精品基于单片机的火灾报警系统的设计本科生毕业论文设计.docx

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精品基于单片机的火灾报警系统的设计本科生毕业论文设计

编号：

审定成绩：

毕业设计（论文）

设计（论文）题目：

基于单片机的火灾报警系统的设计

毕业设计（论文）原创性声明和使用授权说明

原创性声明

本人郑重承诺：

所呈交的毕业设计（论文），是我个人在指导教师的指导下进行的研究工作及取得的成果。

尽我所知，除文中特别加以标注和致谢的地方外，不包含其他人或组织已经发表或公布过的研究成果，也不包含我为获得及其它教育机构的学位或学历而使用过的材料。

对本研究提供过帮助和做出过贡献的个人或集体，均已在文中作了明确的说明并表示了谢意。

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使用授权说明

本人完全了解大学关于收集、保存、使用毕业设计（论文）的规定，即：

按照学校要求提交毕业设计（论文）的印刷本和电子版本；学校有权保存毕业设计（论文）的印刷本和电子版，并提供目录检索与阅览服务；学校可以采用影印、缩印、数字化或其它复制手段保存论文；在不以赢利为目的前提下，学校可以公布论文的部分或全部内容。

作者签名：

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学位论文原创性声明

本人郑重声明：

所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成果。

除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。

对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。

本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。

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日期：

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学位论文版权使用授权书

本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。

本人授权　　　　大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。

涉密论文按学校规定处理。

作者签名：

日期：

年月日

导师签名：

日期：

年月日

摘要

近年来全国火灾事故频繁发生，造成人、财、物的巨大损失。

以前，火灾的报警和控制都很落后，造成了巨大的损失。

现在，用户对火灾报警以至自动消防系统的要求越来越高。

针对多起火灾事故的分析，排除水压不足等因素外，现有的消防隔断未能起到应有的作用，是造成重大损失的关键。

现在的数字式控制系统对火灾的报警和预处理都起到了重要的作用。

因此，对火灾的报警系统是很重要的。

本论文以电阻式烟雾传感器和单片机技术为核心并与其他电子技术相结合，设计出一种技术水平较好的烟雾报警器。

其中选用MQ-2型半导体可燃气体敏感元件烟雾传感器实现烟雾的检测，具有灵敏度高、响应快、抗干扰能力强等优点，而且价格低廉，使用寿命长。

选用的AT89C52单片机，它具有高速、低功耗、超强抗干扰等优点，是目前同类技术中应用最广的，且其扩展电路很广泛。

不仅用了烟雾传感器还用到了数字式温度传感器，这对报警系统的精度更加的完善。

以AT89C52单片机和MQ-2型半导体电阻式烟雾传感器及数字式温度传感器为核心设计的火灾报警器可实现声光报警、故障自诊断、报警限设置、延时报警及等功能。

是一种结构简单、性能稳定、使用方便、价格低廉、智能化的烟雾报警器，具有一定的实用价值。

【关键词】AT89C52单片机模数转换器DS18B20报警

ABSTRACT

Frequentoccurrenceoffireaccidentsinrecentyears,makingagreatlossofpeople,financial,andmaterial.Previously,thefirealarmandcontrolareverybackward,causinghugelosses.Nowadays,fireaswellasautomaticfirealarmsystemshavebecomeincreasinglydemandedbyuser.Fortheanalysisoffireaccidents,exceptforeliminatewaterpressureless,theexistingfirepartitionshouldnotplayarole,isthekeytocausesignificantdamage.Nowthedigitalcontrolsystemoffirealarmandpre-haveplayedanimportantrole.Therefore,thefirealarmsystemisveryimportant.

ThispaperdesignabettersmokealarmwithsmokesensorsandSCDtechnologyasthecore,andcombineswithotherelectronictechnology.thealarmuseMQ-2combustiblegassensor-typesemiconductortoachievesmokesmokedetectionsensorswithhighsensitivity,fastresponse,theadvantagesofanti-interferenceability,andlowcostandlongservicelife.AT89S52ishighspeed,lowpower,superanti-jamming,etc,isthesametechnologythemostwidelyused,andtheexpansionofthecircuitisverywide.Notonlywiththesmokesensoralsousesadigitaltemperaturesensor,theaccuracyofthisalarmsystemmoreperfect.

