【正文】 授權(quán)書(shū) 本學(xué)位論文作者完全了解學(xué)校有關(guān)保留、使用學(xué)位論文的規(guī)定，同意學(xué)校保 留并向國(guó)家有關(guān)部門(mén)或機(jī)構(gòu)送交論文的復(fù)印件和電子版，允許論文被查閱和借閱。對(duì)本文的研究做出重要貢獻(xiàn)的個(gè)人和集體，均已在文中以明確方式標(biāo)明。 作者簽名： 日 期： II 學(xué)位論文原創(chuàng)性聲明 本人鄭重聲明：所呈交的論文是本人在導(dǎo)師的指導(dǎo)下獨(dú)立進(jìn)行研究所取得的研究成果。對(duì)本研究提供過(guò)幫助和做出過(guò)貢獻(xiàn)的個(gè)人或集體，均已在文中作了明確的說(shuō)明并表示了謝意。 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 題 目 基于單片機(jī)的智能火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng) I 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）原創(chuàng)性聲明和使用授權(quán)說(shuō)明 原創(chuàng)性聲明 本人鄭重承諾：所呈交的畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文），是我個(gè)人在指導(dǎo)教師的指導(dǎo)下進(jìn)行的研究工作及取得的成果。盡我所知，除文中特別加以標(biāo)注和致謝的地方外，不包含其他人或組織已經(jīng)發(fā)表或公布過(guò)的研究成果，也不包含我為獲得 及其它教育機(jī)構(gòu)的學(xué)位或?qū)W歷而使用過(guò)的材料。 作 者 簽 名： 日 期： 指導(dǎo)教師簽名： 日 期： 使用授權(quán)說(shuō)明 本人完全了解 大學(xué)關(guān)于收集、保存、使用畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）的規(guī)定，即：按照學(xué)校要求提交畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）的印刷本和電子版本；學(xué)校有權(quán)保存畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）的印刷本和電子版，并提供目錄檢索與閱覽服務(wù)；學(xué)?？梢圆捎糜坝　⒖s印、數(shù)字化或其它復(fù)制手段保存論文；在不以贏利為目的前提下，學(xué)?？梢怨颊撐牡牟糠只蛉?jī)?nèi)容。除了文中特別加以標(biāo)注引用的內(nèi)容外，本論文不包含任何其他個(gè)人或集體已經(jīng)發(fā)表或撰寫(xiě)的成果作品。本人完全意識(shí)到本聲明的法律后果由本人承擔(dān)。本人授權(quán) 大學(xué)可以將本學(xué)位論文的全部或部分內(nèi)容編入有關(guān)數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行檢索，可以采用影印、縮印或掃描等復(fù)制手段保存和匯編本學(xué)位論文。 作者簽名： 日期： 年 月 日 導(dǎo)師簽名： 日期： 年 月 日 III 基于單片機(jī)的智能火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng) 摘 要 隨著 科學(xué)技術(shù)的迅速發(fā)展 ，人們進(jìn)入了 信息時(shí)代 ，作為獲取信息手段的傳感器技術(shù)得到了顯著的進(jìn)步，其應(yīng)用 領(lǐng)域越來(lái)越廣泛，對(duì)其要求越來(lái)越高，需求越來(lái)越迫切。