单片机的火灾报警器的设计
引言 2
二十一世纪的今天，人类社会发展迅速，居民楼、大型商场，医院等各式建筑随处可见，但同时带来的还有突发事故发生时人们生命和财产的不安全性。火灾对人们生命和财产的威胁尤其严重，因此人们对火灾的预防愈发的重视。在一座建筑中安全有效的火灾自动报警系统是人们生命和财产的保障，设计出有效的火灾报警系统才能减少火灾给人类社会带来的损失。
我国的火灾自动报警系统经历了从无到有、从简单到复杂的发展过程，其智能化程度也不断提高，但距离国际先进水平还有一定距离。随着社会和科技的不断进步，对于火灾自动报警系统的要求也越来越高，所以要充分认清现状，不断发展我国自主研发的火灾自动报警系统。
下面我们对火灾自动报警设计的全面认识以此来增加我们对火灾自动报警装置的认识，从而增加我们对火灾的认识，以此来减免火灾发生时所带来的损失。 一、选题及总体方案
（一）选题
火灾报警系统能时时监控温度和可燃气体的浓度，当检测到可燃气体超标时便会启动报警装置同时开启排气扇将可燃性气体排出去，为人身和财产安全提供了保障。
（二）火灾报警系统的总体方案
系统包含了六个小的电路块，其中复位电路的工作方式是采用上电自动复位，用来对整个工作系统做好工作前的准备，一上电就使得CPU和系统中的其它部件都处于一个确定的初始状态，并从这个状态开始工作。时钟电路采用的是12MHZ的晶振作为系统软件及硬件调试的工作时钟。对于环境中温度及气体浓度，则通过数字温度传感器及可燃性气体传感器来获取。显示部分采用的是液晶显示。当采集到的气体浓度超出正常值时，CPU便启动报警电路及外部设备控制执行电路，该部分电路主要由蜂鸣器及继电器构成，用来实现对可燃性气体浓度超标时的报警和排气工作。系统的总体方案结构原理框图如图1-1所示。
图 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: %3^5`1^9`1^6^0`7^2#
1-1 火灾报警系统总的结构原理框图
二、温度气体信号采集模块
（一）温度气体信号采集模块
系统的采集部分电路设计包括以下两部分。
1.温度采集电路的设计：这里采用数字温度传感器来直接获得环境中的温度，不需要进行A/D转换，便可直接与单片机相连进行数据的传输，硬件电路简单。
2.气体浓度采集电路的设计：根据生活中经常接触到的可燃性气体成分，系统采用的可燃性气体传感器的型号是MQ—K1，此传感器对日常所接触到的煤气、天然气和瓦斯的成分都比较敏感。由此传感器获得的信号经调理电路处理，便可作为A/D转换模块的输入模拟信号。所获得的模拟电信号经A/D转换送入CPU中处理。由此可设计出可燃气体浓度采集部分的方案框图，如图2-1所示。
图2-1温度气体采集模块
（二）火灾报警系统主要器件的选择
1．主控制芯片的选择
采用51系列芯片来作为主控芯片，结合这次课题的具体要求和经济实用方面的考虑，选择了51系列单片机中的AT89C52芯片来作为这次总设计的主控芯片。
2．数字温度传感器的选择
采用数字温度传感器的型号是DS18B20，其内部结构如图2-2所示。
图2-2 DS18B20的内部结构
DS18B20的测温原理如图2-3所示，低温度系数晶振的振荡频率受温度影响很小，用于产生固定频率的脉冲信号送给计数器l。高温度系数晶振随温度变化其振荡率明显改变，所产生的信号作为计数器2的脉冲输入。计数器l和温度寄存器被预置在-55℃所对应的一个基数值。计数器l对低温度系数晶振产生的脉冲信号进行减法计数，当计数器l的预置值减到0时，温度寄存器的值将加l，计数器l的预置将重新被装入，计数器l重新开始对低温度系数晶振产生的脉冲信号进行计数，如此循环直到计数器2计数到0时，停止温度寄存器值的累加，此时温度寄存器中的数值即为所测温度。斜率累加器用于补偿和修正测温过程中的非线性，其输出用于修正计数器l的预置值。
图 2-3 DS18B20测温原理
3．可燃性气体传感器
根据我们日常生活中经常接触到的可燃性气体成分，本系统采用的可燃性气体传感器的型号是MQ—K1，此传感器对我们日常所接触到的煤气、天然气和瓦斯的主要成分都比较敏感。
4．A/D转换器
A/D转换器用于实现模拟量与数字量之间的转换。按转换原理，模数转换器可分为四类：计数式A/D转换器、双积分式A/D转换器、逐次逼近式A/D转换器和并行式A/D转换器。
根据系统的需要，我们这里选择了常见的ADC0809转换芯片来实现。
ADC0809是一个典型的逐次逼近式8位CMOS型A/D转换器，片内有8路模拟选通开关、三态输出锁存器以及相应的通道地址锁存与译码电路。它可以实现8路模拟信号的分时采集，转换后的数字量输出是三态的（总线型输出），可直接与单片机数据总线相连接。ADC0809采用+5V电源供电，外接工作时钟。当典型工作时钟为500HZ时，转换时间为128μs。
