II51單片機控制的宿舍智能防火報警系統設計摘要火災是一種受到時間或空間控制燃料威脅的災害，是危害公眾安全以及社會發展的罪魁禍首之一。特別是在夏天，由于溫度升高和用電的增加，火災的隱患就會變得更大，因此我們要防患于未然，要不斷地提高和深化防火意識，努力學習必要的防火安全知識，積極學習應對防火的各種技能。而在當下對于宿舍防火越來越重要。它關系到每個學生的人身和財產安全，防火系統不僅要準確，穩定還要第一時間傳達給我們信息，讓我們積極做出反應，保障我們的安全?；馂慕o我們不僅帶來經濟上的損失，對人體也有很大的傷害，特別是煙塵對身體傷害和燒傷對人體傷害。對此，火災安全不再是簡單說說而已的事，而現在已成為我們全社會成員共同關注和關心的問題，我所設計的宿舍智能防火報警系統就是為了更好保障學生們的安全所設計的。讓同學們在火災來臨之前作出最正確的反應。關鍵詞：防火；及時報警；MCS-51單片機目錄TOC\o"1-3"\h\u7764第一章緒論 172331.1課題整體背景及概況 1195521.251單片機來源及功能 1187521.3系統總體功能 318965第二章核心芯片選擇 4173172.1芯片AT89S52 4316112.2集成溫度傳感器AD590 5236422.3氣體傳感器TGS-202 6324552.4數碼管驅動芯片ICM7218 728112第三章單片機外圍接口電路 8280213.1信號處理電路 9228403.2A/D轉換模塊 989723.3聲音報警電路 1030382第四章數碼管顯示電路 1179664.1狀態指示燈及控制按鍵電路 12224594.2報警器故障自診斷 121100第五章主程序流程圖 13304155.1主程序初始化流程圖 1411025.2濾波子程序 159345.3線性化子程序 16187675.4報警子系統 17120635.5鍵盤處理子程序 185445第六章遠程傳送信息系統 1930553總結 205060參考文獻 217333附錄 23第一章緒論1.1課題整體背景及概況在現實生活存在的災害之中，火災是危害公共財務安全和社會穩定發展的最常見和最突出的危害之一?；馂牡膿p失是可能是地震的5倍之多，干旱和洪水的危害是位于火災之后。損害嚴重的火災讓人們漸漸關注到監控火災發生和消防工作的重要性。因此，在當下要研究出一款能夠報警防火的系統來保護我們的安全。優良的監控和及時的報警系統可以大幅度減少人們的傷亡數量，可以讓社會減輕和減少不必要的經濟損失。能夠準確及時的反應并進行準確無誤報警的系統，就是為了滿足人們這一需要而研究制作出來的。隨著自身技術的發展和人們各種需求的不斷增加，其基本功能得到不斷的完善，從而提高實時監控、及時反映的能力。伴隨著我們社會生活逐漸富裕和智能化的發展，家居服務和公共場所電子電器類設備越來越方便我們的生活和辦公，讓我們從以前復雜繁重的勞動生活中解脫出來。而同時伴隨這的，因為不正規使用電使用火的客觀原因，火災的發生正漸漸威脅這我們的財產和人身安全。1988-2000年間，隨著我國經濟總量的高速增加，因火災原因引起的經濟損失一度增加達到10億元；但在2000年之后的一段時間內，火災問題更為嚴重。根據現實數據統計，以前的2013年一年之中，全國各地共接收火災報警情況40萬余起，因為火災而死亡的人數更是達到1800人之多。在冬天和春天的兩個季節之中，全國各地發生火災共25萬起，而平均在每天就有1350起火災發生；而在秋天和夏天兩季度，平均一天下來就有800起火災發生，嚴重危害著人民生命安全。而在的哈爾濱等北方城市，因為冬季比較漫長，春季的春風干燥原因，更容易引發火災發生。而相對于我國發生火災產生的死亡率，在歐美地區和北美地區等發達的國家，其因火災而死亡的人數相對較少，究其中的原因，是與這些國家地方的人們高度的預防意識，建造的預防火災報警和消防安全設施完善有關?；馂碾m然容易發生，但其是可控、可預防的。各種火災的發生，是能夠監控和避免的，人們如果能夠提高防火的意識，設置和安裝高性能的火災預防報警系統，其發生的概率將大大降低。1.251單片機來源及功能對于所使用的是51單片機機型，是這個時代非常流行和熱銷使用的機型。8004單片機是51單片機的最早，最原始，最古老的一代，自此之后隨著科學的深入研究與不斷的進化和完善，閃存rom的技術得到革新和發展，8004單片機獲得了跨越性的進步，使之成為了人們經常使用并且最受歡迎單片機之一，它很受歡迎，并大量廣泛使用于工業測控系統。