【電氣工程及其自動化】基于單片機的建筑火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計

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1、 ○ A 基礎(chǔ)理論 ● B 應(yīng)用研究 ○ C 調(diào)查報告 ○ D 其他 本科生畢業(yè)論文（設(shè)計） 基于單片機的建筑火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計 二級學(xué)院 ： 信息科學(xué)與技術(shù)學(xué)院 專 業(yè) ： 電氣工程及其自動化 完成日期 ： 2015年5月24日 目 錄 1 緒論 2 1.1 課題背景 2 1.2 設(shè)計概述 2 1.3 建筑火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)的國內(nèi)外現(xiàn)狀 3

2、 1.4 建筑火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)的發(fā)展趨勢 3 1.5 設(shè)計任務(wù)分析 4 2 總體方案設(shè)計 4 2.1 煙霧檢測傳感器選型 5 2.2.1 煙霧傳感器的介紹 6 2.2.2 MQ-2半導(dǎo)體氣體煙霧傳感器 10 2.2 單片機選型 12 2.2.1 STC89C52單片機簡介 12 2.2.2 單片機的引腳功能描述 13 2.2.3 溫度采集模塊 15 3 系統(tǒng)的硬件電路 15 3.1 單片機最小系統(tǒng) 15 3.2 單片機的時鐘電路與復(fù)位電路設(shè)計 16 3.3 煙霧檢測AD采集電路 17 3.4 顯示模塊 18 3.5 聲音報警電路 18 3.6 按鍵控制電路 19

3、 3.7 電源模塊 19 3.8 溫度傳感器(DS18B20)電路 20 3.8.1 DSl8B20簡介 20 3.8.2 DSl8B20具體參數(shù)及工作方式 23 3.8.3 DSl8B20接口電路 25 4 系統(tǒng)軟件的設(shè)計 26 4.1 系統(tǒng)主程序設(shè)計及流程圖 26 5 硬件調(diào)試及調(diào)試中遇到的問題 27 6 電路的調(diào)試 27 7 總結(jié)評價 27 參考文獻 29 附件A：總體原理圖設(shè)計 30 附件B：部分程序源代碼 31 致 謝 基于單片機的建筑火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計 摘 要：本設(shè)計以STC89C52單片機為核心

4、，根據(jù)硬件線路的搭建，編寫程序，通過DS18B20溫度傳感器檢測現(xiàn)場溫度、MQ-2煙霧傳感器檢測煙霧濃度，蜂鳴器報警，實現(xiàn)監(jiān)控?zé)熿F濃度、現(xiàn)場溫度聲光及報警等功能。 關(guān)鍵詞：煙霧傳感器；火災(zāi)監(jiān)控；STC89C52單片機 Design?of fire monitoring system in The building based on MCU Abstract:With STC89C52 microcontroller as the core,this design compile programs according to the construction of hardware cir

5、cuit. By applying the DS18B20 temperature sensor to detect the temperature in the spot and the MQ-2 smoke transducer to detect the smoke concentration,the buzzer alarms, which realizes detecting smoke concentration, temperature, sound,light and alarming functions etc. Key words:smoke sensor;fire mo

6、nitoring;?STC89C52 microcontroller 1 緒論 1.1 課題背景 隨著科技的發(fā)展，越來越多的巨大的隱患由于工業(yè)生產(chǎn)和人們的日常生活而產(chǎn)生。為了早期發(fā)現(xiàn)和通報火災(zāi)，防止和減少火災(zāi)危害，保護人身和財產(chǎn)安全。保衛(wèi)社會主義現(xiàn)代化建設(shè)，防止火災(zāi)引起燃燒、爆炸等事故，造成嚴重的經(jīng)濟損失，甚至危及生命安全。 為了減少這類事故的發(fā)生，就必須對煙霧進行現(xiàn)場實時檢測，采用先進可靠的安全檢測儀表，嚴密監(jiān)測環(huán)境中煙霧的濃度，及早發(fā)現(xiàn)事故隱患，采取有效措施，避免事故發(fā)生，才能確保工業(yè)安全和 家庭生活安全。因此，研究煙霧的檢測方法與研制煙霧報警器就成為傳感器

7、技術(shù)發(fā)展領(lǐng)域的一個重要課題。 1.2 設(shè)計概述 單片機及煙霧傳感器是火災(zāi)檢控系統(tǒng)的兩大核心。單片機好比一個橋梁，聯(lián)系著傳感器和報警電路設(shè)備。近幾年來，單片機已逐步深入應(yīng)用到工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)各部門及人們生活的各個方面。各種類型的單片機也根據(jù)社會的需求而開發(fā)出來。單片機是器件級計算機系統(tǒng)，實際上它是一個微控制器或微處理器。由于它功能齊全，體積小，成本低，因此它可以應(yīng)用到所有電子系統(tǒng)中。同樣，它也可以廣泛應(yīng)用于報警技術(shù)領(lǐng)域，使各類報警裝置的功能更加完善，可靠性大大提高，以滿足社會發(fā)展的需要。而傳感器作為信息技術(shù)系統(tǒng)的“感官”器件，如果沒有“感官”感受信息，或者“感官”遲鈍，都難以形成高精度、高速度的

8、控制系統(tǒng)。美國曾把二十世紀八十年代稱為傳感技術(shù)時代，日本更是把傳感技術(shù)列為十大技術(shù)之首。所以，根據(jù)火災(zāi)監(jiān)控功能的需要，選擇合適、精確、經(jīng)濟的煙霧傳感器和單片機芯片是至關(guān)重要的。本論文中最主要的設(shè)計是選STC89C52單片機和MQ-2半導(dǎo)體氣體煙霧傳感器為核心器件。 目前，現(xiàn)代建筑都會有選擇地安裝不同功能的火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)。因為火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)是建筑物的神經(jīng)系統(tǒng)，而煙霧傳感器作為火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)的核心之一它能夠感受、接收著發(fā)生火災(zāi)的早期信號并及時報警，發(fā)出警報同時告知用戶和周邊居民。它就像是一個個稱職的更夫，給居住、忙碌或是休息在家庭中的人們以極大的安全感。在火災(zāi)的早期階段，準確的探測到火情并

9、迅速報警，對于及時組織有序快速疏散、積極有效地控制火災(zāi)的蔓延、快速滅火和減少火災(zāi)對居住人群的損失都具有重要的意義。 1.3 建筑火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)的國內(nèi)外現(xiàn)狀 煙霧傳感器作為火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)的核心國外從20世紀30年代開始研究及開發(fā)煙霧傳感器，且發(fā)展迅速，一方面是因為人們安全意識增強，對環(huán)境安全性和生活舒適性要求提高；另一方面是因為傳感器市場增長受到政府安全法規(guī)的推動。據(jù)有關(guān)統(tǒng)計，美國1996年～2002年煙霧傳感器年均增長率為27%～30%。隨著傳感器生產(chǎn)工藝水平逐步提高，傳感器日益小型化、集成度不斷增大，使得煙霧檢測儀器的體積也逐漸變小，提高了煙霧檢測儀器的便攜性，更加利于生產(chǎn)、運輸及市場推廣

10、。 1963年5月，日本開發(fā)完成第一臺接觸燃燒式家用燃氣泄漏報警器，次年12月其改良產(chǎn)品問世，改良的報警器可以檢測燃氣、一氧化碳等氣體，可以安裝在浴室或者采用集中監(jiān)視。這在火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)發(fā)展中具有里程碑式的意義。 我國在70年代初期開始研制火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)，生產(chǎn)型號多樣、品種較齊全，應(yīng)用范圍也由單一的煉油系統(tǒng)擴展到幾乎所有危險作業(yè)環(huán)境的各種類型監(jiān)控系統(tǒng)，產(chǎn)品數(shù)量也在不斷增加。但主要是在引進國外先進的傳感器技術(shù)和先進的生產(chǎn)工藝基礎(chǔ)上，進行研究與開發(fā)形成自己的特色。近年來，在煙霧選擇性和產(chǎn)品穩(wěn)定性上也有很大進步。 1.4 建筑火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)的發(fā)展趨勢 面對人類社會

