1、精選優質文檔-傾情為你奉上 國 家 示 范 性 高 等 職 業 院 校 畢業設計 課題名稱：基于C51單片機的煙霧報警系統系 部： 電子信息工程系 班 級： 2011級應用電子技術班 姓 名： 李靜 學 號： 指導教師： 楊賢軍 【摘要】目前，隨著電子產品在人類生活中的使用越來越廣泛，由此引起的火災也越來越多，在我們生活得四周到處潛伏著火災隱患。為了避免火災以及減少火災造成的損失，我們必須按照“隱患險于明火，防患勝于救災，責任重于泰山”的概念設計和完善火災自動報警系統，將火災消滅在萌芽狀態，最大限度地減少社會財富的損失。 本設計是利用單片機結合傳感器技術而開發設計了這一煙霧報警系統。

2、論文中主要針對煙霧報警系統中的各個組成部件進行了介紹，對它的主控電路和外圍設備電路之間的接口技術，還有軟件方面進行了重點介紹。關鍵詞：報警器、89C51、煙霧傳感器 目 錄1 緒論1.1煙霧報警器的發展及現狀1.1.1 火災探測技術 火災作術為一種在時空上失去控制的燃燒所引發的災害，對人類生命財產和社會安全構成了極大的威脅。由此引發的重大安全事故比皆是，所以人類一直也未停止過對它的研究。火災的發生和發展是一個非常復雜的非平穩過程，它除了自身的物理化學變化以外還會受到許多外界的千擾，火災一旦產生便以接觸式(物質流)和非接觸式能量流)的形式向外釋放能量。接觸式形式包括可燃氣體、燃燒氣體和煙霧、氣溶

3、膠等。非接觸式如聲音、輻射等。火災探測技術就是利用敏感元件將火災中出現的物理化學特征轉換為另外一種易于處理的物理量。各種探測器對應的火災物理參量及探測器如圖1-1所示。圖1-1 各種探測器對應的火災物理參量及探測器1.1.2 火災探測器的發展趨勢探測器朝新探測技術的發展進一步拓展了火災探測的應用領域，為一些傳統探測器無法勝任的環境提供了有效的手段。相關技術的發展，如傅立葉近紅外光譜技術弱信號處理技術、低功耗MCU技術進一步促進了傳統探測技術的改進，使得傳統探測器在技術和性能上有了顯著的提高。火災著極早期探測、多傳感器復合探測和探測器小型化、智能化的方向發展邁出了更快的步伐。 近幾年來，單片機已

4、逐步深入應用到工農業生產各部門及人們生活的各個方面。各種類型的單片機也根據社會的需求而開發出來。單片機是器件級計算機系統，實際上它是一個微控制器或微處理器。由于它功能齊全，體積小，成本低，因此它可以應用到任何電子系統中去，同樣，它也可以廣泛應用于報警技術領域，使各類報警裝置的功能更加完善，可靠性大大提高，以滿足社會發展的需要。1.2 論文研究的目的及意義 目的：隨著現代家庭用火、用電量的增加，家庭火災發生的頻率越來越高。家庭火災一旦發生，很容易出現撲救不及時、滅火器材缺乏及在場人驚慌失措、逃生遲緩等不利因素，最終導致重大生命財產損失。消防部門的統計顯示，在所有的火災比例中，家庭火災已經占到了全

5、國火災的30%左右。家庭起火的原因林林種種，可能在我們注意得到的地方，也可能就隱藏在我們根本就注意不到的地方。在現代城市家庭里，許多人因不懂家庭安全常識引起火災事故，使好端端的幸福家庭眼間毀于一旦,有的導致家破人亡,而且一旦發生居民家庭火災,處置不當、報警遲緩,是造成人員傷亡的重要因素。所以說,人們應該積極了解家庭火災的主要起因，還有預防火災的發生。這就是我們研究煙霧報警器的目的。意義：在我國的一些大中城市，幾乎每天都發生家庭火災，所以防火是每個家庭必須時刻注意的問題。假如能根據您家的實際情況預先采取簡單的防火措施，一些悲劇是完全可以避免的。煙霧報警器對防家庭火災，減少火災損失具有現實意義。一

6、系列火災造成的慘痛損失也使全國各界意識到了煙霧報警器的必要性。據調查，在最近發生火災的大多數房屋都沒有安裝報警器。所以，煙霧報警器在預防火災發生上有著非常重大的意義。1.3論文內容第一章 緒論 本章本主要介紹了煙霧報警器的發展史及發展趨勢。對煙霧探測器進行了系統性的闡述。還有論文研究的目的和意義進行了簡單的解釋。第二章 基于C51單片機的煙霧報警的設計方案 本章是根據論文的要求分析了論文的主要任務。繼而概括出整個設計的主要思想和確定出設計方案。第三章 系統硬件實現 本章針對的是系統硬件是設計。在對整個系統硬件設計時，我們主要從它的主控芯片12C5A60S2和外圍電路（聲光報警電路）的設計來具體

