毕业设计-智能火灾报警监测系统的设计附源程序代码及外文献及译文文档格式.docx

1、3.2.6.1 静态显示介绍183.2.6.2 芯片 74LS64 的介绍193.2.7 时钟模块213.2.7.1 时钟芯片 DS1302 的简介213.2.7.2 性能指标223.2.7.3 管脚排列及功能223.2.7.4 DS1302 数据操作原理233.2.7.5 DS1302 控制字节233.2.7.6. 数据输入输出（I/O）233.2.7.7. DS1302 的寄存器243.2.8 报警模块244 系统软件设计254.1 主程序254.2 温度传感器 DS18b20264.3 时钟芯片 DS1302274.4 步进电机295 总结305.1 火灾报警监控系统展望305.2 设计

2、火灾自动报警系统的新思路305.3 结束语31参考文献31致 谢31附录一 系统各个模块硬件原理图33附录二 程序清单33附录三 外文科技文献阅读42智能火灾报警系统的设计摘要：随着科学技术的进步，火灾报警系统逐步向智能化发展。该系统利用 8051 单片机为主控制器，DS18B20 检测温度，MQ-2 检测烟雾，数码管显示温度，实现火灾报警； 步进电机作为反应器件，对火灾进行处理，从而实现火灾报警系统的智能化。关键词：单片机，温度传感器，烟雾传感器，数码管，步进电机IIntelligent Design of the Fire Alarm System Abstract：With the sc

3、ientific and technological progress，the fire alarm system gradually develope to the intelligent. The system uses 8051 microcontroller as the main controller,DS18B20 is used to detect temperature and MQ-2 as the smoke detection.The digital siphon show the temperture and then relize the fire alarming;

4、a stepper motor device is a reactor to deal with the fire disaster, thus,this realize the intelligentification of thefire alarm system .Key words: SCM, temperature sensors, smoke sensors, digital control, the stepper motor1 前言1.1 系统开发的目的众所周知，火灾报警对于保护人类的生命，财产的安全是至关重要的，实现对火情的早期，快速，正确无误的预报是关键，只有早期发现火情，

5、早期扑灭，生命与财产的损失才可能降到最低。1.2 系统开发的意义自上 20 世纪中后期以来，随着微电子技术，计算机技术，自动控制技术，通信与信息处理技术，多媒体技术等先进技术的发展，以科学技术为基础，依靠先进的设备和科学管理来实现火灾监控系统智能化已成为可能。火灾监控的根本目的是获取火灾发生时的相关信息，并进行处理，达到及时准确报警的目的。现代火灾自动报警系统与传统火灾自动报警系统之间的区别主要在于探测器本身。由开关量探测器改为模拟量传感器的质的飞跃，将烟浓度，上升速率或其他感受参数 以模拟值传给控制器，使系统确定火灾的数据处理能力和智能化程度大为增加，减少 了误报警的概率。区别之二在于信号处

6、理方法做了彻底改进，即把探测器中模拟信号 不断送到控制器进行评估或判断，控制器用适当算法辨别虚假或真实火情，判断其发 展程度和探测受污染的状态，这一高质量的信号处理技术，意味着系统具有较高智能。随着微处理技术的快速发展，低价位，低功耗，高性能的小型单片机比比皆是。采用单片机后，许多以前需要硬件完成的功能，现在可以通过软件程序控制来实现，使探测器测量与控制较普通的硬件实现更加容易，电路结构更加简单，增加了电路的可靠性。随着火灾探测方面新技术的出现与应用，我们可以在电路结构不做大调整的前提下，随时更新探测器软件，加入最新的火灾探测算法，对探测器进行升级，使之报警更准确，性能更可靠。2 系统方案及功

7、能概述2.1 方案论证智能火灾报警系统的报警原理及外围电路结构简单，易懂，比较试用于初学者学习单片机与传感器并学习软件编程和硬件搭接。本系统设计所采用的器件价格都比较低廉，对于每位电子爱好者来说都能很容易接受它的价格，而且使用起来也比较方便。方案一：见图 2-1（Fig 2-1）由一片 MCS_51 系列单片机 8051 及 EPROM2764,2 片可编程并行 I/O 扩展接口 8155 和 8255 等芯片组成，通过单片机芯片中的串行口与按编码式光电烟感探头相连。MCS_51 系列单片机 8051 是控制核心。控制程序固化在 EPROM2764 中，8051 的 PID 外接 LED 显示