11、經(jīng)濟與技術(shù)急速發(fā)展的時代，伴隨這電子、計算機、通訊和現(xiàn)代控制技術(shù)的迅速發(fā)展，現(xiàn)代火災(zāi)監(jiān)控及自動報警應(yīng)用技術(shù)發(fā)展趨勢正在向著全總線制、軟件編程、網(wǎng)絡(luò)化、智能化、多樣化、小型化、社區(qū)化、藍牙技術(shù)無線化、高靈敏化、綜合化等方面發(fā)展。 針對當(dāng)前火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)存在的通訊協(xié)議不一致，系統(tǒng)誤報、漏報頻繁，智能化程度低，網(wǎng)絡(luò)化程度低、特殊惡劣環(huán)境的煙霧探測報警抗干擾等問題較為突出的現(xiàn)象，提出在符合國家消防規(guī)范的基礎(chǔ)下采用統(tǒng)一、標(biāo)準、開放的通訊協(xié)議。通過對新技術(shù)、新工藝、新材料和新設(shè)備的應(yīng)用研究，對系統(tǒng)方案、設(shè)備選型的優(yōu)化組合，改進建筑火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)的工作性能、減少維護費用和維護要求，向著高可靠性、高靈敏性、低誤

12、報率、系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)化、技術(shù)智能化方向發(fā)展，為更好的預(yù)防和遏制建筑火災(zāi)提供了強有力的保障，從而更好的保護國家和人民的生命、財產(chǎn)安全。 1.5 設(shè)計任務(wù)分析 本篇論文是建筑火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)的研制： (1)對系統(tǒng)進行整體規(guī)劃和結(jié)構(gòu)設(shè)計。 (2)以STC89C52單片機為中央處理器，對硬件電路進行設(shè)計和改進，使其功能更加完善。系統(tǒng)硬件電路主要分為數(shù)據(jù)收集、聲音報警電路、狀態(tài)指示燈電路、數(shù)碼管顯示電路部分。 (3)系統(tǒng)的軟件編制。按照軟件實現(xiàn)的功能，主要分為主程序、初始化子程序、濃度顯示子程序、報警子程序、報警限值設(shè)置子程序。在程序的編寫過程中，加入了詳細的文字注釋，便于后期的改進與維護。 (4

13、)硬件電路和軟件的綜合調(diào)試。 2 總體方案設(shè)計 建筑火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)是能夠檢測環(huán)境中的煙霧濃度，并具有報警功能的系統(tǒng)。該監(jiān)控系統(tǒng)的最基本組成部分應(yīng)包括：信號采集模數(shù)轉(zhuǎn)換電路、單片機控制電路、字符顯示電路、聲光報警電路和安全保護電路等部分組成。 為適應(yīng)家庭和工業(yè)等場所對可燃性易爆煙霧安全性要求，設(shè)計的監(jiān)控系統(tǒng)具有顯示報警狀態(tài)。報警器采用延時的工作方式，煙霧檢測報警器以STC89C52單片機為控制核心，選用MQ-2半導(dǎo)體氣體煙霧傳感器采集煙霧濃度信息，配合外圍電路構(gòu)成煙霧報警系統(tǒng)。本設(shè)計包括硬件和軟件設(shè)計兩個部分。 從設(shè)計的要求來分析該設(shè)計須包含如下結(jié)構(gòu)：煙霧檢測部分、STC89C52單片機

14、主控部分、報警部分，AD采集四大部分。電路總題框圖如圖1所示： 電源開關(guān) 電源 STC89-C52 單片機 AD采集電路 顯示電路 報警電路 按鍵控制 圖1 總體設(shè)計框圖 處理器采用51系列單片機STC89C52。整個系統(tǒng)是在系統(tǒng)軟件控制下工作的。設(shè)置在監(jiān)測點上的煙霧檢測探頭將檢測到的煙霧變換成電信號，送出模擬信號，給AD采集電路采集。在單片機內(nèi)，經(jīng)軟件查詢、識別判決等環(huán)節(jié)實時發(fā)出煙霧報警狀態(tài)控制信號。驅(qū)動蜂鳴器及報警指示燈報警。 2.1 煙霧檢測傳感器選型 煙霧傳感器是測量裝置和監(jiān)控系統(tǒng)的首要環(huán)節(jié)。而火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)的信號采集由煙霧傳感器負責(zé)。煙霧傳感

15、器能夠?qū)怏w的種類及其濃度有關(guān)的信息轉(zhuǎn)換為電信號，根據(jù)這些電信號的強弱就可以獲得與待測氣體在環(huán)境中存在的情況有關(guān)的信息，從而達到檢測、監(jiān)控、報警的功能。可以說，沒有精確可靠的傳感器，就沒有精確可靠的自動檢測、控制和報警系統(tǒng)。煙霧傳感器作為報警器中不可缺少的核心器件，它決定了所采集的煙霧濃度信號的準確性和可靠性。煙霧傳感器內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖2所示： 圖2 煙霧傳感器及其結(jié)構(gòu)圖 2.2.1 煙霧傳感器的介紹 煙霧傳感器是模擬傳感器。它能將空氣中的煙霧濃度變量轉(zhuǎn)換成有一定對應(yīng)關(guān)系的輸出信號的裝置。煙霧傳感器就是通過監(jiān)測環(huán)境中煙霧的濃度來實現(xiàn)火災(zāi)防范的。當(dāng)煙霧探頭碰到煙霧或某些特定的氣體

16、，煙霧探頭內(nèi)部阻值發(fā)生變化，產(chǎn)生一個模擬值，從而對其進行控制。煙霧傳感器利用煙霧敏感元件的電阻受煙霧（主要是可燃顆粒）濃度影響阻值變化的原理向單片機發(fā)送煙霧濃度相應(yīng)的模擬信號。 在智能建筑中對火災(zāi)探測器的應(yīng)用主要以感煙火災(zāi)探測器選用為主。隨著傳感器生產(chǎn)工藝水平逐步提高，傳感器日益小型化、集成度不斷增大，使得煙霧探測器的體積也逐漸變小，提高了煙霧探測器的便攜性，更加利于生產(chǎn)、運輸和市場推廣。目前，煙霧傳感器廣泛應(yīng)用在城市安防、小區(qū)、工廠、公司、學(xué)校、家庭、別墅、倉庫、資源、石油、化工、燃氣輸配等眾多領(lǐng)域。 在國內(nèi)的產(chǎn)品中，無論哪家生產(chǎn)的煙霧探測器，都可以探測到火災(zāi)的發(fā)生，都具有比較高的靈敏度

17、，而且在安裝中都比較簡單。但是，由于各生產(chǎn)的設(shè)備不可通用，獨立為正，不但不可彼此互相代替，更不可以互相通訊。使得用戶面對眾多廠家生產(chǎn)的煙霧探測器感到不知所措。而這也正是國內(nèi)產(chǎn)品市場的一個重大缺陷。 （1）煙霧傳感器的分類 從構(gòu)成氣體傳感器材料的形態(tài)上通常將它們分為干式和濕式氣體傳感器。由于對不同氣體的檢測方法不盡相同，目前主要的方法有：利用半導(dǎo)體氣體器件檢測的電氣法；使用電極和電解液對氣體進行檢測的電化學(xué)法；利用氣體對光的折射率或光吸收等特性來檢測氣體的光學(xué)法。 （2）煙霧傳感器應(yīng)滿足的基本條件 一個煙霧傳感器可以是單功能的，也可以是多功能的；可以是單一的實體，也可以是由多個不同功

