毕业设计（论文）-基于C51单片机的火灾报警器设计(35页).doc

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1、-毕业设计（论文）-基于C51单片机的火灾报警器设计-第 25 页本科毕业论文（设计）题目：基于C51单片机的火灾报警器设计姓 名： 学 号： 专 业： 12测控技术与仪器1班院 系： 电子通信工程 指导老师： 职称学位： 副教授 硕士 完成时间： 2016年5月 教务处制安徽新华学院本科毕业论文（设计）独创承诺书本人按照毕业论文（设计）进度计划积极开展实验（调查）研究活动，实事求是地做好实验（调查）记录，所呈交的毕业论文（设计）是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。据我所知，除文中特别加以标注引用参考文献资料外，论文（设计）中所有数据均为自己研究成果，不包含其他人已经发表或撰写

2、过的研究成果。与我一同工作的同志对本研究所做的工作已在论文中作了明确说明并表示谢意。 毕业论文（设计）作者签名： 日期： 基于C51单片机的火灾报警器设计摘 要随着现代家庭用火、用电量的增加，家庭火灾发生的频率越来越高。火灾报警器也随之被广泛应用于各种场合。本课题所研究的无线多功能火灾报警器采用STC89C51为核心控制器，利用气体传感器MQ-2、ADC0809模数转换器、DS18B20温度传感器等实现基本功能3。通过这些传感器和芯片，当环境中可燃气体浓度或温度等发生变化时系统会发出相应的灯光报警信号和声音报警信号1，以此来实现火灾报警，智能化提示。关键词：气体传感器MQ-2；火灾报警；单片机

3、；智能控制；DS18B20Design of fire alarm system basedon51single chipmicrocomputerAbstractAlong with the modernhome with fire,electricity consumptionincreases,the frequency of home fires is gettinghigher and higher.Smoke detectors have also been widely used in various occasions.Wireless multifunctional fire

4、 alarm in the paper uses STC89C51 as the core controller, the realization of the basic functions of the gas sensor MQ-2,ADC0809 converter ect.Through these sensors and chips, when environmental smoke concentration or combustible gas concentraton changes the system sends out corresponding light alarm

5、 signal and the sound alarm signal, in order to achieve smoke alarm, when the somke reaches a certain range, the system can also drive the relay, the relay can drive a load,such as a ventilation fan,alarm signal lamp,fire hydrant water tap switchetc. Implementation of intelligent alarm control.Key w

6、ords: MQ-2Gas Sensor;Fire Alarm;MCU;Iintelligent Control；DS18B20目 录1 绪 论11.1 课题的研究背景11.2 课题的研究目的与意义11.3 火灾报警器的发展与现状21.4 课题的研究内容22 火灾报警器的总体方案设计32.1 系统的功能要求32.2 系统的技术要求32.3 系统的组成及方案设计33 系统的硬件设计53.1 主控电路63.2 烟雾探测电路的设计93.2.1 MQ-2介绍103.2.2 ADC0809介绍123.3 液晶显示电路设计133.4 声光报警提示电路163.4.1 灯光提示电路163.4.2 声音报警电路

7、163.5 温度采集电路173.5.1 DS18B20概述173.5.2 DS18B20引脚介绍193.5.3 DS18B20的内部结构193.6 按键电路204 系统的软件设计214.1 软件介绍214.2 DS18B20的程序流程图234.3 系统程序流程图245 火灾报警器的测试结果256 结 论26致 谢27参考文献28附 录291 绪 论1.1 课题的研究背景 火灾作为一种在时空上失去控制的燃烧所引发的灾害，对人类生命财产和社会安全构成了极大的威胁。由此引发的重大安全事故比皆是，所以人类一直也未停止过对它的研究。 在过去的很长一段时间，人类不得不进行专题研究火灾过程中爆发，截至目前，