為了避免火災(zāi)以及減少火災(zāi)造成的損失，我們有必要完善火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)，并廣泛應(yīng)用在生活中，將火災(zāi)消滅在萌芽狀態(tài)，最大限度地減少社會(huì)財(cái)富的損失。其中選用 MQ2 型半導(dǎo)體可燃?xì)怏w敏感元件煙霧傳感器實(shí)現(xiàn)煙霧的檢測(cè)，具有靈敏度高、響應(yīng)快、抗干擾能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn) ，而且價(jià)格低廉，使用壽命長(zhǎng)。選用的 AT89S52 單片機(jī)，其整合了 A/D 轉(zhuǎn)換、硬件乘法器、硬件脈寬調(diào)制器等資源，具有高速、低功耗、超強(qiáng)抗干擾等優(yōu)點(diǎn)，是目前同類(lèi)技術(shù)中性價(jià)比較高的產(chǎn)品。是一種結(jié)構(gòu) 相對(duì)較 簡(jiǎn)單、性能 較穩(wěn)定的智能化 煙霧報(bào)警器。 Fire alarm。 Automatic alarm。為了能防止 并且能 減少火災(zāi) 給我們生活帶來(lái)的 危害，就有 很 必要 能及時(shí)發(fā)現(xiàn)并及時(shí)的進(jìn)行 火災(zāi) 報(bào)警 。 本設(shè)計(jì)的應(yīng)用及意義 火災(zāi)是國(guó)內(nèi)外普遍關(guān)注的災(zāi)難性問(wèn)題。尤其是近幾年來(lái)，高層建筑人量增加，一旦發(fā)生火災(zāi)，滅火的難度更大。設(shè)計(jì)出 功能 更 完善的消防設(shè)施，對(duì)保障人民生命財(cái)產(chǎn)的安全， 起著極為重要的 作用。因此 研制火災(zāi)報(bào)警器 與 研究煙霧和溫度的檢測(cè)方法 就成為傳感器技術(shù)發(fā)展領(lǐng)域的一個(gè) 比較 重要課題。本設(shè)計(jì) 實(shí)現(xiàn) 了對(duì)現(xiàn)場(chǎng) 溫度與煙霧的隨時(shí)監(jiān)控，能及時(shí)報(bào)警。在系統(tǒng)未能及時(shí)報(bào)警情況下，用戶可以進(jìn)行手動(dòng)啟動(dòng)報(bào)警功能，同時(shí)可以取消手動(dòng)報(bào)警，在系統(tǒng)自動(dòng)報(bào)警后，用戶可以通過(guò)更改報(bào)警限制來(lái)取消報(bào)警。 2 2 系統(tǒng) 方案 設(shè)計(jì) 系統(tǒng)總體規(guī)劃 火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)一般由 火災(zāi)探測(cè)儀以及 報(bào)警器組成。區(qū)域報(bào)警器將 在 接收到火警信號(hào)后經(jīng)分析處理 同時(shí) 發(fā)出聲 和 光 的報(bào)警信號(hào) ，并在屏幕上顯示出煙霧 濃度的級(jí)別和 溫度 值 ，同時(shí)對(duì)應(yīng)的發(fā)光二級(jí)管亮起。此外，用戶可以通過(guò)功能設(shè)置鍵進(jìn)行報(bào)警限值的設(shè)置，也可以通過(guò)此方法取消當(dāng)前報(bào)警。 圖 21 系統(tǒng)原理及組成框圖 單片機(jī)內(nèi)部結(jié)構(gòu)及接口描述 AT89S52具有以下標(biāo)準(zhǔn)功能： 8k字節(jié) Flash， 256字節(jié) RAM， 32 位 I/O口線，看門(mén)狗定時(shí)器， 2個(gè)數(shù)據(jù)指針，三個(gè) 16位定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器，一個(gè) 6向量 2級(jí)中斷結(jié)構(gòu)，全雙工串行口，片內(nèi)晶振及時(shí)鐘電路?？臻e模式下， CPU 停止工作，允許 RAM、定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器、串口、中斷繼續(xù)工作。 