公交車火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)設(shè)計(jì)

本科畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)、創(chuàng)作） 題目： 公交車火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)設(shè)計(jì) 學(xué)生姓名： 學(xué)號(hào)： 所在系院： 專業(yè)： 電子信息工程 入學(xué)時(shí)間： 2010 年 9 月 導(dǎo)師姓名： 職稱/學(xué)位： 副教授 /碩士 導(dǎo)師所在單位： 完成時(shí)間： 2014 年 5 月 安徽三聯(lián)學(xué)院教務(wù)處 制 安徽三聯(lián)學(xué)院畢業(yè)論文 0 公交車火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)設(shè)計(jì) 摘要:近年來(lái)，公交車火災(zāi)事件頻發(fā)，在公交車上安裝火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)變得尤為重 要。設(shè)計(jì)通過(guò)對(duì)多種火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)的分析和總結(jié)，給出了公交車火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng) 的總體設(shè)計(jì)方案；采用 STC89C52 為核心控制器件，對(duì)各分電路原理做出了深入 的分析，繪制了系統(tǒng)整體流程圖，并用 C 語(yǔ)言實(shí)現(xiàn)了具體的程序設(shè)計(jì)，最后對(duì) 軟硬件系統(tǒng)進(jìn)行了測(cè)驗(yàn)與調(diào)試。實(shí)現(xiàn)了可設(shè)置煙霧濃度和高溫報(bào)警值，可以緊 急報(bào)警和手動(dòng)取消緊急報(bào)警功能，并具有掉電保存功能以及檢測(cè)煙霧濃度和溫 度的功能。確認(rèn)火災(zāi)后可以自動(dòng)報(bào)警，報(bào)警時(shí)蜂鳴器發(fā)出滴滴的聲音，紅燈閃 爍。操作簡(jiǎn)單方便，極易實(shí)現(xiàn)。 關(guān)鍵詞：報(bào)警系統(tǒng)； 單片機(jī)； 傳感器 安徽三聯(lián)學(xué)院畢業(yè)論文 0 The design of the bus fire alarm system Abstract: The bus has happened many conflagrations in recent years. The installation of fire alarm system becomes particularly important in the bus. This paper through a variety of fire alarm system analysises and summaries ,then gives the bus alarm system the whole scheme. The system uses STC89C52 as the core element. The flow chart design of the whole is made. Then prepare the C language program and design the hardware circuits on the hardware and software debugging. The system may sets smoke concentration level and high temp .When a special circumstances occurs, according to the emergency alarm button to warn, the system has the power of save function. The button of the alarm system also has the function which may automatically adjust the set temp and the smog concentration. Once confirms the fire, The fire alarm system will alarm. The buzzer sounds and the red light flashes under the condition of alarm. We may operate the system simply and conveniently ,which is easy to realize. keywords：Fire alarm system ； STC89C52； sensor 安徽三聯(lián)學(xué)院畢業(yè)論文 目 錄 第一章 緒 論.1 1.1 引言 .1 1.1.1 分析火災(zāi)現(xiàn)狀及傳感器的產(chǎn)生 .1 1.1.2 