火災(zāi)報(bào)警器設(shè)計(jì)論文

./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(lái)越高?；馂?zāi)報(bào)警器也隨之被廣泛應(yīng)用于各種場(chǎng)合。本課題所研究的無(wú)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、DS18B20溫度傳感器等實(shí)現(xiàn)基本功能。通過(guò)這些傳感器和芯片,當(dāng)環(huán)境中可燃?xì)怏w濃度或溫度等發(fā)生變化時(shí)系統(tǒng)會(huì)發(fā)出相應(yīng)的燈光報(bào)警信號(hào)和聲音報(bào)警信號(hào),以此來(lái)實(shí)現(xiàn)火災(zāi)報(bào)警,智能化提示。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；DS18B20AbstractAlongwiththemodern

homewithfire,

electricityconsumption

increases,

thefrequencyofhomefiresisgetting

higherandhigher.

Smokedetectorshavealsobeenwidelyusedinvariousoccasions.Wireless

multifunctionalfire

alarm

inthepaper

usesSTC89C51asthecore

controller,therealizationofthebasicfunctionsof

the

gassensorMQ-2,

ADC0809

converter

etc..Throughthese

sensorsandchips,

whenenvironmental

smokeconcentration

orcombustiblegas

concentration

changesthesystem

sendsoutcorresponding

lightalarm

signalandthesound

alarmsignal,

inorderto

achievesmokealarm,

whenthesmoke

reachesacertain

range,

thesystem

canalsodrive

therelay,

therelay

candriveaload,

suchas

aventilationfan,

alarm

signallamp,

firehydrant

watertapswitchetc..

Implementationofintelligent

alarmcontrol.Keywords:MQ-2gassensor;

firealarm;

MCU;