18、能傳感器組成的陣列。但是，任何一個完整的煙霧傳感器都必須具備以下條件： a.能選擇性地檢測某種單一煙霧，而對共存的其它煙霧不響應(yīng)或低響應(yīng)； b.對被測煙霧具有較高的靈敏度，能有效地檢測允許范圍內(nèi)的煙霧濃度； c.對檢測信號響應(yīng)速度快，重復(fù)性好； d.長期工作穩(wěn)定性好； e.使用壽命長； f.制造成本低，使用與維護方便。 （3）常見的煙霧探測器種類及工作原理 為了確保家庭環(huán)境的安全，需要對各種可燃性氣體、有毒性氣體進行檢測。但是，由于煙霧的種類繁多，一種類型的煙霧傳感器不可能檢測所有的氣體，通常只能檢測某一種或兩種特定性質(zhì)的煙霧。例如氧化物半導(dǎo)體煙霧傳感器主要檢測各種還

19、原性煙霧，如CO、H2、C2H5OH、CH3OH等。固體電解質(zhì)煙霧傳感器主要用于檢測無機煙霧，如O2、CO2、H2、Cl2、SO2等。因此目前使用的煙霧傳感器有很多種，各自的檢測原理也各不相同，下面就對一些常用的煙霧傳感器進行介紹。 a.半導(dǎo)體煙霧傳感器（半導(dǎo)體氣敏傳感器） 半導(dǎo)體煙霧傳感器包括用氧化物半導(dǎo)體陶瓷材料作為敏感體制作的煙霧傳感器，以及用單晶半導(dǎo)體器件制作的煙霧傳感器。半導(dǎo)體煙霧傳感器是利用氣體在半導(dǎo)體表面的氧化和還原反應(yīng)導(dǎo)致敏感元件阻值變化而制成的。按照敏感機理分類，半導(dǎo)體煙霧傳感器可分為電阻式和非電阻式。當(dāng)半導(dǎo)體接觸到氣體時，半導(dǎo)體的電阻值將發(fā)生變化，利用傳感器輸出端阻值的

20、變化來測定或控制氣體的有關(guān)參數(shù)，這種類型的傳感器稱為電阻式半導(dǎo)體氣敏傳感器；當(dāng)MOS場效應(yīng)管在接觸到氣體時，場效應(yīng)管的電壓將隨周圍氣體狀態(tài)的不同而發(fā)生變化，利用這種原理制成的傳感器被稱為非電阻式半導(dǎo)體氣敏傳感器。 自1962年半導(dǎo)體金屬氧化物煙霧傳感器問世以來，由于具有靈敏度高、響應(yīng)快、輸出信號強、耐久性強、結(jié)構(gòu)簡單、體積小、維修方便、價格便宜等諸多優(yōu)點，得到了廣泛的應(yīng)用。但是其最大的缺點就是選擇性較差。該傳感器己成為世界上產(chǎn)量最大、使用最廣的煙霧傳感器之一。 b.接觸燃燒式傳感器 當(dāng)易燃煙霧接觸這種被催化物覆蓋的傳感器表面時會發(fā)生氧化反應(yīng)而燃燒。接觸燃燒式氣體傳感器的檢測元件一般

21、為鉑金屬絲（也可表面涂鉑、鈀等稀有金屬催化層），使用時對鉑絲通以電流，保持300℃～400℃的高溫，此時若與可燃性氣體接觸，可燃性氣體就會在稀有金屬催化層上燃燒，因此鉑絲的溫度會上升，鉑絲的電阻值也上升；通過測量鉑絲的電阻值變化的大小，就知道可燃性氣體的濃度。使用接觸燃燒式傳感器，其最大的缺點是探頭很容易發(fā)生阻緩和中毒現(xiàn)象。一般在連續(xù)使用兩個月后應(yīng)對該傳感器進行維護。這無形中加大了工作人員的工作量，同時增加了報警器的維護成本。 c.電化學(xué)傳感器 電化學(xué)傳感器由膜電極和電解液封裝而成。電化學(xué)氣敏傳感器一般利用液體（或固體、有機凝膠等）電解質(zhì)，其輸出形式可以是氣體直接氧化或還原產(chǎn)生的電流，也

22、可以是離子作用于離子電極產(chǎn)生的電動勢。即煙霧濃度信號將電解液分解成陰陽帶電離子，通過電極將信號傳出。它的優(yōu)點是：反映速度快、準確、穩(wěn)定性好、能夠定量檢測，但壽命較短(大約兩年)。它主要適用于毒性煙霧檢測。目前國際上絕大部分毒氣檢測采用該類型傳感器。 d.高分子煙霧傳感器 利用高分子氣敏元件制作的煙霧傳感器近年來得到很大的發(fā)展。高分子氣敏元件在遇到特定煙霧時，其電阻、介電常數(shù)、材料表面聲波傳播速度和頻率、材料重量等物理性能發(fā)生變化。高分子氣敏元件由于具有易操作性、工藝簡單、常溫選擇性好、價格低廉、易與微結(jié)構(gòu)傳感器和聲表面波器件相結(jié)合，在毒性煙霧和食品鮮度等方面的檢測中具有重要作用。高分子

23、煙霧傳感器具有對特定煙霧分子靈敏度高，選擇性好，且結(jié)構(gòu)簡單，能在常溫下使用，可以彌補其它煙霧傳感器的不足。 e.紅外吸收型傳感器 紅外傳感器通常用兩束紅外光進行煙霧測量，主光束通過測量元件內(nèi)的目標(biāo)煙霧，參考光束通過比較元件內(nèi)的參考煙霧。在測量和比較元件中，紅外射線被煙霧有選擇地吸收了。未吸收的紅外光由光電探測器測量，產(chǎn)生一個正比于目標(biāo)煙霧濃度的差分信號。非擴散式紅外探測器NDIR (non-dispersive IR )是其中的一種，所有的未吸收光全部以最小的擴散和損耗被記錄下來。 由于不同的煙霧吸收不同波長的IR，所以傳感器根據(jù)目標(biāo)煙霧而調(diào)整，典型應(yīng)用包括測量CO和CO2、冷凍劑

24、煙霧和一些易燃氣。由于非碳氫化合物易燃煙霧(如氫)不吸收電磁譜中IR部分的能量，所以這種傳感器可以精確地測量碳氫化合物，并具有最小的交叉靈敏度，而且不受其它煙霧的腐蝕以及高濃度目標(biāo)煙霧的影響。 f.離子感煙傳感器 離子感煙傳感器對于火災(zāi)初起和陰燃階段的煙霧氣溶膠檢測非常有效，可測煙霧粒徑范圍為um。它在內(nèi)外電離室里面有放射源镅241。由于它能使兩極板間空氣分子電離為正、負離子，使電極之間原來不導(dǎo)電的空氣具有導(dǎo)電性。在正常的情況下，內(nèi)外電離室的電流、電壓都是穩(wěn)定的。當(dāng)火災(zāi)發(fā)生時，煙霧粒子進入電離室后，電力部分（區(qū)域）的正離子和負離子被吸附到煙霧粒子上，使正、負離子相互中和的概率增加，從而將