研究公交車火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)的背景及意義 .1 1.2 火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)操作及說(shuō)明 .3 第二章 火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)的工作原理.4 2.1 火災(zāi)發(fā)生原理 .4 2.2 火災(zāi)探測(cè)器的類型 .5 2.3 溫度傳感器（DS18B20）電路 .6 2.3.1 DS18B20 簡(jiǎn)介.6 2.3.2 18B20 接口電路.7 2.4 系統(tǒng)總體功能概述 .7 第三章 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì).9 3.1 核心芯片選擇.9 3.1.1 選擇 STC89C52 的原因.9 3.1.2 STC89C52 引腳圖及功能說(shuō)明 .9 3.2 單片機(jī)最小系統(tǒng) .10 3.2.1 晶振電路.11 3.2.2 復(fù)位電路 .11 3.3 煙霧檢測(cè) AD 采集電路 .12 3.4 按鍵控制電路 .12 3.5 聲音報(bào)警電路 .13 3.6 LCD 顯示電路.14 3.7 電源接口電路 .15 3.8 火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)圖片 .16 第四章 火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì).20 4.1 火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)程序設(shè)計(jì) .20 4.1.1 主程序流程圖 .20 安徽三聯(lián)學(xué)院畢業(yè)論文 I 4.1.2 報(bào)警子程序 .20 4.1.3 按鍵處理子程序 .21 4.2 電路的調(diào)試 .21 致謝.22 參考文獻(xiàn).23 附錄.24 安徽三聯(lián)學(xué)院畢業(yè)論文 0 第一章 緒 論 1.1 引言 1.1.1 分析火災(zāi)現(xiàn)狀及傳感器的產(chǎn)生 我們的生活離不開(kāi)火，火災(zāi)確實(shí)很可怕，因?yàn)樗嬖谥鴩?yán)重的安全隱患， 據(jù)相關(guān)資料顯示，從 1975 年到 1987 年，我國(guó)就發(fā)生了 44 萬(wàn)起火災(zāi)，6 多人 在火災(zāi)中喪生，經(jīng)濟(jì)損失高達(dá)元，尤其是在 1987，大興安嶺發(fā)生火災(zāi)，造成了 重大的經(jīng)濟(jì)損失。火災(zāi)控制的重要性使各級(jí)政府和人民的意識(shí)逐漸增強(qiáng)，產(chǎn)生 了各種控制火災(zāi)的手段和方法，但對(duì)火災(zāi)的控制效果并沒(méi)有想象中的完善。 1989 年共發(fā)生火災(zāi) 30 起火災(zāi)，造成的經(jīng)濟(jì)損失超過(guò) 30 萬(wàn)元，最讓人很難接 受的是，10 天內(nèi)就發(fā)生了 3 起火災(zāi)，最嚴(yán)重的一次導(dǎo)致了 700 萬(wàn)元的經(jīng)濟(jì)損 失。不僅僅在我國(guó)，國(guó)外火災(zāi)現(xiàn)狀也不容樂(lè)觀，在各種網(wǎng)站我們都可以看到。 各種火災(zāi)告訴我們要提高防火意識(shí)，做好防火準(zhǔn)備。1940 年，火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系 統(tǒng)產(chǎn)生于美國(guó)1。19 世紀(jì) 90 年代，英國(guó)成功研制溫度傳感器，并可以使用在 各類消防報(bào)警系統(tǒng)上，其后公交車火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)也得到了更為普遍的應(yīng)用2。 1.1.2 研究公交車火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)的背景及意義 造成火災(zāi)的因素非常多，不僅有自然因素，亦有人為因素，但火情控制難， 尤其人為因素造成的最多，為了更好地控制火災(zāi)必須提高消防技術(shù)，各級(jí)政府 要認(rèn)真做好預(yù)防工作，不斷還要提高自身的防火技術(shù)，而控制火災(zāi)并報(bào)警則是 此中的關(guān)鍵所在。殘酷的現(xiàn)實(shí)讓我們認(rèn)識(shí)到不但要提高意識(shí)，做好消防工作也 是必須的。 電子產(chǎn)品越來(lái)越普及，我們隨處可見(jiàn)，但是電子產(chǎn)品引起的火災(zāi)也變得越 來(lái)越多，火災(zāi)隱患潛伏在我們的身邊，提醒我們不得不注意。由此產(chǎn)生的現(xiàn)代 化的智能型的火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)現(xiàn)在已經(jīng)不像以前的設(shè)備那樣簡(jiǎn)單，而是整合了各 種知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)，例如電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)以及傳感器等。