智能火灾报警系统(毕业设计)

本科毕业设计

题 目 基于单片机的火灾报警系统设计 学生姓名

专业名称 电子电气工程学院2011级通信工程

指导教师

年 月 日

摘要

伴随着时代不断的进步，人们越来越多的使用电子类设备，无论是家庭还是工厂使用的电器都越来越多。但是随之而来的是因为电器的不当使用所引起的火灾也非常之多。我们的国家每年因为所用电器造成的火灾而损失很多的利益。火灾不仅带来的物品财产上的损失，而且带给了我们失去亲人的悲痛。所以针对这种情况我们很有必要设计出一种火灾报警系统，减少火灾的发生，并是我们在火灾中受到的经济损失和人员伤亡达到最小。目前我们国家有非常多的人也设计出了很多的火灾报警系统，但是大部分的火灾报警系统都是适用于大型的工厂、公司而并不适用于家庭、宿舍等小的环境之中。所以研制一款针对于家庭、宿舍等小环境研制出一款火灾报警系统是非常重要的。并且本次设计也言简意赅、实用性高。所以针对小的环境之中的火灾报警系统本文设计了一种火灾报警器。该系统设计核心为MCS-51单片机和MQ-2半导体气体烟雾传感器，芯片我们采用STC89C52芯片，火灾报警系统中的电路包括烟雾采集信号电路、前置放大电路、A/D转换电路、安全保护电路等主要电路组成。最终经过调试，确定本设计方案是可行的。

关键字：单片机；传感器 ；烟雾报警器

Abstract

Along with the progress of times, more and more people use electronic

equipment, whether the family or the factory use electrical appliances are more and more. It is because of the improper use of electrical appliances caused by fire is also very much. Our country each year because of the use of electric fire caused by the loss of a lot of interests. Fire not only broughtthe goods property losses, but also brought us the grief of losing loved ones. So in this case it is necessary for us to design a fire alarm system, reduce the fire, and we are in the firecasualties and economic losses to the minimum. At present, our country has so many peoplehave designed a lot of fire alarm system, but most of the fire alarm system is applicable to large factories, companies and is not suitable for families, dormitories and other smallenvironment. So the development of a needle is very important

a fire for families, dormitories system. And this and other small and environment developed alarm design is concise comprehensive, highly practical. So for the small environment of the fire alarm system this paper designed a fire alarm. The core of the system design for the MCS-51 MCU and MQ-2chip semiconductor gas smoke sensor, we adopt STC89C52 chip, the fire alarm circuit in the system including the smoke signal acquisition circuit, preamplifier circuit,A/D conversion circuit , protection circuit main circuit. After debugging, the design scheme is feasible.

Key words: sensor ; MCU ; The smoke alarm

目录

1 绪论 ...................................................................................................................................... 1

1.1 课题背景 ................................................................................................................... 1

1.2 烟雾报警器的国内外现状 . ....................................................................................... 1

2 总体方案设计 ...................................................................................................................... 2

2.1 烟雾检测传感器选型 . ............................................................................................... 3

2.2 单片机选型................................................................................................................ 5

2.2.1 STC89C52单片机简介 . ................................................................................. 5

2.2.2 单片机的引脚功能描述 . .............................................................................. 6

3 系统的硬件电路 .................................................................................................................. 9

3.1 单片机最小系统 . ....................................................................................................... 9

3.2 单片机的时钟电路与复位电路设计 . ..................................................................... 10

3.3 烟雾检测AD 采集电路 . ......................................................................................... 10

3.4 显示模块 ................................................................................................................. 11

3.5 声音报警电路.......................................................................................................... 12

3.6 按键控制电路.......................................................................................................... 13

3.7 电源模块 ................................................................................................................. 13

3.8 温度传感器(DS18B20)电路 ................................................................................... 14

3.8.1 DSl8B20简介 . .............................................................................................. 14

3.8.2 18B20接口电路 ........................................................................................... 17

4 系统软件的设计 ................................................................................................................ 18

5 电路的调试 ........................................................................................................................ 18

6 总结评价 .............................................................................................................................. 19

致谢 .......................................................................................................................................... 20

参考文献 .................................................................................................................................... 1

附件一：总体原理图设计......................................................................................................... 2

附件二：部分程序源代码......................................................................................................... 3

附件三：实物图 ........................................................................................................................ 6

