单片机的烟雾报警器设计
目 录
1. 绪论 1
1.1 课题研究的背景 1
1.2 课题研究的现状及主要内容 1
2. 系统的总体结构设计 3
2.1 系统设计因素 3
2.2 烟雾报警器的总体结构设计 3
3. 系统的硬件结构设计 5
3.1 单片机主控模块 5
3.2 烟雾检测模块 6
3.3 显示模块 7
3.4 报警模块 8
3.5 电机模块 9
3.6 按键模块 10
3.7 电源模块 10
4. 系统的软件结构设计 11
4.1 烟雾检测模块 12
4.2 时钟模块 13
4.3 按键模块 15
4.4 储存模块 18
4.5显示模块 19
5. 系统调试 18
5.1 系统硬件调试 21
5.2 系统软件调试 22
5.3 系统设置操作 22
5.4 系统调试中问题 22
6. 总结 24
6.1 课题设计总结 24
6.2 存在的不足及发展方向 24
参考文献 25
附录 26
附录一 系统硬件电路图 26
附录二 烟雾报警器实物图 27
1. 绪论
单片机在诸多领域被应用的主要原因是其小体积、高性价比、强大功能和可靠性强等。单片机就是一个微型的计算机，把一些重要的通道接口和扩展电路接在单片机的外围就可以构成各种应用系统设计。单片机控制技术的应用在化工、冶金、电力、自动化机床、工业机器人控制和计算机集成制造系统等工业测控方面取得了令人瞩目的研究与设计成果[1]。并在国民经济中发挥着较大的作用。基于单片机技术的典型应用烟雾报警器已经越来越流行。现在社会对于烟雾报警器的需求越来越大，有关资料统计表明：安装烟雾报警器可以大大减少火灾发生的概率，将损失降到最低。
1.1 课题研究的背景
伴随着人们生活质量的提高和科技的发展，人们的家庭中出现越来越多的家用电器，它们的各种功能给
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人们的生活带来了诸多方便，但是安全隐患也随着出现。根据相关部门的统计，我国每年家庭发生火灾的次数越来越多，而且死亡率相当高，造成了很多经济损失，因此对于烟雾报警系统的研究具有十分重要的意义[2]。
我国70年代初期就开始实施通过检测烟雾的浓度来实现火灾防范。应用范围从炼油系统的单个扩展到几乎所有危险的工作环境都有涉及，类型的产品也越来越多，数量也在不断增多[3]。在先进的生产技术基础和先进的传感器技术发展的基础上逐步形成了自己的特色。随着科技的不断发展，越来越多可以适应各种工作环境的检测电路也在不断的开发和出现以满足人们的需求。
近年来，单片机技术应用的各个方面已逐步发展到农工业产业化部门和人民生活。各种基于单片机的设计也根据社会的发展而开发出来。单片机是器件级计算机系统，通俗的来讲单片机就是一个微控制器或微处理器[4]。它小体积，功能齐全，高性价比，适用面广的特点，它也可以被应用到任何电子系统中去，例如报警技术领域，检测技术领域等。单片机不断完善了报警系统，大大提高准确性，已满足社会发展的各种需求[5]。
1.2 课题研究的现状及主要内容
在我国有两亿人口使用煤气，在大中型城市都有煤气管道。同时煤气发生基地及中转站也达几千家。家家户户都在使用煤气，若这些煤气基地及中转站和家庭的报警率按8% 计算，那些基地及中转站和家庭就需要1600万台以上烟雾报警器。随着全社会对这方面的重视程度的提高，烟雾报警器的设计就显的极有意义。现如今，在信息时代的背景下，人们对烟雾报警的改进提出了智能化的要求，利用飞速发展的计算机技术改进烟雾报警成为了历史必然。
本课题提出一种“基于单片机烟雾报警器”的设计方法，主要做了如下研究：
（1） 先根据烟雾报警器的功能要求设计出系统的模型，然后再构建总体模块图，最后制定选型方案通过对比分析。
（2） 硬件电路设计要尽量简化系统电路，降低设计及制作成本；充分考虑到实用性等因素 选择合适的芯片，最后分别设置为烟雾检查模块、显示模块、报警模块、电机模块和按键模块。