伴 隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，人類生活水平也在不斷地提高，火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)定會(huì) 得到進(jìn)一步完善和發(fā)展。 本文重點(diǎn)介紹近年來(lái)現(xiàn)在廣泛應(yīng)用于交通工具上的火災(zāi)系統(tǒng)，在已有的基 安徽三聯(lián)學(xué)院畢業(yè)論文 1 礎(chǔ)上更進(jìn)一步完美了設(shè)計(jì)工作，考慮各種不正常的情況，像漏了報(bào)、錯(cuò)誤地報(bào)、 延遲時(shí)間報(bào)、不去報(bào)等方面，并在此基礎(chǔ)上改進(jìn)了報(bào)警系統(tǒng)這個(gè)設(shè)備，隨著近 年來(lái)單片機(jī)技術(shù)不斷提高，單片機(jī)在自動(dòng)控制領(lǐng)域中得到了更為廣泛的應(yīng)用， 本文結(jié)合了近年來(lái)單片機(jī)的研究現(xiàn)狀，設(shè)計(jì)了基于普通單片機(jī)的實(shí)用可靠的自 動(dòng)火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)。自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)有多種元器件制成，原件清單如下表 1-1 所示。 表 1-1 原件清單列表 numberCommentDescriptionDesignatorQuantity 1ADC0832 AD 采集芯片 11 2 蜂鳴器蜂鳴器 B11 310uF Polarized Capacitor C11 420pF 電容 C2, C32 5D 指示燈 D11 6液晶顯示器液晶 LCD1 7Header 2Header, 2-Pin P1 1 89012 三極管 Q11 92K 電阻 R1, R2, R4 3 1010K 電阻 R3, R72 111K 電阻 R51 1210K 排阻 R1 124.7 電阻 R61 13 SW 與 PB按鍵 S1, S2, S3, S4, S5 5 14 sw-灰色電源開(kāi)關(guān) SW11 15U1 單片機(jī) U11 16MQ-2 煙物傳感器 U21 安徽三聯(lián)學(xué)院畢業(yè)論文 2 17DS18B20 溫度傳感器 U31 1812M 晶振 Y11 使用這些元器件，組成火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)，實(shí)時(shí)報(bào)警，安裝在公交車上可以起 到很好的報(bào)警作用。 1.2 火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)操作及說(shuō)明 本文的火采用 STC89C52 為核心芯片，采用多種簡(jiǎn)單的部分組成整體電路， 例如數(shù)據(jù)采集部分、模數(shù)轉(zhuǎn)化部分、自動(dòng)顯示部分等。我們可以自己設(shè)置煙霧 濃度和溫度報(bào)警值，在需要時(shí)我們可以采用緊急報(bào)警和手動(dòng)取消緊急報(bào)警，如 果發(fā)生火災(zāi)時(shí)，我們可以按緊急報(bào)警鍵讓報(bào)警系統(tǒng)進(jìn)行報(bào)警，該系統(tǒng)帶了掉電 自動(dòng)保存這一項(xiàng)功能，我們?cè)O(shè)置的參數(shù)，例如溫度或煙霧濃度值，將保存在單 片機(jī)內(nèi)部的 EEPOM 中。當(dāng)火災(zāi)發(fā)生時(shí)溫度會(huì)隨之升高，當(dāng)周圍環(huán)境的溫度達(dá)到 設(shè)置的溫度時(shí)，ADC0832 對(duì)采集來(lái)的信號(hào)進(jìn)行處理，將信號(hào)轉(zhuǎn)換后后送到單片 機(jī)內(nèi)部，再由單片機(jī)來(lái)處理，這時(shí)蜂鳴器會(huì)發(fā)出滴滴的報(bào)警聲音，告訴人們火 災(zāi)已發(fā)生，做好救火準(zhǔn)備，同時(shí)在火災(zāi)發(fā)生過(guò)程中，可燃物燃燒會(huì)散發(fā)出一定 的煙霧濃度，當(dāng)燃燒物的溫度達(dá)到設(shè)定的煙霧濃度時(shí)，蜂鳴器也會(huì)報(bào)警，同時(shí) 紅燈不停地閃亮，當(dāng)溫度和煙霧濃度未達(dá)到設(shè)定值時(shí)，火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)處于常態(tài)， 紅燈不亮，蜂鳴器不響。本文的報(bào)警系統(tǒng)的按鍵還有連加鍵、減鍵，很方便操 作，在沒(méi)有按鍵按下設(shè)置的 30S 后，系統(tǒng)將主動(dòng)離開(kāi)設(shè)置界面。 