基于单片机的火灾报警系统的设计本科生毕业论文(编辑修改稿)

基于单片机的火灾报警系统的设计本科生毕业论文(编辑修改稿)内容摘要：

820 的内部框图，它主要包括寄生电源、温度传感器、 64 位激光 ROM 单线接口、存放中间数据的高速暂存器（内含便笺式 RAM），用于存储用户设定的温度上下限值的 TH和 TL 触发器存储与控制逻辑、 8位循环冗余校验码（ CRC）发生器等七部分。 图 DS18B20 内部结构图 DS18B20 有 4 个主要的数据部件： （ 1） 光刻 ROM 中的 64 位序列号是出厂前被光刻好的，它可以看作是该DS18B20 的地址序列码。 64 位光刻 ROM 的排列是：开始 8 位（ 28H）是产品类型标号，接着的 48 位是该 DS18B20 自身的序列号，最后 8 位是前面 56 位的循环冗余校验码（ CRC=X8+X5+X4+1）。 光刻 ROM的作用是使每一 DS18B20都各不相同，这样就可以实现一根总线上挂接多个 DS18B20 的目的。 （ 2） DS18B20 中的温度传感器可完成 对温度的测量，以 12 位转化为例：用 16 位符号扩展的二进制补码读数形式提供，以 ℃ /LSB 形式表达，其中 S 为符号位。 其中 DQ 为数字信号输入 /输出端 ； GND 为电源地 ； VDD 为外接供电电源输入端 (采用寄生电源供电方式时接地 )。 （ 3） DS18B20温度传感器的存储器 ： DS18B20温度传感器的内部存储器包括一个高速暂存 RAM和一个非易失性的可电擦除的 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 DS18B20 工作方式： 11 DS18B20采用单总线工作方式，由于所有信 号 (控制和数据 )都通过单总线传输，因此总线的时序逻辑必须非常严格，其工作时序如图 ： 图 DS18B20工作时序图 DS18B20 测温原理： DS18B20 的测温原理如图 所示，图中低温度系数晶振的振荡频率受温度的影响很小用于产生固定频率的脉冲信号送给减法计数器 1，高温度系数晶振随温度变化其震荡频率明显改变，所产生的信号作为减法计数器 2的脉冲输入，图中还隐含着计数门，当计数门打开时， DS18B20 就对低温度系数振荡器产生的时钟脉冲后进行计数， 进而完成温度测量 .计数门的开启时间由高温度系数振荡器来决定，每次测量前，首先将 55 ℃所对应的基数分别置入减法计数器 1和温度寄存器中，减法计数器 1和温度寄存器被预置在 55 ℃所对应的一个基数值。 12 减法计数器 1对低温度系数晶振产生的脉冲信号进行减法计数，当减法计数器 1的预置值减到 0时温度寄存器的值将加 1，减法计数器 1的预置将重新被装入 ,减法计数器 1重新开始对低温度系数晶振产生的脉冲信号进行计数 ,如此循环直到减法计数器 2计数到 0时，停止温度寄存器值的累加，此时温度寄存器中的数值即为所测温图 2中的斜率累加器 用于补偿和修正测温过程中的非线性其输出用，于修正减法计数器的预置值，只要计数门仍未关闭就重复上述过程，直至温度寄存器值达到被测温度值，这就是 DS18B20 的测温原理。 斜 率 累 加 器计 数 器 1比 较预 置低 温 度 系 数 振 荡 器= 0 温 度 寄 存 器预 置高 温 度 系 数 振 荡 器T x计 数 器 2= 0T 1T 2加 1停 止 图 DS18B20 测温原理图 第三节 系统软件总体设计 系统软件部分主要实现对火灾报警系统的测试工作，由烟雾传感数据采集程序、温度采集程序、声光报警程序等三个部分组成。 其中，烟雾传感数据采集程序完成对烟雾浓度的采集并进行数据转换；温度采集程序显示对现场的温度进行采集；报警程序设置报警的下限，当外 界指标超出限制时，将进行声光报警。 图。 系统软件部分主程序流程图。 13 第四节 本章小结 本章主要描述了系统软硬件的整体设计思路，并给出了系统框图和流程图。 在硬件部分给出了部分元器件的选型并对主要元器件 AT89S52 和 DS18B20等的引脚和功能进行了详细的介绍。 14 第三章 系统设计实现 第一节 硬件设计 一、 AT89S52 单片机最小系统设计： 单片机最小系统概述及原理图 51 系列单片机最小系统包含 51 单片机芯片，复位电路和振荡电路三个部分，本设计采用 AT89S52 单片机芯片， 芯片有 40 脚，包 含 32 位 I/O口线，看门狗定时器， 2个数据指针，三个 16 位定时器 /计数器，一个 6 向量 2级中断结构，全双工串行口，片内晶振及时钟电路。 时钟电路通过内部时钟源提供时钟，外部只需要接一个振荡电路，振荡电路中晶振是 12MHZ。 复位电路电路采用按键复位方式，当单片机复位引脚检测到至少 24 个时钟周期的高电平的时候会自动复位系统，系统会重新启动。 单片机最小系统设计图如图 所示。 图 单片机最小系统图 复位电路 单片机复位电路是指单片机的初始化操作。 单片机启动运行时，都需要先 15 复位，其作用是使 CPU 和系统中其他部件处于一个确定的初始状态，并从这个状态开始工作。 因而，复位是一个重要的操作方式。 