1 绪论

1.1 课题背景

随着科技的不断发展，人们现在对于电器的应用越来越多，无论是家用电器，还是工厂使用的电器都越来越多。但是随之而来的是因为电器的不当使用所引起的火灾也非常之多。所以针对于火灾的发生我们应当尽早发现火灾的源头并给予通报，因此我们对于现场的烟雾进行采集，监视所处的环境之中的烟雾浓度，以便于及时的发现火源，进而尽量减小事故的发生，从而才能进一步使我们生活的环境处于安全。

1.2 烟雾报警器的国内外现状

外国国外对于烟雾传感器的研究开发可以追溯到上世纪30年代初，一经出现便受到了大批大批人士的追捧。其中一个方面是因为人们意识到了火灾对于人们生活的威胁性；另一方面是因为传感器的市场在外国不断地快速发展，并且随着传感器的快速发展，传感器不仅在工艺上得到了很大的提高，而且其越来越趋于小型化体积越来越小，也就是说在一个芯片上便包括了传感器等一系列的电子器件。这种情形不仅使烟雾检测仪器更加便于携带，更使其在生产、运输等方面所需要的成本大大降低。

烟雾传感器的研究发明在我国是从上世纪七八十年代初才慢慢开始的，随着我国对于烟雾传感器的快速发展，不仅研制出的烟雾传感器的型号越来越多样而且烟雾传感器的种类也越来越全，应用于各个生产生活的领域。我们国家在引进国外对于烟雾传感器先进的技术和先进的工艺，进行自主开发和自主研究。生产粗了许多针对于我们国家的烟雾传感器。

报警器在分类上一共可以分为三大类。其中包括民用烟雾报警器、工业用烟雾报警器、 有毒有害烟雾报警器。

(1)民用烟雾报警器

该型报警器一般属于小型的火灾报警器, 在人们的生活之中一般人们会将其安装在厨房之中，每当火灾发生时该报警器会监测到火灾产生的烟雾，进儿报警

器便会发出报警，向人们显示火灾的发生。有一些高端的报警器还可以开启系统排风扇功能，将火灾产生的烟雾排到屋外去。

(2) 工业用烟雾报警器

工业报警器总的来说就是应用于工业生产过程中的大型火灾报警系统。该报

警器根据状态种类的不同，又可以分为三类。分别为检漏仪、控制器和探测器。

检漏仪相对于其他两种的特点是体积很小，该仪器主要应用之处便是对于燃

气管道的管理。如果在检测过程之中发现有燃气发生泄漏，检漏仪便会发出报警，该仪器在报警的同时人们还可以在该仪器上读取到烟雾的浓度，使人们防患于未然，防止火灾的产生。

探测器人们一般会将其装于防爆现场，控制器人们通常则会将其放在有人值

守的地方，比如传达室等。他们两者之间人们通常会采用屏蔽电缆线连接。当工作人员在现场探测到燃气发生泄漏之后，就会通过电缆线将燃气发生泄露的信号传到控制器，相应的控制器就会发出报警，在报警的同时该系统就会启动排风装置并且会关闭阀门并进一步会切断燃气的源头。此种探测器和控制器应用相当的广泛，例如液化气站、汽车加油站、锅炉房等重要的场所。

(3) 有毒有害烟雾报警器

有毒有害烟雾报警器相对于前文描述的探测器只是在检测探头上与其有轻

微的差异，而在原理和应用中都很相似。

2 总体方案设计

烟雾报警器不仅可以监测出所处于工作环境之中的烟雾的浓度，并且可以在

遇到火灾时烟雾的浓度超过所设定值时会产生报警。

人们在设计这种烟雾报警器时为了适应家庭和工业等场所对应的安全性的

要求，设计的该报警器应当包含有显示报警的状态。人们所设计的这种报警器工作方式采用的是延时的工作方式，并以STC89C52单片机为控制核心，采用MQ-2传感器用来收集烟雾浓度，并且这种报警系统还会配合外围电路来达到设计的要求。我们所设计的报警系统主要包括硬件设计部分和软件设计部分。

下图，如图1所示表示的为我们本次设计的总体设计的框架图。

图1 总体设计框图

我们在本次设计之中，CPU 使用的是MCS-51单片机系列中的STC89C52单片

机。我们会将报警器在所处的监测位置所监测的烟雾浓度的信号使用烟雾检测探头将其变为电信号，并且会通过模拟/数字电路进行采集。然后传入到单片机之中，经过软件系统进行查询等环节实时发出报警信号, 最终经过驱动蜂鸣器和指示灯来进行报警的产生。

