毕业设计（论文）基于单片机的火灾报警综合系统.doc

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1、基于单片机的火灾报警综合系统摘要： 本系统采用AT89C51作为控制器，选用温度传感器DS18B20、烟雾传感器、红外敏感元件ST178P作为火灾探测的敏感元件，采用声光报警的方式，设计出可以应用于办公室、教室、家庭房屋等场所的简单实用的火灾探测报警器。单片机巡回检测温度、红外辐射、烟雾并显示温度，当以上任一项发生异常时系统判断具体是哪项异常，再发出相应的声光报警信号，只到异常被排除，系统自动停止报警关键字：单片机、DS18B20、ST178P、火灾报警目录摘要 11 引言32报警器硬件设计 32.1硬件组成32.2单片机控制模块32.2.1AT89C51的简介 32.2.2单片机接线42.3

2、 数码显示电路42.4声光报警电路52.5烟雾检测模块52.6红外探测模块62.6.1LM339比较器的使用简介62.6.2 ST178的工作原理62.7温度采集模块72.7.1 DS18B20简介 72.7.2 接线图82.8电源电路92.9主程序流程图103调试结果123.1 温度检测模块的功能调试123.2红外探测模块的功能调试133.3烟雾探测模块的功能调试 134设计总结13参考文献 13附页 14程序清单 141 引言：我国的火灾自动报警控制系统经历了从无到有、从简单到复杂的发展过程，其智能化程度也越来越高，灵敏度也越来越高1。目前国内厂家多偏重用于大型仓库、商场、高级写字楼、宾馆

3、等场所大型火灾报警系统的研发，他们采用集中区域报警控制方式，其系统复杂、成本较高2。本系统则主要应用于居民住宅、机房、办公室等场所的小型防火报警器。廉价实用且可在火灾发生的初期就检测到并且发出声光报警，同时可实时显示该场所的环境温度3。2报警器硬件设计 设计原理：单片机巡回检测温度、红外辐射、烟雾并显示温度，当以上三项任意两项或三项都同时发生异常时系统认为发生了火灾，发出声光报警信号，只到异常被排除，系统才自动停止报警。2.1硬件组成AT89C51控制模块温度采集模块红外检测模块烟雾探测模块声光报警模块数码管显示模块 图2-1硬件组成 如图2-1，本系统主要由单片机控制模块、烟雾探测模块、温度

4、采集模块、红外探测模块、数码管显示模块、声光报警模块、电源模块。2.2单片机控制模块 因本系统要求实时显示环境温度，涉及到一些计算及BCD转化的处理，同时考虑到功耗等问题，综合考虑后选择AT89C51作为本系统的中央控制器。 2.2.1AT89C51的简介AT89C51是一种带4K字节闪烁可编程可擦除只读存储器（FPEROMFlash Programmable and Erasable Read Only Memory）的低电压，高性能CMOS8位微处理器，俗称单片机。AT89C51是一种带2K字节闪烁可编程可擦除只读存储器的单片机。单片机的可擦除只读存储器可以反复擦除100次。该器件采用AT

5、MEL高密度非易失存储器制造技术制造，与工业标准的MCS-51指令集和输出管脚相兼容。由于将多功能8位CPU和闪烁存储器组合在单个芯片中，ATMEL的AT89C51是一种高效微控制器，AT89C51是它的一种精简版本。AT89C51单片机 为很多嵌入式控制系统提供了一种灵活性高且价廉的方案4。 2.2.2单片机接线 图2-2 单片机接线如图2-2所示P0口用于控制发光二极管，P1.0、P1.1作为数码显示的数据口和时钟。P1.2 接温度传感器DS18B20的数据脚，用于读入温度，P1.3接红外辐射的检测口，当红外辐射大于常态时P1.3状态变为1，P1.4接烟雾传感器的检测口，当烟雾浓度大于常态

