基于單片機智能火災警報系統的設計畢業設計(編輯修改稿)

　

【文章內容簡介】 且穩定性也非常的好、精確度也非常的精確，并且這種傳感器可以受高壓。[13]但是缺點就是這種溫度傳感器使用起來非常的復雜。方案2：方案二我們選擇DS18B20溫度傳感器。DS18B20溫度傳感器的輸出總線的方式是通過“ 一線 ”總線這種獨特的方式。DS18B20溫度傳感器在測溫時候的精度方面、轉換時候的時間等方面相對于其他的溫度傳感器都有了非常大的進步。綜上所述，我們通過兩種溫度傳感器的比較，DS18B20溫度傳感器不僅可以直接輸出溫度值，而且不需要進行過多的校正，因此，對于溫度傳感器的選擇，我們選擇DS18B20溫度傳感器。3 系統的硬件電路 單片機最小系統 如果要使單片機進行正常的工作，那么構成單片機電路最基礎的的就是單片機最小系統，單片機最小系統如下圖所示。 我們通常在給單片機接入電源時一般接入的為5V的直流電源。我們通常會通過單片機的電源端的VCC引腳接入+5V電源，而單片機中的接地端的VSS引腳在通常情況下則會接地。[14]圖3 單片機最小系統 復位電路一般來說就是確定單片機在開始工作時的狀態，即使單片機完成啟動的一個過程。打開電源的開關時單片機便會產生一個復位信號，從而進一步完成啟動并且進一步確定單片機的起始工作狀態。[15]當單片機系統在運行的過程之中，有時候單片機系統可能會因為某些原因從而導致死機或者跑飛的現象，通常在這個時候我們都會按下復位按鈕使單片機系統中的程序從頭開始執行。一般情況下單片機系統在時鐘電路的工作之后，在復位端出連續的輸出兩個周期的高電平時，這時單片機系統就會完成復位操作。而在本設計之中我們所采用的復位方法是外部手動復位。 單片機的時鐘電路與復位電路設計 我們在本次設計的系統之中我們采用STC89C52系列的單片機，STC89C52系列的單片機相對比其他系列的單片機來說具有很多的優點。在該單片機中不僅資源相對比其他單片機要多的很多，而且對于系統的執行速度也要快得多。使這種單片機具有很強的抑制干擾的能力。 如下圖所示為本單片機系統的時鐘電路和復位電路。圖4 時鐘電路 圖5 復位電路 由于STC89C52單片機輸入/輸出端口中的P0端口沒有上拉電阻，表示為高電阻狀態，從而并不能使STC89C52單片機正常地輸出高/低電平，因此該輸入/輸出端口在使用的過程之中必須外接一個上拉電阻。[16] 煙霧檢測AD采集電路 我們在煙霧檢測的過程之中通過采用MQ2半導體煙霧傳感器。并且經過ADC0832芯片經過采集之后便可以得到各種煙霧濃度下的信號。因此我們根據這種設計可以設計出一種理想狀態下的煙霧強度報警信號。這種煙霧檢測AD采集電路如下圖所示：圖6 煙霧濃度采集電路 顯示模塊 我們在顯示模塊的過程之中通過數碼管進行顯示，顯示模塊的電路如下圖所示：圖7 數碼管顯示 聲音報警電路 ，從而使單片機系統控制蜂鳴器是不是需要報警。[17]圖8 聲音報警電路圖 按鍵控制電路在本次設計之中我們針對本電路一共設置了四個按鍵，一個設置鍵、一個加鍵、一個減鍵、一個緊急報警鍵，當我們在生活中遇到緊急的情況的時候，便可以迅速按下按鍵之中的緊急報警鍵，在這個時候蜂鳴器便會進行報警。[18]按鍵控制電路的電路圖如下圖所示：圖9 消音按鍵連接電路圖 電源模塊 因為在本次針對煙霧報警系統之中對于供電系統我們采用的事電池供電，因此我們比較了兩種供電系統對本系統進行供電，它們都有各自的優缺點。方案1：方案一中我們使用5V蓄電池為我們所設計的系統進行供電。通常情況下蓄電池不僅具有很強大的電流驅動能力而且也具有很平穩的的電壓輸出的能力。[19]但是蓄電池的缺點及時體積相對于其他供電系統太過于龐大，在小環境的報警器中使用起來相當的不方便。方案2： ，我們通過實驗驗證該單片機系統在工作的時候，各種器件所需要的電壓都能夠滿足該單片機系統的需求，而且電池更換起來也極為方便。 