智能化小区安全系统设计毕业论文.doc

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1、【精品文档】如有侵权，请联系网站删除，仅供学习与交流智能化小区安全系统设计毕业论文.精品文档.摘 要论文主要探讨了与人们日常生活联系密切的智能小区安防系统的设计问题，设计具有防盗，防火和防煤气泄漏，室温检测，万年历等功能为一体的智能化小区安全报警系统，具有用按键调节时间和取消报警的效果。该智能小区安全系统采用了体积小，功能强大，价格便宜的STC89C52单片机作为控制芯片。与单片机相连接的各种用于家庭安保的传感器用于家庭报警，收集各种报警信号，并送单片机进行初步处理。主要包括MQ2气体烟雾传感器、红外光电开关和DS18B20温度传感器，通过LCD液晶显示当前时间及温度，通过蜂鸣器和发光二极管对

2、不同危险信号报警。由于红外线是不可见光，有很强的隐蔽性和保密性，因此在防盗、警戒等安保装置中得到了广泛的应用。可燃气体泄漏报警器适用于各种可燃气体（液化气、天然气）泄漏探测报警，既可独立工作，也可方便地配合防盗报警器使用。以DS18B20温度传感器，红外光电开关，MQ2烟雾传感器为主要器件设计的智能化小区安全系统具有使用方便、成本低廉、线路简单、软件设计简单等优点，在实际的工程中，有广泛的应用。因而，在小区住户中具有良好的应用前景和推广价值。关键词：STC89C52；报警系统；气体传感器；红外传感器ABSTRACTPaper mainly discusses closely linked wi

3、th peoples daily lives intelligent residential security system design issues, design with anti-theft, fire and gas leak detection ,room temperature detection, calendar and other functions as one of the intelligent residential security alarm system with adjustable time with key and cancel the alarm e

4、ffect. The intelligent residential security system uses a small, powerful, inexpensive STC89C52 SCM control chip. Connected with the microcontroller various sensor for home security alarm , collect all kinds of alarm signals, and send microcontroller for initial treatment. Including MQ2 Gas smoke se

5、nsors, infrared photoelectric switches and DS18B20 temperature sensor, the LCD displays the current time and temperature, through the buzzer and LEDs alarm of different danger signals .Because infrared is not visible, there is a strong concealment and secrecy, therefore security, security guard and

6、other devices have been widely used. Combustible gas leakage alarm for a variety of combustible gases (liquefied,natural gas) leak detection alarm, can work independently, and can be easily used with the anti-theft alarm. DS18B20 temperature sensors, infrared photoelectric switches, MQ2 smoke sensor

7、s as the main plot device design intelligent safety system is easy to use, low cost, simple circuit, software design is simple, in the actual project, there is a wide range of applications. Thus, households in the district has a good application prospect and popularization value.Keywords: STC89C52；W

8、arning system；Gas sensing; Infrared sensor目 录第1章 绪 论1第2章 系统功能及方案选择32.1 系统框图32.2 方案选择32.2.1 MCU的选择32.2.2 人机界面的选择42.2.3 设置、查询输入模块选择4第3章 系统各模块设计53.1 单片机最小系统的设计53.1.1 STC89C52简介53.1.2 管脚说明63.2 键盘显示模块83.2.1 键盘模块83.2.2 显示模块93.3 电源系统123.4 时钟系统133.5 数据存储器133.6 串口通信系统143.7 报警系统15第4章 传感器模块设计164.1 烟雾传感器164.1.1

9、 工作原理164.1.2 传感器静态校准184.1.3 传感器动态校准184.2 温度传感器204.2.1 芯片简介204.2.2 DS18B20内部结构214.2.3 DS18B20的工作时序234.2.4 DS18B20的ROM命令244.3 光电传感器254.3.1 传感器的选择254.3.2 设计原理27第5章 软件系统设计285.1 系统总体流程图285.2 温度检测系统295.3 DS1302时钟系统325.4 LCD1602显示系统34第6章 结论38参考文献39致谢40附录41第1章 绪 论随着石油化工行业的发展，易燃、易爆气体的种类和使用范围都随之增加。这些气体在生产、运输、

