智能建筑報(bào)警系統(tǒng)設(shè)計(jì)論文

1、1桂林電子科技大學(xué)職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書題 目： 智能建筑火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng) 院 （系）：專 業(yè)： 學(xué)生姓名： 學(xué) 號(hào)： 指導(dǎo)教師： 職 稱： 題目類型： 理論研究 實(shí)驗(yàn)研究 工程設(shè)計(jì) 工程技術(shù)研究 軟件開發(fā) 年月 日桂林電子科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）報(bào)告用紙摘 要隨著現(xiàn)代家庭用火、用電量的增加，家庭火災(zāi)發(fā)生的頻率越來越高。煙霧報(bào)警器也隨之被廣泛應(yīng)用于各種場合。本課題所研究的無線多功能火災(zāi)報(bào)警器采用STC89C51為核心控制器，利用氣體傳感器MQ-2、ADC0809模數(shù)轉(zhuǎn)換器等實(shí)現(xiàn)基本功能。通過這些傳感器和芯片，當(dāng)環(huán)境中煙霧濃度或可燃?xì)怏w濃度等發(fā)生變化時(shí)系統(tǒng)會(huì)發(fā)出相應(yīng)的燈光報(bào)警信

2、號(hào)和聲音報(bào)警信號(hào)，以此來實(shí)現(xiàn)煙霧報(bào)警，當(dāng)煙霧達(dá)到一定的范圍時(shí)，系統(tǒng)還可以加上驅(qū)動(dòng)繼電器工作，繼電器可以驅(qū)動(dòng)負(fù)載，如換氣風(fēng)扇、報(bào)警信號(hào)燈、消火栓水龍頭開關(guān)等。實(shí)現(xiàn)智能報(bào)警控制。關(guān)鍵詞：氣體傳感器MQ-2；火災(zāi)報(bào)警；單片機(jī)；智能控制第 0 頁 共 32 頁桂林電子科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）報(bào)告用紙AbstractAlong with the modernhome with fire,electricity consumptionincreases,the frequency of home fires is gettinghigher and higher.Smoke detectors have

3、also been widely used in various occasions. This topic research the multi-function wireless fire alarm the STC89C51 as the core controller, using gas sensor MQ - 2, realize the basic functions such as ADC0809 adc. Through these sensors and chips, when the smoke concentration in the environment or co

4、mbustible gas concentration change system have a corresponding light alarm signals and voice alarm signal, in order to realize the smoke alarm, when smoke reaches a certain scope, the system can also add drive relay work, relay can drive load, such as ventilation fan, alarm lights, fire hydrant wate

5、r faucet switch, etc. Intelligent alarm control.Key words: MQ-2 gas sensor;fire alarm;MCU;intelligent control畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）報(bào)告用紙目 錄摘要1Abstract21 緒論11.1 課題的研究背景11.2 課題的研究目的與意義11.3 火災(zāi)報(bào)警器的發(fā)展與現(xiàn)狀21.4課題的研究內(nèi)容22 火災(zāi)報(bào)警器的總體方案設(shè)計(jì)32.1系統(tǒng)的功能要求32.2 系統(tǒng)的技術(shù)要求32.3 系統(tǒng)的組成及方案設(shè)計(jì)33 系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)43.1 主控電路53.2 煙霧探測電路的設(shè)計(jì)83.2.1 MQ-2介紹93.2.2

6、ADC0809介紹103.3 數(shù)碼管顯示電路設(shè)計(jì)133.4 聲光報(bào)警提示電路143.4.1 燈光提示電路143.4.2 聲音報(bào)警電路153.5 按鍵電路164 系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)174.1 軟件介紹174.2 系統(tǒng)程序流程圖195火災(zāi)報(bào)警器的測試結(jié)果及結(jié)論205.1 調(diào)試205.2 結(jié)論21致謝22參考文獻(xiàn)23附錄124附錄225附錄3261 緒論1.1 課題的研究背景火災(zāi)作為一種在時(shí)空上失去控制的燃燒所引發(fā)的災(zāi)害，對人類生命財(cái)產(chǎn)和社會(huì)安全構(gòu)成了極大的威脅。由此引發(fā)的重大安全事故比皆是，所以人類一直也未停止過對它的研究。火災(zāi)早已成為我國常發(fā)性和破壞性以及影響力最強(qiáng)的災(zāi)害之一。隨著經(jīng)濟(jì)和城市建設(shè)的快

7、速發(fā)展，城市高層、地下建筑以及大型綜合性建筑日益增多，火災(zāi)隱患也大大增加，火災(zāi)發(fā)生的數(shù)量及其造成的損失呈逐年上升趨勢。 在過去的很長一段時(shí)間，人類不得不進(jìn)行專題研究火災(zāi)過程中爆發(fā)，截至目前，已形成一個(gè)較為成熟的概念?；馂?zāi)的發(fā)生和發(fā)展過程是一個(gè)復(fù)雜的物理和化學(xué)過程，但也與環(huán)境很強(qiáng)的相關(guān)性。正常情況下，發(fā)生火警，伴隨著煙霧，溫度，光照，信號(hào)產(chǎn)生的過程。產(chǎn)生不同的環(huán)境和不同的火燃燒成分，煙霧粒度組成，溫度分布和光譜的氣體成分是不同的，所以火過程中涉及多個(gè)物理和化學(xué)參數(shù)，特點(diǎn)是強(qiáng)大的，一般的騷亂有著本質(zhì)的不同。基于上述特點(diǎn)，早起的火災(zāi)探測技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生，特別是多的火災(zāi)探測技術(shù)被廣泛采用在火災(zāi)探測領(lǐng)域，如