本系統(tǒng)溫度和濃度的設(shè)置范圍都是:0-99;設(shè)有 4 個(gè)按鍵，從左到右依次是 緊急報(bào)警鍵、減鍵、加鍵、設(shè)置鍵。緊急報(bào)警建是在特殊情況下，需要緊急報(bào) 警時(shí)，手動(dòng)按下開(kāi)關(guān)，火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)就會(huì)報(bào)警，在 LCD 和蜂鳴器之間設(shè)有緊急 報(bào)警取消鍵，可以取消緊急報(bào)警，該系統(tǒng)具有掉電保存功能。加鍵是指通過(guò)按 動(dòng)開(kāi)關(guān)增加設(shè)定的溫度和煙霧濃度，減鍵是指通過(guò)開(kāi)關(guān)按鈕減小設(shè)定的報(bào)警溫 度和煙霧濃度，設(shè)置鍵是指按第一次設(shè)定溫度，第二次設(shè)煙霧濃度，第三次按 下，系統(tǒng)將回到正常情況時(shí)的顯示界面。系統(tǒng)在設(shè)置界面可以自動(dòng)停 30S，30S 后系統(tǒng)會(huì)退出設(shè)置界面。 安徽三聯(lián)學(xué)院畢業(yè)論文 3 第二章 火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)的工作原理 2.1 火災(zāi)發(fā)生原理 火災(zāi)是一件令人很頭疼的事情，我們要提前做好預(yù)防工作，避免產(chǎn)生更大 的損失。產(chǎn)生火災(zāi)的要素很多，分為可燃物、助燃物和點(diǎn)火源?？扇嘉锎嬖诜?式有 3 種，物質(zhì)形態(tài)有氣體、液體和固體。氧氣越充足，可燃物燃燒的越厲害， 被稱之為助燃物3?；馂?zāi)發(fā)生時(shí)，周圍環(huán)境溫度升高，當(dāng)熱量達(dá)到一定程度， 達(dá)到某些物質(zhì)的著火點(diǎn)時(shí)，物質(zhì)就會(huì)發(fā)生自燃現(xiàn)象，導(dǎo)致火災(zāi)的面積越來(lái)越大 根，如果不能采取正確的措施，后果將不可收拾，想想都令人毛骨悚然。 由于火災(zāi)產(chǎn)生時(shí)發(fā)生的現(xiàn)象不同，我們可將火災(zāi)分為三個(gè)階段。陰燃的產(chǎn) 生是這樣，在又疏又松散的物質(zhì)內(nèi)進(jìn)行緩慢的氧化的過(guò)程，它可以在很長(zhǎng)的時(shí) 間內(nèi)維持并夸大面積，當(dāng)外界條件發(fā)生變化時(shí)，結(jié)果也會(huì)響應(yīng)它的變化?；馂?zāi) 是在火災(zāi)發(fā)生時(shí)，火迅速燃燒，不斷向外擴(kuò)散，并且有紅、紫外線火焰產(chǎn)生。 大量的研究結(jié)果，用事實(shí)告訴我們，火災(zāi)發(fā)生的重要原因是陰燃導(dǎo)致的4。 燃料油期貨的過(guò)程是相同的，第一燃燒氣體，然后煙，在一定的條件下氧 濃度可以達(dá)到所有的火，火焰，發(fā)出可見(jiàn)光和不可見(jiàn)光，并散發(fā)出大量的熱量， 使環(huán)境溫度升起來(lái)。火災(zāi)產(chǎn)生過(guò)程中，最初的兩段階段將有很長(zhǎng)時(shí)間，雖然產(chǎn) 生不少煙霧，但傳感器已經(jīng)開(kāi)始了檢測(cè)?；鹧嬖谌紵?，火災(zāi)的損失降到最低， 產(chǎn)生大量的熱，達(dá)到溫度設(shè)定值，也會(huì)報(bào)警。因此，我們可以及時(shí)控制火勢(shì)5。 火災(zāi)發(fā)生曲線如圖 2-1 所示。 圖 2-1 火災(zāi)發(fā)生曲線圖 安徽三聯(lián)學(xué)院畢業(yè)論文 4 2.2 火災(zāi)探測(cè)器的類型 火災(zāi)發(fā)生時(shí)，會(huì)產(chǎn)生煙霧，散出大量的熱量，溫度傳感器對(duì)溫度敏感，煙 霧傳感器對(duì)煙霧敏感。當(dāng)外界條件改變時(shí)，例如煙霧、溫度、火光等，傳感器 便改變?cè)瓉?lái)的的狀態(tài)，引起電流、電壓等點(diǎn)亮發(fā)生變化，當(dāng)然有時(shí)候變化是微 小的，為了使看到的更明顯，通常我們要放大信號(hào)，才能帶動(dòng)相應(yīng)的電子器件， 例如蜂鳴器等?；馂?zāi)傳感器是火災(zāi)系統(tǒng)里比較重要的器件，等同于人的眼睛， 時(shí)時(shí)刻刻觀察著周圍的溫度、煙霧濃度等，可以實(shí)現(xiàn)提前發(fā)出警報(bào)，讓我們做 好準(zhǔn)備。 火災(zāi)傳感器根據(jù)對(duì)各種參量的響應(yīng)方式，可以將其劃分為感煙霧式、感溫 度式、感光線式、復(fù)合形式和可燃性氣體的傳感器我們知道，使用不同的檢測(cè) 器是不一樣的6。感煙式火災(zāi)探測(cè)器是最早使用的。感煙火災(zāi)探測(cè)器的類型， 如表 2-2 所示。 表 2-2 感煙式傳感器類型 警戒范圍名稱 技術(shù) 離子感煙探測(cè) 器 雙源單源 光電感煙探測(cè) 器 遮光性閃光型點(diǎn)型 電容感煙探測(cè) 器 電量技術(shù) 紅外光束型紅外光線發(fā)射、接收 線型 激光光束型激光光線發(fā)射、接收 區(qū)域空氣管吸氣性光散射云室顆粒計(jì)算 感溫式火災(zāi)探測(cè)器有著簡(jiǎn)單的結(jié)構(gòu)，DS18B20 的封裝像三極管，在惡劣的 環(huán)境中可以使用它,但是它的靈敏度低，反應(yīng)有些遲鈍。 