10、使用过程中一旦发生泄漏，与空气混合后将会引发火灾，一旦浓度达到爆炸极限将会引发爆炸事故，严重危害人民的生命和财产安全。这类事故具有突发性强、扩散迅速、救援难度大、危害范围广等特点。一旦发生可燃气体泄漏事故，必须尽快采取相应措施进行处置，才能将事故损失降到最低。及时可靠地探测空气中可燃气体的含量，及时采取有效措施进行补救，采取正确的处置方法，减少泄漏引发的事故，是避免造成重大财产和人员伤亡的必要条件。这就对可燃气体的检测和监测设备提出了较高的要求。MQ2作为一种重要的气体报警器，近年来得到了广泛的使用。随着各种天然气、煤气、液化气的开发和使用，各种可燃性气体散发在工作场所和人们生活中。为了有效地

11、进行燃气生产中的气体成分分析、环境保护中的空气污染检测和对民用燃气泄漏的检测及报警，国内外科研人员很早就致力于研究可燃气体的检测方法和控制方法，研制各式各样的气体检测和分析仪器，用于环境监测、生产过程中的监控及气体成分分析、气体泄漏报警等。随着时代的不断进步，人们对自己所处环境的安全性提出了更高的要求，尤其是在家居安全方面，不得不时刻留意那些不速之客。现在很多小区都安装了智能报警系统，因而大大提高了小区的安全程度，有效保证了居民的人身财产安全。由于红外线是非可见光，有很强的隐蔽性和保密性，因此在防盗、警戒等安防装置中得到了广泛的应用。此外，在电子防盗、人体探测等领域中，被动式红外探测器也以其价

12、格低廉、技术性能稳定等特点而受到广大用户和专业人士的欢迎。智能小区安全系统起源于20世纪80年代初的美国，它利用高科技手段提供给人们舒适、环保、安全和节能的服务功能。近几年随着科学技术的日新月异，特别是计算机技术和建筑电子产业的发展，智能住宅已在世界各地逐步普及。随着生活节奏的加快，人们忙于工作、学习，在家中的时间越来越少，家中的安防就显得重要和必要了，针对这一特点，本设计介绍的报警系统，能对住宅中的报警信号进行检测，当出现警情时可通过公用电话网实现自动报警。智能住宅安防报警系统是智能小区实现安全管理的重要系统，主要包括防盗报警、煤气泄漏报警、消防报警等。小区管理极为重要的内容是确保住宅，住户

13、安全，生活中，人人都可能出现一些意想不到的求助情况，现代居住的格局，邻里常年不来往已是常事，家庭生活稳密性、封闭性越来越强。因此，小区安全防范及报警系统是具有先进的设计和设备，并为小区住户的安全提供保障的必要系统。我国的安防自动报警控制系统经历了从无到有、从简单到复杂的发展过程，其智能化程度也越来越高。在小区内的每个住户单元安装一台报警主机，住户可选择安装在住户门口、窗户处安装声检、紧急求助、烟雾/煤气探头、瓦斯探头等报警感知设备，报警主机通过总线与管理中心的电脑连接，进行安防信息管理。如果发生盗贼闯入、抢劫、火灾、燃汽泄露等紧急事故，传感器就会立即获知并由报警系统即刻触发光警报以有效地恫吓企

14、图行窃的盗贼；系统还会迅速向上位机传送报警信息。 目前，市场上还没有出现一种既可以监控各种烟雾气体，监测温度变化，又可以作为防盗报警，并记录报警发生时间的系统，因此，设计一种多种功能集合的报警系统非常必要，它既可以完成可燃性气体和有毒性气体的检测及温度监测、报警，还可以监控是否有人未经许可闯入危险环境，以便及早提供救援，可以将损失降到最低，在工厂、企业和家庭都非常适用。在当今高速发展的社会中，人们对自身所处的环境越来越关心，居家安全已成为当今小康之家优先考虑的问题。当上班家中无人，或者仅有老人孩子在家，或晚上在家熟睡，都必须确保家庭成员和财产的绝对安全。如何解决在当前每个家庭经济承受能力有限的

