基于单片机的火灾预警系统设计

基于单片机的火灾预警系统设计内容摘要：

漏报和误报的现象。 所以为了更精确的预报，满足市场需求，需要采用智能算法，对多个参变 量的数据进行综合分析，提高预报的正确率。 ③无线通信技术不成熟 传统的火灾报警器系统主要是采用有线连接的方式，但是这种系统在需要完成更多功能，结构布线复杂的情况下，是不容易完成，且影响美观。 所以无线通信就显示出优势了。 它不仅可以节约导线的使用，简化系统布局，还可以减少因为导线老化而引起火灾的发生。 现在市场需求的是能提前报警，准确度高，实时性好，智能化的火灾预警系统，所以将多个传感器融入到火灾预警系统中。 本课题研究内容分为六章，各章内容大致如下： 第一章：主要讲火灾 报警器的发展历史，研究的意义，组成，分类和发展趋势等。 第二章：主要介绍火灾预警系统所涉及的基础知识。 第三章：系统的总体设计。 第四章：介绍系统的实现。 第五章：系统初步完成后的测试。 第六章：对火灾预警系统的总结与展望。 本设计欲达到的目标：设计一款结构简单、价格低廉、可靠性好、反应快、准确度高的火灾报警系统。 主要采用温度传感器和烟雾传感器分别采集环境温本科毕业设计（论 文） 7 度和烟雾浓度信息，综合分析处理判定是否有险情的发生。 这避免了传统的单一传感器误报漏报，监测信息不全面，实时性不高的缺点。 本科毕业设计（论 文） 8 第二章 系统所涉及的基础知识 AT89c51 单片机的简介 AT89C51 是带 4k 字节闪烁可编程可擦除的低电压高性能 CMOS8 位微处理器。 也就是我们通常所说的单片机。 它是 ATMEL 公司生产的一种高效微处理器，采用了 ATMEL 高密度非易失存储制造技术，和 MCS51指令集兼容。 同时 ATMEL的 AT89c51 可以应用到很多的嵌入式系统中。 ①主要特性： 寿命 1000 写 /擦循环 4k 字节可编程闪烁存储器 数据保留时间 10年 128*8 位内部 RAM 5个中断源 可编程串行通道 全静态工作： 0HZ24HZ 三级程序存储器锁定 32可编程 I/O 线 两个 16位定时器 /计数器 低功耗的闲置及掉电模式 片内振荡器及时钟电路 ②管脚原理图如图 21 所示 本科毕业设计（论 文） 9 图 21 ①管脚说明 VCC：接入电源。 VSS:接地。 P0 口： P0口是 8位漏极开路双向 I/0口，每个脚可以吸收 8TTL 门电流。 它可以用于外部的程序数据存储器，为地址 /数据分时复用口。 P1 口： p1口是内部已经提供了上拉电阻的 8 位双向 I/O 口，它的缓冲 器能接受 4TTL 门电流。 P2 口： p2口也是内部上拉电阻的 8 位准双向 I/O 接口。 同样其缓冲器能接收输出 4TTL 门电流。 P2 口在 FLASH 编程和校验时接收控制信号和高八位地址信号。 P3 口：它是双功能口。 可以作为一般的准双向 I/O 口。 RST：复位输入口。 ALE/PROG：在访问外部存储器是， ALE(允许地址锁存信号 )用于锁存出现在P0口的低 8位地址。 当不访问外部存储器是， ALE 仍以振荡器频率的 1/6 周期性的输出正脉冲信号，可用作对外输出的时钟脉冲或定时目的。 本科毕业设计（论 文） 10 /PSEN:外部程序存储器的选通信号，低电平有 效。 当从外部程序存储器读取指令或常数时，每个机器周期 /PSEN 两次有效，而访问外部数据存储器是， /PSEN信号将不出现。 /EA/Vpp:/EA 位访问外部程序存储器控制信号。 当 /EA 低电平时，不管片内是否有程序存储器，都只是访问外部程序存储器。 而在高电平时访问片内程序存储器。 XTAL1：方向放大器的输入和内部时钟电路的输入。 