ThefirealarmwithAT89C52microcontrollerandMQ-2-typesemiconductorresistancetypesmokesensoranddigitaltemperaturesensorasthecorecanrealizessoundandlightalarm,faultdiagnosis,concentrationdisplay,alarmlimitsettings,delayalarmandsoon.Itisasimplestructure,stableperformance,easytouse,inexpensive,intelligentsmokedetectors,whichhassomepracticalvalue.

【Keywords】AT89S52SCDADCDS18B20Alarm

前言

火的应用对人类的文明和社会的进步起了巨大的推动作用。

然而火一旦失去了控制，也会给人类带来巨大的灾难，形成火灾。

据统计，在众多灾种中，火灾造成的直接损失约为地震的5倍，仅次于干旱和洪涝，而火灾发生的频度则居于各灾种之首。

千百年来，人类和火灾进行了长期的斗争，积累了许多防火、灭火的经验教训。

本世纪70年代后期，开始出现—门新兴的多学科交叉应用基础科学——火灾科学，其中心内容是用现代高科技手段研究火灾发生、发展和防治的机理和规律，为火灾防治提供新的思想、理论和方法。

使得火灾研究进入了科学化、系统化的轨道，并促进了防火、灭火技术的进步。

虽然科学技术的进步，使人类的防火、灭火手段发牛了很大的变化，取得了可喜的成绩，然而，随着社会经济的飞速发展，城市化进程的加快和人口的迅速增长，我国火灾发生的次数，造成的损失呈上升趋势。

另一方面，住宅的商品化，高层建筑和超高层建筑越来越多。

由于高层建筑火灾具有火灾蔓延速度快，火灾隐患多，扑救工作和人员疏散困难的特点，因此高层建筑一旦发生火灾，后果是不堪设想的。

一座高大的建筑物内可容纳成干上万的人在里面工作和生活，安全是每个人考虑的首要问题，而威胁人类生存、侵吞人类生命财产的灾害中，火灾又是一种多发、常见的灾害，因此防止火灾发生，减少火灾损失就成为人们普遍关心和深入研究的永恒课题了。

为了减少火灾的损失，防止火灾和火灾的报警是很重要的。

在本课题中我将介绍一种火灾报警系统。

数字式的控制单元，具有结构简单、性能稳定、使用方便、价格低廉、智能化的烟雾报警器。

这给客户带来一种安心和安全保障更好的生活。

这使得每个人能安居乐业，为人民服务，为国家的繁荣富强做出贡献。

第一章绪论

第一节概述

作为一个完整的火灾报警器系统，必须包含以下几个部分：

系统控制模块，火灾探测模块，数据转换模块以及报警模块。

在科技高速发展的今天，单片机技术已经在电子制造等领域占有很重要的位子，以单片机作为系统的控制核心，具有体积小、功能强大、精度高、响应快等优点。

随着“信息时代”的到来，传感器作为一种信息采集装置扮演者很重要的角色，相对于传统的测温装置，传感器具有测温精度高、响应速度快等优势。

本文所要介绍的就是一个基于单片机和传感器的火灾报警系统的设计。

第2节消防报警产品的现状和特点

消防报警产品是一个系列产品，包括火灾探测设备、信息传输设备、报警分析控制器、消防控制联动。

是物理传感技术、自动控制、计算机技术、数据传输和管理、智能楼宇等技术的综合集成，属于高新技术。

随着电子技术和计算机技术的迅速发展，火灾自动报警系统的结构、形式越来越灵活多样，很难精确划分为几种固定的模式。

火灾自动报警技术趋向于智能化系统，这种系统可组合成任何形式的火灾自动报警网络形式，既可以是区域报警系统，又可以是集中报警系统或控制中心报警系统形式。

所谓智能火灾自动报警系统，应当是：

使用探测器件将火灾发生期间所产生的烟、温、光等信号以模拟量形式，连同外界相关的环境参数一起传送给报警器，报警器再根据获取的数据及内部存储的大量数据，利用火灾模型判据来判断火灾是否存在，这样的系统称为智能火灾自动报警系统。