15、情况下，建设满足防范功能及可靠性需求的智能化小区安全系统，是当前急需解决的课题。在当前，随着经济的发展，人民的生活日益改善，人们对家庭生命财产安全越来越重视，采取了许多措施来保护家庭的安全。以往的做法是安装防盗门、防盗网，但也存在有碍美观，不符合防火要求，不能有效地防止坏人的入侵。现在，全国各地都在如火如荼地开展建设安全文明小区的活动，而且很多地方都提出取消防盗网的口号，家庭电子防盗报警系统也就应运而生。因为大多数家庭都是双职工，白天家里通常没有人，发生报警后，必须要有专人来处理，因此，必须设立报警中心。而且因为国内住宅区大多数是密集型分布，一个住宅区往往有几百上千户，并且都有自身的保安队伍，

16、因此当用户防盗报警系统报警时，除了在现场报警外，还需要向当地派出所或公安分局进行报警联网外，也需要向住宅小区的保安中心进行联网报警，以便警情得到迅速处理。另外，考虑到国内普遍收入水平较低，对于每一户家庭的防盗报警系统成本不可太高，但因为用户数量多，也不能采用质量差的产品，以免误报频繁造成不良影响。根据以上分析，住宅小区对防盗报警系统的要求如下：1.广泛性即要求小区内每个家庭都能得到保护。2.实用性即要求每个家庭的防范系统能在实际可能发生受侵害的情况下及时报警，并要求操作简便，环节少，易学。3.系统性即要求每个家庭的防范系统在案情发生时，除能自身报警外，必须及时传到保卫部门，并同时上报当地公安报

17、警中心。4.可靠性即要求系统所设计的结构合理产品经久耐用、系统是可靠。5.投资可行性-即要求系统投资或造价能控制在小区家庭能承受的范围之内。第2章 系统功能及方案选择2.1 系统框图 根据设计任务，该电路的总体模块可以分成以下几个基本模块，系统框图如图2-1。系统能够设置查询输入设置当前的状态，用户通过人机界面能够很方便的设置系统工作，并且通过指示灯指示当前系统的工作状态或者危险信号指示灯，系统正式工作后如果采集到传感器的信号，能够迅速在指示灯处予以显示并且给指定的电话拨号报警。系统开关控制系统开始/结束工作，系统开始工作后需要先设定当前时间，确认后系统正式开始工作，系统可检测来自气体传感器的

18、信号以及光敏传感器的信号以供判断是否有险情，一旦测到险情，先读取当前时间写入数组，并触发报警电路自动拨号报警，如下图。报警系统显示模块温度传感器键盘模块气体烟雾传感器电源模块51单片机最小系统时钟系统红外传感器数据存储器图 2.1 系统框图2.2 方案选择2.2.1 MCU的选择MCU的选择主要从功能的完成能力、功耗、效率、成本等方面考虑。当前市场运用比较广泛的MCU有以下几类：（1）以CPLD、FPGA为代表的一类复杂可编程逻辑器件，这类MCU的特点是功能强大、处理能力较强、支持非常高的处理频率，但是这类MCU的操作比较复杂，而且相对于一个较小的系统MCU的利用率不高，功耗也比较大、成本较高

19、。（2）以ARM、DSP为代表的一类强大的嵌入式数据处理控制器，这类MCU具有强大的处理能力，多用于复杂的数据处理，或者生产智能手持设备等，这类MCU的处理能力虽然强大，但是成本以及功耗都相对较大，而且相对于本次设计的学习及研究目的来看不可取。（3）以51系列单片机为代表的一类8位MCU处理器，这类处理器的特点有功耗低、处理能力较强、支持较高的工作频率，但是这类MCU对于高频的实时数据采集以及大容量数据处理时会出现错误活不准确。基于以上分析结合本设计的一些要求，采用51单片机作为MCU是比较明智以及合理的选择。其一本系统所占用的系统资源并不多51单片机足够使用，而其他两者使用在本设计上则显得有