2.1 烟雾检测传感器选型

烟雾传感器是人们针对于火灾报警系统之中测量的装置和控制系统的第一

个非常重要的环节。因为在报警器之中的信号的采集环节会用到烟雾传感器。该传感器可以将检测出的有关烟雾的浓度的信号经过烟雾检测探头将其转换成电信号，从而可以进一步的达到检测和监控等功能的实现。我们可以这么说，如果没有传感器在检测过程中输入精确有效的信号，那么就不会有检测、控制等系统的精确产生。烟雾传感器作为核心器件，可以说是它决定了所有监测到的烟雾浓度信号的准确性和可靠性。

下图，如图2表示为烟雾传感器内部结构图：

图 2 烟雾传感器及其结构图

在上文的叙述之中，因为MQ-2半导体传感器相对于其他的半导体烟雾传感

器来说，灵敏度非常的高，电导率现对于其他类型的传感器来说变化更加大、响应的时间和恢复的时间都非常的短、抑制影响的能力也非常强大，而且该传感器所输出的信号也非常大、寿命更加长，工作平稳性更加平稳等优点，所以这种传感器在市面上的应用非常的广泛。所以针对传感器的选择我们选择用MQ-2半导体传感器来作为本次设计的核心传感器。所以下文我们将针对MQ-2半导体气体烟雾传感器做重点的介绍。MQ-2半导体传感器是以金属氧化物二氧化锡为主体的N 型半导体气敏元件。当这种传感器所处的环境之中检测出有烟雾气体的时候，传感器中的N 型半导体气敏元件的电导率与所检测空气中烟雾浓度成正比关系。所以我们在本次设计报警器，可以只要使用相应的电路将电导率中的变化关系转变成为与该气体浓度相对应的电信号。

2.2 单片机选型

单片机对于烟雾自动报警系统来说是最为关键性的一个元件，可以说单片机

是整个系统的心脏，因为在系统中，单片机是用来接收信号并用来启动报警装置进一步会执行相应的报警。在单片机实现的控制功能中，需要单片机有较快的运算速度，使检测人员和用户在报警器系统正常工作时能够及时地观测到实时的烟雾浓度等级，并进行相应处理。同时，在能够满足报警器系统设计的计算速度及接口功能要求的同类型单片机中，要考虑选择价格低廉且体积轻巧的机型，在保证了报警器的精确性、可靠性及抗干扰性的基础上，能够不提高成本，缩小体积。

针对本文系统单片机的选择，我们使用MCS-51系列单片机中的STC89C52单

片机。下文我们会对STC89C52单片机做重点介绍。

2.2.1 STC89C52单片机简介

STC89C52是T种低功耗、高性能CMOS8位微控制器，具有8K 可编程Flash 存储器。使用高密度非易失性存储器技术制造，与工业80C51 产品指令和引脚完全兼容。片上Flash 允许程序存储器在线可编程，亦适于常规编程器。在单芯片上，拥有灵巧的8 位CPU 和在系统可编程Flash ，使得STC89C52为众多嵌入式控制应用系统提供高灵活、超有效的解决方案。STC89C52具有以下标准功能：8k 字节Flash ，256字节RAM ，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。另外，STC89C52 可降至0Hz 静态逻辑操作，支持2种软件可选择节电模式。空闲模式下，CPU 停止工作，允许RAM 、定时器/计数器、串口、中断继续工作。掉电保护方式下，RAM 内容被保存，振荡器被冻结，单片机一切工作停止，直到下一个中断或硬件复位为止。这一模块以单片机为中心把程序代码烧进去然后外围接上复位电路、振荡电路、键盘控制、LED 显示电路、报警电路等子模块。

2.2.2 单片机的引脚功能描述

下面对STC89C52各引脚的功能进行较为详细的介绍：

1) 电源引脚Vcc 和Vss

Vcc 引脚可以表示为电源端为+5V，该引脚一共有40脚；

Vss引脚可以表示为接地端引脚，该引脚一共有20脚；

2) 引脚XTAL1和XTAL2

XTAL2可以表示为时钟电路引脚，该引脚与外部晶体的一端相连接。该引脚在单片机的内部可以表示为电路反向放大器的输出端，而该电路的频率可以表示为晶体固有的频率。如果需要使用到外部时针电路的时候，该引脚的输入脉冲表示为外时钟脉冲。如果需要检查该单片机中的振荡电路是否工作正常，则可以用到示波器来针对XTAL2时钟电路引脚是否有脉冲信号输出进行查看。该引脚一共有18脚。