所以我們采用方案二。圖10 電源接口電路 溫度傳感器(DS18B20)電路 DSl8B20簡介 DSl8B20溫度傳感器是全球著名的DALLAS半導體公司生產并推出的一款新型的溫度傳感器，該溫度傳感器是繼DSl820溫度傳感器之后最新推出一款新型的智能溫度傳感器。DSl8B20溫度傳感器相對于傳統的熱敏電阻有很多的優點，這種溫度傳感器不僅可以直接讀出被測量的溫度，而且也能夠根據系統的需要從而通過編程可以達到數字直讀方式。[20]而且我們可以從DSl8B20溫度傳感器讀出或者寫入信息僅僅可以用一根口線用來讀寫，并不需要加入其他的電源。所以我們在應用DSl8B20傳感器的過程之中不僅可以讓單片機系統中的結構更加趨向于簡單，而且在這種溫度傳感器的可靠性也非常的高。本文設計不僅向我們介紹了基于DS18B20溫度傳感器的溫度測量中所應用的單片機控制系統的構成、不且也向我們系統的介紹了設計的方案和所用到到的程序設計的過程。[21]DS18B20溫度傳感器以DS18B20作為被控制的對象，單片機系統中熟知的顯示我們采用數碼管進行顯示，并且在單片機系統的設計過程之中我們也用到了C語言來實現單片機系統所要求的各種功能。圖11 DS18B20的管腳 如上圖所示我們可以看出 DS18B20溫度傳感器中的各個管腳的排列， DS18B20溫度傳感器的各個引腳說明如下： GND 引腳可以表示為接地引腳； DQ 引腳可以表示為數據輸入/輸出端口引腳； VDD 引腳可以表示為所接電源的引腳； NC引腳可以表示為空腳；DSl8B20的內部RAM包括兩個RAM，其中一個表示為高速暫存RAM，另一個為可電擦除的EEPRAM。[22]可電擦除的存儲器通常情況下我們用來存儲TH和TL的值。通常情況下我們首先會將數據先寫入RAM，其次我們會通過校驗并且將數據信號傳給EEPRAM。而配置寄存器為高速暫存器中的第5個字節，配置寄存器之中的內容通常情況下用來確定數字轉換的分辨率，DSl8B20 溫度傳感器在正常工作的時候通常情況下會按照這個配置寄存器中的分辨率將溫度變為與其相對應的數值。低5位通常情況下一直都表示為1，TM通常情況下用來表示測試模式位，通常情況下TM用來進行設置DSl8B20溫度傳感器應當在工作模式還是應當在測試模式。如下面表格中的內容所示。DSl8B20溫度傳感器在剛剛出廠的時候該位一般情況下會被設置為0，并不需要用戶去進行改動。 表31 字節各位的定義TMR1R011111 由下表中的內容我們可以看出，我們所設定的分辨率與單片機系統中的溫度數據轉換時間成正比關系。所以當我們在實際應用的過程之中一定要在考慮分辨率和轉換時間并進行權衡。高速暫存RAM之中不僅包括配置寄存器，而且還包括另外八個字節組成，它的分配從下表我們可以看出。通過下表我們可以看出TH和TL值第三，第四節，第六到第八字節，表現為全邏輯1；第九字節讀出的數值就是前面的八個字節的RC碼，通常情況下可以用來保證通信的正確性。表32 數據分辨率和轉換時間R1R0分辨率溫度最大轉換時間/ms 009011010111112 通常情況之下當DSl8B20溫度傳感器收到溫度轉換的信號之后，便會啟動轉換程序，如下表中的內容所示。[23]轉換完成后的溫度值就以16位帶符號擴展到二進制補碼形式儲存在高速暫存存儲器的第l，2字節。DSl8B20溫度傳感器之中我們在計算對應的溫度的時候：當符號位S為0時，我們便可以直接把二進制位轉換為十進制；當符號位S為1時，我們首先會將二進制位補碼變換為二進制位原碼，然后再將二進制位原碼轉換成十進制數值。表33 碼制轉換溫度低位溫度高位THTL配置保留保留保留8位CRC 18B20接口電路 如下圖所示為18B20的接口電路。