摘要

隨著現(xiàn)代家庭用火、用電量的增加，家庭火災(zāi)發(fā)生的頻率越來越高。火災(zāi)報(bào)警器也隨之被廣泛應(yīng)用于各種場合。

本課題所研究的無線多功能火災(zāi)報(bào)警器采用STC89C51為核心控制器，利用氣體傳感器MQ-2、ADC0832模數(shù)轉(zhuǎn)換器、DS18B20溫度傳感器等實(shí)現(xiàn)基本功能。通過這些傳感器和芯片，當(dāng)環(huán)境中可燃?xì)怏w濃度或溫度等發(fā)生變化時(shí)系統(tǒng)會(huì)發(fā)出相應(yīng)的燈光報(bào)警信號和聲音報(bào)警信號，以此來實(shí)現(xiàn)火災(zāi)報(bào)警，智能化提示。

目錄

1 緒論

1.1 課題的研究背景

火災(zāi)作為一種在時(shí)空上失去控制的燃燒所引發(fā)的災(zāi)害，對人類生命財(cái)產(chǎn)和社會(huì)安全構(gòu)成了極大的威脅。由此引發(fā)的重大安全事故比皆是，所以人類一直也未停止過對它的研究。

火災(zāi)早已成為我國常發(fā)性和破壞性以及影響力最強(qiáng)的災(zāi)害之一。隨著經(jīng)濟(jì)和城市建設(shè)的快速發(fā)展，城市高層、地下建筑以及大型綜合性建筑日益增多，火災(zāi)隱患也大大增加，火災(zāi)發(fā)生的數(shù)量及其造成的損失呈逐年上升趨勢。

  在過去的很長一段時(shí)間，人類不得不進(jìn)行專題研究火災(zāi)過程中爆發(fā)，截至目前，已形成一個(gè)較為成熟的概念。火災(zāi)的發(fā)生和發(fā)展過程是一個(gè)復(fù)雜的物理和化學(xué)過程，但也與環(huán)境很強(qiáng)的相關(guān)性。正常情況下，發(fā)生火警，伴隨著煙霧，溫度，光照，信號產(chǎn)生的過程。產(chǎn)生不同的環(huán)境和不同的火燃燒成分，煙霧粒度組成，溫度分布和光譜的氣體成分是不同的，所以火過程中涉及多個(gè)物理和化學(xué)參數(shù)，特點(diǎn)是強(qiáng)大的，一般的騷亂有著本質(zhì)的不同。基于上述特點(diǎn)，早起的火災(zāi)探測技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生，特別是多的火災(zāi)探測技術(shù)被廣泛采用在火災(zāi)探測領(lǐng)域，如復(fù)合材料的物理參數(shù)復(fù)合煙氣溫度探測器，使用不同的帶光傳感器的復(fù)合雙波段火焰探測器。

    在我國，隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和生活水平的提高，工業(yè)與民用建設(shè)日趨增多，火災(zāi)發(fā)生的可能性也隨之大幅提高。另外，現(xiàn)代建筑物中塑料制品和玻璃的大量應(yīng)用使火場內(nèi)外部的求援行為困難重重。現(xiàn)代建筑，尤其是在大型酒店，賓館，商場，圖書館，博物館，檔案館和辦公樓及其他公共場所，對于火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)也提出了更高的要求。一旦發(fā)生火災(zāi)將很難及時(shí)救助，勢必要給國家和個(gè)人帶來不可估量的損失。

基于上述情況，火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警技術(shù)便應(yīng)運(yùn)而生，火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)是始終警惕火災(zāi)報(bào)警和輸出聯(lián)動(dòng)忠實(shí)的哨兵火災(zāi)信號的有力手段，是一種早期預(yù)警。

1.2 課題的研究目的與意義

目的：隨著現(xiàn)代家庭用火，用電增加，家庭火災(zāi)發(fā)生的頻率越來越高。家庭火災(zāi)，很容易撲滅不及時(shí)，有著缺乏消防設(shè)備和在場的人戰(zhàn)斗驚慌失措逃離緩慢的不利因素，最終導(dǎo)致的生命和財(cái)產(chǎn)的重大損失。消防部門的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)顯示，所有的火災(zāi)比例中，家庭火災(zāi)占全國火災(zāi)的30％。家庭火災(zāi)的原因是多方面的，可能把我們的注意力，也可能隱藏在我們沒有注意到的地方。

綜上所述，許多人因不懂家庭安全常識(shí)引起火災(zāi)事故，使好端端的幸福家庭眼間毀于一旦,有的導(dǎo)致家破人亡,而且一旦發(fā)生居民家庭火災(zāi),處置不當(dāng)、報(bào)警遲緩,是造成人員傷亡的重要因素。所以說,人們應(yīng)該積極了解家庭火災(zāi)的主要起因，還有預(yù)防火災(zāi)的發(fā)生。這就是我們研究聲光報(bào)警器的目的。

