bào)警 DS18B20 MO2 LM324 ADC0804 AT89S51 單片 機(jī) CAI3461BH 蜂鳴器 LED 燈 5 圖 AT89S51 引腳圖 AT89S51 具有如下特性：片內(nèi)程序存儲(chǔ)器含有 4KB 的 Flash 存儲(chǔ)器，允許在線編程，擦寫周期可達(dá) 1000 次；片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器內(nèi)含 128 字節(jié)的 RAM； I/O 口具有 32 根可編程 I/O 線； 具有兩個(gè) 16 位 I/O 線；中斷系統(tǒng)具有 6 個(gè)中斷源、 5 個(gè)終端矢量、 2個(gè)中斷優(yōu)先級(jí)的中斷結(jié)構(gòu)；串行口是一個(gè)全雙工的串行通信口；具有兩個(gè)數(shù)據(jù)指針DPTR0 和 DPTR1；低功耗節(jié)電模式有節(jié)電模式和掉電模式；包含 3 級(jí)程序鎖定位；AT89S51 的電源電壓為 ；振蕩器頻率 033MHz；具有片內(nèi)看門狗定時(shí)器；靈活的在線片內(nèi)編程模式（字節(jié)和頁編程模式）；具有斷電標(biāo)志模式 POF。片內(nèi)的 Flash 可允許在線重新編程，也可使用非易失性存 儲(chǔ)器編程。 AT89S51 單片機(jī) AT89S51 單片機(jī)是低功耗的、具有 4KB 在線 可 編程 Flash 存儲(chǔ)器的單片機(jī)。如今市面上比較普遍的單片機(jī)主要是 89S51 系列。 下圖是系統(tǒng)工作原理框圖： 圖 系統(tǒng)原理圖 控制器模塊設(shè)計(jì) 在自動(dòng)火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中，單片機(jī)是其核心部件。如果單片機(jī)接收到報(bào)警按鍵信號(hào)，直接報(bào)警。 單片機(jī)內(nèi)部程序中預(yù)先設(shè)定報(bào)警臨界 值，包括溫度過高報(bào)警和氣體濃度過高報(bào)警。 MQ2 氣體傳感器輸出的信號(hào)一般比較微弱，需要經(jīng)過前置電路對(duì)其進(jìn)行放大、濾波、電平調(diào)整，滿足單片機(jī)對(duì)輸入信號(hào)的要求。 3 系統(tǒng)硬件組成和基本工作原理 系統(tǒng)工作原 理 本火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)中，以 AT89S51 單片機(jī)為主控核心，使用 DS18B20 溫度傳感器采集溫度信息，使用 MQ2 氣體傳感器采集氣體信息。采用 AT89S51 單片機(jī)作為主控芯片進(jìn)行數(shù)據(jù)處理和各項(xiàng)操作。警報(bào)裝置包括聲音報(bào)警裝置（蜂鳴器）和光報(bào)警裝置（ LED燈）。 本火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)應(yīng)由觸發(fā)器件、警報(bào)裝置、顯示裝置以及數(shù)據(jù)處理等裝置組成。 要求所設(shè)計(jì)的火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)能夠?qū)囟群蜔熿F進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測，出現(xiàn)異常狀況能夠進(jìn)行報(bào)警，起到早期發(fā)現(xiàn)火災(zāi)和通報(bào)火災(zāi)的作用。 3 2 設(shè)計(jì)要求及方案 設(shè)計(jì)目的與基本要求 目的是設(shè)計(jì)一個(gè)由單片機(jī)控制的火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)，采用溫度傳感器和煙霧傳感器，對(duì)溫度及煙霧的情況進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測，能對(duì) 周圍環(huán)境的溫度及煙霧的突變進(jìn)行報(bào)警。在目前中國許多冠名以高新技術(shù)的行業(yè)中，中國企業(yè)大多做的是下游的制造和服務(wù)，分取極少一部分的利潤，象消防報(bào)警產(chǎn)品那樣又擁有自我知識(shí)產(chǎn) 權(quán)，又擁有大量市場的行業(yè)其實(shí)是很少的。是物理傳感技術(shù)、自動(dòng)控制、計(jì)算機(jī)技術(shù)、數(shù)據(jù)傳輸和管理、智能樓宇等技術(shù)的綜合集成，屬于高新技術(shù)。中國企業(yè)正虎視眈眈，準(zhǔn)備進(jìn)軍海外市場。由于中國的建設(shè)正在飛速發(fā)展，市場大的驚人，難道這由中國發(fā)展帶來的成果只能由外國企業(yè)來瓜分 ?可幸的是中國企業(yè)抓住了機(jī)遇，頂住了挑戰(zhàn)，先是一批國家的科研院所，后是一批國營企業(yè)、民營企業(yè)，業(yè)內(nèi)也吸引和凝聚一大批國內(nèi)的技術(shù)和管理精英，花了十多年時(shí)間，通過幾次產(chǎn)品更新?lián)Q代，就使自己的產(chǎn)品緊緊跟上了國際水平，并且奪回了大部分國內(nèi)市場，使得現(xiàn)在大多國外產(chǎn)品只有招架之功，這是典型的自力更生，走自己的路 。 2 發(fā)展趨勢 二十多年前，中國的消防報(bào)警產(chǎn)品剛剛起 步，無論產(chǎn)品技術(shù)含量、產(chǎn)品系列完整性、使用性，還是社會(huì)影響程度都是相當(dāng)?shù)偷摹? 集中報(bào)警是將接收到的信號(hào)以聲光方式顯示出來，其屏幕上也具體顯示出著火的樓層和房間號(hào)，機(jī)上停走的時(shí)鐘記錄下首次報(bào)警時(shí)間性，利用本機(jī)專用電話，還可迅速發(fā)出指示和向消防隊(duì)報(bào)警。這些煙、熱和光可以通過探測器轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?hào)報(bào)警或使自動(dòng) 滅火系統(tǒng)啟動(dòng)，及時(shí)撲滅火災(zāi)。即由自動(dòng)報(bào)警、自動(dòng)滅火、安全疏散