基于單片機的火災警報系統的設計本科生畢業論文(編輯修改稿)

　

【文章內容簡介】 是對溫度和煙的濃度進行檢測，相當于A/D轉換器的轉換時間來說信號變化很慢，所以采樣保持器（保持在A/D轉換時間內輸入的模擬信號不變）也可以省去。因此，模擬信號經過放大后可以直接進入A/D轉換器。 A/D轉換器的主要參數 (1) 分辨率： 是指A/D轉換器可轉換成二進制數的位數。 (2) 轉換時間： 指從輸入啟動轉換信號開始到轉換結束，得到穩定的數字輸出量為止的時間其他參數與D/A轉換器類似。A/D轉換器與CPU的接口方法(1) ADC轉換好的數據必須經過三態緩沖器件與CPU數據總線相連接（在芯片內部設有三態輸出緩沖器）；(2) 為了輸入正確的轉換結果，必須解決好A/D轉換器和CPU取數之間的時間配合問題。 (3) 啟動轉換信號（START）：是由CPU提供給ADC芯片的，在正脈沖的下降沿轉換開始； (4) 轉換結束信號（EOC）：一旦啟動轉換，EOC立即變低，直至轉換結束，EOC輸出高電平，通知CPU轉換已結束； (5) 允許輸出信號（OE）：ADC轉換結束后，轉換結果存放在輸出鎖存器中，并沒有送入數據總線上。CPU取數時，發出OE信號選通芯片內部三態輸出緩沖器將數據輸出。 A/D轉換器與CPU之間傳送數據的方法(1) 延時等待法延時法是利用CPU執行一條輸出指令，啟動ADC轉換，然后CPU執行延時程序，延時時間大于所選用的ADC芯片轉換時間，延時結束，CPU執行輸入指令，打開三態門獲取ADC轉換好的數據。 (2) 查詢法 查詢法是由CPU來檢查EOC信號。當CPU啟動ADC芯片開始轉換之后，再通過狀態端口讀取EOC信號，檢查ADC是否轉換結束。若轉換結束，則讀取轉換結果，否則繼續查詢。(3) 中斷法用中斷法可提高CPU的利用率，當ADC轉換結束，由EOC信號上升沿通過8255A中斷控制邏輯向CPU發出中斷請求，CPU響應中斷在服務程序中讀取結果。 A/D轉換芯片ADC0809及其接口(1) 主要性能： ①8位逐次逼近型A/D轉換器，所有引腳的邏輯電平與TTL兼容；②帶有鎖存功能的8路模擬量轉換開關，可對8路05V模擬量進行分時轉換；③輸出具有三態鎖存/緩沖功能；④分辨率：8位，轉換時間：100us；⑤不可調誤差：177。1LSB，功耗：15mW； ⑥工作電壓：+5V，參考電壓標準值+5V；⑦片內無時鐘，一般需外加640KHz以下且不低于100KHz的時鐘信號。(2) ADC0809內部結構有模擬多路轉換開關和A/D轉換兩大部分組成。模擬多路轉換開關由8路模擬開關和3位地址鎖存與譯碼器組成，地址鎖存允許信號ALE將三位地址信號ADDC、ADDB和ADDA進行鎖存，然后由譯碼電路選通其中一路摸擬信號加到A/D轉換部分進行轉換。A/D轉換部分包括比較器、逐次逼近寄存器SAR、256R電阻網絡、樹狀電子開關、控制與時序電路等，另外具有三態輸出鎖存緩沖器，其輸出數據線可直接連CPU的DB。具體見下圖？？ 圖？？ ADC0809內部結構（3）ADC0809的引腳功能：D7D0：8位數據輸出線；IN7IN0：8路模擬信號輸入；ADDC、ADDB、ADDA：8路模擬信號輸入通道的地址選擇線；ALE：地址鎖存允許，其正跳變鎖存地址選擇線狀態，經譯碼選通對應的模擬輸入信號；START：啟動信號，上升沿使片內所有寄存器清零，下降沿啟動A/D轉換；EOC：轉換結束，轉換開始后，此引腳變為低電平，轉換一結束，此引腳變為高電平；OE：輸出允許，此引腳為高電平有效，當有效時，芯片內部三態數據輸出鎖存緩沖器被打開，轉換結果送到D7D0；CLOCK：時鐘，最高可達1280KHz，由外部提供；REF（+）、REF（）：參考電壓正極、負極，通常REF（+）接Vcc，REF（）接GND；Vcc：電源，+5V，GND：地線。在論文的硬件設計中ADC0809因內部帶有三態門輸出鎖存器，故它可以直接和AT89C51的I/O口相連。A/D轉換模塊是將采集到的煙霧濃度模擬信號轉化為數字信號，以便單片機控制。四、煙霧傳感電路設計MQ2氣敏元件的結構和外形如圖？？所示, 由微型AL2O3陶瓷管、SnO2 敏感層,測量電極和加熱器構成的敏感元件固定在塑料或不銹鋼制成的腔體內，加熱器為氣敏元件提供了必要的工作條件。封裝好的氣敏元件有6只針狀管腳，其中4個用于信號取出，2個用于提供加熱電流。