AT89S52 引腳圖 如 圖 22 所示 。作為輸出口，每位能驅(qū)動(dòng) 8 個(gè) TTL邏輯電平。當(dāng)訪問(wèn)外部程序和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)， P0口也被作為低 8 位地址 /數(shù)據(jù)復(fù)用。 P1 口： P1 口是一個(gè)具有內(nèi)部上拉電阻的 8 位雙向 I/O 口， p1 輸出緩沖器能驅(qū)動(dòng) 4 個(gè) TTL 邏輯電平。 ： T2EX（ 用于 定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器 T2的捕捉 /重載觸發(fā)信號(hào)和方向控制） 。 ： MISO（ 用于 系統(tǒng)編程 ） 。 P2口： P2 口是一個(gè)具有內(nèi)部上拉電阻的 8 位雙向 I/O 口， P2 輸出緩沖器能驅(qū)動(dòng) 4 個(gè) TTL 邏輯電平。作為輸入使用時(shí)，被外部拉低的引腳由于內(nèi)部電阻的原因，將輸出電流（ IIL）。在這種應(yīng)用中， P2 口使用 很強(qiáng)的內(nèi)部上發(fā)送 1。在 Flash編程和校驗(yàn)時(shí)， P2口也接收高 8位地址字節(jié)和一些控制信號(hào) ，P3口也接收一些控制信號(hào)， P3口功能如表 21 所示。它一方面要接收來(lái)自傳感器送來(lái)的溫度、煙霧對(duì)應(yīng)的 兩種 模擬信號(hào)分別進(jìn)行處理，以控制后續(xù)電路進(jìn)行相應(yīng)動(dòng)作；與此同時(shí)查詢是否有鍵按下的請(qǐng)求。并且也要考慮選擇低價(jià)實(shí)用的機(jī)型，并為研制同一系列的低功耗產(chǎn)品做準(zhǔn)備。 AT89S52 片內(nèi)資源有 4 組 I/O 控制端口、 3 個(gè)定時(shí)器、 8 個(gè)中斷、軟件設(shè)置低能耗模式、看門(mén)狗和斷電保護(hù)。不斷發(fā)展的半導(dǎo)體工藝也讓該單片機(jī)的功耗不斷降低。AT89S52 的實(shí)物圖如圖 23所示。采用了外部供電的鏈接方式，而總線必須鏈接上拉電阻，線總線在空置狀態(tài)時(shí)，都是一直處于高電平。原理圖如 圖 24。 DS18B20 是世界上第一片支持“一線總線”接口的溫度傳感器。他的測(cè)量溫度范圍為 55～ +125℃ ,在 10～ +85℃范圍內(nèi) ,精度為177?，F(xiàn)場(chǎng)溫度直接以“一線總線”的數(shù)字方式傳輸大大提高了系統(tǒng)的抗干擾性。 DS18B20 可以程序設(shè)定 9～ 12位的分辨率，精度為177?？梢赃x擇更小的封 裝方式 ,更寬的電壓適用范圍分辨率設(shè)定及用戶設(shè)定的報(bào)警溫度存儲(chǔ)在 E2PROM 中，掉電后依然保存。 DS18B20 和 DS18B22 使電壓、特性及封裝有更多的選擇，讓我們可以構(gòu)建適合自己的經(jīng)濟(jì)的測(cè)溫系統(tǒng)。 DS18B20 的管腳排列如圖 25所示 。 表 22 轉(zhuǎn)換后得到的 12 位數(shù)據(jù) 表 22是 12位轉(zhuǎn)化后得到的 12位數(shù)據(jù) ,存儲(chǔ)在 18B20 的 2個(gè) 8bit 的 RAM 中 ,二進(jìn)制中的前面 5位是符號(hào)位，如果測(cè)得的溫度大于 0℃ ,則這 5 位為 0,只要將測(cè)到的數(shù)值乘于 即可得到實(shí)際溫度，如果溫度小于 0℃，則這 5位為 1，測(cè)到的數(shù)值需要取反加 1再乘于 即可得到實(shí)際溫度。暫存存儲(chǔ)器包含了 8個(gè)連續(xù)字節(jié)，前 2 個(gè)字節(jié)是測(cè)得的溫度信息，第 1 個(gè)字節(jié)的內(nèi)容是溫度的低 8 位，第 2個(gè)字節(jié)是溫度的高 8位。