基于单片机的烟雾报警器的设计
基于单片机的烟雾报警器的设计[20200406140854]
摘 要
在日常生活中，火灾是一件很平常的事情，它威胁到人类的日常生活甚至生命财产安全，所以报警系统的研究显得非常必要。根据燃烧生成烟雾，本设计从烟雾这个角度着手，设计一款烟雾报警系统。
本设计以单片机为核心元器件，与烟雾传感器想结合而设计的一款智能烟雾报警器。MQ-2烟雾传感器有着较强的灵敏度，将烟雾传感器采集到的数据传入STC89C51单片机芯片中，实现烟雾浓度的现实，根据设定的数值进行报警。本文详述了整个设计方案，设计流程图以及软件和硬件的分析。系统工作稳定，数据准确，能很好的达到报警的功能。
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关键字:烟雾报警STC89C51MQ-2烟雾传感器
目录
1 绪论 1
1.1 论文研究的目的 1
1.2 烟雾报警器的发展及现状 1
1.3烟雾报警器设计的意义 1
2基于C51单片机的烟雾报警的设计方案 3
2.1系统设计任务 3
2.2系统设计方案 3
2.2.1方案设计思想 3
2.2.2 总体设计方案 3
3系统硬件电路设计 5
3.1主控电路设计 5
3.2 烟雾探测电路设计 7
3.3 液晶显示电路设计 10
3.4 声光报警提示电路设计 12
3.5 负载控制电路设计 14
3.6 按键电路设计 14
4 系统的软件设计 16
4.1 系统软件仿真分析 16
4.2 系统程序流程图 17
5硬件显示结果分析 18
结束语 23
参考文献 24
附录 25
谢辞 37
1 绪论
1.1 论文研究的目的
火灾在人们的身边随时随地发生着，危害着人们的日常生活工作。在人们生命受到危险，财产受到危害，于是开始不断研究如何减少此类事件的发生，让生活更加安全可靠，大家都在不断努力这。
火灾的发生在日常生活中非常的普遍，住宅小区，办公楼房，生产车间等等有人存在甚至无人的地方都会在悄无声息中发生火灾，给人们的生活工作带来诸多不方便甚至会使人面临死亡，前不久在上海某居民小区发生火灾，两名年轻的消防员被爆炸产生的热浪冲出窗外身亡，结束了年轻的生命。防火于未然，人们责无旁贷。
1.2 烟雾报警器的发展及现状
在中国，社会经济在不断发展，工业生产不断的成长[1]，发生火灾的情况也在不断增长。一般工厂堆放的易燃物品越来越多，只要一发生火灾必定会产生更大的火势[2]。家庭住宅和办公室的用电安全，一旦电路短路发生小范围的火灾，然后不断扩大导致人们的安全受到严峻的威胁，给人们的生活带来很多不必要的悲剧，对国家造成很惨烈的损失。
因此，报警系统的研究责无旁贷，人们需要一种预先的告知，然后减少火灾带来的悲剧和损失，这是人类本能的求生欲望，是一种强而有力的方法手段。
随着居民住宅，办公室，生产车间火灾的不断发生，烟雾报警器也悄无声息的被运用到生活生产的每一个角落。在美国，这是每个家庭住宅和办公室生活的必备的设备，用来确保生活和工作的安全。
在中国，烟雾报警器的需求日趋上升，生产报警器的公司也逐年增加。目前，中国的烟雾报警器产业向着高科技发展，很多国企也增加了生产投资。人们对于烟雾报警器的关注度越来越大，造就了报警器的市场越来越好[3]。
1.3烟雾报警器设计的意义
