【《基于STC89C52單片機的智能火災自動報警系統(tǒng)設(shè)計》16000字（論文）】

1基于STC89C52單片機的智能火災自動報警系統(tǒng)設(shè)計安全用火是從人類幾千年前就開始研究的技能。隨著現(xiàn)代社會的發(fā)展，人們對于用火、用電的場合越來越多，在人們的生產(chǎn)和生活中，火災也時有發(fā)生。為了避免火災引起人身傷害和財產(chǎn)損失，人們致力于對于火災的預防和報警的研究，這對于在家中單獨居住的老人等弱勢群體，都有非常好的作用，及時進行預防和報警，以降低各項損失。本課題研究的是一種基于WiFi模塊的火災自動報警系統(tǒng)，它是以宏晶科技公司的STC89C52單片機為控制核心，利用DS18B20溫度傳感器采集模擬火災現(xiàn)場的溫度，利用MQ-2采集現(xiàn)場的煙霧濃度。如果溫度或者煙霧超標時，會通過WiFi向設(shè)定的手機發(fā)送報警信息，在現(xiàn)場進行光信號和聲音信號報警，還可以通過繼電器控制排風扇進行排煙和灑水?，F(xiàn)場通過LCD1602液晶顯示屏，可以實時顯示當前的溫度值和煙霧濃度值，設(shè)置有按鍵接口，可以對溫度和煙霧濃度的報警值進行設(shè)定，以此避免不必要的誤報。經(jīng)制作實物調(diào)試后，該裝置可以對可能發(fā)生的火災進行判定并發(fā)送報警短信至預定手機，起到提示1緒論 21.1設(shè)計背景及意義 21.2國內(nèi)外研究現(xiàn)狀 31.3研究發(fā)展趨勢 41.4主要研究內(nèi)容 42總體方案設(shè)計 52.1系統(tǒng)的功能要求 52.2火災產(chǎn)生過程分析 52.3系統(tǒng)的組成及方案設(shè)計 62.4系統(tǒng)的硬件選型 63系統(tǒng)的硬件設(shè)計 73.1主控電路的設(shè)計 73.2煙霧探測電路的設(shè)計 3.3液晶顯示電路的設(shè)計 3.4聲光報警提示電路的設(shè)計 2 3.6按鍵電路的設(shè)計 3.7繼電器驅(qū)動接口電路的設(shè)計 21 21 22 23 1緒論1.1設(shè)計背景及意義隨著工業(yè)技術(shù)的發(fā)展和經(jīng)濟的提速，人們利用火的能量創(chuàng)造了很多先進的事物，人們利用這些先進的事物對人類的生活產(chǎn)生了極大的幫助。但是也是由于對火的利用的不規(guī)范，給人們帶來了一些災難和困惑，甚至造成了人身傷亡和不必要的財產(chǎn)損失1。在現(xiàn)代社會，伴隨著用電設(shè)備的增多，導致火災的源頭就變得越來越多，其中火災發(fā)生比較集中的區(qū)域在城市人口密集處、茂盛的森林、樓層很高的樓房和一些防火設(shè)施做的不完善的公共娛樂區(qū)等幾處區(qū)域。我們國家的研究部門在對過往發(fā)生的火災定量統(tǒng)計分析，經(jīng)過分析發(fā)現(xiàn)引起火災的主因有以下幾種：人為縱火、電氣火災、雷擊等。在所有自然界發(fā)生的各種各樣的災害中，除了地震、洪水之外，對人們和動植物、環(huán)境影響最大的還是火災。每一次自然災害的影響，除了對人身造成傷害外，也會對當?shù)氐沫h(huán)境產(chǎn)生較大的影響，更為嚴重的是對人們、對事物的認識產(chǎn)生影響，甚至扭曲人的價值觀。近年來隨著社會高速的發(fā)展和經(jīng)濟持續(xù)的大幅度增長，人們的各項物質(zhì)文化資料都得到了空前的提高，家用電器也越來越智能化，家居裝飾用的材料也越來越高端，裝修風格日趨滿足人們的個性要求，這也直接導致了火災的隱患越來越多。同時，各種用電設(shè)備和家居的制造質(zhì)量和材料，也參差不齊，有些設(shè)備的材料都是易燃易爆，可控性不強的材料。隨著工作節(jié)奏的加快和人們面對事物處理的增多，人們的心里壓力也比較大，有需要一個合適的減壓場地去消除人們心中的壓力，KTV游戲廳洗浴城等娛樂場所起到了非常大的作用。