89C52单片机的烟雾报警器设计
引言 1
一、概述 2
（一）课题的背景和现实意义 2
二、89C52烟雾报警系统结构 2
（一）系统设计的原则 2
（二）烟雾传感器选型 2
（三） 89C52单片机功能 5
（四） LM324比较器功能 6
（五）系统硬件设计 6
三、烟雾报警系统的软件设计 11
（一）控制软件设计原则 11
（二）系统总体程序的分析 11
四、系统运行测试与调试 15
（一）测试工具 15
（二）系统调试概述 15
（三）系统硬件测试 15
总结 20
参考文献 21
谢辞 22
引言
随着时代的发展，传感器技术越来越成熟，得到了显著的提高，其领域范围也越广泛。传感器技术已经成为了科学技术发展水平的衡量标准之一。因此，了解并掌握各类传感器是非常重要的。
为了提高对传感器的认识和了解，尤其是对烟雾传感器更为透彻的了解和研究，基于生活实用和广泛的原则进而设计了此系统。本文利用单片机结合传感器技术而设计了这一烟雾报警器。
火灾烟雾报警器是能够检测环境中的烟雾浓度，并具有报警功能的仪器。烟雾信号采集电路一般由烟雾传感器和模拟放大电路组成，将烟雾信号转化为模拟电信号。转化电路将从烟雾检测电路送出的模拟信号转换成单片机可识别的数字信号送入单片机，再由单片机控制是否启动报警。
本文详细介绍了该火灾烟雾报警器的硬件、软件设计，最后对整个设计做了概括性总结。
一、概述
（一）课题的背景和现实意义
1.课题的背景
国外对于烟雾报警器 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ￥351916072￥
的研究比较于国内，更加早期，更加完善，妖舞报警器在国外的火灾报警中起着不可替代的作用。
据美国消防协会的相关报告称，烟雾报警器能够使家庭火灾死亡率的风险降低一半。NFPA72：2007：国家报警规范规定，除睡觉的房间外，每个房间都要安装烟雾报警器。
目前，国内对周围烟雾的控制，主要集中在智能控制的火灾报警研究方向上。采用单片机技术的高灵敏度的烟雾报警装置，可以实现对较低烟雾浓度的严格检测，从而实现预警和报警。
2.现实意义
随着社会经济的迅速发展，智能领域的高度发展，智能自动化控制系统的应用比手工操作的效率高了不少。而单片机的应用更是随处可见，是一块具有很大发展前途的领域。单片机将中央处理器、程序储存器、定时器/计数器、并行串行输入输出口和中断部件等单元集成在一个芯片上，使系统的体积缩小，价格便宜，性能可靠。如果在一个严格控制环境烟雾浓度的禁烟场所设计一个单片机智能控制烟雾浓度的系统，我相信应该会得到一个更好的应用效果。
本设计可直接在现实中使用。
二、89C52烟雾报警系统结构
（一）系统设计的原则
烟雾监测控制系统结构的设计遵循以下几个原则：
1.功能性原则：系统的设计首先满足功能上的要求，结构的设计必须满足效能分析数据的特点。
2.可靠性原则：对于一个系统来说，最重要的是系统的稳定性，它是系统能正常运行的前提。
3.易用性原则：使用简便。人性化的设计才能得到大家的认可。
4.经济性原则：一个系统是否具有实际用途，是否能被大家所接受，除了其功能外，其成本也是决定性因素。只有价格低廉、效果好的系统才能被大家接受。
5.模块化原则：结构设计模块化，方便系统调试和功能的扩充。
（二）烟雾传感器选型
烟雾传感器有离子式烟雾传感器、光电式烟雾传感器、管道抽吸式感烟传感器、对射式烟雾传感器、激光感烟传感器等。
1.离子感烟式传感器
