烟雾火灾报警器开题报告.docx
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1、本科毕业设计(论文)开题报告论文题目:基于单片机的火灾自动报警系统的设计与开发120706202电子科学与技术探讨员学生姓名:舒伟学号:二级学院名称:电子信息学院专业:指导教师:金步平职称:合作/企业老师: 职 称:填表日期:2015年12月23日一、前三1.1选题背景与意义随着科技的发展,越来越多的巨大的隐患由于工业生产和人们的日常生活而产 生。为了早期发觉和通报火灾,防止和削减火灾危害,爱护人身和财产平安,须要 建立火灾自动报警系统。单片机与烟雾传感器是烟雾报警器系统的两大核心。单片机好比一个桥梁,联 系着传感器和报警电路设备。近几年来,单片机已逐步深化应用到工农业生产各部 门与人们生活的
2、各个方面。各种类型的单片机也依据社会的需求而开发出来。单片 机是器件级计算机系统,事实上它是一个微限制器或微处理器。由于它功能齐全, 体积小,成本低,因此它可以应用到全部电子系统中。同样,它也可以广泛应用于 报警技术领域,使各类报警装置的功能更加完善,牢靠性大大提高,以满足社会发 展的须要。而传感器作为信息技术系统的“感官”器件,假如没有“感官”感受信 息,或者“感官”迟钝,都难以形成高精度、高速度的限制系统。美国曾把二十世 产厂家相继推出了各种类型的单片机,在单片机家族的众多成员中,MCS系列单片 机以其优越的性能、成熟的技术与高牢靠性和高性能价格比,快速占据了工业测控 和自动化工程应用的主
3、要市场,成为国内单片机应用领域中的主流。其中,51系列 单片机的优点是价钱便宜,1/0 口多,程序空间大。因此,测控系统中,运用51系列 单片机是最志向的选择,因此设计采纳STC89c52。2. 2. 3 STC89C52单片机简介STC89C52是一种低功耗、高性能CM0S8位微限制器,具有8K可编程Flash存 储器。运用高密度非易失性存储器技术制造,与工业80c51产品指令和引脚完全兼 容。片上Flash允许程序存储器在线可编程,亦适于常规编程器。在单芯片上,拥 有灵活的8位CPU和在系统可编程Flash,使得STC89C52为众多嵌入式限制应用 系统供应高敏捷、超有效的解决方案。STC
4、89C52具有以下标准功能:8k字节Flash, 256字节RAM, 32位I/O 口线,看门狗定时器,2个数据指针,三个16位定时器/ 计数器,一个6向量2级中断结构,全双工串行口,片内晶振与时钟电路。另外, STC89C52可降至0Hz静态逻辑操作,支持2种软件可选择节电模式。空闲模式下, CPU停止工作,允许RAM定时器/计数器、串口、中断接着工作。掉电爱护方式下, RAM内容被保存,振荡器被冻结,单片机一切工作停止,直到下一个中断或硬件复 位为止。这一模块以单片机为中心把程序代码烧进去然后外围接上复位电路、振荡 电路、键盘限制、LED显示电路、报警电路等子模块。2. 2.4单片机的引脚
5、功能描述下面对STC89C52各引脚的功能进行较为具体的介绍: 1)电源引脚Vcc和VssVcc(40脚):电源端为+5VVss(20脚):接地端。2)时钟电路引脚XTAL1和XTAL2XTAL2(18脚):接外部晶体和微调电容的一端。在单片机内部它是振荡电路反 向放大器的输出端,振荡电路的频率就是晶体固有频率。若需采纳外部时针电路时, 该引脚输入外时钟脉冲。要检查STC89C52的振荡电路是否正常工作,可用示波器查 看XTAL2端是否有脉冲信号输出。XTALK19脚):接外部晶体和微调电容的另一端。在片内,它是振荡电路反向 放大器的输入端。在采纳外部时钟时,该引脚必需接地。3)限制信号脚RS
6、T ALE PSEN和EA。RST(9脚):RST是复位信号输入端,高电平有效。在此输入端保持两个机器周 期(24个时钟振荡周期)的高电平常,就可以完成复位操作。ALE/PROG (30引脚):地址锁存允许信号端。当STC89c52上电正常工作后, ALE引脚不断向外输出正脉冲信号。此频率为振荡器频率fosc的1/6,当CPU访问 片外存储器时,ALE输出信号作为锁存低8位地址的限制信号。在CPU访问片外数 据存储时,每取值一次(一个机器周期)会丢失一个脉冲。平常不访问片外存储时, ALE端也以1/6的振荡频率固定输出正脉冲,因而ALE信号可以用作对外输出时钟 或定时信号。假如你想看一下STC
