优质毕业设计火灾报警器.doc
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1、 毕 业 设 计学生姓名学 号系 (部)专 业机电一体化技术题 目火灾报警器毕业设计指导老师 (姓 名) (专业技术职称/学位) (姓 名) (专业技术职称/学位)年9月摘 要:伴随现代家庭用火、用电量正在逐年增加,家庭火灾发生频率越来越高,火灾烟雾报警器也随之被广泛应用于多种场所。本设计是利用单片机结合传感器技术而开发了这一火灾烟雾报警系统。论文中关键烟雾报警器系统各个组成部分进行了介绍,对它主控电路和外围设备电路之间接口技术,还有软件方面进行了关键介绍。 关 键 词:报警器,80C51,声光传感器目 录1 绪论31.1 声光报警器发展及现实状况31.2 论文研究目标及意义41.3 论文内容
2、42 基于C51单片机声光报警设计方案52.1 任务分析52.2 设计方案53 系统硬件实现63.1 主控电路设计63.2 外围接口电路设计103.3 总电路设计164 软件实现184.1 编程KEIL环境介绍184.2 程序步骤184.3 程序195 调试215.1 调试步骤215.2 调试过程中碰到问题及处理方法22结 论24致 谢25参考文件261 绪论1.1 声光报警器发展及现实状况1.1.1 火灾探测技术 火灾作术为一个在时空上失去控制燃烧所引发灾难,对人类生命财产和社会安全组成了极大威胁。由此引发重大安全事故比比皆是,所以人类一直也未停止过对它研究。火灾发生和发展是一个很复杂非平稳
3、过程,它除了本身物理化学改变以外还会受到很多外界干扰,火灾一旦产生便以接触式(物质流)和非接触式能量流)形式向外释放能量。接触式形式包含可燃气体、燃烧气体和烟雾、气溶胶等。非接触式如声音、辐射等。火灾探测技术就是利用敏感元件将火灾中出现物理化学特征转换为另外一个易于处理物理量。多种探测器对应火灾物理参量及探测器图1-1所表示。图1-1 多种探测器对应火灾物理参量及探测器1.1.2 火灾探测器发展趋势探测器朝新探测技术发展深入拓展了火灾探测应用领域,为部分传统探测器无法胜任环境提供了有效手段。相关技术发展,如傅立叶近红外光谱技术弱信号处理技术、低功耗MCU技术深入促进了传统探测技术改善,使得传统
4、探测器在技术和性能上有了显著提升。火灾着极早期探测、多传感器复合探测和探测器小型化、智能化方向发展迈出了愈加快步伐。 近几年来,单片机已逐步深入应用到工农业生产各部门及大家生活各个方面。多种类型单片机也依据社会需求而开发出来。单片机是器件级计算机系统,实际上它是一个微控制器或微处理器。2因为它功效齐全,体积小,成本低,所以它能够应用到任何电子系统中去,一样,它也能够广泛应用于报警技术领域,使各类报警装置功效愈加完善,可靠性大大提升,以满足社会发展需要。1.2 论文研究目标及意义 目标:伴随现代家庭用火、用电量增加,家庭火灾发生频率越来越高。家庭火灾一旦发生,很轻易出现扑救不立即、灭火器材缺乏及
5、在场人惊慌失措、逃生迟缓等不利原因,最终造成重大生命财产损失。消防部门统计显示,在全部火灾百分比中,家庭火灾已经占到了全国火灾30%左右。家庭起火原因林林种种,可能在我们注意得到地方,也可能就隐藏在我们根本就注意不到地方。在现代城市家庭里,很多人因不懂家庭安全常识引发火灾事故,使好端端幸福家庭眼间毁于一旦,有造成家破人亡,而且一旦发生居民家庭火灾,处理不妥、报警迟缓,是造成人员伤亡关键原因。所以说,大家应该主动了解家庭火灾关键起因,还有预防火灾发生。这就是我们研究声光报警器目标。意义:在中国部分大中城市,几乎天天全部发生家庭火灾,所以防火是每个家庭必需时刻注意问题。假如能依据您家实际情况预先采
