火灾报警器的发展概况.docx
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火灾报警器的发展概况
火灾报警器的发展概况
前言——火灾报警器的发展概况1设计方案
1.1火灾报警器的设计方案1.2主芯片的选择
1.3总体设计框图
2DS18B20温度传感器
2.1DS18B20技术性能描述和外形内部结构
2.2DS18B20的温度测量与转换过程3系统的组成及工作原理3.1DS18B20温度传感器与单片机的接口电路
3.2系统整体电路
4系统软件分析
4.1主程序
4.2读出和计算温度子程序4.3温度转换命令子程序
4.4显示数据刷新子程序
5总结与体会
附录1：
参考文献
附录2：
程序
1
传统火灾报警系统和现代火灾报警系统进行了比较,论述了智能型火灾报警
系统在火灾信号探测、信息处理及综合布线等方面主要技术,分析了火灾报警系统主要技术的发展方向,着重探讨了火灾报警系统信息处理智能化以及系统管理
网络化的发展趋势
随着我国经济步入高速发展的时期，城市化建设不断加快，城市建筑也由分
散式低密度向集中式高密度过渡。
而高层建筑中各种通讯线路、动力和照明线路
纵横交错，加之现代建筑的密闭性较强，使火灾的发生概率也在大幅增加。
火灾自动报警系统探测火灾隐患，肩负安全防范重任，在现代智能建筑中起着极
其重要的安全保障作用。
火灾报警系统属于智能建筑系统的一个子系统，但其又
在完全脱离其它系统或网络的情况下独立正常运行和操作，完成自身所具有的防
灾的功能，具有绝对的优先权。
火灾自动监控报警系统已称为必需的装置。
随着时代的进步与发展，传感器技术已经普及到我们的生活，已经成为一种
比较成熟的技术，本文将设计一种基于温度传感器DS18B20并用单片机控制的温
度报警系统，本系统可设置上下报警温度，其实质是当温度超过设置范围内时，
可以报警。
1设计方案
1.1设计要求
（1）基本范围-50?
～100?
（2）火灾发生时，LED数码管显示温度、报警器响起?
精度误差小于0.1?
?
LED数码直读显示
3）可以任意设定上限报警温度
1.2主芯片的选择
由于本设计是火灾报警系统，可以使用热敏电阻之类的器件利用其感温，再将随被测温度变化的电压或电流采集过来，经A／D转换后，就可以用单片机
进行数据的处理，在显示电路上显示温度数值，当超过设定的上限温度时，警示
灯亮起并且扬声器发出警报，这种设计需要用到A／D转换电路，感温电路比较
麻烦。
进而考虑到用温度传感器，在单片机电路设计中，大多都是使用传感器，
市场调查，温度传感器主要有PT100和DS18B20性能方面前者稍占优势，但是价
格方面PT100大概100元左右，而后者只要几元，所以综合因素采用DS18B20，就可以满足设计要求。
1.3总体设计框图
火灾报警系统总体设计方框图如图1所示，控制器采用单片机AT89S51，温度传感器采用DS18B20，用4位LED数码管以串口传送数据实现温度显示，扬声器发出警报。
LED单片机复位
显
示主控报警点按键调制整器温
度
传时钟振荡2感
器
图1总体设计方框图
（1）主控制器
主控制器采用单片机，由于单片机它所采取的半导体工艺，使其具有很多显
著的特点。
单片机主要发如下特点：
（1）有优异的性能价格比。
（2）集成度高、体积小、有很高的可靠性。
单片机把各功能部件集成在一块芯
片上，内部采用总线结构，减少了各芯片之间的连线，大大提高了单片机的可靠
性与抗干扰能力。
另外，其体积小，对于强磁场环境易于采取屏蔽措施，适合在
恶劣环境下工作。
（3）控制功能强。
为了满足工业控制的要求，一般单片机的指令系统中均有极
丰富的转移指令、I/O口的逻辑操作以及位处理功能。
单片机的逻辑控制功能及
运行速度均高于同一档次的微机。