25、煙霧粒子濃度大小以電流變化量大小表示出來，實現(xiàn)對火災(zāi)參數(shù)的檢測。 g.光電式感煙傳感器 光電式感煙傳感器由光源、光敏元件和電子開關(guān)組成。平常光源發(fā)出的光，通過透鏡射到光敏元件上，電路維持正常，如果有煙霧從中阻隔，到達光敏元件上的光就顯著減弱，于是光敏元件就把光強的變化變成電的變化，利用光散射原理對火災(zāi)初期產(chǎn)生的煙霧進行探測，并及時發(fā)出報警信號。按照光源不同，可分為一般光電式、激光光電式、紫外光光電式和紅外光光電式等4種。 光電式感煙探測器發(fā)展很快，種類不斷增多，就其功能而言，它能實現(xiàn)早期火災(zāi)報警，除應(yīng)用于大型建筑物內(nèi)部外，還特別適用于電氣火災(zāi)危險性較大的場所，如計算機房、儀器儀表

26、室和電纜溝、隧道等處。 根據(jù)報警器檢測煙霧種類的不同要求，很多場合都會選擇使用半導(dǎo)體煙霧傳感器。經(jīng)過對比眾多煙霧傳感器的應(yīng)用特性，發(fā)現(xiàn)半導(dǎo)體煙霧傳感器的優(yōu)點更加突出。半導(dǎo)體煙霧傳感器具有靈敏度高、響應(yīng)快、體積小、結(jié)構(gòu)簡單，使用方便、價格便宜等優(yōu)點，且不會發(fā)生探頭阻緩及中毒現(xiàn)象，維護成本較低，因而得到廣泛應(yīng)用。因此，本設(shè)計中的煙霧傳感器選用MQ-2半導(dǎo)體氣體煙霧傳感器。 2.2.2 MQ-2半導(dǎo)體氣體煙霧傳感器 MQ-2半導(dǎo)體傳感器是以清潔空氣中電導(dǎo)率較低的金屬氧化物二氧化錫(SnO2)為主體的N型半導(dǎo)體氣敏元件。當(dāng)傳感器所處環(huán)境中存在煙霧氣體時，傳感器的電導(dǎo)率隨空氣中煙霧氣體濃度的增加而

27、增大。在設(shè)計報警器時只有使用簡單的電路即可將電導(dǎo)率的變化轉(zhuǎn)換為與該氣體濃度相對應(yīng)的輸出信號。該傳感器具備一般半導(dǎo)體煙霧傳感器靈敏度高、電導(dǎo)率變化大、響應(yīng)和恢復(fù)時間短、抗干擾能力強、輸出信號大、壽命長和工作穩(wěn)定等優(yōu)點，在市面上應(yīng)用十分廣泛。 二氧化錫(SnO2)半導(dǎo)體氣敏元件特點： （1）SnO2材料的物理、化學(xué)穩(wěn)定性較好，與其他類型氣敏元件相比，SnO2氣敏元件壽命長、穩(wěn)定性好、耐腐蝕性強。 （2）SnO2氣敏元件對氣體檢測是可逆的，而且吸附、脫離時間短，可連續(xù)長時間使用。 （3）SnO2氣敏元件結(jié)構(gòu)簡單，成本低，可靠行較高，機械性能良好。 MQ-2氣敏元件的結(jié)構(gòu)如圖2所示，由微型A

28、l2O3陶瓷管、SnO2 敏感層,測量電極和加熱器構(gòu)成的敏感元件固定在塑料或不銹鋼制成的腔體內(nèi)，加熱器為氣敏元件提供了必要的工作條件。封裝好的氣敏元件有6只針狀管腳，其中4個用于信號取出，2個用于提供加熱電流。 MQ-2半導(dǎo)體氣體煙霧傳感器適用于煙霧、天然氣、煤氣、氫氣、烷類氣體、汽油、煤油、乙炔、氨氣等的檢測，對可燃性氣體的（CH4、C4H10、H2等）的檢測很理想。這種傳感器在較寬的濃度范圍內(nèi)對煙霧氣體有良好的靈敏度，能夠檢測多種可燃性氣體，十分適合應(yīng)用在家庭的氣體泄漏報警器中。是一款便攜式氣體檢測器，非常適合多種應(yīng)用的低成本傳感器。其技術(shù)指標(biāo)表1： 表1 MQ-2的技術(shù)指標(biāo)

29、 加熱電壓（Vh） AC或DC 5±0.2V 回路電壓（VC） 負載電陰（Rl） 清潔空氣中電阻 （Ra） 靈敏度（S=Ra/Rdg） 響應(yīng)時間(treC) 恢復(fù)時間(treC) 元件功耗 檢測范圍 使用壽命 最大DC 24V 2kΩ ≤2000 kΩ ≥4(在1000ppmC4H10中) ≤10s ≤30s ≤w 50—10000ppm 2年 由于物理量和測量范圍的不同，傳感器的工作機理和結(jié)構(gòu)就不同。通常煙霧傳感器輸出的電信號是模擬信號（已有許多新型傳感器采用數(shù)字量輸出）。當(dāng)信號的數(shù)值符合A/D轉(zhuǎn)換器的輸入等級時，可以不用放大器放

30、大；當(dāng)信號的數(shù)值不符合A/D轉(zhuǎn)換器的輸入等級時，就需要放大器放大。所以MQ-2半導(dǎo)體氣體煙霧傳感器要想把采集到的煙霧濃度模擬信號傳送給單片機控制器就必須經(jīng)過將模擬信號經(jīng)過A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)化為可以識別的電信號給單片機。 設(shè)計時應(yīng)注意，氣敏元件開機通電時，其內(nèi)阻很小，但經(jīng)過一段時間后，才能恢復(fù)到原來的穩(wěn)定狀態(tài)。因此，MQ-2氣體傳感器需開機預(yù)熱幾分鐘，才可投入使用，以免造成誤報。 2.2 單片機選型 單片機是建筑火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)的心臟，用來接收火災(zāi)信號并啟動報警裝置顯示和執(zhí)行相應(yīng)的報警。在單片機實現(xiàn)的控制功能中，需要單片機有較快的運算速度，使檢測人員和用戶在監(jiān)控系統(tǒng)正常工作時能夠及時地觀測到實時

31、的煙霧濃度等級，并進行相應(yīng)處理。同時，在能夠滿足建筑火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計的計算速度及接口功能要求的同類型單片機中，要考慮選擇價格低廉且體積輕巧的機型，在保證了報警器的精確性、可靠性及抗干擾性的基礎(chǔ)上，能夠不提高成本，縮小體積。 由于單片機技術(shù)在各個領(lǐng)域正得到越來越廣泛的應(yīng)用，世界上許多集成電路生產(chǎn)廠家相繼推出了各種類型的單片機，在單片機家族的眾多成員中，MCS系列單片機以其優(yōu)越的性能、成熟的技術(shù)及高可靠性和高性能價格比，迅速占領(lǐng)了工業(yè)測控和自動化工程應(yīng)用的主要市場，成為國內(nèi)單片機應(yīng)用領(lǐng)域中的主流。其中，51系列單片機的優(yōu)點是價錢便宜,I/O口多,程序空間大。因此，測控系統(tǒng)中，使用51系列單片機是

32、最理想的選擇，因此設(shè)計采用STC89C52。 2.2.1 STC89C52單片機簡介 STC89C52是一種低功耗、高性能CMOS8位微控制器，具有8K可編程Flash存儲器。使用高密度非易失性存儲器技術(shù)制造，與工業(yè)80C51 產(chǎn)品指令和引腳完全兼容。片上Flash允許程序存儲器在線可編程，亦適于常規(guī)編程器。在單芯片上，擁有靈巧的8位CPU 和在系統(tǒng)可編程Flash，使得STC89C52為眾多嵌入式控制應(yīng)用系統(tǒng)提供高靈活、超有效的解決方案。STC89C52具有以下標(biāo)準功能：8k字節(jié)Flash，256字節(jié)RAM，32 位I/O 口線，看門狗定時器，2個數(shù)據(jù)指針，三個16位定時器/計數(shù)器，一