8、已形成一个较为成熟的概念。火灾的发生和发展过程是一个复杂的物理和化学过程，但也与环境很强的相关性。正常情况下，发生火警，伴随着烟雾，温度，光照，信号产生的过程13。产生不同的环境和不同的火燃烧成分，烟雾粒度组成15，温度分布和光谱的气体成分是不同的，所以火过程中涉及多个物理和化学参数，特点是强大的，一般的骚乱有着本质的不同。基于上述特点，早起的火灾探测技术应运而生，特别是多的火灾探测技术被广泛采用在火灾探测领域5，如复合材料的物理参数复合烟气温度探测器，使用不同的带光传感器的复合双波段火焰探测器2。 火灾自动报警系统3是始终警惕火灾报警和输出联动忠实的哨兵火灾信号的有力手段，是一种早期预警。

9、1.2 课题的研究目的与意义目的：随着现代家庭用火，用电增加，家庭火灾发生的频率越来越高。家庭火灾，很容易扑灭不及时，有着缺乏消防设备和在场的人战斗惊慌失措逃离缓慢的不利因素，最终导致的生命和财产的重大损失。消防部门的统计数据显示，所有的火灾比例中，家庭火灾占全国火灾的30。家庭火灾的原因是多方面的，可能把我们的注意力，也可能隐藏在我们没有注意到的地方。意义：在中国的一些大、中型城市，几乎每一天发生家庭火灾，所以每一个家庭必须始终关注防火。如果能根据你家的实际情况，提前采取简单的防火措施，有些悲剧是完全可以避免的。声音和视觉的报警，对减少火灾损失具有现实意义。1.3 火灾报警器的发展火灾报警系

10、统在中国相对较晚，与发达国家相比， 20世纪70年代末的十年间，中国开始研制生产的火灾报警系统。 20世纪80年代后，国内各大厂商也大多是模仿国外产品，或引进国外技术生产的，没有真正意义上的核心技术，市场刚刚开始发展。真正的火灾报警产品的发展也促进了市场的成熟，政府逐步开放的大门，在同一时间，外国公司开始进入中国的防火市场，带来先进的技术在20世纪90年代。此期间，中国生产的火灾报警产品的企业也得到了快速发展，在一些企业中，技术合作，合资生产，并取得了不菲的成绩，但今天在市场上创造了许多强大的企业，有些技术已接近或赶上国际标准。1.4课题的研究内容火灾报警器，主要检测温度和烟雾，再通过单片机控

11、制相应的报警和驱动负载1。通过液晶显示当前的烟雾值和温度值，通过按键设定相应的阀值。该设计主要是为了完成以下任务，包括：(1) 硬件部分：包括传感器的选择，显示模块的选择，烟雾信号转换电路的设计11，报警驱动电路的设计。 (2) 软件部分：包括微处理器控制程序的编制和原理图的绘制4。 (3) 系统的综合调试与分析：在软硬件完成以后，要对系统进行综合的测试与实验，分析系统的可靠性与实用性，调整系统的不足。2 火灾报警器的总体方案设计本课题主要是实现烟雾报警和火灾发生时的报警及控制，下面分别对系统功能要求、系统技术要求及系统实现方案总体阐述。2.1系统的功能要求本系统的研制主要包括以下作用：(1)

12、 火灾探测作用：为了提高火灾报警的精确度和可靠性，发生火灾时需要使用多种方法对火灾进行探测。根据发生地点场所不同，用户可以根据实际情况选用最合适的探测方法来有效的探测火灾，空气取样探测法、射线检测法等等；(2) 灯管报警作用：有火灾发生时，所产生的烟雾浓度或温度超过最大设定值时，或有故障等异常情况发生时，报警器会进行灯光报警和蜂鸣器报警。2.2 系统的技术要求在了解这个系统的工作原理以及功能之后，就可以基本确定系统的技术要求。系统采用的单片机处理器优异的价格性能比，可以满足大量生产和各大买家的需求。为提高商业竞争力，这个系统应符合体积小、消耗低、数传性能可靠和低成本等要求。具体指标和参数如下。

13、(1) 体积小：单片机将各功能部件都集中在一块晶体芯片上，体积也会尽可能的小，占用的空间也会减少，使用和更换也就会方便。(2) 消耗低：系统可以采用三节5号干电池供电或5v电源供电。2.3 系统的组成及方案设计本设计主要由负载驱动电路、单片机、烟雾探测传感器电路、灯光报警电路、控制程序和编解码程序等组成。系统的组成结构如图2.1所示。AD烟雾采集模块 单片机液晶显示模块按键模块声光报警提示模块复位电路温度采集模块晶振电路图2.1 系统组成结构图3 系统的硬件设计系统总原理如图3.1所示，图3.2为proteus仿真所示。测量显示，共有2个报警值（可以通过按键设定），分别是温度的上限和烟雾的上限

