智能火灾报警系统本科毕业设计.docx

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智能火灾报警系统本科毕业设计

教学单位

学生学号

编号

本科毕业设计

题　　目基于单片机的火灾报警系统设计

学生姓名　

专业名称　电子电气工程学院2011级通信工程

指导教师　

年月日

摘要

伴随着时期不断的进步，人们愈来愈多的利用电子类设备，无论是家庭仍是工厂利用的电器都愈来愈多。

可是随之而来的是因为电器的不妥利用所引发的火灾也超级之多。

咱们的国家每一年因为所用电器造成的火灾而损失很多的利益。

火灾不仅带来的物品财产上的损失，而且带给了咱们失去亲人的悲痛。

所以针对这种情形咱们很有必要设计出一种火灾报警系统，减少火灾的发生，并是咱们在火灾中受到的经济损失和人员伤亡达到最小。

目前咱们国家有超级多的人也设计出了很多的火灾报警系统，可是大部份的火灾报警系统都是适用于大型的工厂、公司而并非适用于家庭、宿舍等小的环境当中。

所以研制一款针对于家庭、宿舍等小环境研制出一款火灾报警系统是超级重要的。

而且本次设计也言简意赅、实用性高。

所以针对小的环境当中的火灾报警系统本文设计了一种火灾报警器。

该系统设计核心为MCS-51单片机和MQ-2半导体气体烟雾传感器，芯片咱们采用STC89C52芯片，火灾报警系统中的电路包括烟雾收集信号电路、前置放大电路、A/D转换电路、安全保护电路等主要电路组成。

最终通过调试，肯定本设计方案是可行的。

关键字：

单片机；传感器；烟雾报警器

Abstract

Alongwith theprogressoftimes, moreandmorepeople use electronicequipment, whetherthefamilyor thefactoryuse electricalappliancesare moreandmore. It is becauseof theimproperuseof electricalappliances causedby fire isalsoverymuch. Ourcountry eachyearbecauseof theuseofelectric firecausedbythe lossof alotofinterests. Firenotonly broughtthe goods propertylosses, butalso broughtus thegriefoflosinglovedones. So inthiscase itisnecessaryforus todesigna firealarmsystem, reducethefire, and weare inthefirecasualtiesandeconomiclosses to theminimum. Atpresent, ourcountryhas somanypeoplehave designedalotof firealarmsystem, butmostofthe firealarmsystem is applicabletolarge factories, companies and isnot suitableforfamilies, dormitoriesandother smallenvironment. Sothedevelopmentof a needle isveryimportantfor families, dormitoriesandother smallenvironment developeda firealarmsystem. And thisdesign is conciseandcomprehensive, highlypractical. Soforthe small environment ofthefirealarmsystem thispaperdesigneda firealarm. Thecoreofthesystemdesign fortheMCS-51MCU andMQ-2chip semiconductorgas smokesensor, weadoptSTC89C52chip, thefirealarm circuit inthesystemincludingthe smoke signalacquisition circuit, preamplifiercircuit,A/Dconversioncircuit,protectioncircuit main circuit. After debugging, the design schemeisfeasible.

Keywords:

sensor;MCU;Thesmokealarm

1绪论

课题背景

随着科技的不断进展，人们此刻对于电器的应用愈来愈多，无论是家用电器，仍是工厂利用的电器都愈来愈多。

可是随之而来的是因为电器的不妥利用所引发的火灾也超级之多。

所以针对于火灾的发生咱们应当及早发觉火灾的源头并给予通报，因此咱们对于现场的烟雾进行收集，监视所处的环境当中的烟雾浓度，以便于及时的发觉火源，进而尽可能减小事故的发生，从而才能进一步使咱们生活的环境处于安全。

