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基于單片機(jī)的智能火災(zāi)警報(bào)器設(shè)計(jì)畢業(yè)論文(編輯修改稿)

2026-07-16 12:55 本頁(yè)面

　

【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 ℃nAdBm（3）nRF24L01封裝及引腳排列和功能圖24 NRF24L01芯片引腳nRF24L01各引腳功能如下： 1． CE：使能發(fā)射或接收　　2． CSN，SCK，MOSI，MISO：SPI引腳端，微處理器可通過此引腳配置nRF24L013． IRQ：中斷標(biāo)志位　　4． VDD：電源輸入端　　5． VSS：電源地　6． XC2，XC1：晶體振蕩器引腳7． VDD_PA：為功率放大器供電， V 　8． ANT1,ANT2：天線接口　　9． IREF：參考電流輸入(4)工作模式通過配置寄存器可將nRF241L01配置為發(fā)射、接收、空閑及掉電四種工作模式：待機(jī)模式1主要用于降低電流損耗，在該模式下晶體振蕩器仍然是工作的。　　待機(jī)模式2則是在當(dāng)FIFO寄存器為空且CE=1時(shí)進(jìn)入此模式；　　待機(jī)模式下，所有配置字仍然保留。　　在掉電模式下電流損耗最小，同時(shí)nRF24L01也不工作，但其所有配置寄存器的值仍然保留[15]。表2 工作模式模式PWRUPPRIMRXCEFIFO寄存器模式接收模式發(fā)射模式發(fā)射模式待機(jī)模式2待機(jī)模式1掉電1111101000——111～010——數(shù)據(jù)在TX FIFO寄存器中停留在發(fā)送模式，直至數(shù)據(jù)發(fā)送完TX FIFO為空無數(shù)據(jù)傳輸—nrf24l01在不同模式下的引腳功能表3 nrf24l01引腳功能引腳名稱方向發(fā)送模式接收模式待機(jī)模式掉電模式CECNSCKMOSIMISOIRQ輸入輸入輸入輸入三態(tài)輸出輸出高電平高電平低電平—SPI片選使能，低電平使能SPI時(shí)鐘SPI串行輸入SPI串行輸出中斷，低電平使能3 智能火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì) 電壓轉(zhuǎn)換電路由于本設(shè)計(jì)采用的是無線火災(zāi)信號(hào)傳輸，所用的無線發(fā)送傳輸模塊式NRF24L01,，由于其他部分的電壓值是5V，所以。圖31 電壓轉(zhuǎn)換電路為實(shí)現(xiàn)此目的，本系統(tǒng)主要采用了AMS1117作為轉(zhuǎn)換芯片，AMS1117系列穩(wěn)壓器有可調(diào)版與多種固定電壓版，設(shè)計(jì)用于提供1A輸出電流且工作壓差可低至1V。在最大輸出電流時(shí)，并隨負(fù)載電流的減小而逐漸降低。，：%（最大）負(fù)載調(diào)整率：%（最大）封裝類型：SOT223。工作溫度范圍：40～125176。C輸入電壓：15V焊接溫度（25秒）：265176。C存儲(chǔ)溫度： 65～150176。C5V，電壓從Vin輸入。信號(hào)調(diào)理電路由于從傳感器中輸出的模擬信號(hào)是比較微弱，且含有干擾信號(hào)，所以系統(tǒng)需要將信號(hào)進(jìn)行放大和濾波，由于煙霧信號(hào)調(diào)理電路運(yùn)放LM324接直流電源，電路中有直流，所以在電路中設(shè)計(jì)了起隔直通交的電容C3。由于本設(shè)計(jì)只采用煙霧信號(hào)進(jìn)行檢測(cè)火災(zāi)，且煙霧傳感器輸出電壓較大，能達(dá)到幾伏，所以不需要放大煙霧信號(hào)，只需要將信號(hào)濾波處理，煙霧信號(hào)調(diào)理電路如圖31所示。圖32煙霧信號(hào)調(diào)理電路濾波電路能使有用頻率信號(hào)通過，同時(shí)抑制無用頻率成分，濾除或衰減無用頻率信號(hào)到足夠小。一階濾波電路過渡帶較寬，幅頻特性的最大衰減頻率僅為20dB/十倍頻。為使濾波器的濾波特性接近理想特性，即在通頻帶內(nèi)特性曲線更平緩在同頻帶外特性曲線衰減更陡峭，只有增加網(wǎng)絡(luò)的級(jí)數(shù)，系統(tǒng)使用二階濾波器電路。由于在火災(zāi)發(fā)生早期，溫度煙霧信號(hào)是一種緩變信號(hào)，故系統(tǒng)使用二階有源低通濾波器電路（Low Pass Filter，LPF）。將串聯(lián)的兩節(jié)RC低通網(wǎng)絡(luò)直接與反向電壓跟隨器電路相連，可構(gòu)成煙霧調(diào)理電路中的簡(jiǎn)單二階低通濾波器電路[16]。二階低通濾波電路中R1=R2=1K ,C4=C5= 。 LPF電路電壓放大倍數(shù)為：（32）用取代s，且令，得出電壓放大倍數(shù)為：（33）由于為信號(hào)頻率二次冪的函數(shù)式，故為二階LPF。設(shè)帶通截止頻率為，則當(dāng)時(shí)，上式的分母的模應(yīng)等于，可解出二階LPF的上限截止頻率為：，（34）二階低通濾波電路的衰減斜率可達(dá)40dB/十倍頻，但是有由于遠(yuǎn)離，即在處，信號(hào)的放大倍數(shù)已急劇下降，所以該濾波電路以降低濾波器通頻帶為代價(jià)來獲得濾波器衰減斜率[16]。