基于51单片机的火灾自动报警系统设计(22页).docx
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1、-基于51单片机的火灾自动报警系统设计-第 1 页基于51单片机的火灾自动报警系统设计摘 要现如今,随着电子产品的普及,各类消费类电子产品开始走入千家万户,在给人们的生活带来无尽的便利的同时还带来了一个隐患:火灾隐患。由于电子产品以及各类用电器在消耗电能的同时会不可避免地转化为热能,而一旦用电器或电子产品发生例如短路等故障,火灾隐患将大幅上升。因此,为了避免火灾损害人员生命和财产安全,及时发现并报警很重要,因此,火警自动报警装置的重要性也就越来越被凸显出来了。本系统是一个基于51单片机和DS18B20温度传感器的的火灾自动报警系统。先设定一个报警温度值,然后由DS18B20温度传感器对温度进行
2、实时的监控,并将温度值显示在LCD1602液晶显示屏上,若温度值超过了报警温度值,则驱动蜂鸣器报警。本系统硬件电路简单,程序复杂度不高,可靠性较强,且成本低,稳定度较高,因此具有一定的实用性价值。关键词:51单片机、温度传感器、火灾自动报警AbstractNowadays , with the popularization of the electronic products , varieties of electronic products have been bought by many families . Those products can provide people with
3、great convenience , but also fire hazards . As electronic products would convert electricity to heat , so once those products get short-circuited , they will be very likely to begin to burn . So , in order to keep people from conflagration , an alarming system seems to be a necessary . This system i
4、s an alarming system based on 51 SCM and DS18B20 temperature sensor . We will set an alarming temperature , then , DS18B20 temperature sensor will keep measuring the temperature , then send the data to the LCD screen and display it . If the temperature reaches the alarming temperature , the SCM will
5、 control the buzzer to give an alarm. This systems advantages are : simple circuit , less complicated code , high reliability , cheap and it is quite stable. So that will be practical . Key words: 51 SCM 、 temperature sensor 、 auto fire alarming system目 录基于51单片机的火灾自动报警系统设计1摘 要IAbstractII目 录III第1章 绪
6、论11.1 选题背景及意义11.2 本文所做的工作11.3 国外的相关研究1第2章火灾自动报警器原理3第3章 硬件电路设计43.1 单片机选择43.2 单片机知识53.2 火灾探测器选择73.3 液晶显示器选择83.4 硬件电路设计9第4章 程序设计104.1 程序流程图104.2 编程语言104.3 开发平台114.4 程序代码11第5章 软件仿真和实物测试195.1 仿真平台195.2 软件仿真结果195.3 实物测试结果21第6章 总结22致 谢23参考文献24第1章 绪 论 1.1 选题背景及意义火,给人类带来了文明的进步、光明以及温暖,但与此同时,当火失去控制时,又会给人类带来巨大灾
7、难。据统计,我国70年代火灾平均损失不到2.5亿元,80年代火灾平均损失接近3.2亿元。进入90年代,特别是1993年以来,火灾造成的直接损失上升到年均十几亿元,年均死亡2000多人。随着社会和经济的发展,社会财富日益增加,火灾给人类社会带来的危害不断增加,它不仅能毁坏财产,还会威胁人的生命。于是人类逐渐意识到火灾预防和预警的重要性。良好的监控以及报警机制能答复减少火灾的发生,并降低不必要的损失。人类自从进入电气时代以来,便多了一项火灾隐患,那就是由电能所产生的热能所导致的火灾。因此,一个可靠稳定而又及时的报警系统显得尤为重要了。1.2 本文所做的工作本文中所采用的方案是选用美国DALLAS公