6、时该口状态变为1， P1.5作为蜂鸣器的控制口，当发出声音报警是P1.5口输出一定频率的方波。20脚接地，40脚接电源，18、19接6MHZ晶振输入端，31脚接电源端。2.3 数码显示电路 图2-3 数码显示电路连接图本系统采用四个数码管来显示带一为小数位的温度，其接线如图2-3所示其中74LS164为移位寄存器，数码管采用共阳接法。2.4声光报警电路因为本系统是应用在办公室、机房等小单位的防火场所，所已采用发光二及管电路及蜂鸣电路作为报警电路，其接线如图2-4所示 图2-4 声光报警电路2.5烟雾检测模块离子感烟探测器和光电感烟探测器是目前工程中应用最广泛的两种火灾探测器。离子感烟探测器是利

7、用放射性同位素（目前普遍采用的是241Am）衰变过程中放出的射线使电离室内的空气产生电离，使电离室在电子电路中呈现电阻特性。当烟雾进入电离室后，改变了空气电离的离子数，即改变了电离电流，也就相当于电离室的阻值发生了变化。根据电阻变化的大小识别烟雾量的大小，并判断是否发生火灾5。光电感烟探测器是利用火灾烟雾对光产生吸收和散射作用来探测火灾的一种装置。通过测量由于烟雾对光的吸收而产生的衰减作用来确定烟雾，从而探测火灾的探测器称为减光型光电感烟探测器。如果在光路以外的地方，通过测量烟雾对光的散射作用而产生的光能量来确定烟雾从而探测火灾的探测器，称为散射型光电感烟探测器。本系统采用离子式感烟探测器，作

8、为本系统的烟雾敏感元件。离子式感烟探测器的工作原理是：有两个电离室串联，构成等效于电阻串联的偏置电路。其中一个是基本不与外界相通的内电离室，另一个是与外界相通的外电离室，(即检测电离室)，两个电离室中均放入一片放射源镅24l(AM241)，不断地放射出粒子，使两室内的气体都被部分电离。当有烟雾进入外电离室，因烟雾颗粒吸附一部分离子，使外室的离子电流减小等效于它的电阻增大，分压电位增高。当烟雾达到检测的限定浓度时，则电位增高到能触发开关电路(高电位触发型)而报警。该离子式感烟探测器型号SS-168，在市场上可以买到，供电电压为9V，输出触发报警电路的高电平大约为3.2V，因此将该触发信号接至比较

9、器LM339的4脚作为比较器正端，负端接1V电压，当无触发信号时比较器输出端2脚输出底电平（0V），当有触发报警信号时，比较器输出5V的高电平，从而与单片机AT89C51的管脚电压相匹配。2.6红外探测模块2.6.1 LM339比较器的使用简介由于LM339使用灵活，应用广泛，所以世界上各大IC生产厂、公司竟相推出自己的四比较器，如IR2339、ANI339、SF339等，它们的参数基本一致，可互换使用6。LM339类似于增益不可调的运算放大器。每个比较器有两个输入端和一个输出端。两个输入端一个称为同相输入端，用“+”表示，另一个称为反相输入端，用“-”表示。用作比较两个电压时，任意一个输入端

10、加一个固定电压做参考电压（也称为门限电平，它可选择LM339输入共模范围的任何一点），另一端加一个待比较的信号电压。当“+”端电压高于“-”端时，输出管截止，相当于输出端开路。当“-”端电压高于“+”端时，输出管饱和，相当于输出端接低电位。两个输入端电压差别大于10mV就能确保输出能从一种状态可靠地转换到另一种状态，因此，把LM339用在弱信号检测等场合是比较理想的。2.6.2 ST178的工作原理本系统的红外检测模块采用单光束反射取样式光电传感器ST178，该传感器是由南平旭光电子科技有限公司开发生产的主要应用于物体运动方向及正反转转速、行程测量等。其在本系统中的应用原理是，光电传感器接收孔

11、探测到火焰辐射的较强烈的红外线时，接收管导通输出一定的电压，辐射越强烈，则3脚输出的电压也越大，应此把3脚接与比较器LM339，当辐射达到一定时比较器输出高电平，当在无红外辐射或辐射较少时，比较器输出底电平，并且ST178对人体辐射的红外线波长不敏感，对火焰辐射的红外线可灵敏检测，价格实惠，因此本系统采用该传感器作为红外敏感元件。其电路接线如下图2-6所示,其中P1.3、P1.4接单片机的对应口，YL1接离子式烟雾传感器的报警触发信号口。 图2-6 ST178的接线图2.7 温度采集模块本系统要求要实时显示环境温度当温度高于常态时作出声光报警，为了能够更准确更快速地采集到环境温度，采用温度传感