烟雾报警器的国内外现状

外国国外对于烟雾传感器的研究开发能够追溯到上世纪30年代初，一经出现便受到了大量大量人士的追捧。

其中一个方面是因为人们意识到了火灾对于人们生活的要挟性；另一方面是因为传感器的市场在外国不断地快速进展，而且随着传感器的快速进展，传感器不仅在工艺上取得了专门大的提高，而且其愈来愈趋于小型化体积愈来愈小，也就是说在一个芯片上便包括了传感器等一系列的电子器件。

这种情形不仅使烟雾检测仪器加倍便于携带，更使其在生产、运输等方面所需要的本钱大大降低。

烟雾传感器的研究发明在我国是从上世纪七八十年代初才慢慢开始的，随着我国对于烟雾传感器的快速进展，不仅研制出的烟雾传感器的型号愈来愈多样而且烟雾传感器的种类也愈来愈全，应用于各个生产生活的领域。

咱们国家在引进国外对于烟雾传感器先进的技术和先进的工艺，进行自主开发和自主研究。

生产粗了许多针对于咱们国家的烟雾传感器。

报警器在分类上一共能够分为三大类。

其中包括民用烟雾报警器、工业用烟雾报警器、有毒有害烟雾报警器。

（1）民用烟雾报警器

该型报警器一般属于小型的火灾报警器,在人们的生活当中一般人们会将其安装在厨房当中，每当火灾发生时该报警器会监测到火灾产生的烟雾，进儿报警器便会发出报警，向人们显示火灾的发生。

有一些高端的报警器还能够开启系统排风扇功能，将火灾产生的烟雾排到屋外去。

（2）工业用烟雾报警器

工业报警器总的来讲就是应用于工业生产进程中的大型火灾报警系统。

该报警器按照状态种类的不同，又能够分为三类。

别离为检漏仪、控制器和探测器。

检漏仪相对于其他两种的特点是体积很小，该仪器主要应用的地方即是对于燃气管道的管理。

若是在检测进程当中发觉有燃气发生泄漏，检漏仪便会发出报警，该仪器在报警的同时人们还能够在该仪器上读取到烟雾的浓度，令人们防患于未然，避免火灾的产生。

探测器人们一般会将其装于防爆现场，控制器人们通常则会将其放在有人值守的地方，比如转达室等。

他们二者之间人们通常会采用屏蔽电缆线连接。

当工作人员在现场探测到燃气发生泄漏以后，就会通过电缆线将燃气发生泄露的信号传到控制器，相应的控制器就会发出报警，在报警的同时该系统就会启动排风装置而且会关闭阀门并进一步会切断燃气的源头。

此种探测器和控制器应用相当的普遍，例如液化气站、汽车加油站、锅炉房等重要的场所。

（3）有毒有害烟雾报警器

有毒有害烟雾报警器相对于前文描述的探测器只是在检测探头上与其有轻微的不同，而在原理和应用中都很相似。

2整体方案设计

烟雾报警器不仅能够监测出所处于工作环境当中的烟雾的浓度，而且能够在碰到火灾时烟雾的浓度超过所设定值时会产生报警。

人们在设计这种烟雾报警器时为了适应家庭和工业等场所对应的安全性的要求，设计的该报警器应当包括有显示报警的状态。

人们所设计的这种报警器工作方式采用的是延时的工作方式，并以STC89C52单片机为控制核心，采用MQ-2传感器用来搜集烟雾浓度，而且这种报警系统还会配合外围电路来达到设计的要求。