8、司推出的高精度温度传感器DS18B20、STC89C52单片机以及LCD1602液晶显示器等元件来设计火灾自动报警器。可实现温度的实时显示以及温度达到限定值后自动报警功能。该系统性能稳定、硬件电路简单、价格较低,故有一定的应用前景。为了完成本文所做的工作为:1 . 围绕STC89C52来设计硬件电路。2 . 用DS18B20来实现对温度的实时监控。3 . 用LCD1602实现温度的实时显示。4 . 实现温度达到限定值后自动报警。5. 完成程序的编写。1.3 国外的相关研究火灾报警系统在国外已有百年以上的发展史。最早的火灾报警系统是19世纪40年代美国人发明的火灾报警系统。而90年代初,英国成功
9、研制温度式的火灾报警系统,并将其正式应用于火灾探测工作中。此后,随着科技的不断进步和发展,火灾的侦测技术也逐步趋于完善。越来越多的火灾侦测系统逐步进入市场。火灾的侦测系统的发展大致可分为以下几个阶段:第一阶段,从19世纪40年代到20世纪40年代左右,是火灾报警系统的初级阶段。主要以温度传感器作为探测器。系统通过温度传感器采集温度信号,然后通过判断温度是否达到限定的温度值来判断是否发生火灾。系统都较为简单,且仅靠温度一个参数来判断火灾容易收到其他因素的影响,产生误报警现象。第二阶段,从20世纪末到20世纪70年代末。在20世纪的40年代末,瑞士物理学家研究出埃姆斯特梅利研究出离子烟感探测器,从
10、此之后烟感探测器被广泛应用于火灾报警系统中,并使得温度传感器的报警器的市场份额大幅减小。到了70年代末,烟感探测器已经不仅仅局限于离子式的,而是在光电技术的基础上得到了蓬勃发展。光电式探测器一经面世,便获得了大力发展以及大量应用。其优点是抗干扰能力强,使用寿命长,且没有离子探测器的辐射问题。因此,光电式的烟感探测器逐渐取代离子式的探测器,正式登上历史舞台。第三阶段是从20世纪80年代末。在此阶段中,总线式的报警系统兴起,获得了广泛应用。其优点是布线的工作量显著减少,且易于安装和调试。但是由于其采用有线连接,因此对工程的要求较高。第四阶段则是从20世纪80年代中后期至今。在这段时间中,计算机技术
11、、集成电路技术以及传感器技术飞速发展,火灾报警系统逐步进入智能化时代。模拟量可寻址技术的应用使得报警系统的安全性、智能型和准确性有了质的飞跃。近年来,采用无线通信方式的自动报警系统在国外的市场中呈现出欣欣向荣的状态。这种系统应用了无线通信技术,从而代替了传统的有线通信技术,实现了将大多数电气装置通过无线通信的方式连接起来,并加以控制或是传输数据。其适用范围非常宽广,各种建筑都适用。起初这种报警器紧紧适用于如名胜古迹或是博物馆等不适宜大规模布线的场所,但由于电子元件成本的降低,无线火灾自动报警装置也如旧时王谢堂前燕一般,开始飞入寻常百姓家。第2章火灾自动报警器原理一般而言,火灾报警器主要由火灾探
12、测器、单片机、传感器接口电路、报警器等组成。火灾探测器是通过对火灾产生的物理或化学现象,例如气体、烟雾、温度等要素进行检测,并将数据发送至单片机,然后通过单片机执行相关判决程序来判定是否发生火灾,若发生火灾,则由单片机驱动报警器发出警报来进行火灾报警。而对于本文所设计的报警系统而言,其原理为:先通过单片机控制程序设定一个报警的温度值,然后让DS18B20不停地采集温度数据,并送入单片机。单片机将温度值实时显示在LCD1602液晶显示屏上,并将采集到的温度值与预设报警温度值进行比较,若采集到的温度值小于报警温度值,则重复上述步骤。若蜂鸣器液晶显示屏高于或等于报警温度值,则驱动蜂鸣器进行报警。电路
13、的整体框图如图2.1所示DS18B20温度传感器单片机 图2.1 系统框图第3章 硬件电路设计3.1 单片机选择在一个火灾自动报警器中,单片机是其中的核心部件,它需要接受来自传感器的信号,还需要将其与预设的报警温度值进行比对、将温度信息输出至LCD1602液晶显示屏、驱动蜂鸣器报警。综合多方面考虑,本设计中采用的是STC公司出品的STC89C52RC单片机。STC89C52RC是一家深圳的公司STC公司(宏晶科技)生产的一种高性能但低功耗的8位CMOS处理器,具有8K在系统可编程flash存储器。STC89C52RC使用经典的MCS-51内核,但做了很多改进,是的芯片具有传统的51单片机所不具
14、有的功能。它具有以下标准功能:512字节RAM、8k字节flash存储器、32位I/O口线,看门狗定时器,内置4KB EEPROM,MAX810复位电路,3个16位定时器/计数器,4个外部中断,一个7向量4级中断结构(兼容传统51的5向量2级中断结构),全双工串行口。另外,STC89C52可将至0Hz静态逻辑操作,支持2中软件可选择的节电模式。空闲模式下,CPU停止工作,允许RAM、定时器/计数器、串口、中断继续工作。掉电保护方式下,RAM内容被保存,振荡器被冻结,单片机一切工作停止,知道下一个中断或硬件复位为止。其最高工作频率为35MHz,6T/12T可选。封装有LQFP-44和DIP-40
15、封装可供选择。根据本设计的需求,采用DIP-40封装。其引脚图如图3.1所示 图3.1 STC89C52RC引脚图3.2 单片机知识单片机的内部结构组成如图3.2所示图3.2 单片机内部结构图由图可见,该系列单片机主要由随机数据存储器(RAM)、程序存储器(ROM)、中央处理器(CPU)、输入输出口、串行口、内置的定时器/计数器、中断控制、总线控制、以及时钟电路通过总线连接而成。CPU是单片机内部的核心器件,分为运算器和控制器两大部分,此外还有面向控制的未处理功能。STC89C52中有512字节的随机数据存储器(RAM),可通过片外扩展来提升RAM容量。存储器(ROM),是用来存储程序的存储器
