基于单片机的火灾报警专业系统设计.doc

本 科 毕 业 设 计（论文）

题目 基于单片机火灾报警系统设计

院 系 电气与自动化工程系
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摘要
随着“信息时代”到来，作为获取信息手段——传感器技术得到了明显进步，其应用领域越来越广泛，对其规定越来越高，需求越来越迫切。传感器技术已成为衡量一种国家科学技术发展水平重要标志之一。因而，理解并掌握各类传感器基本构造、工作原理及特性是非常重要。
为了提高对传感器结识和理解，特别是对烟雾传感器进一步研究以及其用法与用途，基于实用、广泛和典型原则而设计了本系统。本文运用单片机结合传感器技术而开发设计了这一烟雾监控系统。
本论文以电阻式烟雾传感器和单片机技术为核心并与其她电子技术相结合， 设计出一种技术水平较好烟雾报警器。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检测，具备敏捷度高、响应快、抗干扰能力强等长处，并且价格低廉，使用寿命长。选用AT89S52单片机，其整合了A/D转换、硬件乘法器、硬件脉宽调制器等资源，具 有高速、低功耗、超强抗干扰等长处，是当前同类技术中性价比较高产 品。
以AT89S52单片机和MQ-2型半导体电阻式烟雾传感器为核心设计烟雾报警器可实现报警、故障自诊断、浓度级别显示、报警限设立、温度显示及与温度报警值设定等功能。是一种构造简朴、性能 稳定、使用以便、价格低廉、智能化烟雾报警器。具备一定实用价值。
核心词：烟雾，报警器，AT89S52，传感器
Abstract
With the advent of "information times"，as a means of accessing information -- sensor technology has been significant progress，its application field is more and more extensive，the requirement is more and more high，more and more urgent need. The sensor technology has become a national science and technology development level of one of the important symbols. Therefore，understanding and mastering of sensor's structure，working principle and characteristic is very important.
In order to improve the sensor 's understanding and the understanding，especially for the smoke sensor research and its usage and use，based on practical，and the principle and design the typical system. In this paper，combined with the use of single-chip sensor technology development and design of the smoke control system..
In this paper，resistance type smoke sensor and single-chip microcomputer as the core technology and electronic technology，designs a technology better smoke alarm. The selection of MQ-2 type semiconductor gas sensitive element smoke sensor smoke detection，which has high sensitivity，fast response，strong anti-interference ability，and the price is low，long service life. The selection of AT89S52chip，the integration of the A / D conversion，hardware multiplier，hardware pulse width modulator and other resources，with high speed，low power，strong anti-interference and other advantages，is of similar technology neutral price comparison high yield quality.
With AT89S52 MCU and MQ-2 type semiconductor resistor type smoke sensor as the core design of the smoke alarm can alarm，fault diagnosis，concentration level display，alarm limit settings，temperature display and temperature alarm value setting and other functions. Is a kind of simple structure，stable performance，convenient operation，low price，intelligent smoke alarm. Has a certain practical value.
Key words：smog，alarm，AT89S52，sensor

目录
1.绪论 1
1.1 国内外研究现状 1
1.2 课题研究背景及意义 3
1.3本论文完毕重要工作 5
2.火灾报警系统整体法案设计 8
2.1 设计规定 8
2.1.1硬件设计规定 8
2.1.2软件设计规定 8
2.2系统总体构架 9
2.2.1系统硬件框图及功能描述 9
2.2.2系统软件框图及功能描述 11
3.灾报警系统硬件设计 12
3.1主控单片机选型及电路设计 12
3.1.1单片机选型 12
3.1.2外部接口电路 18
3.2 DS18B20测温电路。 19
3.3报警电路 20
3.4 四位数码管显示电路 20
3.5报警温度设定按键电路 21
3.6 烟雾传感器转换电路 21
4.软件设计 22
4.1主程序设计 22
4.1.1 设计规定 22
4.1.2主程序流程图 22
4.1.3 主程序初始化流程图 23
4.2 火灾报警系统子程序设计 24
4.2.1 数字滤波程序 24
4.2.2 报警程序 26
4.2.3控制按键设计程序 27
4.2.4检测程序 27
5 .行性分析 30
5.1烟雾检测报警器检定 30
5.2实验误差分析 33
5.3本章小结 34
6 .结 论 35
7 .总结 37
致 谢 38
附录 41
附录一 程序源代码： 41
附录二 电路图 57
附录三 PCB图 58