14、报警值，当浓度超过的时候红灯和蜂鸣器声光报警，当温度超过时候黄灯和蜂鸣器声光报警。图3.1 原理图图3.2 仿真图3.1 主控电路STC89C51RC是采用C8951核的ISP（In System Programming）在系统可编程芯片，最高工作时钟频率为80MHz，片内含8K Bytes的可反复擦写1000次的Flash只读程序存储器，器件兼容标准MCS-51指令系统及80C51引脚结构，芯片内集成了通用8位中央处理器和ISP Flash存储单元，具有在系统可编程（ISP）特性，配合PC端的控制程序即可将用户的程序代码下载进单片机内部，省去了购买通用编程器，而且速度更快。全新的流水线/精简

15、指令集结构,内部集成MAX810 专用复位电路。最高运作频率35Mhz，6T/12T可选。STC89C51主要功能如表3-1所示，其DIP封装如图3.3所示。表3-1 STC89C51主要功能主要功能特性兼容MCS51指令系统4K可重复输入Flash ROM32个双向I/O口256x8bit内部RAM3个16位可编程定时/计数器中断时钟频率0-24MHz内置标准51核机器周期定时器/计数器3个16位中断源8个工作范围频率0-40MHZSTC89C51引脚介绍1.电源:VCC - 芯片电源，接+5V； VSS - 接地端； 2.时钟:XTAL1、XTAL2 - 晶体振荡电路反相输入端和输出端。3

16、.控制线:控制线共有4根： ALE/PROG:地址锁存允许/片内EPROM编程脉冲 ALE功能：用来锁存P0口送出的低8位地址 PROG功能：片内有EPROM的芯片，在EPROM编程期间，此引脚输入编程脉冲。 PSEN:外ROM读选通信号。 RST/VPD:复位/备用电源。 RST（Reset）功能：复位信号输入端。 VPD功能：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功能：内外ROM选择端。 Vpp功能：片内有EPROM的芯片，在EPROM编程期间，施加编程电源Vpp。 4.I/O口线：P0、P1、P2、P3共四个八位口。 P0口是三态双

17、向口，通称数据总线口，因为只有该口能直接用于对外部存储器的读/写操作。P0口也用以输出外部存储器的低8位地图1址。由于是分时输出,故应在外部加锁存器将此地址数据锁存，地址锁存,信号用ALE。 P1口是专门供用户使用的I/O口,是准双向口。 P2口是从系统扩展时作高8位地址线用。不扩展外部存储器时,P2口也可以作为用户I/O口线使用,P2口也是准双向口。 P3口是双功能口,该口的每一位均可独立地定义为第一I/O功能或第二I/O功能。作为第一功能使用时操作同P1口。 图3.3 STC89C51 DIP封装图最小系统包括单片机，供电电源，晶振，时钟电路，复位电路等部件，以确保单片机处于正常的运型状态

18、。电源、时钟等电路推动单片机的运行，可以将最小系统作为应用系统的核心部分，通过对其进行存储器扩展、A/D扩展等，使单片机完成较复杂的功能。STC89C51是片内有ROM/EPROM的单片机，因此，这种芯片构成的最小系统简单可靠。用STC89C51单片机构成最小应用系统时，只要将单片机接上时钟电路和复位电路即可，结构如图3.4所示，由于集成度的限制，最小应用系统只能用作一些小型的控制单元。图3.4 单片机最小系统原理框图 (1) 时钟电路内部时钟方式和外部时钟方式是STC89C51单片机的时信号最通常有两种方式产生。内部时钟方式如图3.5所示。在STC89C51单片机内部有一振荡电路，只要在单片

