智能火灾报警系统的设计

摘 要
伴随着科技的发展和社会的进步，每家每户的生活水平也日益提高，各种家用电器遍布了基本所有家庭，相对的消防安全问题也开始摆上了台面，尤其是在防火安全方面，防火工作的开展具有历史性的意义。但从现阶段的研发现状来看，火灾报警器的应用范围局限于某些大型场所中。所以，目前家用式小型的智能报警器的研发与规范使用显得越来越具有必要性，温度、烟雾传感器共同构成了智能火灾报警器。本论文通过传感器与单片机两项重大技术的共同使用，实现了对温度烟雾火灾报警系统的研发。
本课题中的建立在单片机理论知识以及半导体电阻式烟雾传感器基本概念的基础上，充分结合了现代化的数字温度传感器技术，研发了温度烟雾报警器，对此项技术水平的提升提到了巨大的作用。在此发明中，烟雾检测功能的实现方式是MQ-2型半导体气敏烟雾传感器技术，它不仅在探测范围上具有较大的优势，在灵敏度上的水平也较高，同时具有非常稳定的特性等。此外，此技术的实际使用价格并不贵，它还具有非常长的寿命。本技术还选用了DS18B20数字温度传感器实现温度的检测，具有测温系统简单、测温精度高、连接方便。最主要的是可以直接输出温度数值，不需要校正，十分方便。选用的STC89C51单片机，具有抗干扰能力强，无法解密、低功耗等特点，此外价格低廉，性价比高。本技术能够保证声光报警功能的实现，此温度烟雾智能报警器结构简易、性能稳定、使用便捷、价格便宜。具有很大的实用价值，大大降低了火灾的危害。
关键词：烟雾；温度；STC89C51；传感器

目录
摘 要 1
前 言 3
1.总体方案设计 4
2.系统原理及原理图 5
3.方案论证 6
3.1单片机选型 6
ST89C51简介及引脚功能介绍 6
(1)对于电源引脚来说，有两大类，其一是Vcc，且二是Vss。 6
(2)对于时钟电路引脚来说，有两大类，其一是XTAL1，其二是XTAL2。 6
(3)控制信号脚也有两大类，其一是RSTALEPSEN，其二是EA。 6
(4)I/O 7
3.2模数转换模块的选择 8
3.3烟雾传感器的选择 8
①半导体烟雾传感器 8
②接触燃烧式传感器 9
③电化学传感器 9
④高分子烟雾传感器 9
⑤离子感烟传感器 10
3.3.1MQ-2烟雾传感器简介 10
④ 烟雾检测AD采集电路 11
3.4 温度传感器选择 11
（1）PT100温度传感器 11
（2）DS18B20温度传感器 11
3.4.1DS18B20简介 12
4.系统的硬件电路 12
4.1单片机的最小系统 12
4.2单片机的时钟电路和复位电路 13
4.3烟雾检测AD采集电路 13
4.4显示模块 14
4.5声音报警系统 15
4.6电源电路 15
5. 系统软件设计 16
5.1系统主程序设计及流程图 17
参考文献 18

前 言
在人类发展的历史长河中，火，燃尽了茹毛饮血的历史；火，点燃了现代社会的辉煌。正如传说中所说的那样，火是具备双重性格的“神”。火给人类带来文明进步、光明和温暖。但是，有时它是人类的朋友，有时是人类的敌人。失去控制的火，就会给人类造成灾难。“火灾”是一种特殊的灾害性现象，可以在不同的时间与空间上脱离原有的控制方向。在计算机信息技术不断发展的今天，越来越多的安全问题存在于工业生产活动中。对于火灾，我们大家都不陌生，在平常生活中，不时就会听到消防车的滴嘟声，在新闻上听到某某地发生了火灾，甚至亲眼看到浓烟滚滚，对于火灾带来的危害，轻则会带来财产方面的损失，重则付出生命的代价。研究显示，消防工作在现代社会中的地位显得更加重要。所以，有必要开发一种新型的火灾报警器，以解决出现的各种消防问题。
随着时代的发展，科学技术的提高，火灾报警器系统也不断发展，进行着更新换代。从第一阶段的感温式探测器，到第二阶段的离子感烟式探测器，再到第三阶段的总线式探测器，最后到如今智能火灾报警器趋向智能化。总而言之，火灾智能报警的智能性，安全性和准确性都在不断提高。
在现代社会中，单片机这一重要的技术越来越受到人们的重视，它的应用也显得越来越广泛。单片机从本质上来说属于一种特殊的器件级计算机体系。因为它具有较小的体积，且它在功能上具有非常齐全的特点，成本费用也比其他的技术小得多，所以能够在所有的电子系统中进行使用。此外，锁着报警装置技术性能的不断改善，使其逐渐被使用在越来越多的报警技术领域中，满足了更多群体的基本需求。
从国内的火灾自动报警控制系统发展历史来看，它从研发至今，经历了初期的简单化技术的变革，到现今具有更加复杂的运行系统，智能化程度越来越显著。在人们对安全需求逐渐增加的同时，火灾报警系统的更新与改进显得越来越重要。所以，更加简单的结构和成本费用最少的智能火灾报警器的研发变得更加必要。