8、復(fù)合材料的物理參數(shù)復(fù)合煙氣溫度探測器，使用不同的帶光傳感器的復(fù)合雙波段火焰探測器。 在我國，隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和生活水平的提高，工業(yè)與民用建設(shè)日趨增多，火災(zāi)發(fā)生的可能性也隨之大幅提高。另外，現(xiàn)代建筑物中塑料制品和玻璃的大量應(yīng)用使火場內(nèi)外部的求援行為困難重重?，F(xiàn)代建筑，尤其是在大型酒店，賓館，商場，圖書館，博物館，檔案館和辦公樓及其他公共場所，對于火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)也提出了更高的要求。一旦發(fā)生火災(zāi)將很難及時(shí)救助，勢必要給國家和個(gè)人帶來不可估量的損失。 基于上述情況，火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警技術(shù)便應(yīng)運(yùn)而生，火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)是始終警惕火災(zāi)報(bào)警和輸出聯(lián)動(dòng)忠實(shí)的哨兵火災(zāi)信號(hào)的有力手段，是一種早期預(yù)警。1.2 課題的研究目的與

9、意義目的：隨著現(xiàn)代家庭用火，用電增加，家庭火災(zāi)發(fā)生的頻率越來越高。家庭火災(zāi)，很容易撲滅不及時(shí)，有著缺乏消防設(shè)備和在場的人戰(zhàn)斗驚慌失措逃離緩慢的不利因素，最終導(dǎo)致的生命和財(cái)產(chǎn)的重大損失。消防部門的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)顯示，所有的火災(zāi)比例中，家庭火災(zāi)占全國火災(zāi)的30。家庭火災(zāi)的原因是多方面的，可能把我們的注意力，也可能隱藏在我們沒有注意到的地方。綜上所述，許多人因不懂家庭安全常識(shí)引起火災(zāi)事故，使好端端的幸福家庭眼間毀于一旦,有的導(dǎo)致家破人亡,而且一旦發(fā)生居民家庭火災(zāi),處置不當(dāng)、報(bào)警遲緩,是造成人員傷亡的重要因素。所以說,人們應(yīng)該積極了解家庭火災(zāi)的主要起因，還有預(yù)防火災(zāi)的發(fā)生。這就是我們研究聲光報(bào)警器的目的。意

10、義：在中國的一些大、中型城市，幾乎每一天發(fā)生家庭火災(zāi)，所以每一個(gè)家庭必須始終關(guān)注防火。如果能根據(jù)你家的實(shí)際情況，提前采取簡單的防火措施，有些悲劇是完全可以避免的。聲音和視覺的報(bào)警，對減少火災(zāi)損失具有現(xiàn)實(shí)意義。 一系列悲劇性的損失，由國家從社會(huì)各界意識(shí)到，聲光報(bào)警對火災(zāi)的報(bào)警的必要性。據(jù)調(diào)查，在最近的火災(zāi)大部分的房子里還沒有安裝報(bào)警器。因此聲光報(bào)警，對發(fā)生火災(zāi)預(yù)防具有重要意義。1.3 火災(zāi)報(bào)警器的發(fā)展與現(xiàn)狀近年來，無線火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)在國外已被開發(fā)，并走向?qū)嵱谩Ｆ鸪?，無線火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)不僅是價(jià)格貴，還必須連接布線，這是只適合一些特殊的地方，檢測設(shè)備的一部分。今天，幾乎所有的電氣裝置，可以通過無線遙控改

11、變，可廣泛應(yīng)用于各類建筑和場所。美國松柏公司（ITI）成立于1981年，是美國最大的無線報(bào)警系統(tǒng)制造商制造，其產(chǎn)品占90的無線報(bào)警器在北美市場的年銷售額已接近一億美元。該公司生產(chǎn)的無線火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)還通過了中國的“國家消防電子產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)測試中心”的監(jiān)測，該系統(tǒng)可作為火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)，但也可作為一個(gè)安全的系統(tǒng)，兩者的結(jié)合，是一個(gè)高科技的無線安全系統(tǒng)?；馂?zāi)報(bào)警系統(tǒng)在中國相對較晚，與發(fā)達(dá)國家相比， 20世紀(jì)70年代末的十年間，中國開始研制生產(chǎn)的火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)。 20世紀(jì)80年代后，國內(nèi)各大廠商也大多是模仿國外產(chǎn)品，或引進(jìn)國外技術(shù)生產(chǎn)的，沒有真正意義上的核心技術(shù)，市場剛剛開始發(fā)展。真正的火災(zāi)報(bào)警產(chǎn)品的發(fā)