1.绪论
1.1 国内外研究现状
国外某些较发达国家，具备火灾防止、报警、扑救、善后解决等比较完善消防体系。政府每年都要拨出大笔资金用于消防设备更新、人员培训以及消防设施维护。德国、日本、美国等国家就采用计算机与顾客终端传感器或者顾客终端信号采集器相连，对火灾自动报警设备实时监控以及故障远程传播。例如：美国、加拿大、英国、澳大利亚、日本等国家在建设和应用都市火灾自动报警监控系统方面均有可供借鉴成功经验。她们将自动火灾报警作为公共报警手段接入监控系统，并有效运营近年，使消防指挥中心可以迅速精确判断火灾地点、火灾类型，并调度消防部队迅速到达现场，自动报警监控系统在此起到了很大作用。此外，这些国家在监控系统管理方面比较规范，专门成立一种监控服务机构，该机构责任是保证火灾报警数据通信畅通，为顾客服务，对顾客负责，同步向消防部队传送可靠火灾报警信息，而消防部门重要责仔是对此类服务机构进行资质审查及监督管理。这种管理运作方式已经获得了良好效果。
火灾报警系统已有百年历史,19世纪40年代美国诞生火灾报警系统装置标志着火灾自动报警系统初次进入人们视野。1890年在英国，感温式火灾探测器研制成功并应用于火灾探测系统，标志着火灾自动报警系统发展走上正轨。伺候，随着世界科技获得了突飞猛进进步和各种新兴技术浮现和发展，火灾监测技术也相应迅速发展，各种类型火灾探测器相继问世，并日臻完善，火灾自动报警系统也在此基本上逐渐蓬勃发展起来，其发展过程可以分为如下几种阶段：
第一阶段，从19世纪40年代至20世纪40年代，火灾报警系统处在发展初级阶段，采用个探测器重要是感温式探测器，它通过采集温度信号，然后鉴定与否超过设定阀值，从而判断与否由火灾发生。这一阶段火灾报警系统构造简朴，仅靠单一温度参量进行火灾判断。但是它易受环境中其她干扰源影响，敏捷度低，响应速度慢，无法判断隐然火灾，也无法满足智能化火灾报警系统规定。
第二阶段，20世纪40年代末，瑞士物理学家Emst Meili研究离子感烟探测器推出后来,引起了人民对离子感烟探测器注重,随后感烟探测器得到广泛应用,并逐渐占据了绝大某些市场,破事感温式探测器退居另一方面；到70年代末，光电式感烟探测器在光电技术基本上发展起来，并不久得到大力发展，它使用寿命长，抗干扰能力强，没有离子感烟探测器放射性问题。在这一阶段，火灾报警系统普遍采用多线制布局方式，布线、调试、系统可靠性是系统发展瓶颈。
第三阶段，20世纪80年代初期，总线型火灾报警系统兴起，在火灾报警领域中迈出了一大步，并得到了较普遍应用。它使得布线工作量明显减少，安装调试更加容易，更能精准报警定位。但是这一时期火灾报警系统智能化水平不高，采用有线连接对工程规定高。
第四阶段，从20世纪80年代中后期开始，随着计算机技术、控制技术、集成电路技术、传感器技术及智能技术迅速发展，火灾自动报警系统步入智能化时代，智能化火灾报警系统迅速发展起来，各种智能型火灾报警系统相继浮现。模仿量可寻址技术应用使得火灾报警系统安全性、精准性和智能性有了很大提高，在火灾自动报警系统发展史上具备里程碑意义。
近年来，采用无线通信方式火灾自动报警系统在国外悄然兴起。这种系统引入了无线电通信技术，运用无线通信方式代替老式有线通信方式，将大多电气装置通过无线连接方式进行信息传播与控制，合用于各类建筑和场合。无线火灾自动报警系统起初仅用于特殊场合，如博物馆、名胜古迹等不适当布线场合，并且其价格也比较高。随着科技进步和元器件成本减少，无线火灾自动报警系统研发和生成成本也随之减少，它在性能和价格上都具备很强竞争力，其市场潜力已经崭露头角。
在国内，采用无线通信方式火灾自动报警系统日益受到注重。由于其具备安装简便、对建筑物无损坏作业、灵活性好，易于扩展等长处，合用于许多场合，如名胜古迹、体育馆、博物馆、展览中心、处在施工阶段建筑物、医院等。火灾自动报警系统智能性重要体当前火灾判决和统筹管理方面，普通分为分散式、集中式和分布式，分散式系统由非智能型控制器若干智能型探测节点构成，由探测节点完毕火灾状态判断;集中式系统由智能型控制器和若干非智能探测节点构成，探测节点仅将火灾参量传送给控制器，由控制器智能地判断火灾状态；分布式系统控制器和探测节点均为智能型，也是此后火灾自动报警系统发展方向。
1.2 课题研究背景及意义
在各种灾害中，火灾是最经常、最普遍地威胁公众安全和社会发展重要灾害之一。火灾是世界上发生频率较高一种灾害，几乎每天均有火灾发生，据联合国“世界火灾记录中心(wFsC)记录资料”，全球每年约发生火灾600万至700万次，全球每年死于火灾人数约为65000人至75000人。欧洲和北美发生火灾较多，死亡人数却相对较少，这与欧美发达国家生活水平高以及消防设施完善关于；亚洲居住人数最多，发生火灾次数较少，但死亡人数较多，这与亚洲经济发展限度不高、消防设施不完善等因素关于。火灾早已成为国内常发性和破坏性以及影响力最强灾害之一。火灾是世界上发生频率较高一种灾害，几乎每天均有火灾发生。据记录，国内70年代火灾年平均损失不到2.5亿元，80年代火灾年平均损失接近3.2亿元。进入90年代，特别是1993年以来，火灾导致直接财产损失上升到年均十几亿元，年均死亡多人。随着经济和都市建设迅速发展，都市高层、地下以及大型综合性建筑日益增多，火灾隐患也大大增长，火灾发生数量及其导致损失呈逐年上升趋势。一旦发生火灾，将对人生命和财产导致极大危害。
严峻事实证明，随着社会和经济发展，社会财富日益增长，火灾给人类、社会和自然导致危害范畴不断扩大，它不但毁坏物质财产，导致社会秩序混乱，还直接危胁生命安全，给人们心灵导致极大伤害。残酷现实让人们逐渐结识到监控预警和消防工作重要性，良好监控系统和及时报警机制可以大大减少人员伤亡，为社会减少不必要损失。火灾自动报警系统(FAS)就是为了满足这一需求而研制出，并且其自身技术水平也在随着人们需求不断地提高，在功能、构造、形式等方面不断地完善。
火灾作为危害人类生存大敌，越来越受到人们注重。一旦发生火灾。将对人生命财产导致极大危害，于是人们开始谋求一种初期发现火灾办法，以便控制和扑灭火灾，减少损失，保障生命安全。火灾报警系统就是为了满足这一需求而研制出来，并越来越被人们所接受，其自身技术水平也随着人们需求不断提高，在功能、构造、形式等方面不断地完善。火灾自动报警系统能迅速监测火情，可发现人们不易发现火灾初期特性，可将火灾带来生命财产损失降到最低限度。火灾发生初期，会使得燃烧物质分解，析出大量有毒气体CO，人们也许在毫无察觉火情状况下就发生了CO中毒，从而无力逃生，火灾自动报警系统可监测到CO浓度变化，为人们提供CO浓度超标报警信息，告知人们及时疏散。火灾自动报警系统可作为都市消防系统单元，通过都市消防专用网与都市消防报警中心联网，及时将报警信息传递到消防报警中心，都市消防报警中心会自动查找到火灾发生位置，并为消防队员制定消防路线图，以便消防队员可以迅速到达火灾地点[10]。火灾自动报警系统能对火灾进行实时监测和精确报警，有着防止和减少火灾危害、保护人身安全和财产安全重要意义，有着很大经济效益和社会效益。
1.3本论文完毕重要工作
本文采用烟雾传感器、温度传感器、AT89S52单片机以及LED显示灯模块设计了一种智能火灾报警器，可以实现声光报警、故障自诊断、浓度显示、报警限设立、延时报警及与上位机串口通信等功能。是一种构造简朴、性能稳定、使用以便、价格低廉、智能化火灾报警器，具备一定实用价值。
本系统采用ATMEL公司AT89S52单片机作为解决器，重要完毕如下工作：
(1)基于AT89S52火灾报警检测设计方案；
(2)温度传感器AD590、离子烟雾传感器、A/D转换芯片ADC0809选取以及与单片机接口电路设计。
火灾报警器可保障生产与生活安全，避免火灾和爆炸事故以及煤气中毒发生，它是防火、防爆和安全生产所必备仪器，具备辽阔市场空间与发展前景。
本论文是在对烟雾、温度传感器和报警技术进行进一步研究基本上，全面比较国内外同类产品技术特点，合理地拟定系统设计方案，并对仪器整体设计和各个构成某些进行了详细分析和设计。
本次毕业设计通过努力，整个系统实现了预期目的。本系统通过设计一种以80C51单片机为核心火灾报警器可以实现语音报警、温度浓度显示、报警限设立、延时报警等功能。是一种构造简朴、性能稳定、使用以便、价格低廉、智能化火灾报警器，具备一定实用价值。本报警器电路构造简朴、可维护性好。由于实现了对普通环境中烟雾浓度和温度实时监控，因而具备非常普遍意义，能广泛应用于居民家庭、企事业单位等多方面安全防范。
但是也存在不少局限性。由于电源波动，传感器电气特性等问题，使得A/D转换成果有时波动很大，这样就也许浮现误报警。由于时间关系，系统中本应具备串行通信功能没有实现，而只是实现了烟雾浓度、温度显示。由于上述缺陷存在,此系统不是很完善，尚有待进一步改进。
通过这次设计，更加进一步理解和掌握了这方面知识，对本专业结识也更加进一步，使自己对本专业更加热爱，对本科阶段四年学习做了进一步总结，更加明确了自己学习目的和方向。在设计过程中，自己也学到了许多新知识，有诸多感悟和体验心得。并且，对工程设计流程和环节有了清晰结识，为自己日后学习和研究打下了坚实基本。

