基于单片机的火灾报警器毕业设计方案.doc

级毕业设计（论文）

基于单片机火灾报警器

年 级：
学 号：
姓 名：
专 业： 通信工程
指引教师：

二零一五年六月
摘要
随着火灾事故发生频率逐渐升高，让诸多人开始意识到防火工作重要。当前诸多研发机构都重点开发某些大型场合火灾报警器，而家庭合用却很少。因而，咱们有必要研发一种经济实用、构造简朴家庭火灾报警器来满足市场需求。文章中设计了一种为提供家庭生活使用火灾报警器。它以单片机作为火灾报警器控制核心器件，采用其他器件配合即可实现声光报警功能。火灾报警器重要由信号采集模块、GSM模块、显示模块、模数转换模块、单片机控制模块、声光报警模块构成。本设计可以对环境进行实时监控，通过液晶屏显示出来，当检测到温度或烟雾浓度超过报警临界值时能发出声光报警和远程报警。报警器通过信号采集模块采集信号后送入单片机进行判决，如果超过临界值发出报警，否则继续检测。
核心字：传感器； 火灾报警器； 单片机； 火灾安全； 远程报警

Abstract
Gradually increased with the frequency of fire accident，more and more people began to realize the importance of the work to preventing . Now many R&D institutions have been focusing on the fire alarm for some large sites,but rarely for family. Therefore，it is necessary for us to research a kind of fire alarm that economical and practical for family,it has simple structure and large needs for market.We designed the fire alarm for family and describe it in the paper. the fire alarm uses MCU as the core control device,with match of other devices it can alarm of sound and light.The fire alarm is mainly composed of a signal acquisition module，GSM module，display module，ADC module，MCU control module，a sound and light alarm.This alarm can carry out real-time monitoring of the environment,and display through the LCD screen，when the detected temperature or the smoke concentration exceeds the alarm threshold it can send out sound and light alarm and remote alarm. The alarm signal goes into the signal acquisition module and then to the MCU to judge ，if the alarm exceeds the critical value，otherwise it continue to test the signal.

Key words：sensor;fire alarm；MCU；Fire safety；Remote alarm

目录
摘要 I
Abstract II
第一章 前言 1
1.1 课题设计研究背景 1
1.2 课题设计研究目和意义 1
1.3 课题设计研究重要内容 1
1.4 课题设计研究进度筹划 2
本章小结 2
第二章 设计功能指标规定 3
第三章 设计方案 4
3.1 基本设计思路 4
3.2 整体方案概述 4
3.3 核心硬件及电路设计方案简介 5
3.3.1 STC89C52单片机 5
3.3.2 MQ-2烟雾传感器 5
3.3.3 18B20温度传感器 5
3.3.4 ADC0832芯片 5
3.3.5 GSM模块 6
本章小结 6
第四章 设计详细电路 7
4.1 硬件电路设计 7
4.1.1单片机最小系统 7
4.1.2 时钟电路和复位电路设计 7
4.1.3显示模块 8
4.1.4 声音报警电路 9
4.1.5按键控制电路 9
4.1.6 电源 10
4.2 元器件选取 10
4.2.1 单片机选型 10
4.2.2 烟雾传感器选型 11
4.2.3 温度传感器选型 11
12
4.4 软件流程设计方案 12
本章小结 12
第五章 设计调试及遇到问题解决 13
5.1 设计调试方案及安排 13
5.2 遇到问题及解决 13
本章小结 13
第六章 成果分析 14
6.1 测试方案 14

6.2 测试数据 14
6.3 成果分析 14
本章小结 14
第七章 结论及展望 16
致 谢 17
参照文献 18
附 录1 总原理图 19
附 录2 程 序 20