12、展也促進(jìn)了市場的成熟，政府逐步開放的大門，在同一時(shí)間，外國公司開始進(jìn)入中國的防火市場，帶來先進(jìn)的技術(shù)在20世紀(jì)90年代。此期間，中國生產(chǎn)的火災(zāi)報(bào)警產(chǎn)品的企業(yè)也得到了快速發(fā)展，在一些企業(yè)中，技術(shù)合作，合資生產(chǎn)，并取得了不菲的成績，但今天在市場上創(chuàng)造了許多強(qiáng)大的企業(yè)，有些技術(shù)已接近或趕上國際標(biāo)準(zhǔn)。1.4課題的研究內(nèi)容煙霧報(bào)警器，主要檢測可燃?xì)怏w和煙霧，再通過單片機(jī)控制相應(yīng)的聲光報(bào)警。通過數(shù)碼管顯示當(dāng)前的煙霧值，通過按鍵設(shè)定相應(yīng)的閥值。該項(xiàng)目主要是為了完成任務(wù)，包括：硬件部分：包括傳感器的選擇，顯示模塊的選擇，煙霧信號(hào)轉(zhuǎn)換電路的設(shè)計(jì)，報(bào)警驅(qū)動(dòng)電路的設(shè)計(jì)。（2）軟件部分：包括微處理器控制程序的編制和原

13、理圖的繪制。（3）系統(tǒng)的綜合調(diào)試與分析：在軟硬件完成以后，要對系統(tǒng)進(jìn)行綜合的測試與實(shí)驗(yàn)，分析系統(tǒng)的可靠性與實(shí)用性，調(diào)整系統(tǒng)的不足。2 火災(zāi)報(bào)警器的總體方案設(shè)計(jì)本課題主要是實(shí)現(xiàn)煙霧報(bào)警和火災(zāi)發(fā)生時(shí)的報(bào)警及控制，下面分別對系統(tǒng)功能要求、系統(tǒng)技術(shù)要求及系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)方案總體闡述。2.1系統(tǒng)的功能要求本系統(tǒng)的研制主要包括以下幾項(xiàng)功能：(1)火情探測功能：為了提高火災(zāi)報(bào)警的準(zhǔn)確性和及時(shí)性，火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)需要使用各種方法進(jìn)行火災(zāi)探測。在實(shí)際使用中，根據(jù)不同的防火場所，用戶可以選用溫度探測法、可燃?xì)怏w檢測法及煙霧探測法等合適的火災(zāi)探測方法，來有效的探測火災(zāi)；(2)燈光報(bào)警功能：當(dāng)室內(nèi)煙霧濃度過大、有火情產(chǎn)生、故障等

14、異常情況發(fā)生時(shí)，報(bào)警器要進(jìn)行燈光報(bào)警。當(dāng)煙霧超過最大設(shè)定值時(shí)，可以驅(qū)動(dòng)火災(zāi)控制負(fù)載工作。2.2 系統(tǒng)的技術(shù)要求在了解這個(gè)系統(tǒng)的工作原理以及功能之后，我們就可以基本確定系統(tǒng)的技術(shù)要求。系統(tǒng)采用的單片機(jī)處理器成本都比較低，可以滿足批量生產(chǎn)和各類工程的需求。對于完整的一個(gè)系統(tǒng)而言，為提高市場的競爭力，這個(gè)系統(tǒng)應(yīng)符合體積小、功耗低、數(shù)傳性能可靠和成本低廉等技術(shù)要求。具體指標(biāo)和參數(shù)如下:(1)體積?。禾綔y器的體積要盡可能的小，這樣占用的空間才能減少，使用和更換才會(huì)方便；(2)功耗低：系統(tǒng)可以采用三節(jié)5號(hào)干電池供電或5v電源供電。(3)可靠性高:由數(shù)碼管顯示，可以燈光報(bào)警，也可以聲音報(bào)警，二者同時(shí)進(jìn)行。提

15、高報(bào)警可靠性。2.3 系統(tǒng)的組成及方案設(shè)計(jì)本設(shè)計(jì)主要由煙霧探測傳感器電路、單片機(jī)、燈光報(bào)警電路、負(fù)載驅(qū)動(dòng)電路、控制程序和編解碼程序等組成。系統(tǒng)的組成結(jié)構(gòu)如下：聲光報(bào)警提示模塊煙霧模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊數(shù)碼管顯示模塊按鍵模塊晶振電路單片機(jī)復(fù)位電路圖2-1 系統(tǒng)的組成結(jié)構(gòu)圖3 系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)總體電路如圖3-1所示，下面的圖為protel99se所畫，實(shí)時(shí)顯示當(dāng)前的煙霧值，共有3個(gè)按鍵來設(shè)置報(bào)警值。圖3-1 總體電路3.1 主控電路STC89C51是一種低功耗、高性能CMOS8位微控制器，具有 8K 在系統(tǒng)可編程Flash 存儲(chǔ)器。在單芯片上，擁有靈巧的8 位CPU 和在系統(tǒng)可編程Flash，使得STC89C

16、51為眾多嵌入式控制應(yīng)用系統(tǒng)提供高靈活、超有效的解決方案。 具有以下標(biāo)準(zhǔn)功能： 8k字節(jié)Flash，512字節(jié)RAM， 32 位I/O 口線，看門狗定時(shí)器，內(nèi)置4KB EEPROM，MAX810復(fù)位電路，三個(gè)16 位 定時(shí)器/計(jì)數(shù)器，一個(gè)6向量2級中斷結(jié)構(gòu)，全雙工串行口。另外 STC89X51 可降至0Hz 靜態(tài)邏輯操作，支持2種軟件可選擇節(jié)電模式。空閑模式下，CPU 停止工作，允許RAM、定時(shí)器/計(jì)數(shù)器、串口、中斷繼續(xù)工作。掉電保護(hù)方式下，RAM內(nèi)容被保存，振蕩器被凍結(jié)，單片機(jī)一切工作停止，直到下一個(gè)中斷或硬件復(fù)位為止。最高運(yùn)作頻率35Mhz，6T/12T可選。STC89C51主要功能如表1