12、器DS18B20作为温度敏感元件。2.7.1 DS18B20简介DS18B20、 DS1822 一线总线数字化温度传感器 同DS1820一样，DS18B20也 支持一线总线接口，测量温度范围为 -55C+125C，在-10+85C范围内,精度为0.5C。DS1822的精度较差为 2C 。现场温度直接以一线总线的数字方式传输，大大提高了系统的抗干扰性。适合于恶劣环境的现场温度测量，如：环境控制、设备或过程控制、测温类消费电子产品等。与前一代产品不同，新的产品支持3V5.5V的电压范围，使系统设计更灵活、方便。而且新一代产品更便宜，体积更小。 DS18B20、 DS1822 的特性 DS18B20

13、可以程序设定912位的分辨率，精度为0.5C。可选更小的封装方式，更宽的电压适用范围。分辨率设定，及用户设定的报警温度存储在EEPROM中，掉电后依然保存。DS18B20的性能是新一代产品中最好的！性能价格比也非常出色！省略了存储用户定义报警温度、分辨率参数的EEPROM，精度降低为2C，适用于对性能要求不高，成本控制严格的应用，是经济型产品。根据DS18B20的通讯协议，主机控制DS18B20完成温度转换必须经过三个步骤：每一次读写之前都要对DS18B20进行复位，复位成功后发送一条ROM指令，最后发送RAM指令，这样才能对DS18B20进行预定的操作。复位要求主CPU将数据线下拉500微秒

14、，然后释放，DS18B20收到信号后等待1660微秒左右，后发出60240微秒的存在低脉冲，主CPU收到此信号表示复位成功7。表2-1 ROM指令表指 令约定代码功 能读ROM33H读DS1820ROM中的编码（即64位地址）符合ROM55H发出此命令之后，接着发出64位ROM编码，访问单总线上与该编码相对应的DS1820使之响应，为下一步对该DS1820的读写作准备。搜索ROM0F0H用于确定挂接在同一总线上DS1820的个数和识别64位ROM地址。为操作各器件作好准备。跳过ROM0CCH忽略64位ROM地址，直接向DS1820发温度变换命令。适用于单片工作。告警搜索命令0ECH执行后只有温

15、度超过设定值上限或下限的片子才做出响应。1.）DS18B20 时序（a）初始化时序图2-7 初始化时序图（b）写时序图2-8 写时序图（c）读时序图2-9 读时序图2.7.2 接线图接线如下图2-10所示：图2-10 DS18B20接线图2.8电源电路本系统烟雾传感器的供电电压为9V,C51及其他芯片的工作电压是5V,应此采用9V镍氢镍镉充电电池提供9V烟雾传感器的电源,再用芯片7805从9V电源中分压变成5V作为C51及其他芯片的供电电源,其接线图如下 图2-11 电源电路图3.软件设计3.1主要设计思路主程序循环判断以上三项是否发生异常，当有 一项异常时，系统再判断其他两项是否有一项或两项

16、都异常，如果是则系统认为发生了火灾，发出声光报警，只到异常被排除，如果其他两项都没有异常则系统认为没有发生火灾，系统继续循环检测。3.1.1主要端口说明P1.0为单片机向数码管串行输出要显示的温度的数据口，P1.1为单片机向数码管串行输出数据的脉冲信号，P1.2温度传感器DS18B20的数据输入口， P1.3红外辐射检测端口，单片机检测到该口为高电平时认为红外辐射发生了异常，P1.4烟雾传感器的检测口，单片机检测到该口为高电平时认为烟雾浓度过高，发生异常，P1.5蜂鸣器的触发信号口。3.1.2主程序流程图3-1 主程序流程图3.2温度获取子程序流程图关闭所有中断，调用RESET子程序初始化DS