第一章 前言
1.1 课题设计研究背景
近年来随着社会发展，电器设备逐渐进入家庭，火灾安全隐患也随之而来。有时由于人们平时生活中不细心或者购买了劣质家电，而埋下火灾安全隐患随时威胁着人们生命财产安全。为了有效减少火灾事故发生，咱们就必要要对环境进行实时监测，及时理解环境动态。采用先进火灾检测系统，密切监测环境中烟雾浓度和温度，提早发现火灾安全隐患。采用有效防护办法，尽量避免事故发生，才可以有效保证人们人身安全和财产安全。
1.2 课题设计研究目和意义
生活中由于某些人缺少火灾安全防范意识而引起火灾，火灾发生后不能在第一时间懂得状况，最后酿成事故让原本幸福美满家庭瞬间毁于一旦。由于一旦发生家庭火灾，处置不当没有及时报警，这些都会导致人员伤亡[1]。由此可见,让人们学习火灾安全常识，理解家庭火灾重要起因已经是一种迫切工作了。提前做好防止火灾工作，做到未雨绸缪。但百密一疏，再好防范工作都不也许完全杜绝火灾发生，只有运用火灾报警器才可以最大限度减少因火灾带来损失或火灾事故发生概率。
在整个神州大地上 ，几乎每一天均有家庭火灾发生，因而每一种家庭都应当在平时做好防火工作。如果每个人都能依照自家实际状况，提前采用切实可行防火办法，某些因火灾引起悲剧是完全可以避免。火灾报警器可以在火灾发生第一时间通过声光报警和远程报警通报给家庭主人和消防单位，让人们有更多时间来解决火灾，这对于减少因火灾给人们损失和生命安全威胁具备极其重要意义。

1.3 课题设计研究重要内容
本设计是用STC89C52作为控制核心，它控制一种信号采集模块和报警模块构成了一种火灾报警器。系统重要工作流程为：一方面通过传感器获取环境中温度信息和烟雾信息，收集信息完毕后送入AD芯片进行AD转换。转换后得到数字信号并通过单片机进行判断，并且同步在LCD1602液晶屏上显示出来[2]。如果判断到环境中信息超过报警临界值则触发报警模块报警，否则继续检测。在遇到突发状况使环境烟雾浓
度或温度瞬间升高触发报警，在不需要人为解决状况下，带环境温度和烟雾浓度都处在正常状态下时自动取消报警。
1.4 课题设计研究进度筹划
.12.15 - .3.1： 查找资料、收集有关素材　　
.3.2 - .3.6：完毕需求分析　　
.3.7 - .3.12： 完毕概要设计　　
.3.13 - .4.1：完毕详细设计　　
.4.2 - .4.8：完毕编码　　
.4.9 - .4.16：完毕报警器组装　　
.4.17 - .4.19： 完毕软件测试　　
.4.20 - .4.25：整顿资料、撰写设计报告
.4.26 - .4.30：完善设计报告
本章小结
火灾带来危害已经让人们意识到提前防止和初期报警重要性了。提前防止是要人们在平时生活中学习好火灾安全常识，做好火灾安全防范工作。但是百密一疏再好防范工作都不也许完全避免火灾发生，防范工作只能减少火灾发生概率。要想在火灾中减少危害减少损失，就需要火灾报警器在火灾发生初期发出报警。在火灾发生时就把它扑灭，从而保障人们生命财产安全。

第二章 设计功能指标规定
重要功能规定：（1）报警器能适应各种环境工作，它可以依照不同环境自由设定报警临界值。（2）报警器能对所处环境温度和烟雾浓度进行实时检测并将其显示在液晶屏上。（3）报警器可以在发生火灾时实现手动报警和系统误报时手动取消报警。（4）报警器在发出报警时可以同步实现声音报警，灯光报警，远程报警。（5）在远程报警GSM模块中可设定两个报警电话号码并能随意更改号码。（6）报警器能在某些特殊状况下触发报警后，待环境恢复正常时自动取消报警。

第三章 设计方案
3.1 基本设计思路
报警器由单片机、报警模块、显示模块、信号采集模块四某些构成硬件系统[4]。单片机作为控制核心，各模块控制信息也都存储于单片机中。系统通过温度传感器和烟雾传感器采集环境中温度和烟雾浓度，然后把采集到模仿信号送入AD芯片中进行模数转换，将转换得到数据送入单片机中进行判决，如果低于设定报警临界值则不产生报警继续检测，如果超过报警临界值则驱动声光报警模块产生声光报警[3]。报警同步将报警状况通过GSM模块发送到手机终端上。

3.2 整体方案概述
火灾报警器是可以同步对环境中烟雾浓度和温度进行检测，把检测到信息解决后实时显示，并能实现声光报警功能系统。该报警系统构成某些涉及：信号采集模块、AD转换模块、单片机、报警模块[4]（声光报警和远程报警）等。
报警器是用延时工作方式。选用MQ-2烟雾传感器和18B20温度传感器构成信号采集模块、蜂鸣器，报警批示灯和GSM模块构成了报警模块、再用单片机配合辅助电路就构成了火灾报警系统[5]，报警器检测得到有关数据通过1602液晶屏显示出来。按照设计规定来看该设计又包括如下构造，电路框图如下所示：