17、所示，其DIP封裝如圖2所示表1：STC89C51主要功能主要功能特性兼容MCS51指令系統(tǒng)4K可反復(fù)擦寫Flash ROM32個(gè)雙向I/O口256x8bit內(nèi)部RAM3個(gè)16位可編程定時(shí)/計(jì)數(shù)器中斷時(shí)鐘頻率0-24MHz2個(gè)串行中斷可編程UART串行通道2個(gè)外部中斷源共6個(gè)中斷源2個(gè)讀寫中斷口線3級加密位低功耗空閑和掉電模式軟件設(shè)置睡眠和喚醒功能STC89C52引腳介紹 主電源引腳（2根）VCC(Pin40)：電源輸入，接5V電源GND(Pin20)：接地線外接晶振引腳（2根）XTAL1(Pin19)：片內(nèi)振蕩電路的輸入端XTAL2(Pin20)：片內(nèi)振蕩電路的輸出端控制引腳（4根）RST/

18、VPP(Pin9)：復(fù)位引腳，引腳上出現(xiàn)2個(gè)機(jī)器周期的高電平將使單片機(jī)復(fù)位。ALE/PROG(Pin30)：地址鎖存允許信號(hào)PSEN(Pin29)：外部存儲(chǔ)器讀選通信號(hào)EA/VPP(Pin31)：程序存儲(chǔ)器的內(nèi)外部選通，接低電平從外部程序存儲(chǔ)器讀指令，如果接高電平則從內(nèi)部程序存儲(chǔ)器讀指令?？删幊梯斎?輸出引腳（32根）STC89C52單片機(jī)有4組8位的可編程I/O口，分別位P0、P1、P2、P3口，每個(gè)口有8位（8根引腳），共32根。P0口（Pin39Pin32）：8位雙向I/O口線，名稱為P0.0P0.7P1口（Pin1Pin8）：8位準(zhǔn)雙向I/O口線，名稱為P1.0P1.7 P2口（Pin

19、21Pin28）：8位準(zhǔn)雙向I/O口線，名稱為P2.0P2.7 P3口（Pin10Pin17）：8位準(zhǔn)雙向I/O口線，名稱為P3.0P3.7作頻率35Mhz，6T/12T可選。 圖3-2 STC89C51 DIP封裝圖最小系統(tǒng)包括單片機(jī)及其所需的必要的電源、時(shí)鐘、復(fù)位等部件，能使單片機(jī)始終處于正常的運(yùn)行狀態(tài)。電源、時(shí)鐘等電路是使單片機(jī)能運(yùn)行的必備條件，可以將最小系統(tǒng)作為應(yīng)用系統(tǒng)的核心部分，通過對其進(jìn)行存儲(chǔ)器擴(kuò)展、A/D擴(kuò)展等，使單片機(jī)完成較復(fù)雜的功能。STC89C51是片內(nèi)有ROM/EPROM的單片機(jī)，因此，這種芯片構(gòu)成的最小系統(tǒng)簡單可靠。用STC89C52單片機(jī)構(gòu)成最小應(yīng)用系統(tǒng)時(shí)，只要將單片

20、機(jī)接上時(shí)鐘電路和復(fù)位電路即可，結(jié)構(gòu)如圖3-3所示，由于集成度的限制，最小應(yīng)用系統(tǒng)只能用作一些小型的控制單元。時(shí)鐘電路復(fù)位電路STC89C5單片機(jī)I/O口圖3-3單片機(jī)最小系統(tǒng)原理框圖(1) 時(shí)鐘電路STC89C51單片機(jī)的時(shí)鐘信號(hào)通常有兩種方式產(chǎn)生：一是內(nèi)部時(shí)鐘方式，二是外部時(shí)鐘方式。內(nèi)部時(shí)鐘方式如圖3-4所示。在STC89C51單片機(jī)內(nèi)部有一振蕩電路，只要在單片機(jī)的XTAL1(18)和XTAL2(19)引腳外接石英晶體(簡稱晶振)，就構(gòu)成了自激振蕩器并在單片機(jī)內(nèi)部產(chǎn)生時(shí)鐘脈沖信號(hào)。圖中電容C1和C2的作用是穩(wěn)定頻率和快速起振，電容值在530pF，典型值為30pF。晶振CYS的振蕩頻率范圍在1

21、.212MHz間選擇，典型值為12MHz和6MHz。圖3-4 STC89C51內(nèi)部時(shí)鐘電路(2) 復(fù)位電路當(dāng)在STC89C51單片機(jī)的RST引腳引入高電平并保持2個(gè)機(jī)器周期時(shí)，單片機(jī)內(nèi)部就執(zhí)行復(fù)位操作(若該引腳持續(xù)保持高電平，單片機(jī)就處于循環(huán)復(fù)位狀態(tài))。最簡單的上電自動(dòng)復(fù)位電路中上電自動(dòng)復(fù)位是通過外部復(fù)位電路的電容充放電來實(shí)現(xiàn)的。只要Vcc的上升時(shí)間不超過1ms,就可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)上電復(fù)位。除了上電復(fù)位外，有時(shí)還需要按鍵手動(dòng)復(fù)位。本設(shè)計(jì)就是用的按鍵手動(dòng)復(fù)位。按鍵手動(dòng)復(fù)位有電平方式和脈沖方式兩種。其中電平復(fù)位是通過RST(9)端與電源Vcc接通而實(shí)現(xiàn)的。圖3-5 STC89C51復(fù)位電路（3） ST