由于本文中系統(tǒng)的傳感器用到了 MQ-2 和 DS18B20 這兩種傳感器，所以其他 安徽三聯(lián)學(xué)院畢業(yè)論文 5 的傳感器就不在此介紹了。 2.3 溫度傳感器（DS18B20）電路 2.3.1 DS18B20 簡(jiǎn)介 DSl8B20 是美國(guó)廠家的產(chǎn)物，它屬于一種智能型傳感器。它的功用遠(yuǎn)遠(yuǎn)超 出傳統(tǒng)的熱敏電阻型，它能夠有效讀出被測(cè)溫度，還能夠按照要求編程 9l2 位的數(shù)字直讀。從數(shù)據(jù)總線端溫度能夠變化成功率，總線也能夠向相連的新型 溫度春干起供電，不需要外接電7。DSl8B20 可以使系統(tǒng)結(jié)構(gòu)變得更簡(jiǎn)單，可 靠性變的更高。其引腳圖見(jiàn)下圖 2-3 所示。 圖 2-3 DS18B20 結(jié)構(gòu)引腳圖 此中 GND 為接地子端，DQ 為輸入和輸出端口，VCC 為電源接口部位。 DS18B20 的內(nèi)部結(jié)構(gòu)分為四部分：ROM、溫度傳感器、溫度報(bào)警觸發(fā)器 TH 和 TL、寄存器8。 安徽三聯(lián)學(xué)院畢業(yè)論文 6 2.3.2 18B20 接口電路 圖 2-4 DS18B20 接口電路 2.4 系統(tǒng)總體功能概述 本設(shè)計(jì)是比較簡(jiǎn)單的火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)，由電源、AD 采集芯片、按鍵、電源 開(kāi)關(guān)、STC89C52、LCD 顯示器、蜂鳴器報(bào)警等構(gòu)成，操作簡(jiǎn)單，是一款比較實(shí) 用的火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)，煙霧傳感器和溫度傳感器是系統(tǒng)的感覺(jué)器官，它們可以很 好地感知外界信息，通過(guò) AD 采集芯片，將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號(hào)，然后單片 機(jī)進(jìn)行處理，如果超過(guò)設(shè)定值，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)報(bào)警，否則保持常態(tài)。在報(bào)警的時(shí) 候，紅燈閃亮，蜂鳴器發(fā)出聲音，在常態(tài)下紅燈不亮，蜂鳴器不響，系統(tǒng)原理 及組成框圖如圖 2-5 所示。 電源開(kāi)關(guān) 電源 STC89 C52 單片機(jī) AD 采集電路 顯示電路 報(bào)警電路 按鍵控制 圖 2-5 系統(tǒng)原理及組成框圖 為了更好地展現(xiàn)報(bào)警系統(tǒng)的功能，在 word 中做出了系統(tǒng)的整體原理圖，該 安徽三聯(lián)學(xué)院畢業(yè)論文 7 原理圖包括聲音報(bào)警電路、單片機(jī)最小系統(tǒng)、復(fù)位電路等電路，本設(shè)計(jì)中從左 到右的按鍵分別是緊急報(bào)警建、減鍵、加鍵、設(shè)置鍵，在蜂鳴器的旁邊還設(shè)有 復(fù)位鍵，在緊急報(bào)警情況下，如果按下復(fù)位鍵，報(bào)警器將停止報(bào)警，恢復(fù)到不 報(bào)警的狀態(tài)；如果環(huán)境溫度或煙霧濃度達(dá)到或超過(guò)設(shè)定值，系統(tǒng)將報(bào)警，這時(shí) 按下復(fù)位鍵或加鍵或減鍵，系統(tǒng)會(huì)停止報(bào)警，在報(bào)警的時(shí)候紅燈閃爍，不報(bào)警 時(shí)紅燈熄滅。液晶顯示器顯示溫度和煙霧濃度，第一行用英文顯示，顯示的是： temp，第二行顯示煙霧，用拼音表示：yanwu?；馂?zāi)報(bào)警系統(tǒng)原理圖見(jiàn)圖 2-6。 Y1 12M C2 20pF C3 20pF R3 10K C1 10uF VCC S1 VCC GND1 VCC2 VO 3 RS 4 RW 5 E 6 DB07 DB18 DB29 DB3 10 DB4 11 DB5 12 DB6 13 DB7 14 BG/VCC 15 BG/GND 16 LCD1LCD1602 VCCVCC RS RW EN R1 2K P00 P01 P02 P03 P04 P05 P06 P07 P00 P01 P02 P03 P04 P05 P06 P07 CPU塊塊 蜂蜂鳴鳴器器報(bào)報(bào)警警電電路路 5 4 6 2 3 1 SW1 sw-塊塊 1 2 P1 GND VCC 電電池池盒盒接接口口 電電源源接接口口 CS 1 CH0 2 CH1 3 GND 4 DI 5 DO 6 CLK 7 VCC 8 1 ADC0832 GND VCC 1 2 34 5 6 U2 R6 4.7 GND R5 1K VCC 1 2 B1 蜂鳴器 3 2 1 Q1 9012 VCC R2 2K GND1 DATA 2 VCC3 U3 DS18B20 GND R7 10K VCC 12 D1 D R4 2K 1 18 8b