咱们所设计的报警系统主要包括硬件设计部份和软件设计部份。

下图，如图1所示表示的为咱们本次设计的整体设计的框架图。

图1整体设计框图

咱们在本次设计当中，CPU利用的是MCS-51单片机系列中的STC89C52单片机。

咱们会将报警器在所处的监测位置所监测的烟雾浓度的信号利用烟雾检测探头将其变成电信号，而且会通过模拟/数字电路进行收集。

然后传入到单片机当中，通过软件系统进行查询等环节实时发出报警信号,最终通过驱动蜂鸣器和指示灯来进行报警的产生。

烟雾检测传感器选型

烟雾传感器是人们针对于火灾报警系统当中测量的装置和控制系统的第一个超级重要的环节。

因为在报警器当中的信号的收集环节会用到烟雾传感器。

该传感器能够将检测出的有关烟雾的浓度的信号通过烟雾检测探头将其转换成电信号，从而能够进一步的达到检测和监控等功能的实现。

咱们能够这么说，若是没有传感器在检测进程中输入精准有效的信号，那么就不会有检测、控制等系统的精准产生。

烟雾传感器作为核心器件，能够说是它决定了所有监测到的烟雾浓度信号的准确性和靠得住性。

下图，如图2表示为烟雾传感器内部结构图：

图2烟雾传感器及其结构图

在上文的叙述当中，因为MQ-2半导体传感器相对于其他的半导体烟雾传感器来讲，灵敏度超级的高，电导率现对于其他类型的传感器来讲转变加倍大、响应的时刻和恢复的时刻都超级的短、抑制影响的能力也超级壮大，而且该传感器所输出的信号也超级大、寿命加倍长，工作平稳性加倍平稳等长处，所以这种传感器在市面上的应用超级的普遍。

所以针对传感器的选择咱们选择用MQ-2半导体传感器来作为本次设计的核心传感器。

所以下文咱们将针对MQ-2半导体气体烟雾传感器做重点的介绍。

MQ-2半导体传感器是以金属氧化物二氧化锡为主体的N型半导体气敏元件。

当这种传感器所处的环境当中检测出有烟雾气体的时候，传感器中的N型半导体气敏元件的电导率与所检测空气中烟雾浓度成正比关系。

所以咱们在本次设计报警器，能够只要利用相应的电路将电导率中的转变关系转变成为与该气体浓度相对应的电信号。

单片机选型

单片机对于烟雾自动报警系统来讲是最为关键性的一个元件，能够说单片机是整个系统的心脏，因为在系统中，单片机是用来接收信号并用来启动报警装置进一步会执行相应的报警。

在单片机实现的控制功能中，需要单片机有较快的运算速度，使检测人员和用户在报警器系统正常工作时能够及时地观测到实时的烟雾浓度品级，并进行相应处置。

同时，在能够知足报警器系统设计的计算速度及接口功能要求的同类型单片机中，要考虑选择价钱低廉且体积轻巧的机型，在保证了报警器的精准性、靠得住性及抗干扰性的基础上，能够不提高本钱，缩小体积。

针对本文系统单片机的选择，咱们利用MCS-51系列单片机中的STC89C52单片机。

下文咱们会对STC89C52单片机做重点介绍。

STC89C52单片机简介

、高性能CMOS8位微控制器，具有8K可编程Flash存储器。

利用高密度非易失性存储器技术制造，与工业80C51产品指令和引脚完全兼容。

片上Flash允许程序存储器在线可编程，亦适于常规编程器。

在单芯片上，拥有灵巧的8位CPU和在系统可编程Flash，使得STC89C52为众多嵌入式控制应用系统提供高灵活、超有效的解决方案。

STC89C52具有以下标准功能：

8k字节Flash，256字节RAM，32位I/O口线，看门狗按时器，2个数据指针，三个16位按时器/计数器，一个6向量2级中断结构，全双工串行口，片内晶振及时钟电路。