火灾无情，人类害怕火灾，所以开始研究火灾，希望从基础上减少火灾的发生，及时无法避免火灾，为了要尽可能的减轻火势，给人们通报火情，经过长时间的研究，人们基本对火灾有所了解。从火源点开始，火势会不断的向外扩展顺势产生大火，燃烧的环境因素占了一部分燃烧条件。通常情况下，火灾的发生会产生大量的热量，火势越大热量越大，微小的火势人类可以抵挡，但是当遇到强大的火势，人类毕竟是单薄的，火灾产生的温度完全超过人们所能承受的能力，所以会产生烧伤。火势的燃烧必然会产生大量烟雾，吸入过量的烟雾会对人体产生危害[4]。就是根据这样的特点，人们可以根据火灾所产生的大量温度和烟雾，对身边发生的火灾进行提前的警报，甚至让火灾在刚发生的时候，从源头断掉火源，从而减少火灾的发生，给人们的日常生活工作带来安全。
2基于C51单片机的烟雾报警的设计方案
2.1系统设计任务
这次的烟雾报警系统设计应该从硬件的设计出发，整理出正确的设计思路，列举出本设计可能会用得到的硬件设备。本设计是从烟雾浓度的角度产生报警，因此，必须对烟雾传感器的灵敏系数进行深入的测试[5]，让系统在一个合理的参数下进行报警，根据烟雾传感器的灵敏系数，可以划分出不同的范围，从而进行不同的报警设置。
当烟雾浓度小于或等于2和小于15，绿色灯亮，表示安全状态；当烟雾浓度大于15且小于30时，黄灯亮起，起提醒作用；当烟雾浓度大于30且小于60时，此时只是红灯亮，起警示作用；当烟雾浓度大于60时，红灯亮伴随着蜂鸣器报警，风扇开始转动，起到报警和排烟的效果。
2.2系统设计方案
STC89C51芯片和MQ-2烟雾传感器的有效结合设计报警器，达到本设计要求。
2.2.1方案设计思想
本次的设计主要是根据单片机技术和传感器技术的应用，89C51单片机与烟雾传感器和报警的电路设备的准确连接。因为火灾产生的烟雾浓度系数不同，传感器因此会感应到的参数就会不同。当超过设置的最高范围时，报警启动，蜂鸣器不断的发声，红灯也一直亮着，从而达到报警的功能。
2.2.2 总体设计方案
烟雾报警器，主要检测可燃气体和烟雾，再通过单片机控制相应的报警和驱动负载。通过液晶显示当前的烟雾数值，通过按键功能设定相应的门限数值。
该项目主要是为了完成任务，包括：
⑴硬件部分：包括传感器的选择，显示模块的选择，烟雾信号转换电路的设计，报警驱动电路的设计。
（2）软件部分：编写程序和设计流程图。
如图2-1系统框架图，展现出本设计的烟雾报警系统的整体框架。
2-1系统框架图
3系统硬件电路设计
3.1主控电路设计
STC89C51是一种常见的单片机芯片[6]，在日常生活学习中常被使用，拥有8k字节Flash，512字节RAM， 32 位I/O 口线。STC89C51主要功能如表3.1所示，其STC89C51 DIP封装图如图3.1所示。
表3.1STC89C51主要功能
主要功能特性
32个双向I/O口 256x8bit内部RAM
3个16位可编程定时/计数器中断 时钟频率0-24MHz
2个串行中断 可编程UART串行通道
2个外部中断源 共6个中断源
2个读写中断口线 3级加密位
省电模式 软件支持睡眠和叫醒
STC89C51引脚介绍
① 主电源引脚（2根）
VCC(Pin40)：接＋5V电源
GND(Pin20)：接地线
②外接晶振引脚（2根）
XTAL1(Pin19)：一个输入电路振荡芯片端
XTAL2(Pin20)：一个输出电路振荡芯片端
③控制引脚（4根）
RST/VPP(Pin9)：复位引脚，当出现2个机器周期高电平时，单片机复位。
ALE/PROG(Pin30)：允许地址锁存
PSEN(Pin29)：选通外部存储器
④可编程输入/输出引脚（32根）
STC89C51单片机有4组8位的8引脚的P0~P3口输入输出口。
当频率35Mhz，可选择6T或者12T。
图3.1 STC89C51 DIP封装图
STC89C51单片机是内有ROM/EPROM，因此由它构成的最小系统实用性强[7]。用STC89C51单片机构成最小应用系统时，接上时钟电路和复位电路即可运用，单片机最小系统原理框图如图3.2所示。
摘 要
