基于单片机的室内安全报警系统的设计与实现.docx

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Abstract

东北农业大学学士学位论文学号：

基于单片机的室内安全报警系统的设计与实现

Designandimplementationofindoorsafetyalarmsystembasedonsinglechipmicrocomputer

学生姓名：

刘洋

指导老师：

所在院系：

成人教育学院

所学专业：

电气工程及其自动化

研究方向：

电气控制技术

东北农业大学

中国·哈尔滨

2017年11月

摘要

本设计采用89S52单片机结合MQ-2传感器技术而开发设计了这一烟雾报警系统。

论文中的烟雾报警器小巧轻便，适用于安装在含有爆炸性气体环境场所，还可使用于石油、化工等行业具有防爆要求的场所，可以安装在家里，也可以安装在露天、室外使用，防止和减少火灾危害，保护人身和财产安全。

以89S52单片机和MQ-2烟雾传感器为核心设计的烟雾报警器可以实现烟雾报警、溶度显示、看门狗自检单片机状态功能、手动紧急报警等功能。

本次设计的烟雾报警器结构简单、性能稳定、使用方便、价格便宜等优点。

就有一定的使用价值。

关键词：

烟雾；报警器；89S52；MQ-2传感器。

ABSTRACT

ThisdesignUSESthe89S52microcontrollercombinedwithMQ-2sensortechnologyandthedevelopmentofdesignthesmokealarmsystem.Inthepaperthesmokealarmsmallandportable,designedforinstallationincontainexplosivegasesplace,stillcanuseinpetroleum,chemicalandotherindustrieswiththerequirementsoftheexplosion-proofplace,canbeinstalledinthehome,canalsobeinstalledintheopenair,outdooruse,andpreventandreducethedangeroffireprotectionofpersonalandpropertysecurity.

In89S52single-chipmicrocomputerandMQ-2smokesensorasthecoredesignofsmokealarmcanrealizesmokealarm,solubilitydisplay,manualemergencyalarmfunctions.Thedesignofthesmokealarmsimplestructure,stableperformance,easytouse,cheapprice,etc.Havesomeusevalue.

Keywords:

Smoke;alarmapparatus;89S52;sensor

III

目录

摘要…………………………………………………………………………………………………. I

Abstract………………………………………………………………………………………………. II

II

1方案设计 1

1.1设计任务要求 1

1.2整体方案设计框架 1

2室内安全报警系统的硬件设计 3

2.1红外传感器部分设计 3

2.1.1热释电红外传感器的工作原理 3

2.1.2菲涅耳透镜 4

2.1.3BISS0001集成电路介绍 4

2.2温度传感器部分 5

2.2.1温度传感器 5

2.2.2温度传感器工作原理 6

2.3烟雾传感器部分 6

2.4数码管部分 8

2.5声光报警提示电路 9

2.5.1灯光提示电路 9

2.5.2声音报警电路 9

2.6无线遥控模块 10

2.7单片机部分设计 11

2.7.1STC89C52单片机 11

2.7.2单片机的最小系统 12

2.7.3按键控制电路、指示灯报警电路 15

2.7.4电源模块 16

3室内安全报警系统的软件设计 17

3.1软件结构及功能 17

3.2软件程序调试 18

参考文献 20

致谢……………………………………………………………………………………………………....22

附录A电路图 21

附录B程序源代码 22

附录C实物图 29

毕业设计

1方案设计

1.1设计任务要求

⑴设计包含了硬件设计和软件设计这两部分。

模块分为数据采集、按键的设置、报警设备、无线遥控装置、数码管显示等等。

⑵室内安全报警系统是由红外热释电红外传感器、温度传感器、烟雾传感器、数码管电路、蜂鸣器、单片机控制电路、无线遥控电路和软件组件为主组成。

⑶室内安全主要分为防盗和防火，针对于此本文所设计系统主要实现如下功能：

人们出行前，利用无线遥控器打开报警系统的保护状态，30秒后将传感器设置为工作状态进行布防。

在布防期间，红外辐射探测器透过菲涅耳透镜建立一个监测区域，在该区域内任何人员活动都会触发红外辐射监测电路，激活报警电路，红色警示灯闪烁，数码管显示数字“1”，蜂鸣器长鸣报警；烟雾探测器会对室内烟雾浓度进行监控，当室内烟雾浓度过高，激活报警电路，黄色警示灯闪烁，数码管显示数字“2”，蜂鸣器长鸣报警；温度探测器会对室内温度进行监控，当室内温度过高，激活报警电路，绿色警示灯闪烁，数码管显示数字“4”，蜂鸣器长鸣报警。

1.2整体方案设计框架

本设计所设计的室内安全系统主要包括以下结构：

复位电路、报警电路、热释电红外传感器电路、温度传感器电路、烟雾传感器电路、无线遥控电路、数码管显示电路和相应的软件控制程序。

本设计所设计的室内安全系统以STC89C52单片机为中央数据处理单元，配以红外传感监测电路、温度传感监测电路和烟雾传感监测电路作为数据采集端，系统启动与关闭采用无线遥控技术，报警方式分为红、黄、绿彩灯闪烁和蜂鸣器长鸣以及数码管数字显示三种方式组合报警。