7、89C52芯片的好坏,可用示波器查看ALE端是否有 脉冲信号输出,如有脉冲信号输出,则STC89c52基本上是好的。ALE的负载驱动实 力为8个LS型TTL (低功耗高速TTL)。PSEN (29 W);程序存储允许输出信号引脚,在访问片外程序存储器时,此端 定时输出负脉冲作为读片外存储器的选通信号。此引脚接ERR0M的0E端。PSEN端 有效,即允许读出ERR0M/R0M中的指令码。CPU在从外部ERR0M/R0M取指令期间,每个周期PSEN两次有效。不过,在访问片外RAM时,要少产生两次PSEN负脉冲信 号。要检查一个AT89C52小系统上电后CPU能否正常到ERROM/ROM中读取指令码
8、, 也可用于示波器看PSEN端有无脉冲输出。如有,说明基本上工作正常。EA/VPP (31脚):外部程序存储器地址允许输入端/固化编程电压输入端。当 EA引脚接高电平常,CPU只访问片内ERROM/ROM并执行内部程序存储器中的指令。 但在PC (程序讦数器)的值超过OFFFH (对8751/8051为4k)时,将自动转向执行 片外存储器的程序。当出入信号EA引脚接低电平(接地)时,CPU只访问外部 ERROM/ROM并执行外部程序存储器中的指令,而不管是否有片内程序存储器。对于 无芯片内的ROM的8031或8032,须外扩ERROM,此时必需将EA引脚接地。假如运用有片内ROM的STC89c
9、52,外扩ERROM也是可以的,但也要使EA接地。4)1/0 (输入/输出端口,P0, Pl, P2, P3)P0 0: P0 口是一个漏极开路的8位准双向I/O端口。P1 口: 8位准双向I/O端口。P2 口:即可以做地址总线输出地址高8位,也可以做一般I/O用,(此时为准双向口)。P3 :双功能口,即可以做一般I/O 口用(此时为准向口,也可以按每位定义实现其次功能操作),如表2所示。表2 P3 口的其次功能表引脚其次功能P3. 0RXD (串行输入口)P3. 1P3. 2TXD (串行输出口)INTO (外部中断0)P3. 3P3. 4P3. 5P3. 6P3. 72. 3烟雾报警系统模
10、块介绍INTI (外部中断1)TO (定时器0外部中断)T1 (定时器1外部中断)WR (外部存储器写选通)RD (外部存储器读写通)2. 3.1温度采集模块方案1:采纳PT1OO作为测温电路的温度传感器。PT1OO传感器是利用伯电阻的阻值随 温度改变而改变、并呈肯定函数关系的特性来进行测温的,具有抗振动、稳定性好、 精确度高、耐高压等优点。但运用起来比较困难。方案2:采纳DS18B20作为测温电路的温度传感器。DS18B20的数字温度输出通过“ 一 线”总线(Wire是一种独特的数字信号总线协议,它将独特的电源线和信号 线复合在一起,仅运用一条口线;每个芯片唯一编码,支持联网寻址、零功耗等待
11、 等,是所需硬件连线最少的一种总线)这种独特的方式,可以使多个DS18B20便利 地组建成传感器网络,为整个测量系统的建立和组合供应了更大可能性。它在测温 精度、转换时间、传输距离、辨别率等方面比其他温度传感器有了很大的进步,给 用户带来了更便利的运用和更令人满足的效果。通过比较,DS18B20干脆输出数字温度值,不须要校正,因此选择方案2。2. 3. 2单片机最小系统要使单片机工作起来最基本的电路构成为单片机最小系统如图3所示。图3单片机最小系统单片机最小系统包括单片机、复位电路、时钟电路构成。STC89C52单片机的工作电压范围:4V-5. 5V,所以通常给单片机外界5V直流电 源。连接方
12、式为单片机中的40脚VCC接正极5V,而20脚VSS接电源地端。复位电路就是确定单片机的工作起始状态,完成单片机的启动过程。单片机接 通电源时产生复位信号,完成单片机启动确定单片机起始工作状态。当单片机系统 在运行中,受到外界环境干扰出现程序跑飞的时候,按下复位按钮内部的程序自动 从头起先执行。一般有上电自动复位和外部按键手动复位,单片机在时钟电路工作 以后,在RESET端持续给出2个机器周期的高电平常就可以完成复位操作。本设计 采纳的是外部手动按键复位电路,须要接上拉电阻来提高输出高电平的值。时钟电路好比单片机的心脏,它限制着单片机的工作节奏。时钟电路就是振荡 电路,是向单片机供应一个正弦波