8、矩阵。用于指示故障或火灾的区域地址编号。8051 又通过扩展的可编程并行接口芯片 8155 外接 6 位数码显示屏 DS ,6 键小键盘 KB, 8051 通过扩展的可编程并行接口芯片 8255,用作消防设备的控制和状态检测信号线。8051 的 RXD和 TXD 串行输入输出日与编码式光电烟感探头串接。编码式光电烟感探头，除了具有感烟功能外，还具有接收串行地址数据功能，并把地址数据与本身地址相比较;若一致， 则向 8051 回送状态字节信息。因此，8051 能够识别并分别巡检。平时，在程序控制下，报警系统不断进行系统自检和探头巡检。在正常清况下，106MDSN 2174ls3738 1 5 5

9、LED825RXDRESET TXDX2X1P1去自编动码消式防感设烟备探头图 2-1Fig. 2-1报警系统作为一个日历时钟使用，在数数码显示屏上显示年、月、日、时、分、秒， 一旦发生问题，便立即在 LED 显示板上指示出故障或火灾的地址编号，并在数码显示屏上显示。电源模块温度传感器方案二：利用单片机作为核心控制器件，控制整个系统。温度传感器和烟雾传感器混合使用，检测周围环境，只有当温度和烟雾值达到预定的值时，才报警。其它的情况都认为是检测错误，系统不报警，静态显示在发生火情时显示当前温度，没有火情时和时钟电路一起作为系统的附加功能，显示当前时间；步进电机作为虚拟器件， 当发生火情时执行灭火

10、功能。见图 2-2（Fig 2-2）烟雾传感器静态显示单片机系统AD 转换报警电路时钟电路步进电机图 2-2Fig. 2-2综合整个系统的要求，方案一的结构比较复杂，实现起来困难。方案二九比较简单， 各个模块都易于实现，而且都是经常使用的，和方案一相比较更加合理，所以本次设 计采用方案二。2.2 系统功能概述智能火灾报警系统的核心芯片是 AT89S52 单片机，它是一个低功耗，高性能的CMOS8 位单片机，片内含 4K 可反复擦写 10000 次的只读程序存储器，通过在线编程器可将程序代码直接烧录到单片机中，并通过单片机去实现想要的功能。本设计将要实现的功能是：*有火情时：扬声器报警；数码管显

11、示温度；步进电机作为反应器件对火灾进行处理*无火情时：传感器巡检；数码管显示当前时间3.2 系统各模块的设计3.2.1 AT89S52 单片机的简介3.2.1.1 AT89S52 介绍AT89S52 是美国 ATMEL 公司生生产的低功耗，高性能 CMOS 8 位单片机，片内4Kbytes 的可系统编程的 Flash 只读程序存储器，器件采用 ATMEL 公司的高密度、非易失性存储技术生产，并兼容 8051 指令系统及引脚。它集 Flash 程序存储器即可在线编程（ISP）也可以用传统方法进行编程及通用 8 位微处理器于单片芯片中，ATMEL 公司的功能强大，低价位 AT89S52 单片机可为

12、您提供许多高性价比的应用场合，可灵活应用各种控制领域。3.2.1.2 主要性能* 和 MCS-51 产品兼容* 4KB 可重编程（ISP）FLASH 存储器（1000 次）* 4.0-5.5V 电压范围；* 全静态工作：0Hz-33KHz* 3 级程序存储器保密锁定* 128*8 位内部 RAM* 32 条可编程 I/O 线* 两个 16 位定时器/计数器* 6 个中断源* 全双工串行 UART 通道* 低功耗空闲* 片内振荡器和时钟电路* 灵活的在线编程（ISP 字节或页写模式）3.2.1.3 芯片引脚图及引脚功能说明引脚图见图 3-1（Fig 3-1）l VCC： 电源电压。l GND：