intelligentcontrol；DS18B20目錄摘要0Abstract11緒論31.1課題的研究背景31.2課題的研究目的與意義41.3火災(zāi)報(bào)警器的發(fā)展與現(xiàn)狀41.4課題的研究容52火災(zāi)報(bào)警器的總體方案設(shè)計(jì)62.1系統(tǒng)的功能要求62.2系統(tǒng)的技術(shù)要求62.3系統(tǒng)的組成及方案設(shè)計(jì)73系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)83.1主控電路93.2煙霧探測(cè)電路的設(shè)計(jì)123.2.1MQ-2介紹123.2.2ADC0809介紹143.3液晶顯示電路設(shè)計(jì)153.4聲光報(bào)警提示電路173.4.1燈光提示電路173.4.2聲音報(bào)警電路183.5溫度采集電路193.5.1DS18B20概述193.5.2DS18B20引腳介紹213.5.3DS18B20的部結(jié)構(gòu)213.5.4DS18B20的程序流程圖223.6按鍵電路224系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)234.1軟件介紹234.2系統(tǒng)程序流程圖265火災(zāi)報(bào)警器的測(cè)試結(jié)果及結(jié)論275.1調(diào)試275.2結(jié)論27致29參考文獻(xiàn)30源程序311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(duì)人類(lèi)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(lèi)一直也未停止過(guò)對(duì)它的研究。火災(zāi)早已成為我國(guó)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(shì)。在過(guò)去的很長(zhǎng)一段時(shí)間,人類(lèi)不得不進(jìn)行專(zhuān)題研究火災(zāi)過(guò)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(guò)程是一個(gè)復(fù)雜的物理和化學(xué)過(guò)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(guò)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(guò)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?；谏鲜鎏攸c(diǎn),早起的火災(zāi)探測(cè)技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生,特別是多的火災(zāi)探測(cè)技術(shù)被廣泛采用在火災(zāi)探測(cè)領(lǐng)域,如復(fù)合材料的物理參數(shù)復(fù)合煙氣溫度探測(cè)器,使用不同的帶光傳感器的復(fù)合雙波段火焰探測(cè)器。在我國(guó),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(chǎng)外部的求援行為困難重重。現(xiàn)代建筑,尤其是在大型酒店,賓館,商場(chǎng),圖書(shū)館,博物館,檔案館和辦公樓及其他公共場(chǎng)所,對(duì)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(shì)必要給國(guó)家和個(gè)人帶來(lái)不可估量的損失?；谏鲜銮闆r,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(lái)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(chǎng)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(mén)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(guó)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(méi)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(shuō),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。意義：在中國(guó)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(jiǎn)單的防火措施,有些悲劇是完全可以避免的。聲音和視覺(jué)的報(bào)警,對(duì)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(guó)家從社會(huì)各界意識(shí)到,聲光報(bào)警對(duì)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(méi)有安裝報(bào)警器。因此聲光報(bào)警,對(duì)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(lái),無(wú)線火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)在國(guó)外已被開(kāi)發(fā),并走向?qū)嵱?。起?無(wú)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(cè)設(shè)備的一部分。今天,幾乎所有的電氣裝置,可以通過(guò)無(wú)線遙控改變,可廣泛應(yīng)用于各類(lèi)建筑和場(chǎng)所。美國(guó)松柏公司〔ITI成立于1981年,是美國(guó)最大的無(wú)線報(bào)警系統(tǒng)制造商制造,其產(chǎn)品占90％的無(wú)線報(bào)警器在北美市場(chǎng)的年銷(xiāo)售額已接近一億美元。該公司生產(chǎn)的無(wú)線火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)還通過(guò)了中國(guó)的"國(guó)家消防電子產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)測(cè)試中心"的監(jiān)測(cè),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(wú)線安全系統(tǒng)?；馂?zāi)報(bào)警系統(tǒng)在中國(guó)相對(duì)較晚,與發(fā)達(dá)國(guó)家相比,20世紀(jì)70年代末的十年間,中國(guó)開(kāi)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(guó)各大廠商也大多是模仿國(guó)外產(chǎn)品,或引進(jìn)國(guó)外技術(shù)生產(chǎn)的,沒(méi)有真正意義上的核心技術(shù),市場(chǎng)剛剛開(kāi)始發(fā)展。真正的火災(zāi)報(bào)警產(chǎn)品的發(fā)展也促進(jìn)了市場(chǎng)的成熟,政府逐步開(kāi)放的大門(mén),在同一時(shí)間,外國(guó)公司開(kāi)始進(jìn)入中國(guó)的防火市場(chǎng),帶來(lái)先進(jìn)的技術(shù)在20世紀(jì)90年代。此期間,中國(guó)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(jī),但今天在市場(chǎng)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(guó)際標(biāo)準(zhǔn)。