1.总体方案设计
在智能火灾报警系统的构成要素中，两个关键的部件是烟雾报警器以及温度报警器。从两者发挥的实际功能来看，前者能够实现对烟雾浓度的有效检测，同时可以进行自动报警，后者能够实现对系统周围的环境温度的检测。本课题中所设计的报警系统不仅有模数转换电路与显示电路，同时包括了单片机控制电路等组成部分。
报警器中的工作途径是延时，控制核心部件是STC89C51单片机，所有烟雾浓度信息的采集工作由MQ-2半导体气体烟雾传感器实现，同时与外围电路进行了配合，以合理地创建了烟雾报警系统，采用DS18B20数字温度数字温度传感器来测量温度，同时与外围电路进行完美地配合，创建了构成温度报警系统。此技术的主要部分由两类，其一是硬件，其二是软件。
就设计要求来看，则本设计不仅要涵盖STC89C51单片机主控程序，同时要涵盖烟雾检测程序以及报警程序等，如图1.1所示：

图1-1

2.系统原理及原理图

智能火灾报警系统在运行的过程中，所遵循的基本原理如下所示：首先是按照烟雾浓度在升至某个特殊的值之后，相关的信号将被烟雾传感器感应出，温度传感器也会对其进行一定的处理，再通过ADC0832技术的使用，以实现对模数转化的有效处理，促进模拟信号向数字信号的全面转化，接着通过单片机技术实现进一步的处理，蜂鸣器出现报警，报警灯开始闪亮。系统原理图如图2.1所示。

图2-1 系统原理图
3.方案论证
3.1单片机选型
ST89C51简介及引脚功能介绍
STC89C51属于CMOS8位微控制器的范畴，由STC公司研发并生产而来，它的功耗非常低，具有较高的使用性能，标准功能如下所示：Flash的字节是8k，RAM的字节是512， I/O口线的类型是32位的，使用的计时器是一种看门狗计时器，内置4KB EEPROM，MAX810复位电路，使用的是全双工串行口，7向量4级中断结构有1个， 外部中断与16位定时器/计数器的数量分别是4个与3个。而且STC89C51能够保证0Hz静态逻辑操作功能的实现，能够实现节电模式的软件有2个。当处于空闲模式的时候，CPU终止工作，此时能够继续工作的有串口、RAM以及定时器/计数器。而如果运行状态时掉电保护方式，则系统自动存储RAM的基本信息，系统将立刻冻结振荡器，所有的单片机全部不再工作，硬件复位之后才可以继续运行。最高运作频率35MHz，6T/12T可选。
接下来将全面说明STC89C51中所有引脚对应的基本功能：
(1)对于电源引脚来说，有两大类，其一是Vcc，且二是Vss。
对于Vcc(40脚)来说：它使用的是+5V的电源端。
对于Vss(20脚)来说：它使用的是接地端。
(2)对于时钟电路引脚来说，有两大类，其一是XTAL1，其二是XTAL2。
对于XTAL2而言：与芯片外部晶体引线端连接在一起。在芯片内部时钟被应用在系统中时，则引线端不但要和石英晶体相连接，还应该与电容连接。
对于XTAL1而言：与电容端口相连接在一起。对于某个芯片，它和振荡电路反向放大器输入端相一致。如果外部时钟被应用在系统中，则必须将其进行接地。
(3)控制信号脚也有两大类，其一是RSTALEPSEN，其二是EA。
对于RST脚而言：使用的是复位信号，有效的条件是高电平时。复位操作必须通过2个机器周期的高电平输出之后才能实现。
对于ALE/PROG而言：信号端被地址锁存进行允许。在STC89C52处于正常运行状态时，越来越多的正脉冲信号会被ALE引脚逐渐输出去。从此时的频率来看，它既能够被应用为外部时钟，也能够被应用为外不定时脉冲信号。数据被CPU访问片进行存放的过程中，对于一个机器周期，1个脉冲也将要失去。
对于PSEN（29脚）而言：在外部程序实现取指过程中，在独立的机器周期中，PSEN有效的次数是2。但另一方面，对外部数据存储器进行访问的时候，可能不再出现。
表3.1P3口的第二功能表
引脚 第二功能
P3.0 RXD（输入口）
P3.1 TXD（输出口）
P3.2 INT0（外部中断0）
P3.3 INT1（外部中断1）
P3.4 T0（定时器0外部中断）
P3.5 T1（定时器1外部中断）
P3.6 WR（存储器写选通）
P3.7 RD（存储器读写通）

对于EA/VPP（31脚）来说：在EA的电平很低的时候，可以在12V编程电源（VPP）中使用这样的引脚。而在无芯片中，主要使用的ROM可以是8031，也可以是8032型，应该再将ERROM外扩进去，把EA相应的引脚进行接地。当对STC89C52进行使用时，应该对ERROM进行外扩，同时保持EA接地。
(4)I/O
对P0口而言：此技术属于 8位准双向I/O端口的范畴，保持漏极开路的状态。
对P1口而言：此技术的准双向I/O端口保持的是8位。
对P2口而言：此技术被应用在普通I/O中，也能够应用在地址总线输出地址中。
对于P3口而言：此技术保持着双功能口，不仅能够被应用在普通I/O口中，也能够应用在准向口中。

3.2模数转换模块的选择
对ADC0832的充分说明：
ADC0832由美国国家半导体公司研发并应用，它的分辨率的是8位的