毕业设计论文-基于at89s51单片机的火灾检测报警系统的设计

毕业设计论文-基于at89s51单片机的火灾检测报警系统的设计内容摘要：

警区域系统。 （ 2）工作原理 MC14468 为双列直插式（ DIP） 16 脚封装，其引脚如图 34 所示。 图 34 MC14468 封装图 由图可以看出它具有直接同离子室中的各极相连的引脚（引脚 1 1 16）和发光二极管驱动输出引脚（引脚 5）等。 进烟孔 B A C 盐城工学院本科生毕业设计说明书（ 2020） 7 MC14468 的内部结构框图如 图 35 所示。 低电压设置 信号输出 灵敏度设置 检测输出 LED 驱动 B 极 S 极 输入输出 反馈输入 信号输入 保护上限 保护下限 晶振电容 定时电阻 振荡 定时器 报警逻辑 内部电源 图 35 MC14468 内部结构 内含有振荡器、定时器、锁存器、报警控制逻辑电路，和高输入阻抗的比较器、电阻网络等。 没有检测到烟雾时， MC14468 内部振荡周期为。 每个 周期内，内部的电源都提供给整个芯片工作。 除了 LED 闪亮、电池欠压告警和有烟雾报警期间，它都不停的检测有无烟雾，每 24 个周期检测一次电压是否正常，它是通过与比较器中的一个齐纳稳压二极管相比较而得出，应为整个探测装置对功耗的要求比较高，所以经 12 脚接的振荡 电容应该选低泄露的电容，以提高电池寿命。 当 MC14468 检测到有烟雾时，振荡器的振荡周期变为 40ms，压电蜂鸣器振荡驱动电路启动，启动使能输出为维持高电平 160ms 后，停止 80ms。 在停止期间，继续检测烟雾的变化，这时如果没有检测到烟雾，则禁止蜂鸣器振荡电路振荡，将不发出报警声。 在烟雾报警过程中，将禁止电池欠压报警，同时 LED 发光二极管指示等闪亮，频率约为 1Hz。 检测输入端的邻近脚均设置有隔离保护，这三个脚的输入端电压必须在 100mV以内，为维持其泄露电流最小化，提高其测量精度， 15 脚检测输入端内部设置 有保护二极管，防止静电干扰等引起场效应管损坏。 烟雾探测的灵敏度和电池欠压告警值可以通过外接电阻来设置，它们共用一个电阻分压网络，通过 3 脚将一电阻接到 VDD，可设置电池欠压告警电压值，通过 13火灾检测报警系统的设计 8 脚将一电阻接至 VSS可设置灵敏度级别；灵敏度级别的设置也可以通过改变离子室的结构或离子源的强度。 离子感烟探测器电路设计 （ 1）电路组成及工作原理 当 UD02 检测到烟雾颗粒时，其收集电极 C 产生的检测信号送到 MC14468 内部电路处理后，由 11 脚输出报警信号，它能驱动其外围连接的压电陶瓷蜂鸣器或压电 式扬声器发出报警声，与此同时，还驱动发光二极管（ LED）以 1Hz 的频率闪烁发光，利用声光报警达到烟雾报警的最佳效果。 MC14468 的 1 脚（检测输出端）直接联接单片机的 INT0 如图 36，当检测到烟雾时，其输出的高电平通过 INT0 控制单片 机内部定时器 T0 工作，定时 50 ms，T0 溢出中断，进入中断服务程序。 在检测到烟雾时， MC14468 自身的 100 mV 的滞后电压会防止其他外界因素（如飞虫）造成的误报警，加以单片机产生 50 ms 的延时，更能提高系统的可靠性。 每次 T0 记时开始时，要由软件重新置初值，从而不会由 于 50 ms 期间 MC14468 管脚 1 上的信号消失或变低而导致下次运行出错。 图 36 离子感烟探测电路 （ 2）各元器件的作用及参数的确定 电路中的按钮 SB 用来检查报警功能是否正常。 当按下 SB 时， 9V电源经 RR5分压后变成 由 UD02 的 A 电极输入传感器，模拟有烟雾时的状态，使收集电极 C 的输出电压降低。 