33、個6向量2級中斷結(jié)構(gòu)，全雙工串行口，片內(nèi)晶振及時鐘電路。另外，STC89C52可降至0Hz 靜態(tài)邏輯操作，支持2種軟件可選擇節(jié)電模式?？臻e模式下，CPU停止工作，允許RAM、定時器/計數(shù)器、串口、中斷繼續(xù)工作。掉電保護方式下，RAM內(nèi)容被保存，振蕩器被凍結(jié)，單片機一切工作停止，直到下一個中斷或硬件復(fù)位為止。這一模塊以單片機為中心把程序代碼燒進去然后外圍接上復(fù)位電路、振蕩電路、鍵盤控制、LED顯示電路、報警電路等子模塊。 單片機的引腳功能描述 下面對STC89C52各引腳的功能進行較為詳細的介紹： （1)電源引腳Vcc和Vss Vcc(40腳)：電源端為+5V Vss(20腳

34、)：接地端。 （2)時鐘電路引腳XTAL1和XTAL2 XTAL2(18腳)：接外部晶體和微調(diào)電容的一端。在單片機內(nèi)部它是振蕩電路反向放大器的輸出端，振蕩電路的頻率就是晶體固有頻率。若需采用外部時針電路時，該引腳輸入外時鐘脈沖。要檢查STC89C52的振蕩電路是否正常工作，可用示波器查看XTAL2端是否有脈沖信號輸出。 XTAL1(19腳)：接外部晶體和微調(diào)電容的另一端。在片內(nèi)，它是振蕩電路反向放大器的輸入端。在采用外部時鐘時，該引腳必須接地。 （3)控制信號腳 RST 、ALE、和。 RST(9腳)：RST是復(fù)位信號輸入端，高電平有效

35、。在此輸入端保持兩個機器周期(24個時鐘振蕩周期)的高電平時，就可以完成復(fù)位操作。 ALE/（30引腳）：地址鎖存允許信號端。當(dāng)STC89C52上電正常工作后，ALE引腳不斷向外輸出正脈沖信號。此頻率為振蕩器頻率fosc的1/6，當(dāng)CPU訪問片外存儲器時，ALE輸出信號作為鎖存低8位地址的控制信號。在CPU訪問片外數(shù)據(jù)存儲時，每取值一次（一個機器周期）會丟失一個脈沖。平時不訪問片外存儲時，ALE端也以1/6的振蕩頻率固定輸出正脈沖，因而ALE信號可以用作對外輸出時鐘或定時信號。如果你想看一下STC89C52芯片的好壞，可用示波器查看ALE端是否有脈沖信號輸出，如有脈沖信號輸出，則STC89C

36、52基本上是好的。ALE的負載驅(qū)動能力為8個LS型TTL（低功耗高速TTL）。 （29腳）；程序存儲允許輸出信號引腳，在訪問片外程序存儲器時，此端定時輸出負脈沖作為讀片外存儲器的選通信號。此引腳接ERROM的OE端。PSEN端有效，即允許讀出ERROM/ROM中的指令碼。CPU在從外部ERROM/ROM取指令期間，每個周期PSEN兩次有效。不過，在訪問片外RAM時，要少產(chǎn)生兩次PSEN負脈沖信號。要檢查一個AT89C52小系統(tǒng)上電后CPU能否正常到ERROM/ROM中讀取指令碼，也可用于示波器看PSEN端有無脈沖輸出。如有，說明基本上工作正常。 /VPP（31腳）：外部程序存儲器地址允許輸

37、入端/固化編程電壓輸入端。當(dāng)EA引腳接高電平時，CPU只訪問片內(nèi)ERROM/ROM并執(zhí)行內(nèi)部程序存儲器中的指令。但在PC（程序計數(shù)器）的值超過OFFFH（對8751/8051為4k）時，將自動轉(zhuǎn)向執(zhí)行片外存儲器的程序。當(dāng)出入信號引腳接低電平（接地）時，CPU只訪問外部ERROM/ROM并執(zhí)行外部程序存儲器中的指令，而不管是否有片內(nèi)程序存儲器。對于無芯片內(nèi)的ROM的8031或8032，須外擴ERROM，此時必須將引腳接地。如果使用有片內(nèi)ROM的STC89C52，外擴ERROM也是可以的，但也要使接地。 （4)I/O（輸入/輸出端口，P0，P1，P2，P3） P0口：P0口是一個漏極開路的8位

38、準雙向I/O端口。 P1口：8位準雙向I/O端口。 P2口：即可以做地址總線輸出地址高8位，也可以做普通I/O用。 P3口：雙功能口，即可以做普通I/O口用（此時為準向口，也可以按每位定義實現(xiàn)第二功能操作）。見表2： 表2 P3口的第二功能表 引腳 第二功能 RXD （串行輸入口） TXD （串行輸出口） INT0（外部中斷0） INT1（外部中斷1） T0（定時器0外部中斷） T1（定時器1外部中斷） WR（外部存儲器寫選通） RD（外部存儲器讀寫通） 溫度采集模塊 方案1： 采用PT100作為測溫電路的溫度傳感器。

39、PT100傳感器是利用鉑電阻的阻值隨溫度變化而變化、并呈一定函數(shù)關(guān)系的特性來進行測溫的，具有抗振動、穩(wěn)定性好、準確度高、耐高壓等優(yōu)點。但使用起來比較復(fù)雜。 方案2： 采用DS18B20作為測溫電路的溫度傳感器。DS18B20的數(shù)字溫度輸出通過 “ 一線 ” 總線（ 1-WIRe是一種獨特的數(shù)字信號總線協(xié)議，它將獨特的電源線和信號線復(fù)合在一起，僅使用一條口線；每個芯片唯一編碼，支持聯(lián)網(wǎng)尋址、零功耗等待等，是所需硬件連線最少的一種總線）這種獨特的方式，可以使多個 DS18B20方便地組建成傳感器網(wǎng)絡(luò)，為整個測量系統(tǒng)的建立和組合提供了更大可能性。它在測溫精度、轉(zhuǎn)換時間、傳輸距離、分辨率等方面比其

40、他溫度傳感器有了很大的進步，給用戶帶來了更方便的使用和更令人滿意的效果。 通過比較，DS18B20直接輸出數(shù)字溫度值，不需要校正，因此選擇方案2。 3 系統(tǒng)的硬件電路 3.1 單片機最小系統(tǒng) 要使單片機工作起來最基本的電路構(gòu)成為單片機最小系統(tǒng)如圖3示： 圖3 信號處理模塊 單片機最小系統(tǒng)包括單片機、復(fù)位電路、時鐘電路構(gòu)成。 STC89C52 單片機的工作電壓范圍：4V-5.5V,所以通常給單片機外界5V直流電源。連接方式為單片機中的40腳Vcc接正極5V，而20腳Vss接電源地端。 復(fù)位電路就是確定單片機的工作起始狀態(tài)，完成單片機的啟動過程。單片機接通電源時產(chǎn)生復(fù)位信