1.4課題的研究容火災(zāi)報(bào)警器,主要檢測(cè)溫度和煙霧,再通過(guò)單片機(jī)控制相應(yīng)的報(bào)警和驅(qū)動(dòng)負(fù)載。通過(guò)液晶顯示當(dāng)前的煙霧值和溫度值,通過(guò)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：⑴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)?！?軟件部分：包括微處理器控制程序的編制和原理圖的繪制?！?系統(tǒng)的綜合調(diào)試與分析：在軟硬件完成以后,要對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行綜合的測(cè)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(duì)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(cè)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(cè)。在實(shí)際使用中,根據(jù)不同的防火場(chǎng)所,用戶可以選用溫度探測(cè)法、可燃?xì)怏w檢測(cè)法及煙霧探測(cè)法等合適的火災(zāi)探測(cè)方法,來(lái)有效的探測(cè)火災(zāi)；<2>燈光報(bào)警功能：當(dāng)室煙霧濃度過(guò)大、有火情產(chǎn)生、故障等異常情況發(fā)生時(shí),報(bào)警器要進(jìn)行燈光報(bào)警。當(dāng)煙霧超過(guò)最大設(shè)定值時(shí),可以蜂鳴器報(bào)警。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(lèi)工程的需求。對(duì)于完整的一個(gè)系統(tǒng)而言,為提高市場(chǎng)的競(jìng)爭(zhēng)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(cè)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:由于不確定的電磁干擾可能存在在系統(tǒng)工作環(huán)境中,為了保證系統(tǒng)長(zhǎng)時(shí)間的可靠工作,以及減少誤報(bào)次數(shù),所以選擇多指示燈,指示不同的狀態(tài)。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(cè)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：AD煙霧采集模塊聲光報(bào)警提示模塊溫度采集模塊液晶顯示模塊按鍵模塊晶振電路單片機(jī)AD煙霧采集模塊聲光報(bào)警提示模塊溫度采集模塊液晶顯示模塊按鍵模塊晶振電路單片機(jī)復(fù)位電路復(fù)位電路圖2.13系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)總體電路圖3.1如圖3.1所示,上面的圖為protel99se所畫(huà),下面的圖為proteus仿真所畫(huà)。實(shí)時(shí)顯示當(dāng)前的煙霧值和溫度值,共有2個(gè)報(bào)警值〔可以通過(guò)按鍵設(shè)定,分別是溫度的上限和煙霧的上限報(bào)警值,當(dāng)煙霧超過(guò)的時(shí)候紅燈和蜂鳴器聲光報(bào)警,當(dāng)溫度超過(guò)時(shí)候黃燈和蜂鳴器聲光報(bào)警。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STC89C51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(mén)狗定時(shí)器,置4KBEEPROM,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(jí)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?？臻e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(xiě)FlashROM32個(gè)雙向I/O口256x8bit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(xiě)中斷口線3級(jí)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①主電源引腳〔2根VCC<Pin40>：電源輸入,接＋5V電源GND<Pin20>：接地線②外接晶振引腳〔2根XTAL1<Pin19>：片振蕩電路的輸入端XTAL2<Pin20>：片振蕩電路的輸出端③控制引腳〔4根RST/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,如果接高電平則從部程序存儲(chǔ)器讀指令。④可編程輸入/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〔Pin39～Pin32：8位雙向I/O口線,名稱(chēng)為P0.0～P0.7P1口〔Pin1～Pin8：8位準(zhǔn)雙向I/O口線,名稱(chēng)為P1.0～P1.7P2口〔Pin21～Pin28：8位準(zhǔn)雙向I/O口線,名稱(chēng)為P2.0～P2.7P3口〔Pin10～Pin17：8位準(zhǔn)雙向I/O口線,名稱(chēng)為P3.0～P3.7作頻率35Mhz,6T/12T可選。圖3.2STC89C51DIP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(guò)對(duì)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是片有ROM/EPROM的單片機(jī),因此,這種芯片構(gòu)成的最小系統(tǒng)簡(jiǎn)單﹑可靠。用STC89C52單片機(jī)構(gòu)成最小應(yīng)用系統(tǒng)時(shí),只要將單片機(jī)接上時(shí)鐘電路和復(fù)位電路即可,結(jié)構(gòu)如圖2-3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)鐘電路時(shí)鐘電路復(fù)位電路STC89C51單片機(jī)I/O口圖3.2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：一是部時(shí)鐘方式,二是外部時(shí)鐘方式。部時(shí)鐘方式如圖2-4所示。在STC89C51單片機(jī)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(jiǎn)稱(chēng)晶振>,就構(gòu)成了自激振蕩器并在單片機(jī)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5~30pF,典型值為30pF。晶振CYS的振蕩頻率圍在1.2~12MHz間選擇,典型值為12MHz和6MHz。圖3.4STC89C51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)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(jiǎn)單的上電自動(dòng)復(fù)位電路中上電自動(dòng)復(fù)位是通過(guò)外部復(fù)位電路的電容充放電來(lái)實(shí)現(xiàn)的。只要Vcc的上升時(shí)間不超過(guò)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(guò)RST<9>端與電源Vcc接通而實(shí)現(xiàn)的。