基于单片机的智能烟雾报警系统设计说明.doc

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1、 . . . . 农业大学信息学院本科毕业设计基于单片机的智能烟雾报警系统设计系部名称：机电工程系专业名称：电气工程与其自动化学生：成学 号：2012204911指导老师：屈燕二一六年六月BACHELORS DEGREE THESIS OF CISAUDesign of automatic smart smoke alarmsystembased on single chip microcomputerDepartment :Mechanical and Mechanical engineeringMajor:Electical Engineering Name: Li ChengStuden

2、t ID: 2012204911Director :Qu Zhao YanJune 2016 重 申 明本人呈交的学位论文，是在导师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果，所有数据、图片资料真实可靠。尽我所知，除文中已经注明引用的容外，本学位论文的研究成果不包含他人享有著作权的容。对本论文所涉与的研究工作做出贡献的其他个人和集体，均已在文中以明确的方式标明。本学位论文的知识产权归属于培养单位。本人签名：日期：25 / 32基于单片机的智能烟雾报警系统摘 要本文主要描述关于住居民区智能化系统的防火报警。防火智能化报警系统，已经保证针对于防盗监测和火警报警24小时性，也就是报警器全天都处在工作状态

3、，当有烟雾或者火灾等可检测的事物发生时，报警器会自动报警与此同时发出一种人们所能接收到的信息。本文分为两部分，主要针对软件和硬件以与对自动检测在一个封闭的智能系统是如何表达的，自动报警系统在具体路径中的一些功能进行所方面的分析与考究。在本文系统中的中央处理器主要是由单片机AT89C52来处理实现的，文中介绍了所选单片机的型号与一些具体的功能，目前单片机在国外的一些研发状况，还阐述了烟雾报警系统对外界所产生的信号是如何进行安排与解析，从而实现烟雾、火灾等现象的监测。本文是把单片机和芯片进行了一个有机的结合，从而达到了一个超过预期的效果，实现预报和防火这两个主要过程，具有非常快的报警速度、小巧并且

4、漂亮的外观、具有相当高的可靠性、易于和方便使用等优点。本文还介绍了不同探测器的不同功能，不同部件组成的同一报警器既具有相同性，也具有差异性。当然，随着单片机技术的发展。在人们的日常生活中起到的用也越来越大，大大提高了人们的生产和生活安全，为我们日常和财产安全确立的一定保障。同时在这个科技飞速发展的时候，人们对物质需求的更高要求已经不仅仅停留在五六十年代的那作个水平，所以创新已经成为当今时代的主题，单片机面临的挑战也日益严峻，为了不断适应时代的发展，单片机技术也应不断提升。关键词：单片机; 智能防火; 智能防盗; 报警系统Design of automatic smart smoke alarm

5、systembased on single chip microcomputerABSTRACTThe paper mainly describes the fire on the resident district intelligent alarm system. Intelligent fire alarm system, which has 24 hours of needle alarm for anti-theft monitoring and fire alarm, which is all day long in the working state, when there ar

6、e things such as fire or smoke detection occurs, the alarm will automatically alarm at the same time a people can receive information. The paper is divided into two parts, mainly for software and hardware. The paper for automatic detection in a closed system is how to express the function of automat

7、ic alarm system in some specific path in the analysis and Research on the central processor in this system. Mainly by the AT89C52 microcontroller to achieve, is also introduced in this paper. The selected MCU models and some specific function, at present at home and abroad a microcontroller Some res

8、earch status. This paper also describes the smoke alarm signal generated by the system to the outside world is how to arrange and analysis, so as to realize the monitoring of smoke, fire and other phenomena. The paper is the microcontroller and chip of an organic combination, so as to achieve a bett

9、er than expected results, achieve the two the main process of prediction and fire, with a very fast speed alarm, compact and beautiful appearance, has high reliability, easy and convenient to use. The paper also introduces the different functions of different detectors, different parts of the same a

10、larm is the same, but also has the difference. Of course, with the the development of single-chip technology. It plays in peoples daily life is more and more important, greatly improving the peoples production and life safety, to protect our daily and property safetyis established.Key words:single c

