多路室内火灾报警器的设计与制作
目 录
引言 1
一、系统设计方案 1
二、系统硬件设计 1
（一）时钟复位电路 1
（二）显示电路 2
（三）按键电路 3
（四）报警电路 3
（五）测温电路 4
三、软件设计 5
（一）主程序 5
（二）温度检测程序 6
（三） 温度处理程序 7
（四）温度显示程序 8
（五）比较处理程序 9
（六）按键扫描程序 10
（七）按键处理程序 11
四、软件调试 11
五、硬件调试 13
总 结 16
附录一：系统整体原理图 17
附录二：系统PCB布局图 18
附录三：系统PCB布线图 18
附录四：元器件清单 20
附录五：实物正面图 21
附录六：实物反面图 22
附录七：系统源程序 23
参考文献 40
致 谢 41
引言
随着现代化建筑不断的崛起，高楼大厦已经遍布整个城市在人们对高品质的生活的同时对于火灾安全防范也提出更高的要求，不仅仅只是平民百姓要求对于火灾安全的保障性同时国家政策也颁发一些批文专门针对安全防范都有一系列的条令条款要求开发商达成这些规定的条款已保障公民的安全和切身利益，以免造成不必要的伤亡。所以要建立一个安全又舒适的环境，消防安全问题是其中之一。本设计采用STC89C51单片机，此单片机从其诞生至今，以其卓越的性能、较高的性价比越来越受到人们的关注和重视。本设计以单片机微型计算的监测与控制为目标，对室内多路的烟雾和温度实现实时 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^351916072*
监控，循环显示各路测温点的温度值，并且能不断的检测各路烟雾信号，能够通过按键来修改火灾报警器的温度限值。另外本系统还可作为温度计使用。
一、系统设计方案
本设计系统一共需要有以下几个模块：时钟复位电路，测温、测烟电路，显示电路，按键电路以及报警电路等五个电路模块构成。如图1所示。本设计系统主要功能是实时监控温度、烟雾，当火灾发生时，系统会发出声和光报警。系统工作时，通过PCF8591AD把当前的温度值送入STC89C51处理后，再把数值通过液晶显示器上显示出来。在工作过程中，单片机不断的将PCF8591送来的当前温度值与预先设定好的温度限值相比较，当温度值大于设定的上限值时，且系统同时检测到有烟雾信号，系统就会发出声和光报警。若探测到温度越限值或者烟雾信号其中之一时，只会发出光报警。另外，在运行过程中，用户可以通过按键，对火灾报警温度限值进行设置，这一技术不仅仅是一个新的突破，最重要的是用户自己可以掌控且时时关注。
图1 系统设计框图
二、系统硬件设计
（一）时钟复位电路
STC89C51单片机由于拥有达到8K字节的Flash存储器和512字节的RAM，所以只需要建立单片机最小系统，即可满足本设计的控制部分的要求。本系统采用的是内部振荡方式，如图2所示，本方案选择12MHZ的石英晶体和20pF的电容组成并联谐振电路，作为本系统的时钟电路。
复位操作是完成单片机片内电路初始化的，要想系统实现复位操作，则单片机89C51的复位引脚RST端必须要出现5ms以上的高电平而且还要持续2个周期。复位操作通常有两种基本形式：上电复位、开关复位。本设计中采用较常用的上电且开关复位电路，如图2所示。上电后，由于电容C1充电，使RST持续一段高电平时间。当89C51在运行中时，按下复位按键S4能使RST持续一段时间的高电平，从而实现上电且开关复位的操作。
图2 时钟复位电路
（二）显示电路
我这次所采用的是工作电压为5V的1602型LCD显示模块，之所以采用1602型显示器是因为它不但体积小可以显示的内容丰富外，而且还具有体积小功耗低等优点。其接口信号具体说明如表1，显示图如图3所示。
表1 1602型LCD的接口信号说明
图3 液晶显示电路
（三）按键电路
按键电路由三个开关构成，如图4所示，各按键分别与P2.0，P2.1，P2.2各端口相连接。S1键与P2.0位相连，在修改模式下起到对火灾报警温度限加的作用；在运行模式下起到对显示通道加的作用。S2键与P2.1位相连，在修改模式下起到对火灾报警温度限减的作用；在运行模式下起到对显示通道减的作用。S3键与P2.2位相连，起到模式切换（设定模式/工作模式）的作用。
图4 按键输入电路
（四）报警电路