但单片机本身是不能自动进行复位的，必须配合相应的外部电路才能实现。 （ 1） 复位电路的功能： 系统上电时提供复位信号，直至系统电源稳定后，撤销复位信号。 本系统采用的是开关复位形式。 开关复位可以在电源接通后，单片机自动复位，并且在单片机运行期间，用开关操作也能使单片机复位。 上电后，由于电容的充电和反相门的作用，使 RST 持续一段时间的高电平。 当单片机已在运行 当中时，按下复位键 K 后松开，也能使 RST 为一段时间的高电平，从而实现上电或开关复位的操作，复位电路如图 图。 晶振原理 晶振是为电路提供频率基准的元器件，通常分成有源晶振和无源晶振两个大类，无源晶振需要芯片内部有振荡器，并且晶振的信号电压根据起振电路而定，允许不同的电压，但无源晶振通常信号质量和精度较差，需要精确匹配外围电路（电感、电容、电阻等），如需更换晶振时要同时更换外围的电路。 有源晶振不需要芯片的内部振荡器，可以提供高精度的频率基准，信号质量也较无源晶振要好。 因价格等因素， 实际应用中多采用无源晶振设计的电路居多，本系统也采用的是无源晶振。 如图。 所示就有一个频率为 12M 的晶振，匹配电容是两个 30P 的瓷片电容，使单片机正常工作。 16 图。 二、 温度采集系统设计： DS18B20 的电源供电方式有两种： 外部供电方式和寄生电源方式。 本设计中采用前者作为 DS18B20 的电源供电方式， 把 DS18B20 的数据线与单片机的13 管脚连接 ,再加上上拉电阻。 DS18B20 与芯片连接电路如图 所示。 图 DS18B20 与芯片连接图 三、 A/D 转换模块 A/D 转换器 的功能是将模拟量电信号转换成数字量。 在本设计中，我采用了 ADC0809 转换器，它可以将多路转换器输入的模拟量进行 A/D 转换，所以省略了多路开关。 由于控制系统是对温度和烟的浓度进行检测，相当于 A/D 转换器的转换时间来说信号变化很慢，所以采样保持器（保持在 A/D 转换时间内输入的模拟信号不变）也可以省去。 因此，模拟信号经过 17 放大后可以直接进入 A/D 转换器。 A/D转换器的主要参数 (1) 分辨率： 是指 A/D 转换器可转换成二进制数的位数。 (2) 转换时间： 指从输入启动转换信号开始到转换结束， 得到稳定的数字输出量为止的时间其他参数与 D/A 转换器类似。 A/D转换器与 CPU的接口方法 (1) ADC 转换好的数据必须经过三态缓冲器件与 CPU 数据总线相连接（在芯片内部设有三态输出缓冲器）； (2) 为了输入正确的转换结果，必须解决好 A/D 转换器和 CPU 取数之间的时间配合问题。 (3) 启动转换信号（ START）：是由 CPU 提供给 ADC 芯片的，在正脉冲的下降沿转换开始； (4) 转换结束信号（ EOC）：一旦启动转换， EOC 立即变低，直至转换结束，EOC 输出高电平，通知 CPU 转换已结束 ； (5) 允许输出信号（ OE）： ADC 转换结束后，转换结果存放在输出锁存器中，并没有送入数据总线上。 CPU 取数时，发出 OE信号选通芯片内部三态输出缓冲器将数据输出。 A/D转换器与 CPU之间传送数据的方法 (1) 延时等待法 延时法是利用 CPU 执行一条输出指令，启动 ADC 转换，然后 CPU 执行延时程序，延时时间大于所选用的 ADC 芯片转换时间，延时结束， CPU 执行输入指令，打开三态门获取 ADC 转换好的数据。 (2) 查询法 查询法是由 CPU 来检查 EOC 信号。 当 CPU 启动 ADC 芯片开始转换之 后，再通过状态端口读取 EOC 信号，检查 ADC 是否转换结束。 若转换结束，则读取转换结果，否则继续查询。 (3) 中断法 用中断法可提高 CPU 的利用率，当 ADC 转换结束，由 EOC 信号上升沿通过8255A 中断控制逻辑向 CPU 发出中断请求， CPU 响应中断在服务程序中读取结果。 A/D转换芯 片 ADC0809及其接口 18 (1) 主要性能： ① 8 位逐次逼近型 A/D 转换器，所有引脚的逻辑电平与 TTL 兼容； ②带有锁存功能的 8路模拟量转换开关，可对 8路 05V 模拟量进行分时 转换； ③输出具有三态锁存 /缓冲功能； ④分 辨率： 8位，转换时间： 100us； ⑤不可调误差：177。 1LSB，功耗： 15mW； ⑥工作电压： +5V，参考电压标准值 +5V； ⑦片内无时钟，一般需外加 640KHz 以下且不低于 100KHz 的时钟信号。 (2) ADC0809 内部结构 有模拟多路转换开关和 A/D 转换两大部分组成。 模拟多路转换开关由 8路模拟开关和 3位地址锁存与译码器组成，地址锁存允许信号 ALE 将三位地址信号 ADDC、 ADDB 和 ADDA 进行锁存，然后由译码电路选通其中一路摸拟信号加到A/D 转换部分进行转换。 A/D 转换部分包括比较器、逐次逼近寄 存器 SAR、 256R电阻网络、树状电子开关、控制与时序电路等，另外具有三态输出锁存缓冲器，其输出数据线可直接连 CPU 的 DB。 具体见下图。 图。 ADC0809 内部结构 （ 3） ADC0809 的引脚功能：。