XTAL1也表示为时钟电路引脚，与XTAL2不同之处在于该引脚可以接到外部晶体和微调电容的另一端。在单片机工作之中，它可以表示为电路反向放大器的输入端。如果我们使用外部时钟的时候，这个引脚就必须接到地，该引脚一共有19脚。

3引脚 RST ALE PSEN 和EA RST可以表示为复位信号输入端引脚，该引脚在输入为高电平时才有效果，在低电平时无效。所以只有在RST 引脚的输入端的机器周期为高电平的时候，RST 引脚才能够完成复位操作。该引脚一共有9脚。

引脚可以表示为地址锁存允许信号端。只有当STC89C52单片机在正常工作的时候，ALE 引脚则会连续的向外输出脉冲信号，该脉冲信号的值为正值。当STC89C52单片机访问片外RAM 的时候，引脚ALE 的输出信号为空之锁存地址低八位的信号。在STC89C52单片机访问片外ROM 的时候，每当STC89C52单片机取值一次就会失去一个脉冲。通常情况下人们如果想知道该芯片是否损坏，就可以使用示波器查看ALE 引脚有没有输出脉冲信号，如果没有输出信号的，则STC89C52芯片基本上来说是没有问题的。该引脚一共有30脚。

PSEN引脚我们可以表示为程序存储允许输出信号，在访问片外RAM 时，这个引脚的输出脉冲可以作为片外ERROM/ROM的选通信号，STC89C52单片机在从外部ERROM/ROM读取指令的期间中，在一个周期的过程之中PSEN 可以有效两次。但是STC89C52单片机在访问片外RAM 时，则需要少生成两次脉冲信号，该信号的值为负值。通常的情况下我们如果要知道AT89C52系统上电后单片机到ERROM/ROM中能不能正常的读取指令码，就可以从示波器看PSEN 端有没有脉冲的输出。如果有脉冲输出的话那么就基本上能够说明AT89C52系统工作是正常。该引脚一共有29脚。

可以分别表示为外部程序存储器地址允许输入端的引脚和固化编程电压输入端引脚。当外部程序RAM 地址允许输入端的引脚接高电平的时候，STC89C52单片机只会访问片内ERROM/ROM并执行指令。但是当STC89C52单片机的数值超过值的时候，STC89C52单片机就将会自动转向执行片外RAM 的程序。当输入的信号外部程序存储器地址允许输入端的引脚接低电平时，那么STC89C52单片机就会只访问外部ERROM/ROM并且也会执行外部程序RAM 中的指令，RAM 程序。然而如果对于对于ROM 的8031或8032单片机，因为ROM 的8031或8032单片机之中没有芯片，那么我们就必须向外扩展ERROM ，那么在这个时候我们就必须将EA 引脚接到地。但是如果我们使用的是有片内ROM 的STC89C52单片机时，也要使EA 引脚接地。该引脚一共有31脚。

I/O引脚可以表示为输入/输出端口引脚，该引脚中包括P0，P1，P2，P3四个端口。

P0口可以表示为一个漏极开路的八位双向输入/输出端口。

P1口可以表示为一个八位准双向输入/输出端口。

P2口不仅可以表示为地址总线输出地址高八位，而且也可以做为平常的输入/输出端口使用。

P3口可以表示为一个双功能口，该引脚不仅可以做为平常的输入/输出口用而且该输入/输出端口也可以按每位定义实现第二功能操作。详情可以从以下的表中看出来。

我们在测量温度的时候，需要设计测温电路，那么我们就需要用到温度传感器，对于温度传感器的选择是非常之重要的，在如今的社会，人们已经研发出了很多种的温度传感器，而每种温度传感器在不同的系统之中都有其不同的优点和缺点，以下我们针对两种温度传感器进行比较，其中一种为PT100温度传感器，另一种为DS18B20温度传感器，然后我们选择一种适用于本文设计的温度传感器。 方案1：

方案一我们选择PT100温度传感器。PT100温度传感器测量温度的时候我们通常是利用铂电阻的阻值随温度改变而变化的思路、并且这种变化会呈一定函数关系，这种温度传感器不仅具有良好的抗振动能力，而且稳定性也非常的好、精确度也非常的精确，并且这种传感器可以忍受高压。但是缺点就是这种温度传感器使用起来非常的复杂。

