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�；馂�(zāi)報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)生變化時系統(tǒng)會發(fā)出相應(yīng)的燈光報警信號和聲音報警信號，以此來實現(xiàn)火災(zāi)報警，智能化提示。

目錄

1 緒論

1.1 課題的研究背景

火災(zāi)作為一種在時空上失去控制的燃燒所引發(fā)的災(zāi)害，對人類生命財產(chǎn)和社會安全構(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的災(zāi)害之一。隨著經(jīng)濟和城市建設(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間，人類不得不進行專題研究火災(zāi)過程中爆發(fā)，截至目前，已形成一個較為成熟的概念。火災(zāi)的發(fā)生和發(fā)展過程是一個復(fù)雜的物理和化學(xué)過程，但也與環(huán)境很強的相關(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物理和化學(xué)參數(shù)，特點是強大的，一般的騷亂有著本質(zhì)的不同�；�于上述特點，早起的火災(zāi)探測技術(shù)應(yīng)運而生，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�，F(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)將很難及時救助，勢必要給國家和個人帶來不可估量的損失。

基于上述情況，火災(zāi)自動報警技術(shù)便應(yīng)運而生，火災(zāi)自動報警系統(tǒng)是始終警惕火災(zāi)報警和輸出聯(lián)動忠實的哨兵火災(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，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)致的生命和財產(chǎn)的重大損失。消防部門的統(tǒng)計數(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)，所以每一個家庭必須始終關(guān)注防火。如果能根據(jù)你家的實際情況，提前采取簡單的防火措施，有些悲劇是完全可以避免的。聲音和視覺的報警，對減少火災(zāi)損失具有現(xiàn)實意義。

一系列悲劇性的損失，由國家從社會各界意識到，聲光報警對火災(zāi)的報警的必要性。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警器。因此聲光報警，對發(fā)生火災(zāi)預(yù)防具有重要意義。

1.3 火災(zāi)報警器的發(fā)展與現(xiàn)狀

近年來，無線火災(zāi)報警系統(tǒng)在國外已被開發(fā)，并走向?qū)嵱�。起初，無線火災(zāi)報警系統(tǒng)不僅是價格貴，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警系統(tǒng)制造商制造，其產(chǎn)品占90％的無線報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)督檢驗測試中心”的監(jiān)測，該系統(tǒng)可作為火災(zāi)報警系統(tǒng)，但也可作為一個安全的系統(tǒng)，兩者的結(jié)合，是一個高科技的無線安全系統(tǒng)。

    火災(zāi)報警系統(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)報警產(chǎn)品的發(fā)展也促進了市場的成熟，政府逐步開放的大門，在同一時間，外國公司開始進入中國的防火市場，帶來先進的技術(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)報警器，主要檢測溫度和煙霧，再通過單片機控制相應(yīng)的報警和驅(qū)動負(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，報警驅(qū)動電路的設(shè)計。

（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)進行綜合的測試與實驗，分析系統(tǒng)的可靠性與實用性，調(diào)整系統(tǒng)的不足。

2 火災(zāi)報警器的總體方案設(shè)計

本課題主要是實現(xiàn)煙霧報警和火災(zāi)發(fā)生時的報警及控制，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功能：

(1)火情探測功能：為了提高火災(zāi)報警的準(zhǔn)確性和及時性，火災(zāi)報警系統(tǒng)需要使用各種方法進行火災(zāi)探測。在實際使用中，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，報警器要進行燈光報警。當(dāng)煙霧超過最大設(shè)定值時，可以蜂鳴器報警。

2.2 系統(tǒng)的技術(shù)要求

在了解這個系統(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。對于完整的一個系統(tǒng)而言，為提高市場的競爭力，這個系統(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�。禾綔y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)長時間的可靠工作，以及減少誤報次數(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

本設(shè)計主要由煙霧探測傳感器電路、單片機、燈光報警電路、負(fù)載驅(qū)動電路、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

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。

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

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，看門狗定時器，內(nèi)置4KB EEPROM，MAX810復(fù)位電路，三個16 位 定時器/計數(shù)器，一個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�？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。最高運作頻率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個機器周期的高電平將使單片機復(fù)位。