22、C89C51中斷技術(shù)概述中斷技術(shù)主要用于實(shí)時(shí)監(jiān)測與控制，要求單片機(jī)能及時(shí)地響應(yīng)中斷請求源提出的服務(wù)請求，并作出快速響應(yīng)、及時(shí)處理。這是由片內(nèi)的中斷系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)的。當(dāng)中斷請求源發(fā)出中斷請求時(shí)，如果中斷請求被允許，單片機(jī)暫時(shí)中止當(dāng)前正在執(zhí)行的主程序，轉(zhuǎn)到中斷服務(wù)處理程序處理中斷服務(wù)請求。中斷服務(wù)處理程序處理完中斷服務(wù)請求后，再回到原來被中止的程序之處（斷點(diǎn)），繼續(xù)執(zhí)行被中斷的主程序。主程序響應(yīng)中斷請求中斷服務(wù)程序斷點(diǎn)繼續(xù)執(zhí)行主程序返回主程序圖3-6 中斷響應(yīng)和處理過程如果單片機(jī)沒有中斷系統(tǒng)，單片機(jī)的大量時(shí)間可能會(huì)浪費(fèi)在查詢是否有服務(wù)請求發(fā)生的定時(shí)查詢操作上。采用中斷技術(shù)完全消除了單片機(jī)在查詢方式中的

23、等待現(xiàn)象，大大地提高了單片機(jī)的工作效率和實(shí)時(shí)性。3.2 煙霧探測電路的設(shè)計(jì)圖3-7 煙霧探測電路如圖3-7所示，在這個(gè)電路中，有兩個(gè)部分，主要是煙霧傳感器檢測煙霧，將電壓信號(hào)給ADC0809，模數(shù)轉(zhuǎn)換電路將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)給單片機(jī)，單片機(jī)再讀取相應(yīng)的數(shù)值和處理。3.2.1 MQ-2介紹MQ-2型氣體傳感器用于以氫氣為主要成分的城市煤氣、天然氣、液化石油的測量，而且它抗干擾能力強(qiáng)，水蒸氣、煙等干擾氣體對它的影響小。MQ-2型氣敏元件具有以下特點(diǎn)：(1) 采用燒結(jié)半導(dǎo)體所形成的敏感燒結(jié)體，具有穩(wěn)定的R (即器件在純潔空氣中的阻抗)阻值，從而保證了長期工作的穩(wěn)定性。(2) 單電源供電，其功耗僅

24、0.7W左右。(3) 對所測試的氣體有極高的靈敏度和信噪比。MQ-2型氣敏元件有兩種型號(hào)。MQ-2A型適用于天然氣、城市煤氣、石油液化氣、丙丁烷及氫氣等;MQ-2型適用于煙霧等減光型有害氣體。器件的靈敏度：S=Ro/Rx為1030。常見為QM系列的S值僅8左右。Rx為器件在丁烷濃度為0.2%時(shí)的阻抗。電路如下圖所示： 圖3-8 MQ-2型氣敏元件電路器件的主要參數(shù)如下:表3.2.1 MQ-2型氣敏元件主要參數(shù)響應(yīng)時(shí)間Tr10s恢復(fù)時(shí)間Tn60s加熱電壓V=5+0.2V加熱功率約0.7W抗干擾能力丁烷濃度在0.2%時(shí)在濕度小于85%RH，在-10+40溫度下不會(huì)引起誤報(bào)工作環(huán)境溫度-10+50

25、濕度85%RH下圖是元件外形結(jié)構(gòu)圖，基座采用耐高溫酚醛塑料壓制，引腳為鍍鎳銅絲，上罩采用雙層密紋不銹鋼網(wǎng)壓制，有較高的強(qiáng)度和防爆能力。圖3-9 MQK-2型元件外形結(jié)構(gòu)圖MQ-2氣敏元件的結(jié)構(gòu)和外形如上圖所示, 由微型AL2O3陶瓷管、SnO2 敏感層,測量電極和加熱器構(gòu)成的敏感元件固定在塑料或不銹鋼制成的腔體內(nèi)，加熱器為氣敏元件提供了必要的工作條件。封裝好的氣敏元件有只針狀管腳，其中個(gè)用于信號(hào)取出，2個(gè)用于提供加熱電流。圖3-10 MQ-2型元件典型氣體濃度測試特性曲線上圖是MQ-2型元件典型氣體濃度測試特性曲線，在丁烷濃度0.6%以下有極高的靈敏度。 圖3-11 MQ-2型元件通電時(shí)間特性

26、曲線上圖是MQ-2型元件通電時(shí)間特性曲線?？煽闯觯姾?090s，元件即進(jìn)入穩(wěn)定待測工作狀態(tài)。MQ-2的特點(diǎn)和工作參數(shù)如下特點(diǎn)： 廣泛的探測范圍 高靈敏度快速響應(yīng)恢復(fù) 優(yōu)異的穩(wěn)定性長壽命 簡單的驅(qū)動(dòng)電路 3.2.2 ADC0809介紹ADC0809芯片有28條引腳，采用雙列直插式封裝，如圖所示。下面說明各引腳功能。(1) IN0IN7：8路模擬量輸入端。(2) 2-12-8：8位數(shù)字量輸出端。 (3) ADDA、ADDB、ADDC：3位地址輸入線，用于選通8路模擬輸入中的一路(4) ALE：地址鎖存允許信號(hào)，輸入，高電平有效。(5) START： A/D轉(zhuǎn)換啟動(dòng)脈沖輸入端，輸入一個(gè)正脈沖（至