但是也就是這些地方，存在非常嚴峻的火災隱患，人口密集，而且通風不3在過去的幾千年中，人們都曾經(jīng)研究過火災的發(fā)生過程，到了20世紀中期人們意識到火災的發(fā)生歐美國家在18世紀90年代就已經(jīng)對火災的成因和表現(xiàn)特性進行了研究，而國內(nèi)對火災的研究相對第一個階段：在1920年左右，國外知名大學緬因大學的教授發(fā)明的報警器，在火災發(fā)生后將啟動第二個階段：1950年左右，瑞士的一名材料科學家發(fā)明了一種第三個階段，1980年左右，此時材料領(lǐng)域得到空前的發(fā)展，電4(1)信息融合智能化。能夠?qū)崿F(xiàn)多傳感器融合，將各個傳感器的信息匯總后對火災進行判斷，能(2)網(wǎng)絡信息化。在這方面是指將火災報警器加入網(wǎng)絡通訊技術(shù)，這種網(wǎng)絡通信技術(shù)可以將不同這個系統(tǒng)應用到全國的大部分高危場合，那么,不論是對于發(fā)現(xiàn)火情還是滅火救現(xiàn)象。系統(tǒng)采用LCD1602液晶顯示屏來顯示當前溫度的大小和濃度的高低，并且能夠顯示溫度標準值52總體方案設(shè)計6機將火災信號進行判斷后，確定是否要發(fā)生火災，由此將報警信息通過WiFi模塊傳送到指定用戶的手機系統(tǒng)，主要組成框圖如圖2.1所示。聲光報警提示模塊復位電路7穩(wěn)定，供電多模式等等優(yōu)點，讓STC單片機在國內(nèi)穩(wěn)坐第一。STC89C52是基于51內(nèi)核的單片機控制軟件，常用的KEIL軟件，也基本就使用KEIL軟件最大程度的兼容51系列單片機的全部屬性。單片機芯片具備8K的程序FLASH儲存空間，可以滿足小型控制設(shè)備的控制需求。內(nèi)部運行內(nèi)存RAM有單片機自身具備32個的雙通道的輸入輸出端口，可以根據(jù)用戶系統(tǒng)的需求設(shè)置輸入和輸出的有效高達35MHZ的晶振時鐘輸入。STC公司對89C52芯片進行了倍數(shù)設(shè)置，可以通過下載軟件對單片機的時性和高效性?？梢詽M足不同的系統(tǒng)對不同運行條件的限制。對于功耗方面，芯片提高低功能版本即3.3V供電的單片機系統(tǒng)，由于3.3V供電系統(tǒng)導致單片機輸出口驅(qū)動能力下降，導致外部硬件也需要選擇對應的功耗能級，所以在此設(shè)計時我們選擇通用的5V供電版本的單片機控制器芯片。只有針對便攜出單片機程序的故障點和硬件不匹配的地方。目前市場上8位單片機種類繁多，但是唯獨C51系列一8 P3.1(TXD) (A13)P2.5(A11)P2.3區(qū)草96STC89C52單片機的晶振控制電路。單片機的引腳18和引腳19為外部時鐘控制輸入，此電路給單大量實驗證明此回路電容采用33PF為最佳運行狀態(tài)。當然這個震蕩電容的取值范圍是15PF-80PF之間9(1)復位電路初始賦值，輸入輸出全部狀態(tài)復位。單片機引腳9即是外部復位輸入信號，其引腳具體電路如圖3.4所示。片機引腳主程序查詢掃描的方式，這樣就會導致掃描周期增加，單片機循環(huán)處理各種事務，有效性得不到釋放，時效性就會大大降低。采用中斷技術(shù)就可以完全解決這樣等待的問題。對于宏晶科技公司STC89C52單片機來講，該單片機只能處理數(shù)字量信號，不能處理模擬量信號，而對于我們本次煙霧探測傳感器檢測輸出的信號，它是模擬量信號，因此要想使用單片機采集到煙霧探測電路的型號，必須在單片機和傳感器之間夾一個模擬量轉(zhuǎn)換成數(shù)字量的芯片。在本次設(shè)計的火災報警器系統(tǒng)當中，由于對溫度的檢測精度要求不是很高，考慮到系統(tǒng)的市場應用的通用性和適應性，本次采用ADC0832模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片，該芯片是逐次逼近式AD轉(zhuǎn)換器，擁有八個轉(zhuǎn)換通道，轉(zhuǎn)換速度比較快，并且該芯片采用雙列直插封裝，焊接較容易，ADC0832有八根數(shù)據(jù)線可以和單片機的數(shù)據(jù)端口直接相連，本次設(shè)計采用單片機的P1口和ADC0832的數(shù)據(jù)輸出線相鏈接[8]。