单片机的烟雾报警器的设计和制作
目录
引言 1
（一）目的与意义 1
（二）本系统的主要功能 1
一、系统总体方案设计 1
（一）方案论证 1
（二）总体方案设计 2
二、系统元器件的介绍 3
（一）烟雾传感器 3
（二）单片机 4
三、系统硬件电路的设计 5
（一）时钟电路 5
（二）复位电路 6
（三）信号采集电路 6
（四）系统电源电路 7
（五）声音报警及保护电路 8
（六）字符电路显示 9
四、系统软件的设计 9
（一）主程序流程图 9
（二）主程序的初始化的流程图 10
（三）报警子程序的设计以及流程图 11
（四）按键输入设计的子程序流程图 13
五、软件仿真 14
（一）调试 14
（二）遇到的问题并解决 15
六、硬件调试 15
（一）调试 15
（二）遇到的问题并解决 16
总结 16
附录1系统总原理图 17
附录2系统PCB布局图 18
附录3系统PCB底层布线图 19
附录4源程序代码 20
附录5实物照片图 25
附录6 元器件清单 26
参考文献 27
致谢 28
引言
（一）目的与意义
在我们生活中，往往依赖于“火”的的重要性，它与我们的生活密切相关，但是如果用火不当，往往造成生命安全，大到森林火灾，工业场所，小到家庭用火方面。所 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: *351916072*
以我们需要一些手段来保证我们生活方面的安全，这需要我们研究一种能够及时报警的元件，烟雾报警器。
(二) 本系统的主要功能
为了满足安全要求的易燃易爆烟工业和家庭等场所，设计一个烟雾报警器故障自检，报警显示状态，自动消防、通风排气功能。烟雾报警器利用延长时间工作，探测器的核心为单片机。烟雾传感器收集烟雾的浓度信号，协同由外围线路组成的报警系统。
一、系统总体方案设计
（一）方案论证
方案一：用PLC设计。在PLC编程方法上，简单、直观、方便各行业的工程技术人员的掌握，编程语言有很多种形式，可根据不同的应用，提供不同的发展和应用的人员选择使用。其中最常用的是梯形图语言中从原理图继电器而来，而另一种是顺序功能图语言，在描述序列控制问题的石油和天然气。三为功能块语言仿造历程。每一种语言皆适用于功能领域里。完好的编译器处理要通过PLC专用编程器或基于PC编程通用计算机系统。编写程序语言的很多的样式性能使PLC更容易使用。除性能外，PLC有控制浅易，使用方便，可以依靠的性能高，抵抗干扰能力强，价钱优惠等的优点。在功能上，可以进行闭环过程控制，位置控制的优点，开关逻辑控制，分布式控制的多PLC等综合以上的特点，PLC在生产生活中的应用越来越广泛。因为PLC是用最简单的逻辑和多组定时提醒电路有许多复杂的问题，绘画是非常复杂的一个不小心错误也一步一步推理，比较麻烦。现在PLC的应用主要是一些简单的设计和应用，而且价格很高，对于本次设计有一些困难。
方案二：用单片机设计。因为单片机有抗干扰能力强，控制功能强，易扩展和低功耗、性能价格比高、低电压等的优点。单片机的使用领域也就更为广阔了，在一些工业自动化、智能化仪表和电子产品类都有较为广泛的应用。这个设计分硬件与软件设计，明确清晰。一个元件有几个功能。硬件的不足可以再软件上解决，且硬件上能解决软件上不能实现的功能。使用简便，软硬件可以变化很大，而且有很多方法。在烟雾报警定时设计上有一些优点。
方案三：用数字钟设计。由模电数电等等搭建出来的报警电路搭建起来的电路可靠性相对较低，容易发生误报或漏报现象。电路本身也较为复杂，要实现此设计的目标与要求，通过本方法需大量的记忆元件，电路也就更复杂。同时可靠性降低了，成本也很高，维护较困难。所以几乎没有这类产品。本设计的应用一般都是简单的控制，或者用来实现一个简单的功能。这是这种方法体系设计的重要部分，扩展更多的麻烦，灵活性低。故此设计放弃此方案。
方案比较确定：通过研究并在设计验证后发现，采用单片机技术设计的烟雾报警器与目前常用的定时烟雾报警器相比，PLC的价钱较高，更适合在工业上使用，电路相对复杂。相比之下而言，单片机有连接简单地特点，由于大多数功能单元都经过程序设计在单片机的内部，具有RAM、ROM、中断系统、定时器/计数器等等。第二，单片机有抗干扰能力强，工作性能可靠的优点优于PLC或是数字电路抢答器，由于单片机体积小且集成度高，因此内部使用总线构造，减小内部连接芯片，故单片机需要在恶劣地环境中工作。第三，使用单片机来实现定时提醒可以节省费用，单片机的性价比高并且功能丰富，其价格仅为5～30元。通过上述三个设计方案的比较，我发现使用单片机设计定时烟雾报警器来作为本学期毕业设计比较合理。