由于该系统为解决火灾报警系统存在的两个难题（误报、漏报）提供了新的方法和手段，并在处理火灾真伪方面表现出明显的有效性和创新性，这是火灾自动报警系统在技术上的飞跃。

从传统型走向智能型，是国内外火灾自动报警系统技术发展的必然趋势。

智能火灾自动报警控制系统具有如下特点：

（1）为全面有效地反映被监视环境的各种细微变化，智能系统采用了设有专用芯片的模拟量探测器，对湿度和灰尘等影响实施自动补偿，对电干扰及线路分布参数的影响进行自动处理，从而为实现各种智能特性、解决无灾误报和准确报警奠定了技术基础；

（2）系统采用主从式网络结构，解决了对不同工程的适应性，又提高了运行的可靠性；

（3）利用全总线计算机通信技术，既完成了总线报警，又实现了总线联动控制，彻底避免了控制输出与执行机构之间的长距离穿线布管，大大方便了系统布线设计和现场施工；

（4）系统采用大容量的控制矩阵和交叉查寻软件包，以软件编程代替了硬件组合，提高了消防联动的灵活性和可修改性；

（5）具有丰富的自诊断功能，为系统维护及正常运行提供了有利条件。

第3节本章小结

本章的主要内容是对于火灾报警器系统的一个概述以及对产品的发展现状和特点的一个分析介绍。

第二章火灾报警器系统总体设计

第1节系统概述

本设计可以对外界温度进行实时采集和检测，当所测温度高于临界温度时自动报警。

本系统包含以下几个模块：

AT89S52单片机最小控制系统，以DS18B20数字传感器为核心的温度探测模块，A/D转换模块以及报警模块。

系统框图见图2.1。

温度信号采集电路将温度信号以数字信号的形式送入单片机。

单片机对该数字信号进行滤波处理，并对处理后的数据进行分析，是否大于或等于某个预设值，即报警临界温度。

如果大于则启动报警电路发出报警声音，反之则为正常状态。

第2节硬件选型

1、CPU选型：

对于CPU的选型，要求CPU功能强大，可靠性高，性价比高，精度和响应速度高。

基于上述要求，本设计选用AT89S52单片机作为系统的CPU。

2、传感器选型：

3、对于温度传感器的选型，要求传感器的测温精度高、响应速度快、抗干扰力好、可靠性高。

基于上述要求，本设计选用DS18B20传感器最为系统采集温度信号用的传感器。

烟雾传感器我们选择MQ-2型半导体可燃气体敏感元件烟雾传感器实现烟雾的检测，它具有灵敏度高、响应快、抗干扰能力强等优点，而且价格低廉，使用寿命长。

4、AT89S52简介：

AT89S52是一种低功耗、高性能CMOS8位微控制器，具有8K在系统可编程Flash存储器。

使用Atmel公司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允许程序存储器在系统可编程，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AT89S52为众多嵌入式控制应用系统提供高灵活、有效的解决方案。

1、AT89S52的标准功能:

8k字节Flash，256字节RAM，32位I/O口线，看门狗定时器，2个数据指针，三个16位定时器/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，AT89S52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、定时器/计数器、串口、中断继续工作。