17、18B20调用WRITE子程序送入读温度暂存器命令调用WRITE子程序送入跳过ROM命令调用READ子程序读温度暂存器内容读出温度值低字节存入R7, 读出谩度值高字节存入R6调用WRITE子程序送入温度转换命令温度转化完,调用RESET子程序再次初始化DS18B20调用WRITE子程序送入跳过ROM命令RET图3-2温度获取子程序流程图3.3温度BCD转化流程图开始温度零下温度值取补码置“”标志置“+”标志计算小数位温度BCD值计算整数位温度BCD值温度数据移入显示寄存器十、个位和一位小数显示；符号不显示；百位也不显示结束YN 图3-3 温度BCD转化流程图4.调试结果4.1报警功能调试将9V

18、电池接入电路中，单片机自动复位，数码管显示当前温度24.3摄氏度，为检测温度高于50摄氏度时是否报警，将DS18B20用密封的塑料放在装有开水的杯子中，可以看到数码管显示的温度急剧上升，当温度到达50摄氏度时，同时打火机在光电传感器正上方大约1米左右的地方点火，8个发光二极管有4个亮，4个暗，并且亮暗间隔开，同时可听到蜂鸣器发出尖锐的报警声，且发光二极管亮暗在向昨移动，每移动一位蜂鸣器就发出一声持续时间约0.8秒的报警声；发出8次报警声后，可看到数码管的温度显示会变化一次，取出DS18B20，将其放在空气中，可看到数码管显示的温度急剧下降，单温度底于50摄氏度时，声光报警自动停止。经多次检测，

19、该功能稳定可靠8。4.2 红外探测模块的功能调试上电后，单片机自动复位，数码管显示当前温度24.4摄氏度，打火机在光电传感器正上方大约1米左右的地方点火，将DS18B20用密封的塑料放在装有开水的杯子中，可以看到数码管显示的温度急剧上升，当温度到达50摄氏度时，发出光电报警。8个发光二极管有4个亮，4个暗，并且亮暗间隔开，同时可听到蜂鸣器发出尖锐的报警声，且发光二极管亮暗在向昨移动；当停止点火时声光报警也自动停止，数码管仍然显示当前的温度，由此判定当有较大的火焰时，单片机可测距离将大幅度增大。经多次检测，该功能稳定可靠9。4.3 烟雾探测模块的功能调试上电后，单片机自动复位，数码管显示当前温度

20、25.7摄氏度，用小纸条捆成圆形，用打火机点火，纸条火焰熄灭后产生大量的浓烟，靠近烟感，可看到烟雾漂进传感器的检测腔中，将DS18B20用密封的塑料放在装有开水的杯子中，可以看到数码管显示的温度急剧上升，当温度到达50摄氏度时，8个发光二极管有4个亮，4个暗，并且亮暗间隔开，同时可听到蜂鸣器发出尖锐的报警声，且发光二极管亮暗在向昨移动，每移动一位蜂鸣器就发出一声持续时间约0.8秒的报警声；将带烟雾的条移走后，可看到声光报警并未立即停止，这是由于在烟感的检测腔中仍还滞留有一部分烟雾的缘故，大约4-12秒过后，声光报警自动解除。经多次检测，该功能稳定可靠10。5.设计总结经过这次毕业设计，我接触到

21、更多平时没有接触过或使用较少的科学仪器设备、元器件以及获得相关的仪器调试经验，同时我也发现自己在这方面很多不足之处。体会到理论知识对实践有很大的指导作用，她让我知道，只有在正确的理论指引下，才能设计出合乎实际需要的硬件电路。学会了高效率的查阅资料、运用工具书、利用网络查找资料。我发现，在我们所使用的书籍上有一些知识在实际应用中其实并不是十分理想，各种参数都需要自己去调整。偶尔还会遇到错误的资料现象，这就要求我们应更加注重实践环节。毕业设计是对大学四年所学知识的一次运用和检阅，同时对自学能力提出很高的要求，所以平时的学习离开思考，就是严重的错误，我们学习不应该有偏科现象，各方面的知识都应该要接触

