基于单片机的智能火灾报警系统毕业设计论文(编辑修改稿)

基于单片机的智能火灾报警系统毕业设计论文(编辑修改稿)内容摘要：

Q2 本设计中采用的 MQ2型烟雾传感器属于二氧化锡半导体气敏材料，属于表面离子式N型半导体。 当与烟雾接触时，如果晶粒间界处的势垒受到该烟雾的调制而变化，就会引起表而电导率的变化。 利用这一点就可以获得这种烟雾存在的信息。 例如遇到可燃 气体 （如CH4 等）时，原来吸附的氧脱附，而由可燃烟 雾以正离子状态吸附在二氧化锡半导体表面；氧脱附放出电子，烟雾以正离子状态吸附也要放出电子，从而使二氧化锡半导体导带电子密度增加，电阻值下降。 而当空气中没有烟雾时，二氧化锡半导体又会自动恢复氧的负离子吸附，使电阻值升高到初始状态。 这就是 MQ2型燃性烟雾传感器检测可燃烟雾的基本原理。 图 26 MQ气体传感器 结构和外形 MQ2 气体传感器所使用的气敏材料是在清洁空气中电导率较低的二氧化锡 (SnO2)。 当传感器所处环境中存在可燃气体时，传感器的电导率随空气中可燃气体浓度的增加而增大。 使用简单的电路即可将电 导率的变化转换为与该气体浓度相对应的输出信号。 这种传感器可检测多种可燃性气体，是一款适合多种应用的低成本传感器。 结构和外形如图 26所示 ， 封装好的气敏元件有 6 只针状管脚，其中 4 个用于信号取出 2 个用于提供加热电流。 数码管驱动芯片 74HC245 74HC245 是 数码管的 总线驱动器，典型的 CMOS 型三态缓冲门电路， 74HC245 引脚图如图 27。 单片机或 CPU的数据 /地址 /控制总线端口都有一定的负载能力，如果负载超过其负载能力就 应加驱动器。 因此可驱动本设计使用的数码管。 74HC245 功能表如表 23所示。 图 27 74HC245 引脚图 第 1 脚 DIR，为输入输出端口转换用。 DIR=“ 1”， OE=“ 0”则 A1 输入，对应 B1 输出，其它类同。 如果 DIR=“ 0”、 OE=“ 0”则 B1 输入，对应 A1 输出。 第 19 脚 OE 为使能端， 8 为“ 1”时 A/B 端的信号将不导通，只有为“ 0”时 A/B 端才启用， 也就是起到开关的作用。 表 23 74HC245 功能表 Input Input/Output OE DIR An Bn L L A=B Input L H Input B=A H X Z Z H：高电平 L：低电 平 X：悬空 模数转换芯片 ADC0832 ADC0832 是美国国家半导体公司生产的一种 8位分辨率 A/D 转换芯片，可以适应一般的模拟量转换要求。 其内部电源输入与参考电压的复用，使得芯片的模拟电压输入在 0~5V之间。 芯片转换时间仅为 32μ S， 有双数据输出可作为数据校验 ，转换速度快且稳定性能好。 通过 DI 数据输入端，可以轻易的实现通道功能的选择。 其引脚如图 28所示。 图 28 ADC0832 引脚图 正常情况下 ADC0832 与单片机的接口应为 4 条数据线 ： CS、 CLK、 DO、 DI。 由于 DO端与 DI 端 在通信时未同时有效并与单片机的接口是双向的，所以电路设计时可 将 DO 和DI并 在一根数据线上使用。 当 CS 输入端应为高电平 时芯片禁用， CLK 和 DO/DI 的电平可任意。 当 进行 A/D 转换时， CS 使能端 应 置于低电平并且保持 到转换结束。 芯片开始转换工作 时， 由处理器向芯片时钟输入端 CLK 输入时钟脉冲， DO/DI 端则使用 DI 端输入通道功能选择的数据信号。 第 1 个时钟脉冲的下沉之前 DI 端必须是高电平，表示启始信号。 第 3个脉冲下沉之前 DI 端 输入 2位数据用于选择通道功能，其功能表如表 24所示。 表 24 ADC0832 功能表 MUX Address Channel SGL/DIF ODD/SIGN 0 1 0 0 + 0 1 + 9 3 系统 硬件设计 AT89S52 复位电路 复位 是使单片机或系统恢复某种确定的初始状态。 单片机就是从复位开始工作的。 开机瞬间 RST 引脚获得高电平，随着电容 C1 的充电，引脚的高电平将逐渐下降。 若 RST 引脚的高电平保持 2 个机器周期，单片机就复位，持续保持则循环复位。 