19、机的XTAL1(18)和XTAL2(19)引脚外上跨接上一个晶振和两个稳频电容，可以与单片机内部构成一个稳定的自激振荡器。外接电容的作用是对振荡器进行频率微调，同时也起到了稳定频率的作用，电容范围在530pF。晶振CYS的振荡频率范围在1.212mHz间选择。 (2) 复位电路当在STC89C51单片机的RST引脚引入高电平并保持2个机器周期时，单片机内部就执行复位操作(若该引脚持续保持高电平，单片机就处于循环复位状态)，图3.6 为STC89C51复位电路。最简单的上电自动复位电路中上电自动复位是通过外部复位电路的电容充放电来实现的。实现自动上电复位的条件是;Vcc的上升时间不超过1ms 图

20、3.5 STC89C51时钟电路 图3.6 STC89C51复位电 除了上电复位外，有时还需要按键手动复位。本设计就是用的按键手动复位。按键手动复位有电平方式和脉冲方式两种。其中电平复位是通过RST(9)端与电源Vcc接通而实现的。 （3） STC89C51中断技术概述中断技术主要用于实时监测与控制，要求单片机能及时地响应中断请求源提出的服务请求，并作出快速响应、及时处理16。这是由片内的中断系统来实现的。当中断请求源发出中断请求时，如果中断请求被允许，单片机暂时中止当前正在执行的主程序，转到中断服务处理程序处理中断服务请求。中断服务处理程序处理完中断服务请求后，再回到原来被中止的程序之处（断

21、点），继续执行被中断的主程序。图3-7为整个中断响应和处理过程。 图3.7 中断响应和处理过程如果单片机没有中断系统，单片机的大量时间可能会浪费在查询是否有服务请求发生的定时查询操作上。采用中断技术完全消除了单片机在查询方式中的等待现象，大大地提高了单片机的工作效率和实时性。3.2 烟雾探测电路的设计在这个电路中，当烟雾进入时，内外电离室因极性相反，所产生的离子电流保持相对稳定，处于平衡状态；火灾发生初期释放的粒子及可见烟雾进入检测电离，改变电离平衡状态而输出检测信号，经过级电路处理识别后，单片机再读取相应的数值和处理。3.2.1 MQ-2介绍MQ-2型气体传感器用于以氢气为主要测量的器件，而

22、且它抗干扰能力强，烟雾、水气体等干扰气体对它的影响小。烟雾探测电路如图3.8所示。图3.8 烟雾探测电路 MQ-2型气敏元件具有以下特点： (1) 是锡类半导体元件，具有稳定好，响应恢复特性好等优点，从而保证了长期工作的稳定性。(2) 单电源供电，其功耗仅0.7W左右。(3) 对所检测的东西有极高的灵敏度和信噪比。MQ-2型气敏元件有两种型号。MQ-2A型适用于天然气、城市煤气、石油液化气、丙丁烷及氢气等;MQ-2型适用于烟雾等减光型有害气体。器件的灵敏度：S=Ro/Rx为1030。常见为QM系列的S值仅8左右。Rx为器件在丁烷浓度为0.2%时的阻抗。 电路如下图3.9所示。 器件的主要参数如

23、下:响应时间：Tr10s 恢复时间：Tn60s加热电压：V=5+0.2V 加热功率：:约0.7W抗干扰能力：丁烷浓度在0.2%时在湿度小于85%RH，在-10+40温度下不会引起误报。 工作环境：温度-10+50 湿度85%RH图3.9 器件电路图下图3.10是元件外形结构图，基座采用耐高温酚醛塑料压制，引脚为镀镍铜丝，上罩采用双层密纹不锈钢网压制，有较高的强度和防爆能力。图3.10 MQ-2型元件外形结构图 MQ-2气敏元件的结构和外形如上图所示, 由微型AL2O3陶瓷管、SnO2 敏感层,测量电极和加热器构成的敏感元件固定在塑料或不锈钢制成的腔体内，加热器为气敏元件提供了必要的工作条件。

24、MQ-2型元件典型气体浓度测试特性曲线如图3.11所示，在丁烷浓度0.6%以下有极高的灵敏度。图3.11 MQ-2型元件典型气体浓度测试特性曲线图MQ-2型元件通电时间特性曲线如图3.12所示。可看出，通电后6090s，元件即进入稳定待测工作状态。 图3.12 MQ-2型元件通电时间特性曲线如图 MQ-2的特点和工作参数如下： 特点：广泛的探测范围；高灵敏度快速响应恢复；优异的稳定性长寿命； 简单的驱动电路。3.2.2 ADC0809介绍ADC0809芯片有28条引脚，采用双列直插式封装，如图所示。下面说明各引脚功能。IN0IN7：8路模拟量输入端。2-12-8：8位数字量输出端。ADDA、A