它是点型探测器，是在电离室内含有少量放射性物质，可使电离室内空气成为导体，允许一定电流在两个电极之间的空气中通过，射线使局部空气成电离状态，经电压作用形成离子流，这就给电离室一个有效的导电性。当烟粒子进入电离化区域时，它们由于与离子相结合而降低了空气的导电性，形成离子移动的减弱。当导电性低于预定值，传感器发出信号。
2.光电式烟雾传感器
它是点型传感器，是利用起火时产生的烟雾能够改变光的传播特性这一基本性质而研制的。它有一个发光元件和一个光敏元件，平常光源发出的光，通过透射到光敏元件上，电路维持正常，如果有烟雾从中阻隔，到达光敏元件上的光就显著减弱，于是光敏元件就把光强的变化变成电的变化，通过放大电路向人们报警。根据烟粒子对光线的吸收和散射作用。光电感烟传感器又分为遮光性和散光型两种。
3.管道抽吸式感烟传感器
它的工作原理和光电感应探测器中另一种散射性相似，通过烟雾的反射或散射产生光敏电流，主要用在船舶上。
4.对射式烟雾传感器
它是线型探测器，是对警戒范围内某一线状窄条周围烟气参数响应的火灾探测器。它同前面两种点型感烟型探测器的主要区别在于线性感烟探测器将光束发射器和光电接收器分为两个独立的部分，使用是分装相对的两处，中间用光束连接起来。红外光束感烟探测器又分为对射型和反射型两种。
5.激光式感烟传感器
它也是利用光电感应原理，不同的是光源改用激光束。这种探测器采用半导体器件、体积小、价格低、耐震动、寿命长，很有发展前途。
（感烟式火灾探测器适宜安装在发生火灾后产生烟雾较大或容易产生引燃的场所，它不宜安装在平时烟雾浓度大或通风速度较快的场所。）
此次设计我选用的是MQ-2烟雾传感器，也称气体传感器（对可燃气体更为敏感）。MQ-2烟雾传感器所使用的气敏材料是在清洁空气中电导率较低的二氧化锡(SnO2)。当传感器所处环境中存在可燃气体时，传感器的电导率随空气中可燃气体浓度的增加而增大。使用简单的电路即可将电导率的变化转换为与该气体浓度相对应的输出信号。 MQ-2烟雾传感器对液化气、丙烷、氢气的灵敏度高，对天然气和其它可燃蒸汽的检测也很理想。这种传感器可检测多种可燃性气体，是一款适合多种应用的低成本传感器。
MQ-2气敏元件的结构和外形如图2-1所示， 由微型Al2O3陶瓷管、SnO2 敏感层,测量电极和加热器构成的敏感元件固定在塑料或不锈钢制成的腔体内，加热器为气敏元件提供了必要的工作条件。封装好的气敏元件有6只针状管脚，其中4个用于信号取出，2个用于提供加热电流。
基本电路如图2-2所示
实物如图2-3所示
（三） 89C52单片机功能
89C52是INTEL公司MCS-51系列单片机中基本的产品，它采用ATMEL公司可靠的CMOS工艺技术制造的高性能8位单片机，属于标准的MCS-51的HCMOS产品。它结合了CMOS的高速和高密度技术及CMOS的低功耗特征，它基于标准的MCS-51片机体系结构和指令系统，属于89C51增强型单片机版本，集成了时钟输出和向上或向下计数器等更多的功能，适合于类似马达控制等应用场合。89C52内置8位中央处理单元、256字节内部数据存储器RAM、8k片内程序存储器（ROM）32个双向输入/输出(I/O)口、3个16位定时/计数器和5个两级中断结构，一个全双工串行通信口，片内时钟振荡电路。此外，89C52还可工作于低功耗模式，可通过两种软件选择空闲和掉电模式。在空闲模式下冻结CPU而RAM定时器、串行口和中断系统维持其功能。掉电模式下，保存RAM数据，时钟振荡停止，同时停止芯片内其它功能。89C52有PDIP(40pin)和PLCC(44pin)两种封装形式。在此次设计中，89C52的基本系统主要用来用52单片机来控制烟雾传感器的工作，以及控制LED灯、蜂鸣器。单片机功用如图2-4所示
一、概述 2
（一）课题的背景和现实意义 2