复位操作有两种基本形式：一种是上电复位，另一种是上电与按键均有效的复位，本设计使用的是上电复位方式，上电复位 电路图如图 31所示。 图 31 单片机的复位电路 温度传感器电路 DS18B20 可以使用外部电源 VDD，也可以使用内部的寄生电源。 当 VDD 端口接 — 的电压时是使用外部电源；当 VDD 端口接地时使用了内部的寄生电源。 无论是内部寄生电源还是外部供电， I/O 口线要接。 本设计采用的是外部电源供电方式，连接图如图 32 所示。 图 32 温度采集 电路 DS18B20 的外部电源供电方式在外部电源供电方式下， DS18B20 工作电源由 VDD 引脚 10 接入，此时 I/O 线不需要强上 拉，不存在电源电流不足的问题，可以保证转换精度。 在外部供电的方式下应注意 GND 引脚不能悬空，否则不能转温度，读取的温度总是 85℃。 MQ2 烟雾感器电路 本设计烟雾传感器采用 MQ2，在可燃气体或烟雾中 MQ2烟雾传感器的电阻会有相应的变化，测量电极和加热器构成的敏感元件固定在塑料或不 锈钢制成的腔体内，加热器为气敏元件提供了必要的工作条件。 气敏元件 共 有 6只针状管脚，其中 4 个用于信号取出，2个用于提供加热电流。 直流电压直接供传感器 MQ－ 2的加热丝 HH工作， H 两端接到电源的两端起预热的作用， 检测烟雾之 前要 加热丝给传感器 MQ－ 2预热一定时间。 当采集到电压后 经过 AD 模数 转换器将模拟量转换为数字量。 经过校准就可以 得到 准确的烟雾或者可燃气体的浓度。 这种传感器具有轻微的极性，在满足传感器电性能要求的前提下，为更好利用传感器的性能， 还 需要通过滑动变阻器的调节 与 校准， 才能 得到精确的烟雾信号。 其电路图如图 33 所示。 图 33 MQ2 基本电路 A/D 转换 ADC0832 电路 A/D 转换电路在本设计中采用的是数模转换常用芯片 ADC0832，烟雾传感器的输出端接到 ADC0832 的 CH0。 经烟雾传感器 MQ2 所 检测的电压信号为模拟信号，无法直接被单片机所识别，所以在经过放大电路后对信号进行 A/D 装换，将模拟信号转化为数字信号输入单片机。 ADC0832 电路图如图 34所示。 图 34 A/D 转换电路 11 报警器电路 由 AT89S52实现声音报警控制。 蜂鸣器为无源蜂鸣器，低电平时发出声音， 当 室内 可燃性气体浓度 、烟雾浓度或温度 超过 设定的 限定值时， 单片机将 置为低电平，三极管导通， 扬声器发出 蜂鸣 报警 ，直到有工作人员将电路断开，或烟雾、温度降到限值以下。 蜂鸣器负极接地，正极接三极管输出，其电路原理图如图 35 所示。 图 35 声音报警 电路 在报警的同时，设计加入了一个自救电路，烟雾浓度过高时，可以通过电机把烟雾抽去，使室内烟雾浓度降低。 当温度过高时还可以通过电机，将冷气吹入，降低温度，若发现火灾，则将 CO2 吹入 ， （ 此步骤需用户手动完成 ）。 如图 36 所示。 图 36 马达电路 七段数码管显示电路 数据采集进来并被成功地由模拟量转化为数字量后，就被传送到系统的显示模块，让人们更直接地观察到相关数据。 在本系统中，对 LED 进行的是动态扫描，除了给显示器提供段的输入之外，还要对显示器进行位控制。 显示器的第 一位显示烟雾浓度级别，而后两位则显示当前实际温度，中间显示“ ”将温度和烟雾分开。 本系统显示用的 4 位七段共阳数码管由数码管专用 数码 驱动芯片 74HC245 驱动， P2为数据段码输出口， 至 分别接驱动芯片 74HC245 的 A0至 A7， 74HC245 的 B0 至B7分别接数码管的 a、 b、 c、 d、 e、 f、 g、 dp， 、 、 、 引脚 用作 位选，分别控制 4位数码管的亮灭。 数码管的位选引脚接上拉电阻为共阳，可以由位选引脚输出 12 高低电平经过 74HC07 驱动器控制数码管亮灭。 七段数码管电路图如 图 37所示。 图 37 数码管显示电路图 状态指示灯、控制键电路 状态指示灯控制电路如图 38所示，单片机 AT89S52 引脚 的 、 、 控制输出的状态指示灯。 绿灯亮表示室内环境处于正常状态，环境中没有火灾危险。 红灯表示温度超过了设定的报警限值。 