报警电路有光报警和声报警两部分组成，本设计采用的是LED灯和有源蜂鸣器当报警器。如图5所示，当单片机检测到有烟雾信号或温度越限信号其中一种时，P1.7连接的灯亮，同时单片机的一个引脚驱动PNP型的三极管，输出低电平时，三极管饱和导通，蜂鸣器开始鸣响。反之P3.5口也是一样。若没有检测到烟雾信号或温度越限信号其中一种时，两盏灯都不亮，且单片机的引脚输出高电平，三极管截止，蜂鸣器不响。
图5 光报警和声报警电路
（五）测温电路
本设计中使用的是PCF8591AD转换器，它是一个单独集成、单独供电、低功耗、8-bit CMOS数据获取器件。有4个模拟输入、1个模拟输出和1个串行I2C总线接口,都是通过双线双向I2C总线以串行的方式进传输。感烟传感器电路原理图如图6所示。
图6 烟雾传感器电路原理
当火灾发生时，即当室内烟雾浓度达到一定数值时，则电路输出高电平，否则无信号输出。10u电容和1K电阻组成滤波电路，输出信号稳定，使单片机判断准确。电路图如图7所示。
图7 烟雾测温电路
三、软件设计
（一）主程序
我们都知道在主程序的模块中，一开始我们都需要先对它们进行初始化，然后是不断检测温度并调用子程序来显示温度值的，同时，将温度值与预先设定的限值作比较，实现对温度和烟雾实时监控，若两个条件同时满足时，系统发出声音报警和光报警，以便能及时发现火灾。主程序流程图如图8所示。
图8 主程序流程图
（二）温度检测程序
该程序功能是把数字传感器PCF8591AD检测的当前温度值读入单片机内存单元。其程序流程图如图9所示：
图9 温度检测程序流程图
（三） 温度处理程序
因为从温度传感器读入的温度值有两个字节，分别放入28H、29H单元，本系统温度显示精确到1摄氏度。28H的高四位为符号位，28H的低四位与29H的高四位为温度值的整数部分，所以，在显示温度值前要先将读入的温度值进行处理，这就是温度处理程序所要完成的功能。程序流程图如图10所示：
单击Debug>>Start/Stop Debug Session,进行调试模式。如图18所示。
图18 程序调试图
附录二：系统PCB布局图
附录三：系统PCB布线图
附录七：系统源程序
引言 1
一、系统设计方案 1
二、系统硬件设计 1
（一）时钟复位电路 1
（二）显示电路 2
（三）按键电路 3
（四）报警电路 3
（五）测温电路 4
三、软件设计 5
（一）主程序 5
（二）温度检测程序 6
（三） 温度处理程序 7
（四）温度显示程序 8
（五）比较处理程序 9
（六）按键扫描程序 10
（七）按键处理程序 11
四、软件调试 11
五、硬件调试 13
总 结 16
附录一：系统整体原理图 17
附录二：系统PCB布局图 18
附录三：系统PCB布线图 18
附录四：元器件清单 20
附录五：实物正面图 21
附录六：实物反面图 22
附录七：系统源程序 23
参考文献 40
致 谢 41
引言
随着现代化建筑不断的崛起，高楼大厦已经遍布整个城市在人们对高品质的生活的同时对于火灾安全防范也提出更高的要求，不仅仅只是平民百姓要求对于火灾安全的保障性同时国家政策也颁发一些批文专门针对安全防范都有一系列的条令条款要求开发商达成这些规定的条款已保障公民的安全和切身利益，以免造成不必要的伤亡。所以要建立一个安全又舒适的环境，消防安全问题是其中之一。本设计采用STC89C51单片机，此单片机从其诞生至今，以其卓越的性能、较高的性价比越来越受到人们的关注和重视。本设计以单片机微型计算的监测与控制为目标，对室内多路的烟雾和温度实现实时 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^351916072*
监控，循环显示各路测温点的温度值，并且能不断的检测各路烟雾信号，能够通过按键来修改火灾报警器的温度限值。另外本系统还可作为温度计使用。
一、系统设计方案
本设计系统一共需要有以下几个模块：时钟复位电路，测温、测烟电路，显示电路，按键电路以及报警电路等五个电路模块构成。如图1所示。本设计系统主要功能是实时监控温度、烟雾，当火灾发生时，系统会发出声和光报警。系统工作时，通过PCF8591AD把当前的温度值送入STC89C51处理后，再把数值通过液晶显示器上显示出来。在工作过程中，单片机不断的将PCF8591送来的当前温度值与预先设定好的温度限值相比较，当温度值大于设定的上限值时，且系统同时检测到有烟雾信号，系统就会发出声和光报警。若探测到温度越限值或者烟雾信号其中之一时，只会发出光报警。另外，在运行过程中，用户可以通过按键，对火灾报警温度限值进行设置，这一技术不仅仅是一个新的突破，最重要的是用户自己可以掌控且时时关注。