圖3.5STC89C51復(fù)位電路〔3STC89C51中斷技術(shù)概述中斷技術(shù)主要用于實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)與控制,要求單片機(jī)能及時(shí)地響應(yīng)中斷請(qǐng)求源提出的服務(wù)請(qǐng)求,并作出快速響應(yīng)、及時(shí)處理。這是由片的中斷系統(tǒng)來(lái)實(shí)現(xiàn)的。當(dāng)中斷請(qǐng)求源發(fā)出中斷請(qǐng)求時(shí),如果中斷請(qǐng)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(qǐng)求。中斷服務(wù)處理程序處理完中斷服務(wù)請(qǐng)求后,再回到原來(lái)被中止的程序之處〔斷點(diǎn),繼續(xù)執(zhí)行被中斷的主程序。圖2-6為整個(gè)中斷響應(yīng)和處理過(guò)程。 圖3.6中斷響應(yīng)和處理過(guò)程如果單片機(jī)沒(méi)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(qǐng)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)在查詢方式中的等待現(xiàn)象,大提高了單片機(jī)的工作效率和實(shí)時(shí)性。3.2煙霧探測(cè)電路的設(shè)計(jì)圖3.7煙霧探測(cè)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(cè)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。3.2.1MQ-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(cè)量,而且它抗干擾能力強(qiáng),水蒸氣、煙等干擾氣體對(duì)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(zhǎng)期工作的穩(wěn)定性。<2>單電源供電,其功耗僅0.7W左右。<3>對(duì)所測(cè)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10~30。常見(jiàn)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。電路如右圖所示：器件的主要參數(shù)如下:響應(yīng)時(shí)間：Tr≤10s恢復(fù)時(shí)間：Tn≤60s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℃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。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瓷管、SnO2敏感層,測(cè)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,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６只針狀管腳,其中４個(gè)用于信號(hào)取出,２個(gè)用于提供加熱電流。上圖是MQ-2型元件典型氣體濃度測(cè)試特性曲線,在丁烷濃度0.6%以下有極高的靈敏度。上圖是MQ-2型元件通電時(shí)間特性曲線?？煽闯?通電后60~90s,元件即進(jìn)入穩(wěn)定待測(cè)工作狀態(tài)。MQ-2的特點(diǎn)和工作參數(shù)如下：特點(diǎn)：⑴廣泛的探測(cè)圍⑵高靈敏度／快速響應(yīng)恢復(fù)⑶優(yōu)異的穩(wěn)定性／長(zhǎng)壽命⑷簡(jiǎn)單的驅(qū)動(dòng)電路3.2.2ADC0809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(shuō)明各引腳功能。IN0～I(xiàn)N7：8路模擬量輸入端。2-1～2-8：8位數(shù)字量輸出端。ADDA、ADDB、ADDC：3位地址輸入線,用于選通8路模擬輸入中的一路ALE：地址鎖存允許信號(hào),輸入,高電平有效。START：A/D轉(zhuǎn)換啟動(dòng)脈沖輸入端,輸入一個(gè)正脈沖〔至少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。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。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(kāi)輸出三態(tài)門(mén),輸出數(shù)字量。CLK：時(shí)鐘脈沖輸入端。要求時(shí)鐘頻率不高于640KHZ。REF〔+、REF〔-：基準(zhǔn)電壓。Vcc：電源,單一+5V。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?指示A/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(qǐng)。當(dāng)OE輸入高電平時(shí),輸出三態(tài)門(mén)打開(kāi),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(wèn)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?！?定時(shí)傳送方式對(duì)于一種A/D轉(zhuǎn)換器來(lái)說(shuō),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128μs,相當(dāng)于6MHz的MCS-51單片機(jī)共64個(gè)機(jī)器周期。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?！?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(cè)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(qǐng)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(guò)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液晶顯示電路設(shè)計(jì)圖3.8液晶顯示電路設(shè)計(jì)LCD1602A是一種工業(yè)字符型液晶,能夠同時(shí)顯示16x02即32個(gè)字符?！?6列2行。在日常生活中,我們對(duì)液晶顯示器并不陌生。液晶顯示模塊已作為很多電子產(chǎn)品的通過(guò)器件,如在計(jì)算器、萬(wàn)用表、電子表及很多家用電子產(chǎn)品中都可以看到,顯示的主要是數(shù)字、專(zhuān)用符號(hào)和圖形。在單片機(jī)的人機(jī)交流界面中,一般的輸出方式有以下幾種：發(fā)光管、LED數(shù)碼管、液晶顯示器。發(fā)光管和LED數(shù)碼管比較常用,軟硬件都比較簡(jiǎn)單。在單片機(jī)系統(tǒng)中應(yīng)用晶液顯示器作為輸出器件有以下幾個(gè)優(yōu)點(diǎn)：由于液晶顯示器每一個(gè)點(diǎn)在收到信號(hào)后就一直保持那種色彩和亮度,恒定發(fā)光,而不像陰極射線管顯示器〔CRT那樣需要不斷刷新新亮點(diǎn)。因此,液晶顯示器畫(huà)質(zhì)高且不會(huì)閃爍。液晶顯示器都是數(shù)字式的,和單片機(jī)系統(tǒng)的接口更加簡(jiǎn)單可靠,操作更加方便。