方案2：

方案二我们选择DS18B20温度传感器。DS18B20温度传感器的输出总线的方式是通过 “ 一线 ” 总线这种独特的方式。这种独特的输出总线的方式不仅可以使多个 DS18B20温度传感器可以方便地形成一个传感器网络，而且DS18B20温度传感器在测温时候的精度方面、转换时候的时间等方面相对于其他的温度传感器都有了非常大的进步。

综上所述，我们通过两种温度传感器的比较，DS18B20温度传感器不仅可以直接输出温度值，而且不需要进行过多的校正，因此，对于温度传感器的选择，我们选择DS18B20温度传感器。

3 系统的硬件电路

3.1 单片机最小系统

如果要使单片机进行正常的工作，那么构成单片机电路最基础的的就是单片机最小系统，单片机最小系统如下图所示。

图3 单片机最小系统

单片机最小系统的电路包括单片机电路、复位电路和时钟电路。

STC89C52 单片机的正常的工作电压为4V-5.5V, 因此我们通常在给单片机接入电源时一般接入的为5V 的直流电源。我们通常会通过单片机的电源端的VCC 引脚接入+5V电源，而单片机中的接地端的VSS 引脚在通常情况下则会接地。

复位电路一般来说就是确定单片机在开始工作时的状态，即使单片机完成启动的一个过程。打开电源的开关时单片机便会产生一个复位信号，从而进一步完成启动并且进一步确定单片机的起始工作状态。当单片机系统在运行的过程之中，有时候单片机系统可能会因为某些原因从而导致死机或者跑飞的现象，通常在这个时候我们都会按下复位按钮使单片机系统中的程序从头开始执行。复位通常有两种方法其中一种为上电自动复位另一种为外部按键手动复位，一般情况下

单片机系统在时钟电路的工作之后，在复位端出连续的输出两个周期的高电平时，这时单片机系统就会完成复位操作。而在本设计之中我们所采用的复位方法是外部手动复位。

3.2 单片机的时钟电路与复位电路设计

我们在本次设计的系统之中我们采用STC89C52系列的单片机，STC89C52系列的单片机相对比其他系列的单片机来说具有很多的优点。在该单片机中不仅资源相对比其他单片机要多的很多，而且对于系统的执行速度也要快得多。STC89C52单片机内部也集成了看门狗电路，使这种单片机具有很强的抑制干扰的能力。

如下图所示为本单片机系统的时钟电路和复位电路。

图4 时钟电路 图5 复位电路

由于STC89C52单片机输入/输出端口中的P0端口没有上拉电阻，表示为高电阻状态，从而并不能使STC89C52单片机正常地输出高/低电平，因此该输入/输出端口在使用的过程之中必须外接一个上拉电阻。

3.3 烟雾检测AD 采集电路

我们在烟雾检测的过程之中通过采用MQ-2半导体烟雾传感器。并且经过ADC0832芯片经过采集之后便可以得到各种烟雾浓度下的信号。因此我们根据这种设计可以设计出一种理想状态下的烟雾强度报警信号。这种烟雾检测AD 采集电路如下图所示：

示：

3.4 显示模块

图6 烟雾浓度采集电路 我们在显示模块的过程之中通过数码管进行显示，显示模块的电路如下图所

图7 数码管显示

3.5 声音报警电路

通常情况之下声音报警电路会经过三极管基极串连一个电阻并且会与单片机之中的P3端口之中的P3.6端口进行连接，从而使单片机系统控制蜂鸣器是不是需要报警。

图8 声音报警电路图

3.6 按键控制电路

在本次设计之中我们针对本电路一共设置了四个按键，一个设置键、一个加键、一个减键、一个紧急报警键，当我们在生活中遇到紧急的情况的时候，便可以迅速按下按键之中的紧急报警键，在这个时候蜂鸣器便会进行报警。按键控制电路的电路图如下图所示：

图9 消音按键连接电路图

3.7 电源模块

因为在本次针对烟雾报警系统之中对于供电系统我们采用的事电池供电，因此我们比较了两种供电系统对本系统进行供电，它们都有各自的优缺点。 方案1：

方案一中我们使用5V 蓄电池为我们所设计的系统进行供电。通常情况下蓄电池不仅具有很强大的电流驱动能力而且也具有很平稳的的电压输出的能力。但是蓄电池的缺点及时体积相对于其他供电系统太过于庞大，在小环境的报警器中使用起来相当的不方便。