二、89C52烟雾报警系统结构 2
（一）系统设计的原则 2
（二）烟雾传感器选型 2
（三） 89C52单片机功能 5
（四） LM324比较器功能 6
（五）系统硬件设计 6
三、烟雾报警系统的软件设计 11
（一）控制软件设计原则 11
（二）系统总体程序的分析 11
四、系统运行测试与调试 15
（一）测试工具 15
（二）系统调试概述 15
（三）系统硬件测试 15
总结 20
参考文献 21
谢辞 22
引言
随着时代的发展，传感器技术越来越成熟，得到了显著的提高，其领域范围也越广泛。传感器技术已经成为了科学技术发展水平的衡量标准之一。因此，了解并掌握各类传感器是非常重要的。
为了提高对传感器的认识和了解，尤其是对烟雾传感器更为透彻的了解和研究，基于生活实用和广泛的原则进而设计了此系统。本文利用单片机结合传感器技术而设计了这一烟雾报警器。
火灾烟雾报警器是能够检测环境中的烟雾浓度，并具有报警功能的仪器。烟雾信号采集电路一般由烟雾传感器和模拟放大电路组成，将烟雾信号转化为模拟电信号。转化电路将从烟雾检测电路送出的模拟信号转换成单片机可识别的数字信号送入单片机，再由单片机控制是否启动报警。
本文详细介绍了该火灾烟雾报警器的硬件、软件设计，最后对整个设计做了概括性总结。
一、概述
（一）课题的背景和现实意义
1.课题的背景
国外对于烟雾报警器 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ￥351916072￥
的研究比较于国内，更加早期，更加完善，妖舞报警器在国外的火灾报警中起着不可替代的作用。
据美国消防协会的相关报告称，烟雾报警器能够使家庭火灾死亡率的风险降低一半。NFPA72：2007：国家报警规范规定，除睡觉的房间外，每个房间都要安装烟雾报警器。
目前，国内对周围烟雾的控制，主要集中在智能控制的火灾报警研究方向上。采用单片机技术的高灵敏度的烟雾报警装置，可以实现对较低烟雾浓度的严格检测，从而实现预警和报警。
2.现实意义
随着社会经济的迅速发展，智能领域的高度发展，智能自动化控制系统的应用比手工操作的效率高了不少。而单片机的应用更是随处可见，是一块具有很大发展前途的领域。单片机将中央处理器、程序储存器、定时器/计数器、并行串行输入输出口和中断部件等单元集成在一个芯片上，使系统的体积缩小，价格便宜，性能可靠。如果在一个严格控制环境烟雾浓度的禁烟场所设计一个单片机智能控制烟雾浓度的系统，我相信应该会得到一个更好的应用效果。
本设计可直接在现实中使用。
二、89C52烟雾报警系统结构
（一）系统设计的原则
烟雾监测控制系统结构的设计遵循以下几个原则：
1.功能性原则：系统的设计首先满足功能上的要求，结构的设计必须满足效能分析数据的特点。
2.可靠性原则：对于一个系统来说，最重要的是系统的稳定性，它是系统能正常运行的前提。
3.易用性原则：使用简便。人性化的设计才能得到大家的认可。
4.经济性原则：一个系统是否具有实际用途，是否能被大家所接受，除了其功能外，其成本也是决定性因素。只有价格低廉、效果好的系统才能被大家接受。
5.模块化原则：结构设计模块化，方便系统调试和功能的扩充。
（二）烟雾传感器选型
烟雾传感器有离子式烟雾传感器、光电式烟雾传感器、管道抽吸式感烟传感器、对射式烟雾传感器、激光感烟传感器等。
1.离子感烟式传感器
它是点型探测器，是在电离室内含有少量放射性物质，可使电离室内空气成为导体，允许一定电流在两个电极之间的空气中通过，射线使局部空气成电离状态，经电压作用形成离子流，这就给电离室一个有效的导电性。当烟粒子进入电离化区域时，它们由于与离子相结合而降低了空气的导电性，形成离子移动的减弱。当导电性低于预定值，传感器发出信号。