主要功能：8位CPU·4kbytes程序存儲器(ROM)(52為8K)·128bytes的數據存儲器(RAM)（52有256bytes的RAM）·32I/O口111條的指令·21個專用寄存器·2個定時器/計數器·5個中斷·2個優先級·一個全雙工串行通信口·外部數據存儲器尋址空間為64kB·外部程序存儲器尋址空間為64kB·邏輯位尋址·40PinDIP封裝·單一+5V電源供電CPU：它能對數據進行控制和計算；RAM：儲存可閱讀和記錄的數據，如中間結果、產出和應顯示的數據；ROM：用以存放程序、一些原始數據和表格；I/O口：并行I/O端口用于輸出輸入T/C：兩個定時器/計數器；五個中斷源的中斷控制系統；為使單片機系統能夠與微型計算機系統同時進行動作控制，所以要使用通用異步接收發送器；需要將振蕩器控制器和能夠進行計數或計數的時鐘控制器連接，將石英晶體控制器與微調電容控制器進行連接，將振頻設置為6M—12M。

1.3系統總體功能系統總體功能的概述如圖1-1所示：圖1-1系統原理及組成框圖Figure1-1SystemPrincipleandCompositionDiagram51單片機控制的宿舍智能防火報警系統設計研究第二章核心芯片選擇2.1芯片AT89S52在火災報警設計的主要部分是單機。一方面，它必須接受兩方面的信號，第一是傳感器送來的的模擬信號，第二是符合溫度和煙霧的故障檢測信號。其第二個方面，它需要接受傳輸的兩個數據信號，從而更好地傳給下一個電路進行運行和控制，此外，必須檢查是否有要求按鍵執行這些任務，特別是，為了處理在比較濃度后對復雜軟件實現情況的信號，為了加速單片機的工作需要，為了使探測器能夠更好地監測煙道氣體的濃度，并酌情加以適當處理，并考慮選擇低成本和實用的機型，為準備開發一些低成本產品，多項指標使AT89S52被選為該項目的驅動控制器。AT89S52是一種常用的實驗控制器，其內部的主要組成部分有高密度存儲技術和可編程存儲器同時進行數據的控制和分析，完全兼容的工業產品80C51指令和引腳。AT89S52被廣泛用于許多嵌入式控制系統。AT89S52的構建有256字節單片機系統內部的程序存儲空間、8K字節的單片機系統存儲內存，支持外部接入其他擴展存儲程序系統到64K，單片機系統內部的時鐘震動的頻率可在0-33m之間進行調整，板上的資源包括三個定時器、4組輸入/輸出口，8個中斷器，低能量消耗，看門狗和斷電保護?？梢哉９ぷ髟?V到5.5V的廣泛電壓，半導體技術的不斷發展也降低了單片機的生產功耗。圖2-1顯示AT89S52：圖2-1DIP-40封裝AT89S52引腳圖Figure2-1DIP-40PackageAT89S52PinDiagram2.2集成溫度傳感器AD590圖2-2AD590應用電路Figure2-2AD590ApplicationCircuitAD590【6】是集成單片溫度傳感器的電源。它的主要特性如下：1、其表達式如下公式即：2、AD590的測溫范圍為-55℃～+150℃。3、AD590的電源電壓范圍為4V～30V。此元器件可以使電壓控制在在4V到6V范圍內變化，如果實驗中電流Tr的變化為0.1mA，則相對應的溫度變化為0.1K。AD590能承受較高的正向電壓和較高的反向電壓，如果其因為操作失誤拼接時接成反的，也不會造成燒毀的現象。4、輸出電阻為710MW。5、靈敏度：1μA／K。AD590是能夠精準的測量電流，其主要的功能是通過過對電路中所產生的電流的測量，從而在檢測端得到其電流對應下的其溫度數值。根據特性分擋，AD590的后綴以I，J，K，L，M表示。AD590的檢測廣泛應用在生活和實驗中，，其外觀圖如圖2-2所示，其外殼為金屬構造，且有三個腳，它的1腳是電源正端V++；2腳為電流輸出端I0；3腳為管殼，一般不用。AD590是有兩個電極端的電流性質的傳感器，其經過加工系統輸出端口輸出的數據相當于每1K下的1μA的絕對溫度。根據系統中ADC0809所規定的的輸入數據的各種要求，其主要目的是將ADC0809變換成電壓數據信號，因此要在AD590負極接一個可以進行調節變換的滑動變阻器的電阻W和一個系統內部的內阻為10千歐的固定數值的電阻R1，之后將電流轉換為ADC080的電壓，因此通過調節可變電阻器的大小就能夠輸出相應的電壓數據。