意義：在中國的一些大、中型城市，幾乎每一天發(fā)生家庭火災(zāi)，所以每一個(gè)家庭必須始終關(guān)注防火。如果能根據(jù)你家的實(shí)際情況，提前采取簡單的防火措施，有些悲劇是完全可以避免的。聲音和視覺的報(bào)警，對減少火災(zāi)損失具有現(xiàn)實(shí)意義。

一系列悲劇性的損失，由國家從社會(huì)各界意識(shí)到，聲光報(bào)警對火災(zāi)的報(bào)警的必要性。據(jù)調(diào)查，在最近的火災(zāi)大部分的房子里還沒有安裝報(bào)警器。因此聲光報(bào)警，對發(fā)生火災(zāi)預(yù)防具有重要意義。

1.3 火災(zāi)報(bào)警器的發(fā)展與現(xiàn)狀

近年來，無線火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)在國外已被開發(fā)，并走向?qū)嵱谩Ｆ鸪酰瑹o線火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)不僅是價(jià)格貴，還必須連接布線，這是只適合一些特殊的地方，檢測設(shè)備的一部分。今天，幾乎所有的電氣裝置，可以通過無線遙控改變，可廣泛應(yīng)用于各類建筑和場所。美國松柏公司（ITI）成立于1981年，是美國最大的無線報(bào)警系統(tǒng)制造商制造，其產(chǎn)品占90％的無線報(bào)警器在北美市場的年銷售額已接近一億美元。該公司生產(chǎn)的無線火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)還通過了中國的“國家消防電子產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)測試中心”的監(jiān)測，該系統(tǒng)可作為火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)，但也可作為一個(gè)安全的系統(tǒng)，兩者的結(jié)合，是一個(gè)高科技的無線安全系統(tǒng)。

    火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)在中國相對較晚，與發(fā)達(dá)國家相比， 20世紀(jì)70年代末的十年間，中國開始研制生產(chǎn)的火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)。 20世紀(jì)80年代后，國內(nèi)各大廠商也大多是模仿國外產(chǎn)品，或引進(jìn)國外技術(shù)生產(chǎn)的，沒有真正意義上的核心技術(shù)，市場剛剛開始發(fā)展。真正的火災(zāi)報(bào)警產(chǎn)品的發(fā)展也促進(jìn)了市場的成熟，政府逐步開放的大門，在同一時(shí)間，外國公司開始進(jìn)入中國的防火市場，帶來先進(jìn)的技術(shù)在20世紀(jì)90年代。此期間，中國生產(chǎn)的火災(zāi)報(bào)警產(chǎn)品的企業(yè)也得到了快速發(fā)展，在一些企業(yè)中，技術(shù)合作，合資生產(chǎn)，并取得了不菲的成績，但今天在市場上創(chuàng)造了許多強(qiáng)大的企業(yè)，有些技術(shù)已接近或趕上國際標(biāo)準(zhǔn)。

1.4課題的研究內(nèi)容

火災(zāi)報(bào)警器，主要檢測溫度和煙霧，再通過單片機(jī)控制相應(yīng)的報(bào)警和驅(qū)動(dòng)負(fù)載。通過液晶顯示當(dāng)前的煙霧值和溫度值，通過按鍵設(shè)定相應(yīng)的閥值。

該項(xiàng)目主要是為了完成任務(wù)，包括：

⑴硬件部分：包括傳感器的選擇，顯示模塊的選擇，煙霧信號轉(zhuǎn)換電路的設(shè)計(jì)，報(bào)警驅(qū)動(dòng)電路的設(shè)計(jì)。

（2）軟件部分：包括微處理器控制程序的編制和原理圖的繪制。

（3）系統(tǒng)的綜合調(diào)試與分析：在軟硬件完成以后，要對系統(tǒng)進(jìn)行綜合的測試與實(shí)驗(yàn)，分析系統(tǒng)的可靠性與實(shí)用性，調(diào)整系統(tǒng)的不足。

2 火災(zāi)報(bào)警器的總體方案設(shè)計(jì)

本課題主要是實(shí)現(xiàn)煙霧報(bào)警和火災(zāi)發(fā)生時(shí)的報(bào)警及控制，下面分別對系統(tǒng)功能要求、系統(tǒng)技術(shù)要求及系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)方案總體闡述。

2.1系統(tǒng)的功能要求

本系統(tǒng)的研制主要包括以下幾項(xiàng)功能：

(1)火情探測功能：為了提高火災(zāi)報(bào)警的準(zhǔn)確性和及時(shí)性，火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)需要使用各種方法進(jìn)行火災(zāi)探測。在實(shí)際使用中，根據(jù)不同的防火場所，用戶可以選用溫度探測法、可燃?xì)怏w檢測法及煙霧探測法等合適的火災(zāi)探測方法，來有效的探測火災(zāi)；