5.液晶显示模块的选择
LCD液晶显示器是一种利用液晶的扭曲/向列效应制成的新型显示器，它具有微功耗、体积小、抗干扰能力强、显示内容丰富、超薄轻巧的诸多优点，在袖珍式仪表和低功耗应用系统中得到越来越广泛的应用。另一特点是，LCD本身不发光，是通过借助外界光线照射液晶材料而实现显示的被动显示器件。
根据系统设计显示的需要，我们这里采用点阵式字符型液晶显示器，型号为GDM0801A。
6.三端稳压器7805
线性集成稳压器分固定式输出、可调式输出两种类型，又以三端固定或可调式集成稳压器的应用范围为最广。
主要用途：适用于各种电源稳压电路。
主要特点： 输出稳定性好、使用方便、输出过流、过热自动保护。
三、硬件电路设计
（一）电源部分电路
要能成为独立的单片机系统，首先就要拥有能够提供系统正常工作的抗干扰直流稳压电源。即要求设计的电源电路能够直接将220V交流电转变为5V直流电，其中包含了变压器、整流桥、7805三端稳压块，极性电容和一般电容。。
我们采用的是三端集成稳压器的典型电路接法，这样就可以得到一个相对不受外界干扰的5V直流电源。给这个系统带来更好的工作环境。经过这个整体的设计思路,可以得到具体的电路图如图3-1所示。
图 3-1 电源部分电路图
（二）温度采集电路
系统的数据采集部分电路由两个部分组成。一部分是可燃气体浓度采集电路，其中包括气体浓度的数据采集及处理工作和A/D转换电路。前面的工作主要由可燃性气体传感器及传感器调理电路来完成，后面的A/D转换则由ADC0809和单片机组成的电路来完成，用来实现环境中可燃性气体浓度的监测。另一部分则是温度获取电路，该部分电路由数字温度传感器及其附属电路和CPU来组成，用来检测环境中的温度。
图 3-4 显示部分电路的电路图
（四）控制部分电路
1．复位电路
我们使用的是CMOS型的51单片机，要使RST在上电的时候得到一个高电平，需要在RST复位端接一个电容至电源和一个电阻接地，就能实现上电自动复位。系统插上电源时就能够进行自动复位，RST端出现一段时间的高电平，器件复位。根据以上的设计思路可以设计出上电自动复位电路如图3-5所示。
二十一世纪的今天，人类社会发展迅速，居民楼、大型商场，医院等各式建筑随处可见，但同时带来的还有突发事故发生时人们生命和财产的不安全性。火灾对人们生命和财产的威胁尤其严重，因此人们对火灾的预防愈发的重视。在一座建筑中安全有效的火灾自动报警系统是人们生命和财产的保障，设计出有效的火灾报警系统才能减少火灾给人类社会带来的损失。
我国的火灾自动报警系统经历了从无到有、从简单到复杂的发展过程，其智能化程度也不断提高，但距离国际先进水平还有一定距离。随着社会和科技的不断进步，对于火灾自动报警系统的要求也越来越高，所以要充分认清现状，不断发展我国自主研发的火灾自动报警系统。
下面我们对火灾自动报警设计的全面认识以此来增加我们对火灾自动报警装置的认识，从而增加我们对火灾的认识，以此来减免火灾发生时所带来的损失。 一、选题及总体方案
（一）选题
火灾报警系统能时时监控温度和可燃气体的浓度，当检测到可燃气体超标时便会启动报警装置同时开启排气扇将可燃性气体排出去，为人身和财产安全提供了保障。
（二）火灾报警系统的总体方案
系统包含了六个小的电路块，其中复位电路的工作方式是采用上电自动复位，用来对整个工作系统做好工作前的准备，一上电就使得CPU和系统中的其它部件都处于一个确定的初始状态，并从这个状态开始工作。时钟电路采用的是12MHZ的晶振作为系统软件及硬件调试的工作时钟。对于环境中温度及气体浓度，则通过数字温度传感器及可燃性气体传感器来获取。显示部分采用的是液晶显示。当采集到的气体浓度超出正常值时，CPU便启动报警电路及外部设备控制执行电路，该部分电路主要由蜂鸣器及继电器构成，用来实现对可燃性气体浓度超标时的报警和排气工作。系统的总体方案结构原理框图如图1-1所示。
图 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: %3^5`1^9`1^6^0`7^2#
1-1 火灾报警系统总的结构原理框图
二、温度气体信号采集模块
（一）温度气体信号采集模块
系统的采集部分电路设计包括以下两部分。
1.温度采集电路的设计：这里采用数字温度传感器来直接获得环境中的温度，不需要进行A/D转换，便可直接与单片机相连进行数据的传输，硬件电路简单。