20、些浪费；其二本系统的数据采集及处理上并不需要非常高的速率以及非常大的容量；其三51单片机的处理上相对其他二者有独到的优势，其对于C语言的兼容性决定了设计的开发周期可以大大的压缩。根据本设计的详细功能分析，具体将采用STC89C52作为主控芯片。2.2.2 人机界面的选择所谓人机界面是指系统使用者在对系统进行相应的初始化设置时，和系统进行信息交换的一个可视化界面，本设计的人机界面主要是为了显示一些相对简单的提示语以及记录下的危险信息。人机界面的设计可以采用接口将系统和上位机通信，通过上位机的软件面来实现，但是这种实现方案比较复杂，而且必须保证拥有一台电脑，从设计及成本的角度上予以否定；另外一种方

21、案是采用1602液晶来作为人机界面，鉴于本设计人机交互信息比较少，故采用本方案。2.2.3 设置、查询输入模块选择 系统上电启动后需要设置相应的参数以待工作，系统检测到危险后记录下后，用户可以通过查询装置查询历史危险记录。以上操作应该有一个输入装置来实现，鉴于以上操作都是触发了的动作，故很容易联想到使用一些按键装置来实现。本设计应该有以下按键：开/关键、设置时间键、加键、减键、取消报警键。这些按键可以通过上拉电阻分别连接到一些I/O上，这样可以比较准确的判断按键。第3章 系统各模块设计3.1 单片机最小系统的设计3.1.1 STC89C52简介STC89C52是一种带8K字节闪烁可编程可擦除只

22、读存储器（FPEROMFalsh Programmable and Erasable Read Only Memory）的低电压，高性能CMOS8位微处理器，俗称单片机。STC89C52是一种带8K字节闪烁可编程可擦除只读存储器的单片机。单片机的可擦除只读存储器可以反复擦除上万次。该器件与工业标准的MCS-51指令集和输出管脚相兼容。由于将多功能8位CPU和闪烁存储器组合在单个芯片中，STC89C52是一种高效微控制器，STC89C52是它的一种精简版本。STC89C52单片机为很多嵌入式控制系统提供了一种灵活性高且价廉的方案。外形及引脚排列如图3-1所示。图 3.1 STC89C52外形及引

23、脚3.1.2 管脚说明P0口：P0口为一个8位漏级开路双向I/O口，每脚可吸收8TTL门电流。当P1口的管脚第一次写1时，被定义为高阻输入。P0能够用于外部程序数据存储器，它可以被定义为数据/地址的第八位。在FIASH编程时，P0 口作为原码输入口，当FIASH进行校验时，P0输出原码，此时P0外部必须被拉高。P1口：P1口是一个内部提供上拉电阻的8位双向I/O口，P1口缓冲器能接收输出4TTL门电流。P1口管脚写入1后，被内部上拉为高，可用作输入，P1口被外部下拉为低电平时，将输出电流，这是由于内部上拉的缘故。在FLASH编程和校验时，P1口作为第八位地址接收。 P2口：P2口为一个内部上拉

24、电阻的8位双向I/O口，P2口缓冲器可接收，输出4个TTL门电流，当P2口被写“1”时，其管脚被内部上拉电阻拉高，且作为输入。并因此作为输入时，P2口的管脚被外部拉低，将输出电流。这是由于内部上拉的缘故。P2口当用于外部程序存储器或16位地址外部数据存储器进行存取时，P2口输出地址的高八位。在给出地址“1”时，它利用内部上拉优势，当对外部八位地址数据存储器进行读写时，P2口输出其特殊功能寄存器的内容。P2口在FLASH编程和校验时接收高八位地址信号和控制信号。P3口：P3口管脚是8个带内部上拉电阻的双向I/O口，可接收输出4个TTL门电流。当P3口写入“1”后，它们被内部上拉为高电平，并用作输

25、入。作为输入，由于外部下拉为低电平，P3口将输出电流（ILL）这是由于上拉的缘故。P3口也可作为AT89C51的一些特殊功能口，如下列所示：管脚 备选功能P3.0 RXD（串行输入口）P3.1 TXD（串行输出口）P3.2 /INT0（外部中断0）P3.3 /INT1（外部中断1）P3.4 T0（记时器0外部输入）P3.5 T1（记时器1外部输入）P3.6 /WR（外部数据存储器写选通）P3.7 /RD（外部数据存储器读选通）P3口同时为闪烁编程和编程校验接收一些控制信号。 RST：复位输入。当振荡器复位器件时，要保持RST脚两个机器周期的高电平时间 ALE/PROG：当访问外部存储器时，地址