图3-1 总体设计框图
解决器用了51系列单片机STC89C52。整个系统控制工作是在单片机调用有关软件来完毕。传感器把检测到模仿信号，送入AD芯片进行AD转换。在单片机内调用相应程序对送入信号做出判决如果超标则驱动报警模块报警[6]，否则继续检测。
3.3 核心硬件及电路设计方案简介
3.3.1 STC89C52单片机
STC89C52是一种能解决8位，带有8K可编程Flash存储器高性能低功耗控制器[7]。它和工业中80C51 产品指令和引脚都是完全兼容。在单片机芯片中，有机灵8 位CPU 与可以在系统编程Flash[8]。STC89C52具备如下功能原则：RAM大小为256字节，32 位I/O 口线。STC89C52 可下降到0Hz 静态逻辑操作。

3.3.2 MQ-2烟雾传感器
MQ-2传感器工作原理则是通过电路把电导率做出相应变换而得到烟雾浓度相相应信号输出[9]。该传感器具备如下长处：敏捷度高、抗干扰能力强、电导率变化大、响应和恢复用时较短、输出信号大、寿命长和工作状态稳定[10]等。这种传感器凭借其优越性能在市面上得到了广泛应用。
3.3.3 18B20温度传感器
DS18B20作为温度传感器。DS18B20数字温度输出通过一条总线输出，减少了传感器安装复杂限度，能让各种 DS18B20很容易构成传感器网络，为整个检测系统建立和组合提高了可行性[11]。它在检测精度、转换时间、传播距离、辨别率等都要比其他温度传感器有优势大[12]。由于它制造工艺简朴，使其生产成本低。
3.3.4 ADC0832芯片
ADC0832芯片是8位辨别率，采用双通道A/D转换；输入输出电平与TTL/CMOS相兼容； 工作频率为250KHZ，转换时间为32μS；普通功耗仅为15mW；8P、14P—DIP（双列直插）、PICC 各种封装[13]。它最高辨别可以达到256级可以用于某些简朴模数转换。芯片电压普通在0V--5V之间。芯片转换时间是32μS。具备双数据输出可以作为数据校验，从而减少数据误差。转换速度快且稳定性好，独立使能输入[14]。
3.3.5 GSM模块
TC35是一款双频900/1800MHZ高度集成GSM模块。单电源 3.3V ～ 5.5V发射功率为2W （GSM900MHz Class 4） 1W （DCS1800MHz Class 1）。工作温度普通在-20°C to +55°C储存温度普通在-30°C to +85°C[15]。通话模式下工作电流损耗 是300mA 、空闲模式下工作电流损耗是.5mA (最大值)，省电模式下工作电流损耗：100μA (最大值)）。
本章小结
报警器是用信号采集模块采集数据送入单片机进行判决与否该驱动报警模块发出报警，如果判决产生报警单片机同步调用有关程序驱动GSM模块产生远程报警。由于报警器是由几种模块构成，设计时要注意不同模块间兼容问提，充分理解各模块参数及其她特性。

第四章 设计详细电路
4.1 硬件电路设计
4.1.1单片机最小系统
单片机最小系统是单片机正常工作起来核心某些，它基本电路构成如图4-1示。

图4-1 信号解决模块
单片机最小系统由单片机、复位电路、时钟电路三个某些构成[16]。
STC89C52 单片机用5V电源作为工作电压。单片机在通电时候会产生一种复位信号，对单片机进行初始化。复位电路可以分为上电复位电路和按键复位电路。普通在程序进入死循环后就可按复位键来对单片机进行初始化，让程序从新执行。本设计是采用按键复位电路来产生复位信号。时钟电路可以把它当作是一种振荡电路。单片机运营快慢就是用该电路产生正弦波信号来作为参照。
4.1.2 时钟电路和复位电路设计
本设计用是STC89C52单片机。由于她资源比较多，运营速度也不久。普通都通过串口把程序写入单片机，这样烧写程序也比较以便。
本报警器采用内部时钟电路和按键电路，如下图4-2图4-3所示：

图4-2 图4-3
烟雾检测AD采集电路
烟雾检测采用MQ-2传感器。传感器所得到模仿信号通过AD转换后就能得到了烟雾浓度值。电路如图4-4所示

图4-4 烟雾浓度采集电路
4.1.3显示模块
系统所产生各种数据通过1602液晶屏显示，如图4-5：

图4-5 LCD1602液晶显示
4.1.4 声音报警电路
电路在三极管b极串连一种电阻和c极连接蜂鸣器来控制报警器在检测值超过报警临界值是产生声音报警。如图4-6所示

