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1、桂林电子科技大学毕业设计（论文）报告用纸 编号： 设计说明书题 目：基于单片机的火灾报警器设计与实现 学 院： 桂林电子科技大学职业技术学院 专 业： 电子信息工程技术 学生姓名： 学 号： 指导教师： 周光祥 职 称： 讲师 2015 年 6 月 日II摘 要火灾自动报警系统（Fire Alarm System，简称FAS系统）是人们为了早期发现通报火灾，并及时采取有效措施，控制和扑灭火灾，而设置在建筑物中或其它场所的一种自动消防设施，是人们同火灾作斗争的有力工具。本次设计以AT89C51单片机，MQ-2烟雾传感器和DS18B20温度传感器为核心设计的火灾报警器可实现报警故障自诊断、报警设置
2、、实时温度显示及与温度报警值设定等功能。是一种结构简单、电路简单、而且易懂、性能稳定、使用方便、价格低廉、智能化的烟雾报警器，具有非常高的实用价值。关键词:AT89C51；温度传感器；烟雾传感器；火灾报警器；四位共阴数码管； 目 录引言11 系统概述21.1选题背景21.2 设计要求22 设计原理22.1 硬件部分22.2 软件部分33 硬件电路设计与分析33.1 硬件框架图33.2 单片机最小系统43.2.1 STC89C52芯片介绍43.2.2 时钟电路43.2.3 复位电路53.3 四位数码管63.3.1 数码管的介绍63.3.2 四位数码管共阳和共阴的区分73.3.3数码管的驱动方式8
3、3.4 74HC573芯片介绍83.5 温度传感器DS18B20模块93.6 烟雾传感器MQ-2模块94 软件设计与分析104.1 程序主流程图：104.2 初始化定时器程序114.3 四位共阴数码管的动态显示程序115 系统调试125.1 硬件调试125.1.1 最小系统调试125.1.2 四位数码管调试125.2 软件调试125.3 脱机运行调试126 总结13谢 辞14附录1：火灾报警器原理图：15附录2：火灾报警器PCB图：15附录3：火灾报警器程序16参考文献20桂林电子科技大学毕业设计（论文）报告用纸引言随着社会的发展、科技的进步以及人们生活水平的逐步提高，各种方便于生活的电子产品
4、开始进入人们的生活。现代家庭用火、用电量的增加，许多人因不懂家庭安全常识引起火灾事故，家庭火灾发生的频率越来越高，使好端端的幸福家庭转眼间毁于一旦，有的导致家破人亡。居民家庭火灾一旦发生，处置不当、报警迟缓,，很容易出现扑救不及时、灭火器材缺乏及在场人惊慌失措、逃生迟缓等不利因素，最终导致重大生命财产损失。探讨家庭火灾的特点及防火对策，对于预防家庭火灾，减少火灾损失具有现实意义。所以说,人们应该积极了解家庭火灾的主要起因,掌握防止发生火灾的知识和万一发生火灾时保护自己的方法,及时消除。本系统使用AT89S51单片机，选用集成温度传感器DS18B20和气体传感器MQ-2作为敏感元件，利用多传感器
5、信息融合技术，开发了可用于小型单位火灾报警的报警器。具有灵敏度高、响应快、抗干扰能力强等优点，而且价格低廉，使用寿命长等特点1 系统概述1.1 选题背景全世界几乎每天都有火灾发生。城里的高层建筑，地下商场以及大型的建筑群日益增多。火灾的隐患也伴随着社会的发展而逐年升高。自动火灾报警系统就是为了保障人民生命财产安全而发明的，并且随着现代技术水平的不断提高。在方式，功能，和结构上不断的完善。家庭火灾的主要原因是麻痹大意，没有及时采取预防措施，本次设计的火灾报警器，是防止火灾最重要的手段之一,它的作用是使用18B20温度传感器，实时检测房间的温度，使用MQ-2实时检测房间。一切正常时，绿灯亮，但温度
6、超过预定值或有大量烟雾是,说明可能发生火灾时，蜂鸣器便会发出报警信号，且红灯亮。 1.2 设计要求 要求：（1）用单片机实现；（2）用C语言编程；（3）硬件电路板布局合理；（4）使用18B20温度传感器，实时检测房间的温度，且使用数码管显示温度；（5）使用烟雾传感器，实时检测房间；（6）如果空气中有烟雾，则蜂鸣器报警，并点亮红灯；若气体没有烟雾，则绿点亮表示正常；（7）如果空气温度超过限定值，则认为发生火灾，并蜂鸣器报警，点亮红灯。2 设计原理2.1 硬件部分火灾报警器分为三个部分：温度传感器检测温度模块，烟雾传感器检测烟雾模块，数码管显示模块。主控芯片采用AT89C52；显示部分采用四位共阴
7、数码管；时钟电路采用12MHZ的石英晶体振荡器，将其和单片机对应的引脚正确连接，将晶振产生的时钟信号作为定时信号；复位电路采用传统RC复位电路。单片机的I/O口分配：P1.0接温度传感器输出脚，P1.1接烟雾传感器模块的TTL信号； P1.5接绿灯，P1.6接红灯，P1.7接蜂鸣器，P0口和P2口分别接数码管的段选和位选。2.2 软件部分程序采用C语言进行编程，编程后利用KeiluVision4来进行编译，再生成的HEX文件通过下载口导入芯片中。然后根据按键功能查看是否实现功能。3 硬件电路设计与分析3.1 硬件框架图单片机STC89C52数码管显示实时温度烟雾传感器模块时钟电路复位电路烟雾传