2.火灾报警系统整体法案设计
2.1 设计规定
2.1.1硬件设计规定
在硬件规定上重要从如下几种方面来考虑：
(1)设备选型
选取世界上先进产品，要把可靠性作为首要选取条件兼顾其经济性、实用性及合用性。
(2) 设备对的配备
使用与环境相符配备设备，使设备最大限度发挥它们作用，使其能最初期探测到火灾，给人与警示并联动灭火系统进行灭火。
(3) 系统供电
选取合理经济供电方式来保证系统供电可靠性，为系统正常运营提供可靠电源保障。
(4) 系统接地
良好接地时提高电子设备电磁兼容性重要手段之一，对的接地才干抑制干扰影响，而错误接地反而能引入严重干扰而影响系统可靠性。
2.1.2软件设计规定
对火灾报警系统软件有如下规定：
(1）实时性
由于火灾报警系统是一种实时控制系统，对于系统响应时间规定较高， 因此相应用软件执行速度有一定规定，即可以在采集现场数据后，在容许时间间隔内，及时对数据进行计算、解决、并做出对的判断，对系统进行控制。由于对程序执行速度规定高，因此普通采用汇编编写，对于某些需要随机中断并且解决任务，可以采用中断系统来完毕，并且给不同任务设立不同中断优先级，保证需要及时解决任务可以及时被响应。
(2）灵活性和通用性
为了节约内存和具备较高适应能力，软件采用模块化构造，在编写程序时候，采用自项向下分析办法，将整个软件系统划分为若干个软件功能模块，然后针对每一种功能模块编写子程序。后来如果需要添加功能或修改既有功能，只需要添加或修改子程序即可；
（3）可靠性
在火灾报警系统软件设计中，可靠性是至关重要，是系统争执运营基本保障，为了保证系统软件可靠性，普通设计一种诊断程序，定期对系统进行诊断，也可以通过软件诊断，防止程序失控。
2.2系统总体构架
火灾报警系统普通由火灾探测器、报警器构成。火灾探测器通过对火灾发出物理、化学现象——气（燃烧气体）、烟（烟雾粒子）、热（温度）、光（火焰）探测，将探测到火情信号转化成火警电信号传递给火灾报警控制器。报警器将接受到火警信号后经分析解决发出报警信号，警示消防控制中心值班人员，并在屏幕上显示出火灾位置。
2.2.1系统硬件框图及功能描述
报警系统重要由数据采集模块、单片机控制模块、声光报警模块构成。图2.3为火灾报警系统构造框图