22、，这样做才能为毕业设计打下基石。最后，衷心地感谢我的毕业设计指导老师张士钱老师。在一个多月的毕业设计过程中，张老师给了我很大的帮助和细心的指导。同时也感谢实验指导老师温发林、范宜标等老师的大力帮助。参考文献1 火灾自动报警系统设计规范-GB50116-98 中华人民共和国建设部 施行日期：1999年6月1日2 战卫东谈谈火灾统计 山东消防2003年9期-32-32页3胡显华 火灾探测器误报警的原因及改进方法电脑开发与应用2007年20卷11期60-624 李广弟单片机基础M北京：北京航空航天大学出版社，19945刘小舟煤矿火灾预防与防治技术现状煤矿现代化22005年5期-25-27页6 李焕莉

23、 建筑火灾烟气蔓延规律对火灾探测系统的影响武警学院学报2006年22卷5期-31-32页7 LM339 DATASHEET英文资料EB 8 DS18B20 DATASHEET英文资料EB9 何延治 杨海荣 火灾危险性评估在建筑防火设计中的应用建筑设计管理2006年6期55-56页10 余明高、袁东升、贾海林、李定启、张建民、贾跃荣 New processing method for fire forecast parameters煤炭学报：英文版2004年10卷1期41-44页Based on a comprehensive SCM Fire Alarm SystemPhysics and e

24、lectromechanical project academy electronic information project special field Student: 200402124 Name: Liu Zhengui instructor: Zhang ShiqianAbstract This system uses AT89C51 as controller, temperature sensor selection DS18B20, smoke sensors, infrared-sensitive components ST178P as fire detection sen

25、sor, and it has a sound and light alarm.This design can be used in offices, classrooms, housing, etc. It is a simple and practical fire detection alarm. SCM Tour of temperature, infrared radiation, smoke and show that the temperature, When more than two in any system anomalies that have taken place

26、，SCM will send sound and light alarm signal, only to be excluded from abnormal, the system automatically stops Alarm.Keyword: SCM DS18B20 ST178P disaster warning附录程序清单： ORG 0000H SJMP MAIN ORG 0030HMAIN :MOV SP,#29HMAIN1 : FIRE00:LCALL GET_TEMP ;读温度 LCALL FENLI LCALL BCD CJNE R5,#4,FIRE1 ;判断温度是否超过50

27、摄氏度 LCALL CHANGE_CLEAR LCALL SHUCHUFIRE11: ; MOV C,P1.3 ;判断是否有红外辐射 JC FIRE2FIRE22: MOV C,P1.4 ;判断是否烟雾异常 JC FIRE3 FIRE33:Ljmp main1 ;FIRE1 : JC FIRE11 ; LCALL CHANGE_CLEAR ; LCALL SHUCHU MOV C,P1.3 ; 当温度大于50摄氏度时，进一步判断是否有红外辐射，如果有就发出报警 JC BAOJING MOV C,P1.4 ; 如果无红外辐射，判断烟雾是否异常 JC BAOJING SJMP FIRE11FIRE

28、2: ;当有红外辐射时，进一部判断是否温度超过50摄氏度或是否烟雾异常 LCALL GET_TEMP LCALL FENLI LCALL BCD CJNE R5,#4,F2 LCALL CHANGE_CLEAR ; LCALL SHUCHUf22 : MOV C,P1.4 JC BAOJING LJMP FIRE22F2: JC f22 LCALL CHANGE_CLEAR LCALL SHUCHU LJMP BAOJINGFIRE3: LCALL GET_TEMP ;当烟雾异常时进一部判断是否温度超过50摄氏度或是否有红外辐射 LCALL FENLI LCALL BCD CJNE R5,#4

29、,F3 ; LCALL CHANGE_CLEAR ; LCALL SHUCHUf33 : MOV C,P1.3 ; JC BAOJING ; LJMP FIRE33F3: JC f33 LCALL CHANGE_CLEAR ; LCALL SHUCHU LJMP BAOJINGBAOJING: MOV R1,#08H ; 声光报警 MOV A,#55H MOV P0,A LCALL LOAD LCALL LOAD LCALL DLY1 F1: MOV A,P0 RRC A MOV P0,A LCALL LOAD LCALL LOAD LCALL DLY1 MOV C,P1.3 JC FIRE2