掉电保护方式下，RAM内容被保存，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。

2、AT89S52引脚功能介绍：

AT89S51单片机为40引脚双列直插式封装，其引脚排列和逻辑符号如图2.2所示。

图2.2AT89S52引脚图

P0口：

P0口是一个8位漏极开路的双向I/O口。

作为输出口，每位能驱动8个TTL逻辑电平。

对P0端口写“1”时，引脚用作高阻抗输入。

当访问外部程序和数据存储器时，P0口也被作为低8位地址/数据复用。

在这种模式下，P0具有内部上拉电阻。

在flash编程时，P0口也用来接收指令字节；在程序校验时，输出指令字节。

程序校验时，需要外部上拉电阻。

P1口：

P1口是一个具有内部上拉电阻的8位双向I/O口，p1输出缓冲器能驱动4个TTL逻辑电平。

对P1端口写“1”时，内部上拉电阻把端口拉高，此时可以作为输入口使用。

作为输入使用时，被外部拉低的引脚由于内部电阻的原因，将输出电流（IIL）。

此外，P1.0和P1.2分别作定时器/计数器2的外部计数输入（P1.0/T2）和时器/计数器2的触发输入（P1.1/T2EX），具体如下表所示。

在flash编程和校验时，P1口接收低8位地址字节。

引脚号第二功能

P1.0T2（定时器/计数器T2的外部计数输入），时钟输出

P1.1T2EX（定时器/计数器T2的捕捉/重载触发信号和方向控制）

P1.5MOSI（在系统编程用）

P1.6MISO（在系统编程用）

P1.7SCK（在系统编程用）

P2口：

P2口是一个具有内部上拉电阻的8位双向I/O口，P2输出缓冲器能驱动4个TTL逻辑电平。

对P2端口写“1”时，内部上拉电阻把端口拉高，此时可以作为输入口使用。

作为输入使用时，被外部拉低的引脚由于内部电阻的原因，将输出电流（IIL）。

在访问外部程序存储器或用16位地址读取外部数据存储器（例如执行MOVX@DPTR）时，P2口送出高八位地址。

在这种应用中，P2口使用很强的内部上拉发送1。

在使用8位地址（如MOVX@RI）访问外部数据存储器时，P2口输出P2锁存器的内容。

在flash编程和校验时，P2口也接收高8位地址字节和一些控制信号。

P3口：

P3口是一个具有内部上拉电阻的8位双向I/O口，p2输出缓冲器能驱动4个TTL逻辑电平。

对P3端口写“1”时，内部上拉电阻把端口拉高，此时可以作为输入口使用。

作为输入使用时，被外部拉低的引脚由于内部电阻的原因，将输出电流（IIL）。

P3口亦作为AT89S52特殊功能（第二功能）使用，如下表所示。

在flash编程和校验时，P3口也接收一些控制信号。

端口引脚第二功能

P3.0RXD（串行输入口）

P3.1TXD（串行输出口）

P3.2INTO（外中断0）

P3.3INT1（外中断1）

P3.4TO（定时/计数器0）

P3.5T1（定时/计数器1）

P3.6WR（外部数据存储器写选通）

P3.7RD（外部数据存储器读选通）

此外，P3口还接收一些用于FLASH闪存编程和程序校验的控制信号。

RST——复位输入。

当振荡器工作时，RST引脚出现两个机器周期以上高电平将是单片机复位。

ALE/PROG——当访问外部程序存储器或数据存储器时，ALE（地址锁存允许）输出脉冲用于锁存地址的低8位字节。

一般情况下，ALE仍以时钟振荡频率的1/6输出固定的脉冲信号，因此它可对外输出时钟或用于定时目的。

要注意的是：

每当访问外部数据存储器时将跳过一个ALE脉冲。

对FLASH存储器编程期间，该引脚还用于输入编程脉冲（PROG）。

如有必要，可通过对特殊功能寄存器（SFR）区中的8EH单元的D0位置位，可禁止ALE操作。

该位置位后，只有一条MOVX和MOVC指令才能将ALE激活。

此外，该引脚会被微弱拉高，单片机执行外部程序时，应设置ALE禁止位无效。

PSEN——程序储存允许（PSEN）输出是外部程序存储器的读选通信号，当AT89C52由外部程序存储器取指令（或数据）时，每个机器周期两次PSEN有效，即输出两个脉冲，在此期间，当访问外部数据存储器，将跳过两次PSEN信号。