經過處理的輸出相對應的數據，為溫度為沒1K下的電壓為10mV，其測得數據溫度是0攝氏度，其測得的數據電壓為0V，當其測得數據溫度為25℃，輸出的數據電壓的值為2.982V，便于A/D開關的數據采集。2.3氣體傳感器TGS-202圖2-3TGS-202檢測電路Figure2-3TGS-202DetectionCircuit在火災發生中因為燃燒各種物質會產生大量的有害氣體，TGS202【11】氣體傳感器能夠通過大量有害混合氣體檢測中，檢測電路通過數據分析和數據轉換到二氧化碳和一氧化碳，甲烷，煤氣等多種氣體，檢測數據和分析得的靈敏度效果比較符合真實，經系統處理得到的數據誤差少。系統通過數據處理檢測到的數據穩定性良好，受外接影響及其電路內部影響干擾比較小，其通常應用于系統各種檢測存在煙霧中的主要的有害氣體的含量和濃度。例如上面的圖所顯示的，當傳感器的內電阻阻變小時，VA迅速發生上升的變化。當通過調節改變滑動變阻器電阻阻值時，便能使當氣體濃度達到一定檢測標準的時候，VA端便輸出測得的電壓數值。電路圖如圖2-3所示。2.4數碼管驅動芯片ICM7218ICM7218是一個高性能和昂貴的通用光柵的LED數字存儲器。它是一個多功能的數字管驅動電路，它可以與多個單片機接口使用，擁有28腳的雙排列封裝。其需要連接+5V的電壓.其結構簡單方便應用與操作，整塊機也將控制icm7218記錄的控制字和數據檢測，可編程的操作也同樣簡單，就像輸入數據到外部內存一樣。為使動態掃描模式顯示顯示器和位置控制器發送控制信號掃描儀連接。在下一條規則輸入前，icm7218將不停頓的進行顯示動態的工作。圖2-4顯示了內部框圖和引腳圖。圖2-4數碼管ICM7218內部框圖Figure2-4PinDiagramandInternalBlockDiagramofDigitalTubeDriverICM7218第三章單片機外圍接口電路AT89S52接線電路圖例如圖3-1，主要的內容包括以下：1.晶振電路：嵌入式的時鐘晶體管的晶振頻率通常從4mHz到12mhz（設計為6mhz），到兩個外部所接的共振電容器。其典型的工作電容率為30pf，設計為33pf.2.復位電路：高電平狀態為1，但在平時的狀態時則復位端通常處于為0的低電平狀態。3.直流電源圖3-1單片機外圍接線圖電路Figure3-1PeripheralInterfaceCircuitofSingleChipMicrocomputer

3.1信號處理電路圖3-2信號處理電路Figure3-2SignalProcessingCircuit通常，傳感器的模擬輸出信號需要通過運算放大器進行數據的調整或放大，以滿足輸入振幅和功率中變頻器A/D的需要。當電路中的外部檢測數據傳輸到報警電路中，電路中會有兩個檢測的傳感器對傳來的數據信號進行調節放大。在上文圖3-2中，有單片機中的運算放大器通過外部需要進行合理的端口拼接，變能夠連接成相對應的電壓放大器。傳感器通過收集的弱電壓信號通過輸入到電壓放大器進行放大放大，產生強大的模擬電壓信號，在采取信號時，應讓模擬電壓信號Vi檢測的數據通過線路的連接傳送輸出一端，而連接的另外一端將傳送的數據信號輸入穿送至LM324A處理程序中進行數據的放大功能的處理，之后傳送的數據再次被傳輸到元器件的Vo端將傳送的數據輸出進行下一步的數據傳送，最后輸出的優化好的數據會被穿送至A/D轉換電路之中進行變換。3.2A/D轉換模塊在單片機內部的檢測系統中，因為內部功能的原因，傳感器通過連接外電路所收到的信號為電壓信號，但由于單片機只能識別數字信號而不能識別模擬信號。因此，單片機不能直接識別傳來的信號并對傳來的信號進行檢測。因此，當傳來的數據信號通過放大后，輸入識別的數據信號信號會通過進入A/D模式的轉換，轉換成能夠讓機器系統準確識別的數字信號來進行分析操作，并輸入到每個單片機中。圖3-3A/D轉換模塊電路圖Figure3-3A/Dconversionmodulecircuitdiagram3.3聲音報警電路因為21腳能在AT89S52在可燃氣體濃度或溫度超過極限時進行聲響檢查，p2.0設定為低電平的時候，當可以檢測報警信號的三極管收到來自外部數據傳來的能夠得到開啟信號數據時時，報警揚聲器由通常用0表示的低電平變換為通常用1表示的高電平，從而報警，其報警電路圖原理圖如下3-4所示。圖3-4聲音報警電路原理圖Figure3-4SoundAlarmCircuitPrinciple