另外，STC89C52可降至0Hz静态逻辑操作，支持2种软件可选择节电模式。

空闲模式下，CPU停止工作，允许RAM、按时器/计数器、串口、中断继续工作。

掉电保护方式下，RAM内容被保留，振荡器被冻结，单片机一切工作停止，直到下一个中断或硬件复位为止。

这一模块以单片机为中心把程序代码烧进去然后外围接上复位电路、振荡电路、键盘控制、LED显示电路、报警电路等子模块。

单片机的引脚功能描述

下面对STC89C52各引脚的功能进行较为详细的介绍：

1）电源引脚Vcc和Vss

Vcc引脚能够表示为电源端为+5V，该引脚一共有40脚；

Vss引脚能够表示为接地端引脚，该引脚一共有20脚；

2）引脚XTAL1和XTAL2

XTAL2能够表示为时钟电路引脚，该引脚与外部晶体的一端相连接。

该引脚在单片机的内部能够表示为电路反向放大器的输出端，而该电路的频率能够表示为晶体固有的频率。

若是需要利用到外部时针电路的时候，该引脚的输入脉冲表示为外时钟脉冲。

若是需要检查该单片机中的振荡电路是不是工作正常，则能够用到示波器来针对XTAL2时钟电路引脚是不是有脉冲信号输出进行查看。

该引脚一共有18脚。

XTAL1也表示为时钟电路引脚，与XTAL2不同的地方在于该引脚能够接到外部晶体和微调电容的另一端。

在单片机工作当中，它能够表示为电路反向放大器的输入端。

若是咱们利用外部时钟的时候，那个引脚就必需接到地，该引脚一共有19脚。

3引脚RSTALEPSEN和EA。

RST能够表示为复位信号输入端引脚，该引脚在输入为高电平时才有效果，在低电平时无效。

所以只有在RST引脚的输入端的机械周期为高电平的时候，RST引脚才能够完成复位操作。

该引脚一共有9脚。

ALE/PROG引脚能够表示为地址锁存允许信号端。

只有当STC89C52单片机在正常工作的时候，ALE引脚则会持续的向外输出脉冲信号，该脉冲信号的值为正值。

当STC89C52单片机访问片外RAM的时候，引脚ALE的

为空之锁存地址低八位的信号。

在STC89C52单片机访问片外ROM的时候，每当STC89C52单片机取值一次就会失去一个脉冲。

通常情形下人们若是想明白该芯片是不是损坏，就可以够利用示波器查看ALE引脚有无输出脉冲信号，若是没有输出信号的，则STC89C52芯片大体上来讲是没有问题的。

该引脚一共有30脚。

PSEN引脚咱们能够表示为程序存储允许输出信号，在访问片外RAM时，那个引脚的输出脉冲能够作为片外ERROM/ROM的选通信号，该输出脉冲信号值为负值。

STC89C52单片机在从外部ERROM/ROM读取指令的期间中，在一个周期的进程当中PSEN能够有效两次。

可是STC89C52单片机在访问片外RAM时，则需要少生成两次脉冲信号，该信号的值为负值。

通常的情形下咱们若是要明白AT89C52系统上电后单片机到ERROM/ROM中能不能正常的读取指令码，就可以够从示波器看PSEN端有无脉冲的输出。

若是有脉冲输出的话那么就大体上能够说明AT89C52系统工作是正常。

该引脚一共有29脚。

EA/VPP能够别离表示为外部程序存储器地址允许输入端的引脚和固化编程电压输入端引脚。

当外部程序RAM地址允许输入端的引脚接高电平的时候，STC89C52单片机只会访问片内ERROM/ROM并执行指令。

可是当STC89C52单片机的数值超过OFFFH值的时候，STC89C52单片机就将会自动转向执行片外RAM的程序。

当输入的信号外部程序存储器地址允许输入端的引脚接低电平时，那么STC89C52单片机就会只访问外部ERROM/ROM而且也会执行外部程序RAM中的指令，而且并非用管单片机中是不是有片内RAM程序。

但是若是对于对于ROM的8031或8032单片机，因为ROM的8031或8032单片机当中没有芯片，那么咱们就必需向外扩展ERROM，那么在那个时候咱们就必需将EA引脚接到地。