在日常生活中，火灾是一件很平常的事情，它威胁到人类的日常生活甚至生命财产安全，所以报警系统的研究显得非常必要。根据燃烧生成烟雾，本设计从烟雾这个角度着手，设计一款烟雾报警系统。
本设计以单片机为核心元器件，与烟雾传感器想结合而设计的一款智能烟雾报警器。MQ-2烟雾传感器有着较强的灵敏度，将烟雾传感器采集到的数据传入STC89C51单片机芯片中，实现烟雾浓度的现实，根据设定的数值进行报警。本文详述了整个设计方案，设计流程图以及软件和硬件的分析。系统工作稳定，数据准确，能很好的达到报警的功能。
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关键字:烟雾报警STC89C51MQ-2烟雾传感器
目录
1 绪论 1
1.1 论文研究的目的 1
1.2 烟雾报警器的发展及现状 1
1.3烟雾报警器设计的意义 1
2基于C51单片机的烟雾报警的设计方案 3
2.1系统设计任务 3
2.2系统设计方案 3
2.2.1方案设计思想 3
2.2.2 总体设计方案 3
3系统硬件电路设计 5
3.1主控电路设计 5
3.2 烟雾探测电路设计 7
3.3 液晶显示电路设计 10
3.4 声光报警提示电路设计 12
3.5 负载控制电路设计 14
3.6 按键电路设计 14
4 系统的软件设计 16
4.1 系统软件仿真分析 16
4.2 系统程序流程图 17
5硬件显示结果分析 18
结束语 23
参考文献 24
附录 25
谢辞 37
1 绪论
1.1 论文研究的目的
火灾在人们的身边随时随地发生着，危害着人们的日常生活工作。在人们生命受到危险，财产受到危害，于是开始不断研究如何减少此类事件的发生，让生活更加安全可靠，大家都在不断努力这。
火灾的发生在日常生活中非常的普遍，住宅小区，办公楼房，生产车间等等有人存在甚至无人的地方都会在悄无声息中发生火灾，给人们的生活工作带来诸多不方便甚至会使人面临死亡，前不久在上海某居民小区发生火灾，两名年轻的消防员被爆炸产生的热浪冲出窗外身亡，结束了年轻的生命。防火于未然，人们责无旁贷。
1.2 烟雾报警器的发展及现状
在中国，社会经济在不断发展，工业生产不断的成长[1]，发生火灾的情况也在不断增长。一般工厂堆放的易燃物品越来越多，只要一发生火灾必定会产生更大的火势[2]。家庭住宅和办公室的用电安全，一旦电路短路发生小范围的火灾，然后不断扩大导致人们的安全受到严峻的威胁，给人们的生活带来很多不必要的悲剧，对国家造成很惨烈的损失。
因此，报警系统的研究责无旁贷，人们需要一种预先的告知，然后减少火灾带来的悲剧和损失，这是人类本能的求生欲望，是一种强而有力的方法手段。
随着居民住宅，办公室，生产车间火灾的不断发生，烟雾报警器也悄无声息的被运用到生活生产的每一个角落。在美国，这是每个家庭住宅和办公室生活的必备的设备，用来确保生活和工作的安全。
在中国，烟雾报警器的需求日趋上升，生产报警器的公司也逐年增加。目前，中国的烟雾报警器产业向着高科技发展，很多国企也增加了生产投资。人们对于烟雾报警器的关注度越来越大，造就了报警器的市场越来越好[3]。
1.3烟雾报警器设计的意义
火灾无情，人类害怕火灾，所以开始研究火灾，希望从基础上减少火灾的发生，及时无法避免火灾，为了要尽可能的减轻火势，给人们通报火情，经过长时间的研究，人们基本对火灾有所了解。从火源点开始，火势会不断的向外扩展顺势产生大火，燃烧的环境因素占了一部分燃烧条件。通常情况下，火灾的发生会产生大量的热量，火势越大热量越大，微小的火势人类可以抵挡，但是当遇到强大的火势，人类毕竟是单薄的，火灾产生的温度完全超过人们所能承受的能力，所以会产生烧伤。火势的燃烧必然会产生大量烟雾，吸入过量的烟雾会对人体产生危害[4]。就是根据这样的特点，人们可以根据火灾所产生的大量温度和烟雾，对身边发生的火灾进行提前的警报，甚至让火灾在刚发生的时候，从源头断掉火源，从而减少火灾的发生，给人们的日常生活工作带来安全。