第四章數碼管顯示電路在成功地收集數據并將其從模擬轉換成數字形式之后，將其傳輸到系統顯示模塊，以便更清楚地看到相關數據，在LED系統中，除了提供單個數據顯示外，還進行動態掃描。顯示的第一個數字指定所選通道的號碼，最后三個數字表示從通道發送的相應數字。該控制系統使用的是日常實驗常用的7段數字顯示信號數碼管，通過ICM7218A進行控制驅動實驗。27,3,1,25,2，24和26連接到數字管在a.b.c.d.e,f,g,15，16，23和20。分別用于四個數字管的照明控制。ID0-7，接PO口，WRITE和MODE分別連接到單片機端口P3.6和P2.6。電路圖如下圖4-6所示。圖4-1數碼管顯示電路圖Figure4-1DigitalTubeDisplayCircuitDiagram

4.1狀態指示燈及控制按鍵電路圖4-2狀態指示燈和控制按鍵意圖Statusindicatorandcontrolbutton通常使用AT89552的內部的各控制端口，P2.2端口、P2.3端口、P2.4端口用來調控系統內部數據輸出所代表的信號燈的各種存在的狀態。當綠色的燈變亮時表示處于正常運行狀態，這時表示環境中不存在火災的危險情況。如果當黃色的信號燈由不亮變亮時，則表示這傳感器此時加熱絲正處于斷接狀態或者是因為接出不亮產生斷開的情況。當紅色的燈亮的時候，此時周圍環境內的煙霧的濃度、溫度已經超過報警器所設置的限值，此時提示用戶要抓緊采取相應的安全措施。4.2報警器故障自診斷R電阻器用于與傳感器端接地的標準連接。系統正常啟動時，當系統各類型傳感器正常連接通電時，此時電阻電路和傳感器電壓就會有降低的現象發生。在電阻的兩端電壓是弱電壓。單片機可通過P2.1識別它。如果傳感器網絡的連接不正常，就會產生開環并在電阻的兩端電壓為0.第五章主程序流程圖主程序流程圖如圖5-1所示：圖5-1主程序流程Figure5-1MainProcedureFlow首先，為了單片機內各類傳感器正常運行，傳感器必須先啟動預熱3分鐘左右使各類元器件的功能開啟。究其原因，因為傳感器通常需要一定的預熱時間后才能比較溫蒂和準去的探測煙霧和溫度數據，而且還能用軟件確定誤差，傳感器的加熱線、電纜斷開或接觸不良等情況。當單片機正常運行且程序啟動后，系統會自動的進入控制模式，當系統的數據輸入在A/D轉換后，平均過濾值和線性化，測量煙氣和溫度信號的傳感器記錄的數據，其記錄的數據會傳入報警器與指定的報警極限值進行比較，以確定可不可以報警等，使其報警提醒更完善，更方便用戶使用。5.1主程序初始化流程圖主程序的流程圖如圖5-2所示。圖5-2主程序流程圖Figure5-2MainFlowChart本節的功能包括設置不同的輸入端口和輸出端口模式，啟動功能數據記錄，中斷發生情況等。首先設置定時器模式，然后打開系統中斷，對中斷時間和氣體濃度及溫度的檢測是隨著時間的推移而變化的。之后將系統中蜂鳴器設備進行關閉，打開綠色燈，并設置蜂鳴器報警設備的起始閾值。

5.2濾波子程序在檢測系統的傳感器采集氣體濃度樣品時，系統的數據可能會發生劇烈的脈沖干擾，會產生一部分的錯誤數據，這些數據干擾通常只與特定的數據有關。干涉是計算結果。因此，取平均值的算法無法消除肽脈沖干擾對煙霧樣品的偏轉，所以我們可以使用去極值平均過濾法，從抽樣的N個數據開始比較。然后我們會選擇去除測量數據中的最大數據值和最小數據值這兩個最值，然后按步驟進行科學化的數據計算，計算去除兩個最值剩余的數據的平均值，用于過濾脈沖方式消除干擾數據和減小隨機數據干擾，確保測定的數據煙氣濃度的準確性和客觀性并減少數據畸變的可能性。圖5-3濾波子程序流程圖Figure5-3Flowchartoffiltersubroutine

5.3線性化子程序信號報警系統使用傳感器tgs-202。隨著燃料的燃燒其氣體濃度不斷的增加，檢測煙霧類的傳感器的電阻不斷的降低。因此，進入單片機的電壓因受到影響也相應的變低。電路中電壓和濃度之間的關系是成非線性的變化，由于單片器要顯示實時煙霧濃度的數據變化，在單片機系統允許產生相對數據誤差范圍內，曲線應按照校準曲線的形狀和通過單片微型機加工，將曲線進行分段。通過單片機線性程序的優化和完善，依據單片機內部設置的電壓值計算煙