6、取简单防火方法,部分悲剧是完全能够避免。声光报警器对防家庭火灾,降低火灾损失含有现实意义。一系列火灾造成惨痛损失也使全国各界意识到了声光报警器必需性。据调查,在最近发生火灾大多数房屋全部没有安装报警器。所以,声光报警器在预防火灾发生上有着很重大意义。1.3 论文内容第一章 绪论 本章本关键介绍了声光报警器发展史及发展趋势。对声光探测器进行了系统性叙述。还有论文研究目标和意义进行了简单解释。第二章 基于C51单片机声光报警设计方案 本章是依据论文要求分析了论文关键任务。继而概括出整个设计关键思想和确定出设计方案。第三章 系统硬件实现 本章针正确是系统硬件是设计。在对整个系统硬件设计时,我们关键从
7、它主控电路80C51(单片机复位电路、时钟电路)设计和外围电路(声光报警电路、A/D转换电路)设计来具体介绍。还有对在设计中用到声光传感器进行了关键介绍。第四章 软件实现 本章是论文软件部分。其中,我们熟悉了整个程序设计运行环境keil。还有程序编写过程,对程序做了对应注释。第五章 调试 本章着重和软件调试。在运行环境中我们调试步骤和在运行中出现问题及处理方法。最终附上结束语(我感想)、谢辞和参考文件。2 基于C51单片机声光报警设计方案2.1 任务分析单片机应用系统能够分为智能仪器表和工业测控系统两大类,不管哪仪类,全部必需以市场需求为前提。所以,在系统设计前,首先要进行广泛市场调查,了解该
8、系统时常应用概况,以分析系统目前存在问题,研究系统时市场前景,确定市场开发设计目标和目标。简单地说,就是经过调研克服旧缺点,开发新功效。依据论文设计要求:熟悉Keil编程环境;熟悉相关探测器理论知识;给出设计方案;此次设计先从硬件设计上着手。先要整理出声光报警系统整体思绪。确定出方案设计中需要硬件设备。我们在确定了大方向基础上,就应该对系统实现进行计划。包含应该采集信号种种类、数量、范围,输出信号匹配和转换,传感器选择,技术指标确实定等。2.2 设计方案2.2.1 方案设计思想此次设计是针对于单片机原理及其应用展开。其中包含了我们大学三年中所学到相关知识,利用我们所学电工技术,传感器技术,单片
9、机技术去设计基于单片机声光报警系统。80C51单片机好比一个桥梁,联络着传感器和报警电路设备。当周围环境达成我们设定数值时,声光传感器把被测物理量作为输入参数,转换为电量(电流、电压、电阻等等)输出。物理量和测量范围不一样,传感器工作机理和结构就不一样。通常传感器输出电信号是模拟信号(已经有很多新型传感器采取数字量输出)。1当信号数值符合A/D转换器输入等级时,能够不用放大器放大;当信号数值不符合A/D转换器输入等级时,就需要放大器放大。而我们选择前者,不需要用放大器,选择数值符合A/D转换器输入等级,这么就能够简化整个系统设置。传感器将物理信号经过A/D转换器转化为能够利用识别电信号给单片机
10、,这里我们选择单片机P1.0为输入方法,接收到信号单片机经过程序设定会由P2.0作为单片机输出直接开启报警电路。此时,扬声器将发出高、低交替2种叫声,同时二极管发光,这就达成了声光报警效果。2.2.2 总体框图依据方案设计思想,我们从中就能够得到了声光报警系统总体框图图2-1所表示下:图2-1声光报警系统总体框图使用80C51单片机,选择声光传感器作为敏感元件,利用AD574A转换器和声光报警电路,开发了可用于家庭或小型单位火灾报警声光报警器。整个设计由4大部分组成:声光传感器、A/D转换电路、80C51单片机、声光报警电路。其中,声光传感器是将现场温度、声光等非电信号转化为电信号;转换电路是