BFB654234387圖3.6煙霧探測電路LCD1602是一個有兩排顯示并且每排16個字符的液晶顯示器，故命令為LCD1602。其液晶顯示器支持全英文和阿拉伯數(shù)字，每個字符和行之間的距離出廠廠家已經(jīng)設(shè)置好，對于使用者只需要對命令指令和數(shù)據(jù)指令熟悉即可。通過對數(shù)據(jù)引腳和命令引腳進行控制就可以實現(xiàn)液晶顯示器顯示目標字符19]。整個LCD1602一共16個引腳，分別是電源供電、背光供電、3個指令控制引腳、8個數(shù)據(jù)引腳組成。其第三個引腳為背光燈調(diào)節(jié)輸入引腳，可以根據(jù)項目需求對背光燈亮度進行調(diào)節(jié)，最大程度的實現(xiàn)降低能耗。由于單片機內(nèi)部PO口沒有上拉電阻，所以在系統(tǒng)設(shè)計中，增加了一組10K的上拉排阻來解決這一問題。具體引腳如下圖3.7所示。?單片機來講，這是一種非常大的浪費，因為單片機只有40個引腳，除去電源和晶振引腳還剩32個，遠一般由7個發(fā)光二極管組成，可以使實現(xiàn)簡單的0-9的顯示。數(shù)碼管的光電特性和發(fā)光二極管的特性大在測控系統(tǒng)中，用得最多的就是溫度的檢測，各行各業(yè)都容易涉及到溫度的控制和采集，所以DS18B20才有了很大的市場空間。是常用的數(shù)字溫度傳感器。其低功耗、接穩(wěn)定性好等優(yōu)點被市場廣泛使用。測量范圍-55度到125度。分辨率為0.5攝氏度。同時傳感器支持多點并用同一數(shù)據(jù)線，大大節(jié)省了單片機外部引腳的資源。轉(zhuǎn)換速度快，耗時低于100MS就完成一次數(shù)如果得到傳感器的回應，表示電路存在傳感器，單片機通過發(fā)送溫度轉(zhuǎn)換指令寫入到傳感器，傳感器通過一定的延時處理。再次復位傳感器，再發(fā)出當前溫度數(shù)據(jù)讀取指令，傳感器將系統(tǒng)得到的溫度數(shù)據(jù)通過單總線的方式回傳到單片機的數(shù)據(jù)變量中。最終實現(xiàn)單周期的溫度數(shù)據(jù)讀取操作[11]。本設(shè)計采用輕觸按鈕實現(xiàn)手動輸入信號，按鈕按下后單片機引腳會直接和負極導通，程序內(nèi)部對按鈕信號進行掃描檢測，如果電平信號為低，說明按鈕有按下。同時需要考慮防抖動，需要再程序內(nèi)部做延時程序處理，確保按鈕信號的正確性。具體按鈕硬件電路如圖3.12所示：圖3.12按鍵電路在本次設(shè)計當中，由于火災報警器系統(tǒng)具有現(xiàn)場聲光報警和這個驅(qū)動水泵進行撒水的這個動作，因此，本次設(shè)計需要用單片機來對這個蜂鳴器還有繼電器進行控制，由于單片機本身輸出的電流比較小，不足以驅(qū)動繼電器，因此，采用三極管對電流進行放大以后再進行繼電器的控制。繼電器是一種中間輔助器件，用來將弱電控制信號轉(zhuǎn)換成強電控制信號。繼電器驅(qū)動接口電路如圖3.13所示。芊芊gy文圖3.13繼電器驅(qū)動電路圖3.8WiFi模塊ESP8266采用UART協(xié)議(異步串口通信協(xié)議)接口進行連接，實現(xiàn)WFi遠程的互聯(lián)通信規(guī)測收是否正常工作。發(fā)送指令AT時，若收到返回的OK值則說明AT指令工作狀態(tài)正常。WiFi模塊能夠戶手機。它是嵌入式模塊，內(nèi)置互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議和IEEE802.11協(xié)議棧，能夠?qū)崿F(xiàn)串口與WiFi之間的轉(zhuǎn)換網(wǎng)絡由目的AP所創(chuàng)建。