26、锁存允许的输出电平用于锁存地址的地位字节。 在FLASH编程期间，此引脚用于输入编程脉冲。在平时，ALE端以不变的频率周期输出正脉冲信号，此频率为振荡器频率的1/6。因此它可用作对外部输出的脉冲或用于定时目的。然而要注意的是：每当用作外部数据存储器时，将跳过一个ALE脉冲。如想禁止ALE的输出可在SFR8EH地址上置0。此时， ALE只有在执行MOVX，MOVC指令是ALE才起作用。另外，该引脚被略微拉高。如果微处理器在外部执行状态ALE禁止，置位无效。 /PSEN：外部程序存储器的选通信号。在由外部程序存储器取指期间，每个机器周期两次/PSEN有效。但在访问外部数据存储器时，这两次有效的/P

27、SEN信号将不出现。 /EA/VPP：当/EA保持低电平时，则在此期间外部程序存储器（0000H-FFFFH），不管是否有内部程序存储器。注意加密方式1时，/EA将内部锁定为RESET；当/EA端保持高电平时，此间内部程序存储器。在FLASH编程期间，此引脚也用于施加12V编程电源（VPP）。单片机最小系统复位电路的极性电容C3的大小直接影响单片机的复位时间，一般采用1030uF，51单片机最小系统容值越大需要的复位时间越短。晶振X1采用11.0592MHz， 在正常工作的情况下可以采用更高频率的晶振，晶振的振荡频率直接影响单片机的处理速度，频率越大处理速度越快。起振电容C1、C2一般采用15

28、33pF，并且电容离晶振越近越好，晶振离单片机越近越好。P0口为开漏输出，作为输出口时需加上拉电阻，阻值为10k，其他接口内部有上拉电阻，作为输出口时不需外加上拉电阻。设置为定时器模式时，加1计数器是对内部机器周期计数（1个机器周期等于12个振荡周期，即计数频率为晶振频率的1/12）。计数值N乘以机器周期Tcy就是定时时间t。设置为计数器模式时，外部事件计数脉冲由T0或T1引脚输入到计数器。在每个机器周期的S5P2期间采样T0、T1引脚电平。当某周期采样到一高电平输入，而下一周期又采样到一低电平时，则计数器加1，更新的计数值在下一个机器周期的S3P1期间装入计数器。由于检测一个从1到0的下降沿

29、需要2个机器周期，因此要求被采样的电平至少要维持一个机器周期。当晶振频率为12MHz时，最高计数频率不超过1/2MHz，即计数脉冲的周期要大于2 ms。单片机最小系统在本设计承担的任务比较繁重，既要实现对控制传感器输入的检测，也要对信号的监测，要实时记录险情，还要控制液晶的显示。最小系统原理图如图3.2。图 3.2 单片机最小系统原理图3.2 键盘显示模块3.2.1 键盘模块键盘由4个按键组成，经由上拉电阻接到单片机的4个IO口上，分别为实现“加”、“减”、设置、取消报警等功能。机械按键在按下或释放时，由于机械弹性作用的影响，通常伴随有一定时间的触点机械抖动，然后其触点才稳定下来。其抖动过程如

30、图3.3所示，抖动时间的长短与开关的机械特性有关，一般为5-10 ms。在触点抖动期间检测按键的通与断状态，可能导致判断出错，即按键一次按下或释放被错误地认为是多次操作，这种情况是不允许出现的。为了克服按键触点机械抖动所致的检测误判，必须采取去抖动，本设计采用软件防抖措施。图3.3 键盘抖动过程图3.4 按键原理图3.2.2 显示模块显示用1602字符型LCD，通常有14条引脚线或16条引脚线的LCD，多出来的2条线是背光电源线，下面是1602的实物图及引脚图及其管脚说明表：图 3.5 1602液晶实物图及引脚图表3.1 1602液晶管脚说明表 引脚符号功能说明1VSS一般接地2VDD接电源（