（4）低功耗、低电压，便于生产便携式产品。
（5）外部总线增加了IC及SPI等串行总线方式，进一步缩小了体积，简化了结构。
（6）单片机的系统扩展和系统配置较典型、规范，容易构成各种规模的应用系
统
由于单片机具有显著的优点，它已成为科技领域的有力工具，人类生活的得
力助手。
它的应用遍及各个领域，主要表现在以下几个方面：
1.单片机在智能仪表中的应用
单片机广泛地用于各种仪器仪表，使仪器仪表智能化，并可以提高测量的自
动化程度和精度，简化仪器仪表的硬件结构，提高其性能价格比。
2.单片机在机电一体化中的应用
机电一体化是械工业发展的方向。
机电一体化产品是指集成机械技术、微电
子技术、计算机技术于一体，具有智能化特征的机电产品，例如微机控制的车床、
钻床等。
单片机作为产品中的控制器，能充分发挥它的体积小、可靠性高、功能
强等优点，可大大提高机器的自动化、智能化程度。
3.单片机在实时控制中的应用
单片机广泛地用于各种实时控制系统中。
例如，在工业测控、航空航天、尖
端武器、机器人等各种实时控制系统中，都可以用单片机作为控制器。
单片机的
实时数据处理能力和控制功能，可使系统保持在最佳工作状态，提高系统的工作
效率和产品质量。
4.单片机在分布式多机系统中的应用
在比较复杂的系统中，常采用分布式多机系统。
多机系统一般由若干台功能
各异的单片机组成，各自完成特定的任务，它们通过串行通信相互联系、协调
工作。
单片机在这种系统中往往作为一个终端机，安装在系统的某些节点上，对
现场信息进行实时的测量和控制。
单片机的高可靠性和强抗干扰能力，使它可以
置于恶劣环境的前端工作。
5.单片机在人类生活中的应用
自从单片机诞生以后，它就步入了人类生活，如洗衣机、电冰箱、电子玩具、
收录机等家用电器配上单片机后，提高了智能化程度，增加了功能，倍受人们
喜爱。
单片机将使人类生活更加方便、舒适、丰富多彩。
3
综合所述，单片机已成为计算机发展和应用的一个重要方面。
另一方面，单
片机应用的重要意义还在于，它从根本上改变了传统的控制系统设计思想和设计
方法。
从前必须由模拟电路或数字电路实现的大部分功能，现在已能用单片机通
过软件方法来实现了。
这种软件代替硬件的控制技术也称为微控制技术，是传统
控制技术的一次革命。
单片机AT89S51具有低电压供电和体积小等特点，四个端口只需要两个口就
能满足电路系统的设计需要，很适合便携手持式产品的设计使用系统可用二节电
池供电，因此本设计单片机采用AT89S51.
（2）显示电路
显示电路采用4位共阳LED数码管，从P3口RXD,TXD串口输出段码。
（3）温度传感器
DS18B20温度传感器
2DS18B20温度传感器
2.1DS18B20技术性能描述和外形内部结构
由DALLAS半导体公司生产的DS18B20型单线智能温度传感器，属于新一代适
配微处理器的智能传感器，可广泛用于工业、民用、军事等领域的温度测量及控
制仪器、测控系统和大型设备中。
它具有体积小、接口方便，传输距离远等特点。
DS18B20的性能特点：
（1）适应电压范围更宽，电压范围：
3.0～5.5V，在寄生电源方式下可由数
据线供电。
（2）独特的单线接口方式，DS18B20在与微处理器连接时仅需要一条口线
即可实现微处理器与DS18B20的双向通讯。
（3）DS18B20支持多点组网功能，多个DS18B20可以并联在唯一的三线上，
实现组网多点测温。
（4）DS18B20在使用中不需要任何外围元件，全部传感元件及转换电路集
成在形如一只三极管的集成电路内。
（5）测温范围为-55?
～+125?
，在-10?
～+85?
时精度为?
0.5?
。
（6）可编程的分辨率为9～12位，对应的可分辨温度分别为0.5?
、0.25?
、0.125?
、0.0625?