圖12溫度傳感器接口電路圖 （1） DS18B20控制方法 DS18B20溫度控制器有六條控制命令：44H可以表示為溫度轉換控制此時我們將系統之中的數據通常情況下會通過啟動DS18B20進行溫度轉換； BEH可以表示為讀暫存器讀暫存器中包括九個字節的內容； 4EH可以表示為寫暫存器其作用就是將系統之中復制暫存器的數據通常情況下寫入暫存器的TH和TL字節之中； 48H可以表示為復制暫存器將系統之中的數據這個暫存器的作用就是那TH和TL中的字節寫到E2RAM中 ；B8H可以表示為重新調E2RAM其作用就是把E2RAM中的TH和TL中的字節寫到暫存器TH和TL字節之中；B4H可以表示問讀電源供電方式其作用就是啟動DS18B20溫度傳感器并向主CPU傳送供電方式的信號。 （2） DS18B20溫度傳感器的供電方式 通常情況下DS18B20溫度傳感器可以使用兩種方式對系統進行供電，其中的一種供電方式為電源供電方式，在這種供電方法的情況下DS18B20溫度傳感器的1號引腳接地，2號引腳通常情況下會當做信號線，3號引腳通常情況下接供電電源。[24]另一種供電方法為寄生電源的供電方法，通常情況下我們為了保證在有效的DS18B20溫度傳感器周期內向單片機系統提供足夠的電流，這個時候我們就可以用到三極管用其來完成對總線的上拉過程。為保證在有效的DS18B20時鐘周期內提供足夠的電流，可用一個三極管來完成對總線的上拉。本文的設計我們就是針對供電方式應用電源供電方式。當DS18B20表示的D轉換動作的內存溫度和動作,上拉10微秒的最大開設的時間強烈。然后，寄生電源當前最為先進的VDD和GND端子接地層規定。唯一的單一線，所以上述發送和接收配3狀態都是很必要的。通常,我們在寄生電源的方法時，VDD和GND終端為了確定。DS18B20控制系統使用的話，那么經過轉換過程將在3個階段，應通過溫度完成就必須經過3個步驟：l 初始化。l ROM操作指令。l 存儲器操作指令。4 系統軟件的設計及流程圖 如下圖所示為系統軟件設計的主流程圖。在系統軟件的過程之中我們首先應該給傳感器進行預熱,因為MQ2型半導體電阻式煙霧傳感器如果長時間存放而里面沒有電的話，在使用的過程中，MQ2型半導體電阻式煙霧傳感器不能馬上進行針對煙霧濃度的采集，因此我們在使用之前需要對需要對煙霧傳感器進行一段時間的預熱。當系統中的初始化程序結束之后，單片機系統便會自動的進入監控狀態。在煙霧報警系統正常的工作當中，煙霧探頭所檢測出來的煙霧濃度信息通常情況下會經過轉換并進行處理之后，然后會經過單片機系統進行分析和處理，由此來辨別煙霧報警系統是不是應該報警。主程序之中還包括LED八段式數碼管濃度字符顯示功能、手動報警功能、報警濃度設定功能，中斷子程序等，因為這樣才會使煙霧自動報警器中的功能更加趨于完整。圖13 主程序流程圖5 電路調試中遇到的問題及總結系統硬件調試及電路調試的過程總共可以分為三個步驟： 第一個步驟為目測，單片機系統的電路原件應當全部手工焊接在電路板上的洞洞中，在這個步驟之中我們需要對每一個焊點進行仔細的檢查。檢查各個焊點是否有虛焊或者毛剌等。 第二個步驟為采用萬用表進行電路測試，我們運用萬用表查看各個電路元件的通斷狀態，查看電路元件是否符合設計的規定，最后我們通過萬用表檢查各個電源線與地線之間是否有短路現象。第三個步驟是加電檢查。在這個步驟中，我們對單片機系統進行通電讓其工作，檢查所有的器件引腳的電源端是不是符合要求，然后歲接地端進行檢查，看電壓值是否接近與零，接固定電平的引腳端是否電平正確。第四個步驟是進行聯機檢查。檢查單片夾系統是否會正常工作。 本篇論文設計針對在我們生產生活之中常常會發生火災的情況，通過設計出了一種煙霧報警系統，這種煙霧報警系統不僅可以有效的監測出發生火災時煙霧濃度的值，并且可以提前發現火災隱患，并提前進行報警，使人們更及時的發現火災的隱患，使人們在生產生活的過程之中更安全。 煙霧報警器的設計由煙霧信號采集電路和單片機控制電路兩個部分組成。可設置煙霧濃度和高溫報警值，煙霧濃度設置范圍在0~9，溫度設置范圍在0~99，當煙霧傳感