25、DDB、ADDC：3位地址输入线，用于选通8路模拟输入中的一路ALE：地址锁存允许信号，输入，高电平有效。START： A/D转换启动脉冲输入端，输入一个正脉冲（至少100ns宽）使其启动（脉冲上升沿使0809复位，下降沿启动A/D转换）。EOC： A/D转换结束信号，输出，当A/D转换结束时，此端输出一个高电平（转换期间一直为低电平）。OE：数据输出允许信号，输入，高电平有效。当A/D转换结束时，此端输入一个高电平，才能打开输出三态门，输出数字量。CLK：时钟脉冲输入端。要求时钟频率不高于640KHZ。REF（+）、REF（-）：基准电压。Vcc：电源，单一+5V。GND：地。首先输入3位地

26、址，并使ALE=1，将地址存入地址锁存器中。此地址经译码选通8路模拟输入之一到比较器。START上升沿将逐次逼近寄存器复位。下降沿启动 A/D转换，之后EOC输出信号变低，指示转换正在进行。直到A/D转换完成，EOC变为高电平，指示A/D转换结束，结果数据已存入锁存器，这个信号可用作中断申请。当OE输入高电平 时，输出三态门打开，转换结果的数字量输出到数据总线上。 转换数据的传送 A/D转换后得到的数据应及时传送给单片机进行处理。数据传送的关键问题是如何确认A/D转换的完成，因为只有确认完成后，才能进行传送。3.3 液晶显示电路设计LCD1602A 是一种工业字符型液晶，能够同时显示16x02

27、 即32个字符。在日常生活中，我们对液晶显示器并不陌生。发光管和LED数码管比较常用，软硬件都比较简单6。液晶显示器通过显示屏上的电极控制液晶分子状态来达到显示的目的，在重量上比相同显示面积的传统显示器要轻得多8。 液晶显示电路设计如图3.13所示。图3.13 液晶显示电路设计图（1）引脚说明：第1脚：VSS为地电源。 第2脚：VDD接5V正电源。 第3脚：VL为液晶显示器对比度调整端，接正电源时对比度最弱，接地时对比度最高，对比度过高时会产生“鬼影”，使用时可以通过一个10K的电位器调整对比度。 第4脚：RS为寄存器选择，高电平时选择数据寄存器、低电平时选择指令寄存器。 第5脚：R/W为读写

28、信号线，高电平时进行读操作，低电平时进行写操作。当RS和R/W共同为低电平时可以写入指令或者显示地址，当RS为低电平R/W为高电平时可以读忙信号，当RS为高电平R/W为低电平时可以写入数据。 第6脚：E端为使能端，当E端由高电平跳变成低电平时，液晶模块执行命令。 第714脚：D0D7为8位双向数据线。 第15脚：背光源正极。 第16脚：背光源负极。（2）1602LCD的RAM地址映射以及标准字库表LCD1602液晶模块内部的字符发生存储器已经存储了160个不同的点阵字符图形，这些字符图有：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“

29、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。它的读写操作、屏幕和光标的操作都是通过指令编程来实现的（说明：1为高电平，0为低电平）。指令1：清显示，指令码01H，光标复位到地址00H位置。指令2：光标复位，光标返回到地址00H 。指令3：光标和显示模式设置 I/D-光标移动方向，高电平右移，低电平左移 。S-屏幕上所有文字是否左移或者右移。高电平表示有效，低电平则无效 。指令4：显示开关控制。 D-控制整体显示的开与关，高电平表示开显示，低电平表示关显示。 C-控制光标的开与关，高电平表示有光标，低电平表示无光标。 B-控制光标是