11、hip microcomputer; intelligent fire protection; intelligent burglar alarm; alarm system . . . . 目录 一、绪论11.1 设计背景11.2国外研究概况11.3研究意义2二、系统设计方案32.1设计方案32.2设计原理32.2.1光电感烟火灾探测器32.2.2感温火灾探测器4三、系统硬件总体设计63.1系统总体设计结构框图63.2单元电路设计63.2.1控制器63.2.2红外线发射电路73.2.3红外线接收电路83.2.4开关模拟输入电路93.2.5数码管驱动电路103.2.6声光报警电路113.2.7

12、主控与现场控制器的数据传输电路123.2.8其它附属电路13四、系统软件设计部分154.1软件部分的原理154.2软件流程图154.3主控制器程序16结论23参考文献24致25附录26一、绪论1.1 设计背景随着社会的发展，人们的经济水平和生活水平也日益提高，随之而来，计算机开始普与并且信息技术得到迅猛发展，在这时，旧时的居住环境对于人类来说已经得不到满足，对居住的房子也有了一定的要求，不仅仅停留在交通便利，居家舒适，这些浅显地方，在我们的日常生活中，偷到，入室抢劫，火灾等日常安全隐患的问题还依然存在，为了保障人身安全，财产安全，人们对家庭的安全系数也有了新的追求。恰恰就在这个时候，在这个时候

13、，系统的智能化就自然而然的进入了人们的视线，带领人们走进了智能化的新时代，人们不这方面取得的进步日益增多，带给这个社会的利益也越来越大，并把这一时代性的进步扩展到全世界，使智能化科技带来的好处深入人心，从而走进千家万户1。就目前而言，对于评价一个住宅区是否安全，智能系统是否存在已经成为了一个必不可少的衡量标准。随着智能系统在我们家庭中的加入，大大提高了家庭安全系数，使生活的到了很大的保障，本文对防火报警系统的智能进行主要设计，从而尽可能实现可监测危害的自动报警。1.2 国外研究概况当今时代大多数国家都投入大量的人力物力进行单片机智能系统的研发，比如简简单单的学习和适应等功能就是通过神经网络加以

14、研发，从而形成智能火灾探测系统，进而提高检测火灾的准确率，是系统在一定程度上更加可靠2。目前就国而言，智能报警系统已成为住宅保障的核心。建设部有关规定指出，包括防盗、消防等在的一系列容。此次设计的系统是一个安全系数比较高的系统，利用可视对讲为基础，进一步弥补主机功能的不足，分别在室.室外开设多个监测点，进行对温度，烟雾，红外线的一系列检测。我研发的住宅防护系统与国外相比，还有着比较大的距离。现如今，居民一般采用防盗门窗等防举措。虽然防盗作用也是具有一定的，但是在突发灾害降临的情况下，使逃生成为一个难题。另外，小区安全措施不足；居民安全意识有待增强；安全防系统也急需普与。在中国境，随着国力的日益

15、强盛，生活水平也相应的提高，智能化已经进入人们的生活，成为衡量人们生活水平的一个标准。1.3研究意义火灾报警系统应从实际，并且有助于消防人员展开工作为前提，一方面为设计智能报警器的研发创立了一个统一合理的依据，另一方面也为有关部门的检测和监控提供了很大一部分的便力。3他就像恪尽职守的看门狗，给忙碌中无暇顾与隐患和危险的人们带来安全，再而言之，烟雾报警系统的产生可以提防人们与时注意，有效避免财产和各类经济损失。二、系统设计方案2.1 设计方案本文主要运用AT89C52单片机检测传感器所发出的信号以此来判断防火还是防盗，并且作出相应的回应，以达到能时时预防在意外发生的时候作出与时的防措施。设计由两