液晶顯示器通過(guò)顯示屏上的電極控制液晶分子狀態(tài)來(lái)達(dá)到顯示的目的,在重量上比相同顯示面積的傳統(tǒng)顯示器要輕得多。相對(duì)而言,液晶顯示器的功耗主要消耗在其部的電極和驅(qū)動(dòng)IC上,因而耗電量比其它顯示器要少得多。〔1引腳說(shuō)明：第1腳：VSS為地電源。第2腳：VDD接5V正電源。第3腳：VL為液晶顯示器對(duì)比度調(diào)整端,接正電源時(shí)對(duì)比度最弱,接地時(shí)對(duì)比度最高,對(duì)比度過(guò)高時(shí)會(huì)產(chǎn)生"鬼影",使用時(shí)可以通過(guò)一個(gè)10K的電位器調(diào)整對(duì)比度。第4腳：RS為寄存器選擇,高電平時(shí)選擇數(shù)據(jù)寄存器、低電平時(shí)選擇指令寄存器。第5腳：R/W為讀寫(xiě)信號(hào)線,高電平時(shí)進(jìn)行讀操作,低電平時(shí)進(jìn)行寫(xiě)操作。當(dāng)RS和R/W共同為低電平時(shí)可以寫(xiě)入指令或者顯示地址,當(dāng)RS為低電平R/W為高電平時(shí)可以讀忙信號(hào),當(dāng)RS為高電平R/W為低電平時(shí)可以寫(xiě)入數(shù)據(jù)。第6腳：E端為使能端,當(dāng)E端由高電平跳變成低電平時(shí),液晶模塊執(zhí)行命令。第7～14腳：D0～D7為8位雙向數(shù)據(jù)線。第15腳：背光源正極。第16腳：背光源負(fù)極?！?1602LCD的RAM地址映射以及標(biāo)準(zhǔn)字庫(kù)表LCD1602液晶模塊部的字符發(fā)生存儲(chǔ)器已經(jīng)存儲(chǔ)了160個(gè)不同的點(diǎn)陣字符圖形,這些字符圖有：阿拉伯?dāng)?shù)字、英文字母的大小寫(xiě)、常用的符號(hào)、和日文假名等,每一個(gè)字符都有一個(gè)固定的代碼,比如大寫(xiě)的英文字母"A"的代碼是01000001B〔41H,顯示時(shí)模塊把地址41H中的點(diǎn)陣字符圖形顯示出來(lái),我們就能看到字母。它的讀寫(xiě)操作、屏幕和光標(biāo)的操作都是通過(guò)指令編程來(lái)實(shí)現(xiàn)的〔說(shuō)明：1為高電平,0為低電平。指令1：清顯示,指令碼01H,光標(biāo)復(fù)位到地址00H位置。指令2：光標(biāo)復(fù)位,光標(biāo)返回到地址00H。指令3：光標(biāo)和顯示模式設(shè)置I/D：光標(biāo)移動(dòng)方向,高電平右移,低電平左移。S：屏幕上所有文字是否左移或者右移。高電平表示有效,低電平則無(wú)效。指令4：顯示開(kāi)關(guān)控制。D：控制整體顯示的開(kāi)與關(guān),高電平表示開(kāi)顯示,低電平表示關(guān)顯示。C：控制光標(biāo)的開(kāi)與關(guān),高電平表示有光標(biāo),低電平表示無(wú)光標(biāo)。B：控制光標(biāo)是否閃爍,高電平閃爍,低電平不閃爍。指令5：光標(biāo)或顯示移位S/C：高電平時(shí)移動(dòng)顯示的文字,低電平時(shí)移動(dòng)光標(biāo)。指令6：功能設(shè)置命令DL：高電平時(shí)為4位總線,低電平時(shí)為8位總線。N：低電平時(shí)為單行顯示,高電平時(shí)雙行顯示。F：低電平時(shí)顯示5X7的點(diǎn)陣字符,高電平時(shí)顯示5x10的點(diǎn)陣字符〔有些模塊是DL：高電平時(shí)為8位總線,低電平時(shí)為4位總線。指令7：字符發(fā)生器RAM地址設(shè)置。指令8：DDRAM地址設(shè)置。指令9：讀出忙信號(hào)和光標(biāo)地址。BF為忙標(biāo)志位,高電平表示忙,此時(shí)模塊不能接收命令或者數(shù)據(jù),如果為低電平表示不忙,模塊就能接收相應(yīng)的命令或者數(shù)據(jù)。指令10：寫(xiě)數(shù)據(jù)。指令11：讀數(shù)據(jù)。液晶顯示模塊是一個(gè)慢顯示器件,所以在執(zhí)行每條指令之前一定要確認(rèn)模塊的忙標(biāo)志為低電平,表示不忙,否則此指令失效。要顯示字符時(shí)要先輸入顯示字符地址,也就是告訴模塊在哪里顯示字符。1602部顯示地址如圖3-6所示：圖3-61602部顯示地址例如第二行第一個(gè)字符的地址是40H,那么是否直接寫(xiě)入40H就可以將光標(biāo)定位在第二行第一個(gè)字符的位置呢？這樣不行,因?yàn)閷?xiě)入顯示地址時(shí)要求最高位D7恒定為高電平1,所以實(shí)際寫(xiě)入的數(shù)據(jù)應(yīng)該是01000000B〔40H+10000000B<80H>=11000000B<C0H>。在對(duì)液晶模塊的初始化中要先設(shè)置其顯示模式,在液晶模塊顯示字符時(shí)光標(biāo)是自動(dòng)右移的,無(wú)需人工干預(yù)。每次輸入指令前都要判斷液晶模塊是否處于忙的狀態(tài)。1602液晶模塊部的字符發(fā)生存儲(chǔ)器〔CGROM已經(jīng)存儲(chǔ)了160個(gè)不同的點(diǎn)陣字符圖形,如下圖所示,這些字符有：阿拉伯?dāng)?shù)字、英文字母的大小寫(xiě)、常用的符號(hào)、和日文假名等,每一個(gè)字符都有一個(gè)固定的代碼,比如大寫(xiě)的英文字母"A"的代碼是01000001B〔41H,顯示時(shí)模塊把地址41H中的點(diǎn)陣字符圖形顯示出來(lái),我們就能看到字母"A"。液晶顯示的原理是利用液晶的物理特性,通過(guò)電壓對(duì)其顯示區(qū)域進(jìn)行控制,有電就有顯示,這樣即可以顯示出圖形。液晶顯示器具有厚度薄、適用于大規(guī)模集成電路直接驅(qū)動(dòng)、易于實(shí)現(xiàn)全彩色顯示的特點(diǎn),目前已經(jīng)被廣泛應(yīng)用在便攜式電腦、數(shù)字?jǐn)z像機(jī)、PDA移動(dòng)通信工具等眾多領(lǐng)域。3.4聲光報(bào)警提示電路3.4.1燈光提示電路圖3.9燈光提示電路LED英文單詞的縮寫(xiě),主要含義：LED=LightEmittingDiode,發(fā)光二極管,是一種能夠?qū)㈦娔苻D(zhuǎn)化為可見(jiàn)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(chǎng)發(fā)光。據(jù)分析,LED的特點(diǎn)非常明顯,壽命長(zhǎng)、光效高、輻射低與功耗低。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(zhǎng)壽命、無(wú)毒、可回收再利用等優(yōu)點(diǎn),被稱(chēng)為是21世紀(jì)最有發(fā)展前景的綠色照明光源。我國(guó)的LED產(chǎn)業(yè)起步于20世紀(jì)70年代,經(jīng)過(guò)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(guó)已成為世界第一大照明電器生產(chǎn)國(guó)和第二大照明電器出口國(guó)。近幾年來(lái),隨著人們對(duì)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(kāi)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(jiàn)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源市場(chǎng)成為可能。曾經(jīng)有人指出,高亮度LED將是人類(lèi)繼愛(ài)迪生發(fā)明白熾燈泡后,最偉大的發(fā)明之一。本設(shè)計(jì)利用不同顏色的LED指示不同的煙霧濃度報(bào)警。