，可实现高精度测温。
（7）在9位分辨率时最多在93.75ms内把温度转换为数字，12位分辨率时最多在750ms内把温度转换为数字，速度更快。
（8）测量结果直接输出数字温度信号，以“一线总线”串行传送给CPU，同时可传送CRC校验码，具有极强的抗干扰纠错能力。
（9）负压特性：
电源极性接反时，芯片不会因发热而烧毁，但不能正常工
作。
DS18B20的外形和内部结构
DS18B20采用３脚PR－35封装或８脚SOIC封装，DS18B20内部结构如图2所示，它主要由四部分组成：
64位ROM、温度传感器、温度报警触发器TH和TL、高速暂存器。
4
存储器与控制逻辑64温度传感器位ROM高温触发器和高CTH单速低温触发器TL线缓接存口配置寄存器
Vdd8位CRC发生器
图2DS18B20内部结构
64位ROM的结构开始８位是产品类型的编号，接着是每个器件的惟一的序
号，共有48位，最后８位是前面56位的CRC检验码，这也是多个DS18B20可以
采用一线进行通信的原因。
温度报警触发器ＴＨ和ＴＬ，可通过软件写入户报警
上下限。
T0-92封装的DS18B20的引脚排列间图3
DS18B20引脚定义：
（1）GND地信号；
（2）DQ数据输入／输出引脚。
当被用着在寄生电源下，也可以向器件提
供电源。
（3）VDD可选择的VDD引脚。
当工作寄生电源时，此引脚必须接地。
DALLAS
DS18B20
123
GNDDQVDD
图3DS18B20管脚图
DS18B20温度传感器的内部存储器还包括一个高速暂存ＲＡＭ和一个非易
5
失性的可电擦除的EERAM。
高速暂存RAM的结构为８字节的存储器，结构如图4所示。
头２个字节包含测得的温度信息，第３和第４字节ＴＨ和ＴＬ的拷贝，是
易失的，每次上电复位时被刷新。
第５个字节，为配置寄存器，它的内容用于确
定温度值的数字转换分辨率。
DS18B20工作时寄存器中的分辨率转换为相应精度
的温度数值。
该字节各位的定义如图4所示。
低５位一直为１，ＴＭ是工作模式
位，用于设置DS18B20在工作模式还是在测试模式，DS18B20出厂时该位被设置为０，用户要去改动，R1和Ｒ0决定温度转换的精度位数，来设置分辨率
温度LSB温度MSBTH用户字节1TL用户字节2
配置寄存器
保留
保留
保留
CRC
..
TM111R1R011..
图4DS18B20字节定义
由表1可见，DS18B20温度转换的时间比较长，而且分辨率越高，所需要的
温度数据转换时间越长。
因此，在实际应用中要将分辨率和转换时间权衡考虑。
高速暂存ＲＡＭ的第６、７、８字节保留未用，表现为全逻辑１。
第９字节
读出前面所有８字节的CRC码，可用来检验数据，从而保证通信数据的正确性。
当DS18B20接收到温度转换命令后，开始启动转换。
转换完成后的温度值就
以16位带符号扩展的二进制补码形式存储在高速暂存存储器的第１、２字节。
单片机可以通过单线接口读出该数据，读数据时低位在先，高位在后，数据格式
以0.0625?
／LSB形式表示。
当符号位Ｓ＝０时，表示测得的温度值为正值，可以直接将二进制位转换为
十进制；当符号位Ｓ＝１时，表示测得的温度值为负值，要先将补码变成原码，
再计算十进制数值。
表2是一部分温度值对应的二进制温度数据。
表1DS18B20温度转换时间表
..
分辨率/位温度最大转向时间/msR1R0
00993.75
0110187.5
1011375
1112750..
DS18B20完成温度转换后，就把测得的温度值与RAM中的TH、TＬ字节内容作比较。
若Ｔ＞TH或T＜TL，则将该器件内的报警标志位置位，并对主机发出的
报警搜索命令作出响应。
因此，可用多只DS18B20同时测量温度并进行报警搜索。
6
在64位ROM的最高有效字节中存储有循环冗余检验码（CRC）。
主机ROM的前56位来计算CRC值，并和存入DS18B20的CRC值作比较，以判断主机收到
的ROM数据是否正确。
DS18B20的测温原理是这这样的,器件中低温度系数晶振的振荡频率受温度
的影响很小，用于产生固定频率的脉冲信号送给减法计数器１；高温度系数晶振
随温度变化其振荡频率明显改变，所产生的信号作为减法计数器２的脉冲输入。
器件中还有一个计数门，当计数门打开时，DS18B20就对低温度系数振荡器产生
的时钟脉冲进行计数进而完成温度测量。
计数门的开启时间由高温度系数振荡器
来决定，每次测量前，首先将－55?
所对应的一个基数分别置入减法计数器１、
温度寄存器中，计数器１和温度寄存器被预置在－55?
所对应的一个基数值。
减法计数器１对低温度系数晶振产生的脉冲信号进行减法计数，当减法计数器１
的预置值减到０时，温度寄存器的值将加１，减法计数器１的预置将重新被装入，
减法计数器１重新开始对低温度系数晶振产生的脉冲信号进行计数，如此循环直
到减法计数器计数到０时，停止温度寄存器的累加，此时温度寄存器中的数值就
是所测温度值。
其输出用于修正减法计数器的预置值，只要计数器门仍未关闭就
重复上述过程，直到温度寄存器值大致被测温度值。
另外，由于DS18B20单线通信功能是分时完成的，它有严格的时隙概念，因
此读写时序很重要。
系统对DS18B20的各种操作按协议进行。
操作协议为：
初使
化DS18B20（发复位脉冲）?
发ROM功能命令?
发存储器操作命令?
处理数据。
2.2DS18B20的温度测量与转换过程
DS18B20中的温度传感器可完成对温度的测量。
以12位转化为例，用12位符号扩展的二进制补码读数形式提供，分辨率为0.0625?