图2.3 系统构造框图
单片机是整个报警系统核心，系统工作原理是：先通过传感器 (涉及温感和烟感)将现场温度、烟雾等非电信号转化为电信号，调理电路将传感器输出电信号进行调理(放大、滤波等)，使之满足A /D转换规定 ,最后由A /D转换电路 ,完毕将温度传感器和烟雾传感器输出模仿信号到数字信号转换，单片机判断现场与否发生火灾。如果发生火灾，系统以声光形式报警。
本文设计用于小型防火单位单片机火灾报警系统具备如下特点:
（1)能对室内烟雾(CO2，CO) 及温度突变进行报警,具备声、光双重报警功能。
（2统故障报警功能。当系统浮现硬件故障时，能发出故障报警信号。
（3） 常报警功能。当环境浮现异常(如烟雾浓度过大或是温度较高)时，能发出异常报警信号，引起人们注意，尽量避免火灾发生。
（4）一旦真浮现火灾(烟雾和温度同步浮现异常)时，能及时发出语音、光火灾警报 。据类似本系统报警器现场模仿实验表白，本系统安全可靠，误报率低。且由于其体积小、操作维护以便、成本低廉等，具备辽阔应用前景。
2.2.2系统软件框图及功能描述
为了便于系统维护和功能扩充，采用了模块化程序设计办法，系统各个模块详细功能都是通过子程序调用实现。本系统重要涉及数据采集子程序、火灾判断与报警子程序等，系统程序流程图如图2.4所示。