13、地。图 3-1Fig. 3-1l P0 口：是一组 8 位漏极开路型双向 I/O 口，地址/数据总线复用口。l P1 口：是一个带内部上拉电阻的 8 位双向 I/O 口，驱动四个 TTL 逻辑门电路。l P2 口：l P3 口：l RST：复位输入。RST 引脚出现两个机器周期以上的高电平则处于复位状态。l ALE/PROG 非：当访问外部程序存储器和数据存储器时，ALE 脉冲输出用于锁存地址低八位字节，ALE 输出的时钟正脉冲是单片机时钟频率的 1/6，每当访问外部存储器时将跳过一个 ALE 脉冲。l PSEN 非：程序存储允许输出是外部程序存储的读选通信号，单片机读指令时，每个机器周期两次

14、 PSEN 非有效。l EA 非/EPP：外部访问有效。l XTAL1：振荡器反向放大器及时钟发生器的输入端。l XTAL2：振荡器反向放大器输出端。3.2.1.4 中断及定时介绍8051 单片机的中断系统简单实用，其基本特点是：有 5 个固定的可屏蔽中断源，3 个在片内，2 个在片外，它们在程序存储器中各有固定的中断入口地址，由此进入中断服务程序；5 个中断源有两级中断优先级，可形成中断嵌套；2 个特殊功能寄存器用于中断控制和条件设置的编程。中断系统的结构：INT0：外部中断 0，由 P32 端口线引入，低电平或下跳沿引起。INT1：外部中断 1，由 P33 端口线引入，低电平或下跳沿引起。

15、T0：定时器/计数器 0 中断，由 T0 计满回零引起。T1：定时器/计数器 l 中断，由 T1 计满回零引起。TIRI：串行 I/O 中断，串行端口完成一帧字符发送接收后引起。中断系统的控制寄存器：中断系统有两个控制寄存器 IE 和 IP，它们分别用来设定各个中断源的打开关闭和中断优先级。此外，在 TCON 中另有 4 位用于选择引起外部中断的条件并作为标志位。中断允许寄存器IEIE 在特殊功能寄存器中，字节地址为 A8H，位地址（由低位到高位）分别是 A8H-AFH。IE 用来打开或关断各中断源的中断请求。EAESET1EX1ET0EX0EA：全局中断允许位。EA0，关闭全部中断；EA1，

16、打开全局中断控制，在此条件下，由各个中断控制位确定相应中断的打开或关闭。：无效位。ES：串行 I/O 中断允许位。ES1，打开串行 I/O 中断；ES0，关闭串行 I/O 中断。ETl：定时器/计数器 1 中断允许位。ETl1，打开 T1 中断；ETlO，关闭 T1 中断。EXl：外部中断 l 中断允许位。EXl1，打开 INT1；EXl0，关闭 INT1。ET0：定时器/计数器 0 中断允许位。ET01，打开 T0 中断；ET00，关闭 TO 中断。EXO：外部中断 0 中断允许位。EX01，打开 INT0;EX0=0,关闭 INT0.中断优先寄存器-IP：IP 在特殊功能寄存器中，字节地址

17、为 B8H，位地址（由低位到高位）分别是 B8H 一BFH,IP 用来设定各个中断源属于两级中断中的哪一级。PSPT1PX1PT0PX0PS：串行 I/O 中断优先级控制位。PS1，高优先级；PS0，低优先级。PTl：定时器/计数器 1 中断优先级控制位。PTl1，高优先级；PTl0，低优先级。PXl：外部中断 1 中断优先级控制位。PXl1，高优先级；PXlO，低优先级。PT0：定时器/计数器 0 中断优先级控制位。PT01，高优先级；PTO0，低优先级。PX0：外部中断 0 中断优先级控制位。PX01，高优先级；PX00，伤优先级。在 MCS-51 单片机系列中，高级中断能够打断低级中断以