8、感器模块光电信号蜂鸣器报警图13.2 单片机最小系统3.2.1 STC89C52芯片介绍STC89C52是STC公司生产的一种低功耗、高性能CMOS8位微控制器，具有 8K 在系统可编程Flash存储器。STC89C52使用经典的MCS-51内核，但做了很多的改进使得芯片具有传统51单片机不具备的功能。在单芯片上，拥有灵巧的8 位CPU 和在系统可编程Flash，指令代码完全兼容传统8051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。工作电压： 3.3V5.5V；工作频率范围：040MHz；用户应用程序空间为8K字节；片上集成512 字节RAM；通用I/O 口（3
9、2 个），上电复位后为：P0/P1/P2/P3 是准双向口/弱上拉， P0作为 I/O 口用时，需加上拉电阻；外部中断2个，下降沿中断或低电平触发电路；共2个16 位定时器/计数器。即定时器T0、T1；可通过可直接使用串口下载，串口（RxD/P3.0，TxD/P3.1）直接下载用户程序；具有EEPROM（掉电储存）功能，内带4K字节EEPROM存储空间。图23.2.2 时钟电路STC89C52内部有一个用于构成振荡器的高增益反相放大器，引脚RXD和TXD分别是此放大器的输入端和输出端。时钟可以由内部方式产生或外部方式产生在RXD和TXD引脚上外接定时元件，内部振荡器就产生自激振荡。定时元件通常
10、采用石英晶体和电容组成的并联谐振回路。晶体振荡频率可以在1.212MHz之间选择，电容值的大小可对频率起微调的作用。单片机最小系统起振电容C1、C2一般采用1533pF，晶振一般采用12MHZ，并且电容离晶振越近越好，晶振离单片机越近越好。时钟电路原理图：图33.2.3 复位电路一般情况下，电容的大小是10uF，电阻的大小是10k，复位电路的原理是单片机RST引脚接收到2US以上的电平信号，只要保证电容的充放电时间大于2US，即可实现复位。在单片机系统中，系统上电启动的时候复位一次，当按键按下的时候系统再次复位，如果释放后再按下，系统还会复位。所以可以通过按键的断开和闭合在运行的系统中控制其复
11、位，当单片机系统在运行中，受到环境干扰出现程序跑飞的时候，按下复位按钮内部的程序自动从头开始执行。复位电路原理图：图43.3 四位数码管3.3.1 数码管的介绍四位数码管是一种半导体发光器件，其基本单元是发光二极管。数码管实际上是由七个发光管组成8字形构成的，加上小数点就是8个，引线已在内部连接完成，只需引出它们的各个笔划，公共电极分别由字母a,b,c,d,e,f,g,dp来表示，能显示4个数码管叫四位数码管。 图5 四位数码管的引脚图： 图63.3.2 四位数码管共阳和共阴的区分市面上的四位一体的数码管一般都没有数据表，所以掌握他们管脚的分布是很重要的一个环节。共阳数码管是指，将所有发光二极
12、管的阳极接到一起形成公共阳极(COM)的数码管。共阳数码管在应用时应将公共极COM接到+5V，当某一字段发光二极管的阴极为低电平时，相应字段就点亮。当某一字段的阴极为高电平时，相应字段就不亮。共阴数码管是指，将所有发光二极管的阴极接到一起形成公共阴极(COM)的数码管。共阴数码管在应用时应将公共极COM接到地线GND上，当某一字段发光二极管的阳极为高电平时，相应字段就点亮。当某一字段的阳极为低电平时，相应字段就不亮。区别他们的方法是：若公共端接地，其他端接电源，若各段测试能亮，说明是共阴的，反之共阳的；若公共端接电源，其他端分别接的，测得各端亮，则说明是共阳的，反之为共阴的。此次设计的火灾报警
13、器的四位数码管采用共阴数码管。3.3.3数码管的驱动方式（1）静态显示：静态显示也称直流驱动。静态驱动是指每个数码管的每一个段码都由一个单片机的I/O端口进行驱动，或者使用如BCD码二-十进制译码器译码进行驱动。静态驱动的优点是编程简单，显示亮度高，缺点是占用I/O端口多，如驱动5个数码管静态显示则需要58=40根I/O端口来驱动，但一个STC89S51单片机可用的I/O端口才32个，实际应用时必须增加译码驱动器进行驱动，增加了硬件电路的复杂性。（2）动态显示：数码管动态显示接口是单片机中应用最为广泛的一种显示方式之一，动态驱动是将所有数码管的8个显示笔划a,b,c,d,e,f,g,dp的同名
14、端连在一起，另外为每个数码管的公共极COM增加位选通控制电路，位选通由各自独立的I/O线控制，当单片机输出字形码时，所有数码管都接收到相同的字形码，但究竟是那个数码管会显示出字形，取决于单片机对位选通COM端电路的控制，所以我们只要将需要显示的数码管的选通控制打开，该位就显示出字形，没有选通的数码管就不会亮。通过分时轮流控制各个数码管的的COM端，就使各个数码管轮流受控显示，这就是动态驱动。在轮流显示过程中，每位数码管的点亮时间为12ms，由于人的视觉暂留现象及发光二极管的余辉效应，尽管实际上各位数码管并非同时点亮，但只要扫描的速度足够快，给人的印象就是一组稳定的显示数据，不会有闪烁感，动态显示的效果和静态显示是一样的，却能够