(2)燈光報(bào)警功能：當(dāng)室內(nèi)煙霧濃度過大、有火情產(chǎn)生、故障等異常情況發(fā)生時(shí)，報(bào)警器要進(jìn)行燈光報(bào)警。當(dāng)煙霧超過最大設(shè)定值時(shí)，可以蜂鳴器報(bào)警。

2.2 系統(tǒng)的技術(shù)要求

在了解這個(gè)系統(tǒng)的工作原理以及功能之后，我們就可以基本確定系統(tǒng)的技術(shù)要求。系統(tǒng)采用的單片機(jī)處理器成本都比較低，可以滿足批量生產(chǎn)和各類工程的需求。對于完整的一個(gè)系統(tǒng)而言，為提高市場的競爭力，這個(gè)系統(tǒng)應(yīng)符合體積小、功耗低、數(shù)傳性能可靠和成本低廉等技術(shù)要求。具體指標(biāo)和參數(shù)如下:

(1)體積小：探測器的體積要盡可能的小，這樣占用的空間才能減少，使用和更換才會(huì)方便；

(2)功耗低：系統(tǒng)可以采用三節(jié)5號干電池供電或5v電源供電。

(3)可靠性高:由于不確定的電磁干擾可能存在在系統(tǒng)工作環(huán)境中，為了保證系統(tǒng)長時(shí)間的可靠工作，以及減少誤報(bào)次數(shù)，所以選擇多指示燈，指示不同的狀態(tài)。

2.3 系統(tǒng)的組成及方案設(shè)計(jì)

本設(shè)計(jì)主要由煙霧探測傳感器電路、單片機(jī)、燈光報(bào)警電路、負(fù)載驅(qū)動(dòng)電路、控制程序和編解碼程序等組成。

系統(tǒng)的組成結(jié)構(gòu)如下：

3 系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)

總體電路

圖3.1

如圖3.1所示，上面的圖為protel99se所畫，下面的圖為proteus仿真所畫。

實(shí)時(shí)顯示當(dāng)前的煙霧值和溫度值，共有2個(gè)報(bào)警值（可以通過按鍵設(shè)定），分別是溫度的上限和煙霧的上限報(bào)警值，當(dāng)煙霧超過的時(shí)候紅燈和蜂鳴器聲光報(bào)警，當(dāng)溫度超過時(shí)候黃燈和蜂鳴器聲光報(bào)警。

3.1 主控電路

STC89C51是一種低功耗、高性能CMOS8位微控制器，具有 8K 在系統(tǒng)可編程Flash 存儲(chǔ)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STC89C51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。 具有以下標(biāo)準(zhǔn)功能： 8k字節(jié)Flash，512字節(jié)RAM， 32位I/O 口線，看門狗定時(shí)器，內(nèi)置4KB EEPROM，MAX810復(fù)位電路，三個(gè)16 位 定時(shí)器/計(jì)數(shù)器，一個(gè)6向量2級中斷結(jié)構(gòu)，全雙工串行口。另外 STC89X51 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。空閑模式下，CPU 停止工作，允許RAM、定時(shí)器/計(jì)數(shù)器、串口、中斷繼續(xù)工作。掉電保護(hù)方式下，RAM內(nèi)容被保存，振蕩器被凍結(jié)，單片機(jī)一切工作停止，直到下一個(gè)中斷或硬件復(fù)位為止。最高運(yùn)作頻率35Mhz，6T/12T可選。STC89C51主要功能如表1所示，其DIP封裝如圖2所示

表1：STC89C51主要功能

STC89C52引腳介紹

① 主電源引腳（2根）

VCC(Pin40)：電源輸入，接＋5V電源

GND(Pin20)：接地線

②外接晶振引腳（2根）

XTAL1(Pin19)：片內(nèi)振蕩電路的輸入端

XTAL2(Pin20)：片內(nèi)振蕩電路的輸出端

③控制引腳（4根）

RST/VPP(Pin9)：復(fù)位引腳，引腳上出現(xiàn)2個(gè)機(jī)器周期的高電平將使單片機(jī)復(fù)位。

ALE/PROG(Pin30)：地址鎖存允許信號

PSEN(Pin29)：外部存儲(chǔ)器讀選通信號

EA/VPP(Pin31)：程序存儲(chǔ)器的內(nèi)外部選通，接低電平從外部程序存儲(chǔ)器讀指令，如果接高電平則從內(nèi)部程序存儲(chǔ)器讀指令。

④可編程輸入/輸出引腳（32根）

STC89C52單片機(jī)有4組8位的可編程I/O口，分別位P0、P1、P2、P3口，每個(gè)口有8位（8根引腳），共32根。

P0口（Pin39～Pin32）：8位雙向I/O口線，名稱為P0.0～P0.7

P1口（Pin1～Pin8）：8位準(zhǔn)雙向I/O口線，名稱為P1.0～P1.7

P2口（Pin21～Pin28）：8位準(zhǔn)雙向I/O口線，名稱為P2.0～P2.7

P3口（Pin10～Pin17）：8位準(zhǔn)雙向I/O口線，名稱為P3.0～P3.7

3.2 煙霧探測電路的設(shè)計(jì)