图2.4 程序流程图
为了减少误报率，系统采用多次采集、多次判断办法。每次数据采集后依照得到数据对现场状况进行判断，然后综合多次判断成果做出最后火情判断。主程序是一种无限循环体，其流程是：一方面在上电之后系统各某些涉及单片机各个端口输入输出设立、外围驱动电路和数据存储电路等完毕初始化，另一方面是对芯片内程序进行初始化，接下来执行火灾报警系统中数据采集任务，数据通信任务和查询判断任务。

3.灾报警系统硬件设计
3.1主控单片机选型及电路设计
3.1.1单片机选型
单片机解决是该系统信号解决核心某些，报警信号是由该单片机发出，所选用单片机特点必要适合火灾报警需要，保证工作效率高，可靠性好，稳定性强。在选取CPU上，除了考虑性价比和执行速率之外，还应考虑电路设计复杂性。由于各传感器输出都是电压信号，所觉得了减少电路复杂性，在选取单片机上应当选取带A／D转换单片机，本次设计选用AT89S52系列单片机。
AT89S52有40个引脚，4k bytes flash片内程序存储器，128 bytes随机存取数据存储器（ram），32个外部双向输入/输出（i/o）口，5个中断优先级2层中断嵌套中断，2个16位可编程定期计数器,2个全双工串行通信口，看门狗（wdt）电路，片内时钟振荡器。
AT89S52单片机是一种低功耗高性能CMOS8位微控制器，内置8KB可在线编程闪存。该器件采用Atmel公司高密度非易失性存储技术生产，其指令与工业原则80C51指令集兼容。片内程序存储器容许重复在线编程，容许程序存储器在系统内通过SPI串行口改写或用同用非易失性存储器改写。通过把通用8位CPU与可在线下载Flash集成在一种芯片上，AT89S52便成为一种高效微型计算机。它应用范畴广，可用于解决复杂控制问题，且成本较低。其构造框图如图3所示。