黄灯亮表示环境中烟雾浓度超过报警限值，若同时亮，说明温度和烟雾都超过了设定的报警限值，即可能会发生火灾，提醒用户尽快采取相应措施。 图 38 状态指示灯电路 控制键电路采用独立式按键设计。 4个按键分别接单片机的 、 、 、 ，单片机的 P0口接上拉电阻。 单片机扫描是否有按键闭合，如有键闭合，则判断键号并转入相应的键处理。 功能控制键电路如图 39所示， 4 个键定义如下： ：手动报警键，按此键可以手动启动报警功能。 ：限值设置键，按此键则可以进入报警值的设定。 ：限值减键，按此键当前设定项报警限值逐减。 ：限值加键，按此键当前设定项报警限值逐加。 图 39 功能控制键电路 13 4 系统软件设计 主函数的程序 火灾报警器主程序流程图如图 41所示。 图 41 主程序 流程图 系统启动后首先进行初始化，然后开启中断，在中断中对数据进行及时采集，并且在中断中将检测值与报警限设定值相比较，判断是否要报警。 然后进入主程序的死循环中，不断循环执行四项功能：显示数据、判断是否手动报警、判断是否要设定报警值、判断是否需要显示精确值。 而数据采集于报警判断则在定时中断中执行 ， 在主函数中显示的数据是烟雾的级别与整数位温度值。 主函数程序如下： void main() { sysrest()。 //系统初始化 while(1) 14 { xianshi()。 //显示温度和烟雾数据 if(SD==0)sdong()。 //检查是否启动手动报警 if(SET==0)czhi()。 //检查是否启动设置报警值 if(Jia==0 || Jian==0)jingque()。 //是否显示精确值 } } 中断服务的程序 系统设定定时器工作方式后开启系统中断，以便响应中断定时，及时对室内烟雾浓度和温度进行采样，并及时判断是否超过设定的限值。 系统初始化成功后便开始接受中断申请，定时中断间隔时间为 65 乘以 16毫秒即约 1 秒左右对烟雾数据和温度数据进行一次采样，然后把数据送入主程序的显示函数中等待中断退出然后显示。 中断中同时判断是否需要报警进行判断，能即使报警。 因此本设计对数据有良好的时效性，不会因主程序的运行而影响对数据的处理。 中断服务程序如下 ： void timer0(void) interrupt 1 { TR0=0。 is++。 if(is==16){datadisp(dat0=adc0832(CH),ReadTemperature())。 is=0。 } Baoj()。 TH0=(Time)/256。 // TL0=(Time)%256。 // TR0=1。 } 数据处理的程序 由于烟雾数据采集、 AD 转换后得到的是烟雾浓度，设计中要求数码管中显示的是烟雾浓度的级别，所以对数据采集后，还要对烟雾浓度数据对烟雾浓度进行分等级。 烟雾等级数据放在 disdata[0]中，由主函数 里 的 xianshi()函数调用。 本设计中将烟雾浓度等级分为 6个级别： F0、 F F F F F5，各个级别对应烟雾浓度值如下： F0：烟雾浓度小于等于 5； F1：烟雾浓度小于等于 20； 15 F2：烟雾 浓度小于等于 40； F3：烟雾浓度小于等于 80； F4：烟雾浓度小于等于 120； F5：烟雾浓度大于 120； 温度数据采集并数据转换后直接存放在 disdata[2]和 disdata[3]中， disdata[2]存放的是温度的十位数， disdata[3]则存放的是温度的个位数。 temp 是用于判断是否报警用的。 数据处理程序如下： void datadisp(uint y,uint t)//数据处理 { ywu=(y%10000)/1000*1000+(y%1000)/100*100+(y%100)/10*10+y%10。 { if(ywu=0)disdata[0]=0。 if(ywu5)disdata[0]=1。 if(ywu20)disdata[0]=2。 if(ywu40)disdata[0]=3。 if(ywu80)disdata[0]=4。 if(ywu120)disdata[0]=5。 } temp0=t。 { disdata[2]=(t%1000)/100。 disdata[3]=(t%100)/10。 } te。