单片机的防火报警控制系统的设计与实现
摘 要本课题以防火报警器为研究核心，经过了资料查阅、器件对比选择、软硬件设计以及调试等过程，最终设计了一款能够实现火焰检测以及火焰报警等功能的防火报警器控制系统，本系统突破了目前市面上相关产品的高价格弊端，在主控上使用了51单片机来担任主控核心，不但使得成本大大降低，更是将系统的功耗特性以及使用性能得到大大提升。在软硬件设计上，本课题以先搭建硬件系统后进行软件程序代码编写的顺序进行设计，通过Protel、Keil以及Visio等软件平台的辅助，大大加快了毕业设计的进程，最终经过了大量的试验验证以及改进优化，本系统实现了预期拟设的所有功能指标。
目录
引言 1
一、 方案选择及元器件介绍 3
（一） 常用单片机的比较与选择 3
（二） AT89C51单片机 4
（三） 火焰传感器模块介绍 4
（四） LCD1602显示器介绍 5
（五） 蜂鸣器电路 6
二、 硬件系统设计 7
（一） 防火报警器系统的硬件结构框图设计 7
（二） 最小系统设计 7
（三） 火焰检测传感器电路设计 9
（四） 显示器电路设计 10
（五） 蜂鸣器电路设计 10
（六） 按键电路 11
三、 软件系统设计 12
（一） 防火报警器系统的主程序流程设计 12
（二） 火焰检测传感器的软件流程设计 13
（三） 显示器工作流程设计 13
（四） 报警电路工作流程设计 14
四、 硬件测试 16
（一） 硬件测试 16
（二） 问题总结 17
总 结 18
参考文献 19
致 谢 20
附录一 原理图 21
附录二 元件列表 22
附录三 程序代码 23
引言
防火报警器控制系统就是指一种内部嵌入单片机等微处理器作为主控芯片，在单片机片外搭配火焰传感器、高精度液晶屏、按键、报警器以及某些无线收发模块，这些系统所表现出的特点往往是以单片机作为核心部分，在软件上以SPI
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、IIC或者串口等一些典型接口进行相互之间数据收发。本课题将要设计的这种防火报警器控制系统主要为了完成火焰实时快速检测、火警报警等功能，能够实现这种功能的系统或者机械结构在很早以前就已经出现了，较早期的防火报警器系统在组成上以机械结构占据主要部分，在功能的实现上也主要是以机械结构来实现的，随着电子技术逐渐发展后，设计者将一些简易的电子功能融入到传统防火报警器系统中，虽然这些功能在实现难度上非常容易，但是诸如蜂鸣器报警、布防等功能的加入，使得传统防火报警器系统更加具有实用性，使用者在用这种传统防火报警器系统时能够得到更高的使用体验感，因此设计者们意识到这一趋势之后，不断将当时较为先进的电子技术和成熟控制技术嵌入到传统防火报警器系统内部。在二十世纪后半页半导体技术和单片机技术实现大发展后，传统防火报警器系统迎来了发展的新契机，单片机丰富的控制方式和成熟的控制性能得到了设计师的一致好评，这一时机的防火报警器系统设计人员纷纷将单片机控制系统进行嵌入，通过将火焰传感器、GSM模块等模块的搭配，实现了火焰报警信号的无线发送等新型智能功能。上世纪七十年代后期集成传感器技术的成熟为新型防火报警器控制系统的发展注入了新鲜的血液，这些外型小巧、测量灵敏的传感器探头往往能够按照被测对象的变化而按规律输出相应能够被测量到的电压/电流信号，通过单片机等微处理器与集成传感器的搭配，是实现更高性能防火报警器系统的最佳搭配。
防火报警器控制系统在我国的研究起步期相对较晚，其开始时间大约可以追溯到二十世纪初，当时单片机控制系统在国内飞速普及后，使得国内一些技术从业人员开始将目光对准了将单片机系统嵌入到防火报警器控制系统内部，国内的相关技术人员不断从国外一些先进的成熟系统中进行学习，在此基础上能够实现一些简单的开环控制系统，但是对于防火报警器系统的复杂控制，相对于当时国外一些发达国家还有一定的差距。目前国内外对于防火报警器控制系统的研究仍旧处于一种热情的状态，由于微处理器技术不断发展，这在很大程度上不断促进防火报警器系统向前发展，得益于微处理器的处理速度、处理性能、生产成本以及稳定性的逐渐提升，使得防火报警器系统也在不断提高其性价比。
本课题在经过对当前市面上相关产品的大量调研后，结合自身的专业知识掌握程度，最终确立了如下的设计研究内容：
使用AT89C51单片机作为主控芯片，结合其他模块构建一个51单片机最小系统，实现一款能够实现火焰快速检测、火警报警等功能的防火报警器控制系统；