?
LSB，其中S为符号位。
12位转换后得到12位数据，存储在DS18B20的两个8位的RAM，二进制中的前面5位是符号位，如果测得的温度大于0，这5位为0，只要将测到的数值乘以0.0625即可得到实际温度；如果测得的温度小于0，则这5位为1，测得的数值需要取反加1，在乘以0.0625才得到实际温度。
根据DS18B20的通信协议，主机控制DS18B20完成温度转换必须经过3个步骤：
每一次读写前都要对DS18B20进行复位，复位成功后发送一条ROM指令，最后发送RAM指令，这样才能对DS18B20进行预定的操作。
复位要求主机将数据线
下拉500us，然后释放，DS18B20收到信号后等待16～60us左右，然后发出60～240us的存在低脉冲，主机收到此信号表示复位成功。
3系统的组成及工作原理
3.1DS18B20温度传感器与单片机的接口电路
DS18B20可以采用两种方式供电，一种是采用电源供电方式，此时DS18B20的1脚接地，2脚作为信号线，3脚接电源。
另一种是寄生电源供电方式，如图
5所示单片机端口接单线总线，为保证在有效的DS18B20时钟周期内提供足够的
电流，可用一个MOSFET管来完成对总线的上拉。
当DS18B20处于写存储器操作和温度A/D转换操作时，总线上必须有强的上
拉，上拉开启时间最大为10us。
采用寄生电源供电方式时VDD端接地。
由于单
7
线制只有一根线，因此发送接口必须是三态的。
..
VCC
DS18B20DS18B20DS18B20
VCC单
片4.7K
机GNDGNDGND
..图5DS18B20与单片机的接口电路
3.2系统整体电路
（1）主板电路
系统整体硬件电路包括，传感器数据采集电路，温度显示电路，上下限报警
调整电路，单片机主板电路等，如图6所示。
图6中有三个独立式按键可以分别调整温度计的上下限报警设置，图中蜂鸣
器可以在被测温度不在上下限范围内时，发出报警鸣叫声音，同时LED数码管将没有被测温度值显示，这时可以调整报警上下限，从而测出被测的温度值。
图6中的按健复位电路是上电复位加手动复位，使用比较方便，在程序跑飞
时，可以手动复位，这样就不用在重起单片机电源，就可以实现复位。
（2）显示电路
显示电路是使用的串口显示，这种显示最大的优点就是使用口资源比较少，
只用p3口的RXD,和TXD,串口的发送和接收，四只数码管采用74LS164右移寄存器驱动，显示比较清晰。
8
4系统软件分析
系统程序主要包括主程序，读出温度子程序，温度转换命令子程序，计算温
度子程序，显示数据刷新子程序等
4.1主程序
主程序的主要功能是负责温度的实时显示、读出并处理DS18B20的测量的当前温度值，温度测量每1s进行一次。
这样可以在一秒之内测量一次被测温度，
其程序流程见图7所示。
发DS18B20复位命令
初始化
发跳过ROM命令
调用显示子程序
发读取温度命令N1S到？
读取操作，CRC校验Y
YY
初次上电N
9字节完？
N
Y读出温度值温度N
计算处理显示数CRC校验正？
据刷新确？
移入温度暂存器
发温度转换开始命令
结束
9
图7主程序流程图图8读温度流程图4.2读出和计算温度子程序
读出温度子程序的主要功能是读出RAM中的9字节，在读出时需进行CRC校验，校验有错时不进行温度数据的改写。
其程序流程图如图8示。
计算温度子程序将RAM中读取值进行BCD码的转换运算，并进行温度值正负
的判定，其程序流程图如图10所示。
发DS18B20复位命令
发跳过ROM命令
发温度转换开始命令
结束
图9温度转换流程图
4.3温度转换命令子程序
温度转换命令子程序主要是发温度转换开始命令，当采用12位分辨率时转换时间约为750ms，在本程序设计中采用1s显示程序延时法等待转换的完成。
温度转换命令子程序流程图如上图，图9所示。
4.4显示数据刷新子程序
显示数据刷新子程序主要是对显示缓冲器中的显示数据进行刷新操作，当最
高显示位为0时将符号显示位移入下一位。
程序流程图如图11。
开始温度数据移入显示寄存器
NN温度零下?
十位数0？
Y
YN温度值取补码置“—”标志置“+”标志百位数0？
Y
计算小数位温度BCD值十位数显示符号百百位数显示数据
位数不显示（不显示符号）
计算整数位温度BCD值
结束
结束10
图10计算温度流程图图11显示数据刷新流程图
5总结与体会
11
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