b2 20 0溫溫度度傳傳感感器器 M MQ Q- -2 2煙煙物物傳傳感感器器 S4 S3 S2 S5 GND P1.0 1 P1.1 2 P1.2 3 P1.3 4 P1.4 5 P1.5 6 P1.6 7 P1.7 8 RST 9 (RXD)P3.0 10 (TXD)P3.1 11 (INT0)P3.2 12 (INT1)P3.3 13 (T0)P3.4 14 (T1)P3.5 15 (WR)P3.6 16 (RD)P3.7 17 XTAL2 18 XTAL1 19 GND 20 P2.0 21 P2.1 22 P2.2 23 P2.3 24 P2.4 25 P2.5 26 P2.6 27 P2.7 28 PSEN 29 ALE/PROG 30 EA/VPP 31 P0.7 32 P0.6 33 P0.5 34 P0.4 35 P0.3 36 P0.2 37 P0.1 38 P0.0 39 VCC 40 STC89C52 1 2 3 4 5 6 7 8 16 15 14 13 12 11 10 9 10K R VCC 圖 2-6 火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)原理圖 本文采用 Protel DXP 作出原理圖連接圖，并在相應(yīng)的位置標(biāo)出了量值和元 件符號(hào)。原理圖是做出系統(tǒng)的比較重要的一步。 安徽三聯(lián)學(xué)院畢業(yè)論文 8 第三章 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) 3.1 核心芯片選擇 3.1.1 選擇 STC89C52 的原因 STC89C52 是微控制器，它的功耗小，有 8K 的 Flash 存儲(chǔ)器。該單芯片有 8 位的 CPU，還有可編程的閃存。STC89C52 擁有 8k 字節(jié)的 Flash，256 字節(jié)的 RAM，32 位的 I/O 輸入輸出端，數(shù)據(jù)指針有 2 個(gè)，16 位的定時(shí)器/計(jì)數(shù)器有 3 個(gè)，中斷結(jié)構(gòu)，是全雙工工作電路9。在空閑的時(shí)候，CPU 會(huì)停止工作，但是 允許 RAM、定時(shí)器/計(jì)數(shù)器、串口、中斷工作。在掉電的情況下，會(huì)保存 RAM 里 的內(nèi)容，單片機(jī)被迫停下來(lái)，不在工作，只有復(fù)位時(shí)才會(huì)工作10。 本火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)采用 STC 系列單片機(jī)，它比其他單片機(jī)更具優(yōu)點(diǎn)，一般情 況下 STC 單片機(jī)資源較多，它執(zhí)行速度也很快；STC 系列單片機(jī)的下載程序很 方便；STC89C52 里面有看門狗電路，本身具有抗外界干擾性能11。 3.1.2 STC89C52 引腳圖及功能說(shuō)明 面對(duì) STC89C52 各引腳的功能進(jìn)行較為詳細(xì)的介紹： 1)電源引腳 Vcc 和 Vss VCC：電源接口，+5V。接地端子 VSS12。 2)時(shí)鐘電路引腳 XTAL1 和 XTAL2 XTAL1:這是反相放大器的輸入。XTAL2：此引腳連接到反相放大器的輸出時(shí) 鐘信號(hào)的輸入13。STC89C52 單片機(jī)引腳圖如圖 3-1 所示。 安徽三聯(lián)學(xué)院畢業(yè)論文 9 圖 3-1 STC89C52DIP-40 封裝封裝引腳圖 本設(shè)計(jì)使用 P3 口，其接線見(jiàn)表 2 所示。 表 3-2 P3 口第二引腳功能 3.2 單片機(jī)最小系統(tǒng) 單片機(jī)最小系統(tǒng)是電子產(chǎn)品制作中最為簡(jiǎn)易的電路，本文中的最小系統(tǒng)有 STC89C52、復(fù)位電路、時(shí)鐘電路構(gòu)成，這也是老師要求我們必須掌握的，組圖 如圖 3-3 所示。 引腳第 2 功能 P3.0 RXD（串行口輸入端 0） P3.1 TXD（串行口輸出端） P3.2INT0 P3.3INT1 P3.4T0 P3.5T1 P3.6WR P3.7RD 安徽三聯(lián)學(xué)院畢業(yè)論文 10 P0.0/AD0 39 P0.1/AD1 38 P0.2/AD2 37 P0.3/AD3 36 P0.4/AD4 35 P0.5/AD5 34 P0.6/AD6 33 P0.7/AD7 32 P2.0/A8 21 P2.1/A9 22 P2.2/A10 23 P2.3/A11 24 P2.4/A12 25 P2.5/A13 26 P2.6/A14 27 P2.7/A15 28 P3.0/RXD 10 P3.1/TXD 11 P3.2/INT0 12 P3.3/INT1 13 P3.4/T0 14 P3.5/T1 15 P3.6/WR 16 P3.7/RD 17 XTAL1 19 XTAL2 18 RST 9 PSEN 29 ALE 30 EA 31 P1.0 1 P1.1 2 P1.2 3 P1.3 4 P1.4 5 P1.5 6 P1.6 7 P1.7 8 STC89C52 U1 20PF C2 20PF C3 12 12M 10K R3 10UF C1 10K R7 VCC P1.0 P1.1 P1.2 P1.3 P1.4 P1.5 P1.6 P1.7 圖 3-3 單片機(jī)最小系統(tǒng) 3.2.1 晶振電路 由電容組成的震蕩電路為單片機(jī)提供時(shí)鐘信號(hào)，XTAL1 和 XTAL2 在這里就 不在詳細(xì)介紹了，它們通過(guò)晶體連在一起，然后分別接電容到地，電容大小一 般采用 1833pf，本文使用石英晶體作為晶振，電容的大小為 20pF。 