復(fù)位與晶振電路復(fù)位電路復(fù)位是單片機(jī)的初始化操作，單片機(jī)在啟動(dòng)時(shí)都需要復(fù)位，以使CPU及系統(tǒng)各部件處于確定的初始狀態(tài)，并從初態(tài)開始工作,外部復(fù)位電路通常用一個(gè)電阻和一個(gè)電容實(shí)現(xiàn)。AT89C52的復(fù)位信號(hào)是從REST引腳輸入到芯片內(nèi)的施密特觸發(fā)器中的。當(dāng)系統(tǒng)處于正常工作狀態(tài)時(shí)，且振蕩器穩(wěn)定后，如果REST引腳上有一個(gè)高電平并維持2個(gè)機(jī)器周期(24個(gè)振蕩周期)以上，則CPU就可以響應(yīng)并將系統(tǒng)復(fù)位。為可靠起見，電源穩(wěn)定后還要經(jīng)一定的延時(shí)才撤銷復(fù)位信號(hào)，以防電源開關(guān)或電源插頭分合過程中引起的抖動(dòng)而影響復(fù)位。單片機(jī)系統(tǒng)的復(fù)位方式有：手動(dòng)按鈕復(fù)位和上電復(fù)位，本設(shè)計(jì)采用的是手動(dòng)按鈕復(fù)位。上電自動(dòng)復(fù)位是通過外部復(fù)位電路給電容C充電加至RST引腳一個(gè)短的高電平信號(hào)，此信號(hào)隨著Vcc對(duì)電容C的充電過程而逐漸回落，即RST引腳上的高電平持續(xù)時(shí)間取決于電容的充電時(shí)間。因此為保證系統(tǒng)能可靠地復(fù)位，RST引腳上的高電平必須維持足夠長(zhǎng)的時(shí)間。手動(dòng)按鈕復(fù)位需要人為在復(fù)位輸入端RST上加入高電平,采用的辦法是在RST端和正電源Vcc之間接一個(gè)按鈕。當(dāng)人為按下按鈕時(shí)，則Vcc的+5V電平就會(huì)直接加到RST端，系統(tǒng)復(fù)位。由于人的動(dòng)作再快也會(huì)使按鈕保持接通達(dá)數(shù)十毫秒，所以，設(shè)計(jì)完全能夠滿足復(fù)位的時(shí)間要求。復(fù)位電路中SWPB為手動(dòng)復(fù)位開關(guān)，電容Ch1可避免高頻諧波對(duì)電路的干擾。如圖33所示。晶振是晶體振蕩器的簡(jiǎn)稱，在電氣上它可以等效成一個(gè)電容和一個(gè)電阻并聯(lián)再串聯(lián)一個(gè)電容的二端網(wǎng)絡(luò)，晶振電路為單片機(jī)工作提供時(shí)鐘信號(hào)，這個(gè)信號(hào)就是單片機(jī)的工作速度，芯片中有一個(gè)用于構(gòu)成內(nèi)部振蕩器的高增益反相放大器，引腳XTAL1和XTAL2分別是該放大器的輸入端和輸出端。這個(gè)放大器與作為反饋元件的片外石英晶體或陶瓷諧振蕩器一起構(gòu)成自激振蕩器。電路中的外接石英晶體及兩個(gè)電容接在放大器的反饋回路中構(gòu)成并聯(lián)振蕩電路，系統(tǒng)的晶振電路如圖33所示。由于外接電容的容量大小會(huì)輕微影響振蕩頻率的高低、振蕩器工作的穩(wěn)定性、起振的難易程度及溫度穩(wěn)定性，如果使用石英晶體，電容的容量大小范圍為 30PF～10PF；如果使用陶瓷諧振，則電容容量大小范圍40PF～10PF。本設(shè)計(jì)中使用石英晶體，電容的容值設(shè)定為30pF。，晶體的頻率越高，單片機(jī)的運(yùn)行速度也就越快。但反過來，運(yùn)行速度越快對(duì)存儲(chǔ)器的速度要求就越高，對(duì)PCB的工藝要求也高。晶體和電容應(yīng)盡可能安裝得與單片機(jī)靠近，減少寄生電容，更好地保證振蕩器穩(wěn)定可靠地工作。圖33 復(fù)位與晶振電路聲光報(bào)警是一種通過聲音和各種光來向人們發(fā)出示警信號(hào)的方式。如果出現(xiàn)火情，聲光報(bào)警電路就會(huì)在單片機(jī)的控制下，發(fā)出聲光警示信息。在聲報(bào)警電路中，由于蜂鳴器的工作電流一般比較大，以致于單片機(jī)的I/O 口是無法直接驅(qū)動(dòng)的，所以要利用放大電路來驅(qū)動(dòng)，一般使用三極管來放大電流就可以了。，三極管導(dǎo)通，蜂鳴器的電流形成回路，發(fā)出聲音報(bào)警；否則，三極管截止，蜂鳴器不發(fā)出聲音。由單片機(jī)的P2口進(jìn)行光報(bào)警控制，當(dāng)有火警信號(hào)出現(xiàn)時(shí)，發(fā)光二極管出現(xiàn)閃爍，形成光報(bào)警。圖34聲光報(bào)警電路4 智能火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) 軟件開發(fā)環(huán)境本系統(tǒng)采用C語言進(jìn)行程序設(shè)計(jì)。C語言是美國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)協(xié)會(huì)（ANSI）制定的編程語言標(biāo)準(zhǔn)，1987年ANSI公布了87ANSIC，即現(xiàn)行的標(biāo)準(zhǔn)Ｃ語言。C語言的描述由函數(shù)組成，是一種結(jié)構(gòu)化的程序設(shè)計(jì)語言，所以更容易實(shí)現(xiàn)模塊化，而且具有可讀性好，易于移植等優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)還有匯編語言一樣的位

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