（二）总体方案设计
这个报警系统是由模数转换线路、信号采集电路、字符显示电路、单片机的控制电路、声光报警电路和安全保护线路组成的。
图1 系统结构框图
这个系统经过烟雾信号的采集线路把收集地烟雾的浓度信息转换为模拟的电信号。模数的转换线路再次把这个模拟信号变为单片机可以判别地数字信号接着送进单片机。当输入转换器转变信号超出设定值时，就会起动报警电路。反之为正常的工作状态。
为了便于监督控制和检验测量浓度的设计，使得仪器的测试人员和用户可以间接了解烟雾的环境，故数码管显示的字符指示在报警状态下使用。本系统利用了蜂鸣器的声音报警和闪烁状态的LED当作警告信号。本报警器是基于报警声，增加了闪光警报。由于光信号的改变会导致用户与家人邻居的关注，以弥补在吵闹的环境当中的报警声地局限性，使报警装备更完美。在报警起动的同时，单片机的控制器并且可以控制阀喷水器与风扇的烟气运动。
二、系统元器件的介绍
（一）烟雾传感器
1、传感器的介绍 为保证家庭环境的安全性，须要检测有毒的气体，可燃的气体。但因为各种气体的烟雾种类很浩繁，一个类别的烟雾传感器不能检验测量全部的气体。一般仅能检测一个或者两个特殊固定性质的烟雾。所以当前使用的许多种类的烟雾传感器之中，检测的原理也互不相同，下面就简单介绍一些常用地烟雾传感器。
在烟雾报警器检验测量地不同条件地基础上，很多时候会选择半导体的烟雾传感器。根据无数地传感器应用特点地比较，发现了优点更突出的半导体的烟雾传感器。半导体的烟雾传感器有响应快速、体积较小、灵敏度较大、用起来比较便利、构造比较浅易、价钱优惠等等优势，而且不会出现探头变缓慢且发生中毒的现象，维护成本很低，因此得到广泛的应用。所以，本设计采用MQ-2烟雾传感器。
2、MQ-2烟雾传感器
此报警器设计另外加了消音按钮。按键因为弹性效果的影响，当开合的时候都会发生抖动，让电压亦产生抖动，故辨别按钮时要清除抖动的影响。按键辨别地方式使用扫描法，按键处理的程序的流程图见图15。
引言 1
（一）目的与意义 1
（二）本系统的主要功能 1
一、系统总体方案设计 1
（一）方案论证 1
（二）总体方案设计 2
二、系统元器件的介绍 3
（一）烟雾传感器 3
（二）单片机 4
三、系统硬件电路的设计 5
（一）时钟电路 5
（二）复位电路 6
（三）信号采集电路 6
（四）系统电源电路 7
（五）声音报警及保护电路 8
（六）字符电路显示 9
四、系统软件的设计 9
（一）主程序流程图 9
（二）主程序的初始化的流程图 10
（三）报警子程序的设计以及流程图 11
（四）按键输入设计的子程序流程图 13
五、软件仿真 14
（一）调试 14
（二）遇到的问题并解决 15
六、硬件调试 15
（一）调试 15
（二）遇到的问题并解决 16
总结 16
附录1系统总原理图 17
附录2系统PCB布局图 18
附录3系统PCB底层布线图 19
附录4源程序代码 20
附录5实物照片图 25
附录6 元器件清单 26
参考文献 27
致谢 28
引言
（一）目的与意义
在我们生活中，往往依赖于“火”的的重要性，它与我们的生活密切相关，但是如果用火不当，往往造成生命安全，大到森林火灾，工业场所，小到家庭用火方面。所 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: *351916072*
以我们需要一些手段来保证我们生活方面的安全，这需要我们研究一种能够及时报警的元件，烟雾报警器。
(二) 本系统的主要功能
为了满足安全要求的易燃易爆烟工业和家庭等场所，设计一个烟雾报警器故障自检，报警显示状态，自动消防、通风排气功能。烟雾报警器利用延长时间工作，探测器的核心为单片机。烟雾传感器收集烟雾的浓度信号，协同由外围线路组成的报警系统。
一、系统总体方案设计
（一）方案论证