圖3.7 煙霧探測電路

如圖3.7所示，在這個(gè)電路中，有兩個(gè)部分，主要是煙霧傳感器檢測煙霧，將電壓信號給ADC0832，模數(shù)轉(zhuǎn)換電路將模擬信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號給單片機(jī)，單片機(jī)再讀取相應(yīng)的數(shù)值和處理。

3.2.1 MQ-2介紹

MQ-2型氣體傳感器用于以氫氣為主要成分的城市煤氣、天然氣、液化石油的測量，而且它抗干擾能力強(qiáng)，水蒸氣、煙等干擾氣體對它的影響小。

MQ-2型氣敏元件具有以下特點(diǎn)：

(1) 采用燒結(jié)半導(dǎo)體所形成的敏感燒結(jié)體，具有穩(wěn)定的R (即器件在純潔空氣中的阻抗)阻值，從而保證了長期工作的穩(wěn)定性。

(2) 單電源供電，其功耗僅0.7W左右。

(3) 對所測試的氣體有極高的靈敏度和信噪比。

MQ-2型氣敏元件有兩種型號。MQ-2A型適用于天然氣、城市煤氣、石油液化氣、丙丁烷及氫氣等;MQ-2型適用于煙霧等減光型有害氣體。

器件的靈敏度：S=Ro/Rx為10~30。常見為QM系列的S值僅8左右。Rx為器件在丁烷濃度為0.2%時(shí)的阻抗。

電路如右圖所示：

器件的主要參數(shù)如下:

響應(yīng)時(shí)間：Tr≤10s

恢復(fù)時(shí)間：Tn≤60s

加熱電壓：V﹢=5+0.2V

加熱功率：:約0.7W

抗干擾能力：丁烷濃度在0.2%時(shí)在濕度小于85%RH，在-10℃~+40℃溫度下不會(huì)引起誤報(bào)。                                                                           

工作環(huán)境：溫度-10℃~+50℃     濕度≤85%RH

下圖是元件外形結(jié)構(gòu)圖，基座采用耐高溫酚醛塑料壓制，引腳為鍍鎳銅絲，上罩采用雙層密紋不銹鋼網(wǎng)壓制，有較高的強(qiáng)度和防爆能力。

MQK-2型元件外形結(jié)構(gòu)圖

MQ-2氣敏元件的結(jié)構(gòu)和外形如上圖所示, 由微型AL2O3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(gè)用于信號取出，２個(gè)用于提供加熱電流。

上圖是MQ-2型元件典型氣體濃度測試特性曲線，在丁烷濃度0.6%以下有極高的靈敏度。

上圖是MQ-2型元件通電時(shí)間特性曲線。可看出，通電后60~90s，元件即進(jìn)入穩(wěn)定待測工作狀態(tài)。

MQ-2的特點(diǎn)和工作參數(shù)如下：

特點(diǎn)：

⑴ 廣泛的探測范圍               

⑵ 高靈敏度／快速響應(yīng)恢復(fù)

⑶ 優(yōu)異的穩(wěn)定性／長壽命         

⑷ 簡單的驅(qū)動(dòng)電路

3.2.2 ADC0832介紹

ADC0832 是美國國家半導(dǎo)體公司生產(chǎn)的一種8 位分辨率、雙通道A/D轉(zhuǎn)換芯片。由于它體積小，兼容性，性價(jià)比高而深受單片機(jī)愛好者及企業(yè)歡迎，其目前已經(jīng)有很高的普及率。學(xué)習(xí)并使用ADC0832 可是使我們了解A/D轉(zhuǎn)換器的原理，有助于我們單片機(jī)技術(shù)水平的提高。

