火灾自动报警系统设计与调试--电子信息工程毕业设计论文.doc

目 录
第一部分 设计任务与调研 1
第二部分 设计说明 3
第三部分 设计成果 8
第四部分 结束语 10
第五部分 致谢 11
第六部分 参考文献 12

第一部分 设计任务与调研
1.1 设计的主要任务
以单片机为主控单元，能够及时监测到教学楼中有无火灾，火灾一旦发生将实现声光报警，并采取有效措施控制火情的发展，将火灾消灭在萌芽状态，以确保人身财产安全，最大限度减少损失。
本系统是一个由单片机控制的火灾烟雾浓度、温度检测系统，它将传感器输出地电压信号进行A/D转换、滤波、线性化，由单片机将电压值转换为气体浓度和温度送LED显示，并判断是否超过报警上限，若超过，则发出声光报警。同时用户可以自己设定报警上限和定时时间，使用户可以根据实际情况掌握安全状况，同时本产品价格成本低，安全性能可靠，非常适用于学校教学楼的环境以确保学生的安全。
1.2 设计思路
以STC89C51系列单片机为控制核心，数据处理主要是对数字温度传感器18B20采集温度数据和对MQ-2烟物传感器进行AD采集，并进行逻辑判断，根据数据的具体情况输出到数码管显示和使蜂鸣器动作。整个单片机应用系统的设计分为硬件电路设计和软件编程设计两大部分；其中硬件电路设计包括温度采集电路，单片机控制电路,显示电路和报警与控制电路。软件设计部分包括系统主程序，温度采集子程序和输出驱动子程序，均采用51系列C语言编程实现。
1.3 与本课题相关的资料

1.4 调研的目的和总结
现在人们的生活水平日渐提高。除了健康问题外，安全问题成了就成了我们关注的重点。设计怎样的一个火灾报警器，能在火灾发生时起到一定的安全防护作用，有效的保障人们的人身安全和减少财产损失，就成为了研究的重点。
通过查阅大量的文献资料，从实用和可靠性来看，使用STC89C51系列的单片机结合烟雾检测，按键控制，温度传感等电路。设计了一款能够检测当前环境中有无火灾发生，一旦发生火灾能够立刻发出声光警报的火灾自动报警器。经程序模拟调试，本设计能够在火灾发生时，立刻发出警报以提醒人们及时撤离，具有极大的实用价值，值得推广。

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第二部分 设计说明
2.1 设计方案
火灾报警器能够检测当前环境是否发生火灾，如果发生，能够及时进行报警的仪器。基本组成部分应包括：烟雾检测AD采集电路，按键控制电路，声音报警电路，温度传感器(DS18B20)等电路。整体框图如所示：

总体设计框图
2.2 硬件部分
2.2.1 单片机最小系统
要使单片机工作起来最基本的电路构成为单片机最小系统如图所示。

信号处理模块
2.2.2 烟雾检测AD采集电路
烟雾检测采用MQ-2传感器。经过ADC0832采集后就可以得到各种烟雾浓度下的电压值。从而设定出理想的烟雾强度报警值。电路如图所示

烟雾浓度采集电路
电路通过三极管基极串连一个电阻与单片机P3.6端口连接从而达到控制蜂鸣器是否报警。
声音报警电路图
2.2.3 按键控制电路
本电路设计了四个按键，一个设置键、一个加键、一个减键、一个紧急报警键，当遇到紧急情况时，可按下紧急报警键，蜂鸣器进行报警。如图所示

消音按键连接电路图
2.2.4 温度传感器(DS18B20)电路

DSl8B20的内部结构图
DSl8B20温度传感器是美国DALLAS半导体公司继DSl820之后最新推出的智能改进型智能温度传感器。与传统的热敏电阻相比，他能够直接读出被测温度并且可根据要求通过简单的编程实现9～l2位的数字直读方式。可以分别存93.75ms和750ms内完成9位和12位的数字量，并且从DSl8B20读出的信息或写入DSl8B20的信息仅需要一根口线(单线接口)读写，温度变换功率来源于数据总线，总线本身也可以向所挂接DSl8B20供电，而无需额外电源。因而使用DSl8B20可使系统结构更趋简单，可靠性更高。他在测温精度，转换时间，传输距离，本设计系统地介绍了基于DS18B20的温度测量控制系统的组成、设计方案、电路原理、程序设计过程。DS18B20多点温度测量系统是以AT89C52单片机作为控制核心，智能温度传感器DS18B20为控制对象，用数码管显示，运用C语言实现系统的各种功能。设计完成了冷库温度的监控和报警等令人满意的效果。DSl8B20采用3脚PR35封装或8脚SOIC封装，其内部结构框图如上图所示。
2.3 软件部分
2.3.1 系统主程序设计及流程图
主程序流程图如下图所示。首先要给传感器预热,因为MQ-2型半导体电阻式烟雾传感器在不通电存放一段时间后，再次通电时，传感器不能立即正常采集烟雾信息，需要一段时间预热。程序初始化结束后，系统进入监控状态。系统主程序设计及流程图