方案2：

方案二中我们采用三节1.5 V的干电池互相串联那么便得到了共4.5V 的干

电池做电源，我们通过实验验证该单片机系统在工作的时候，各种器件所需要的电压都能够满足该单片机系统的需求，而且电池更换起来也极为方便。

综上所述，我们针对单片机系统的供电系统采用第二种方案。

图10 电源接口电路

3.8 温度传感器(DS18B20)电路

3.8.1 DSl8B20简介

DSl8B20温度传感器是全球著名的DALLAS 半导体公司生产并推出的一款新型的温度传感器，该温度传感器是继DSl820温度传感器之后最新推出一款新型的智能温度传感器。DSl8B20温度传感器相对于传统的热敏电阻有很多的优点，这种温度传感器不仅可以直接读出被测量的温度，而且也能够根据系统的需要从而通过编程可以达到数字直读方式。而且我们可以从DSl8B20温度传感器读出或者写入信息仅仅可以用一根口线用来读写，温度变换功率来源于数据总线，而且总线也可以向DSl8B20温度传感器进行供电，并不需要加入其他的电源。所以我们在应用DSl8B20传感器的过程之中不仅可以让单片机系统中的结构更加趋向于简单，而且在这种温度传感器的可靠性也非常的高。本文设计不仅向我们介绍了基于DS18B20温度传感器的温度测量中所应用的单片机控制系统的构成、不且也向我们系统的介绍了设计的方案和所用到到的程序设计的过程。DS18B20温度传感器进行多点温度测量的单片机系统的控制的核心采用AT89C52单片机进行控制的，并且以DS18B20作为被控制的对象，单片机系统中熟知的显示我们采用数码

管进行显示，并且在单片机系统的设计过程之中我们也用到了C 语言来实现单片机系统所要求的各种功能。DSl8B20温度传感器我们用到了3脚PR35封装和8脚SOIC 封装.

如下图所示我们可以看出 DS18B20温度传感器中的各个管脚的排列：

图11 DS18B20的管脚

DS18B20温度传感器的各个引脚说明如下：

GND 引脚可以表示为接地引脚；

DQ 引脚可以表示为数据输入/输出端口引脚；

VDD 引脚可以表示为所接电源的引脚；

NC引脚可以表示为空脚；

DSl8B20的内部RAM 包括两个RAM ，其中一个表示为高速暂存RAM ，另一个为可电擦除的EEPRAM 。可电擦除的存储器通常情况下我们用来存储TH 和TL 的值。通常情况下我们首先会将数据先写入RAM ，其次我们会通过校验并且将数据信号传给EEPRAM 。而配置寄存器为高速暂存器中的第5个字节，配置寄存器之中的内容通常情况下用来确定数字转换的分辨率，DSl8B20 温度传感器在正常工作的时候通常情况下会按照这个配置寄存器中的分辨率将温度变为与其相对应的数值。低5位通常情况下一直都表示为1，TM 通常情况下用来表示测试模式位，通常情况下TM 用来进行设置DSl8B20温度传感器应当在工作模式还是应当在测试模式。如下面表格中的内容所示。DSl8B20温度传感器在刚刚出厂的时候该位一般情况下会被设置为0，并不需要用户去进行改动。

表1 字节各位的定义

由下表中的内容我们可以看出，我们所设定的分辨率与单片机系统中的温度数据转换时间成正比关系。所以当我们在实际应用的过程之中一定要在考虑分辨率和转换时间并进行权衡。高速暂存RAM 之中不仅包括配置寄存器，而且还包括另外八个字节组成，它的分配从下表我们可以看出。通过下表我们可以看出TH 和TL 值第三，第四节，第六到第八字节，表现为全逻辑1；第九字节读出的数值就是前面的八个字节的RC 码，通常情况下可以用来保证通信的正确性。

表2 数据分辨率和转换时间

通常情况之下当DSl8B20温度传感器收到温度转换的信号之后，便会启动转换程序，如下表中的内容所示。转换完成后的温度值就以16位带符号扩展到二进制补码形式储存在高速暂存存储器的第l ，2字节。DSl8B20温度传感器之中我们在计算对应的温度的时候：当符号位S 为0时，我们便可以直接把二进制位转换为十进制；当符号位S 为1时，我们首先会将二进制位补码变换为二进制位原码，然后再将二进制位原码转换成十进制数值。