分辨率8位

A/D轉(zhuǎn)換器逐次逼近式

A/D轉(zhuǎn)換雙通道

· 輸入輸出電平與TTL/CMOS相兼容；

· 5V電源供電時(shí)輸入電壓在0~5V之間；

· 工作頻率為250KHZ，轉(zhuǎn)換時(shí)間為32μS；

· 一般功耗僅為15mW；

· 8P、14P—DIP（雙列直插）、PICC 多種封裝；

· 商用級芯片溫寬為0°C to +70°C，工業(yè)級芯片溫寬為−40°C to +85°C；

芯片接口說明：

· CS_片選使能，低電平芯片使能。

· CH0 模擬輸入通道0，或作為IN+/-使用。

· CH1 模擬輸入通道1，或作為IN+/-使用。

· GND 芯片參考0 電位（地）。

· DI 數(shù)據(jù)信號輸入，選擇通道控制。

· DO 數(shù)據(jù)信號輸出，轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)輸出。

· CLK 芯片時(shí)鐘輸入。

· Vcc/REF 電源輸入及參考電壓輸入（復(fù)用）。

ADC0832 為8位分辨率A/D轉(zhuǎn)換芯片，其最高分辨可達(dá)256級，可以適應(yīng)一般的模擬量轉(zhuǎn)換要求。其內(nèi)部電源輸入與參考電壓的復(fù)用，使得芯片的模擬電壓輸入在0~5V之間。芯片轉(zhuǎn)換時(shí)間僅為32μS，據(jù)有雙數(shù)據(jù)輸出可作為數(shù)據(jù)校驗(yàn)，以減少數(shù)據(jù)誤差，轉(zhuǎn)換速度快且穩(wěn)定性能強(qiáng)。獨(dú)立的芯片使能輸入，使多器件掛接和處理器控制變的更加方便。通過DI 數(shù)據(jù)輸入端，可以輕易的實(shí)現(xiàn)通道功能的選擇。

3.3 液晶顯示電路設(shè)計(jì)

圖3.8 液晶顯示電路設(shè)計(jì)

液晶顯示的原理是利用液晶的物理特性， 通過電壓對其顯示區(qū)域進(jìn)行控制，有電就有顯示，這樣即可以顯示出圖形。液晶顯示器具有厚度薄、適用于大規(guī)模集成電路直接驅(qū)動(dòng)、易于實(shí)現(xiàn)全彩色顯示的特點(diǎn)，目前已經(jīng)被廣泛應(yīng)用在便攜式電腦、數(shù)字?jǐn)z像機(jī)、PDA移動(dòng)通信工具等眾多領(lǐng)域。

3.4 聲光報(bào)警提示電路

3.4.1 燈光提示電路

圖3.9燈光提示電路

3.4.2 聲音報(bào)警電路

圖3.10聲音報(bào)警電路

3.5 溫度采集電路

圖3.11溫度采集電路

3.5.1 DS18B20概述

在現(xiàn)代檢測技術(shù)中，傳感器占據(jù)著不可動(dòng)搖的重要位置。主機(jī)對數(shù)據(jù)的處理能力已經(jīng)相當(dāng)?shù)膹?qiáng)，但是對現(xiàn)實(shí)世界中的模擬量卻無能為力。如果沒有各種精確可靠的傳感器對非電量和模擬信號進(jìn)行檢測并提供可靠的數(shù)據(jù)，那計(jì)算機(jī)也無法發(fā)揮他應(yīng)有的作用。傳感器把非電量轉(zhuǎn)換為電量，經(jīng)過放大處理后，轉(zhuǎn)換為數(shù)字量輸入計(jì)算機(jī)，由計(jì)算機(jī)對信號進(jìn)行分析處理。從而傳感器技術(shù)與計(jì)算機(jī)技術(shù)結(jié)合起來，對自動(dòng)化和信息化起重要作用。

采用各種傳感器和微處理技術(shù)可以對各種工業(yè)參數(shù)及工業(yè)產(chǎn)品進(jìn)行測控及檢驗(yàn)，準(zhǔn)確測量產(chǎn)品性能，及時(shí)發(fā)現(xiàn)隱患。為提高產(chǎn)品質(zhì)量、改進(jìn)產(chǎn)品性能，防止事故發(fā)生提供必要的信息和更可靠的數(shù)據(jù)。由于系統(tǒng)的工作環(huán)境比較惡劣，且對測量要求比較高，所以選擇合適的傳感器很重要。目前，國際上新型溫度傳感器正從模擬式向數(shù)字式、從集成化向智能化和網(wǎng)絡(luò)化的方向飛速發(fā)展。智能溫度傳感器DS18B20正是朝著高精度、多功能、總線標(biāo)準(zhǔn)化、高可靠性及安全性、開發(fā)虛擬傳感器和網(wǎng)絡(luò)傳感器、研制單片測溫系統(tǒng)等高科技的方向迅速發(fā)展。因此，智能溫度傳感器DS18B20作為溫度測量裝置已廣泛應(yīng)用于人民的日常生活和工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中。

美國DALLAS公司生產(chǎn)的 DS18B20可組網(wǎng)數(shù)字溫度傳感器芯片外加不銹鋼保護(hù)管封裝而成，具有耐磨耐碰，體積小，使用方便，封裝形式多樣，適用于各種狹小空間設(shè)備數(shù)字測溫和控制領(lǐng)域。有獨(dú)特的單線接口方式，DS1820在與微處理器連接時(shí)僅需要一條口線即可實(shí)現(xiàn)微處理器與DS1820的雙向通訊；其測溫范圍 －55℃～＋125℃，固有測溫分辨率0.5℃；支持多點(diǎn)組網(wǎng)功能；多個(gè)DS1820可以并聯(lián)在唯一的三線上，實(shí)現(xiàn)多點(diǎn)測溫；工作電源為3~5V/DC；在使用中不需要任何外圍元件。

