单片机的火灾报警系统的设计
摘 要本论文设计了一款火灾报警系统，实现了能够实现室内温度检测、烟雾浓度检测、火焰检测等功能，并且能够通过射频无线收发模块将火灾报警信号进行无线发送。本设计在系统硬件方面采用的是功能模块设计法，即将整体电路分为LCD1602液晶屏电路、温度传感器电路、MQ-2烟雾浓度检测电路、有源蜂鸣器电路、NRF24L01射频无线通信电路和等子电路进行分别设计，通过该化复杂为简单的方式确保了每个功能模块的稳定工作。在软件程序设计方面，通过构建C语言程序将火灾报警系统须要实现的指标进行指令语句编写。通过对系统的工作稳定性能进行测试看出，不论是在环境剧烈变动还是恒定的环境中，火灾报警系统都能完成正常的工作。
目录
一、 引言 1
（一） 智能火灾报警器的发展背景 1
（二） 智能火灾报警器的发展现状 1
（三） 本文主要内容 1
二、 智能火灾报警器的方案设计 2
三、 系统硬件设计 3
（一） 智能火灾报警器的主控电路设计 3
1. STC89C5单片机简介 3
2. 最小系统电路设计 3
（二） 室内温度检测电路设计 4
（三） 烟雾检测电路设计 4
1. MQ2烟雾传感器简介 4
2. 电路设计 5
（四） 报警器电路设计 5
（五） LCD1602液晶显示电路设计 6
（六） NRF24L01无线收发电路设计 6
1. NRF24L01射频无线收发模块简介 6
2. 电路设计 7
（七） 火焰传感器电路设计 7
四、 系统软件设计 9
（一） 智能火灾报警器的主程序流程设计 9
（二） MQ2烟雾传感检测流程设计 10
（三） 报警流程设计 10
（四） NRF24L01无线收发流程设计 11
（五） 火焰检测流程设计 11
五、 实物安装与调试 13
总结与展望 14
参考文献 15
致 谢 16
附录一 原理图 17
附录二 PCB *好棒文|www.hbsrm.com +Q: &351916072&
图 18
附录三 元件列表 19
引言
智能火灾报警器的发展背景
火灾报警系统以STC89C51单片机最小系统作为系统硬件中最为关键的一部分，在最小系统电路周围布置了各类传感模块、人机交互模块、液晶显示器和其它必要电路，通过C程序代码的配置，以最高效的程序执行流程来对火灾报警系统的功效进行驱动。因为传统火灾报警系统在多年的使用过程中出现了非常多不可避免的问题，研究人员正在不断积极探究解决这些存在问题的有效措施和可行办法，这其中使用主控芯片等微处理器来作为控制器的火灾报警系统是最为妥善的一套措施，而较早期的火灾报警系统以模拟技术或者机械结构作为主要架构，所以几乎无法定期对系统进行改进，而主控处理器的可更新程序特点则完全解决了这一重大方案缺陷。本课题将对火灾报警系统作为研究目标并且使用了STC89C51单片机来当作该系统的主控核心部分，通过软硬件系统的设计了一种电子系统，本论文构建的火灾报警系统是对目前市场上现有产品成果的一次提升，这次论文从课题确立到器材选取、从硬件设计再到软件设计，处处体现出了对现如今相关火灾报警系统研究现状的优化和提升。
智能火灾报警器的发展现状
前不久某份国外杂志刊登的一个报道显示英国肯特大学的开发人员实现了一款新型设计并且取得了专利，这款设计与本课题所研究的火灾报警系统有点相似，在功效和应用的主要传感模块方面都近乎相似，而他们所取得的成果是将这款火灾报警系统中的所有智能传感器和采集电路进行了合并，而且把其嵌入到一片芯片中，为此他们还为这块芯片设计了一个高效率的低沉散热技术，通过该技术完美的解决了火灾报警系统在运行过程中的发热问题，极大延长了芯片的使用寿命。
本文主要内容
这次论文将要完成的研究内容为：
1、设计温度检测电路，通过单片机对DS18B20传感器的驱动，实现对周围环境温度的采集；