3.2.2 復(fù)位電路 復(fù)位電路是確定單一的啟動(dòng)狀態(tài)，從而完成單片機(jī)的啟動(dòng)。當(dāng)給單片機(jī)上 電的時(shí)候，將會(huì)出現(xiàn)復(fù)位信號(hào)14。當(dāng)系統(tǒng)在運(yùn)行的過(guò)程當(dāng)中，如果被干擾到， 程序可能會(huì)跑飛，然后按復(fù)位鍵，單片機(jī)的程序會(huì)從新運(yùn)行起來(lái)。有許多種方 式，一般分為上電復(fù)位和手動(dòng)復(fù)位兩種電源，單片機(jī)上電后，當(dāng)復(fù)位端持續(xù) 2 個(gè)機(jī)器周期的高功率通常，單片機(jī)本身可以重置。在本設(shè)計(jì)中手動(dòng)復(fù)位，需要 連接一個(gè)上拉電阻，上拉電阻為 10K 的排阻。本系統(tǒng)內(nèi)部使用時(shí)鐘和上電復(fù)位 的復(fù)位電路，如圖 3-4 所示。 12 XTAL 30pF C1 30pF C2 GND 10uF C-RST 10K R1 VCCGND Res X1 X2 圖 3-4 單片機(jī)晶振和復(fù)位電路原理圖 安徽三聯(lián)學(xué)院畢業(yè)論文 11 由于單片機(jī) P0 口內(nèi)部不含上拉電阻，其它口內(nèi)部都含有上拉電阻的，所以 在使用該 I/O 口時(shí)，需要接上拉電阻15。 3.3 煙霧檢測(cè) AD 采集電路 本設(shè)計(jì)采用 8 位 A/D 芯片，煙霧傳感器和溫度傳感器的輸出端接三極管， 然后接到 AD 轉(zhuǎn)換芯片的端口。 芯片的幾個(gè)重要管腳功能如下： ALE 為高電平有效。 START：當(dāng) START 置 1 時(shí)，內(nèi)部寄存器的所有內(nèi)容會(huì)被清掉；置 0 時(shí)，一個(gè) 下降沿，將模擬信號(hào)，在轉(zhuǎn)型過(guò)程中，一開(kāi)始是一個(gè)較低的水平。 EOC：轉(zhuǎn)換結(jié)束信號(hào)16。 我們采用 MQ-2 傳感器收集的煙塵濃度，ADC0832 采集煙塵濃度，可相應(yīng)的 煙霧濃度大小知道電壓。進(jìn)而設(shè)定理想的煙霧濃度的報(bào)警值，如圖 3-5 所示。 CS 1 CH0 2 CH1 3 GND 4 DI 5 DO 6 CLK 7 VCC 8 1 ADC0832 GND VCC 圖 3-5 煙霧濃度采集電路 3.4 按鍵控制電路 本電路設(shè)計(jì)了 4 個(gè)按鍵，一個(gè)設(shè)置鍵，用來(lái)設(shè)置煙霧濃度和溫度；一個(gè)加 鍵，用來(lái)設(shè)置溫度和濃度的報(bào)警值；一個(gè)減鍵，同加鍵；一個(gè)緊急報(bào)警鍵，當(dāng) 安徽三聯(lián)學(xué)院畢業(yè)論文 12 遇到緊急情況時(shí)，可按緊急報(bào)警鍵，一個(gè)取消緊急報(bào)警鍵，報(bào)警時(shí)蜂鳴器響， 紅燈亮。真正的按鍵有 4 個(gè)，其按鍵控制電路如圖 3-6 所示。 圖 3-6 按鍵控制電路 3.5 聲音報(bào)警電路 在三極管的基極電阻連接，然后連接 MCU P3.6 端口，來(lái)控制蜂鳴器報(bào)警電 路，如圖 3-7 所示為。 圖 3-7 聲音報(bào)警電路 安徽三聯(lián)學(xué)院畢業(yè)論文 13 3.6 LCD 顯示電路 數(shù)據(jù)被采集進(jìn)來(lái)后，模擬信號(hào)轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號(hào)，并將信號(hào)顯示在顯示模塊 上，這樣我們可以更直觀地觀看17。LCD 極限參數(shù)如下表 3-8 所示。 安徽三聯(lián)學(xué)院畢業(yè)論文 14 表 3-8 LCD 極限參數(shù) 標(biāo)準(zhǔn)值 名稱符號(hào) MINTYPEMAX 單位 電路的功率Vdd-Vss-0.37V LCD 啟動(dòng)Vdd-VeeVdd-13.5Vdd+0.3vV 輸入電壓VIN-0.3Vdd+0.3V 靜電電壓-100V 工作溫度-20+70 儲(chǔ)存溫度-30 在本設(shè)計(jì)中，采用 LCD1602 來(lái)進(jìn)行顯示，其實(shí)現(xiàn)電路如圖 3-9 所示。 圖 3-9 LCD 液晶顯示電路 3.7 電源接口電路 本文采用 3 節(jié) 1.5V 的干電池給單片機(jī)和傳感器供電，這樣的話更換電池比 較方便。具體的接口電路如下圖 3-10 所示。 