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

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3.2.6.1静态显示介绍 18

3.2.6.2芯片74LS64的介绍 19

3.2.7时钟模块 21

3.2.7.1时钟芯片DS1302的简介 21

3.2.7.2性能指标 22

3.2.7.3管脚排列及功能 22

3.2.7.4DS1302数据操作原理 23

3.2.7.5DS1302控制字节 23

3.2.7.6.数据输入输出（I/O） 23

3.2.7.7.DS1302的寄存器 24

3.2.8报警模块 24

4系统软件设计 25

4.1主程序 25

4.2温度传感器DS18b20 26

4.3时钟芯片DS1302 27

4.4步进电机 29

5总结 30

5.1火灾报警监控系统展望 30

5.2设计火灾自动报警系统的新思路 30

5.3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

I

IntelligentDesignoftheFireAlarmSystemAbstract：

Withthescientificandtechnologicalprogress，thefirealarmsystemgraduallydevelopetotheintelligent.Thesystemuses8051microcontrollerasthemaincontroller,

DS18B20isusedtodetecttemperatureandMQ-2asthesmokedetection.Thedigitalsiphonshowthetempertureandthenrelizethefirealarming;

asteppermotordeviceisareactortodealwiththefiredisaster,thus,thisrealizetheintelligentificationofthefirealarmsystem.

Keywords:

SCM,temperaturesensors,smokesensors,digitalcontrol,thesteppermotor

1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，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（Fig2-1）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EPROM 2764中，8051的PID外接LED显示矩阵。

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，

10

6M

DS

N2

1

74ls373

8155

LED

8

2

5

RXD

RESETTXD

X2

X1

P1

去自

编

动

码

消

式

防

感

设

烟

备

探

头

图2-1

Fig.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功能。

见图2-2（Fig2-2）

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2-2

Fig.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

3.2.1AT89S52单片机的简介

3.2.1.1AT89S52介绍

AT89S52是美国ATMEL公司生生产的低功耗，高性能CMOS8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（Fig3-1）

lVCC：

电源电压。

lGND：

地。



图3-1

Fig.3-1

lP0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。

lP1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。

lP2口：

lP3口：

lRST：

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。

lALE/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。

lPSEN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PSEN非有效。

lEA非/EPP：

外部访问有效。

lXTAL1：

振荡器反向放大器及时钟发生器的输入端。

lXTAL2：

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P3．2端口线引入，低电平或下跳沿引起。

INT1：

外部中断1，由P3．3端口线引入，低电平或下跳沿引起。

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。

TI／RI：

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—IE

IE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。

EA

×

ES

ET1

EX1

ET0

EX0

EA：

全局中断允许位。

EA＝0，关闭全部中断；

EA＝1，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。

ES＝1，打开串行I/O中断；

ES＝0，关闭串行I/O中断。

ETl：

定时器/计数器1中断允许位。

ETl＝1，打开T1中断；

ETl＝O，关闭T1中断。

EXl：

外部中断l中断允许位。

EXl＝1，打开INT1；

EXl＝0，关闭INT1。

ET0：

定时器/计数器0中断允许位。

ET0＝1，打开T0中断；

ET0＝0，关闭TO中断。

EXO：

外部中断0中断允许位。

EX0＝1，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。

PS

PT1

PX1

PT0

PX0

PS：

串行I/O中断优先级控制位。

PS＝1，高优先级；

PS＝0，低优先级。

PTl：

定时器/计数器1中断优先级控制位。

PTl＝1，高优先级；

PTl＝0，低优先级。

PXl：

外部中断1中断优先级控制位。

PXl＝1，高优先级；

PXl＝O，低优先级。

PT0：

定时器/计数器0中断优先级控制位。

PT0＝1，高优先级；

PTO＝0，低优先级。

PX0：

外部中断0中断优先级控制位。

PX0＝1，高优先级；

PX0＝0，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：

INT0—T0—INT1—T1—RI/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

①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）0003H

TF0（TO中断）000BH

INT1（外部中断1）0013H

TFl（T1中断）001BH

RI/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，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1000×

103和500×

103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2SMOD·

fosc/64。

当SMOD＝0时，波特率为fm/64；

当SMOD＝1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/32×

T1溢出率，根据SMOD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，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3—5.5V；

*不需要备份电源；

*测量范围为-55—+125℃，在-10—85℃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9～12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3-2

Fig.3-2

lNC（1、2、6、7、8脚）：

空引脚，悬空，不使用。

lVDD（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。

lDQ（4脚）：

数据输入/输出脚。

漏极开路，常态下高电平。

lGND（5脚）：

地脚。

3.2.2.5DS18B20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（Table3-2）所示。

表3-2

Table3-2

内容

8位CRC校验码

48位产品序列号

8位产品系列编码

MSB LSB MSB LSB MSB LSB

CRC的等效多项式函数为：

CRC=X8+X5+X4+1

64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