3.4.2聲音報(bào)警電路圖3.10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(chē)電子設(shè)備、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(lèi)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。多諧振蕩器由晶體管或集成電路構(gòu)成。當(dāng)接通電源后〔1.5~15V直流工作電壓,多諧振蕩器起振,輸出1.5~2.5kHZ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瓷材料制成。在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(guò)電磁線圈,使電磁線圈產(chǎn)生磁場(chǎng)。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(wú)源蜂鳴器就可以發(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(lái)選擇。本設(shè)計(jì)采用有源蜂鳴器。三極管Q1起開(kāi)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溫度采集電路圖3.11溫度采集電路3.5.1DS18B20概述在現(xiàn)代檢測(cè)技術(shù)中,傳感器占據(jù)著不可動(dòng)搖的重要位置。主機(jī)對(duì)數(shù)據(jù)的處理能力已經(jīng)相當(dāng)?shù)膹?qiáng),但是對(duì)現(xiàn)實(shí)世界中的模擬量卻無(wú)能為力。如果沒(méi)有各種精確可靠的傳感器對(duì)非電量和模擬信號(hào)進(jìn)行檢測(cè)并提供可靠的數(shù)據(jù),那計(jì)算機(jī)也無(wú)法發(fā)揮他應(yīng)有的作用。傳感器把非電量轉(zhuǎn)換為電量,經(jīng)過(guò)放大處理后,轉(zhuǎn)換為數(shù)字量輸入計(jì)算機(jī),由計(jì)算機(jī)對(duì)信號(hào)進(jìn)行分析處理。從而傳感器技術(shù)與計(jì)算機(jī)技術(shù)結(jié)合起來(lái),對(duì)自動(dòng)化和信息化起重要作用。采用各種傳感器和微處理技術(shù)可以對(duì)各種工業(yè)參數(shù)及工業(yè)產(chǎn)品進(jìn)行測(cè)控及檢驗(yàn),準(zhǔn)確測(cè)量產(chǎn)品性能,及時(shí)發(fā)現(xiàn)隱患。為提高產(chǎn)品質(zhì)量、改進(jìn)產(chǎn)品性能,防止事故發(fā)生提供必要的信息和更可靠的數(shù)據(jù)。由于系統(tǒng)的工作環(huán)境比較惡劣,且對(duì)測(cè)量要求比較高,所以選擇合適的傳感器很重要。目前,國(guó)際上新型溫度傳感器正從模擬式向數(shù)字式、從集成化向智能化和網(wǎng)絡(luò)化的方向飛速發(fā)展。智能溫度傳感器DS18B20正是朝著高精度、多功能、總線標(biāo)準(zhǔn)化、高可靠性及安全性、開(kāi)發(fā)虛擬傳感器和網(wǎng)絡(luò)傳感器、研制單片測(cè)溫系統(tǒng)等高科技的方向迅速發(fā)展。因此,智能溫度傳感器DS18B20作為溫度測(cè)量裝置已廣泛應(yīng)用于人民的日常生活和工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中。美國(guó)DALLAS公司生產(chǎn)的DS18B20可組網(wǎng)數(shù)字溫度傳感器芯片外加不銹鋼保護(hù)管封裝而成,具有耐磨耐碰,體積小,使用方便,封裝形式多樣,適用于各種狹小空間設(shè)備數(shù)字測(cè)溫和控制領(lǐng)域。有獨(dú)特的單線接口方式,DS1820在與微處理器連接時(shí)僅需要一條口線即可實(shí)現(xiàn)微處理器與DS1820的雙向通訊；其測(cè)溫圍－55℃～＋125℃,固有測(cè)溫分辨率0.5℃；支持多點(diǎn)組網(wǎng)功能；多個(gè)DS1820可以并聯(lián)在唯一的三線上,實(shí)現(xiàn)多點(diǎn)測(cè)溫；工作電源為3~5V/DC；在使用中不需要任何外圍元件。DS18B20的性能特點(diǎn)如下：〔1采用DALLAS公司獨(dú)特的單線接口方式：DS18B20與微處理器連接時(shí)僅需要一條口線即可實(shí)現(xiàn)微處理器與DS18B20的雙向通訊；〔2在使用中不需要任何外圍元件；〔3可用數(shù)據(jù)線供電,供電電壓圍：+3.0V～+5.5V；〔4測(cè)溫圍：-55～+125℃。固有測(cè)溫分辨率為0.5℃。當(dāng)在-10℃～+85℃圍,可確保測(cè)量誤差不超過(guò)0.5℃,在-55～+125℃圍,測(cè)量誤差也不超過(guò)2℃；〔5通過(guò)編程可實(shí)現(xiàn)9～12位的數(shù)字讀數(shù)方式；〔6用戶可自設(shè)定非易失性的報(bào)警上下限值；〔7支持多點(diǎn)的組網(wǎng)功能,多個(gè)DS18B20可以并聯(lián)在唯一的三線上,實(shí)現(xiàn)多點(diǎn)測(cè)溫〔8負(fù)壓特性,即具有電源反接保護(hù)電路。當(dāng)電源電壓的極性反接時(shí),能保護(hù)DS18B20不會(huì)因發(fā)熱而燒毀,但此時(shí)芯片無(wú)常工作；〔9DS18B20的轉(zhuǎn)換速率比較高,進(jìn)行9位的溫度值轉(zhuǎn)換只需93.75ms；〔10適配各種單片機(jī)或系統(tǒng)；〔11含64位激光修正的只讀存儲(chǔ)ROM,扣除8位產(chǎn)品系列號(hào)和8位循環(huán)冗余校驗(yàn)碼<CRC>之后,產(chǎn)品序號(hào)占48位。出廠前產(chǎn)品序號(hào)存入其ROM中。在構(gòu)成大型溫控系統(tǒng)時(shí),允許在單線總線上掛接多片DS18B20。3.5.2DS18B20引腳介紹圖3.12DS18B20引腳各引腳功能為：I/O為數(shù)據(jù)輸入/輸出端〔即單線總線,它屬于漏極開(kāi)路輸出,外接上拉電阻后,常態(tài)下呈高電平。UDD是可供選用的外部電源端,不用時(shí)接地,GND為地,NC空腳。3.5.3DS18B20的部結(jié)構(gòu)DS18B20的部結(jié)構(gòu)主要包括7部分:寄生電源、溫度傳感器、64位激光〔loserROM與單線接口、高速暫存器〔即便筏式RAM,用于存放中間數(shù)據(jù)、TH觸發(fā)寄存器和TL觸發(fā)寄存器,分別用來(lái)存儲(chǔ)用戶設(shè)定的溫度上下限值、存儲(chǔ)和控制邏輯、位循環(huán)冗余校驗(yàn)碼〔CRC發(fā)生器。圖3.13DS18B20部結(jié)構(gòu)3.5.4DS18B20的程序流程圖否是否是發(fā)出溫度轉(zhuǎn)換命令寫(xiě)入18B20讀溫度前復(fù)位顯示測(cè)溫點(diǎn)位置18B20復(fù)位開(kāi)始18B20存在？延時(shí)發(fā)出讀溫度命令寫(xiě)入18B20讀入溫度值數(shù)據(jù)返回延時(shí)圖3.1418B20程序流程圖3.6按鍵電路本設(shè)計(jì)采用按鍵接低的方式來(lái)讀取按鍵,單片機(jī)初始時(shí),因?yàn)闉楦唠娖?當(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(duì)信號(hào)進(jìn)行處理單片機(jī)鍵盤(pán)有獨(dú)立鍵盤(pán)和矩陣式鍵盤(pán)兩種：獨(dú)立鍵盤(pán)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(jiǎn)單且系統(tǒng)更加穩(wěn)定；而矩陣式鍵盤(pán)式接法程序比較復(fù)雜,但是占用的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(pán)接法。