11、将完成将声光传感器输出模拟信号到数字信号转换。声光报警模块由单片机和报警电路组成,由单片机控制实现不一样声光报警功效。综合考虑各原因,本文选择NIS-09声光传感器用作采集系统敏感元件。它灵敏度高,稳定性好,适合于火灾中气体探测。A/D转换器选择AD574A转换器。3 系统硬件实现3.1 主控电路设计硬件设计中最关键器件是单片机80C51,它首先控制A/D转换器实现模拟信号到数字信号转换,其次,将采集到数字电压值经计算机处理得到对应二进制代码,和设定值作比较。整个系统软件编程就是经过汇编语言对单片机80C51实现其控制功效。3.1.1 80C51系列80C51系列单片机产品繁多,主流地位已经形
12、成。多年来应用实践已经证实,80C51系统结构合理,技术成熟,很多单片机芯片倾力于提升80C51系列产品综合功效,从而形成了80C51主流产品地位,多年来推出和80C51兼容关键产品有:ATMEL企业融入Flash存放器技术推出AT89系列单片机;Philips企业推出80C51、80C552系列高性能单片机;华邦企业提出W78C51、W77C51系列高速低价单片机;ADI企业推出AdC8系列高精度ADC单片机;LG企业推出GMS90/97系列低压高速单片机;Maxim企业推出DS89420高速(50MIPS)单片机;Cygnal企业推出C8051F系列高速单片机。由此可见,80C51已经成为
13、实际上单片机主流系列,所以,此次设计选择80C51单片机。3.1.2 80C51基础结构80C51基础结构图3-1所表示图3-1 80C51基础结构由图可见,80C51单片机关键由以下部分组成:CPU系统 8位CPU,含布尔处理器;时钟电路;总线控制逻辑。存放器系统 4KB程序存放器(ROM/EPROM/Flash,可扩至64KB);128KB数据存放器(RAM,可再扩64KB);特殊功效寄存器SFR。I/O口和其它动能单元4个并行I/O口;2个16位定时/计数器;1个全双工异步串行口;中止系统(5个中止源,2个优先级) 3.1.3 80C51单片机封装和引脚80C51系列单片机采取双列直插式
14、(DIP).QFP44(Quad Flat Pack)和LCC(Leaded Chip Caiier)形式封装。这里仅介绍常见总线型DIP40封装。图3-2所表示。40个引脚按引脚功效大致可分为4个种类:电源、时钟、控制和I/O引脚电源: VCC - 芯片电源,接+5V; VSS - 接地端;图3-2 80C51单片机封装和引脚时钟:XTAL1、XTAL2 - 晶体振荡电路反相输入端和输出端。 控制线:控制线共有4根,ALE/PROG:地址锁存许可/片内EPROM编程脉冲 ALE功效:用来锁存P0口送出低8位地址 PROG功效:片内有EPROM芯片,在EPROM编程期间,此引脚输入编程脉冲。
15、PSEN:外ROM读选通信号。 RST/VPD:复位/备用电源。RST(Reset)功效:复位信号输入端。 VPD功效:在Vcc掉电情况下,接备用电源。 EA/Vpp:内外ROM选择/片内EPROM编程电源。 EA功效:内外ROM选择端。 Vpp功效:片内EPROM芯片,在EPROM编程期间,施加编程电源Vpp。I/O线80C51共有4个8位并行I/O端口:P0、P1、P2、P3口,共32个引脚。P3口还含有第二功效,用于特殊信号输入输出和控制信号(属控制总线)。3.1.4 80C51单片机时钟振荡器和时钟电路80C51内部有一个高增益反相放大器,用于组成振荡器,但要形成时钟脉冲,外部还需附加
16、电路。80C51时钟产生方法有以下两种。a 内部时钟方法利用芯片内部振荡器,然后在引脚XTALl和XTAL2两端跨接晶体振荡器(简称晶振),就组成了稳定自激振荡器,发出脉冲直接送入内部时钟电路。外接晶振时,Cl和C2值通常选择为30pF左右;Cl、C2对频率有微调作用,晶振或陶瓷谐振器频率范围可在1.2MHz12MHz之间选择。为了减小寄生电容,愈加好地确保振荡器稳定、可靠地工作,振荡器和电容应尽可能安装得和单片机引脚XTALl和XTAL2靠近。图3-3 80C51时钟电路接线方法b 外部时钟方法此方法是利用外部振荡脉冲接入XTALl或XTAL2。HMOS和CHMOS单片机外时钟信号接入方法不