2.光电式烟雾传感器
它是点型传感器，是利用起火时产生的烟雾能够改变光的传播特性这一基本性质而研制的。它有一个发光元件和一个光敏元件，平常光源发出的光，通过透射到光敏元件上，电路维持正常，如果有烟雾从中阻隔，到达光敏元件上的光就显著减弱，于是光敏元件就把光强的变化变成电的变化，通过放大电路向人们报警。根据烟粒子对光线的吸收和散射作用。光电感烟传感器又分为遮光性和散光型两种。
3.管道抽吸式感烟传感器
它的工作原理和光电感应探测器中另一种散射性相似，通过烟雾的反射或散射产生光敏电流，主要用在船舶上。
4.对射式烟雾传感器
它是线型探测器，是对警戒范围内某一线状窄条周围烟气参数响应的火灾探测器。它同前面两种点型感烟型探测器的主要区别在于线性感烟探测器将光束发射器和光电接收器分为两个独立的部分，使用是分装相对的两处，中间用光束连接起来。红外光束感烟探测器又分为对射型和反射型两种。
5.激光式感烟传感器
它也是利用光电感应原理，不同的是光源改用激光束。这种探测器采用半导体器件、体积小、价格低、耐震动、寿命长，很有发展前途。
（感烟式火灾探测器适宜安装在发生火灾后产生烟雾较大或容易产生引燃的场所，它不宜安装在平时烟雾浓度大或通风速度较快的场所。）
此次设计我选用的是MQ-2烟雾传感器，也称气体传感器（对可燃气体更为敏感）。MQ-2烟雾传感器所使用的气敏材料是在清洁空气中电导率较低的二氧化锡(SnO2)。当传感器所处环境中存在可燃气体时，传感器的电导率随空气中可燃气体浓度的增加而增大。使用简单的电路即可将电导率的变化转换为与该气体浓度相对应的输出信号。 MQ-2烟雾传感器对液化气、丙烷、氢气的灵敏度高，对天然气和其它可燃蒸汽的检测也很理想。这种传感器可检测多种可燃性气体，是一款适合多种应用的低成本传感器。
MQ-2气敏元件的结构和外形如图2-1所示， 由微型Al2O3陶瓷管、SnO2 敏感层,测量电极和加热器构成的敏感元件固定在塑料或不锈钢制成的腔体内，加热器为气敏元件提供了必要的工作条件。封装好的气敏元件有6只针状管脚，其中4个用于信号取出，2个用于提供加热电流。
基本电路如图2-2所示
实物如图2-3所示
（三） 89C52单片机功能
89C52是INTEL公司MCS-51系列单片机中基本的产品，它采用ATMEL公司可靠的CMOS工艺技术制造的高性能8位单片机，属于标准的MCS-51的HCMOS产品。它结合了CMOS的高速和高密度技术及CMOS的低功耗特征，它基于标准的MCS-51片机体系结构和指令系统，属于89C51增强型单片机版本，集成了时钟输出和向上或向下计数器等更多的功能，适合于类似马达控制等应用场合。89C52内置8位中央处理单元、256字节内部数据存储器RAM、8k片内程序存储器（ROM）32个双向输入/输出(I/O)口、3个16位定时/计数器和5个两级中断结构，一个全双工串行通信口，片内时钟振荡电路。此外，89C52还可工作于低功耗模式，可通过两种软件选择空闲和掉电模式。在空闲模式下冻结CPU而RAM定时器、串行口和中断系统维持其功能。掉电模式下，保存RAM数据，时钟振荡停止，同时停止芯片内其它功能。89C52有PDIP(40pin)和PLCC(44pin)两种封装形式。在此次设计中，89C52的基本系统主要用来用52单片机来控制烟雾传感器的工作，以及控制LED灯、蜂鸣器。单片机功用如图2-4所示
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