27、少100ns寬）使其啟動(dòng)（脈沖上升沿使0809復(fù)位，下降沿啟動(dòng)A/D轉(zhuǎn)換）。(6) EOC： A/D轉(zhuǎn)換結(jié)束信號(hào)，輸出，當(dāng)A/D轉(zhuǎn)換結(jié)束時(shí)，此端輸出一個(gè)高電平（轉(zhuǎn)換期間一直為低電平）。(7) OE：數(shù)據(jù)輸出允許信號(hào)，輸入，高電平有效。當(dāng)A/D轉(zhuǎn)換結(jié)束時(shí)，此端輸入一個(gè)高電平，才能打開輸出三態(tài)門，輸出數(shù)字量。(8) CLK：時(shí)鐘脈沖輸入端。要求時(shí)鐘頻率不高于640KHZ。(9) REF（+）、REF（-）：基準(zhǔn)電壓。(10) Vcc：電源，單一+5V。(11) GND：地。首先輸入3位地址，并使ALE=1，將地址存入地址鎖存器中。此地址經(jīng)譯碼選通8路模擬輸入之一到比較器。START上升沿將逐次逼近

28、寄存器復(fù)位。下降沿啟動(dòng) A/D轉(zhuǎn)換，之后EOC輸出信號(hào)變低，指示轉(zhuǎn)換正在進(jìn)行。直到A/D轉(zhuǎn)換完成，EOC變?yōu)楦唠娖剑甘続/D轉(zhuǎn)換結(jié)束，結(jié)果數(shù)據(jù)已存入鎖存器，這個(gè)信號(hào)可用作中斷申請。當(dāng)OE輸入高電平 時(shí)，輸出三態(tài)門打開，轉(zhuǎn)換結(jié)果的數(shù)字量輸出到數(shù)據(jù)總線上。轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)的傳送 A/D轉(zhuǎn)換后得到的數(shù)據(jù)應(yīng)及時(shí)傳送給單片機(jī)進(jìn)行處理。數(shù)據(jù)傳送的關(guān)鍵問題是如何確認(rèn)A/D轉(zhuǎn)換的完成，因?yàn)橹挥写_認(rèn)完成后，才能進(jìn)行傳送。為此可采用下述三種方式。（1）定時(shí)傳送方式對于一種A/D轉(zhuǎn)換器來說，轉(zhuǎn)換時(shí)間作為一項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)是已知的和固定的。例如ADC0809轉(zhuǎn)換時(shí)間為128s，相當(dāng)于6MHz的MCS-51單片機(jī)共64個(gè)機(jī)器周期。

29、可據(jù)此設(shè)計(jì)一個(gè)延時(shí)子程序，A/D轉(zhuǎn)換啟動(dòng)后即調(diào)用此子程序，延遲時(shí)間一到，轉(zhuǎn)換肯定已 經(jīng)完成了，接著就可進(jìn)行數(shù)據(jù)傳送。（2）查詢方式A/D轉(zhuǎn)換芯片有表明轉(zhuǎn)換完成的狀態(tài)信號(hào)，例如ADC0809的EOC端。因此可以用查詢方式，測試EOC的狀態(tài)，即可確認(rèn)轉(zhuǎn)換是否完成，并接著進(jìn)行數(shù)據(jù)傳送。（3）中斷方式把表明轉(zhuǎn)換完成的狀態(tài)信號(hào)（EOC）作為中斷請求信號(hào)，以中斷方式進(jìn)行數(shù)據(jù)傳送。不管使用上述哪種方式，只要一旦確定轉(zhuǎn)換完成，即可通過指令進(jìn)行數(shù)據(jù)傳送。首先送出口地址并以信號(hào)有效時(shí)，OE信號(hào)即有效，把轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)送上數(shù)據(jù)總線，供單片機(jī)接受。3.3 數(shù)碼管顯示電路設(shè)計(jì)圖3-12 數(shù)碼管顯示電路設(shè)計(jì)LED數(shù)碼管（LED

30、 Segment Displays）是由多個(gè)發(fā)光二極管封裝在一起組成“8”字型的器件，引線已在內(nèi)部連接完成，只需引出它們的各個(gè)筆劃，公共電極。數(shù)碼管分為動(dòng)態(tài)顯示和靜態(tài)顯示驅(qū)動(dòng)兩種，靜態(tài)驅(qū)動(dòng)也稱直流驅(qū)動(dòng)。靜態(tài)驅(qū)動(dòng)是指每個(gè)數(shù)碼管的每一個(gè)段碼都由一個(gè)單片機(jī)的I/O端口進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，或者使用如BCD碼二-十進(jìn)制譯碼器譯碼進(jìn)行驅(qū)動(dòng)。靜態(tài)驅(qū)動(dòng)的優(yōu)點(diǎn)是編程簡單，顯示亮度高，缺點(diǎn)是占用I/O端口多，如驅(qū)動(dòng)5個(gè)數(shù)碼管靜態(tài)顯示則需要58=40根I/O端口來驅(qū)動(dòng)，要知道一個(gè)STC89C52的I/O端口才32個(gè)呢：），實(shí)際應(yīng)用時(shí)必須增加譯碼驅(qū)動(dòng)器進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，增加了硬件電路的復(fù)雜性。數(shù)碼管動(dòng)態(tài)顯示接口是單片機(jī)中應(yīng)用最為廣泛的