DS18B20的性能特點(diǎn)如下：

（1） 采用DALLAS公司獨(dú)特的單線接口方式：DS18B20與微處理器連接時(shí)僅需要一條口線即可實(shí)現(xiàn)微處理器與DS18B20的雙向通訊；

（2）在使用中不需要任何外圍元件；

（3）可用數(shù)據(jù)線供電，供電電壓范圍：+3.0V～+5.5V；

（4）測溫范圍：-55～+125℃。固有測溫分辨率為0.5℃。當(dāng)在-10℃～+85℃范圍內(nèi)，可確保測量誤差不超過0.5℃，在-55～+125℃范圍內(nèi)，測量誤差也不超過2℃；

（5）通過編程可實(shí)現(xiàn)9～12位的數(shù)字讀數(shù)方式；

（6）用戶可自設(shè)定非易失性的報(bào)警上下限值；

（7）支持多點(diǎn)的組網(wǎng)功能，多個(gè)DS18B20可以并聯(lián)在唯一的三線上，實(shí)現(xiàn)多點(diǎn)測溫

（8）負(fù)壓特性，即具有電源反接保護(hù)電路。當(dāng)電源電壓的極性反接時(shí)，能保護(hù)DS18B20不會(huì)因發(fā)熱而燒毀，但此時(shí)芯片無法正常工作；

（9）DS18B20的轉(zhuǎn)換速率比較高，進(jìn)行9位的溫度值轉(zhuǎn)換只需93.75ms；

（10）適配各種單片機(jī)或系統(tǒng)；

（11）內(nèi)含64位激光修正的只讀存儲(chǔ)ROM，扣除8位產(chǎn)品系列號和8位循環(huán)冗余校驗(yàn)碼(CRC)之后，產(chǎn)品序號占48位。出廠前產(chǎn)品序號存入其ROM中。在構(gòu)成大型溫控系統(tǒng)時(shí)，允許在單線總線上掛接多片DS18B20。

3.5.2 DS18B20引腳介紹

圖3.12 DS18B20引腳

各引腳功能為：I/O為數(shù)據(jù)輸入/輸出端（即單線總線），它屬于漏極開路輸出，外接上拉電阻后，常態(tài)下呈高電平。UDD是可供選用的外部電源端，不用時(shí)接地，GND為地，NC空腳。

3.5.3 DS18B20的內(nèi)部結(jié)構(gòu)

DS18B20的內(nèi)部結(jié)構(gòu)主要包括7部分:寄生電源、溫度傳感器、64位激光（loser）ROM與單線接口、高速暫存器（即便筏式RAM，用于存放中間數(shù)據(jù)）、TH觸發(fā)寄存器和TL觸發(fā)寄存器，分別用來存儲(chǔ)用戶設(shè)定的溫度上下限值、存儲(chǔ)和控制邏輯、位循環(huán)冗余校驗(yàn)碼（CRC）發(fā)生器。

圖3.13 DS18B20內(nèi)部結(jié)構(gòu)

3.5.4 DS18B20的程序流程圖

圖3.14 18B20程序流程圖

本設(shè)計(jì)采用按鍵接低的方式來讀取按鍵，單片機(jī)初始時(shí)，因?yàn)闉楦唠娖剑��?dāng)按鍵按下的時(shí)候，會(huì)給單片機(jī)一個(gè)低電平，單片機(jī)對信號進(jìn)行處理

單片機(jī)鍵盤有獨(dú)立鍵盤和矩陣式鍵盤兩種：獨(dú)立鍵盤每一個(gè)I/O 口上只接一個(gè)按鍵，按鍵的另一端接電源或接地（一般接地），這種接法程序比較簡單且系統(tǒng)更加穩(wěn)定；而矩陣式鍵盤式接法程序比較復(fù)雜，但是占用的I/O少。根據(jù)本設(shè)計(jì)的需要這里選用了獨(dú)立式鍵盤接法。

獨(dú)立式鍵盤的實(shí)現(xiàn)方法是利用單片機(jī)I/O口讀取口的電平高低來判斷是否有鍵按下。將常開按鍵的一端接地，另一端接一個(gè)I/O 口，程序開始時(shí)將此I/O口置于高電平，平時(shí)無鍵按下時(shí)I/O口保護(hù)高電平。當(dāng)有鍵按下時(shí)，此I/O 口與地短路迫使I/O 口為低電平。按鍵釋放后，單片機(jī)內(nèi)部的上拉電阻使I/O口仍然保持高電平。我們所要做的就是在程序中查尋此I/O口的電平狀態(tài)就可以了解我們是否有按鍵動(dòng)作了。