31、+5V）3V0液晶显示器对比度调整，接正电源时对比度最弱，接地时对比度最高，使用时通过一个10K电位器调整对比度4RS寄存器选择，高电平1时选择数据寄存器，低电平0时选择指令寄存器5RW读写信号线，高电平1时进行读操作，低电平0时进行写操作6E使能端，下降沿使能7DB0低4位三态，双向数据总线0位8DB1低4位三态，双向数据总线1位9DB2低4位三态，双向数据总线2位10DB3低4位三态，双向数据总线3位11DB4高4位三态，双向数据总线4位12DB5高4位三态，双向数据总线5位13DB6高4位三态，双向数据总线6位14DB7高4位三态，双向数据总线7位15BLA背光电源正极16BLK背光电源

32、负极1602的寄存器选择控制表如下表所示：表 3.2 1602液晶寄存器选择控制表RSRW操作说明00写入指令寄存器01读DB7，读取位址计数器（DB0-DB6）的值10写入数据寄存器11从数据寄存器读取数据 1602液晶模块内部的字符发生存储器（CGROM)已经存储了160个不同的点阵字符图形，这些字符有：阿拉伯数字、英文字母的大小写、常用的符号、和日文假名等，每一个字符都有一个固定的代码，比如大写的英文字母“A”的代码是01000001B（41H），显示时模块把地址41H中的点阵字符图形显示出来，我们就能看到字母“A”。 因为1602识别的是ASCII码，试验可以用ASCII码直接赋值，在

33、单片机编程中还可以用字符型常量或变量赋值，如A。1602通过D0D7的8位数据端传输数据和指令。（1）显示模式设置：（初始化）0011 0000 0x38 设置162显示，57点阵，8位数据接口；（2）显示开关及光标设置：（初始化）0000 1DCB D显示（1有效）、C光标显示（1有效）、B光标闪烁（1有效）0000 01NS N=1（读或写一个字符后地址指针加1 &光标加1），N=0（读或写一个字符后地址指针减1 &光标减1），S=1 且 N=1 （当写一个字符后，整屏显示左移） s=0 当写一个字符后，整屏显示不移动 （3）数据指针设置：数据首地址为80H，所以数据地址为80H+地址码（

34、0-27H，40-67H）（4）其他设置：1H（显示清屏，数据指针=0，所有显示=0）；02H（显示回车，数据指针=0）。（5）通常推荐的初始化过程：延时15ms 写指令38H延时5ms写指令38H延时5ms写指令38H延时5ms写指令38H写指令08H 关闭显示写指令01H 显示清屏写指令06H 光标移动设置写指令0cH 显示开及光标设置完毕图 3.6 1602液晶写数据时序图根据以上资料可以比较方便的对液晶进行操作，下面是1602液晶接口原理图图 3.7 1602液晶接口图3.3 电源系统 首先由变压器将220V交流电转化为25V交流电，再用桥式整流将交流电转化为直流电，再用三端稳压集成芯

35、片7805，使电压稳定，电路中电容可以实现旁路、去耦、滤波和储能方面的作用，最终输出5V直流电压送给单片机应用。下面为电源原理图。图3.8 电源原理图3.4 时钟系统 DS1302 是一种高性能、低功耗、带RAM的实时时钟电路，它可以对年、月、日、周日、时、分、秒进行计时，具有闰年补偿功能。采用三线接口与CPU进行同步通信，并可采用突发方式一次传送多个字节的时钟信号或RAM数据。DS1302内部有一个318的用于临时性存放数据的RAM寄存器。带有主电源/后备电源双电源引脚，同时提供了对后备电源进行涓细电流充电的能力。在时钟引脚需要接一个32.768KHz的晶振，这样可以产生基准时钟信号，这个晶

36、振与芯片内部的电路组成振荡器，经过分频可以得到精确地秒信号,并提高稳定性和效率。下面为DS1302内部引脚图和原理图。图3.9 DS1302内部引脚图及原理图3.5 数据存储器24C02是串行EEPROM，基于IIC-BUS 的数据存储器件，遵循二线制协议，具有接口方便，体积小，数据掉电不丢失等特点。A0，A1，A2为器件地址线，WP为写保护引脚，SCL，SDA为二线串行接口，符合IIC总线协议。单片机与24C02采用IIC的通信方式。在I2C总线开始信号后，送出的第一个字节数据是用来选择从器件地址的，其中前7位为地址码，第8位为方向位(R/W)。方向位为“0”表示发送，即主器件把信息写到所选