2、设计MQ2烟雾传感器电路，实现对环境中烟雾浓度的检测；
3、配置火焰强度采集电路，通过火焰传感器的火焰探头将实时的火焰强度大小进行感应并输出；
4、设计NRF24L01电路，实现报警信号的射频无线发射和接收；
5、设计报警电路，通过有源蜂鸣器实现发生火灾时报警声的产生；
6、设计LCD1602液晶屏电路，实现对火灾报警系统运行过程中的参数进行高清晰度显示；
智能火灾报警器的方案设计
框图1中的单片机是最小系统电路的组成部分，实现对LCD1602液晶屏、DS18B20温度传感器、MQ2烟雾传感器、有源蜂鸣器、NRF24L01和火焰传感器等电子元器件的正常控制它还需要复位电路和时钟电路的设计，火焰传感器用于实现对火焰辐射出的强烈红外线进行吸收，并将其转换为相应的电平信号传送给STC89C51单片机进行处理；烟雾传感器用于对房间内的烟雾浓度进行检测并通过输出高低电平信号来指示浓度的高低；温度传感器用于实现对房间内温度的检测，并以单总线接口将温度数据送入单片机进行使用；按键模块以机械按键作为核心器件，实现了对系统的启动和暂停等操作；报警模块由有源蜂鸣器和驱动MOS管组成，用于发出蜂鸣式的报警信号；液晶显示模块采用了LCD1602屏幕，通过这款具有32个字符显示能力的液晶屏对系统中的相关参数进行呈现。
图1 火灾报警系统框图设计
系统硬件设计
智能火灾报警器的主控电路设计
STC89C5单片机简介
本论文使用的主控芯片是STC89C51单片机，它内部采用的是英特尔的MCS51内核，有一块4k字节大小的用做存储编程代码的FLASH模块，一块256字节大小的用作暂存C语言程序中变量数据的RAM模块，两个含有十六位定时长度的定时器T0和T1，两个几乎一致的外部中断管脚EX0和EX1。
图2 STC89C5单片机芯片
最小系统电路设计
下图的原理图中把一片10k电阻和一片10uF电容连接，并且把按键并联在电容两端，按照图片中供电方式进行电源供电后，就可实现复位电路的设计。在火灾报警系统进入工作状态之后，依照电路基本原理，RST管脚的电平把由电容和电阻分压之后被局限为低电平，而当复位按键按下后电容被短路，RST管脚电平立即跳变到VCC高电平，RST管脚在接收到高电平后将发生复位。
目录
一、 引言 1
（一） 智能火灾报警器的发展背景 1
（二） 智能火灾报警器的发展现状 1
（三） 本文主要内容 1
二、 智能火灾报警器的方案设计 2
三、 系统硬件设计 3
（一） 智能火灾报警器的主控电路设计 3
1. STC89C5单片机简介 3
2. 最小系统电路设计 3
（二） 室内温度检测电路设计 4
（三） 烟雾检测电路设计 4
1. MQ2烟雾传感器简介 4
2. 电路设计 5
（四） 报警器电路设计 5
（五） LCD1602液晶显示电路设计 6
（六） NRF24L01无线收发电路设计 6
1. NRF24L01射频无线收发模块简介 6
2. 电路设计 7
（七） 火焰传感器电路设计 7
四、 系统软件设计 9
（一） 智能火灾报警器的主程序流程设计 9
（二） MQ2烟雾传感检测流程设计 10
（三） 报警流程设计 10
（四） NRF24L01无线收发流程设计 11
（五） 火焰检测流程设计 11
五、 实物安装与调试 13
总结与展望 14
参考文献 15
致 谢 16
附录一 原理图 17
附录二 PCB *好棒文|www.hbsrm.com +Q: &351916072&
图 18
附录三 元件列表 19
引言
智能火灾报警器的发展背景