圖？？ MQ2結構圖電路如圖所示，電路采用交流供電，220V交流市電從插頭引入電路，經電源變壓器降壓后變為直流，直流電壓直接供傳感器MQ－2的加熱絲HH工作，加熱絲給傳感器MQ－2預熱一定時間后，才能正常檢測煙霧。當MQ－2所處的環境煙霧在允許范圍內時，其兩端輸出電極HH間導電率很低，則加在電極間兩端H—H電壓很低，則輸出電壓升高，開始吸收煙霧。當煙霧逐漸減少，傳感器MQ－2導電率升高，加在電極間兩端H—H的電壓升高，輸出電壓變小。電路主要通過調試可變電阻 ，可以調節煙霧傳感器的靈敏度 ，電路如圖？？五、報警電路設計 報警電路采用聲光報警，聲音部分采用蜂鳴器，光部分采用發光二極管。當外界環境的溫度達到報警的下限時，LED指示燈開始發光，同時蜂鳴器開始發聲報警。煙霧傳感器采集煙霧濃度，當煙霧的濃度過高時，經A/D轉換將此模擬信號轉化為數字信號，并用單片機控制使蜂鳴器報警。電路原理圖如圖？？圖？？六、四分頻電路設計74LS161簡介74LS161為4位二進制同步計數器。它的清除端是異步的。當清除端CLEAR 為低電平時，不管時鐘端CLOCK 狀態如何，即可完成清除功能。 預置是同步的。當置入控制器LOAD 為低電平時，在CLOCK 上升沿作用下，輸出端QA－QD 與數據輸入端A－D 相一致。對于54/74161，當CLOCK 由低至高跳變或跳變前，如果計數控制端ENP、ENT 為高電平，則LOAD 應避免由低至高電平的跳變，而54/74LS161 無此種限制。計數是同步的，靠CLOCK 同時加在四個觸發器上而實現的。當ENP、ENT 均為高電平時，在CLOCK 上升沿作用下QA－QD 同時變化，從而消除了異步計數器中出現的計數尖峰。對54/74161，只有當CLOCk 為高電平時，ENP、ENT 才允許由高至低電平的跳變，54/74LS161 的ENP、ENT 跳變與CLOCK 無關。有超前進位功能。當計數溢出時，進位輸出端（RCO）輸出一個高電平脈沖，其寬度為QA 的高電平部分。 在不外加門電路的情況下，可級聯成N 位同步計數器。 對于54/74LS161，在CLOCk 出現前，即使ENP、ENT、CLEAR 發生變化，電路的功能也不受影響。其引腳圖如圖？？圖？？四分頻設計因為ADC0809的始終頻率不能超過640K，而單片機的時鐘頻率為12M，所以在這里要進行分頻，在這里我們采用芯片74LS161和74LS00D與非門來組成四分頻電路，使電路的時鐘頻率降低，以滿足系統的要求。其原理圖如圖圖？？ 七、電源模塊設計隨著半導體工藝的發展，現在已生產并廣泛應用的單片集成穩壓電源，具有體積小，可靠性高，使用靈活，價格低廉等優點。最簡單的集成穩壓電源只有輸入，輸出和公共引出端，故稱之為三端集成穩壓器。三端式穩壓器由啟動電路、基準電壓電路、取樣比較放大電路、調整電路和保護電路等部分組成。三端穩壓器件78/79系列三端穩壓器件是最常用的線性降壓型 DC/DC 轉換器，用 78/79系列三端穩壓器來組成穩壓電源所需的外圍元件極少，電路內部還有過流、過熱及調整管的保護電路，使用起來可靠 、方便，而且價格便宜。由于電路要求的電源是5V，所以設計中采用了7805。7805可以為電路提供比較穩定的+5V電源。電源原理圖如圖？？ 圖？？ 電源原理圖第2節 軟件設計 系統軟件總體設計系統軟件部分主要實現對溫度檢測以及煙霧濃度的檢查，對指標超標進行聲光報警。主要包括溫度檢測程序、煙霧傳感數據采集程序設計、聲光報警程序設計。圖？？是系統軟件主程序流程圖。圖？？系統軟件主程序流程圖由上圖可以看出主程序執行過程：首先對單片機的IO口進行初始化使LED燈不亮，蜂鳴器停止蜂鳴。然后調用溫度測量函數控制DS18B20進行溫度測量并獲取溫度值。然后緊接著調用煙霧濃度采集模塊程序采集環境煙霧濃度。在得到溫度值與煙霧濃度后進入判斷程序，判斷溫度值與煙霧濃度是否有超標的量。若其中有一項或兩項都超標就進行聲光報警。 DS18B20溫度檢測模塊程序設計 DS18B20在單片機控制下分三個階段: ●18B20 初始化： ●讀18B20時序：●寫18B20時序：寫18B20 DSl8820以單總線協議工作，單片機首先發送復位脈沖，使信號線上的DSl8820被復位，接著發送ROM操作命令，使DSl8820被激活進入接收內存訪問命令狀態。