ALE/PROG(Pin30)：地址鎖存允許信號

PSEN(Pin29)：外部存儲器讀選通信號

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

④可編程輸入/輸出引腳（32根）

STC89C52單片機有4組8位的可編程I/O口，分別位P0、P1、P2、P3口，每個口有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

圖3.7 煙霧探測電路

如圖3.7所示，在這個電路中，有兩個部分，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，單片機再讀取相應(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，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：

(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%時的阻抗。

電路如右圖所示：

器件的主要參數(shù)如下:

響應(yīng)時間：Tr≤10s

恢復(fù)時間：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%時在濕度小于85%RH，在-10℃~+40℃溫度下不會引起誤報。                                                                           

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個用于信號取出，２個用于提供加熱電流。

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型元件通電時間特性曲線。可看出，通電后60~90s，元件即進入穩(wěn)定待測工作狀態(tài)。

MQ-2的特點和工作參數(shù)如下：

特點：

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，性價比高而深受單片機愛好者及企業(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電源供電時輸入電壓在0~5V之間；

· 工作頻率為250KHZ，轉(zhuǎn)換時間為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)換時間僅為32μS，據(jù)有雙數(shù)據(jù)輸出可作為數(shù)據(jù)校驗，以減少數(shù)據(jù)誤差，轉(zhuǎn)換速度快且穩(wěn)定性能強。獨立的芯片使能輸入，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，可以輕易的實現(xiàn)通道功能的選擇。

3.3 液晶顯示電路設(shè)計

圖3.8 液晶顯示電路設(shè)計

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、易于實現(xiàn)全彩色顯示的特點，目前已經(jīng)被廣泛應(yīng)用在便攜式電腦、數(shù)字?jǐn)z像機、PDA移動通信工具等眾多領(lǐng)域。

3.4 聲光報警提示電路

3.4.1 燈光提示電路

圖3.9燈光提示電路

3.4.2 聲音報警電路

圖3.10聲音報警電路

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)著不可動搖的重要位置。主機對數(shù)據(jù)的處理能力已經(jīng)相當(dāng)?shù)膹姡�但是對現(xiàn)實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行檢測并提供可靠的數(shù)據(jù)，那計算機也無法發(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)字量輸入計算機，由計算機對信號進行分析處理。從而傳感器技術(shù)與計算機技術(shù)結(jié)合起來，對自動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)品進行測控及檢驗，準(zhǔn)確測量產(chǎn)品性能，及時發(fā)現(xiàn)隱患。為提高產(chǎn)品質(zhì)量、改進產(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。有獨特的單線接口方式，DS1820在與微處理器連接時僅需要一條口線即可實現(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℃；支持多點組網(wǎng)功能；多個DS1820可以并聯(lián)在唯一的三線上，實現(xiàn)多點測溫；工作電源為3~5V/DC；在使用中不需要任何外圍元件。

DS18B20的性能特點如下：

（1） 采用DALLAS公司獨特的單線接口方式：DS18B20與微處理器連接時僅需要一條口線即可實現(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)定非易失性的報警上下限值；

（7）支持多點的組網(wǎng)功能，多個DS18B20可以并聯(lián)在唯一的三線上，實現(xiàn)多點測溫

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

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

（10）適配各種單片機或系統(tǒng)；

（11）內(nèi)含64位激光修正的只讀存儲ROM，扣除8位產(chǎn)品系列號和8位循環(huán)冗余校驗碼(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，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，分別用來存儲用戶設(shè)定的溫度上下限值、存儲和控制邏輯、位循環(huán)冗余校驗碼（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)計采用按鍵接低的方式來讀取按鍵，單片機初始時，因為為高電平，當(dāng)按鍵按下的時候，會給單片機一個低電平，單片機對信號進行處理

單片機鍵盤有獨立鍵盤和矩陣式鍵盤兩種：獨立鍵盤每一個I/O 口上只接一個按鍵，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)計的需要這里選用了獨立式鍵盤接法。

獨立式鍵盤的實現(xiàn)方法是利用單片機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I/O 口，程序開始時將此I/O口置于高電平，平時無鍵按下時I/O口保護高電平。當(dāng)有鍵按下時，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作了。