41、號，完成單片機啟動確定單片機起始工作狀態(tài)。當(dāng)單片機系統(tǒng)在運行中，受到外界環(huán)境干擾出現(xiàn)程序跑飛的時候，按下復(fù)位按鈕內(nèi)部的程序自動從頭開始執(zhí)行。一般有上電自動復(fù)位和外部按鍵手動復(fù)位，單片機在時鐘電路工作以后，在RESET端持續(xù)給出2個機器周期的高電平時就可以完成復(fù)位操作。本設(shè)計采用的是外部手動按鍵復(fù)位電路，需要接上上拉電阻來提高輸出高電平的值。 時鐘電路好比單片機的心臟，它控制著單片機的工作節(jié)奏。時鐘電路就是振蕩電路，是向單片機提供一個正弦波信號作為基準，決定單片機的執(zhí)行速度。XTAL1和XTAL2分別為反向放大器的輸入和輸出，該反向放大器可以配置為片內(nèi)振蕩器。如采用外部時鐘源驅(qū)動器件，XTAL

42、2應(yīng)不接。因為一個機器周期含有6個狀態(tài)周期，而每個狀態(tài)周期為2個振蕩周期，所以一個機器周期共有12個振蕩周期，如果外接石英晶體振蕩器的振蕩頻率為12MHZ，一個振蕩周期為1/12us。 3.2 單片機的時鐘電路與復(fù)位電路設(shè)計 本系統(tǒng)采用STC系統(tǒng)列單片機，相比其他系列單片機具有很多優(yōu)點。一般STC單片機資源比其他單片機要多，而且執(zhí)行速度快；STC系列單片機使用串口對單片機進行燒寫,下載程序較為方便；STC89C52單片機內(nèi)部集成了看門狗電路。 本系統(tǒng)采用內(nèi)部方式的時鐘電路和加電自復(fù)位的復(fù)位電路，如下圖4圖5所示： 圖4 時鐘電路 圖5 復(fù)位電路 由于單片機P0口內(nèi)部不含

43、上拉電阻，為高阻態(tài)，不能正常地輸出高/低電平，因而該組I/O口在使用時必須外接上拉電阻。 3.3 煙霧檢測AD采集電路 煙霧檢測采用MQ-2傳感器。經(jīng)過ADC0832采集后就可以得到各種煙霧濃度下的電壓值。從而設(shè)定出理想的煙霧強度報警值。電路如圖6所示： 圖6 煙霧濃度采集電路 3.4 顯示模塊 顯示采用數(shù)碼管顯示，顯示電路如圖7示： 圖7 數(shù)碼管顯示 3.5 聲音報警電路 電路通過三極管基極串連一個電阻與單片機端口連接從而達到控制蜂鳴器是否報警。如圖8示： 圖8 聲音報警電路圖 3.6 按鍵控制電路 本電路設(shè)計了四個按鍵，一個設(shè)置

44、鍵、一個加鍵、一個減鍵、一個緊急報警鍵，當(dāng)遇到緊急情況時，可按下緊急報警鍵，蜂鳴器進行報警。如圖9所示： 圖9 消音按鍵連接電路圖 3.7 電源模塊 由于本系統(tǒng)采用電池供電，我們考慮了如下幾種方案為系統(tǒng)供電。 方案1： 采用5V蓄電池為系統(tǒng)供電。蓄電池具有較強的電流驅(qū)動能力以及穩(wěn)定的電壓輸出性能。但是蓄電池的體積過于龐大，在報警器上使用極為不方便。因此我們放棄了此方案。 方案2： 采用4節(jié)干電池共做電源，經(jīng)過實驗驗證系統(tǒng)工作時，單片機、傳感器的工作電壓穩(wěn)定能夠滿足系統(tǒng)的要求，而且電池更換方便。 方案3： 采用USB方式供電 電源接口電路如圖10，其中P1為電池接口，SW

45、1為電源開關(guān)。 圖10 電源接口電路 3.8 溫度傳感器(DS18B20)電路 3.8.1 DSl8B20簡介 DSl8B20溫度傳感器是美國DALLAS半導(dǎo)體公司繼DSl8B20之后最新推出的智能改進型智能溫度傳感器。與傳統(tǒng)的熱敏電阻相比，他能夠直接讀出被測溫度并且可根據(jù)要求通過簡單的編程實現(xiàn)9～l2位的數(shù)字直讀方式。可以分別存和750ms內(nèi)完成9位和12位的數(shù)字量，并且從DSl8B20讀出的信息或?qū)懭隓Sl8B20的信息僅需要一根口線(單線接口)讀寫，溫度變換功率來源于數(shù)據(jù)總線，總線本身也可以向所掛接DSl8B20供電，而無需額外電源。因而使用DSl8B20可使系統(tǒng)結(jié)構(gòu)更趨簡

46、單，可靠性更高。他在測溫精度，轉(zhuǎn)換時間，傳輸距離，本文系統(tǒng)地介紹了基于DS18B20的溫度測量控制系統(tǒng)的組成、設(shè)計方案、電路原理、程序設(shè)計過程。DS18B20多點溫度測量系統(tǒng)是以AT89C52單片機作為控制核心，智能溫度傳感器DS18B20為控制對象，用數(shù)碼管顯示，運用C語言實現(xiàn)系統(tǒng)的各種功能。設(shè)計完成了冷庫溫度的監(jiān)控和報警等令人滿意的效果。DSl8B20采用3腳PR35封裝或8腳SOIC封裝，其內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖如圖11所示： 圖11 DSl8B20的內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖 DS18B20的內(nèi)部結(jié)構(gòu)主要有四部分組成：64位光刻ROM、溫度傳感器、非揮發(fā)的溫度報警觸發(fā)器TH和TL、配置寄存器。DS18B

47、20的管腳排列如圖12所示： 圖12 DS18B20的管腳 DS18B20的引腳說明如下： GND：地 DQ：數(shù)據(jù)I/O VDD：電源 NC：空腳 64位激光ROM開始8位是產(chǎn)品類型的編號，接著是每個器件的惟一的序號共有48位，最后8位是前56位的CRC校本文系統(tǒng)地介紹了基于DS18B20的多點溫度測量控制系統(tǒng)的組成、設(shè)計方案、電路原理、程序設(shè)計以及系統(tǒng)仿真過程。DS18B20冷庫溫度監(jiān)控報警系統(tǒng)是以AT89C52單片機作為控制核心，智能溫度傳感器DS18B20為控制對象，用數(shù)碼管顯示，運用C語言編程實現(xiàn)系統(tǒng)的各種功能。設(shè)計完成溫度的測量

48、，與上下限溫度報警值設(shè)置。借助單片機編程軟件Keil實現(xiàn)了系統(tǒng)軟、硬件的交互聯(lián)調(diào)，并結(jié)合數(shù)碼管、DS18B20和AT89C52單片機最小系統(tǒng)進行了電路焊接和調(diào)試，實現(xiàn)了課題設(shè)計目的。 DSl8B20溫度傳感器的內(nèi)部存儲器包括一個高速暫存RAM和一個非易失性的電可擦除EEPRAM。后者用于存儲TH，TL值。數(shù)據(jù)先寫入RAM，經(jīng)校驗后再傳給EEPRAM。而配置寄存器為高速暫存器中的第5個字節(jié)，他的內(nèi)容用與確定溫度值的數(shù)字轉(zhuǎn)換分辨率，DSl8B20 工作時按此寄存器中的分辨率將溫度轉(zhuǎn)換為相應(yīng)精度的數(shù)值。低5位一直都是1，TM是測試模式位，用于設(shè)置DSl8B20在工作模式還是在測試模式。如表3所示。