图4-6 声音报警电路图
4.1.5按键控制电路
该电路有四个按键，其中分别为设立键、加键、减键和紧急报警键，紧急状况时，可直接按下紧急报警键，让LED灯和蜂鸣器进行报警。如图4-7所示

图4-7按键电路图
4.1.6 电源
由于电池供电比较以便且更换以便因此采用6节1.5 V干电池共9V做电源，通过计算系统工作时该电源工作电压稳定可以满足系统设计规定。
电源接口电路如图9，其中P1为电池接口，SW1是电源开关。D1是电源批示灯。

图9电源接口 图9电源电路

图4-8 电源
4.2 元器件选取
4.2.1 单片机选型
单片机它不但作为整个系统存储器还作为系统大脑，协调各模块之间执行相应工作。单片机应当以一种不久运算速度来执行各种控制任务，进而保证系统实时性。让人们能随时理解环境中烟雾浓度和温度值。如果浮现紧急状况，可以迅速调用相应模块做出相应解决。在同类型单片机中如果计算速度和接口功能都可以满足报警器系统设计规定。那么就应当考虑使用价格低便宜，体积轻巧型号。51单片机高性价比,I/O口多,程序空间大非常合用于测控系统中。在51系列中属STC89C52单片机性能较好，因此本设计选用STC89C52单片机。
4.2.2 烟雾传感器选型
MQ-2能广泛合用于烟状，雾状等气体检测。其性能比较稳定，价格便宜、运用简朴、体积小有助于系统小型化[17]。它能较精确检测出可燃性气体，这有助于提前发现火灾隐患。普通状况下这种传感器检测范畴相较于其她型号传感器更宽。在有效范畴内对烟雾气体有较好敏捷度，非常适合用在家庭火灾报警器中。因此MQ-2是最佳选取。
4.2.3 温度传感器选型
PT100传感器是一种抗干扰能力强、稳定性好、耐高压温度传感器，但使用起来比较复杂。 DS18B20作为温度传感器。DS18B20数字温度输出通过一条总线输出，减少了传感器安装复杂限度[18]。这样能让各种 DS18B20很容易构成传感器网络，为整个检测系统建立和组合提高了可行性。它在检测精度、转换时间、传播距离、辨别率等都要比其他温度传感器有优势大[19]。由于它制造工艺简朴，使其生产成本低。从性能和价格等因素综合考虑用DS18B20是一种最佳选取。

4.3 程序流程图

4.4 软件流程设计方案
本设计重要由单片机控制子程序、GSM模块子程序、报警子程序、信号采集子程序构成[20]。一方面由单片机里控制程序对系统进行初始化，然后调用信号采集程序对环境进行信号采集，信号采集到后送入AD芯片进行模数转换。把得到数字信号送入单片机进行判决，如果没有超过报警临界值系统继续采集环境中信息，如果超过报警临界值则产生报警，并且通过GSM模块将报警信息发送到手机终端上。
本章小结
报警器是由各种模块构成，在设计报警器时一方面应当拟定好需要元件种类及其参数。然后按照种类和参数进行选材。在选材过程中既要满足设计规定，又要保证系统性能不受影响。系统性能满足后要尽量简化报警器操作办法，让更多人可以使用，同步还应当考虑设计成本和报警器体积大小等因素。
第五章 设计调试及遇到问题解决
5.1 设计调试方案及安排
对系统进行分模块化调试，一方面对检查系统供电某些与否能正常供电，如果供电正常则为系统供电检查看各模块能否正常通电后再看显示模块与否能正常显示，显示正常后让信息采集模块正常工作观测液晶屏与否显示出当前环境烟雾浓度和温度值。然后在看键盘功能与否到达设计规定，如果达标则开始依照当前环境分别对温度和烟雾浓度设定一种适当报警临界值，一切准备就绪后就开始逐个变化温度和烟雾浓度看能否正常报警，报警后在分别测试能自动取消报警和手动取消报警。报警模块调试完毕后通过键盘设定好接受报警信息号码再连接上GSM模块，再重复之前操作看报警状况能否发送到手机终端上。

5.2 遇到问题及解决
（1） 液晶屏不能按设计规定正常显示。
解决办法：检查实物焊接状况，通过实物与原理图一一对比没有发现问题，然后再用万用表对某些核心进行通电检查，在检查中发现是其中一处因焊机不好导致短路，通过从新焊接后故障排除。
（2）GSM模块不能接受到信号。
解决办法：一方面需要先观测模块之间电路连接状况，检查发现各某些之间连接完好。最后通过在网上查阅GSM模块有关故障解决知识，理解到该模块不支持WCDMA和CDMA制式电话卡，更换电话卡后故障排除。