2基于C51单片机的烟雾报警的设计方案
2.1系统设计任务
这次的烟雾报警系统设计应该从硬件的设计出发，整理出正确的设计思路，列举出本设计可能会用得到的硬件设备。本设计是从烟雾浓度的角度产生报警，因此，必须对烟雾传感器的灵敏系数进行深入的测试[5]，让系统在一个合理的参数下进行报警，根据烟雾传感器的灵敏系数，可以划分出不同的范围，从而进行不同的报警设置。
当烟雾浓度小于或等于2和小于15，绿色灯亮，表示安全状态；当烟雾浓度大于15且小于30时，黄灯亮起，起提醒作用；当烟雾浓度大于30且小于60时，此时只是红灯亮，起警示作用；当烟雾浓度大于60时，红灯亮伴随着蜂鸣器报警，风扇开始转动，起到报警和排烟的效果。
2.2系统设计方案
STC89C51芯片和MQ-2烟雾传感器的有效结合设计报警器，达到本设计要求。
2.2.1方案设计思想
本次的设计主要是根据单片机技术和传感器技术的应用，89C51单片机与烟雾传感器和报警的电路设备的准确连接。因为火灾产生的烟雾浓度系数不同，传感器因此会感应到的参数就会不同。当超过设置的最高范围时，报警启动，蜂鸣器不断的发声，红灯也一直亮着，从而达到报警的功能。
2.2.2 总体设计方案
烟雾报警器，主要检测可燃气体和烟雾，再通过单片机控制相应的报警和驱动负载。通过液晶显示当前的烟雾数值，通过按键功能设定相应的门限数值。
该项目主要是为了完成任务，包括：
⑴硬件部分：包括传感器的选择，显示模块的选择，烟雾信号转换电路的设计，报警驱动电路的设计。
（2）软件部分：编写程序和设计流程图。
如图2-1系统框架图，展现出本设计的烟雾报警系统的整体框架。
2-1系统框架图
3系统硬件电路设计
3.1主控电路设计
STC89C51是一种常见的单片机芯片[6]，在日常生活学习中常被使用，拥有8k字节Flash，512字节RAM， 32 位I/O 口线。STC89C51主要功能如表3.1所示，其STC89C51 DIP封装图如图3.1所示。
表3.1STC89C51主要功能
主要功能特性
32个双向I/O口 256x8bit内部RAM
3个16位可编程定时/计数器中断 时钟频率0-24MHz
2个串行中断 可编程UART串行通道
2个外部中断源 共6个中断源
2个读写中断口线 3级加密位
省电模式 软件支持睡眠和叫醒
STC89C51引脚介绍
① 主电源引脚（2根）
VCC(Pin40)：接＋5V电源
GND(Pin20)：接地线
②外接晶振引脚（2根）
XTAL1(Pin19)：一个输入电路振荡芯片端
XTAL2(Pin20)：一个输出电路振荡芯片端
③控制引脚（4根）
RST/VPP(Pin9)：复位引脚，当出现2个机器周期高电平时，单片机复位。
ALE/PROG(Pin30)：允许地址锁存
PSEN(Pin29)：选通外部存储器
④可编程输入/输出引脚（32根）
STC89C51单片机有4组8位的8引脚的P0~P3口输入输出口。
当频率35Mhz，可选择6T或者12T。
图3.1 STC89C51 DIP封装图
STC89C51单片机是内有ROM/EPROM，因此由它构成的最小系统实用性强[7]。用STC89C51单片机构成最小应用系统时，接上时钟电路和复位电路即可运用，单片机最小系统原理框图如图3.2所示。
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