31、一種顯示方式之一，動(dòng)態(tài)驅(qū)動(dòng)是將所有數(shù)碼管的8個(gè)顯示筆劃a,b,c,d,e,f,g,dp的同名端連在一起，另外為每個(gè)數(shù)碼管的公共極COM增加位選通控制電路，位選通由各自獨(dú)立的I/O線控制，當(dāng)單片機(jī)輸出字形碼時(shí)，所有數(shù)碼管都接收到相同的字形碼，但究竟是那個(gè)數(shù)碼管會(huì)顯示出字形，取決于單片機(jī)對位選通COM端電路的控制，所以我們只要將需要顯示的數(shù)碼管的選通控制打開，該位就顯示出字形，沒有選通的數(shù)碼管就不會(huì)亮。通過分時(shí)輪流控制各個(gè)數(shù)碼管的的COM端，就使各個(gè)數(shù)碼管輪流受控顯示，這就是動(dòng)態(tài)驅(qū)動(dòng)。在輪流顯示過程中，每位數(shù)碼管的點(diǎn)亮?xí)r間為12ms，由于人的視覺暫留現(xiàn)象及發(fā)光二極管的余輝效應(yīng)，盡管實(shí)際上各位數(shù)碼管

32、并非同時(shí)點(diǎn)亮，但只要掃描的速度足夠快，給人的印象就是一組穩(wěn)定的顯示數(shù)據(jù)，不會(huì)有閃爍感，動(dòng)態(tài)顯示的效果和靜態(tài)顯示是一樣的，能夠節(jié)省大量的I/O端口，而且功耗更低。本設(shè)計(jì)利用三極管驅(qū)動(dòng)數(shù)碼管，用4.7k電阻起到限流作用，使得數(shù)碼管亮度適中。3.4 聲光報(bào)警提示電路3.4.1 燈光提示電路圖3-13燈光提示電路LED英文單詞的縮寫，主要含義：LED = Light Emitting Diode，發(fā)光二極管，是一種能夠?qū)㈦娔苻D(zhuǎn)化為可見光的固態(tài)的半導(dǎo)體器件，它可以直接把電轉(zhuǎn)化為光；它改變了白熾燈鎢絲發(fā)光與節(jié)能燈三基色粉發(fā)光的原理，而采用電場發(fā)光。據(jù)分析，LED的特點(diǎn)非常明顯，壽命長、光效高、輻射低與功耗

33、低。作為目前全球最受矚目的新一代光源，LED因其高亮度、低熱量、長壽命、無毒、可回收再利用等優(yōu)點(diǎn)，被稱為是21世紀(jì)最有發(fā)展前景的綠色照明光源。我國的LED產(chǎn)業(yè)起步于20世紀(jì)70年代，經(jīng)過近40年的發(fā)展，產(chǎn)品廣泛應(yīng)用于景觀照明和普通照明領(lǐng)域，我國已成為世界第一大照明電器生產(chǎn)國和第二大照明電器出口國。近幾年來，隨著人們對半導(dǎo)體發(fā)光材料研究的不斷深入，LED制造工藝的不斷進(jìn)步和新材料（氮化物晶體和熒光粉）的開發(fā)和應(yīng)用，各種顏色的超高亮度LED取得了突破性進(jìn)展，其發(fā)光效率提高了近1000倍，色度方面已實(shí)現(xiàn)了可見光波段的所有顏色，其中最重要的是超高亮度白光LED的出現(xiàn)，使LED應(yīng)用領(lǐng)域跨越至高效率照明光

34、源市場成為可能。曾經(jīng)有人指出，高亮度LED將是人類繼愛迪生發(fā)明白熾燈泡后，最偉大的發(fā)明之一。 本設(shè)計(jì)利用LED指示煙霧報(bào)警。3.4.2 聲音報(bào)警電路圖3-14聲音報(bào)警電路蜂鳴器是一種一體化結(jié)構(gòu)的電子訊響器，采用直流電壓供電，廣泛應(yīng)用于計(jì)算機(jī)、打印機(jī)、復(fù)印機(jī)、報(bào)警器、電子玩具、汽車電子設(shè)備、電話機(jī)、定時(shí)器等電子產(chǎn)品中作發(fā)聲器件。 ；蜂鳴器主要分為壓電式蜂鳴器和電磁式蜂鳴器兩種類型。蜂鳴器在電路中用字母“H”或“HA”（舊標(biāo)準(zhǔn)用“FM”、“LB”、“JD”等）表示。1壓電式蜂鳴器 壓電式蜂鳴器主要由多諧振蕩器、壓電蜂鳴片、阻抗匹配器及共鳴箱、外殼等組成。有的壓電式蜂鳴器外殼上還裝有發(fā)光二極管。多諧