系统采用直流正5V电压进行供电，具有较低的功率消耗；
3、能够实时检测火焰信号的发生；
4、当火焰发生时，火焰传感器立即输出电平信号传送给51单片机，单片机接收到这一电平信号后，驱动蜂鸣器模块发出报警信号，并显示；
5、具有显示功能，51单片机驱动LCD1602液晶屏进行参数显示。
方案选择及元器件介绍
常用单片机的比较与选择
本课题结合了自身当前的知识掌握情况以及对于单片机的学习经历，最终制订了两个单片机的待选方案。
第一个方案是选用ATMEL公司的AT89C51单片机，C51单片机的数据处理宽度为八位，如果采用该单片机作为本次毕业设计的主控单片机，那么将能够带来极高的性价比，目前AT89C51单片机的平均价格为2RMB左右，作为系统的主控核心，成本能够控制在如此之低的水平，那么能够大大地提高控制系统的性价比。另外大学三年中对于AT89C51单片机的学习过程中，对其内部21个寄存器的配置以及使用已经有了很充分的经验和操作经历，因此如果使用AT89C51单片机，那么将能够给本次的毕业设计的成功带来足够的保障性。在电路构建方面以及PCB布局方面，由于AT89C51单片机体积较大，40个管脚全部采用直插形式，没有任何贴片引脚，因此对于PCB的布局以及焊接工作，能够大大降低设计难度，并且也能够在一定程度上增强系统的稳定性。
第二个方案时选用ATMEL公司的AVR单片机，所谓的AVR单片机指的是一种经过技术改进的并且采用RISC指令结构的单片机，其名称AVR的由来——该单片机是由ATMEL公司的A和V两位员工（A和V是他们名字的首字母）共同设计出来的，在51单片机的基础上，去除51单片机的复杂指令结构，而采用RISC指令结构，因此去RISC的首字母R，将A、V和R三个字母相连，这就是AVR单片机名称的由来。AVR单片机在一定意义上来讲，是51单片机的一种改进品，因为随着单片机技术的飞速发展，一开始设计人员威乐增强51单片机的稳定性，因此将外部输入的时钟频率经过多次分频，使得51单片机的主频变得非常小，通过牺牲主频的方式来保证单片机的稳定性。而AVR单片机经过了内部结构的改进，使得单片机不用经过大幅度分频，就可在较高速的主频频率下就能够稳定的工作，因此AVR单片机的运行速度相对来说比51单片机要高。AVR单片机的管脚封装形式与51单片机相同，同样能够大大有利于系统电路以及PCB布局的设计。
目录
引言 1
一、 方案选择及元器件介绍 3
（一） 常用单片机的比较与选择 3
（二） AT89C51单片机 4
（三） 火焰传感器模块介绍 4
（四） LCD1602显示器介绍 5
（五） 蜂鸣器电路 6
二、 硬件系统设计 7
（一） 防火报警器系统的硬件结构框图设计 7
（二） 最小系统设计 7
（三） 火焰检测传感器电路设计 9
（四） 显示器电路设计 10
（五） 蜂鸣器电路设计 10
（六） 按键电路 11
三、 软件系统设计 12
（一） 防火报警器系统的主程序流程设计 12
（二） 火焰检测传感器的软件流程设计 13
（三） 显示器工作流程设计 13
（四） 报警电路工作流程设计 14
四、 硬件测试 16
（一） 硬件测试 16
（二） 问题总结 17
总 结 18
参考文献 19
致 谢 20
附录一 原理图 21
附录二 元件列表 22
附录三 程序代码 23
引言
防火报警器控制系统就是指一种内部嵌入单片机等微处理器作为主控芯片，在单片机片外搭配火焰传感器、高精度液晶屏、按键、报警器以及某些无线收发模块，这些系统所表现出的特点往往是以单片机作为核心部分，在软件上以SPI
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: 3 5 1 9 1 6 0 7 2