本設(shè)計采用ESP8266-01,它是個比較常用的WiFi模塊，具有體積小、功能強在ESP8266-01中實際可用使用的GPIO有四個GPIO0、GPIO2以及RX、TX,實物如圖3-8所(1)3.3V供電，避免使用5V供電；WiFi模塊要與單片機連接才能進行通信，ESP8266-01中引腳與單片機連接方式為：WiFi模塊的TX發(fā)射端接單片機的RX引腳，用于向單片機發(fā)送數(shù)據(jù)；WiFi模塊的CH_PD使能端接高電平3.3V處；WiFi模塊的RX與單片機的TX引腳相連，用于接收數(shù)據(jù)；WiFi模塊的VCC引腳接3.3V處；WiFi模塊的GND引腳接地；RST在低電平時進行復位操作，默認懸空；GPIO0和GPIO2懸空。其電路原理圖如圖3-15所示。圖3-15WiFi模塊原理圖由于ESP8266-01正常工作在+3.3V的電壓下，而整個電路的輸入電壓為+5V,所以需要轉(zhuǎn)接一個電壓調(diào)節(jié)器，在本設(shè)計中，使用AMS1117電壓調(diào)節(jié)器進行電源轉(zhuǎn)換工作，且保證本次設(shè)計工作電壓穩(wěn)定，完成一系列工作。AMS1117轉(zhuǎn)換電路原理圖如圖3-16所示。其中，引腳1接地，引腳2接+3.3V,引腳3接VCC,四個電容起穩(wěn)壓作用。圖3-165V轉(zhuǎn)3.3V電路原理圖4系統(tǒng)的軟件設(shè)計KeilC51是美國Keil公司針對51系列單片機開發(fā)的專用軟件，同時支持對各種單片機程序編輯，不同及到外部硬件控制，就需要軟件和硬件實現(xiàn)通訊調(diào)試，軟件支號007ineu1n009#defineData_ADC0809F10軟件還提供了線路自動布線的功能，內(nèi)部自動算法實現(xiàn)電路的自動布線。如果需要設(shè)計EMCDesienExploteyF:\套件\70-普度+煙客(火災展警器)\院理圖\原理圖.dib喜系統(tǒng)開始運行后，首先系統(tǒng)初始化參數(shù)，對設(shè)備硬件初始化，定時器和通訊串口進行初始化，系統(tǒng)讀取溫度和煙霧數(shù)據(jù)，再判斷數(shù)據(jù)和設(shè)置數(shù)據(jù)比較，結(jié)果控制對應設(shè)備進行數(shù)據(jù)處理，滿足報警條件就進行聲光報警和短信報警。并將當前讀取的溫度和煙霧數(shù)據(jù)顯示在系統(tǒng)液晶屏幕，方便用戶實時查閱YY√√VNN下Y圖4.3程序流程圖件調(diào)試實物圖如圖5.1所示。軟件調(diào)試首先通過編程軟件對程序進行編譯，會提示編程是否有語法錯誤，變量定義重復或者函數(shù)錯誤等等。首先初步解決這些問題后，再將單片機程序下載進實物單片機系統(tǒng)中，進而調(diào)試硬件設(shè)備功能和單片機程序是否匹配。初步程序編輯完成沒有任何語法錯誤，將程序?qū)雴纹瑱C實物中，發(fā)現(xiàn)單片機系統(tǒng)液晶LCD1602沒有顯示，根據(jù)資料查詢發(fā)現(xiàn)，硬件單片機和液晶LCD1602數(shù)據(jù)相連的是PO口，而程序卻編輯是P1口，所以數(shù)據(jù)傳輸實現(xiàn)不了。最后將程序中P1改成PO,重新下載程序?qū)崿F(xiàn)實物液晶LCD1602正常顯示。后續(xù)調(diào)試煙霧感應時，發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)不對。由于煙霧傳感器是感應煙霧值的不同，自身內(nèi)阻得到不同的改變。根據(jù)電阻不同實現(xiàn)電壓的變化，系統(tǒng)經(jīng)過ADC0809進行模擬量轉(zhuǎn)換送給單片機系統(tǒng)。所以根據(jù)原理需要對過程中的器件進行一一排查1191。最終發(fā)現(xiàn)A