30、否闪烁，高电平闪烁，低电平不闪烁 。指令5：光标或显示移位 S/C-高电平时移动显示的文字，低电平时移动光标 。指令6：功能设置命令 DL-高电平时为4位总线，低电平时为8位总线。 N-低电平时为单行显示，高电平时双行显示。 F-低电平时显示5X7的点阵字符，高电平时显示5x10的点阵字符 （有些模块是 DL-高电平时为8位总线，低电平时为4位总线）。指令7：字符发生器RAM地址设置 。指令8：DDRAM地址设置 。指令9：读出忙信号和光标地址。 BF为忙标志位，高电平表示忙，此时模块不能接收命令或者数据，如果为低电平表示不忙，模块就能接收相应的命令或者数据。指令10：写数据 。指令11：读数

31、据 。1602 内部显示地址如图3.14所示。 图3-14 1602内部显示地址在对液晶模块的初始化中要先设置其显示模式，在液 晶模块显示字符时光标是自动右移的，无需人工干预。每次输入指令前都要判断液晶模块是否处于忙的状态。3.4 声光报警提示电路3.4.1 灯光提示电路LED英文单词的缩写，主要含义：LED = Light Emitting Diode，发光二极管，是将电能转化成光或可见光的固态半导体器件，它采用电场发光。据分析，LED的特点非常明显，使用周期长、亮度好、辐射小与低消耗。作为目前全球最受瞩目的绿色光源，LED因其高亮度、低热能、使用周期长、对身体无害、可二次利用等优点，被称为

32、是21世纪最有发展前景的绿色照明光源。我国的LED产业起步于20世纪70年代，经过近40年的发展，产品广泛应用于各种领域。随着人们对LED的喜爱，有不少专家推测高亮度LED将又是一大世纪发明。 本设计利用不同颜色的LED指示不同的烟雾浓度报警。3.4.2 声音报警电路蜂鸣器是一种信号提示设备，常用在电子设备的声音提示中。日常生活中洗衣机完成洗衣程序后，微波炉完成加热后发出的“滴。”或 “哔。”声都是蜂鸣器产生的；蜂鸣器主要种类有压电式蜂鸣器和电磁式蜂鸣器两种类型。蜂鸣器在电路中用字母“H”或“HA”（旧标准用“FM”、“LB”、“JD”等）表示。1压电式蜂鸣器 压电式蜂鸣器主要由共鸣腔、压电陶

33、瓷片、引线、外壳等组成。有的外壳上还装有发光二极管。多谐振荡器由晶体管或集成门电路，分立元件，运放构成。当接通直流电源后（1.515V）,开始工作,输出1.52.5kHz的信号，阻抗匹配器推动压电蜂鸣片发声。 蜂鸣器驱动电路一般都包含以下几个部分：一个续流二极管、一个蜂鸣器、一个绿波电容。蜂鸣器为发声元件，在其两端施加直流电压（有源蜂鸣器）或者方波（无源蜂鸣器）就可以发声，其主要参数是形状大小、声音方向、工作电源、工作频率、工作电流、驱动方式等。这些都可以根据需要来选择。本设计采用有源蜂鸣器。声音报警电路如图3.15所示。图中三极管Q1起桥梁作用，其基极的低电平有两方面作用：使三极管饱和导通，

34、使蜂鸣器发声；而基极高电平有两方面作用：使三极管关闭，使蜂鸣器停止发声。图3.15 声音报警电路3.5 温度采集电路3.5.1 DS18B20概述在现代检测技术中，传感器占据着不可动摇的重要位置。主机对数据的处理能力已经相当的强，但是对现实世界中的模拟量却无能为力13。如果没有各种精确可靠的传感器对非电量和模拟信号进行检测并提供可靠的数据，那计算机也无法发挥他应有的功能。传感器能感受到被测量的信息，并能将感受到的信息，按照一定规律转化成电信号，电信号经处理后，转换为计算机所需要的信息，由计算机对信号进行检测处理。它是实现了传感器技术与计算机技术结合，对自动化和信息化起非常重要作用。采用多样式传