（3） 软件设计在确定完整清晰的设计思路的基础上进行，在软件方面要求程序简单明了、实用并且容易让人读懂，确保调试起来比较方便。
（4） 调试部分先设计硬件电路，在Protel DXP绘制的原理图的基础上焊好板子，确定无错误的前提下再进行软件调试，直到实现所有功能。
2. 系统的总体结构设计
烟雾报警器应用的领域非常广泛，设计的方法也很多。本课题所提出的设计要求充分利用单片机软硬件技术的基础上设计出一款烟雾报警器。利用单片机智能高效的特点，提出在简易烟雾报警器的基本功能之上添加显示当前时间和记录报警时刻和烟雾值。
2.1 系统设计因素
设计烟雾报警器系统需要综合考虑到个个方面的因素，其设计的重要因素包括设计成本和便携性等等。设计成本过低，肯定会影响其烟雾报警器的实际使用效果；设计成本过高，基于单片机设计的烟雾报警器与采用传统方法设计的烟雾报警器相比，则没有了价格方面的优势。功耗方面：单片机烟雾报警器是一个不太需要移动的硬件系统，采用电池供电，只是为了演示的方便，频繁地更换电池势必会影响设计品质，所以在实际使用时，使用USB等供电方式效果可能会更好。
2.2 烟雾报警器的总体结构设计
根据上述烟雾报警器中具体的设计要求和设计因素，将本设计中的所有模块组合成如图21所示的结构图。
图21 烟雾报警器的结构框图
主控模块中使用的芯片为STC12C5A60S2，因为其内部自带AD转换器方便烟雾信号采集，其内部的EEPROM方便储存报警时刻和烟雾值。显示模块采用LCD1602来实现，它价格低廉，有着减少成本和简化电路的优点，而且功能足够了。烟雾检测模块采用MQ2传感器来实现烟雾的检测，在与微处理器连接时只需一条口线即可实现相互通信。能较好的满足日常的烟雾测定要求。报警模块有一个蜂鸣器，蜂鸣器响产生一个声音报警信号，电机模块采用了一个电机驱动芯片1298N，最后，通过四个按键来进行烟雾报警值和时间的设置调整。单片机是整个系统的核心，信号的输入输出，数据的运算处理都由单片机完成。
1. 绪论 1
1.1 课题研究的背景 1
1.2 课题研究的现状及主要内容 1
2. 系统的总体结构设计 3
2.1 系统设计因素 3
2.2 烟雾报警器的总体结构设计 3
3. 系统的硬件结构设计 5
3.1 单片机主控模块 5
3.2 烟雾检测模块 6
3.3 显示模块 7
3.4 报警模块 8
3.5 电机模块 9
3.6 按键模块 10
3.7 电源模块 10
4. 系统的软件结构设计 11
4.1 烟雾检测模块 12
4.2 时钟模块 13
4.3 按键模块 15
4.4 储存模块 18
4.5显示模块 19
5. 系统调试 18
5.1 系统硬件调试 21
5.2 系统软件调试 22
5.3 系统设置操作 22
5.4 系统调试中问题 22
6. 总结 24
6.1 课题设计总结 24
6.2 存在的不足及发展方向 24
参考文献 25
附录 26
附录一 系统硬件电路图 26
附录二 烟雾报警器实物图 27
1. 绪论
单片机在诸多领域被应用的主要原因是其小体积、高性价比、强大功能和可靠性强等。单片机就是一个微型的计算机，把一些重要的通道接口和扩展电路接在单片机的外围就可以构成各种应用系统设计。单片机控制技术的应用在化工、冶金、电力、自动化机床、工业机器人控制和计算机集成制造系统等工业测控方面取得了令人瞩目的研究与设计成果[1]。并在国民经济中发挥着较大的作用。基于单片机技术的典型应用烟雾报警器已经越来越流行。现在社会对于烟雾报警器的需求越来越大，有关资料统计表明：安装烟雾报警器可以大大减少火灾发生的概率，将损失降到最低。
1.1 课题研究的背景
伴随着人们生活质量的提高和科技的发展，人们的家庭中出现越来越多的家用电器，它们的各种功能给
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^3^5`1^9`1^6^0`7^2#
人们的生活带来了诸多方便，但是安全隐患也随着出现。根据相关部门的统计，我国每年家庭发生火灾的次数越来越多，而且死亡率相当高，造成了很多经济损失，因此对于烟雾报警系统的研究具有十分重要的意义[2]。