獨(dú)立式鍵盤(pán)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(lái)判斷是否有鍵按下。將常開(kāi)按鍵的一端接地,另一端接一個(gè)I/O口,程序開(kāi)始時(shí)將此I/O口置于高電平,平時(shí)無(wú)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)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(duì)鍵盤(pán)處理的時(shí)候涉及到了一個(gè)重要的過(guò)程,那就是鍵盤(pán)的去抖動(dòng)。這里說(shuō)的抖動(dòng)是機(jī)械的抖動(dòng),是當(dāng)鍵盤(pán)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?cè)诎存I時(shí)通過(guò)注意可以避免的。這種抖動(dòng)一般10~200毫秒之間,這種不穩(wěn)定電平的抖動(dòng)時(shí)間對(duì)于人來(lái)說(shuō)太快了,而對(duì)于時(shí)鐘是微秒的單片機(jī)而言則是慢長(zhǎng)的。硬件去抖動(dòng)就是用部分電路對(duì)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(pán)穩(wěn)定了再對(duì)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)10~200毫秒以避開(kāi)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10~200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軟件介紹KeilC51是美國(guó)KeilSoftware公司出品的51系列兼容單片機(jī)C語(yǔ)言軟件開(kāi)發(fā)系統(tǒng),與匯編相比,C語(yǔ)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(shì),因而易學(xué)易用。用過(guò)匯編語(yǔ)言后再使用C來(lái)開(kāi)發(fā),體會(huì)更加深刻。KeilC51軟件提供豐富的庫(kù)函數(shù)和功能強(qiáng)大的集成開(kāi)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KeilC51生成的目標(biāo)代碼效率非常之高,多數(shù)語(yǔ)句生成的匯編代碼很緊湊,容易理解。在開(kāi)發(fā)大型軟件時(shí)更能體現(xiàn)高級(jí)語(yǔ)言的優(yōu)勢(shì)。下面詳細(xì)介紹KeilC51開(kāi)發(fā)系統(tǒng)各部分功能和使用。Keil_c軟件界面如圖圖4.1Keil_c軟件界面Protel99SE是PORTEL公司在80年代末推出的EDA軟件。Protel99SE是應(yīng)用于Windows9X/2000/NT操作系統(tǒng)下的EDA設(shè)計(jì)軟件,采用設(shè)計(jì)庫(kù)管理模式,可以網(wǎng)設(shè)計(jì),具有很強(qiáng)的數(shù)據(jù)交換能力和開(kāi)放性及3D模擬功能,是一個(gè)32位的設(shè)計(jì)軟件,可以完成電路原理圖設(shè)計(jì),印制電路板設(shè)計(jì)和可編程邏輯器件設(shè)計(jì)等工作,可以設(shè)計(jì)32個(gè)信號(hào)層,16個(gè)電源--地層和16個(gè)機(jī)加工層。Protel99SE軟件的特點(diǎn)：可生成30多種格式的電氣連接網(wǎng)絡(luò)表；強(qiáng)大的全局編輯功能；在原理圖中選擇一級(jí)器件,PCB中同樣的器件也將被選中；同時(shí)運(yùn)行原理圖和PCB,在打開(kāi)的原理圖和PCB圖間允許雙向交叉查找元器件、引腳、網(wǎng)絡(luò)既可以進(jìn)行正向注釋元器件標(biāo)號(hào)〔由原理圖到PCB,也可以進(jìn)行反向注釋〔由PCB到原理圖,以保持電氣原理圖和PCB在設(shè)計(jì)上的一致性；滿足國(guó)際化設(shè)計(jì)要求〔包括國(guó)標(biāo)標(biāo)題欄輸出,GB4728國(guó)標(biāo)庫(kù)；*方便易用的數(shù)?；旌戏抡妗布嫒軸PICE3f5；支持用CUPL語(yǔ)言和原理圖設(shè)計(jì)PLD,生成標(biāo)準(zhǔn)的JED下載文件；*PCB可設(shè)計(jì)32個(gè)信號(hào)層,16個(gè)電源-地層和16個(gè)機(jī)加工層；強(qiáng)大的"規(guī)則驅(qū)動(dòng)"設(shè)計(jì)環(huán)境,符合在線的和批處理的設(shè)計(jì)規(guī)則檢查；智能覆銅功能,覆鈾可以自動(dòng)重鋪；提供大量的工業(yè)化標(biāo)準(zhǔn)電路板做為設(shè)計(jì)模版；圖17Prtel99SE軟件界面Protel99SE的工作界面是一種標(biāo)準(zhǔn)的Windows界面,如圖所示,包括：標(biāo)題欄、主菜單、標(biāo)準(zhǔn)工具欄、繪圖工具欄、狀態(tài)欄、對(duì)象選擇按鈕、預(yù)覽對(duì)象方位控制按鈕、仿真進(jìn)程控制按鈕、預(yù)覽窗口、對(duì)象選擇器窗口、圖形編輯窗口。4.2系統(tǒng)程序流程圖Y結(jié)束設(shè)置相應(yīng)參數(shù)顯示設(shè)置數(shù)值N判斷按鍵是否按下執(zhí)行相應(yīng)的指示控制判斷當(dāng)前煙霧和溫度范圍讀取AD轉(zhuǎn)換煙霧值初始化開(kāi)始Y結(jié)束設(shè)置相應(yīng)參數(shù)顯示設(shè)置數(shù)值N判斷按鍵是否按下執(zhí)行相應(yīng)的指示控制判斷當(dāng)前煙霧和溫度范圍讀取AD轉(zhuǎn)換煙霧值初始化開(kāi)始5火災(zāi)報(bào)警器的測(cè)試結(jié)果及結(jié)論5.1調(diào)試調(diào)試過(guò)程中首先要檢測(cè)的就是硬件電路的設(shè)計(jì)原理是否正確、能否達(dá)到預(yù)期效果以及實(shí)現(xiàn)方法是否簡(jiǎn)便等等；其次在焊接好難有線電路之后,認(rèn)真檢查電路的焊接情況。這次采用的是分塊調(diào)試的方法,煙霧探測(cè)電路,控制電路以及單片機(jī)控制電路進(jìn)行調(diào)試。在對(duì)每個(gè)模塊的進(jìn)行調(diào)試過(guò)程中又采用了由局部到整體,由簡(jiǎn)單到復(fù)雜的調(diào)試方法,最后再將各個(gè)模塊總和成一個(gè)整體。在調(diào)試過(guò)程中遇到的問(wèn)題有：由于在焊電路之前沒(méi)有認(rèn)真的查看STC89C51的管腳,使得管腳的順序全部焊錯(cuò)了,最后只好重新買(mǎi)器件重焊；煙霧值一直顯示很高,經(jīng)過(guò)查閱資料和換元件測(cè)試發(fā)現(xiàn),煙霧傳感器初次使用得通電幾小時(shí)以上才可以正常使用,要做老化試驗(yàn)。在解碼程序的編寫(xiě)過(guò)程中,隨著理解的深入也作了相應(yīng)的修改。5.2結(jié)論火災(zāi)為一種由于燃燒失去控制所引發(fā)的災(zāi)害,對(duì)人類(lèi)的生命財(cái)產(chǎn)和社會(huì)安全穩(wěn)定構(gòu)成了極大的威脅。由此引發(fā)的重大安全事故比比皆是,所以人類(lèi)一直也未停止過(guò)對(duì)火災(zāi)的研究。