第一个监测点上设置的红外传感器探测到身体散发的红外线辐射时，可以将其转换为电压信号，经过放大电路和一个比较器电路，最终由STC89C52单片机接收产生的TTL电平。

在单片机内部，由软件来查询和鉴别以确定最终是否发出警报信号。

一旦发出了入侵的警报信号，报警电路将运行并放大，使蜂鸣器、发光二极管等设备发出相应的声音光线来配合。

第二个监测点上设置的温度传感器探测到室内高温时，可以将其转换为低电平信号，由STC89C52单片机接收产生的TTL电平。

由软件来查询和鉴别以确定最终是否发出警报信号。

一旦发出了高温警报信号，报警电路将运行并放大，使蜂鸣器、发光二极管以及数码管等设备发出相应的声音光线来配合。

第三个监测点上设置的烟雾传感器探测到室内烟雾浓度高时，可以将其转换为低电平信号，由STC89C52单片机接收产生的TTL电平。

由软件来查询和鉴别以确定最终是否发出警报信号。

一旦发出了烟雾警报信号，报警电路使蜂鸣器、发光二极管以及数码管等设备发出相应的声音光线来配合。

当人们出门后，报警系统变成运行部署状态，当有人闯入检测区域内，热释电红外传感器就可以检测到（或是出现高温、烟雾时），进而迅速转换输出方式，报警器启动，从而起到防盗防火作用。

该报警器的最大特点是方便简单，用户操作灵活，智能化程度高，误报率低，易于安装和维护。

随着现代科学技术的提高，人们的安全意识也飞速发展，在不久的将来报警系统将在更广泛的领域和层次得到应用。

2室内安全报警系统的硬件设计

从设计需求角度来分析，此设计包括如下四个部分：

无线遥控部分、传感器部分、数码管部分、单片机STC89C52和报警器的报警系统。

电路原理如图2.1所示。

图2.1电路原理图

2.1红外传感器部分设计

2.1.1热释电红外传感器的工作原理

热释电红外传感器（简称PIR）是一种全新的高灵敏度的检测仪器。

热电传感器是利用热电效应的传感器，具有敏感度高的特点。

它是由一个电压晶体元件和陶瓷氧化物部分组成。

在监测传感器表面温度变化时,元件表面的电极由于热电效应而会产生电荷，在两者之间形成弱电压。

其输出阻抗高，具有一个阻抗转换效应晶体管FET。

当传感器表面温度恒定在监视范围内，传感器没有信号输出。

当人体进入监视区域，室温和体温的温度差，造成环境温度变化的，此时传感器输出信号；如果身体不移动到监视区域中，则环境温度不发生变化，传感器不会输出信号。

热释电红外传感器如图2.2所示。

图2.2热释电红外传感器

2.1.2菲涅耳透镜

菲涅耳透镜片由聚烯烃材料制作，反射镜的表面一侧是光滑的，另一侧是从小到大排列的同心圆。

在许多情况下，菲涅耳透镜对于红外线和可见光透镜效果良好，但比很多镜片的平均价格都低。

菲涅尔透镜可以根据光学设计或结构特点进行分类。

菲涅耳透镜具有两种功能：

一是聚焦作用，二是对所监视的区域内划分成多个小区域，包括亮区和暗区，如果一个运动物体进入监视区域，检测温度变化的热释电红外传感器将输出红外线信号。

我们采用菲涅尔透镜的目的是和热释电红外传感器相结合使用，这样可以有效地集中监控红外感应区域[1]，菲涅耳透镜如图2.3所示。

图2.3菲涅耳透镜

2.1.3BISS0001集成电路

BISS0001是一个很好的传感信号处理集成电路，具有非常高的性能，被动式热释电红外开关由BISS0001、热释电红外传感器和少量的外部元件构成。

其结构新颖，性能可靠，3V～5V的电压范围，当电压为5V时，具有10mA的输出驱动电流。

它是由16个管脚集成块体，BISS0001的内部框图如图2.4所示，红外传感电路实物如图2.5所示。

图2.4BISS内部框图

图2.5红外传感器实物图

2.2温度传感器部分

2.2.1温度传感器

本文所使用温度传感器模块可以检测周围环境的温度，具有灵敏度可调的特点，其工作电压3.3V～5V，输出形式为模拟量电压输出和数字开关量输出（0和1）两种，本文所用输出形式为数字开关量输出。

该模块接口为4线制，其中VCC外接3.3V～5V电压（直接与单片机相连），GND外接GND，D0为数字量输出接口（0和1），A0为模拟量输出接口。

2.2.2温度传感器工作原理

热敏电阻模块对环境温度最敏感，一般用来检测周围环境的温度，模块在环境温度达不到设定阈值时，D0口输出高电平，当外界环境温度超过设定阈值时，模块D0输出低电平；该模块数字量输出D0与单片机直接相连，通过单片机来检测高低电平，由此来检测环境的温度改变；该模块数字量输出D0直接驱动继电器模块，由此组成一个温控开关；该模块模拟量输出A0和A/D模块相连，通过A/D转换，可以获得环境温度更精准的数值[2]；热敏电阻传感器原理如图2.6所示。

图2.6热敏电阻传感器原理图

2.3烟雾传感器部分

MQ-2型气体传感器用于以氢气为主要成分的城市煤气、天然气、液化石油的测量，而且它抗干扰能力强，水蒸气、