18、形成中断嵌套；同级中断之间，或低级对高级中断则不能形成中断嵌套。若几个同级中断同时向 CPU 请求中断响应，则 CPU 按如下顺序确定响应的先后顺序：INT0T0INT1T1RI/T1.中断的响应过程若某个中断源通过编程设置，处于被打开的状态，并满足中断响应的条件，而且当前正在执行的那条指令已被执行完1、当前末响应同级或高级中断2、不是在操作 IE，IP 中断控制寄存器或执行 REH 指令则单片机响应此中断。在正常的情况下，从中断请求信号有效开始，到中断得到响应，通常需要 3 个机器周期到 8 个机器周期。中断得到响应后，自动清除中断请求标志（对串行 I/O 端口的中断标志，要用软件清除），将

19、断点即程序计数器之值（PC）压入堆栈（以备恢复用）；然后把相应的中断入口地址装入 PC，使程序转入到相应的中断服务程序中去执行。各个中断源在程序存储器中的中断入口地址如下： 中断源入口地址INT0（外部中断 0） 0003HTF0（TO 中断） 000BHINT1（外部中断 1） 0013HTFl（T1 中断） 001BHRI/TI（串行口中断） 0023H由于各个中断入口地址相隔甚近，不便于存放各个较长的中断服务程序，故通常在中断入口地址开始的二三个单元中，安排一条转移类指令，以转入到安排在那儿的中断服务程序。由于 5 个中断源各有其中断请求标志 0，TF0，IEl，TFl 以及 RI/TI

20、，在中断源满足中断请求的条件下，各标志自动置 1，以向 CPU 请求中断。如果某一中断源提出中断请求后，CPU 不能立即响应，只要该中断请求标志不被软件人为清除，中断请求的状态就将一直保持,直到 CPU 响应了中断为止,对串行口中断而言，这一过程与其它 4 个中断的不同之处在于；即使 CPU 响应了中断，其中断标志 RI/TI 也不会自动清零，必须在中断服务程序中设置清除 RI/TI 的指令后，才会再一次地提出中断请求。CPU 的现场保护和恢复必须由被响应的相应中断服务程序去完成，当执行 RETI 中断返回指令后，断点值自动从栈顶 2 字节弹出，并装入 PC 寄存器，使 CPU 继续执行被打断

21、了的程序。波特率的确定：对方式 0 来说，波特率已固定成 fosc/12，随着外部晶振的频率不同，波特率亦不相同。常用的 fosc 有 12MHz 和 6MHz，所以波特率相应为 1000103 和 500103 位s。在此方式下，数据将自动地按固定的波特率发送接收，完全不用设置。对方式 2 而言，波特率的计算式为 2SMODfosc/64。当 SMOD0 时，波特率为 f m/64；当 SMOD1 时，波特率为 fosc/32。在此方式下，程控设置 SMOD 位的状态后，波特率就确定了，不需要再作其它设置。对方式 1 和方式 3 来说，波特率的计算式为 2SMOD/32T1 溢出率，根据 S

22、MOD 状态位的不同，波特率有 Tl/32 溢出率和 T1/16 溢出率两种。由于 T1 溢出率的设置是方便的，因而波特率的选择将十分灵活。前已叙及，定时器 Tl 有 4 种工作方式，为了得到其溢出率，而又不必进入中断服务程序，往往使 T1 设置在工作方式 2 的运行状态，也就是 8 位自动加入时间常数的方式。3.2.2 温度采集模块3.2.2.1 温度传感器 DS18B20 介绍DS18B20 是美国达拉斯（Dallas）公司的单线数字温度传感器芯片，DS18B20 作为温度传感器，与传统的热敏电阻有所不同，DS18B20 可直接将被测温度转化成串行数字信号，以供单片机处理，它还具有微型化，

23、低功耗，高性能，抗干扰能力强等优点。通过编程，DS18B20 可以实现 9-12 位的温度读数。信息经过单线接口送入DS18B20 或从 DS18B20 送出，因此从微处理器到 DS18B20 仅仅需要连接一条信号线和地线。读，写和执行温度变换所需的电源可以由数据本身提供，而不需要外部电源。每片 DS18B20 在出厂时都设有唯一的产品序列号，此序列号存放在它的内部ROM 中，微处理器通过简单的协议就能识别这些序列号，因此多个 DS18B20 可以挂接于同一条单线总线上，这允许在许多不同的地方放置温度传感器，特别适合于构成多点温度测控系统。3.2.2.2 主要特点*采用单线技术，与单片机通信只