XTAL2：片内振荡器的反相放大器的输出端。 本课题采用的是 MQ2半导体式烟雾传感器。 该传感器具有如下特点： 广泛的探测范围；高灵敏度；快速响应恢复； 优异的稳定性；寿命长；简单的驱动电路。 这些特点让 MQ2 电阻式烟雾传感器的性价比显得很高，应用到很多的场合。 比如用于家庭和工厂的气体泄漏检测装置，适宜于液化气、丁烷、丙烷、甲烷、氢气、酒精、烟雾等探测。 规格如下： 表 21 表 22 本科毕业设计（论 文） 11 表 23 .灵敏度调整 MQ2 型气敏元件对不同种类、不同浓度的气体有不同的阻值，所以在使用此元件 时灵敏度的调整是很重要的。 可以使用 1000ppm 氢气或者 1000ppm 丁烷校准传感器。 另外需要精确测量的时候，报警点的设定应该考虑到温度的影响。 .注意事项 因为高浓度的甲烷气体对人体是有害的，所以在进行实验或测试的时候，保持环境通风良好是非常有必要的。 本科毕业设计（论 文） 12 总之 MQ2半导体式烟雾传感器以其高灵敏度， 检测范围广，性能好等众多的特点， 被广泛的应用到各个场合。 本设计采用 Dallas 公司设计研发的 DS18B20 温度传感器。 ① 特点：采用单总线专用技术， MCU 只用一个端口便可以与 DS18B20 双向通信；实际应用中不需要借助外部元件就可实现测温；温度范围在 55C至 +125C，测温范围广；内部设置了上、下限温度报警； 12位数字最多可在 750ms 内把温度转换为数字；能实现简单的多点分布式温度检测。 ②引脚图如图 22 所示 图 22 .引脚及其功能说明如表 24所示： 表 24 DS18B20 数字温度传感器接线方便，封装后可以应用到多种场合，比如管道式、螺纹式、磁铁吸附式、不锈钢封装式、有多个型号，如 LTM8877， LTM8874本科毕业设计（论 文） 13 等等。 据不同场合可以改变其外观。 封装后的 DS18B20 可 用于电缆沟测温，高炉水循环测温，锅炉测温，机房测温，农业大棚测温，洁净室测温，弹药库房测温等多种场合。 本温度传感器具有耐磨耐碰， 体积小，使用方便，封装形式多样，适用于各种狭小空间设备的数字测温和控制领域。 DS18B20 有 4 个主要的数据部件：（ 1）光刻 ROM。 光刻 ROM中的 64位序列号是出厂前被光刻好的，它可以看做是该 DS18B20 的地址序列码。 该光刻 ROM的作用是使每一个 DS18B20 都各不相同，这样可以实现一根总线上挂接多个 DS18B20 的目的。 （ 2） DS18B20中的温度传感器可以完成 对温度的测量。 （ 3） DS18B20 温度传感器的存储器。 该内部存储器包括一个高速暂存 RAM 和一个非易失的可电擦除的 EEPRAM，后者存放高温度和低温度触发器 TH、 TL 和结构寄存器。 （ 4）配置寄存器。 串口通信 串口是很多通用设备通信的协议。 串行接口是可以将来自 MCU 的并行数据字符转换为连续的串行数据流发送出去，同时可以将串行的数据流转换为并行的字符流传送给 CPU。 串口按位发送和字节接收。 虽然比按字节的并行通信慢，但是它在一条线发送数据的同时可以用另外一条线接受数据，可以实现远距离通信。 串口通信最重 要的是波特率、数据位、停止位和奇偶校验位等。 所以两个进行通信的端口这些参数是必须要匹配的。 串口通信时指数据在一根数据线上一次逐位的发送或者接收。 串行通信按同步方式可分为异步通信和同步通信。 同步通信：同步通信是一种连续传送数据的通信方式，通常一次传送的字符数据以帧位单位。 数据的传送速率高，但是要求发送时钟和接收时钟严格同步。 