第 8個(gè)字節(jié)用于內(nèi)部計(jì)算。根據(jù) DS18B20 的通訊協(xié)議，主機(jī)控制DS18B20 完成溫度轉(zhuǎn)換必須經(jīng)過(guò) 3 個(gè)步驟 :每一次讀寫(xiě)之前都要對(duì) DS18B20 進(jìn)行復(fù)位；復(fù)位成功后發(fā)送一條 ROM 指令；最后發(fā)送 RAM 指令。 復(fù)位要求主 CPU 將數(shù)據(jù)線下拉 500μ s，然后釋放， DS18B20 收到信號(hào)后等待 16～ 60μ s 左右，后發(fā)出 60～ 240μ s低脈沖，主 CPU收到此信號(hào)表示復(fù)位成功。 ② 在實(shí)際使用中發(fā)現(xiàn)，應(yīng)使電源電壓保持在 5V 左右。 ③ 較小的硬件開(kāi)銷(xiāo)需要相對(duì)復(fù)雜的軟件進(jìn)行補(bǔ)償，由于 DS18B20 與微處理器間采用串行數(shù)據(jù)傳送，因此在對(duì) DS18B20 進(jìn)行讀寫(xiě)編程時(shí)，必須嚴(yán)格保證讀寫(xiě)時(shí)序，否則將無(wú)法讀取測(cè)溫結(jié)果。這一點(diǎn)在進(jìn)行 DS18B20 硬件連接和軟件設(shè)計(jì)時(shí)也要給予一定的重視。當(dāng)與煙霧接觸時(shí)，如果晶粒間界處的勢(shì)壘受到該煙霧的調(diào)制而變化，就會(huì)引起表而電導(dǎo)率的變化。例如遇到可燃 氣體 （如CH4 等）時(shí)，原來(lái)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。這就是 MQ2型燃性煙霧傳感器檢測(cè)可燃煙霧的基本原理。當(dāng)傳感器所處環(huán)境中存在可燃?xì)怏w時(shí)，傳感器的電導(dǎo)率隨空氣中可燃?xì)怏w濃度的增加而增大。這種傳感器可檢測(cè)多種可燃性氣體，是一款適合多種應(yīng)用的低成本傳感器。 數(shù)碼管驅(qū)動(dòng)芯片 74HC245 74HC245 是 數(shù)碼管的 總線驅(qū)動(dòng)器，典型的 CMOS 型三態(tài)緩沖門(mén)電路， 74HC245 引腳圖如圖 27。因此可驅(qū)動(dòng)本設(shè)計(jì)使用的數(shù)碼管。 圖 27 74HC245 引腳圖 第 1 腳 DIR，為輸入輸出端口轉(zhuǎn)換用。如果 DIR=“ 0”、 OE=“ 0”則 B1 輸入，對(duì)應(yīng) A1 輸出。 表 23 74HC245 功能表 Input Input/Output OE DIR An Bn L L A=B Input L H Input B=A H X Z Z H：高電平 L：低電 平 X：懸空 模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片 ADC0832 ADC0832 是美國(guó)國(guó)家半導(dǎo)體公司生產(chǎn)的一種 8位分辨率 A/D 轉(zhuǎn)換芯片，可以適應(yīng)一般的模擬量轉(zhuǎn)換要求。芯片轉(zhuǎn)換時(shí)間僅為 32μ S， 有雙數(shù)據(jù)輸出可作為數(shù)據(jù)校驗(yàn) ，轉(zhuǎn)換速度快且穩(wěn)定性能好 。其引腳如圖 28所示。 由于 DO端與 DI 端 在通信時(shí)未同時(shí)有效并與單片機(jī)的接口是雙向的，所以電路設(shè)計(jì)時(shí)可 將 DO 和DI并 在一根數(shù)據(jù)線上使用。當(dāng) 進(jìn)行 A/D 轉(zhuǎn)換時(shí)， CS 使能端 應(yīng) 置于低電平并且保持 到轉(zhuǎn)換結(jié)束。 第 1 個(gè)時(shí)鐘脈沖的下沉之前 DI 端必須是高電平，表示啟始信號(hào)。 