16、个部分组成：信号监视部分和信号处理部分。信号监视部分根据设计任务的要求，主要是用于防火的温度传感器。温度传感器设定有一个极限值，当温度超过这个上限时，系统检测电路就会输出一个低电平的温度信号。红外发射器发出特定频率的红外信号经过传播传递给红外接收器，对于大多数情况来说，发生器、接收器两者之间是并不存在物体阻隔的，接收器接到的信号就是连续的，而当它中间有物体阻碍时，接收器接到的信号就会出现一个信号跳变，与此同时接收器输出低平信号给单片机表示有信号输入该区域。信号处理部分是为承接上下两部分而存在的，它的工作是对单片机承受监视部分发过来的信号来做相应的处理，并调用相应部分的程序来处理突发情况。2.2

17、 设计原理2.2.1光电感烟火灾探测器 1.工作原理光电感烟火灾探测器主要采用是红外线在烟中会发生一定的散射来检测火灾在发生的初级阶段产生的烟雾，所采用的工作原理图2.1。地址编辑电路发射射电路接收电路烟红外光源光敏元件黑罩板图2.1探测器的工作原理图红外发光二极管的材料是由砷化镓组成，多个红外发光二极管形成了光电传感器，把红外光传感器的一端安放在黑罩板，红外发光二极管发出一束光，如果在无烟雾的情况下，在红外光与光敏原件之间的黑罩板起到了一个很好地阻挡效果，由红外光源产生的光无法到达光敏原件，如果有烟雾进入探测器一定围，红外光线在烟雾的作用下产生散射，一部分散射到光敏原件端，转化为电信号，电信

18、号经过放大、滤波等的处理最终输出报警信号，报警信号在软件部分的编码电路中进行分析、甄别，确定火灾信号后发出警报，同时探测器指示灯点亮。2.设计思路选用砷化稼制成的发光二级管作为红外光源，选用红外光电二极管作为光敏原件，红外光电电路选用调制式作为电路，调制驱动电路选用脉冲调制作为发射电路，选用调试光作为接收电路。本文所设计的电路对提高器件寿命、降低功耗等均有一定的作用。在发射电路这一阶段，选用温度补偿电路，在不同的环境设定不同的补偿参数，温度补偿对于探测信号的检测也有一定的影响。选用I-V变换作为变换电路，短路法作为红外光电二极管的处理方法，优点在于：（1）电路时间常数小，频率特性好；（2）具有

19、良好的光电线性和比较大浮动的动态围；（3）弱光探测对于输出信号极其有利，但其中不包含暗电流。由经变换、放大、滤波电路之后的调制光电信号，与报警闽值电压相比较，通过地址编码电路，最终送达控制器辨别有无火灾3。2.2.2感温火灾探测器可燃物燃烧的过程其实就是一个伴随着发光放热的现象，探测器的热敏元件在外部环境发生变化的情况下也发生相应的变化，这种物理变化经过电路转变成的电信号最终传输给控制器，通过程序的判断，发出报警信号。常见的感温火灾探测器原理与情况如下：1.定温式探测器。定温式探测器是在规定时间，火灾引发的温度超过一定的围时发出报警的火灾探测器。它有线型和点型两种结构。线型的主要工作原理是当局

20、部温度升高到特定的围以，可熔绝缘物被长时间的高温所熔化导致两导线短路，进而发出报警信号。点型定温式探测器所采用的是双易熔金属、热敏电阻等元件，超出特定的温度值会发出报警信号。2.差温式探测器。在指定时间，火灾引发的温度变化超过一些指定数值时，会自动报警的探测器。它也有线型和点型两种结构。线型差温式探测器主要是通过热效应产生动作，点型差温式探测器通过局部的热效应产生动作。3.差定温式探测器。这种探测器是把差温和定温有机的的结合。三、系统硬件总体设计3.1 系统总体设计结构框图通篇文章集多种防火功能，在火灾发生的情况下，实现了自动检测和报警。尤为重要的是，防火和防盗报警已经能通过红外探测器来实现。