在用單片機對鍵盤處理的時候涉及到了一個重要的過程，那就是鍵盤的去抖動。這里說的抖動是機械的抖動，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通過注意可以避免的。這種抖動一般10~200毫秒之間，這種不穩(wěn)定電平的抖動時間對于人來說太快了，而對于時鐘是微秒的單片機而言則是慢長的。硬件去抖動就是用部分電路對抖動部分加之處理，軟件去抖動不是去掉抖動，而是避抖動部分的時間，等鍵盤穩(wěn)定了再對其處理。所以這里選擇了軟件去抖動，實現(xiàn)法是先查尋按鍵當(dāng)有低電平出現(xiàn)時立即延時10~200毫秒以避開抖動（經(jīng)典值為20毫秒），延時結(jié)束后再讀一次I/O 口的值，這一次的值如果為1 表示低電平的時間不到10~200 毫秒，視為干擾信號。當(dāng)讀出的值是0時則表示有按鍵按下，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

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)，體會更加深刻。   Keil C51軟件提供豐富的庫函數(shù)和功能強大的集成開發(fā)調(diào)試工具，全Windows界面。另外重要的一點，只要看一下編譯后生成的匯編代碼，就能體會到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)計軟件，采用設(shè)計庫管理模式，可以網(wǎng)設(shè)計，具有很強的數(shù)據(jù)交換能力和開放性及3D模擬功能，是一個32位的設(shè)計軟件，可以完成電路原理圖設(shè)計，印制電路板設(shè)計和可編程邏輯器件設(shè)計等工作，可以設(shè)計32個信號層，16個電源--地層和16個機加工層。

Protel99SE軟件的特點：

• 可生成30多種格式的電氣連接網(wǎng)絡(luò)表；
• 強大的全局編輯功能；
• 在原理圖中選擇一級器件，PCB中同樣的器件也將被選中；
• 同時運行原理圖和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)
• 既可以進行正向注釋元器件標(biāo)號（由原理圖到PCB），也可以進行反向注釋（由PCB到原理圖），以保持電氣原理圖和PCB在設(shè)計上的一致性；
• 滿足國際化設(shè)計要求（包括國標(biāo)標(biāo)題欄輸出，GB4728國標(biāo)庫）； * 方便易用的數(shù)�；旌戏抡妫�兼容SPICE 3f5）；
• 支持用CUPL語言和原理圖設(shè)計PLD，生成標(biāo)準(zhǔn)的JED下載文件； * PCB可設(shè)計32個信號層，16個電源-地層和16個機加工層；
• 強大的“規(guī)則驅(qū)動”設(shè)計環(huán)境，符合在線的和批處理的設(shè)計規(guī)則檢查；
• 智能覆銅功能，覆鈾可以自動重鋪；
• 提供大量的工業(yè)化標(biāo)準(zhǔn)電路板做為設(shè)計模版；
  

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)計原理是否正確、能否達(dá)到預(yù)期效果以及實現(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控制電路進行調(diào)試。在對每個模塊的進行調(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，最后再將各個模塊總和成一個整體。

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以上才可以正常使用，要做老化試驗。
•                 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，對人類的生命財產(chǎn)和社會安全穩(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)報警探測器存在的問題，合理地提出了火災(zāi)報警器的設(shè)計方法。極大地提高了產(chǎn)品的實用性和市場競爭力。

本課題中設(shè)計的火災(zāi)報警探測器由傳感器電路與無線通信電路兩大部分構(gòu)成�？刂铺幚砥魇且怨苣_資源豐富的STC89C51為核心，實現(xiàn)對探測器寫入信號和對信號進行編譯等人機交互功能。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，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不夠全面，再加上時間緊迫以及實驗條件的限制，該報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會，能夠獨立地完成這樣一個設(shè)計，作為檢驗這些年來學(xué)習(xí)的成果,在這個過程當(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間里，能夠更多學(xué)習(xí)一些實踐應(yīng)用知識，增強了我們實踐操作和動手應(yīng)用能力，提高了獨立思考的能力。再一次對我的母校表示感謝。

感謝在整個畢業(yè)設(shè)計期間和我密切合作的同學(xué)，和曾經(jīng)在各個方面給予過我?guī)椭�的伙伴們，正是因為有了你們的幫助，才讓我不僅學(xué)到了本次課題所涉及的新知識，更讓我感覺到了知識以外的東西，那就是團結(jié)的力量。

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