37、择的从器件；方向位为“1”表示主器件将从从器件读信息。开始信号后，系统中的各个器件将自己的地址和主器件送到总线上的地址进行比较，如果与主器件发送到总线上的地址一致，则该器件即为被主器件寻址的器件，其接收信息还是发送信息则由第8位(R/W)确定。在I2C总线上每次传送的数据字节数不限，但每一个字节必须为8位，而且每个传送的字节后面必须跟一个认可位（第9位），也叫应答位（ACK）。每次都是先传最高位，通常从器件在接收到每个字节后都会作出响应，即释放SCL线返回高电平，准备接收下一个数据字节，主器件可继续传送。起始信号：在SCL保持为高电平期间，SDA从高电平翻转为低电平；结束信号：在SCL保持为高

38、电平期间，SDA从低电平翻转为高电平。下图为24C02的内部引脚图及原理图。图3.10 24C02内部引脚图及原理图3.6 串口通信系统 单片机与计算机之间实现串口通信，需要MAX232芯片用来实现电平转换，主要作用是用来将普通5V的TTL电平转为10V串口通信电平。因为标准的RS232电平很高，达正负15V，常用的TTL电平最高5V，相互连接的话，必须进行电平转换。由于电脑串口输出电压高达12V，直接与单片机连接会烧坏芯片，所以用MAX232来进行电平转换。下面为MAX23内部引脚图及原理图。图3.11 MAX23内部引脚图及原理图3.7 报警系统 此系统包括声音报警和光报警。声音报警系统主

39、要由蜂鸣器组成，三极管起开关作用，其基极的高电平使三极管饱和导通，使蜂鸣器发声；而基极低电平则使三极管关闭，蜂鸣器停止发声。光报警系统由4个发光二极管组成，分别指示不同类型的报警。下图为声光报警原理图。图3.12 声光报警原理图第4章 传感器模块设计本设计的传感器模块主要用于检测火灾、煤气泄漏、盗贼进入的危险信号。4.1 烟雾传感器4.1.1 工作原理通过气敏探头对可燃气体的检测，输出低电平送到单片机实现报警的功能，灵敏度高，可控范围大。采用有较稳定输出的MQ-2烟雾气体传感器，可用于家庭和工厂的气体泄漏监测装置，适宜于液化气、丁烷、丙烷、甲烷、酒精、烟雾等的探测，5V电压供电，在安全情况下，

40、除探头外所有电路均工作在待机状态，可安装在客厅、厨房位置，一旦探头探测到有气体泄漏或烟雾产生，即触发主机报警。模块在无上述气体影响或者气体浓度未超过设定阀值时，数字接口D0口输出高电平，模拟接口A0电压基本为0V左右；当气体影响超过设定阀值时，模块数字接口D0输出低电平,模拟接口A0输出的电压会随着气体的浓度影响慢慢增大。模块数字量输出D0可以与单片机直接相连，通过单片机来检测高低电平，由此来检测环境气体。阻值R与空气中被测气体的浓度C的计算关系式 （SNO2)敏感元件的阻值R与空气中被测气体的浓度C成对数关系变化可参考如下公式logR=mlogC+n（m、n均为常数） 4-1n与气体检测灵敏

41、度有关，除了随传感器材料和气体种类不同而变化外，还会由于测量温度和激活剂的不同而发生大幅度的变化。另一方面，m表示随气体浓度而变化的传感器的灵敏度（也称之为气体分离率）。对于可燃性气体来说，m值多数介于1/2至1/3之间。传感器的电阻的计算参考MQ-2datasheet可用下式计算：Rs=(Vc/VRL-1)RL 4-2式中Vc为回路电压，VRL是传感器4脚、6脚输出的电压即Vout，RL是负载电阻。更具上式即可即可算出传感器电阻Rs。MQ-2传感器的输出电压MQ-2烟雾传感器的输出电压计算：根据MQ-2的工作原理（其电导率随着气体浓度的增大而增大，其电阻是电导率的倒数，所以其电阻是减小的，其