、IIC或者串口等一些典型接口进行相互之间数据收发。本课题将要设计的这种防火报警器控制系统主要为了完成火焰实时快速检测、火警报警等功能，能够实现这种功能的系统或者机械结构在很早以前就已经出现了，较早期的防火报警器系统在组成上以机械结构占据主要部分，在功能的实现上也主要是以机械结构来实现的，随着电子技术逐渐发展后，设计者将一些简易的电子功能融入到传统防火报警器系统中，虽然这些功能在实现难度上非常容易，但是诸如蜂鸣器报警、布防等功能的加入，使得传统防火报警器系统更加具有实用性，使用者在用这种传统防火报警器系统时能够得到更高的使用体验感，因此设计者们意识到这一趋势之后，不断将当时较为先进的电子技术和成熟控制技术嵌入到传统防火报警器系统内部。在二十世纪后半页半导体技术和单片机技术实现大发展后，传统防火报警器系统迎来了发展的新契机，单片机丰富的控制方式和成熟的控制性能得到了设计师的一致好评，这一时机的防火报警器系统设计人员纷纷将单片机控制系统进行嵌入，通过将火焰传感器、GSM模块等模块的搭配，实现了火焰报警信号的无线发送等新型智能功能。上世纪七十年代后期集成传感器技术的成熟为新型防火报警器控制系统的发展注入了新鲜的血液，这些外型小巧、测量灵敏的传感器探头往往能够按照被测对象的变化而按规律输出相应能够被测量到的电压/电流信号，通过单片机等微处理器与集成传感器的搭配，是实现更高性能防火报警器系统的最佳搭配。
防火报警器控制系统在我国的研究起步期相对较晚，其开始时间大约可以追溯到二十世纪初，当时单片机控制系统在国内飞速普及后，使得国内一些技术从业人员开始将目光对准了将单片机系统嵌入到防火报警器控制系统内部，国内的相关技术人员不断从国外一些先进的成熟系统中进行学习，在此基础上能够实现一些简单的开环控制系统，但是对于防火报警器系统的复杂控制，相对于当时国外一些发达国家还有一定的差距。目前国内外对于防火报警器控制系统的研究仍旧处于一种热情的状态，由于微处理器技术不断发展，这在很大程度上不断促进防火报警器系统向前发展，得益于微处理器的处理速度、处理性能、生产成本以及稳定性的逐渐提升，使得防火报警器系统也在不断提高其性价比。
本课题在经过对当前市面上相关产品的大量调研后，结合自身的专业知识掌握程度，最终确立了如下的设计研究内容：
使用AT89C51单片机作为主控芯片，结合其他模块构建一个51单片机最小系统，实现一款能够实现火焰快速检测、火警报警等功能的防火报警器控制系统；
系统采用直流正5V电压进行供电，具有较低的功率消耗；
3、能够实时检测火焰信号的发生；
4、当火焰发生时，火焰传感器立即输出电平信号传送给51单片机，单片机接收到这一电平信号后，驱动蜂鸣器模块发出报警信号，并显示；
5、具有显示功能，51单片机驱动LCD1602液晶屏进行参数显示。
方案选择及元器件介绍
常用单片机的比较与选择
本课题结合了自身当前的知识掌握情况以及对于单片机的学习经历，最终制订了两个单片机的待选方案。
第一个方案是选用ATMEL公司的AT89C51单片机，C51单片机的数据处理宽度为八位，如果采用该单片机作为本次毕业设计的主控单片机，那么将能够带来极高的性价比，目前AT89C51单片机的平均价格为2RMB左右，作为系统的主控核心，成本能够控制在如此之低的水平，那么能够大大地提高控制系统的性价比。另外大学三年中对于AT89C51单片机的学习过程中，对其内部21个寄存器的配置以及使用已经有了很充分的经验和操作经历，因此如果使用AT89C51单片机，那么将能够给本次的毕业设计的成功带来足够的保障性。在电路构建方面以及PCB布局方面，由于AT89C51单片机体积较大，40个管脚全部采用直插形式，没有任何贴片引脚，因此对于PCB的布局以及焊接工作，能够大大降低设计难度，并且也能够在一定程度上增强系统的稳定性。
第二个方案时选用ATMEL公司的AVR单片机，所谓的AVR单片机指的是一种经过技术改进的并且采用RISC指令结构的单片机，其名称AVR的由来——该单片机是由ATMEL公司的A和V两位员工（A和V是他们名字的首字母）共同设计出来的，在51单片机的基础上，去除51单片机的复杂指令结构，而采用RISC指令结构，因此去RISC的首字母R，将A、V和R三个字母相连，这就是AVR单片机名称的由来。AVR单片机在一定意义上来讲，是51单片机的一种改进品，因为随着单片机技术的飞速发展，一开始设计人员威乐增强51单片机的稳定性，因此将外部输入的时钟频率经过多次分频，使得51单片机的主频变得非常小，通过牺牲主频的方式来保证单片机的稳定性。而AVR单片机经过了内部结构的改进，使得单片机不用经过大幅度分频，就可在较高速的主频频率下就能够稳定的工作，因此AVR单片机的运行速度相对来说比51单片机要高。AVR单片机的管脚封装形式与51单片机相同，同样能够大大有利于系统电路以及PCB布局的设计。
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