30、 MOV C,P1.4 JC FIRE3 DJNZ R0,F1 LJMP MAIN1 ;*;功能：从DS18B20中提取温度，并把高字节放在R6中，低字节放在R7 中; 其中R7 中的高四位放整数部分的低四位，R6中的低四位放整数部分; 的高四位，R7的低四位为小数部分。;输出：R6、R7;*GET_TEMP: CLR EA ;使用ds1820一定要禁止任何中断产生 LCALL RESET ;调用初使化子程序 MOV A,#0CCH LCALL WRITE ;送入跳过ROM命令 MOV A, #44H ; LCALL WRITE ;送入温度转换命令 LCALL RESET ;温度转换完全,再次

31、初使化ds18b20 MOV A,#0CCH LCALL WRITE ;送入跳过ROM命令 MOV A,#0BEH LCALL WRITE ;送入读温度暂存器命令 LCALL READ MOV R7,A ;读出温度值低字节存入R7 LCALL READ MOV R6,A ;读出谩度值高字节存入R6 SETB EA RET;-RESET: ;初始化ds18b20子程序 L0:CLR P1.2 ;复位： MOV R2,#149 ;4us L1:DJNZ R2,L1 ;596us SETB P1.2 ;释放ds1820总线： MOV R2,#15 ;4us L4:DJNZ R2,L4 ;60us C

32、LR C ;2us,清存在信号 MOV C,P1.2 ;取存在信号： JC L0 ;存在吗?不存在则重新来-001 MOV R2,#125 ;有存在就拉高 setb p1.2 L5: DJNZ R2,L5 ;500us RET;-WRITE: MOV r1,#08H ;设置写位个数 WLOP:RRC A ;把写的位放到C ACALL WRBIT ;调写 1位子程序 DJNZ r1,WLOP ;8位全写完? RETWRBIT: MOV B,#15 ;设置时间常数 CLR P1.2 ;写开始 NOP ;2us MOV P1.2,C ;C内容到总线,4usWDLT: DJNZ B,WDLT ;60u

33、s SETB P1.2 ;释放总线 RET;-READ: MOV r1,#8H ;设置读位数 RLOP:ACALL RDBIT ;调读1位子程序 RRC A ;把读到位在C中并依次送给A DJNZ r1,RLOP ;8位读完? RETRDBIT: CLR P1.2 ;读开始图2255的t0时刻 NOP ;2us SETB P1.2 ;释放总线 NOP ;2us MOV C,P1.2 ;P1.2内容C MOV B,#13 ;设置时间常数RDDLT: DJNZ B,RDDLT ;等待52us SETB P1.2 RET;*;作用：把小数部分同整数部分分开，R6放整数R7放小数，F0放符号位;输入：

34、R6R7;输出：R6R7 F0;*FENLI: MOV A,R6 MOV C,ACC.7 MOV F0,C ;符号位 JC FENLI1 SJMP FENLI2FENLI1:MOV A,R6 CPL A MOV R6,A MOV A,R7 CPL A CLR C INC A MOV R7,A MOV A,R6 ADDC A,#00H MOV R6,AFENLI2:MOV 08H,R7 ANL 08H,#0FH ;小数部分 MOV R0,#12FENLI3:MOV A,R6 RRC A MOV R6,A MOV A,R7 RRC A MOV R7,A MOV A,09H RRC A MOV 09

35、H,A ;整数部分 DJNZ R0,FENLI3 MOV R6,09H ;整数部份 MOV R7,08H ;小数部分 RET;*;作用：将R6R7中的二进制数化作BCD码的形式;输入：R6 R7;输出：R4R5R6 R7;*BCD: MOV A,R6 ;开始处理整数部分： MOV B,#100 DIV AB MOV R4,A ;存整数高位 MOV A,B MOV B,#10 DIV AB MOV R5,A ;存整数中位 MOV R6,B ;存整数低位 MOV A,R7 ;开始处理小数部分： MOV B,#5 MUL AB MOV B,#10 DIV AB MOV 08H,A ;进位 MOV A,R7 MOV B,#2 MUL AB ADD A,08H MOV B,#10 DIV AB MOV 08H,A ;进位 MOV A,R7 MOV B,#6 MUL AB add A,08H MOV B,#10 DIV AB MOV R7,A ;暂存小数最高位 MOV A,B CLR C SUBB A,#5 JC BCD1 INC R7 BCD1:RET;*;作用：用于把R4R