表3 码制转换

3.8.2 18B20接口电路

如下图所示为18B20的接口电路。

图12温度传感器接口电路图

（1） DS18B20控制方法

DS18B20温度控制器有六条控制命令：

44H 可以表示为温度转换控制此时我们通常情况下会通过启动DS18B20进行温度转换；

BEH 可以表示为读暂存器 读暂存器中包括九个字节的内容；

4EH 可以表示为写暂存器其作用就是将系统之中的数据写入暂存器的TH 和TL 字节之中；

48H 可以表示为复制暂存器 这个暂存器的作用就是那TH 和TL 中的字节写到E2RAM 中 ；

B8H 可以表示为重新调E2RAM 其作用就是把E2RAM 中的TH 和TL 中的字节写到暂存器TH 和TL 字节之中。

B4H 可以表示问读电源供电方式其作用就是启动DS18B20温度传感器并向主CPU 传送供电方式的信号

（2） DS18B20温度传感器的供电方式

通常情况下DS18B20温度传感器可以使用两种方式对系统进行供电，其中的一种供电方式为电源供电方式，在这种供电方法的情况下DS18B20温度传感器的1号引脚接地，2号引脚通常情况下会当做信号线，3号引脚通常情况下接供电电源。另一种供电方法为寄生电源的供电方法，通常情况下我们为了保证在有效的DS18B20温度传感器周期内向单片机系统提供足够的电流，这个时候我们就可以用到三极管用其来完成对总线的上拉过程。本文的设计我们针对供电方式应用电源供电方式，STC89C52单片机中的P2.3端口接单线总线为了保证在有效的DS18B20温度传感器周期内向单片机系统提供足够的电流，这个时候我们就可以用到一个上拉电阻和STC89C52单片机中的P2.3端口用他们来完成对单片机系统总线的上拉。通常情况下如果我们使用寄生电源供电的方法就必须保证VDD 引脚和GND 引脚均接地。通过主机控制的DS18B20单片机系统如果需要完成温度转换过程就必须经过3个步骤：

● 初始化。 ● ROM 操作指令。

● 存储器操作指令。

4 系统软件的设计

首先要给传感器预热, 因为MQ-2型半导体电阻式烟雾传感器在不通电存放一段时间后，再次通电时，传感器不能立即正常采集烟雾信息，需要一段时间预热。程序初始化结束后，系统进入监控状态。在整个报警系统工作中，烟雾浓度信息经ADC0832转换处理后，由单片机进行分析处理，判断系统是否启动报警。主程序还包括LED 八段式数码管浓度字符显示功能、手动报警功能、报警浓度设定功能，中断子程序等，使报警器功能更加完善，给用户带来便利。

5 电路的调试

在电路的调试的过程之中，首先我们应该输入单片机系统的显示程序，看一看显示手否正常。其次当我们在调试系统程序的时候，如果我们发现指令用的不是很正确，从而导致调试电路无法达到我们所需要的目的，另外软件程序中的延

时有的过长、有的过短。

6 总结评价

本篇论文设计针对在我们生产生活之中常常会发生火灾的情况，通过设计设计出了一种烟雾报警系统，这种烟雾报警系统不仅可以有效的监测出发生火灾时烟雾浓度的值，并且可以提前发现火灾隐患，并提前进行报警，使人们更及时的发现火灾的隐患，使人们在生产生活的过程之中更安全。

本论文设计的烟雾报警器由烟雾信号采集电路与单片机控制电路两大部分构成。根据设计要求、使用环境、成本等因素，选用MQ-2型半导体电阻式烟雾传感器。该传感器是对以烷类烟雾为主的多种烟雾有良好敏感特性的广谱型半导体敏感器件。它的灵敏度适中，具有响应与恢复特性好，长期工作稳定性高、重现性强、不易受环境影响及抗温湿度影响等优点。

最后我们通过本设计在现场的测试，通过我们对测试所得到的烟雾浓度实验数进行分析据并计算，得到本文所设计的报警器上所显示出的烟雾浓度与实际浓度相比误差为2.55%LEL，而我们国家所规定的误差范围为±5%LEL，2.55%LEL