2.气体浓度采集电路的设计：根据生活中经常接触到的可燃性气体成分，系统采用的可燃性气体传感器的型号是MQ—K1，此传感器对日常所接触到的煤气、天然气和瓦斯的成分都比较敏感。由此传感器获得的信号经调理电路处理，便可作为A/D转换模块的输入模拟信号。所获得的模拟电信号经A/D转换送入CPU中处理。由此可设计出可燃气体浓度采集部分的方案框图，如图2-1所示。
图2-1温度气体采集模块
（二）火灾报警系统主要器件的选择
1．主控制芯片的选择
采用51系列芯片来作为主控芯片，结合这次课题的具体要求和经济实用方面的考虑，选择了51系列单片机中的AT89C52芯片来作为这次总设计的主控芯片。
2．数字温度传感器的选择
采用数字温度传感器的型号是DS18B20，其内部结构如图2-2所示。
图2-2 DS18B20的内部结构
DS18B20的测温原理如图2-3所示，低温度系数晶振的振荡频率受温度影响很小，用于产生固定频率的脉冲信号送给计数器l。高温度系数晶振随温度变化其振荡率明显改变，所产生的信号作为计数器2的脉冲输入。计数器l和温度寄存器被预置在-55℃所对应的一个基数值。计数器l对低温度系数晶振产生的脉冲信号进行减法计数，当计数器l的预置值减到0时，温度寄存器的值将加l，计数器l的预置将重新被装入，计数器l重新开始对低温度系数晶振产生的脉冲信号进行计数，如此循环直到计数器2计数到0时，停止温度寄存器值的累加，此时温度寄存器中的数值即为所测温度。斜率累加器用于补偿和修正测温过程中的非线性，其输出用于修正计数器l的预置值。
图 2-3 DS18B20测温原理
3．可燃性气体传感器
根据我们日常生活中经常接触到的可燃性气体成分，本系统采用的可燃性气体传感器的型号是MQ—K1，此传感器对我们日常所接触到的煤气、天然气和瓦斯的主要成分都比较敏感。
4．A/D转换器
A/D转换器用于实现模拟量与数字量之间的转换。按转换原理，模数转换器可分为四类：计数式A/D转换器、双积分式A/D转换器、逐次逼近式A/D转换器和并行式A/D转换器。
根据系统的需要，我们这里选择了常见的ADC0809转换芯片来实现。
ADC0809是一个典型的逐次逼近式8位CMOS型A/D转换器，片内有8路模拟选通开关、三态输出锁存器以及相应的通道地址锁存与译码电路。它可以实现8路模拟信号的分时采集，转换后的数字量输出是三态的（总线型输出），可直接与单片机数据总线相连接。ADC0809采用+5V电源供电，外接工作时钟。当典型工作时钟为500HZ时，转换时间为128μs。
5.液晶显示模块的选择
LCD液晶显示器是一种利用液晶的扭曲/向列效应制成的新型显示器，它具有微功耗、体积小、抗干扰能力强、显示内容丰富、超薄轻巧的诸多优点，在袖珍式仪表和低功耗应用系统中得到越来越广泛的应用。另一特点是，LCD本身不发光，是通过借助外界光线照射液晶材料而实现显示的被动显示器件。
根据系统设计显示的需要，我们这里采用点阵式字符型液晶显示器，型号为GDM0801A。
6.三端稳压器7805
线性集成稳压器分固定式输出、可调式输出两种类型，又以三端固定或可调式集成稳压器的应用范围为最广。
主要用途：适用于各种电源稳压电路。
主要特点： 输出稳定性好、使用方便、输出过流、过热自动保护。
三、硬件电路设计
（一）电源部分电路
要能成为独立的单片机系统，首先就要拥有能够提供系统正常工作的抗干扰直流稳压电源。即要求设计的电源电路能够直接将220V交流电转变为5V直流电，其中包含了变压器、整流桥、7805三端稳压块，极性电容和一般电容。。
我们采用的是三端集成稳压器的典型电路接法，这样就可以得到一个相对不受外界干扰的5V直流电源。给这个系统带来更好的工作环境。经过这个整体的设计思路,可以得到具体的电路图如图3-1所示。
图 3-1 电源部分电路图
（二）温度采集电路
系统的数据采集部分电路由两个部分组成。一部分是可燃气体浓度采集电路，其中包括气体浓度的数据采集及处理工作和A/D转换电路。前面的工作主要由可燃性气体传感器及传感器调理电路来完成，后面的A/D转换则由ADC0809和单片机组成的电路来完成，用来实现环境中可燃性气体浓度的监测。另一部分则是温度获取电路，该部分电路由数字温度传感器及其附属电路和CPU来组成，用来检测环境中的温度。
图 3-4 显示部分电路的电路图
（四）控制部分电路
1．复位电路
我们使用的是CMOS型的51单片机，要使RST在上电的时候得到一个高电平，需要在RST复位端接一个电容至电源和一个电阻接地，就能实现上电自动复位。系统插上电源时就能够进行自动复位，RST端出现一段时间的高电平，器件复位。根据以上的设计思路可以设计出上电自动复位电路如图3-5所示。
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