35、振蕩器由晶體管或集成電路構(gòu)成。當(dāng)接通電源后（1.515V直流工作電壓）,多諧振蕩器起振,輸出1.52.5kHZ的音頻信號(hào)，阻抗匹配器推動(dòng)壓電蜂鳴片發(fā)聲。壓電蜂鳴片由鋯鈦酸鉛或鈮鎂酸鉛壓電陶瓷材料制成。在陶瓷片的兩面鍍上銀電極，經(jīng)極化和老化處理后，再與黃銅片或不銹鋼片粘在一起。電磁式蜂鳴器 電磁式蜂鳴器由振蕩器、電磁線圈、磁鐵、振動(dòng)膜片及外殼等組成。接通電源后，振蕩器產(chǎn)生的音頻信號(hào)電流通過電磁線圈，使電磁線圈產(chǎn)生磁場。振動(dòng)膜片在電磁線圈和磁鐵的相互纏繞蜂鳴器驅(qū)動(dòng)電路一般都包含以下幾個(gè)部分：一個(gè)三極管、一個(gè)蜂鳴器、一個(gè)限流電阻。蜂鳴器為發(fā)聲元件，在其兩端施加直流電壓（有源蜂鳴器）或者方波（無源蜂鳴

36、器）就可以發(fā)聲，其主要參數(shù)是外形尺寸、發(fā)聲方向、工作電壓、工作頻率、工作電流、驅(qū)動(dòng)方式（直流/方波）等。這些都可以根據(jù)需要來選擇。本設(shè)計(jì)采用有源蜂鳴器。三極管Q1起開關(guān)作用，其基極的低電平使三極管飽和導(dǎo)通，使蜂鳴器發(fā)聲；而基極高電平則使三極管關(guān)閉，蜂鳴器停止發(fā)聲。 3.5 按鍵電路本設(shè)計(jì)采用按鍵接低的方式來讀取按鍵，單片機(jī)初始時(shí)，因?yàn)闉楦唠娖?，?dāng)按鍵按下的時(shí)候，會(huì)給單片機(jī)一個(gè)低電平，單片機(jī)對信號(hào)進(jìn)行處理單片機(jī)鍵盤有獨(dú)立鍵盤和矩陣式鍵盤兩種：獨(dú)立鍵盤每一個(gè)I/O 口上只接一個(gè)按鍵，按鍵的另一端接電源或接地（一般接地），這種接法程序比較簡單且系統(tǒng)更加穩(wěn)定；而矩陣式鍵盤式接法程序比較復(fù)雜，但是占用的

37、I/O少。根據(jù)本設(shè)計(jì)的需要這里選用了獨(dú)立式鍵盤接法。獨(dú)立式鍵盤的實(shí)現(xiàn)方法是利用單片機(jī)I/O口讀取口的電平高低來判斷是否有鍵按下。將常開按鍵的一端接地，另一端接一個(gè)I/O 口，程序開始時(shí)將此I/O口置于高電平，平時(shí)無鍵按下時(shí)I/O口保護(hù)高電平。當(dāng)有鍵按下時(shí)，此I/O 口與地短路迫使I/O 口為低電平。按鍵釋放后，單片機(jī)內(nèi)部的上拉電阻使I/O口仍然保持高電平。我們所要做的就是在程序中查尋此I/O口的電平狀態(tài)就可以了解我們是否有按鍵動(dòng)作了。在用單片機(jī)對鍵盤處理的時(shí)候涉及到了一個(gè)重要的過程，那就是鍵盤的去抖動(dòng)。這里說的抖動(dòng)是機(jī)械的抖動(dòng)，是當(dāng)鍵盤在未按到按下的臨界區(qū)產(chǎn)生的電平不穩(wěn)定正?，F(xiàn)象，并不是我們在

38、按鍵時(shí)通過注意可以避免的。這種抖動(dòng)一般10200毫秒之間，這種不穩(wěn)定電平的抖動(dòng)時(shí)間對于人來說太快了，而對于時(shí)鐘是微秒的單片機(jī)而言則是慢長的。硬件去抖動(dòng)就是用部分電路對抖動(dòng)部分加之處理，軟件去抖動(dòng)不是去掉抖動(dòng)，而是避抖動(dòng)部分的時(shí)間，等鍵盤穩(wěn)定了再對其處理。所以這里選擇了軟件去抖動(dòng)，實(shí)現(xiàn)法是先查尋按鍵當(dāng)有低電平出現(xiàn)時(shí)立即延時(shí)10200毫秒以避開抖動(dòng)（經(jīng)典值為20毫秒），延時(shí)結(jié)束后再讀一次I/O 口的值，這一次的值如果為1 表示低電平的時(shí)間不到10200 毫秒，視為干擾信號(hào)。當(dāng)讀出的值是0時(shí)則表示有按鍵按下，調(diào)用相應(yīng)的處理程序。硬件電路如圖3.12所示：圖3-15 按鍵電路4 系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)4.1

39、軟件介紹Keil C51是美國Keil Software公司出品的51系列兼容單片機(jī)C語言軟件開發(fā)系統(tǒng)，與匯編相比，C語言在功能上、結(jié)構(gòu)性、可讀性、可維護(hù)性上有明顯的優(yōu)勢，因而易學(xué)易用。用過匯編語言后再使用C來開發(fā)，體會(huì)更加深刻。 Keil C51軟件提供豐富的庫函數(shù)和功能強(qiáng)大的集成開發(fā)調(diào)試工具，全Windows界面。另外重要的一點(diǎn)，只要看一下編譯后生成的匯編代碼，就能體會(huì)到Keil C51生成的目標(biāo)代碼效率非常之高，多數(shù)語句生成的匯編代碼很緊湊，容易理解。在開發(fā)大型軟件時(shí)更能體現(xiàn)高級語言的優(yōu)勢。下面詳細(xì)介紹Keil C51開發(fā)系統(tǒng)各部分功能和使用。 Keil_c軟件界面如圖圖4-1 Keil_c軟件界面Protel99SE是PORTEL公司在80年代末推出