致谢

在本次毕业设计中，我得到了指导老师高蕊老师的悉心指导，高老师在论文的设计过程中提出了许多宝贵合理的建议，帮助我解决了毕业设计中遇到的各方面的问题，并不断向我传授分析问题和解决问题的办法，给我指出了正确的努力方向，使得论文不断完善。在这里非常感谢高老师的指导和帮助，在此向高老师致以最诚挚的谢意！

同时，论文的顺利完成，也离不开同学和朋友们的关心与帮助。在整个的论文写作中，班里的同学和舍友们积极帮我查找资料，提供有利于论文写作的建议和意见，在他们的帮助下，我才能最终完成整篇论文。在此一并感谢！

大学四年的时光转瞬即逝，在宝鸡文理学院的学习和生活是我人生中一段非常宝贵而难忘的经历。感谢我的母校宝鸡文理学院，给我提供这么好的师资力量，给我提供学习和生活的空间，真心地希望她的明天更加美好！

参考文献

[1]李华.MCS 一51系列单片机实用接口技术. 北京航空航天大学出版社. [2]陈伟.MCS 一51系列单片机实用子程序集锦. 清华大学出版社. [3]张毅坤. 单片微型计算机原理及应用. 西安电子科技大学出版社. [4]刘迎春. 传感器原理设计及应用. 哈尔滨工业大学出社. [5]肖忠祥. 数据采集原理. 西北工业大学出版社. [6]赵负图. 数据采集与控制系统. 北京科学技术出社. [7]王若鲸. 数据通信系统入门. 人民邮电出版社. [8]何立民. 单片机实用文集. 北京航空航天大学出版. [9]余成波. 传感器与自动检测技术. 高等教育出版社.

附件一：总体原理图设计

附件二：部分程序源代码

#include

#define unchar unsigned char #define uint unsigned int uchar Tem1,Tem2,Smok1,Smok2;

uchar Tem=3.6,Smok=4.6; //设定温度烟雾报警阈值 uchar a,a1,a2,b,b1,b2; void caiji_wenyan();

void delay_10ms(uint i); //程序声明 void panduan ); void baojing(); void main() {

P21=1; P20=0;WR=1;RD=1;

P0=0XFa;P24=1;P23=1;P22=0; //初始化 while(1) //主程序 {

caiji _wenyan (); //第一次采集温度烟雾信号 Tem2=Tem1;Smok2=Smok1;

delay_10ms(5); //延时50ms ，让ADC0809准备好第二次数据转换 caiji _wenyan(); //第二次采集温度烟雾信号

panduan(); //将转换的数据与设定的报警阈值比较 baojing(); //报警程序

delay_10ms(2000); //系统隔20s 对现场判断 }; }

void caiji_wenyan() {

P0=0XF8; //选通IN-0，转换温度信号 WR=0;

if(EOC=1) {RD=0;Tem1=P0}; //当ADC0809转换结束，80C51打开AD 的三态门，

AD 输出数据

else RD=1; //否则，AD 继续转换 delay_10ms(1);

P0=0XF9; //选通IN-1，转换烟雾信号 WR=0;

if(EOC=1) {RD=0;Smok1=P0}; else RD=1; }

void delay_10ms(uint i) //10ms延时程序 {

while(i--) {

uchar i,j,k; for(i=5;i>0;i--) for(j=4;j>0;j--) for(k=248;k>0;k--); } }

void panduan()

{

if(Tem1>Tem) a1=1; //当采集的温度高于阈值置1，否则，置0 else a1=0; if(Tem2>Tem) a2=1; else a2=0;

if(Smok1> Smok) b1=1; //当采集的烟雾浓度高于阈值置1，否则，置0 else b1=0;

if (Smok2> Smok ) b2=1; else b2=0; }

baojing() {

if(a1=a2&&b1=b2) //两次采集数据的标志位相同 { a=a1; b=b1;

if(a=1&&b=1) {P22=1;P21=0;P23=1；P24=0；P25=1;}; //温度烟雾标志位都是1，发生火灾

if(a=1&&b=0) {P23=0;P21=0;P22=1；P24=1；P25=1;};

if(a=0&&b=1) {P23=0;P21=0;P22=1；P24=1；P25=1;}; //温度烟雾标志位只有一个1，异常

if(a=0&&b=0) P22=0; //温度烟雾标志位都为0，正常 };

else {P25=0;P23=1;P24=1;} //两次采集的数据标志位不同，系统故障

附件三：实物图