21、系统由信号检测、区域控制和报警控制等几部分组成。负责收集和转换不同信号的是执行设备和探测器它们主要分布于最底部，与此同时把源源不断的信息传递给控制4。设计包括硬件部分和软件部分。处理器在本文中采用AT89C52芯片，软件是这个系统的主要控制部分。如图3.1所示。温度报警电路键盘控制电路AT89C52控制电路蜂鸣报警电路液晶显示电路图3.1防火报警器电路结构图3.2 单元电路设计3.2.1控制器主要针对于输入信号进行处理是控制器的主要职责5。控制器分为：主控制器、现场控制器，控制器通过现场不同串口传递信息，输出对应的控制信号，从而控制声光报警电路和数码管驱动电路的工作，是整个主动红外报警电路的核

22、心6。现场控制器是主控制器的附属部分，主要是将信息过滤，然后再传递给主控制器。两者都采用AT89C52。AT89C52是一个低电压，高性能CMOS 8位单片机，片含8k bytes的可反复擦写的Flash只读程序存储器和256 bytes的随机存取数据存储器（RAM），器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存储技术生产，兼容标准MCS-52指令系统，片置通用8位中央处理器和Flash存储单元，功能强大的AT89C52单片机可为您提供许多较复杂系统控制应用场合7。AT89C52有40个引脚，32个外部双向输入/输出（I/O）端口，同时含2个外中断口，3个16位可编程定时计数器，2个全双工串行通

23、信口，2个读写口线，AT89C52可以按照常规方法进行编程，但不可以在线编程（S系列的才支持在线编程）。其将通用的微处理器和Flash存储器结合在一起，特别是可反复擦写的Flash存储器可有效地降低开发成本8。主要功能特性：32个双向I/O口，256x8bit部RAM 3个16位计数器中断/可编，时率0-24MHz 2个串行中断，可编程UART串行通道 2个外部中断源，共8个中断源 2个读写中断口线，3级加密位 兼容MCS52指令系统，8k可反复擦写（1000次）Flash ROM引脚功能如图3.2。图3.2 AT89C52引脚图控制器分为两类主控制器和现场控制器，软件部分可见其流程图。3.2

24、.2红外线发射电路由于仿真中不含红外发射头，现运用普通二极管替代红外发射管，发射管在出厂测试时一般会给予直流50mA,对应的Vf约为1.3V,一般给予直流驱动不得高于100mA，电流选择50mA，根据欧姆定律，其限流电阻约为75，其简易示意图如图3.3。图3.3红外发射电路3.2.3红外线接收电路由于仿真中不含红外接收头，现运用分立元件对其功能进行模拟。对于目前市场上来说主要是一体化接收头，其中有接收、放大、整形电路。运用信号源模拟接收到的微弱信号，假设是5mv再运用741和电阻组成的同相比例运算放大器，因为要把微弱信号取出来，那么输入阻抗就要比较大，所以选择同相比例运放电路。所以选择同相比例

25、运算电路和施密特触发器组合即可以提高输入电阻，又可以解决同相比例运算放大电路的共模输入电压不为0的情况。图3.4同相比例运算A=1+Rf/R1，通过计算可知该电路将信号Ui放大1000倍。这时收到的信号Uo是模拟的原始信号，波形变换缓慢，幅度连续变化，将放大的信号接入由电阻、电容、555组成的施密特触发器，该触发器为反向施密特触发器，正负向阔值电压分别为：VT+=2/3VccVT-=1/3Vcc当输入电压上升至2/3Vcc =2/35=3.3V，下降至1/3Vcc =1/35=1.67V时，输出波形将分别发生由高至低和有低至高的跳变。采用该施密特触发器对波形整形的好处在于可以把输入不规则的波变

26、换为有规律的宽窄方波。电路如图3.5。 图3.5红外接收电路图上图中R2（1）模拟接收到的微弱信号，555的引脚3输出经过整形后的波形。3.2.4开关模拟输入电路开关电路用于把手动的按钮操作转换成电信号，替代红外传感器发出检测信号，总共两个，分别是一同接在P2.0、P2.1、P2.2、P2.3、P2.5、P2.6、P2.7（除了P2.4）的SW1和接在P2.4上的SW29。SW1表示的是由七个红外接收管传来的信号。为了防止类似落叶这样的干扰，程序应当设计为至少有两条红外发射线被遮挡时系统才认为有非法入侵，发出警报。SW2的引入目的是表示自己的系统不会因为只触发一个红外传感器而出现报警情况。SW