35、感器和微处理技术可以对各种工业参变量及工业产品进行测控及检验，准确测量产品性能，及时发现隐患。为提高产品价值、改进物品质量，防止事故发生时可以提供可靠的数据和信息。由于系统的工作环境比较恶劣，且对测量要求比较高，所以选择合适的传感器很重要。目前，国际上新型温度传感器正从模拟式控制向数字式控制、从集成化向多元化和互联网化的方向快速转换。智能温度传感器DS18B20正向高准确度、多元化、总体格式化、高稳定及可靠度、互联网传感器、开发单片测温系统等高信息化方向迅速发展。美国公司生产的 DS18B20可组成网络数字温度传感器芯片外加不锈钢保护管封装而成8，具有较好的韧性，体积小，使用方便，封装多元化，

36、适用于各种各样的小型空间设备数字测温和控制领域。有属于自己专属的独特接口接线方式，DS1820在与处理器连接时只需要一条接口线便可实现处理器与DS1820的互相通讯；其测温范围 55125，固定的测温分辨率为0.5；支持多个点组网功能；多个DS1820可以并联在只有一个的三线上，可以到不同地方测温；工作电源为35V/DC；无需外部元件。图3.16为温度采集电路图。DS18B20的性能特点如下：（1） 独特的单线接口仅需要一个端口引脚进行通信； （2）无需外部元件；图3.16 温度采集电路 （3）可用电源线供电，供电量程：+3.0V+5.5V；（4）测温量程：-55+125。固定测温分辨率为0.

37、5。当在-10+85范围内，可精确测量误差不超过0.5，在-55+125量程内，可确保测量误差也不会超过2；（5）通过编程可实现912位的数字读数方式；（6）用户可定义报警设置；（7）支持多点的组网功能，多个DS18B20可以并联在只有一个的三线上，实现多地方测温（8）负压特性，电源接反时具有保护电路的特性。当电源电压正负极接反时，不会因温度过高而烧毁，但不能正常工作；（9）零待机功耗；（10）适用于各种各样单片机或系统；（11）报警搜索命令识别并标志超过量程限定温度（温度报警条件)的器件。3.5.2 DS18B20引脚介绍各引脚功能为：I/O为单线总线，它属于漏极开路输出，外接上拉电阻后，常

38、态下呈高电平。UDD是可供选用的外部电源端，不用时接地，GND为地，NC空脚。图3.17为DS18B20引脚图。图3.17 DS18B20引脚3.5.3 DS18B20的内部结构DS18B20的内部结构主要包括以下部分:寄生电源、温度传感器、64位激光（loser）ROM与单线接口、高速暂存器（即便筏式RAM，用于存放中间数据）、TH触发寄存器和TL触发寄存器，分别用来存储用户设定的温度上下限值、存储和控制逻辑、位循环冗余校验码（CRC）发生器。DS18B20内部结构如图3.18所示。图3.18 DS18B20内部结构3.6 按键电路本设计采用按键接低的方式来读取按键，单片机初始时，因为为高电

39、平，当按键按下的时候，会给单片机一个低电平7，单片机对信号进行处理我们所要做的就是在程序中查寻此I/O口的电平状态就可以了解我们是否有按键动作了。在用单片机对键盘处理的时候涉及到了一个重要的过程，那就是键盘的去抖动。当读出的值是0时则表示有按键按下，调用相应的处理程序。硬件电路如图3.20所示：图3.19 按键电路4 系统的软件设计4.1 软件介绍Keil C51是美国Keil Software公司出品的51系列兼容单片机C语言软件开发系统，与汇编相比，C语言在功能上、结构性、可读性、可维护性上有明显的优势，因而易学易用。用过汇编语言后再使用C来开发，体会更加深刻。 Keil C51软件提供丰

40、富的库函数和功能强大的集成开发调试工具，全Windows界面。另外重要的一点，只要看一下编译后生成的汇编代码，就能体会到Keil C51生成的目标代码效率非常之高，多数语句生成的汇编代码很紧凑，容易理解。在开发大型软件时更能体现高级语言的优势16。下面详细介绍Keil C51开发系统各部分功能和使用。 Keil_c软件界面如图4.1所示。图4.1 Keil_c软件界面Protel99SE是PORTEL公司在80年代末推出的EDA软件。Protel99SE是应用于Windows9X/2000/NT操作系统下的EDA设计软件，采用设计库管理模式，可以设计成32个信号层，16个电源-地层和16个机加