表 24 ADC0832 功能表 MUX Address Channel SGL/DIF ODD/SIGN 0 1 0 0 + 0 1 + 9 3 系統(tǒng) 硬件設(shè)計(jì) AT89S52 復(fù)位電路 復(fù)位 是使單片機(jī)或系統(tǒng)恢復(fù)某種確定的初始狀態(tài)。 開(kāi)機(jī)瞬間 RST 引腳獲得高電平，隨著電容 C1 的充電，引腳的高電平將逐漸下降。復(fù)位操作有兩種基本形式：一種是上電復(fù)位，另一種是上電與按鍵均有效的復(fù)位，本設(shè)計(jì)使用的是上電復(fù)位方式，上電復(fù)位 電路圖如圖 31所示。當(dāng) VDD 端口接 — 的電壓時(shí)是使用外部電源；當(dāng) VDD 端口接地時(shí)使用了內(nèi)部的寄生電源。本設(shè)計(jì)采用的是外部電源供電方式，連接圖如圖 32 所示 。在外部供電的方式下應(yīng)注意 GND 引腳不能懸空，否則不能轉(zhuǎn)溫度，讀取的溫度總是 85℃。 氣敏元件 共 有 6只針狀管腳，其中 4 個(gè)用于信號(hào)取出，2個(gè)用于提供加熱電流。當(dāng)采集到電壓后 經(jīng)過(guò) AD 模數(shù) 轉(zhuǎn)換器將模擬量轉(zhuǎn)換為數(shù)字量。這種傳感器具有輕微的極性，在滿足傳感器電性能要求的前提下，為更好利用傳感器的性能， 還 需要通過(guò)滑動(dòng)變阻器的調(diào)節(jié) 與 校準(zhǔn)， 才能 得到精確的煙霧信號(hào)。 圖 33 MQ2 基本電路 A/D 轉(zhuǎn)換 ADC0832 電路 A/D 轉(zhuǎn)換電路在本設(shè)計(jì)中采用的是數(shù)模轉(zhuǎn)換常用芯片 ADC0832，煙霧傳感器的輸出端接到 ADC0832 的 CH0。 ADC0832 電路圖如圖 34所示。 蜂鳴器為無(wú)源蜂鳴器，低電平時(shí)發(fā)出聲音， 當(dāng) 室內(nèi) 可燃性氣體濃度 、煙霧濃度或溫度 超過(guò) 設(shè)定的 限定值時(shí)， 單片機(jī)將 置為低電平，三極管導(dǎo)通， 揚(yáng)聲器發(fā)出 蜂鳴 報(bào)警 ，直到有工作人員將電路斷開(kāi)，或煙霧、溫度降到限值以下。 圖 35 聲音報(bào)警 電路 在報(bào)警的同時(shí)，設(shè)計(jì)加入了一個(gè)自救電路，煙霧濃度過(guò)高時(shí)，可以通過(guò)電機(jī)把煙霧抽去，使室內(nèi)煙霧濃度降低。如圖 36 所示。在本系統(tǒng)中，對(duì) LED 進(jìn)行的是動(dòng)態(tài)掃描，除了給顯示器提供段的輸入之外，還要對(duì)顯示器進(jìn)行位控制。 本系統(tǒng)顯示用的 4 位七段共陽(yáng)數(shù)碼管由數(shù)碼管專用 數(shù)碼 驅(qū)動(dòng)芯片 74HC245 驅(qū)動(dòng)， P2為數(shù)據(jù)段碼輸出口， 至 分別接驅(qū)動(dòng)芯片 74HC245 的 A0至 A7， 74HC245 的 B0 至B7分別接數(shù)碼管的 a、 b、 c、 d、 e、 f、 g、 dp， 、 、 、 引腳 用作 位選，分別控制 4位數(shù)碼管的亮滅。七段數(shù)碼管電路圖如 圖 37所示。綠燈亮表示室內(nèi)環(huán)境處于正常狀態(tài)，環(huán)境中沒(méi)有火災(zāi)危險(xiǎn)。黃燈亮表示環(huán)境中煙霧濃度超過(guò)報(bào)警限值，若同時(shí)亮，說(shuō)明溫度和煙霧都超過(guò)了設(shè)定的報(bào)警限值，即可能會(huì)發(fā)生火災(zāi)，提醒用戶盡快采取相應(yīng)措施。 4個(gè)按鍵分別接單片機(jī)的 、 、 、 ，單片機(jī)的 P0口接上拉電阻。 功能控制鍵電路如圖 39所示， 4 個(gè)鍵定義如下： ：手動(dòng)報(bào)警鍵，按此鍵可以手動(dòng)啟動(dòng)報(bào)警功能。 ：限值減鍵，按此鍵當(dāng)前設(shè)定項(xiàng)報(bào)警限值逐減。