方案一：用PLC设计。在PLC编程方法上，简单、直观、方便各行业的工程技术人员的掌握，编程语言有很多种形式，可根据不同的应用，提供不同的发展和应用的人员选择使用。其中最常用的是梯形图语言中从原理图继电器而来，而另一种是顺序功能图语言，在描述序列控制问题的石油和天然气。三为功能块语言仿造历程。每一种语言皆适用于功能领域里。完好的编译器处理要通过PLC专用编程器或基于PC编程通用计算机系统。编写程序语言的很多的样式性能使PLC更容易使用。除性能外，PLC有控制浅易，使用方便，可以依靠的性能高，抵抗干扰能力强，价钱优惠等的优点。在功能上，可以进行闭环过程控制，位置控制的优点，开关逻辑控制，分布式控制的多PLC等综合以上的特点，PLC在生产生活中的应用越来越广泛。因为PLC是用最简单的逻辑和多组定时提醒电路有许多复杂的问题，绘画是非常复杂的一个不小心错误也一步一步推理，比较麻烦。现在PLC的应用主要是一些简单的设计和应用，而且价格很高，对于本次设计有一些困难。
方案二：用单片机设计。因为单片机有抗干扰能力强，控制功能强，易扩展和低功耗、性能价格比高、低电压等的优点。单片机的使用领域也就更为广阔了，在一些工业自动化、智能化仪表和电子产品类都有较为广泛的应用。这个设计分硬件与软件设计，明确清晰。一个元件有几个功能。硬件的不足可以再软件上解决，且硬件上能解决软件上不能实现的功能。使用简便，软硬件可以变化很大，而且有很多方法。在烟雾报警定时设计上有一些优点。
方案三：用数字钟设计。由模电数电等等搭建出来的报警电路搭建起来的电路可靠性相对较低，容易发生误报或漏报现象。电路本身也较为复杂，要实现此设计的目标与要求，通过本方法需大量的记忆元件，电路也就更复杂。同时可靠性降低了，成本也很高，维护较困难。所以几乎没有这类产品。本设计的应用一般都是简单的控制，或者用来实现一个简单的功能。这是这种方法体系设计的重要部分，扩展更多的麻烦，灵活性低。故此设计放弃此方案。
方案比较确定：通过研究并在设计验证后发现，采用单片机技术设计的烟雾报警器与目前常用的定时烟雾报警器相比，PLC的价钱较高，更适合在工业上使用，电路相对复杂。相比之下而言，单片机有连接简单地特点，由于大多数功能单元都经过程序设计在单片机的内部，具有RAM、ROM、中断系统、定时器/计数器等等。第二，单片机有抗干扰能力强，工作性能可靠的优点优于PLC或是数字电路抢答器，由于单片机体积小且集成度高，因此内部使用总线构造，减小内部连接芯片，故单片机需要在恶劣地环境中工作。第三，使用单片机来实现定时提醒可以节省费用，单片机的性价比高并且功能丰富，其价格仅为5～30元。通过上述三个设计方案的比较，我发现使用单片机设计定时烟雾报警器来作为本学期毕业设计比较合理。
（二）总体方案设计
这个报警系统是由模数转换线路、信号采集电路、字符显示电路、单片机的控制电路、声光报警电路和安全保护线路组成的。
图1 系统结构框图
这个系统经过烟雾信号的采集线路把收集地烟雾的浓度信息转换为模拟的电信号。模数的转换线路再次把这个模拟信号变为单片机可以判别地数字信号接着送进单片机。当输入转换器转变信号超出设定值时，就会起动报警电路。反之为正常的工作状态。
为了便于监督控制和检验测量浓度的设计，使得仪器的测试人员和用户可以间接了解烟雾的环境，故数码管显示的字符指示在报警状态下使用。本系统利用了蜂鸣器的声音报警和闪烁状态的LED当作警告信号。本报警器是基于报警声，增加了闪光警报。由于光信号的改变会导致用户与家人邻居的关注，以弥补在吵闹的环境当中的报警声地局限性，使报警装备更完美。在报警起动的同时，单片机的控制器并且可以控制阀喷水器与风扇的烟气运动。
二、系统元器件的介绍
（一）烟雾传感器
1、传感器的介绍 为保证家庭环境的安全性，须要检测有毒的气体，可燃的气体。但因为各种气体的烟雾种类很浩繁，一个类别的烟雾传感器不能检验测量全部的气体。一般仅能检测一个或者两个特殊固定性质的烟雾。所以当前使用的许多种类的烟雾传感器之中，检测的原理也互不相同，下面就简单介绍一些常用地烟雾传感器。
在烟雾报警器检验测量地不同条件地基础上，很多时候会选择半导体的烟雾传感器。根据无数地传感器应用特点地比较，发现了优点更突出的半导体的烟雾传感器。半导体的烟雾传感器有响应快速、体积较小、灵敏度较大、用起来比较便利、构造比较浅易、价钱优惠等等优势，而且不会出现探头变缓慢且发生中毒的现象，维护成本很低，因此得到广泛的应用。所以，本设计采用MQ-2烟雾传感器。
2、MQ-2烟雾传感器
此报警器设计另外加了消音按钮。按键因为弹性效果的影响，当开合的时候都会发生抖动，让电压亦产生抖动，故辨别按钮时要清除抖动的影响。按键辨别地方式使用扫描法，按键处理的程序的流程图见图15。
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