本章小结
在设计过程中遇到了诸多困难，最后都一一解决了。浮现问题普通都是先检查给端口之间连接状况，看与否存在连接错误或者连接不好等问题。如果检查完毕故障没有排除，再在网上查阅有关设计故障机解决办法，按照查阅资料再对照设计进行检查，实在无法排除故障像导师谋求协助直至排除故障完毕设计。

第六章 成果分析
6.1 测试方案
先在报警器里设定一种远高于正常状况下烟雾浓度和温度值作为报警临界值，不让报警器产生报警。然后再分别按照不同步间段记录下温度和烟雾浓度值。依照测试得到数据可以懂得一天中房间内最大烟雾浓度和温度值。烟雾浓度报警临界值普通是在监测数据中最大烟雾浓度值上加上5%~10%（它作为测量误差和特殊状况下所产生浓度值）左右，而温度报警临界值是在最大值基本上加5℃（它作为测量误差和特殊状况下所产生浓度值）左右。依照测试数据设立好报警临界值后启动报警器，再模仿火灾发生测试报警器。
6.2 测试数据
时
时刻时刻

8点
9点
10点
11点
12点
13点
14点
15点
16点
17点
18点
烟雾浓度

5%

5%

6%

7%

7%

5%

6%

5%

6%

8%

9%
温度
21℃
23℃
24℃
24℃
24℃
26℃
28℃
27℃
27℃
27℃
26℃

6.3 成果分析
本次实验记录了室内11个时刻烟雾浓度和温度值，在此期间内烟雾浓度呈无规律变化，温度值则呈抛物线变化。引起烟雾浓度变化重要因素是室内吸烟人数不同导致烟雾浓度变化无规律，而室内温度重要是由室外温度变化而变化，另一方面尚有某些人为习惯（用热水，电吹风等）也会影响室内温度。
本章小结
依照上述实验数据可以得出影响烟雾浓度和温度因素有诸多，由于不是实现监测室内变化，因此上述值不可以精确代表室内真实状况。如果要报报警器应用于实际，就应当依照使用环境实际状况来设定报警临界值。普通要考虑因素有季节变化，南北差别，使用环境（如厨房和卧室）等。

第七章 结论及展望

火灾报警器能提前向人们通报火灾状况，延长人们反映时间从而减少火灾危害和财产损失。它可以最大限度防范火灾和因煤气泄漏危及人身安全等事故发生。它是人们安全生产和家庭生活所必要仪器，其具备较大发展空间和较好市场前景。
本设计是查阅了大量自动报警技术和全面对比了国内外同类产品发展状况基本上才拟定设计方案。报警器是信号采集模块、单片机控制电路、报警模块、显示模块四大某些构成。在这几种模块之间协同工作下，报警器可以实时监控环境中烟雾浓度和温度值并通过液晶屏显示出来。当烟雾浓度或者温度其中任意一种值超过报警临界值时，都能产生报警同步通过GSM模块实现远程报警。在报警器里可以预先设定好两个远程报警电话号码。报警器虽然可以达到设计基本规定，但还是存在某些局限性地方。例如报警时发生误报。
随着科学技术不断创新和发展，各种高敏捷高智能是元件被制造出来。让火灾报警器在将来发展中，将像高智能，低误报，小型化等方向发展。而制导致本越来越低，用法也会更加简朴化，逐渐步入千家万户保证人们是生命财产安全。

致 谢
我可以在规定期间里顺利完毕我设计，全靠我指引教师不断协助我克服了设计中存在问题和开拓我思维。再次，我一方面要感谢我指引教师。从选题之初到最后完毕设计，教师始终都是很悉心为我解答所有疑惑。特别是在给我解说在设计中遇到某些问题时，教师先教会可以满怀激情投入到设计中，让我在预定期间內完毕设计中各个某些。在此，我要再次感谢教师在每一次进度检查中可以严格把关，及时找出存在问题并协助我解决问题。让我在大学最后时光感到无比我充实。让我体会到了学习带给我乐趣，最后可以保质保量完毕毕业设计。
大学时光犹如光阴似箭，进校时生活历历在目。最后，我还要感谢在我大学四年里教会我知识各位教师和始终陪伴我同窗。是你们在生活和学习上遇到困难时不断予以我支持和协助。是你们让我教会了此后生活本领，让我在将来道路上走得更加顺畅。

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附 录1 总原理图

附 录2 程 序