在用單片機(jī)對鍵盤處理的時(shí)候涉及到了一個(gè)重要的過程，那就是鍵盤的去抖動(dòng)。這里說的抖動(dòng)是機(jī)械的抖動(dòng)，是當(dāng)鍵盤在未按到按下的臨界區(qū)產(chǎn)生的電平不穩(wěn)定正常現(xiàn)象，并不是我們在按鍵時(shí)通過注意可以避免的。這種抖動(dòng)一般10~200毫秒之間，這種不穩(wěn)定電平的抖動(dòng)時(shí)間對于人來說太快了，而對于時(shí)鐘是微秒的單片機(jī)而言則是慢長的。硬件去抖動(dòng)就是用部分電路對抖動(dòng)部分加之處理，軟件去抖動(dòng)不是去掉抖動(dòng)，而是避抖動(dòng)部分的時(shí)間，等鍵盤穩(wěn)定了再對其處理。所以這里選擇了軟件去抖動(dòng)，實(shí)現(xiàn)法是先查尋按鍵當(dāng)有低電平出現(xiàn)時(shí)立即延時(shí)10~200毫秒以避開抖動(dòng)（經(jīng)典值為20毫秒），延時(shí)結(jié)束后再讀一次I/O 口的值，這一次的值如果為1 表示低電平的時(shí)間不到10~200 毫秒，視為干擾信號。當(dāng)讀出的值是0時(shí)則表示有按鍵按下，調(diào)用相應(yīng)的處理程序。硬件電路如圖3.12所示：

圖3.15 按鍵電路

4 系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)

4.1 軟件介紹

Keil C51是美國Keil Software公司出品的51系列兼容單片機(jī)C語言軟件開發(fā)系統(tǒng)，與匯編相比，C語言在功能上、結(jié)構(gòu)性、可讀性、可維護(hù)性上有明顯的優(yōu)勢，因而易學(xué)易用。用過匯編語言后再使用C來開發(fā)，體會(huì)更加深刻。   Keil C51軟件提供豐富的庫函數(shù)和功能強(qiáng)大的集成開發(fā)調(diào)試工具，全Windows界面。另外重要的一點(diǎn)，只要看一下編譯后生成的匯編代碼，就能體會(huì)到Keil C51生成的目標(biāo)代碼效率非常之高，多數(shù)語句生成的匯編代碼很緊湊，容易理解。在開發(fā)大型軟件時(shí)更能體現(xiàn)高級語言的優(yōu)勢。下面詳細(xì)介紹Keil C51開發(fā)系統(tǒng)各部分功能和使用。Keil_c軟件界面如圖

Protel99SE是PORTEL公司在80年代末推出的EDA軟件。Protel99SE是應(yīng)用于Windows9X/2000/NT操作系統(tǒng)下的EDA設(shè)計(jì)軟件，采用設(shè)計(jì)庫管理模式，可以網(wǎng)設(shè)計(jì)，具有很強(qiáng)的數(shù)據(jù)交換能力和開放性及3D模擬功能，是一個(gè)32位的設(shè)計(jì)軟件，可以完成電路原理圖設(shè)計(jì)，印制電路板設(shè)計(jì)和可編程邏輯器件設(shè)計(jì)等工作，可以設(shè)計(jì)32個(gè)信號層，16個(gè)電源--地層和16個(gè)機(jī)加工層。

Protel99SE軟件的特點(diǎn)：

• 可生成30多種格式的電氣連接網(wǎng)絡(luò)表；
• 強(qiáng)大的全局編輯功能；
• 在原理圖中選擇一級器件，PCB中同樣的器件也將被選中；
• 同時(shí)運(yùn)行原理圖和PCB，在打開的原理圖和PCB圖間允許雙向交叉查找元器件、引腳、網(wǎng)絡(luò)
• 既可以進(jìn)行正向注釋元器件標(biāo)號（由原理圖到PCB），也可以進(jìn)行反向注釋（由PCB到原理圖），以保持電氣原理圖和PCB在設(shè)計(jì)上的一致性；
• 滿足國際化設(shè)計(jì)要求（包括國標(biāo)標(biāo)題欄輸出，GB4728國標(biāo)庫）； * 方便易用的數(shù)模混合仿真（兼容SPICE 3f5）；
• 支持用CUPL語言和原理圖設(shè)計(jì)PLD，生成標(biāo)準(zhǔn)的JED下載文件； * PCB可設(shè)計(jì)32個(gè)信號層，16個(gè)電源-地層和16個(gè)機(jī)加工層；
• 強(qiáng)大的“規(guī)則驅(qū)動(dòng)”設(shè)計(jì)環(huán)境，符合在線的和批處理的設(shè)計(jì)規(guī)則檢查；
• 智能覆銅功能，覆鈾可以自動(dòng)重鋪；
• 提供大量的工業(yè)化標(biāo)準(zhǔn)電路板做為設(shè)計(jì)模版；
  