图1 系统设计框图
二、系统硬件设计
（一）时钟复位电路
STC89C51单片机由于拥有达到8K字节的Flash存储器和512字节的RAM，所以只需要建立单片机最小系统，即可满足本设计的控制部分的要求。本系统采用的是内部振荡方式，如图2所示，本方案选择12MHZ的石英晶体和20pF的电容组成并联谐振电路，作为本系统的时钟电路。
复位操作是完成单片机片内电路初始化的，要想系统实现复位操作，则单片机89C51的复位引脚RST端必须要出现5ms以上的高电平而且还要持续2个周期。复位操作通常有两种基本形式：上电复位、开关复位。本设计中采用较常用的上电且开关复位电路，如图2所示。上电后，由于电容C1充电，使RST持续一段高电平时间。当89C51在运行中时，按下复位按键S4能使RST持续一段时间的高电平，从而实现上电且开关复位的操作。
图2 时钟复位电路
（二）显示电路
我这次所采用的是工作电压为5V的1602型LCD显示模块，之所以采用1602型显示器是因为它不但体积小可以显示的内容丰富外，而且还具有体积小功耗低等优点。其接口信号具体说明如表1，显示图如图3所示。
表1 1602型LCD的接口信号说明
图3 液晶显示电路
（三）按键电路
按键电路由三个开关构成，如图4所示，各按键分别与P2.0，P2.1，P2.2各端口相连接。S1键与P2.0位相连，在修改模式下起到对火灾报警温度限加的作用；在运行模式下起到对显示通道加的作用。S2键与P2.1位相连，在修改模式下起到对火灾报警温度限减的作用；在运行模式下起到对显示通道减的作用。S3键与P2.2位相连，起到模式切换（设定模式/工作模式）的作用。
图4 按键输入电路
（四）报警电路
报警电路有光报警和声报警两部分组成，本设计采用的是LED灯和有源蜂鸣器当报警器。如图5所示，当单片机检测到有烟雾信号或温度越限信号其中一种时，P1.7连接的灯亮，同时单片机的一个引脚驱动PNP型的三极管，输出低电平时，三极管饱和导通，蜂鸣器开始鸣响。反之P3.5口也是一样。若没有检测到烟雾信号或温度越限信号其中一种时，两盏灯都不亮，且单片机的引脚输出高电平，三极管截止，蜂鸣器不响。
图5 光报警和声报警电路
（五）测温电路
本设计中使用的是PCF8591AD转换器，它是一个单独集成、单独供电、低功耗、8-bit CMOS数据获取器件。有4个模拟输入、1个模拟输出和1个串行I2C总线接口,都是通过双线双向I2C总线以串行的方式进传输。感烟传感器电路原理图如图6所示。
图6 烟雾传感器电路原理
当火灾发生时，即当室内烟雾浓度达到一定数值时，则电路输出高电平，否则无信号输出。10u电容和1K电阻组成滤波电路，输出信号稳定，使单片机判断准确。电路图如图7所示。
图7 烟雾测温电路
三、软件设计
（一）主程序
我们都知道在主程序的模块中，一开始我们都需要先对它们进行初始化，然后是不断检测温度并调用子程序来显示温度值的，同时，将温度值与预先设定的限值作比较，实现对温度和烟雾实时监控，若两个条件同时满足时，系统发出声音报警和光报警，以便能及时发现火灾。主程序流程图如图8所示。
图8 主程序流程图
（二）温度检测程序
该程序功能是把数字传感器PCF8591AD检测的当前温度值读入单片机内存单元。其程序流程图如图9所示：
图9 温度检测程序流程图
（三） 温度处理程序
因为从温度传感器读入的温度值有两个字节，分别放入28H、29H单元，本系统温度显示精确到1摄氏度。28H的高四位为符号位，28H的低四位与29H的高四位为温度值的整数部分，所以，在显示温度值前要先将读入的温度值进行处理，这就是温度处理程序所要完成的功能。程序流程图如图10所示：
单击Debug>>Start/Stop Debug Session,进行调试模式。如图18所示。
图18 程序调试图
附录二：系统PCB布局图
附录三：系统PCB布线图
附录七：系统源程序
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