49、在DSl8B20出廠時該位被設(shè)置為0，用戶不要去改動，R1和R1決定溫度轉(zhuǎn)換精度位數(shù)。 表3 字節(jié)各位的定義 TM R1 R1 1 1 1 1 1 由表4可見，設(shè)定的分辨率越高，所需要的溫度數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換時間就越長。因此，在實際應(yīng)用中要在分辨率和轉(zhuǎn)換時間權(quán)衡考慮。高速暫存存儲器除了配置寄存器外，還有其他8個字節(jié)組成，其分配如表5所示。其中溫度信息(第l，2字節(jié))，TH和TL值第3，4節(jié)，第6～8字節(jié)，表現(xiàn)為全邏輯1；第9字節(jié)讀出的是前面所有的8字節(jié)的CRC碼，可用來保證通信正確。 表4 數(shù)據(jù)分辨率和轉(zhuǎn)換時間 R1 R1 分辨率 溫度最大轉(zhuǎn)換時間/ms 0 0

50、9 0 1 10 1 0 11 1 1 12 當(dāng)DSl8B20接收到溫度轉(zhuǎn)換命令后，開始啟動轉(zhuǎn)換，如表5所示。轉(zhuǎn)換完成后的溫度值就以16位帶符號擴展到二進制補碼形式儲存在高速暫存存儲器的第l，2字節(jié)。單片機可通過單線接口讀到該數(shù)據(jù)，讀取時低位在前面，高位在后，數(shù)據(jù)格式以0.0625℃／LSB形式表示。對應(yīng)的溫度計算：當(dāng)符號位S=0時，直接將二進制位轉(zhuǎn)換為十進制；當(dāng)S=1時，先將補碼變換為原碼，再計算十進制值。 表5 碼制轉(zhuǎn)換 溫度低位 溫度高位 TH TL 配置 保留 保留 保留 8位CRC 在DSl8B20完成溫度變換之后，溫

51、度值與貯存TH和TL內(nèi)的觸發(fā)值相比較因為這些寄存器僅僅是8位，所以℃位在比較時被忽略。TH或TL的最高有較位直接對應(yīng)于l6位溫度奇存器的符號位。如果溫度測量的結(jié)果高于TH或低于TL，那么器件內(nèi)告警標(biāo)志將置位。每次溫度測量更新此標(biāo)志。只要告警標(biāo)志置位，DSl8B20將對告警搜索命令做出響應(yīng)。這允許并聯(lián)連接許多DSl8B20，同時進行溫度測量。如果某處溫度超過極限，那么可以識別出正在告警的器件并立即將其讀出而不必讀出非告警的器件。部分溫度轉(zhuǎn)換如表6所示: 3.8.2 DSl8B20具體參數(shù)及工作方式 表6 部分溫度轉(zhuǎn)換值 溫度 輸入（2進制） 輸出（16進制）

52、 +125℃ 0000 0111 1101 0000 07D0H +85℃ 0000 0101 0101 0000 0550H +25.0625℃ 0000 0001 1001 0001 0191H +10.125℃ 0000 0000 1010 0010 00A2H +0.5℃ 0000 0000 0000 1000 0008H 0℃ 0000 0000 0000 0000 0000H -0.5℃ 1111 1111 1111 1000 FFF8H -10.125℃ 1111 1111 0101 1110 FF5EH -25.0625℃ 11

53、11 1111 0101 1110 EE6FH -55℃ 1110 1110 0110 1111 FE90H 　參數(shù)特性： （1）獨特的單線接口只需l個接口引腳即可通信 （2）多點綜合測溫能力使分布式溫度檢測應(yīng)用得以簡化 （3）不需要外部元件 （4）可用數(shù)據(jù)線供電 （5）需備份電源 （6）測量范圍從-55℃至+125℃增量值為℃ （7）以9位數(shù)字值方式讀出溫度 （8）在1秒(典型值)內(nèi)把溫度變換為數(shù)字 （9）用戶可定義的非易失性的溫度告警設(shè)置。 （10）告警搜索命令識別和尋址溫度在編定的極限之外的器件溫度告警情況 （11）應(yīng)用范圍包括恒溫控制工業(yè)系統(tǒng)消費類產(chǎn)

54、品溫度計或任何熱敏系統(tǒng) 極限參數(shù)： （1）任何引腳相對于地的電壓至 （2）運用溫度-55℃至+125℃ （3）貯存溫度-55℃至+125℃ （4）焊接溫度260℃/l0秒 3.8.3 DS18B20接口電路 圖13 溫度傳感器接口電路圖 （1）DS18B20控制方法 DS18B20有六條控制命令： a.溫度轉(zhuǎn)換44H啟動DS18B20進行溫度轉(zhuǎn)換； b.讀暫存器BEH讀暫存器9個字節(jié)內(nèi)容； c.寫暫存器4EH將數(shù)據(jù)寫入暫存器的TH、TL字節(jié)； d.復(fù)制暫存器48H把暫存器的TH、TL字節(jié)寫到E2RAM中； e.重新調(diào)E2RAM B8H 把E2RAM中的TH、

55、TL字節(jié)寫到暫存器TH、TL字節(jié)； 源供電方式 B4H 啟動DS18B20發(fā)送電源供電方式的信號給主CPU。 （2）DS18B20供電方式 DS18B20可以采用兩種方式供電，一種是采用電源供電方式，此時DS18B20的1腳接地，2腳作為信號線，3腳接電源。另一種是寄生電源供電方式，如圖13所示單片機端口接單線總線，為保證在有效的DS18B20時鐘周期內(nèi)提供足夠的電流，可用一個三極管來完成對總線的上拉。本設(shè)計采用電源供電方式，口接單線總線為保證在有效的DS18B20時鐘周期內(nèi)提供足夠的電流，可用一個上拉電阻和STC89C52的來完成對總線的上拉。當(dāng)DS18B20處于寫存儲器操作和溫度A/

56、D變換操作時，總線上必須有強的上拉，上拉開啟時間最大為10μs。采用寄生電源供電方式是VDD和GND端均接地。由于單線制只有一根線，因此發(fā)送接收口必須是三狀態(tài)的。主機控制DS18B20完成溫度轉(zhuǎn)換必須經(jīng)過3個步驟： l 初始化。 l ROM操作指令。 l 存儲器操作指令。 4 系統(tǒng)軟件的設(shè)計 4.1 系統(tǒng)主程序設(shè)計及流程圖 否 是 程序初始化 傳感器預(yù)熱處理 開始 單片機處理，判斷否超過設(shè)定報警值 A/D轉(zhuǎn)換 進入報警子程序 信號采集 主程序流程圖如下圖所示。首先要給傳感器預(yù)熱,因為MQ-2型半導(dǎo)體電阻式煙霧傳感器在不通電存放一段時間后，再次通電

57、時，傳感器不能立即正常采集煙霧信息，需要一段時間預(yù)熱。程序初始化結(jié)束后，系統(tǒng)進入監(jiān)控狀態(tài)。 圖14 主程序流程圖 在整個報警系統(tǒng)工作中，煙霧濃度信息經(jīng)ADC0832轉(zhuǎn)換處理后，由單片機進行分析處理，判斷系統(tǒng)是否啟動報警。主程序還包括LED八段式數(shù)碼管濃度字符顯示功能、手動報警功能、報警濃度設(shè)定功能，中斷子程序等，使報警器功能更加完善，給用戶帶來便利。 5 硬件調(diào)試及調(diào)試中遇到的問題 第一步為目測，單片機應(yīng)用系統(tǒng)電路全部手工焊接在洞洞板上，因此對每一個焊點都要進行仔細的檢查。檢查它是否有虛焊、是否有毛剌等。 第二步為萬用表測試，先用萬用表復(fù)核目測中認為可疑的連線或接點，查