41、工层。Protel99SE的工作界面是一种标准的Windows界面，如图4.2所示，包括：标题栏、主菜单、标准工具栏、绘图工具栏、状态栏、对象选择按钮、预览对象方位控制按钮、仿真进程控制按钮、预览窗口、对象选择器窗口、图形编辑窗口。图4.2 Protel99SE软件界面4.2 DS18B20的程序流程图DS18B20程序流程如图4.3所示。否是发出温度转换命令写入18B20读温度前复位显示测温点位置18B20复位开始18B20存在？延时发出读温度命令写入18B20读入温度值数据返回延时图4.3 DS18B20程序流程图4.3 系统程序流程图系统程序设计的流程如图4.4所示。Y结束设置相应参数显

42、示设置数值N判断按键是否按下执行相应的指示控制判断当前烟雾和温度范围读取AD转换烟雾值初始化开始 图4.4 系统程序设计的流程图5火灾报警器的测试结果调试前我们首先要检查电路的设计原理对不对,能不能达到我们设计时想要的结果以及我们的操作是否简单明了等等；这次采用的是分块调试的方法，烟雾探测电路，控制电路以及单片机控制电路进行调试。首先给电路接通电源，按开关机，检测电路是否能正常工作，然后开始分别设置上限温度跟烟雾浓度，开始分别调试温度跟烟雾浓度，使它们分别达到上限温度，浓度，红色跟黄色LED灯开始变亮，蜂鸣器开始报警，红灯亮说明当前的温度以超过设定上限的温度，火灾报警器开始工作；黄灯亮说明当前

43、的烟雾浓度以超过设定的上限浓度，火灾报警器开始工作；说明电路没有问题，可以正常工作，最后按复位键使电路复位，关掉电源。在调试过程中遇到的问题有： （1）焊接过程中由于自己的粗心大意，使得管脚的顺序部分焊错了，最后只好重新买器件重焊； （2）烟雾值一直显示很高，经过查阅资料和换元件测试发现，烟雾传感器初次使用得通电几小时以上才可以正常使用，要做老化试验。6 结 论火灾为一种由于燃烧失去控制所引发的灾害，对人类的生命财产和社会安全稳定构成了极大的威胁。由此引发的重大安全事故比比皆是，所以人类一直也未停止过对火灾的研究。本文在参考了国内外大量资料的基础上，针对传统的一系列火灾报警探测器存在的问题，合

44、理地提出了火灾报警器的设计方法。极大地提高了产品的实用性和市场竞争力。本课题中设计的火灾报警探测器由传感器电路与无线通信电路两大部分构成。控制处理器是以管脚资源丰富的STC89C51为核心，实现对探测器写入信号和对信号进行编译等人机交互功能。应用程序以C语言编写，充分利用芯片的内部资源，提高了代码执行效率，减小了代码的容量。但是，由于本人对这方面的知识了解不够全面，再加上时间紧迫等各方面的原因，该报警器还有较多需要改进提高的地方。致 谢这次毕业设计得到了很多人的帮助，其中陈文武老师对我的关心和支持尤为重要，每次遇到难题，我首先想到的就是向陈老师寻求帮助。另外，他严谨的作风使我的论文即使在谨小细

45、微处也给予了纠正，让我的论文无论是结构还是内容变得更加公整、紧凑，感谢陈老师对我的悉心指导。在这里感谢我的母校给我一次自己动手完成一个设计的机会，作为检验这些年来学习的成果,在整个论文设计过程中，学校给我的设计提供了极大的帮助，在我们即将离开学校的最后的一段日子里，提高了我们的自助学习能力及动手时间能力，极大的提高了我们自助解决问题的能力，在这里我再次向我的母校表示感激和感谢。感谢在这段期间不辞辛劳帮助和指导过我的陈文武老师以及帮助我的同学们。正是因为有了你们的帮助与关心，我才能圆满完成毕业论文的设计，在这里我向你们表示衷心的感谢。参考文献1 陈权昌.李兴富.单片机原理及应用M.广州:华南理工大学出版社,2007.82 王庆有.图像传感器应用技术M. 电子工业出版社，2013.3 汪文. 陈林.单片机原理及应用M.湖北:华中科技大学出版社,2007.4