17、一样。表3-1 80C51单片机外部时钟接入方法芯片类型接线方法XTAL1XTAL2HMOS接地接片外时钟脉输入端(引脚需接上拉电阻)CHMOS接片外时钟脉冲输入端悬空3.1.5 80C51单片机复位 在整个声光报警系统中,要进行试验,必需对整个系统先复位。复位是单片机初始化操作。单片机系统在上电开启运行时,全部需要先复位。其作用是使CPU和系统中其它部件全部处于一个确定初始状态,并从这个状态开始工作,所以,复位是一个很关键操作方法。但单片机本身是不能自动进行复位,必需配合对应外部复位电路才能实现。复位电路设计单片机外部复位电路有上电复位和上电和按键全部有效复位两种。我们在设计单片机复位时,选
18、择上电复位。上电复位上电复位利用电容器充电实现。图3-4是80C51单片机上电复位电路。图中给出了复位电路参数。图3-5是80C51单片机上电+按键复位电路。上电要求接通电源后,单片机实现自动复位操作。上电瞬间RST引脚取得高电平,伴随电容充电,RST引脚高电平将逐步下降。RST引脚高电平只要能保持足够时间(2个机器周期),单片机就能够进行复位操作。该电路经典电阻值和我电容参数为:晶振为12MHZ,电容值为10uF,电阻值为8.2K。图3-4 上电复位电路 图3-5上电+按键复位电路复位状态:初始复位不改变RAM(包含工作寄存器R0R7)状态,复位后80C51片内各特殊功效寄存器状态如表所表示
19、,表中“x”为不定数。 表3-2复位后内部特殊功效寄存器状态寄存器复位状态寄存器复位状态PC0000HTMOD00HACC00HTCON00HB00HTH000HBSW00HTL000HSP07HTH100HDPTR0000HTL000HP0P3FFHSCON00HIPxx000000BSBUFxxxxxxxxBIE0x000000BPCON0xxx0000B复位时,ALE和成输入状态,即ALE= 1,片内RAM不受复位影响。复位后,P0P3口输出高电平且使这些双向口皆处于输入状态,并将07H写入堆栈指针SP,同时将PC和其它专用寄存器清0。此时,单片机从起始地址0000H开始重新实施程序。所
20、以,单片机运行犯错或进入死循环时,可使其复位后重新运行。3.2 外围接口电路设计3.2.1 NIS-09声光传感器介绍 在设计中我们之所以选择NIS-09声光传感器,是因为它输出模拟量和我们所用A/D转换器输入等级相符合。(NIS-09声光传感输出电压是5.6+0.4v,A/D转换器输入量程是0+10V)声光传感器关键有以下两种:散射式 在发光管和光敏电阻之间设置遮光屏,无声光时光敏元件接收不到信号,有声光时使光敏元件发出信号。离子式用放射性同位素镅Am241放射出微量a射线,使周围空气电离,当平行平板电极间有直流电压时,产生离子电流Ik。有声光时,微粒将离子吸附,而且离子本身也吸收a射线,其
21、结果是离子Ik减小。若有一个密封装有纯净空气离子室作为参比元件,将二者离子电流比较,就能够排除外界干扰,得到可靠检测结果。 在此次设计中,我们选择NIS-09声光传感器。它是离子式烟雾传感器,是日本NEMOTO企业专为检测延误而精心设计新型传感器。3检测方法:离子型,一源两室。放射参数:电源电压是DC 9v,输出电压是5.6+0.4v 电流损耗是27+3pA ,灵敏度是0.6+0.1v。特征参数以下表所表示:a灵敏度特征 (依据UL217标准风速0.1M/秒)b电源电压特征(25 60RH)c温湿度特征 温度特征(温度60)d温度特征(温度25)源: 放射元素是媚241,放射量是平均33.3K
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