13、信号作为基准,确定单片机的执行速度。XTAL1 和XTAL2分别为反向放大器的输入和输出,该反向放大器可以配置为片内振荡器。 如采纳外部时钟源驱动器件,XTAL2应不接。因为一个机器周期含有6个状态周期, 而每个状态周期为2个振荡周期,所以一个机器周期共有12个振荡周期,假如外接 石英晶体振荡器的振荡频率为12MHZ, 一个振荡周期为l/12uso2. 3.3单片机的时钟电路与复位电路设计本系统采纳STC系统列单片机,相比其他系列单片机具有很多优点。一般STC 单片机资源比其他单片机要多,而且执行速度快;STC系列单片机运用串口对单片 机进行烧写,下载程序较为便利;STC89C52单片机内部集
14、成了看门狗电路;且具有 很强抗干扰实力。本系统采纳内部方式的时钟电路和加电自复位的复位电路,如图4和图5所示。图4时钟电路图5复位电路由于单片机P0 口内部不含上拉电阻,为高阻态,不能正常地输出高/低电平,因而该组I/O 口在运用时必需外接上拉电阻。2. 3. 4烟雾检测AD采集电路烟雾检测采纳MQ-2传感器。经过ADC0832采集后就可以得到各种烟雾浓度下的电压值。从而设定出志向的烟雾强度报警值。电路如图6所示。图6烟雾检测AD采集电路2. 3.5显示模块显示采纳数码管显示,数码管显示电路如图7所示,驱动电路如图8所示。图7数码管显示图8数码管驱动电路2. 3.6声音报警电路电路通过三极管基
15、极串连一个电阻与单片机P3. 6端口连接从而达到限制蜂鸣 器是否报警,声音报警电路如图9所示。图9声音报警电路图2. 3.7按键限制电路 本电路设计了四个按键,一个设置键、一个加键、一个减键、一个紧急报警键, 当遇到紧急状况时,可按下紧急报警键,蜂鸣器进行报警,如图10所示。图10消音按键连接电路图2. 3.8电源模块由于本系统采纳电池供电,考虑了如下几种方案为系统供电。方案1:采纳5V蓄电池为系统供电。蓄电池具有较强的电流驱动实力以与稳定的电压输 出性能。但是蓄电池的体积过于浩大,在报警器上运用极为不便利。因此放弃这个 方案。方案2:采纳4节1.5 V干电池共4. 5V做电源,经过试验验证系
16、统工作时,单片机、传 感器的工作电压稳定能够满足系统的要求,而且电池更换便利。综上所述采纳方案2。电源接口电路如图11所示,其中P1为电池接口,SW1为电源开关。图11电源接口电路2. 4硬件PCB图硬件PCB图如图12所示。图12硬件PCB图三、软件设计思路主程序流程图如图13所示。首先要给传感器预热,因为MQ-2型半导体电阻式烟 雾传感器在不通电存放一段时间后,再次通电时,传感器不能马上正常采集烟雾信 息,须要一段时间预热。程序初始化结束后,系统进入监控状态。程序初始化图13主程序流程图在整个报警系统工作中,烟雾浓度信息经ADC0832转换处理后,由单片机进行 分析处理,推断系统是否启动报
17、警。主程序还包括LED八段式数码管浓度字符显示 功能、手动报警功能、报警浓度设定功能,中断子程序等,使报警器功能更加完善, 给用户带来便利。四、探讨预期结果与探讨内容1 .1预期探讨内容与成果制作基于单片机的火灾自动报警系统的设计与开发的成品,并测试各个模块的 功能是否完好,是否能实现火宅报警功能。设计烟雾火灾自动报警系统,其中核心模块为单片机系统、单片机的时钟电路 与复位电路设计、烟雾检测AD采集电路、显示模块,声音报警电路,按键限制电路, 电源模块等几大模块。4 . 2探讨步骤和方法探讨步骤和方法如下:第一步:查找国内外有关烟雾火灾自动报警系统的设计、单片机、以与传感器 相关的中英文资料,
18、了解国内外探讨现状与意义。其次步:起先独立设计系统各个模块的原理图和PCBo第三步:购买相关元器件,将PCB制作成板并进行相关的连线等整体系统搭建。第四步:在Keil uVision4集成开发环境下进行C语言编程并仿真。第五步:编程实现单片机与解码模块之间的联系。第六步:编程实现单片机与键盘之间的联系。第七步:编程实现本设计整体功能的联调。第八步:假如调试胜利,整理完成后的相关数据和文档。假如失败,返回到其 次步,进行逐步查找出错之处,直至调试胜利。五、可行性分析与进度支配基于STC89c52的火灾自动报警系统的设计与开发课题,可有较多相关论文供 参考与探讨。另外,单片机系统、片机的时钟电路与
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