27、2接入低电平时表示只有一个探测器被触发，根据仿真，当只有一个传感器被触发时系统不会发生报警，所以程序运行正确10。电路如图3.6。图3.6开关模拟输入电路3.2.5数码管驱动电路如果有发现入侵艾玛，上图电路数码显示管会自动显示并报警。根据电子参考手册，所选的3mm数码管额定电流为1-10mA选择5mA。额定电压为1.9V而单片机的输出额定电压是5V所以需要限流电阻，根据欧姆定律I=U/R，可知数码管的限流电阻大约是0.6k数码管显示运用查表法，所以电路通过数码管的各个引脚限流电阻与单片机的引脚进行连接，主要是共阴、共阳连接，本电路选用共阴数码管11。电路图如图3.7。 图3.7数码管驱动电路3

28、.2.6声光报警电路声音报警电路由一个小型电动式扬声器并联一个10F的电容组成，直接连接在P2.1上即可。要发出警报声，只需在P2.1口加入个方波信号。光报警信号就是让LED不断闪烁，只要在P2.0加上方波信号即可。方波信号的子程序如下：for（u=0；u10000；u+） faguang=1；for（t=0；t50；t+） fasheng=1； delay（）； fasheng=0； delay（）； faguang=0；for（t=0；t50；t+） fasheng=0； delay（）； fasheng=1； delay（）； void delay（）Ink 1 ；for（k=0；k2；

29、k+） for（l=0；lR1，取典型值R1=200，R2=1k，C=22uF。3.电源供电电路红外报警系统的电源是家用的220V交流电压，而芯片需要的电压为5V直流，所以要对电压进行转变。电源供电电路的作用是将家用220V交流电压转变为5V直流电压。输入的220V交流电压经变压器转变为8V直流电压，再经桥式整流，将交流电转换成脉动直流电，经电容滤波、稳压后，输出5V直流电压，供芯片和其它元器件使用。因为需要电压5V，所以稳压器可以选CWL7805，该型号三端稳压器5V，输入电压为735V，最大输出电流IOM=1.5A,最大输出功率POM=7.5W。根据稳压器的输入电压要求，可选用阻抗比初级：

30、次级220：15的变压器，输出15V交流电压。根据估算，电路的功率达到近4W，所以桥式整流选用流量大的型号。ICZ55A-M的最大正向整流电流为1A。经过桥式整流后，还需要经过C1电容滤波。家用电是50Hz的低频电压，需要用大容量电容滤波，选用3300F的铝电解电容CD10，其单位元体积电容量特别大，而且价格便宜13。C2用于抑制CW7805的自激振荡，一般取0.33F。C3用于压窄CW7805的高频带宽，减小高斯噪声，一般取0.1F。其电路图如图3.9。图3.9电源供电电路四、系统软件设计部分4.1软件部分的原理当从DS18B20读取数据时，主机生成读时间隙。当主机把数据线从高电平拉到低电平

31、时，写时间隙开始。14数据线必须保持至少1s，从DS18B20输出的数据在读时间隙的下降沿出现后15s 有效15。因此，主机在读时间隙开始后必须停止把I/O 脚驱动为低电平15s，以读取I/O 脚状态。在读时间隙的结尾，I/O 引脚将被外部上拉电阻拉到高电平。所有读时间隙必须最少60s，包括两个读周期间至少1s 的恢复时间16。DSl8B20工作过程协议如下：初始化ROM 操作命令处理数据，然后再对ROM进行操作命令，比如，总线监测DS18B20的可疑指令。4.2软件设计流程图软件设计流程图如以下图4.1。图4.1软件流程图4.3主控制器程序#includeunsigned char i,m,