EA/VPP——外部访问允许，欲使CPU仅访问外部程序存储器（地址为0000H-FFFFH），EA端必须保持低电平（接地）。

需注意的是：

如果加密位LB1被编程，复位时内部会锁存EA端状态。

如EA端为高电平（接Vcc端），CPU则执行内部程序存储器的指令。

FLASH存储器编程时，该引脚加上+12V的编程允许电源Vpp，当然这必须是该器件是使用12V编程电压Vpp。

5、DS18B20简介：

DALLAS最新单线数字温度传感器DS18B20是一种新型的“一线器件”，其体积更小、更适用于多种场合、且适用电压更宽、更经济。

DALLAS半导体公司的数字化温度传感器DS18B20是世界上第一片支持“一线总线”接口的温度传感器。

温度测量范围为-55～+125摄氏度，可编程为9位～12位转换精度，测温分辨率可达0.0625摄氏度，分辨率设定参数以及用户设定的报警温度存储在EEPROM中，掉电后依然保存。

被测温度用符号扩展的16位数字量方式串行输出；其工作电源既可以在远端引入，也可以采用寄生电源方式产生；多个DS18B20可以并联到3根或2根线上，CPU只需一根端口线就能与诸多DS18B20通信，占用微处理器的端口较少，可节省大量的引线和逻辑电路。

因此用它来组成一个测温系统，具有线路简单，在一根通信线，可以挂很多这样的数字温度计，十分方便。

1、DS18B20性能特点：

●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

●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

●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

●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

●温范围－55℃～＋125℃，在-10～+85℃时精度为±0.5℃

●零待机功耗

●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℃和0.0625℃，可实现高精度测温

●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内把温度值转换为数字，速度更快

●用户可定义报警设置

●报警搜索命令识别并标志超过程序限定温度（温度报警条件）的器件

●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

●负电压特性，电源极性接反时，温度计不会因发热而烧毁，但不能正常工作

以上特点使DS18B20非常适用与多点、远距离温度检测系统。

DS18B20内部结构主要由四部分组成：

64位光刻ROM、温度传感器、非挥发的温度报警触发器TH和TL、配置寄存器。

DS18B20的管脚排列、各种封装形式如图2.3所示，DQ为数据输入/输出引脚。

开漏单总线接口引脚。

当被用着在寄生电源下，也可以向器件提供电源；GND为地信号；VDD为可选择的VDD引脚。

当工作于寄生电源时，此引脚必

须接地。

其电路图如图2.4所示。

图2.3封装图

、图2.4传感器电路图

2、DS18B20内部结构：

图2.4为DS1820的内部框图，它主要包括寄生电源、温度传感器、64位激光ROM单线接口、存放中间数据的高速暂存器（内含便笺式RAM），用于存储用户设定的温度上下限值的TH和TL触发器存储与控制逻辑、8位循环冗余校验码（CRC）发生器等七部分。

图2.5DS18B20内部结构图

DS18B20有4个主要的数据部件：

（1）光刻ROM中的64位序列号是出厂前被光刻好的，它可以看作是该DS18B20的地址序列码。

64位光刻ROM的排列是：

开始8位（28H）是产品类型标号，接着的48位是该DS18B20自身的序列号，最后8位是前面56位的循环冗余校验码（CRC=X8+X5+X4+1）。

光刻ROM的作用是使每一DS18B20都各不相同，这样就可以实现一根总线上挂接多个DS18B20的目的。

（2）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16位符号扩展的二进制补码读数形式提供，以0.0625?

/LSB形式表达，其中S为符号位。

其中DQ为数字信号输入/输出端；GND为电源地；VDD为外接供电电源输入端（采用寄生电源供电方式时接地）。

（3）DS18B20温度传感器的存储器：

DS18B20温度传感器的内部存储器包括一个高速暂存RAM和一个非易失性的可电擦除的EEPRAM，后者存放高温度和低温度触发器TH、TL和结构寄存器。

（4）配置寄存器

3、DS18B20工作方式：

DS18B20采用单总线工作方式，由于所有信号（控制和数据）都通过单总线传输，因此总线的时序逻辑必须非常严格，其工作时序如图2.6所示：

图2.6DS18B20工作时序图

4、DS18B20测温原理：

DS18B20的测温原理如图2.7所示，图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震荡频率明显改变，所产生的信号作为减法计数器2的脉冲输入，图中还隐含着计数门，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后进行计数，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℃所对应的基数分别置入减法计数器1和温度寄存器中，减法计数器1和温度寄存器被预置在-55℃所对应的一个基数值。