58、看它們的通斷狀態(tài)是否與設(shè)計規(guī)定相符，再檢查各種電源線與地線之間是否有短路現(xiàn)象。 第三步為加電檢查。當(dāng)系統(tǒng)加電時，首先檢查所有插座或器件引腳的電源端是否有符合要求的電壓值，接地端電壓值是否接近零，接固定電平的引腳端是否電平正確。 第四步是聯(lián)機檢查。 在對硬件電路調(diào)試過程中，還遇到了不少問題，第一次把所有的元件都焊上去后，都準備調(diào)試了，才發(fā)現(xiàn)正負極的插針離得太近了，不容易接電源，本不該犯的錯誤，這些都是由于自己的粗心大意造成的，所以說，做任何事情都必需經(jīng)過“三思而后行”，來不得半點的馬虎，否則浪費了時間和精力。 6 電路的調(diào)試 首先燒入顯示程序，看顯示正不正常。在調(diào)試程序時，發(fā)現(xiàn)有的指令

59、用的不正確，導(dǎo)致電路功能不能完全實現(xiàn)，另外軟件程序中的延時有的過長、有的過短。類似的現(xiàn)象還有很多就不一一列舉了。 7 總結(jié)評價 建筑火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)可保障生產(chǎn)與生活的安全，避免火災(zāi)和爆炸事故以及煤氣中毒的發(fā)生，它是防火、防爆和安全生產(chǎn)所必備的儀器，具有廣闊的市場空間與發(fā)展前景。 本論文在對火災(zāi)監(jiān)控，傳感器和報警技術(shù)進行深入研究的基礎(chǔ)上，全面比較國內(nèi)外同類產(chǎn)品的技術(shù)特點，合理地確定系統(tǒng)的設(shè)計方案。并對儀器的整體設(shè)計和各個組成部分進行了詳細的分析和設(shè)計。 本論文設(shè)計的建筑火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)由煙霧信號采集電路與單片機控制電路兩大部分構(gòu)成。根據(jù)設(shè)計要求、使用環(huán)境、成本等因素，選用MQ-2型半導(dǎo)體電阻

60、式煙霧傳感器。該傳感器是對以烷類煙霧為主的多種煙霧有良好敏感特性的廣譜型半導(dǎo)體敏感器件。它的靈敏度適中，具有響應(yīng)與恢復(fù)特性好，長期工作穩(wěn)定性、重現(xiàn)性、不易受環(huán)境影響及抗溫濕度影響等優(yōu)點。 在系統(tǒng)單片機控制電路的設(shè)計上，采用了高性能、高整合度的STC89C52單片機作為核心芯片，充分利用了其高速數(shù)據(jù)處理能力和豐富的片內(nèi)外設(shè)，實現(xiàn)了儀器的小型化和智能化。使儀器具有結(jié)構(gòu)簡單、性能穩(wěn)定、體積小、成本低等優(yōu)點。由于煙霧傳感器需要在加熱狀態(tài)下工作，溫度越高，反應(yīng)越快，響應(yīng)時間和恢復(fù)時間就越快。為提高響應(yīng)時伺，保證傳感器準確地、穩(wěn)定地工作，需要向煙霧傳感器持續(xù)供給5V的加熱電壓。建筑火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)能在較寬

61、的溫度范圍工作，可將煙霧濃度顯示用LED數(shù)碼管顯示。當(dāng)煙霧的濃度達到設(shè)定的濃度時，發(fā)出報警。 通過現(xiàn)場標(biāo)定及測試，分析煙霧濃度信號的實驗數(shù)據(jù)，計算本監(jiān)控系統(tǒng)顯示煙霧濃度與實際濃度之間的誤差為2.55%LEL，在所規(guī)定誤差范圍±5%LEL之內(nèi)，滿足檢測要求，達到了預(yù)期的設(shè)計效果的結(jié)論。 到目前為止我的畢業(yè)設(shè)計也即將告一段落了，在這次的畢業(yè)設(shè)計中，自己也學(xué)習(xí)到了很多以前沒有沒有經(jīng)歷過的知識，讓我更加清楚了理論知識和實踐能力的差別了，了解到自己的短處，培養(yǎng)了我的獨立思考能力，進一步提高了自己在實際設(shè)計過程中研究問題、發(fā)現(xiàn)問題、解決問題的能力，同時，也發(fā)現(xiàn)了自己的不足之處，和一些問題的存在，并有待

62、進一步學(xué)習(xí)和發(fā)展，讓自己在未來的工作和學(xué)習(xí)之中更快的適應(yīng)和提高自己。 參考文獻 [1]李華.MCS一51系列單片機實用接口技術(shù)[M].北京航空航天大學(xué)出版社. [2]張毅坤等.單片微型計算機原理及應(yīng)用[M].西安電子科技大學(xué)出版社.2006. [3]潘新民等.微型計算機控制技術(shù)[M].電子工業(yè)科技大學(xué)出版社.2003. [4]陳偉.MCS一51系列單片機實用子程序集錦[M].清華大學(xué)出版社.1993. [5]吳佑壽. Lab VIEW7實用教程[M].電子工業(yè)出版社.2007. MGS1100原理及應(yīng)用電子技術(shù)[J].1998年第1期. [7]劉迎春.傳感器原理設(shè)計

63、及應(yīng)用[M].哈爾濱工業(yè)大學(xué)出社. [8]趙負圖.數(shù)據(jù)采集與控制系統(tǒng)[M].北京科學(xué)技術(shù)出社.1987. [9]王若鯨.數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)入門[M].人民郵電出版社.1984. [11]劉廣玉.新型傳感器技術(shù)及應(yīng)用[M].北京航空航天大學(xué)出版社.1989. [12]張毅剛.MCS一51單片機應(yīng)用設(shè)計[M].1990. [13]陳偉.MCS一51系列單片機實用子程序集錦[M].清華大學(xué)出版社.1993. [14]何立民.單片機實用文集[M].北京航空航天大學(xué)出版.1993. [15]余成波.傳感器與自動檢測技術(shù)[M].高等教育出版社.2004. 附件A：

64、總體原理圖設(shè)計 附件B：部分程序源代碼 #include #include "eepom52.h" #define uchar unsigned char #define uint unsigned int #include //數(shù)碼管段選定義 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 uchar code smg_du[]={0xc0,0xf9,0xa4,0xb0,0x99,0x92,0x82,0xf8,0x80,0x90

65、, 0x88,0x83,0xc6,0xa1,0x86,0x8e,0xff}; //斷碼 //數(shù)碼管位選定義 uchar code smg_we[]={0x7f,0xbf,0xdf,0xef}; //uchar code smg_we[]={0xfe,0xfd,0xfb,0xf7}; uchar dis_smg[8] = {0xc0,0xf9,0xa4,0xb0,0x99,0x92,0x82,0xf8}; uchar smg_i = 3; //顯示數(shù)碼管的個位數(shù) sbit SCL=P3^4; //SCL定義為P1口的第3位腳，連接ADC0832SC

66、L腳 sbit DO=P3^3; //DO定義為P1口的第4位腳，連接ADC0832DO腳 sbit CS=P3^2; //CS定義為P1口的第4位腳，連接ADC0832CS腳 sbit dq = P3^5; //18b20 IO口的定義 sbit beep = P3^6; //蜂鳴器IO口定義 uint temperature,s_temp ; //溫度的變量 uchar dengji,s_dengji; //煙物等級 uchar shoudong; //手動報警鍵 uint huoyan; bit flag_300ms ; uchar key_can; //按鍵值的變量 uchar menu_1; //菜單設(shè)計的變量 bit flag_lj_en; //按鍵連加使能 bit flag_lj_3_en; //按鍵連3次連加后使能 加的數(shù)就越大了 uchar key_time,flag_value; //用做連加的中間變量 bit key_500ms ; uc