我国70年代初期就开始实施通过检测烟雾的浓度来实现火灾防范。应用范围从炼油系统的单个扩展到几乎所有危险的工作环境都有涉及，类型的产品也越来越多，数量也在不断增多[3]。在先进的生产技术基础和先进的传感器技术发展的基础上逐步形成了自己的特色。随着科技的不断发展，越来越多可以适应各种工作环境的检测电路也在不断的开发和出现以满足人们的需求。
近年来，单片机技术应用的各个方面已逐步发展到农工业产业化部门和人民生活。各种基于单片机的设计也根据社会的发展而开发出来。单片机是器件级计算机系统，通俗的来讲单片机就是一个微控制器或微处理器[4]。它小体积，功能齐全，高性价比，适用面广的特点，它也可以被应用到任何电子系统中去，例如报警技术领域，检测技术领域等。单片机不断完善了报警系统，大大提高准确性，已满足社会发展的各种需求[5]。
1.2 课题研究的现状及主要内容
在我国有两亿人口使用煤气，在大中型城市都有煤气管道。同时煤气发生基地及中转站也达几千家。家家户户都在使用煤气，若这些煤气基地及中转站和家庭的报警率按8% 计算，那些基地及中转站和家庭就需要1600万台以上烟雾报警器。随着全社会对这方面的重视程度的提高，烟雾报警器的设计就显的极有意义。现如今，在信息时代的背景下，人们对烟雾报警的改进提出了智能化的要求，利用飞速发展的计算机技术改进烟雾报警成为了历史必然。
本课题提出一种“基于单片机烟雾报警器”的设计方法，主要做了如下研究：
（1） 先根据烟雾报警器的功能要求设计出系统的模型，然后再构建总体模块图，最后制定选型方案通过对比分析。
（2） 硬件电路设计要尽量简化系统电路，降低设计及制作成本；充分考虑到实用性等因素 选择合适的芯片，最后分别设置为烟雾检查模块、显示模块、报警模块、电机模块和按键模块。
（3） 软件设计在确定完整清晰的设计思路的基础上进行，在软件方面要求程序简单明了、实用并且容易让人读懂，确保调试起来比较方便。
（4） 调试部分先设计硬件电路，在Protel DXP绘制的原理图的基础上焊好板子，确定无错误的前提下再进行软件调试，直到实现所有功能。
2. 系统的总体结构设计
烟雾报警器应用的领域非常广泛，设计的方法也很多。本课题所提出的设计要求充分利用单片机软硬件技术的基础上设计出一款烟雾报警器。利用单片机智能高效的特点，提出在简易烟雾报警器的基本功能之上添加显示当前时间和记录报警时刻和烟雾值。
2.1 系统设计因素
设计烟雾报警器系统需要综合考虑到个个方面的因素，其设计的重要因素包括设计成本和便携性等等。设计成本过低，肯定会影响其烟雾报警器的实际使用效果；设计成本过高，基于单片机设计的烟雾报警器与采用传统方法设计的烟雾报警器相比，则没有了价格方面的优势。功耗方面：单片机烟雾报警器是一个不太需要移动的硬件系统，采用电池供电，只是为了演示的方便，频繁地更换电池势必会影响设计品质，所以在实际使用时，使用USB等供电方式效果可能会更好。
2.2 烟雾报警器的总体结构设计
根据上述烟雾报警器中具体的设计要求和设计因素，将本设计中的所有模块组合成如图21所示的结构图。
图21 烟雾报警器的结构框图
主控模块中使用的芯片为STC12C5A60S2，因为其内部自带AD转换器方便烟雾信号采集，其内部的EEPROM方便储存报警时刻和烟雾值。显示模块采用LCD1602来实现，它价格低廉，有着减少成本和简化电路的优点，而且功能足够了。烟雾检测模块采用MQ2传感器来实现烟雾的检测，在与微处理器连接时只需一条口线即可实现相互通信。能较好的满足日常的烟雾测定要求。报警模块有一个蜂鸣器，蜂鸣器响产生一个声音报警信号，电机模块采用了一个电机驱动芯片1298N，最后，通过四个按键来进行烟雾报警值和时间的设置调整。单片机是整个系统的核心，信号的输入输出，数据的运算处理都由单片机完成。
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