Protel99SE的工作界面是一種標(biāo)準(zhǔn)的Windows界面，如圖所示，包括：標(biāo)題欄、主菜單、標(biāo)準(zhǔn)工具欄、繪圖工具欄、狀態(tài)欄、對象選擇按鈕、預(yù)覽對象方位控制按鈕、仿真進(jìn)程控制按鈕、預(yù)覽窗口、對象選擇器窗口、圖形編輯窗口。

4.2 系統(tǒng)程序流程圖

5.1 調(diào)試

調(diào)試過程中首先要檢測的就是硬件電路的設(shè)計(jì)原理是否正確、能否達(dá)到預(yù)期效果以及實(shí)現(xiàn)方法是否簡便等等；其次在焊接好難有線電路之后，認(rèn)真檢查電路的焊接情況。這次采用的是分塊調(diào)試的方法，煙霧探測電路，控制電路以及單片機(jī)控制電路進(jìn)行調(diào)試。在對每個(gè)模塊的進(jìn)行調(diào)試過程中又采用了由局部到整體，由簡單到復(fù)雜的調(diào)試方法，最后再將各個(gè)模塊總和成一個(gè)整體。

在調(diào)試過程中遇到的問題有：

•                 由于在焊電路之前沒有認(rèn)真的查看STC89C51的管腳，使得管腳的順序全部焊錯(cuò)了，最后只好重新買器件重焊；
•                 煙霧值一直顯示很高，經(jīng)過查閱資料和換元件測試發(fā)現(xiàn)，煙霧傳感器初次使用得通電幾小時(shí)以上才可以正常使用，要做老化試驗(yàn)。
•                 在解碼程序的編寫過程中，隨著理解的深入也作了相應(yīng)的修改。
  

5.2 結(jié)論

火災(zāi)為一種由于燃燒失去控制所引發(fā)的災(zāi)害，對人類的生命財(cái)產(chǎn)和社會(huì)安全穩(wěn)定構(gòu)成了極大的威脅。由此引發(fā)的重大安全事故比比皆是，所以人類一直也未停止過對火災(zāi)的研究。

本文在參考了國內(nèi)外大量資料的基礎(chǔ)上，針對傳統(tǒng)的一系列火災(zāi)報(bào)警探測器存在的問題，合理地提出了火災(zāi)報(bào)警器的設(shè)計(jì)方法。極大地提高了產(chǎn)品的實(shí)用性和市場競爭力。

本課題中設(shè)計(jì)的火災(zāi)報(bào)警探測器由傳感器電路與無線通信電路兩大部分構(gòu)成。控制處理器是以管腳資源豐富的STC89C51為核心，實(shí)現(xiàn)對探測器寫入信號和對信號進(jìn)行編譯等人機(jī)交互功能。應(yīng)用程序以C語言編寫，充分利用芯片的內(nèi)部資源，提高了代碼執(zhí)行效率，減小了代碼的容量。由于該探測器具有體積小、功耗低、安裝調(diào)試簡單、可靠性高等優(yōu)點(diǎn)，因此，該火災(zāi)探測器有著良好的市場前景。

但是，由于本人在各方面的知識(shí)不夠全面，再加上時(shí)間緊迫以及實(shí)驗(yàn)條件的限制，該報(bào)警器還有較多需要提高的地方。比如：添加感應(yīng)溫度的傳感器，通過多方面判斷火災(zāi)。

致謝

這次畢業(yè)設(shè)計(jì)得到了很多人的幫助，其中**老師對我的關(guān)心和支持尤為重要，每次遇到難題，我首先想到的就是向金老師尋求幫助。另外，他嚴(yán)謹(jǐn)?shù)淖黠L(fēng)使我的論文即使在謹(jǐn)小細(xì)微處也給予了糾正，讓我的論文無論是結(jié)構(gòu)還是內(nèi)容變得更加公整、緊湊，感謝金老師對我的悉心指導(dǎo)。

感謝校方給予我這樣一次機(jī)會(huì)，能夠獨(dú)立地完成這樣一個(gè)設(shè)計(jì)，作為檢驗(yàn)這些年來學(xué)習(xí)的成果,在這個(gè)過程當(dāng)中，學(xué)校給予我們各種方便，使我們在即將離校的最后一段時(shí)間里，能夠更多學(xué)習(xí)一些實(shí)踐應(yīng)用知識(shí)，增強(qiáng)了我們實(shí)踐操作和動(dòng)手應(yīng)用能力，提高了獨(dú)立思考的能力。再一次對我的母校表示感謝。

感謝在整個(gè)畢業(yè)設(shè)計(jì)期間和我密切合作的同學(xué)，和曾經(jīng)在各個(gè)方面給予過我?guī)椭�的伙伴們，正是因�(yàn)橛辛四銈兊膸椭�，才讓我不僅學(xué)到了本次課題所涉及的新知識(shí)，更讓我感覺到了知識(shí)以外的東西，那就是團(tuán)結(jié)的力量。

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