异步通信：异步通信中收、发端各有一套彼此独立互不同步的通信设备，收发数据的帧格式相同，所以可以相互识别接收到的信息。 串行通信的通信方式按照数据传输方向可以分为：单工方式、半双工方 式、本科毕业设计（论 文） 14 全双工方式。 .AT89c51 的串行接口的基本知识如下： 在 AT89C51 内部有一个可编程的全双工串行通信接口，它可以作为同时接收和发送数据功能使用，也可以作为一个同步移位寄存器使用。 它有 4 种工作方式。 其串行接口的结构大致如图 23所示： 图 23 .串行口的特殊功能寄存器 ① 串行口数据缓冲器 SBUF SBUF 包括了两个在物理上独立的接收和发送缓冲器，可以同时发送和接收数据。 两个缓冲器只用一个字节地址 99H。 串行口对外也有两条独立的收发信号线 RXD 和 TXD，所以可以实现全双工通信传送数据。 ② 串行口控制寄存器 SCON SCON 寄存器是用来控制串行口的工作方式和状态的。 它是可以字节寻址和位寻址的 8位特殊功能寄存器。 复位时所有位被清 0，字节地址为 98H。 格式如图 24所示： 本科毕业设计（论 文） 15 图 24 SMO,SM1：串行口工作方式选择位。 表 25 SM2：多机通信控制位。 方式 0中， SM2= 1 中，接收数据时，如 SM2=1，则只有当接收到的第 9 位数据（ RB8）为“ 1”时， RI才能被激活为“ 1”，从而产生中断，将接收到的 8位数据送入 SBUF。 方式 2 和 3 中，若 SM2=0，串行口以单机发送 /接收方式工作， TI 和 RI 以正常方式被激活并产生中断请求。 如果SM2=1， RB8=1 时， RI被激活产生中断。 REN:允许串行就收控制位。 REN=0，接收被禁止；相反则允许接收。 TB8：发送数据位 2和 3中， TB8 为要发送的第 9位数据。 RB8： 接收数据位 2 和 3 中， RB8是存放接收到的数据的第 9位。 TI:发送中断标志位。 TI=1，表示一帧数据发送完毕。 TI 在四种方式下都必须要借助软件来清 0. RI:接收中断标志位。 同样在四种方式下都需要靠软件来清 0. ③：电源控制寄存器 PCON PCON 是为 CHMOS 型单片机电源控制而设置的专用寄存器。 单元地址是 87H，本科毕业设计（论 文） 16 具体如表 26 所示。 表 26 SMOD:串行口波特率选择位。 当 SMOD=1 时，方式 1,2， 3 的波特率加倍，SMOD=0，波特率不加倍；当 SMOD=0 时，系统复位。 本科毕业设计（论 文） 17 第三章 系统的总体设计 系统总体设计概述 在社会财富不断积累以及人民生命价值观不断提高的今天，如何防止火灾对社会财富和人民生命财产安全构成损害已经成为当前社会管理者面对的一大课题。 所以，及时发现并消除火灾隐患是我们进行火灾研究的重要内容。 火灾探测的研究就是为了能及早的准确发现火灾隐患，及时报警，以采取相应的措施来控制火灾的发生和发展。 我国当前的火灾自动报警系统主要是应用在大型的仓库、商场、高级写字楼、酒店以及一些重要的政府军级场所，它们采用的是采集集中一区域报警控制方式的智能化程度较高的总线式报警控制系统，它们在一些住宅区和商业楼安装的单一的火灾自动报警探测装置，这种报警探测装置内部采用的是单一传感器，它的可靠性不高，容易发生误报，漏报。 所以本课题研究的是一种结构简单、价格低廉、可靠性高、反应快的火灾自动检测系统。 系统总体设计硬件框图 系统的总体结构框图硬件部分如图 31所示： 图 31 本硬件电路主要由蜂鸣器、直流电机、 AT89C51 单片机、 TFT、温度传感器 、烟雾传感器、时钟日历等组成，再将系统通过 RS232 串口连接至监控室主机。 本科毕业设计。