可是若是咱们利用的是有片内ROM的STC89C52单片机时，也要使EA引脚接地。

该引脚一共有31脚。

I/O引脚能够表示为输入/输出端口引脚，该引脚中包括P0，P1，P2，P3四个端口。

P0口能够表示为一个漏极开路的八位双向输入/输出端口。

P1口能够表示为一个八位准双向输入/输出端口。

P2口不仅能够表示为地址总线输出地址高八位，而且也能够做为平常的输入/输出端口利用。

P3口能够表示为一个双功能口，该引脚不仅能够做为平常的输入/输出口用而且该输入/输出端口也能够按每位概念实现第二功能操作。

详情能够从以下的表中看出来。

咱们在测量温度的时候，需要设计测温电路，那么咱们就需要用到温度传感器，对于温度传感器的选择是超级之重要的，在现在的社会，人们已经研发出了很多种的温度传感器，而每种温度传感器在不同的系统当中都有其不同的长处和缺点，以下咱们针对两种温度传感器进行比较，其中一种为PT100温度传感器，另一种为DS18B20温度传感器，然后咱们选择一种适用于本文设计的温度传感器。

方案1：

方案一咱们选择PT100温度传感器。

PT100温度传感器测量温度的时候咱们一般是利用铂电阻的阻值随温度改变而转变的思路、而且这种转变会呈必然函数关系，这种温度传感器不仅具有良好的抗振动能力，而且稳固性也超级的好、精准度也超级的精准，而且这种传感器能够忍受高压。

可是缺点就是这种温度传感器利用起来超级的复杂。

方案2：

方案二咱们选择DS18B20温度传感器。

DS18B20温度传感器的输出总线的方式是通过“一线”总线这种独特的方式。

这种独特的输出总线的方式不仅能够使多个DS18B20温度传感器能够方便地形成一个传感器网络，而且DS18B20温度传感器在测温时候的精度方面、转换时候的时刻等方面相对于其他的温度传感器都有了超级大的进步。

综上所述，咱们通过两种温度传感器的比较，DS18B20温度传感器不仅能够直接输出温度值，而且不需要进行过量的校正，因此，对于温度传感器的选择，咱们选择DS18B20温度传感器。

3系统的硬件电路

单片机最小系统

若是要使单片机进行正常的工作，那么组成单片机电路最基础的的就是单片机最小系统，单片机最小系统如下图所示。

图3单片机最小系统

单片机最小系统的电路包括单片机电路、复位电路和时钟电路。

STC89C52单片机的正常的工作电压为,因此咱们通常在给单片机接入电源时一般接入的为5V的直流电源。

咱们通常会通过单片机的电源端的VCC引脚接入+5V电源，而单片机中的接地端的VSS引脚在通常情形下则会接地。

复位电路一般来讲就是肯定单片机在开始工作时的状态，即便单片机完成启动的一个进程。

打开电源的开关时单片机便会产生一个复位信号，从而进一步完成启动而且进一步肯定单片机的起始工作状态。

当单片机系统在运行的进程当中，有时候单片机系统可能会因为某些原因从而致使死机或跑飞的现象，通常在那个时候咱们都会按下复位按钮使单片机系统中的程序从头开始执行。

复位通常有两种方式其中一种为上电自动复位另一种为外部按键手动复位，一般情形下单片机系统在时钟电路的工作以后，在复位端出持续的输出两个周期的高电平时，这时单片机系统就会完成复位操作。

而在本设计当中咱们所采用的复位方式是外部手动复位。

单片机的时钟电路与复位电路设计

咱们在本次设计的系统当中咱们采用STC89C52系列的单片机，STC89C52系列的单片机相对比其他系列的单片机来讲具有很多的长处。

在该单片机中不仅资源相对比其他单片机要多的很多，而且对于系统的执行速度也要快得多。

STC89C52单片机内部也集成了看门狗电路，使这种单片机具有很强的抑制干扰的能力。

如下图所示为本单片机系统的时钟电路和复位电路。

图4时钟电路图5复位电路

由于STC89C52单片机输入/输出端口中的P0端口没有上拉电阻，表示为高电阻状态，从而并非能使STC89C52单片机正常地输出高/低电平，因此该输入/输出端口在利用的进程当中必需外接一个上拉电阻。