32、t,u,j=0，x=0，y=0，flag=0；unsigned char table8=0x7f,0x6f,0x77，0x7c,0x39，0x5e,0x79，0x71； /8，9，A,B,C,D,E,Fsbit faguang=P20；sbit fasheng=P21；void delay（）；void main（）fasheng=0；faguang=0；SM0=0；SM1=1；/设置为串口工作方式1REN=1；/允许串口承受TMOD=0X20； /设为定工作方式2TH1=0Xe8； TL1=0Xe8；/设置计数初值，波特率为1200BTR1=1； /定时器开始计时EA=1；ES=1； /开中

33、断while （1）；/等待中断void ser（） interrupt 4 /串口中断RI=0；/中断清0 switch（x） case 0 ：if（SBUF=0） SBUF=1；x+； else SBUF=0； while（!TI）； TI=0； break;case 1 ： i=SBUF;x+； break;case 2 ： tablej=SBUF; y=SBUF;/异或校验码 j+； if（j=i） x+； break;case 3 ：if（y=SBUF） /对比发送过来校验码与上面的校验码是否一致 SBUF=2； elseSBUF=03；x=1；y=0； while（!TI）； TI

34、=0； flag=1； x=0； break; if（flag=1） P1=tablem； for（u=0；u10000；u+） faguang=1；for（t=0；t50；t+） fasheng=1； delay（）； fasheng=0； delay（）； faguang=0；for（t=0；t50；t+） fasheng=0； delay（）； fasheng=1； delay（）； flag=0；TI=0；/（产生了中断要清除）void delay（）int k,l;for（k=0；k2；k+） for（l=0；l2；l+）；现场控制器程序：#include#define uchar

35、unsigned charuchar flag0=0，flag1=1，flag2=1，m=2，x;uchar table=0x3f,0x06，0x5b,0x4f,0x66，0x6d,0x7d,0x07；/0，1，2，3，4，5，6，7 uchar i,j,z;int b=0，s=0；uchar temp8；uchar a88；void delay（int z）；void main（） SM0=0；SM1=1；/设置为串口工作方式1REN=1；/允许串口承受TMOD=0X20； /定时器1工作方式2TH1=0Xe8； TL1=0Xe8； /设置计数初值，波特率为1200B,降低传输速率能有效提高

36、传输距离TR1=1；/定时器开始计时P1=0；/将红外发射管打开for（i=0；i=7；i+） tempi=P2； delay（2）；/延时0.14ms,采集数据8次 for（j=0；j=7；j+） /j表示的是第几位，i表示的是采集的第i组数据，每组数据包含8位 for（i=0；i1； /为取出下一组数据做准备 for（i=0；i=2）/如果至少有两条被遮住 flag0=1； while（flag0） while（flag1） SBUF=0； /发送呼叫信号0； while（!TI）； /等待发送完成TI=0； /清除中断标志位while（!RI）； /等待接收从机应答信号RI=0；if（S

37、BUF=1） /持续呼叫，直到应答信号是01 flag1=0； while（flag2） SBUF=1； /发送数据长度 while（!TI）； /等待发送完成 TI=0； SBUF=tablem； /发送数据 x=tablem；/生成异或校验码 while（!TI）；/等待一个字节数据发射出去 TI=0； delay（z）； SBUF=x;/ 发送异或校验码 while（!TI）； / 等待发送完成 TI=0； while（!RI）； / 等待从机应答信号 RI=0； if（SBUF=2） flag2=0； void delay（z） /延时函数 0.14msint e,y;for（e=z;

38、e=10；e+） for（y=0；y=2；y+）；结论本文的主要容是对红外报警器控制系统进行原理设计，采用自顶向下的方法，从系统结构、各模块的设计到Proteus建模和C程序设计，再进行仿真，最后进行硬件制作和整机联调，得到红外报警控制系统，至此基本完成了对该系统的设计与分析。随着时代的发展和科技的飞速进步，智能报警系统的单片机也发也有了突飞猛进的变化，智能烟雾报警带给我们的好处越来越多，功能也愈来愈明细化，为我们的财产、生命安全带来了极大的保障。同时烟雾报警系统与其他系统相结合，比如与摄像系统结合，使人们清楚的知道事故发生的原因等。参考文献1 冷祖祁编著.单片机基础M.航空航天大学,2007

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