16、,在STC89C52中集成了8K字节的FLASH存储器,如果片内的容量不够,还可扩展至64KB。中断系统:具有5个中断源,2级中断优先权定时器/计数器: 片内集成了3个16位的定时器/计数器T0、T1、T2,具有四种工作方式串行口:一个全双工异步串行口,具有四种工作方式,可进行串口通信,扩展并行I/O口,还可以与多个单片机相连以构成多级系统。特殊功能寄存器(SFR):共有26个特殊功能寄存器,用于CPU对片内各功能部件进行管理和监视。特殊功能寄存器实际上是片内各个功能部件的控制寄存器和状态寄存器,这些特殊功能寄存器映射在片内RAM区80H-FFH的地址区内。时钟电路用于产生单片机工作时所必需的
17、控制信号。STC89C52单片机的内部电路正是在时钟电路的控制下严格按时序执行指令进行工作的。在执行指令时,CPU首先到程序存储器中取出需要执行的指令操作码,然后译码,并由时钟电路产生一系列控制信号完成指令所规定的操作。CPU发出的时序信号有两类,一类用于对片内各个功能部件的控制;另一类用于对片外存储器或I/O口的控制。 STC89C52内部有一个用于构成振荡器的高增益反向放大器,它的输入端为芯片的XTAL1脚,输出端为XTAL2脚。这两个引脚跨界石英晶体和微调电容,构成一个稳定的自激振荡器。电路的电容C1和C2通常选择30pF。该电容的大小会影响振荡器频率的高低,振荡器的稳定性和起振的快速性
18、。晶体振荡频率的范围通常是1.2-12MHz。STC89C52通常采用12MHz的石英晶体。晶体的频率越高,系统的时钟频率越高,单片机的运行速度也就越快。但运行速度快对存储器的速度要求就越高,对PCB电路板的工艺要求也就越高,即要求线间的寄生电容要小。晶体和电容应尽可能安装得离单片机近一些以减少寄生电容,更好地保证振荡器稳定、可靠地工作。为了提高温度稳定性,应采用温度稳定性好的电容。外部时钟方式使用现成的外部振荡器产生脉冲信号,通常用于多片STC89C52单片机同时工作,以便于多片单片机之间的同步,一般为地狱12MHz的方波。外部时钟源直接接到XTAL1端,XTAL2端悬空。当使用片内振荡器时
19、,XTAL1、XTAL2引脚还能为应用系统中的其他芯片提供时钟,但需要增加驱动能力在单片机最小系统里晶振的作用是给单片机输入时钟信号,这个时钟信号就是单片机的工作速度。单片机工作的最小时间计量单位就是由这个晶振决定的。晶振电路电容选择的原则为:(1)C1,C21,因为每一种晶振都有各自的特性,所以最好按制造厂商所提供的数值选择外部元器件。(2)在误差允许的区域内,C1和C2值都是越小,实现的功能就越精确,如果C1和C2值比正常数值大时,可能会使振荡器更加稳定,可是也会增加响应的时间。 单片机执行的指令均是在CPU控制的时序控制电路的控制下进行的,各种时序均与时钟周期有关。 时钟周期是单片机时钟
20、控制信号的基本时间单位。若时钟晶体的振荡频率为fosc,则时钟周期Tosc=1/fosc.如fosc=12MHz,Tosc=83.3ns。CPU完成一个基本操作所需要的时间称为机器周期。单片机中通常把执行一条指令的过程分为几个机器周期。每个机器周期完成一个基本操作,如取指令、读或写数据等。STC89C52单片机每12个时钟周期为一个机器周期。即Tcy=12/fosc.若fosc=12MHz,Tcy=1us STC89C52单片机的一个机器周期包括12个时钟周期,分为6个状态,S1-S6。每个状态又分为两拍:P1和P2。因此,一个机器周期中的12个时钟周期表示为S1P1、S1P2、S2P1、S2
21、P2、.、S6P2。指令周期是执行一条指令所需的时间。STC89C52单片机中指令按字节来分,可分为单字节、双字节、三字节指令,因此执行一条指令的时间也有所不同。对于简单的单字节指令,取出指令立即执行,只需要一个机器周期的时间。而有些复杂的指令则需要两个或多个指令周期。 从指令的执行时间看,单字节和双字节指令一般为单机器周期和双机器周期,三字节指令是双机器周期,只有乘除法指令占用4个机器周期。3.2 火灾探测器选择为了尽可能做到简化硬件电路,故在本设计中采用美国DALLAS公司出品的温度传感器DS18B20。该温度传感器是一种常用的数字温度传感器,具有体积小、硬件开销低、抗干扰能力强、精度高等
22、优点。由于它输出的是数字量,故在硬件电路上可省去A/D转换电路,大幅度降低了硬件电路的复杂程度,也降低了硬件开支。DS18B20接线极为方便,只需要接VCC、GND以及数据线DQ即可。测温范围在-55+125,固有测温误差为1。独特的一线接口,使其只需要一条线即可完成与单片机的通信,简化了硬件电路的复杂程度。且适应电压的范围较宽,为3.05.5V,且在寄生电源的方式下可由数据线供电。DS18B20支持多点组网功能,多个DS18B20可以并联在唯一的三条线上,实现组网多点测温。DS18B20在使用中不需要任何外围器件,全部的传感元件以及转换电路都集成在了传感器内部。其可编程的分辨率为912位,对
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