24、需要一个引脚；*通过识别芯片各自唯一的产品序列号从而实现单线多挂接，简化了分布式温度检测的应用；*实际应用中不需要外部任何器件即可实现测温；*可通过数据线供电，电压范围为 35.5V；*不需要备份电源；*测量范围为-55+125，在-1085范围内误差为0.5；*数字温度计的分辨率用户可以从 9 位到 12 位选择，可配置实现 912 位的温度读数；*将 12 位的温度值转换为数字量所需要的时间不超过 750MS；*用户定义的，非易失性的温度告警设置，用户可自行设定告警的上下限温度；*告警寻找命令可以识别和寻址那些温度超出预设告警界限的器件。3.2.2.3 单线技术目前常用的微机与外设之间数据

25、传输的川行总线有 I2C 总线，SPI 总线等，I2C 总线采用同步串行双线（一根时钟线，一根数据线）方式，而 SPI 总线采用同步串行三线（一根时钟线，一根输入线，一根数据输出线）方式。这两种总线需要至少两根或两根以上的信号线。美国达拉斯半导体公司推出了一项特有的单线技术。该技术与上述总线不同，它采用单根信号线，即可传输时钟，又能传输数据，而且数据传输是双向的，因而这种单线技术具有线路简单，硬件开销少，成本低廉，便于扩展的优点。单线技术试用于单主机系统，单主机能够控制一个或多个从机设备。主机可以是微控制器，从机可以是单线器件，他们之间的数据交换，控制都由这根线完成。主机或从机通过一个漏级开路

26、或三态端口连至该数据线，以允许设备在不发送数据时能够释放该线，而让其他设备使用。单线通常要求外接一个约 5K 的上拉电阻，这样，当该线闲置时，其状态为高电平。主机和从机之间的通信主要分为 3 个步：初始化单线器件，识别单线器件和单线数据传输。由于只有一根线通信，所有他们必须是严格的主从结构，只有主机呼叫从机时，从机才能应答，主机访问每个单线器件都必须严格遵循单线命令序列，即遵守上述三步的顺序。如果命令序列混乱，单线器件将不会响应主机。所有的单线器件都要遵循严格的协议，以保证数据的完整性。单线协议由复位脉冲， 应答信号，写 0，写 1，读 0 和读 1 这几种信号类型组成。这些信号中，除了应答信

27、号， 其他均由主机发起，并且所有命令和数据都是字节的低位在前。3.2.2.4 芯片引脚图及引脚功能说明引脚图见图 3-2（Fig. 3-2）图 3-2Fig. 3-2l NC（1、2、6、7、8 脚）：空引脚，悬空，不使用。l VDD（3 脚）：可选电源脚，电压范围为 3-5.5V。当工作于寄生电源时，此引脚必须接地。l DQ（4 脚）：数据输入/输出脚。漏极开路，常态下高电平。l GND（5 脚）：地脚。3.2.2.5 DS18B20 内部结构DS18B20 内部有四个主要部件：64 位激光 ROM，温度传感器，非易失性温度告警触发器（TH 和 TL）以及配置寄存器。每个 DS18B20 都

28、有一个唯一的 64 位 ROM 编码，它存放在 64 位激光 ROM 中。代码的前 8 位是单线产品系列编码（对于 DS18B20，该 8 位编码是 28H）；接着的 48位是唯一的产品序列号；最后 8 位是前面 56 位编码的 CRC 校验码，如表 3-2（Table 3-2）所示。表 3-2Table 3-2内容8 位 CRC 校验码48 位产品序列号8 位产品系列编码MSBLSBMSBLSBMSBLSBCRC 的等效多项式函数为：CRC=X8+X5+X4+164 位激光 ROM 中的 8 位 CRC 值即由此多项式函数产生。主机可以通过“读ROM”命令读取 64 位 ROM 的前 56 位，然后也按此多项式函数计算出 CRC 的值，并把它与读出的存放在 DS18B20 激光 ROM 内的 CRC 值进行比较，从而决定 ROM 的数据是否已被主机正确接收。CRC 值的比较和是否