火灾报警系统以STC89C51单片机最小系统作为系统硬件中最为关键的一部分，在最小系统电路周围布置了各类传感模块、人机交互模块、液晶显示器和其它必要电路，通过C程序代码的配置，以最高效的程序执行流程来对火灾报警系统的功效进行驱动。因为传统火灾报警系统在多年的使用过程中出现了非常多不可避免的问题，研究人员正在不断积极探究解决这些存在问题的有效措施和可行办法，这其中使用主控芯片等微处理器来作为控制器的火灾报警系统是最为妥善的一套措施，而较早期的火灾报警系统以模拟技术或者机械结构作为主要架构，所以几乎无法定期对系统进行改进，而主控处理器的可更新程序特点则完全解决了这一重大方案缺陷。本课题将对火灾报警系统作为研究目标并且使用了STC89C51单片机来当作该系统的主控核心部分，通过软硬件系统的设计了一种电子系统，本论文构建的火灾报警系统是对目前市场上现有产品成果的一次提升，这次论文从课题确立到器材选取、从硬件设计再到软件设计，处处体现出了对现如今相关火灾报警系统研究现状的优化和提升。
智能火灾报警器的发展现状
前不久某份国外杂志刊登的一个报道显示英国肯特大学的开发人员实现了一款新型设计并且取得了专利，这款设计与本课题所研究的火灾报警系统有点相似，在功效和应用的主要传感模块方面都近乎相似，而他们所取得的成果是将这款火灾报警系统中的所有智能传感器和采集电路进行了合并，而且把其嵌入到一片芯片中，为此他们还为这块芯片设计了一个高效率的低沉散热技术，通过该技术完美的解决了火灾报警系统在运行过程中的发热问题，极大延长了芯片的使用寿命。
本文主要内容
这次论文将要完成的研究内容为：
1、设计温度检测电路，通过单片机对DS18B20传感器的驱动，实现对周围环境温度的采集；
2、设计MQ2烟雾传感器电路，实现对环境中烟雾浓度的检测；
3、配置火焰强度采集电路，通过火焰传感器的火焰探头将实时的火焰强度大小进行感应并输出；
4、设计NRF24L01电路，实现报警信号的射频无线发射和接收；
5、设计报警电路，通过有源蜂鸣器实现发生火灾时报警声的产生；
6、设计LCD1602液晶屏电路，实现对火灾报警系统运行过程中的参数进行高清晰度显示；
智能火灾报警器的方案设计
框图1中的单片机是最小系统电路的组成部分，实现对LCD1602液晶屏、DS18B20温度传感器、MQ2烟雾传感器、有源蜂鸣器、NRF24L01和火焰传感器等电子元器件的正常控制它还需要复位电路和时钟电路的设计，火焰传感器用于实现对火焰辐射出的强烈红外线进行吸收，并将其转换为相应的电平信号传送给STC89C51单片机进行处理；烟雾传感器用于对房间内的烟雾浓度进行检测并通过输出高低电平信号来指示浓度的高低；温度传感器用于实现对房间内温度的检测，并以单总线接口将温度数据送入单片机进行使用；按键模块以机械按键作为核心器件，实现了对系统的启动和暂停等操作；报警模块由有源蜂鸣器和驱动MOS管组成，用于发出蜂鸣式的报警信号；液晶显示模块采用了LCD1602屏幕，通过这款具有32个字符显示能力的液晶屏对系统中的相关参数进行呈现。
图1 火灾报警系统框图设计
系统硬件设计
智能火灾报警器的主控电路设计
STC89C5单片机简介
本论文使用的主控芯片是STC89C51单片机，它内部采用的是英特尔的MCS51内核，有一块4k字节大小的用做存储编程代码的FLASH模块，一块256字节大小的用作暂存C语言程序中变量数据的RAM模块，两个含有十六位定时长度的定时器T0和T1，两个几乎一致的外部中断管脚EX0和EX1。
图2 STC89C5单片机芯片
最小系统电路设计
下图的原理图中把一片10k电阻和一片10uF电容连接，并且把按键并联在电容两端，按照图片中供电方式进行电源供电后，就可实现复位电路的设计。在火灾报警系统进入工作状态之后，依照电路基本原理，RST管脚的电平把由电容和电阻分压之后被局限为低电平，而当复位按键按下后电容被短路，RST管脚电平立即跳变到VCC高电平，RST管脚在接收到高电平后将发生复位。
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