只要在此状态下报警电路会发出报警声，就表明电路正常工作。 限流电阻 R1 = （ 9V2V） / 20 mA =350 Ω （这里黄色发光二极管的工作电压为 2V，工作电流为 20mA）。 RT 和 CT 分别为振荡电阻和振荡电容。 盐城工学院本科生毕业设计说明书（ 2020） 9 蜂鸣器驱动电路经外接的 C R R2 形成调制的变频输出，从而推动蜂鸣器发出报警。 4 用户端自动报警器设计 用户端自动报警器总体设计 用户端自动报警器是系统的又一设计重点，自动报警器组成框图如图 41 所示。 系统微处理器采用美国 ATMEL 公司生产的 AT89S51 单片机， AT89S51 采用CMOS 工艺，是一种低功耗、高性能的，与 INTEL 8051 系列单片机完全兼容的 8位微控制器，而且内部集成看门狗定时 器不再像 8051 那样需要外接看门狗芯片，节省了硬件资源。 AT89S51 内部具有 4K 字节的 Flash(闪速 )存储器，可反复擦写，在设计程序时可反复修改原程序、编译、并烧写到单片机，适合单片机最小系统的开发与研制。 图 41 用户端自动报警器组成框图 电路原理图见附录。 声光报警电路 电路如图 42（ a）和（ b）所示。 当用户端系统确认有火灾发生时， 和 输出低电平，使得 PNP 三极管导通。 由图 42（ a）可知当三极管 Q1 导通时红色的 LED 发光，由图 42（ b）可知当三级管 Q4 导通时蜂鸣器发声。 限流电阻 R11=(5V2V)/20mA=150Ω （这里红色发光二极管的工作电压为 2V，工作电流为 20mA）。 电阻 R8 和 R15 取值较大，防止三极管击穿时反向电流过大，破坏单片机芯片。 用户端自动报警器CPU AT89S51 神经网络智能处理 温度探测器 离子感烟火灾探测器 输入 /输出控制电路 通讯模块 紧急呼叫按钮 报警蜂鸣器 LED 指示灯 火灾检测报警系统的设计 10 图 42（ a）发光报警电路 （ b）声音报警电路 用户端自动报警器软件编制 用户端软件部分采用模块化设 计，分为主控模块，探测模块，报警模块，通讯模块。 在 Keil uVision2 的环境里，应用 C 语言编写。 完整程序见附录 1。 主程序流程图见图 43。 图 43 主程序流程图 程序初始化后，即对温度、烟雾及紧急按钮进行监控。 当紧急报警按钮按下时Y Y Y N N N 开 始 初始化 INT0 中断，重新置T0 初值 返 回 启动报警机制 INT1 是否中断。 温 度 是否超限。 T0 是否溢 出 中断。 返 回 盐城工学院本科生毕业设计说明书（ 2020） 11 INT1 中断启动报警机制； DS18B20 的输出端接至单片机 口，当单片机检测到温度超过预设的温限时，启动报警机制； MC14468 的 1 脚（检测输出端）直接联接单片机的 INT0，当检测到烟雾时，其输出的高电平通过 INT0 控制单片 机内部定时器 T0 工作，定时 50 ms， T0 溢出中断，进入中断服务程序，启动报警机制。 启动报警机制后，红色的 LED 闪烁、蜂鸣器鸣叫，并且同时通过串口发送灾情数据由 nRF401 发射到控制监控中心。 探测模块程序设计 void int1_buttom() interrupt 2 //外部中断 1，用户端紧急按钮按下 { warning()。 //启动报警 } void timer0_ISR() interrupt 1 //定时器 0 溢出中断，检测到烟雾 { TH0 = 0x3C。 //为 T0 填入初值，定时时间为 50ms TL0 = 0xB0。 warning()。 } void int0_ISR() interrupt 0 //外部中断 0，烟雾消失。 { TH0 = 0x3C。 //为 T0 填入初值，定时时间为 50ms TL0 = 0xB0。 } void read_ temperature() //读取温度 { } 报警模块程序设计 sbit LED_RED =P2^0。 // 定义 口，红色 led sbit Beef =P2^3。 // 定义 ，蜂鸣器 void warning() { LED_RED =0。 // 点亮 LED Beef=0； // 蜂鸣器鸣叫 transmint_data()。 // 发送数据给控制中心 } 火灾检测报警系统的设计 12 控制模块程序设计 void main() { timer0_init()。 // 定时器 0 初始化 serial_init()。 // 串口初始化 while(1) // 反复检测 { read_temperature()。 //读取温度 if(sdata50)warning()。 //超限报警 } 5 管理监控中心中央控制器设计 小区管理监控中心中央控制器是系统中至关重要的一部分，它是主控计算机与用户端自动报 警器之间的桥梁、纽带，负责主控计算机与自动报警器之间的指令、数据的存储和传输，可以连接多个用户端自动报警器。 住宅小区中住户的数目成百上千，每户都安装有一个用户端自动报警器，由于通讯距离、速度和质量的限制，不可能每一个自动报警器都和主控计算机之间直接进行指令和数据的通讯，所以采用中央控制器作为中间桥梁，可以对自动报警器不间断查询，同时将自动报警器报警信息等数据事先存在中央控制器，等待主控计算机查询。 中央控制器实现的主要功能是：当用户端探测器监测到警情时，通过住宅内的自动报警器传输至住宅小区管理监控中心的中央 控制器，并向相关部门 (管理中心或户主 )发出报警信号。 主控计算机将中央控制器接收到的报警信息准确显示，如警情发生的住户名称、地址等，提示保安人员迅速确认警情，及时赶赴现场，以确保住户人身和财产安全。 中央控制器硬件总体设计 系统中的中央控制器作为主控计算机和自动报警器之间的桥梁，是数据的中间存储站，组成框图如图 51 所示，它包括上位机连接模块、通讯模块、 LED 数码显示模块、高响度喇叭和水泵联动模块。 系统微处理器采用 Winbond公司推出的一个快速 8051 兼容微控制器 W77E58，它的内核经过重新设 计，提高了时钟速度和存储器访问周期速度。 经过这种改进以后，在相同的时钟频率下，它的指令执行速度比标准 8051 要快许多。 一般来说，按照指令的类型， W77E58 的指令执行速度是标准 8051 的 ~3 倍。 整体来看，W77E58 的速度比标准的 8051 快 倍。 在相同的吞吐量及低频时钟情况下，电源消耗也降低。 由于采用全静态 CMOS 设计， W77E58 能够在低时钟频率下运行。 工盐城工学院本科生毕业设计说明书（ 2020） 13 作电压为 ，具有 1KB 片上外部数据存储器，当用户应用时使用片上 SRAM代替外部 SRAM，可节省更多 I/O 口。 图 51 中央控制器组成框图 该芯片具有如下特点： （ 1） 8 位 CMOS 微控制器； （ 2）每 4 个时钟周期为一个机器周期的高速结构，最大外部时钟频率为40MHZ； （ 3）与标准 80C52 管脚兼容； （ 4）指令与 MCS51 兼容； （ 5） 4 个 8 位 I/O 口； （ 6）一个附加的 4 位 I/O 口和等待状态控制信号 (仅限 44 脚 PLCC/QFP 封装 ) ； （ 7） 3 个 16 位定时 /计数器； （ 8） 12 个中断源， 2 级中断能力； （ 9）片上振荡器及时钟。