安徽三聯(lián)學(xué)院畢業(yè)論文 15 圖 3-10 電源接口電路 3.8 火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)圖片 本文設(shè)計(jì)的報(bào)警系統(tǒng)正面接線圖（去除 LCD)，該圖片中用到的原件很多, 見(jiàn)圖 3-11 所示，反面接線圖如圖 3-12 所示，完整報(bào)警系統(tǒng)報(bào)警圖如圖 3-13 所 示。 安徽三聯(lián)學(xué)院畢業(yè)論文 16 圖 3-11 正面接線圖 安徽三聯(lián)學(xué)院畢業(yè)論文 17 圖 3-12 反面接線圖 在萬(wàn)能板的后面，在焊接的時(shí)候，有些引腳通過(guò)錫焊接到一起，所以用到 的導(dǎo)線很少，看上去簡(jiǎn)單，導(dǎo)線排列整齊，比較美觀。 安徽三聯(lián)學(xué)院畢業(yè)論文 18 圖 3-13 完整報(bào)警系統(tǒng)圖 該圖是在通電正常情況下的報(bào)警系統(tǒng)，從圖上可以看出此時(shí)設(shè)置的溫度是 15，煙霧濃度設(shè)為 39%，當(dāng)外界環(huán)境溫度達(dá)到或超過(guò) 15時(shí)，或煙霧濃度達(dá) 到或超過(guò) 39%，系統(tǒng)會(huì)發(fā)出報(bào)警聲音。 安徽三聯(lián)學(xué)院畢業(yè)論文 19 第四章 火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) 4.1 火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)程序設(shè)計(jì) 4.1.1 主程序流程圖 給傳感器預(yù)熱放在第一位,原因是 MQ-2 煙霧傳感器在放置一段時(shí)間后已經(jīng) 沒(méi)有電。其流程圖如圖 4-1。 開(kāi)始 否 是 圖 4-1 主程序流程圖 4.1.2 報(bào)警子程序 當(dāng)煙霧濃度超過(guò)煙霧報(bào)警值以及當(dāng)溫度超過(guò)溫度極限值時(shí)，蜂鳴器發(fā)出滴 滴的報(bào)警聲音，相應(yīng)的信道的紅燈閃爍，以提醒操作人員采取相應(yīng)的措施來(lái)確 開(kāi)始 程序初始化 傳感器預(yù)熱處理 信號(hào)采集 A/D 轉(zhuǎn)換 單片機(jī)處理，判斷 是否超過(guò)報(bào)警設(shè)定 進(jìn)入報(bào)警子程序 開(kāi)始 安徽三聯(lián)學(xué)院畢業(yè)論文 20 保安全。 4.1.3 按鍵處理子程序 開(kāi)始 掃描鍵值 是否有鍵按下 延時(shí) 1ms 消抖 是否有鍵按下 提取鍵值 調(diào)用鍵盤 處理子程序 結(jié)束 N N Y Y 圖 4-2 按鍵處理子程序 4.2 電路的調(diào)試 電路的調(diào)試分為硬件調(diào)試和軟件調(diào)試，對(duì)于硬件調(diào)試，首先要仔細(xì)檢查線 路，看看有沒(méi)有虛焊現(xiàn)象，是否有毛刺需要修改，有的話則進(jìn)行修改。電路調(diào) 試很麻煩，需要不斷地發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，然后改正，過(guò)程比較繁瑣。 安徽三聯(lián)學(xué)院畢業(yè)論文 21 致謝 剛開(kāi)始選題時(shí)，杜老師和江老師給我們多個(gè)題目供選擇，我對(duì)公交車火災(zāi) 報(bào)警系統(tǒng)這個(gè)論題很感興趣，心想:在做的過(guò)程中，遇到不會(huì)的問(wèn)題，可以請(qǐng)教 講師，這樣應(yīng)該沒(méi)什么問(wèn)題的，從選擇公交車火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)這個(gè)論題后，我就 在查找各種與之相關(guān)的資料，有時(shí)候想不清楚到底該怎樣做才能更完善報(bào)警系 統(tǒng)這個(gè)設(shè)備，就去問(wèn)老師。從選題到完成設(shè)計(jì)，老師幫我發(fā)現(xiàn)做論文過(guò)程中遇 到的各種問(wèn)題，幫助我思考，鼓勵(lì)我，讓我充滿了信心和勇氣，使我非常積極 地投入到設(shè)計(jì)中，不斷地實(shí)現(xiàn)了設(shè)計(jì)中的每一個(gè)環(huán)節(jié)，經(jīng)過(guò)連續(xù)奮戰(zhàn)一段時(shí)間 后，我終歸實(shí)現(xiàn)了這個(gè)設(shè)計(jì)，心里感覺(jué)滿滿的、甜甜的。在此，再次感謝老師， 老師辛苦了，是你讓我在再次回味了大學(xué)的學(xué)習(xí)生活，再次想起那份執(zhí)著與熱 情，我很快樂(lè)，謝謝你。 在大學(xué)這四年，我覺(jué)得這項(xiàng)設(shè)計(jì)讓我認(rèn)為學(xué)習(xí)更有意義，生活更為充實(shí)， 最后我要感謝我的關(guān)心和愛(ài)護(hù)我的家人，我尊敬的老師和我親切的同學(xué)和朋友， 謝謝你們，是你們讓我的生活充滿了正能量，讓我堅(jiān)強(qiáng)快樂(lè)地走下去。 安徽三聯(lián)學(xué)院畢業(yè)論文 22 參考文獻(xiàn) 1S. 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