图11 主程序流程图
在整个报警系统工作中，烟雾浓度信息经ADC0832转换处理后，由单片机进行分析处理，判断系统是否启动报警。主程序还包括LED八段式数码管浓度字符显示功能、手动报警功能、报警浓度设定功能，中断子程序等，使报警器功能更加完善，给用户带来便利。

第三部分 设计成果

原理图

实物图

PCB图
部分源程序
#include <reg52.h> //调用单片机头文件
#define uchar unsigned char //无符号字符型 宏定义 变量范围0~255
#define uint unsigned int //无符号整型 宏定义 变量范围0~65535
#include <intrins.h>
#include "eeprom52.h"
//数码管段选定义 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9
uchar code smg_du[]={0xc0,0xf9,0xa4,0xb0,0x99,0x92,0x82,0xf8,0x80,0x90,
0x88,0x83,0xc6,0xa1,0x86,0x8e,0xff}; //断码
//数码管位选定义
uchar code smg_we[]={0x7f,0xbf,0xdf,0xef};
uchar dis_smg[8] = {0xc0,0xf9,0xa4,0xb0,0x99,0x92,0x82,0xf8};
sbit CS=P3^2; //CS定义为P3口的第2位脚，连接ADC0832CS脚 PCB
sbit SCL=P3^3; //SCL定义为P3口的第3位脚，连接ADC0832SCL脚
sbit DO=P3^4; //DO定义为P3口的第4位脚，连接ADC0832DO脚
sbit dq = P3^5; //18b20 IO口的定义

第四部分 结束语
经过许久的努力，毕业设计也终于完成。在整个设计的过程中，出现了很多难题但都在老师和同学的帮助下顺利解决了，在不断的学习过程中我了解到：在系统单片机控制电路的设计上，采用了高性能、高整合度的STC89C51单片机作为核心芯片，充分利用了其高速数据处理能力和丰富的片内外设，实现了仪器的小型化和智能化。使仪器具有结构简单、性能稳定、体积小、成本低等优点。由于烟雾传感器需要在加热状态下工作，温度越高，反应越快，响应时间和恢复时间就越快。为提高响应时伺，保证传感器准确地、稳定地工作，需要向烟雾传感器持续供给5V的加热电压。烟雾报警器能在较宽的温度范围工作，可将烟雾浓度显示用LED数码管显示。当烟雾的浓度达到设定的浓度时，发出报警。
做毕业设计是一个不断学习的过程，从最初刚做设计时对一些知识的模糊理解到最后能够对其有深刻的理解，我体会到实践对于学习的重要性。以前只是明白理论没有实践考察，对知识的理解不够明确。通过这次，真正做到了理论和实践相结合。
总之，通过这次的毕业设计，我深刻体会到，要做好一个完整的事情，需要有系统的思维方式和方法。对待问题的解决要耐心，要善于运用已有的知识来充实自己。同时我也深刻认识到，在对待一个新事物时，一定要从整体考虑，完成一步后再做下一步，这样才能更加有效的完成每一件事。
第五部分 致谢
三年的学习生活即将画上句号，而对于我的人生却只是一个逗号，我将面对又一次征程的开始。三年的求学生涯在师长、亲友的支持下，走得辛苦却也收获满囊，在毕业设计即将付梓之际，思绪万千，心情久久不能平静。伟人、名人为我所崇拜，可我更急切地要把我的敬意和赞美献给一个平凡的人。
我的导师。我不是您最出色的学生，而您却是我最尊敬的老师。您治学严谨，学识渊博，视野雄阔，为我营造了一种良好精神氛围。授人以鱼不如授人以渔，置身期间，耳濡目染，潜移默化，使我不仅接受了全新的思想观念，树立了宏伟的学术目标，领会了基本的思考方式，从设计的题目选定到设计具体内容的指导，经由您悉心的点拨，再经思考后的领悟，常常让我有“山穷水尽疑无路，柳暗花明又一村。”的感觉。
感谢我的父母，焉得谖草，言树之背；养育之恩，无以回报。你们永远健康快乐是我最大的心愿。
在设计即将完成之际，我的心情无法平静，从开始进入设计到顺利完成，有多少可爱的同学，朋友，给了我无言的帮助，在这里请接受我诚挚的谢意！
第六部分 参考文献
［1］李华.MCS一51系列单片机实用接口技术.北京航空航天大学出版社.
［2］潘新民等.微型计算机控制技术.电子工业科技大学出版社.2003.
［3］陈伟.MCS一51系列单片机实用子程序集锦.清华大学出版社.1993.
［4］吴佑寿.Lab VIEW7实用教程.电子工业出版社.2007.
［5］朱明程等.一氧化碳传感器MGS1100原理及应用电子技术.1998年第1期.
［6］刘迎春.传感器原理设计及应用.哈尔滨工业大学出社.
［7］赵负图.数据采集与控制系统.北京科学技术出社.1987.