烟雾检测AD收集电路

咱们在烟雾检测的进程当中通过采用MQ-2半导体烟雾传感器。

而且通过ADC0832芯片通过收集以后即能够取得各类烟雾浓度下的信号。

因此咱们按照这种设计能够设计出一种理想状态下的烟雾强度报警信号。

这种烟雾检测AD收集电路如下图所示：

图6烟雾浓度收集电路

显示模块

咱们在显示模块的进程当中通过数码管进行显示，显示模块的电路如下图所示：

图7数码管显示

声音报警电路

通常情形之下声音报警电路会通过三极管基极串联一个电阻而且会与单片机当中的P3端口当中的端口进行连接，从而使单片机系统控制蜂鸣器是不是需要报警。

图8声音报警电路图

按键控制电路

在本次设计当中咱们针对本电路一共设置了四个按键，一个设置键、一个加键、一个减键、一个紧急报警键，当咱们在生活中碰到紧急的情形的时候，即能够迅速按下按键当中的紧急报警键，在那个时候蜂鸣器便会进行报警。

按键控制电路的电路图如下图所示：

图9消音按键连接电路图

电源模块

因为在本次针对烟雾报警系统当中对于供电系统咱们采用的事电池供电，因此咱们比较了两种供电系统对本系统进行供电，它们都有各自的优缺点。

方案1：

方案一中咱们利用5V蓄电池为咱们所设计的系统进行供电。

通常情形下蓄电池不仅具有很壮大的电流驱动能力而且也具有很平稳的的电压输出的能力。

可是蓄电池的缺点及时体积相对于其他供电系统太过于庞大，在小环境的报警器中利用起来相当的不方便。

方案2：

方案二中咱们采用三节V的干电池彼此串联那么便取得了共的干电池做电源，咱们通过实验验证该单片机系统在工作的时候，各类器件所需要的电压都能够知足该单片机系统的需求，而且电池改换起来也极为方便。

综上所述，咱们针对单片机系统的供电系统采用第二种方案。

图10电源接口电路

温度传感器（DS18B20）电路

DSl8B20简介

DSl8B20温度传感器是全世界著名的DALLAS半导体公司生产并推出的一款新型的温度传感器，该温度传感器是继DSl820温度传感器以后最新推出一款新型的智能温度传感器。

DSl8B20温度传感器相对于传统的热敏电阻有很多的长处，这种温度传感器不仅能够直接读出被测量的温度，而且也能够按照系统的需要从而通过编程能够达到数字直读方式。

而且咱们能够从DSl8B20温度传感器读出或写入信息仅仅能够用一根口线用来读写，温度变换功率来源于数据总线，而且总线也能够向DSl8B20温度传感器进行供电，并非需要加入其他的电源。

所以咱们在应用DSl8B20传感器的进程当中不仅能够让单片机系统中的结构加倍趋向于简单，而且在这种温度传感器的靠得住性也超级的高。

本文设计不仅向咱们介绍了基于DS18B20温度传感器的温度测量中所应用的单片机控制系统的组成、不且也向咱们系统的介绍了设计的方案和所用到到的程序设计的进程。

DS18B20温度传感器进行多点温度测量的单片机系统的控制的核心采用AT89C52单片机进行控制的，而且以DS18B20作为被控制的对象，单片机系统中熟知的显示咱们采用数码管进行显示，而且在单片机系统的设计进程当中咱们也用到了C语言来实现单片机系统所要求的各类功能。

DSl8B20温度传感器咱们用到了3脚PR35封装和8脚SOIC封装.

如下图所示咱们能够看出DS18B20温度传感器中的各个管脚的排列：

图11DS18B20的管脚

DS18B20温度传感器的各个引脚说明如下：

GN