42、特性相当于一个滑动变阻器）并且参考图MQ-2Datasheet上的测试电路，可以得到下面的公式 Vout=（R11/R11+Rs）*Vc 4-3Vc为回路电压即电源电压，其加在MQ-2传感器的1脚、3脚之间。Vout是传感器4脚、6脚输出的电压，Rs为传感器的体电阻。其中若气体浓度上升，必导致Rs下降。而Rs的下降则会导致，MQ-2的4脚、6脚对地输出的电压增大。所以气体浓度增大，其输出的电压也会增大。原理图中，发光二极管D1为工作指示灯，灯亮则表示烟雾传感器MQ2正常工作。发光二极管D2为报警指示灯，当有烟雾产生时，由LM393构成的比较器输出低电平，D2发光，否则D2不发光。图 4.1 M

43、Q2气体烟雾传感器模块图 4.2 MQ2模块原理图模块接口说明：1. VCC 5V工作电压2. GND 外接GND3. D0 模块数字开关输出接口（0和1）4. A0 模块模拟量输出接口4.1.2 传感器静态校准根据MQ-2Datasheet的要求以及此次设计的烟雾采集模块硬件电路，将MQ-2烟雾信息采集模块通电,测得电源电压为5V。将传感器置于纯净的空气中，等待预热延时2分钟，用万用表测量此时的Vout（VRL）【静态电压】，电压应为0.3至1V,若Vout（VRL）点电压不在此范围内可调整R11电位器，并记录静态Vout（VRL）【静态电压】值。表4.1是通过调节R11滑动变阻器的对10次

44、对烟雾采集模块静态校准试验所测得Vout（VRL）静态电压值： 表4.1 MQ2静态电压测量值次数12345678910电压（V）0.60.590.590.60.60.60.60.60.60.58此时测得滑动变阻器的值为2.5K欧姆，传感器体电阻根据公式4-2为Rs=(Vc/VRL-1)RL=|（5/0.6-1）|*2.5=31K 4-44.1.3 传感器动态校准测试距离（烟雾浓度）对输出电压的影响。传感器里火源越远，烟雾扩散的范围越大，单位体积内的烟雾浓度将减小，所以本节将对此现象进行实验测量。（1） 距烟雾传感器传感头5cm处点燃干燥的废纸产生烟雾飘入传感头，用万用表测量此时Vout（VR

45、L）【动态电压】电压的变化情况。表4.2为连续10次所测得的此时烟雾浓度对应的输出电压值：表4.2烟雾浓度与传感器到火源距离之间的测量（10cm）次数12345678910电压（V）1.121.141.151.211.131.141.111.141.201.11此时的动态电压比静态时的电压上升了0.4-0.5V。（2） 距烟雾传感器传感头20cm处点燃干燥的废纸产生烟雾飘入传感头，用万用表测量此时Vout（VRL）【动态电压】电压的变化情况。表4.3为连续10次所测得的此时烟雾浓度对应的输出电压值：表4.3烟雾浓度与传感器到火源距离之间的测量（100cm）次数12345678910电压（V）1

46、.00.990.981.01.00.950.961.061.041.03此时的动态电压比静态时的电压上升了0.3-0.4V。说明了距离对烟雾浓度的影响是很大的。（3） 距烟雾传感器传感头5cm处用打火机对着传感头喷射其内部气体（主要成分是丁烷）。表4.4连续十次测得的此时的动态电压Vout（VRL）【动态电压】电压值：表4.4可燃气体浓度与传感器到火源距离之间的测量（10cm）次数12345678910电压（V）3.23.33.43.53.63.23.33.33.43.1此时的动态电压比静态时的电压上升了2.6-2.9V。（4）距烟雾传感器传感头20cm处用打火机对着传感头喷射其内部气体（主要成分是丁烷）。表4.5为连续十次测得的此时的动态电压Vout（VRL）【动态电压】电压值：表4.5可燃气体浓度与传感器到火源距离之间的测量（100cm）次数12345678910电压（V）2.92.93.03.13.02