內存訪問命令完成溫度轉換、讀取等工作(單總線在ROM命令發送之前存儲命令和控制命令不起作用)。系統以ROM命令和存儲器命令的形式對DSl8820操作。ROM操作命令均為8位，命令代碼分別為：讀ROM(33H)、匹配ROM(5SH)、跳過ROM(CCH)、搜索ROM(FOH)和告警搜索(ECH)命令。存儲器操作命令為：寫暫存存儲器(4EH)、讀暫存存儲器(BEH)、復制暫存存儲器(481I)、溫度變換(44H)、重新調出EZPRAM(BSH)和讀電源供電方式(B4H)命令。 寫數據：將數據線從高電平拉至低電平，產生寫起始信號。在15us之內將所需寫的位送到數據線上，在15us到60us之間對數據線進行采樣，如果采樣為高電平，就寫1，如果為低電平寫0。在開始另一個寫周期前必須有lus以上的高電平恢復期。讀數據：主機將數據線從高電平拉至低電平lus以上，再使數據線升為高電平，從而產生讀起始信號。主機在讀時間片下降沿之后15us內完成讀位。每個讀周期最短的持續期為60us，各個讀周期之間也必須有lus以上的高電平恢復期。CPU控制DSl8820完成溫度轉換必須經過三個步驟：每一次讀寫之前都要對DSl8820進行復位，復位成功后發送一條ROM指令，最后發送RAM指令．這樣才能對DSl8820進行預定的操作。復位要求主CPU數據線下拉500微秒，然后釋放，DSl8820收到信號后等待16到60微秒左右，后發出存在低脈沖，主CPU收到此信號表示復位成功。 DS18B20初始化過程。 DS18B20初始化流程圖DS18B20的讀寫時序要求非常的嚴格，只有在編程中嚴格遵照讀寫時序才能夠正確控制DS18B20并從中獲得較準確的溫度值。DS18B20讀寫時序如圖？？所示。 DS18B20的讀寫時序DS18B20讀寫程序流程圖如圖？？所示。 讀寫一個字節程序流程圖讀出當前的溫度數據我們需要執行兩次工作周期，第一個周期為復位、跳過ROM指令、執行溫度轉換存儲器操作指令、等待500uS溫度轉換時間。緊接著執行第二個周期為復位、跳過ROM指令、執行讀RAM的存儲器操作指令、讀數據（最多為9個字節，中途可停止，只讀簡單溫度值則讀前2個字節即可）。讀取溫度的程序流程圖如圖？？所示。圖？？ 溫度讀取程序流程圖DS18B20讀寫相關程序如下：Init_DS18B20(void)； //DS18B20初始化程序ds_read_byte()； //從DS18B20讀一個字節ds_write_byte(char bitval)； //向DS18B20寫一個字節get_temperature()； //從DS18B20讀取溫度值 煙霧傳感數據采集程序設計本課題中首先通過煙霧濃度傳感器MQ2將煙霧濃度轉換成電壓信號，然后采用ADC0809轉換芯將電壓信號轉換為數字信號，通過單片機進行處理。數字芯片在操作時首先要分析它的操作時序圖，ADC0809的操作時序圖有如圖？？所示。 圖？? ADC0809的操作時序圖從圖可以看出，啟動脈沖START和地址鎖存允許脈沖ALE的上升沿將地址送上地址總線，模擬量經C、B、A選擇開關所指定的通道送到A/D轉換器。在START信號下降沿的作用下，逐次逼近過程開始，在時鐘的控制下，一位一位地逼近。此時，轉換結束信號EOC呈低電平狀態。由于逐次逼近需要一定的過程，所以，在此期間內，模擬輸入值應維持不變，比較器要一次次進行比較，直到轉換結束。此時，如果計算機發出一個輸出允許命令（EOC呈高電平），則可讀出數據。在本課題中由于只用到一路，所以本設計選用IN0路作為模擬量的輸入端。所以C、B、A端全接地。根據ADC0809的工作原理，對它的操作步驟如下：①對EPP接口進行初始化，選擇模擬量輸入通道。②發出啟動脈沖。③查詢轉換結束信號EOC的值，等待轉換結束。④轉換結束后讀取轉換結果。其流程圖如圖3－5所示。圖？？ ADC0809程序流程圖ADC0809轉換程序AD_get(void)，源代碼如下：float AD_get(void) //獲得ad轉換數據{ st=0。//啟動轉換 st=1。 st=0。 while(!eoc)。//等待轉換結束 oe=1。 getdata=P0。 oe=0。 temp=getdata。 temp=temp*。 return temp。} 聲光報警模塊程序設計該部分程序控制LED的亮滅和蜂鳴器的報警，當煙霧濃度和