本文在參考了國(guó)外大量資料的基礎(chǔ)上,針對(duì)傳統(tǒng)的一系列火災(zāi)報(bào)警探測(cè)器存在的問(wèn)題,合理地提出了火災(zāi)報(bào)警器的設(shè)計(jì)方法。極提高了產(chǎn)品的實(shí)用性和市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。本課題中設(shè)計(jì)的火災(zāi)報(bào)警探測(cè)器由傳感器電路與無(wú)線通信電路兩大部分構(gòu)成?？刂铺幚砥魇且怨苣_資源豐富的STC89C51為核心,實(shí)現(xiàn)對(duì)探測(cè)器寫(xiě)入信號(hào)和對(duì)信號(hào)進(jìn)行編譯等人機(jī)交互功能。應(yīng)用程序以C語(yǔ)言編寫(xiě),充分利用芯片的部資源,提高了代碼執(zhí)行效率,減小了代碼的容量。由于該探測(cè)器具有體積小、功耗低、安裝調(diào)試簡(jiǎn)單、可靠性高等優(yōu)點(diǎn),因此,該火災(zāi)探測(cè)器有著良好的市場(chǎng)前景。但是,由于本人在各方面的知識(shí)不夠全面,再加上時(shí)間緊迫以及實(shí)驗(yàn)條件的限制,該報(bào)警器還有較多需要提高的地方。比如：添加感應(yīng)溫度的傳感器,通過(guò)多方面判斷火災(zāi)。致這次畢業(yè)設(shè)計(jì)得到了很多人的幫助,其中**老師對(duì)我的關(guān)心和支持尤為重要,每次遇到難題,我首先想到的就是向金老師尋求幫助。另外,他嚴(yán)謹(jǐn)?shù)淖黠L(fēng)使我的論文即使在謹(jǐn)小細(xì)微處也給予了糾正,讓我的論文無(wú)論是結(jié)構(gòu)還是容變得更加公整、緊湊,感金老師對(duì)我的悉心指導(dǎo)。感校方給予我這樣一次機(jī)會(huì),能夠獨(dú)立地完成這樣一個(gè)設(shè)計(jì),作為檢驗(yàn)這些年來(lái)學(xué)習(xí)的成果,在這個(gè)過(guò)程當(dāng)中,學(xué)校給予我們各種方便,使我們?cè)诩磳㈦x校的最后一段時(shí)間里,能夠更多學(xué)習(xí)一些實(shí)踐應(yīng)用知識(shí),增強(qiáng)了我們實(shí)踐操作和動(dòng)手應(yīng)用能力,提高了獨(dú)立思考的能力。再一次對(duì)我的母校表示感。感在整個(gè)畢業(yè)設(shè)計(jì)期間和我密切合作的同學(xué),和曾經(jīng)在各個(gè)方面給予過(guò)我?guī)椭幕锇閭?正是因?yàn)橛辛四銈兊膸椭?才讓我不僅學(xué)到了本次課題所涉及的新知識(shí),更讓我感覺(jué)到了知識(shí)以外的東西,那就是團(tuán)結(jié)的力量。參考文獻(xiàn)[1]權(quán)昌,興富.單片機(jī)原理及應(yīng)用[M].:華南理工大學(xué),2007.8[2]慶亮.C語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)實(shí)用教程[M].:機(jī)械工業(yè),2005.3[3]志忠.數(shù)字電子技術(shù)[M].:高等教育,2003.12.[4]及力.Protel99SE原理圖與PCB設(shè)計(jì)教程[M].:電子工業(yè),2007.8.[5]徐江海.單片機(jī)實(shí)用教程[M].:機(jī)械工業(yè),2006.12[6]胡宴如.模擬電子技術(shù)[M].:高等教育,2008.6[7]寧.單片機(jī)多功能時(shí)鐘的設(shè)計(jì)[M].:海洋學(xué)院,2009.[8]汪文,林.單片機(jī)原理及應(yīng)用[M].:華中科技大學(xué),2007.[9]康華光.電子技術(shù)基礎(chǔ)數(shù)字部分[M].:高等教育,2008.源程序//程序頭函數(shù)#include<reg52.h>//顯示函數(shù)#include<display.h>//宏定義#defineuintunsignedint#defineucharunsignedchar#defineData_ADC0809P1//管腳聲明sbitLED_wendu=P2^2;sbitLED_yanwu=P2^1;sbitbaojing=P2^5;sbitDQ=P2^0;//ADC0809sbitST=P3^3;sbitEOC=P3^6;sbitOE=P3^2;//按鍵sbitKey1=P2^6;sbitKey2=P2^7;sbitKey3=P3^7;signedcharw; //溫度值全局變量uintc; //溫度值全局變量bitbdataflag=0;//酒精含量變量uchartemp;ucharyushe_wendu=50;ucharyushe_yanwu=45;//按鈕模式|ucharMode=0;//函數(shù)聲明externucharADC0809<>;externvoidKey<>;voiddelay<uintz>{ uinti,j; for<i=0;i<z;i++> for<j=0;j<121;j++>;}/*****延時(shí)子程序*****/voidDelay_DS18B20<intnum>{while<num-->;}/*****初始化DS18B20*****/voidInit_DS18B20<void>{unsignedcharx=0;DQ=1;//DQ復(fù)位Delay_DS18B20<8>;//稍做延時(shí)DQ=0;//單片機(jī)將DQ拉低Delay_DS18B20<80>;//精確延時(shí),大于480usDQ=1;//拉高總線Delay_DS18B20<14>;x=DQ;//稍做延時(shí)后,如果x=0則初始化成功,x=1則初始化失敗Delay_DS18B20<20>;}/*****讀一個(gè)字節(jié)*****/unsignedcharReadOneChar<void>{unsignedchari=0;unsignedchardat=0;for<i=8;i>0;i-->{DQ=0;//給脈沖信號(hào)dat>>=1;DQ=1;//給脈沖信號(hào)if<DQ>dat|=0x80;Delay_DS18B20<4>;}return<dat>;}/*****寫(xiě)一個(gè)字節(jié)*****/voidWriteOneChar<unsignedchardat>{unsignedchari=0;for<i=8;i>0;i-->{DQ=0;DQ=dat&0x01;Delay_DS18B20<5>;DQ=1;dat>>=1;}}/*****讀取溫度*****/unsignedintReadTemperature<void>{unsignedchara=0;unsignedcharb=0;unsignedintt=0;floattt=0;Init_DS18B20<>;WriteOneChar<0xCC>;//跳過(guò)讀序號(hào)列號(hào)的操作WriteOneChar<0x44>;//啟動(dòng)溫度轉(zhuǎn)換Init_DS18B20<>;WriteOneChar<0xCC>;//跳過(guò)讀序號(hào)列號(hào)的操作WriteOneChar<0xBE>;//讀取溫度寄存器a=ReadOneChar<>;//讀低8位b=ReadOneChar<>;//讀高8位t=b;t<<=8;t=t|a;tt=t*0.0625;t=tt*10+0.5;//放大10倍輸出并四舍五入return<t>;}//=====================================================================================//=====================================================================================//=============================================