图3 AT89S52构造框图

图4 DIP-40封装AT89S52引脚
    此外，AT89S52设计和配备了震荡频率可为12MHZ并可通过软件设立省电模式。空闲模式下，cpu暂停工作，而ram定期计数器，串行口，外中断系统可继续工作，掉电模式冻结振荡器而保存ram数据，停止芯片其他功能直至外中断激活或硬件复位。同步该芯片还具备pdip、tqfp和plcc等三种封装形式，以适应不同产品需求。
重要功能特性：
兼容mcs-51指令系统
4k可重复擦写(>1000次）isp flash rom
32个双向i/o口
4.5-5.5v工作电压
2个16位可编程定期/计数器
时钟频率0-33mhz
全双工uart串行中断口线
128x8bit内部ram
2个外部中断源
低功耗空闲和省电模式
中断唤醒省电模式
3级加密位
看门狗（wdt）电路
软件设立空闲和省电功能
灵活isp字节和分页编程
双数据寄存器指针
按照功能，AT89S52引脚可分为主电源、外接晶体振荡或振荡器、多功能I/O口、控制和复位等。
（1）功能I/O口
AT89S52共有四个8位并行I/O口：P0、P1、P2、P3端口，相应引脚分别是P0.0 ～ P0.7，P1.0 ～ P1.7，P2.0 ～ P2.7，P3.0 ～ P3.7，共32根I/O线。每根线可以单独用作输入或输出。
①P0端口，该口是一种8位漏极开路双向I/O口。在作为输出口时，每根引脚可以带动8个TTL输入负载。当把“1”写入P0时，则它引脚可用作高阻抗输入。当对外部程序或数据存储器进行存取时，P0可用作多路复用低字节地址/数据总线，在该模式，P0口拥有内部上拉电阻。在对Flash存储器进行编程时，P0用于接受代码字节；在校验时，则输出代码字节；此时需要外加上拉电阻。
②P1端口，该口是带有内部上拉电阻8位双向I/O端口，P1口输出缓冲器可驱动（吸取或输出电流方式）4个TTL输入。对端口写“1”时，通过内部上拉电阻把端口拉到高电位，此时可用作输入口。P1口作输入口使用时，由于有内部上拉电阻，那些被外部信号拉低引脚会输出一种电流。在对Flash编程和程序校验时，P1口接受低8位地址。
此外，P1.0与P1.1可以配备成定期/计数器2外部计数输入端（P1.0/T2）与定期/计数器2触发输入端（P1.0/T2EX），如表3.1所示。
表1  P1口管脚复用功能
端口引脚
复用功能
P1.0
T2（定期器/计算器2外部输入端）
P1.1
T2EX（定期器/计算器2外部触发端和双向控制）
P1.5
MOSI（用于在线编程）
P1.6
MISO（用于在线编程）
P1.7
SCK（用于在线编程）
 ③ P2端口，该口是带有内部上拉电阻8位双向I/O端口，P2口输出缓冲器可驱动（吸取或输出电流方式）4个TTL输入。对端口写“1”时，通过内部上拉电阻把端口拉到高电位，此时可用作输入口。P2口作输入口使用时，由于有内部上拉电阻，那些被外部信号拉低引脚会输出一种电流。
在访问外部程序存储器或16位外部数据存储器时，P2口送出高8位地址，在访问8位地址外部数据存储器时，P2口引脚上内容（就是专用寄存器（SFR）区中P2寄存器内容），在整个访问期间不会变化。在对Flash编程和程序校验期间，P2口也接受高位地址或某些控制信号。
④ P3端口，该口是带有内部上拉电阻8位双向I/O端口，P3口输出缓冲器可驱动（吸取或输出电流方式）4个TTL输入。对端口写“1”时，通过内部上拉电阻把端口拉到高电位，此时可用作输入口。P3口作输入口使用时，由于有内部上拉电阻，那些被外部信号拉低引脚会输出一种电流。
在AT89S52中，同样P3口还用于某些复用功能，如表3.2所列。在对Flash编程和程序校验期间，P3口还接受某些控制信号。

（2）RST  复位输入端。在振荡器运营时，在此脚上浮现两个机器周期高电平将使其单片机复位。看门狗定期器（Watchdog）溢出后，该引脚会保持98个振荡周期高电平。在SFR AUXR（地址8EH）寄存器中DISRTO位可以用于屏蔽这种功能。DISRTO位默认状态，是复位高电平输出功能使能。
（3)E/PROG  地址锁存容许信号。在存取外部存储器时，这个输出信号用于锁存低字节地址。在对Flash存储器编程时，这条引脚用于输入编程脉冲PROG。普通状况下，ALE是振荡器频率6分频信号，可用于外部定期或时钟。但是，在对外部数据存储器每次存取中，会跳过一种ALE脉冲。在需要时，可以把地址8EH中SFR寄存器0位置为“1”，从而屏蔽ALE工作；而只有在MOVX或MOVC指令执行时ALE才被激活。在单片机处在外部执行方式时，对ALE屏蔽位置“1”并不起作用。
(4)PSEN  程序存储器容许信号。它用于读外部程序存储器。当AT89S52在执行来自外部存储器指令时，每一种机器周期PSEN被激活2次。在对外部数据存储器每次存取中，PSEN2次激活会被跳过。
(5)EA/Vpp  外部存取容许信号。为了保证单片机从地址为0000H～FFFFH外部程序存储器中读取代码，故要把EA接到GND端，即地端。但是，如果锁定位1被编程，则EA在复位时被锁存。当执行内部程序时，EA应接到Vcc。在对Flash存储器编程时，这条引脚接受12V编程电压Vpp。
(6)XTAL1  振荡器反相放大器输入，内部时钟工作电路输入。
（7）XTAL2  振荡器反相放大器输出。
DS18B20温度传感器与单片机接口电路
3.1.2外部接口电路
DS18B20可以采用两种方式供电，一种是采用电源供电方式，此时DS18B201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4 所示单片机端口接单线总线，为保证在有效DS18B20时钟周期内提供足够电流，可用一种MOSFET管来完毕对总线上拉。
当DS18B20处在写存储器操作和温度A/D转换操作时，总线上必要有强上拉，上拉启动时间最大为10us。采用寄生电源供电方式时VDD端接地。由于单线制只有一根线，因而发送接口必要是三态。由于DS18B20是在一根I/O线上读写数据，因而，对读写数据位有着严格时序规定。DS18B20有严格通信合同来保证各位数据传播对的性和完整性。该合同定义了几种信号时序：初始化时序、读时序、写时序。所有时序都是将主机作为主设备，单总线器件作为从设备。而每一次命令和数据传播都是从主机积极启动写时序开始，如果规定单总线器件回送数据，在进行写命令后，主机需启动读时序完毕数据接受。数据和命令传播都是低位在先。
3.2 DS18B20测温电路。

图16 DS18B20电路
DS18B201脚接地，2脚数据端接单片机P3.4，3脚接VCC，为了保证DS18B20工作可靠，2脚要接10K上拉电阻。
3.3报警电路

图17 蜂鸣器电路
本系统中采用蜂鸣器报警，由于单片机输出电流较小，因此用三极管9013驱动蜂鸣器发出声音。
3.4 四位数码管显示电路

图18 数码管显示电路
4位数码管为共阳管，由于单片机输出电流比较小，故用4个PNP型三极管9015来驱动数码管。单片机输出低电平时三极管导通，使数码管4各公共端1、4、5和12脚为高电平，此时数码管数据端输入低电平后数码管被点亮，120欧电阻R12到R19为三极管限流电阻。
3.5报警温度设定按键电路

图19 按键电路
报警温度用按键S2，S3，S4来设立，S2为调节键，按一次可调节报警上限温度值，按两次可调节报警下限温度值，按三次数码管恢复到正常温度显示。
3.6 烟雾传感器转换电路

图20 下载电路
4.软件设计
4.1主程序设计
4.1.1 设计规定
一方面要给传感器预热三分钟，由于MQ-2型半导体电阻式烟雾传感器在不通电存储一段时间后，再次通电时，传感器不能及时正常采集烟雾信息，需要一段时间预热。程序初始化结束后，系统进入监控状态。本论文主程序设计先对传感器预热三分钟， 预热同步，对传感器加热丝故障检测，采用软件方式检测传感器加热丝或 电缆线与否断线或者接触不良。
AT89S52单片机对传感器检测烟雾浓度信号进行A/D转 换、平均值法滤波、线性化解决后，将浓度值与报警限设定值相比较，判断与否报警。同步送入段式液晶显示烟雾浓度值。主程序还涉及状态批示灯及按键功能设立，中断子程序等，使报警器功能更加完善，给顾客带来便利。
4.1.2主程序流程图
主程序流程图如图4.1所示。

图4.1主程序流程图
4.1.3 主程序初始化流程图
主程序初始化流程图如图4.2所示。给传感器预热后，程序开始执行 初始化子程序，这某些实现功能涉及各种I/O口输入输出状态设定、寄存器初始化、中断使能等。一方面设定定期初值50ms，运用IAP写入EEPROM，作为取值间隔。然后设立定期器0，选取方式1。方式1状态下定期器工作寄存器TH1、TL1是全16位参加操作。接下来定期器0中断容许位置1，打开定期器0，关闭蜂鸣器，启动绿灯，设立报警限初值。

图4.2主程序初始化流程图
4.2 火灾报警系统子程序设计
4.2.1 数字滤波程序
在烟雾传感器对烟雾浓度采样时，也许会遇到尖脉冲干扰现象。干扰普通只影响个别采样点数据，此数据与其她采样点数据相差比较大。
如果采用普通平均值法，则干扰将“平均”到计算成果上去，故平均值法不易消除由于脉冲干扰而引起烟雾浓度采样值偏差。
为此，可采用中位值平均滤波法(又称防脉冲干扰平均滤波法)，先对N个采样数据进行比较，去掉其中最大值和最小值，然后计算余下N–2个数据算术平均值。这种办法既可滤去脉冲干扰又可滤去小随机 干扰。保证报警器检测烟雾浓度精确性，减小误报、错报也许。
在实际应用中，N可取任何值，但为了加快测量计算速度，本论文数字滤波设计中N取10。即调用A/D持续进行10次采样，去掉其中最大值和最小值，计算别的8个值平均值，将这个平均值送入寄存器。 中位值平均滤波法程序流程图如图4.3所示。

图4.3中位值平均滤波法程序流程图
4.2.2 报警程序
当烟雾浓度超过报警设定值时，报警器发出一种近似警笛鸣叫声，相应通道红灯闪亮，以提示操作人员采用安全对策或自动控制有关安全装置，从而保障生产安全，避免火灾和爆炸事故发生。为防止误 报，在程序设计上，对烟雾浓度进行迅速重复检测和延时报警，以区别出 是管道中烟雾泄漏，还是由于暂短打开阀门产生可燃烟雾微 量散失，防止误报。报警子程序流程图如图4.4所示。

图4.4报警子程序流程图

4.2.3控制按键设计程序
本报警器设计附加一种按键，功能分别为：拟定(消音)。按键解决子程序流程图如图4.5所示。

图4.5 键盘解决子程序
4.2.4检测程序
(1)雾检测报警器工作原理
本论文中烟雾检测报警器以AT89S52单片机为控制核心，采用MQ-2型电阻式半导体传感器采集烟雾信息。
一方面，烟雾传感器通过AD0832进行转换后，进入单片机，温度通过DS18B20进行采集，用数码管显示温度和烟雾浓度级别，温度报警上下限值可以通过三个按钮来设立，此外，还设立一种紧急呼喊按钮，可以通过按此按钮来紧急报警，也可以设立为无人状态，用烟雾和温度自动报警。
(2)雾检测报警器构造
为适应家庭和工业等场合对可燃性易爆烟雾安全性规定，设计可燃性烟雾报警仪应不但能在较宽温度范畴工作，并且应具备显示可燃烟雾浓度、故障自检、延时报警功能及可接计算机进行现场远测和实时控制等功能。其目的是在老式烟雾报警仪基本上，尽量提高精确性，减少成本，缩小体积。
报警器系统构造框图如图4.6所示，系统以单片机为核心，配合外围电路共同完毕信号采集、浓度显示、时间显示、状态显示、声音及闪烁报警、按键输入、故障自检等功能。报警器采用巡检工作方式，进行两级 报警值设定，并发出不同光、声信号。系统应采用高性能单片机，规定工作稳定、测量精度高、通用性强、功耗低，保证报警器精准性及可 靠性，并且最佳体积小，成本低，有助于减少报警器体积，减少报警器 成本。

单片机
时钟电路
复位电路
采集温度电路
采集烟雾电路
按键电路
数码管显示

图4.6 可燃性气体检测报警器构造框图
烟雾检测报警器重要技术指标
(1) 传感器类型：半导体电阻式
(2) 检测范畴：0-100%LEL
(3) 报警精确度:：±5%LEL
(4) 报警点设立：达到20%LEL开始报警
(5) 报警器工作方式：现场固定安装，自然扩散进行采样，长年持续运