7、介紹。還有對在設計中用到的煙霧傳感器進行了重點介紹。第四章 軟件實現 本章是論文的軟件部分。其中，我們熟悉了整個程序設計的運行環境keil。還有程序的編寫過程，對程序做了相應的注釋。最后附上結束語（我的感想）、謝辭和參考文獻。2基于C51單片機的煙霧報警的設計方案2.1 任務分析單片機應用系統可以分為只能儀器表和工業測控系統兩大類，無論哪儀類，都必須以市場需求為前提。所以，在系統設計前，首先要進行廣泛的市場調查，了解該系統的時常應用概況，以分析系統當前存在的問題，研究系統的時市場前景，確定市場開發設計的目的和目標。簡單地說，就是通過調研克服舊缺點，開發新功能。 根據論文的設計要求：（1)、熟悉

8、Keil編程環境；（2）、熟悉有關探測器的理論知識；（3）、給出設計方案；此次的設計先從硬件設計上著手。先要整理出煙霧報警系統的整體思路。確定出方案設計中需要的硬件設備。我們在確定了大的方向基礎上，就應該對系統實現進行規劃。包括應該采集的信號種種類、數量、范圍，輸出信號的匹配和轉換，傳感器的選擇，技術指標的確定等。2.2設計方案2.2.1方案設計思想此次設計是針對于單片機原理及其應用展開的。其中包含了我們大學三年中所學到的相關知識，運用我們所學的電工技術，傳感器技術，單片機技術去設計基于單片機的煙霧報警系統。12C5A60S2單片機好比一個橋梁，聯系著傳感器和報警電路設備。當周圍的環境（溫度、

9、濕度、煙霧濃度）達到我們設定的數值時，煙霧傳感器把被測的物理量（溫度、濕度、煙霧濃度）作為輸入參數，轉換為電量（電流、電壓、電阻等等）輸出。物理量和測量范圍的不同，傳感器的工作機理和結構就不同。通常傳感器輸出的電信號是模擬信號（已有許多新型傳感器采用數字量輸出）。當信號的數值符合A/D轉換器的輸入等級時，可以不用放大器放大；當信號的數值不符合A/D轉換器的輸入等級時，就需要放大器放大。而我們選擇前者，不需要用放大器，選擇數值符合A/D轉換器的輸入等級，這樣就可以簡化整個系統的設置。傳感器將物理信號經過A/D轉換器轉化為可以利用識別的電信號給單片機，這里我們選擇單片機的P1.0為輸入方式，接收到

10、信號的單片機經過程序的設定（當溫度、濕度、煙霧濃度達到設定數值時）會由P2.0作為單片機的輸出直接啟動報警電路。此時，揚聲器將發出高、低交替的2種叫聲，同時二極管發光，這就達到了聲光報警的效果。2.2.2 總體框圖根據方案的設計思想，我們從中就可以得到了煙霧報警系統的總體框圖如圖2-1所示下：圖2-1煙霧報警系統的總體框圖使用12C5A60S2單片機，選用煙霧傳感器作為敏感元件，利用揚聲器和LED等為聲光報警電路，開發了可用于家庭或小型單位火災報警的煙霧報警器。整個設計由3大部分構成：煙霧傳感器、12C5A60S2單片機、聲光報警電路。其中，傳煙霧感器是將現場溫度、煙霧等非電信號轉化為電信號；

11、聲光報警模塊由單片機和報警電路組成，由單片機控制實現不同的聲光報警功能。綜合考慮各因素，本文選擇MQ-2煙霧傳感器用作采集系統的敏感元件。MQ-2煙霧傳感器能探測液化氣、丙烷、氫氣的靈敏度高，對天然氣和其它可燃蒸汽的檢測也很理想。這種傳感器可檢測多種可燃性氣體，它靈敏度高，穩定性好，適合于火災中氣體的探測。3 系統硬件實現3.1主控電路設計硬件設計中最核心的器件是單片機12C5A60S2，它自帶AD轉換，轉換器實現模擬信號到數字信號的轉換，另一方面，將采集到的數字電壓值經計算機處理得到相應的二進制代碼，與設定的值作比較。整個系統的軟件編程就是通過C語言對單片機12C5A60S2實現其控制功能。

12、3.1.1 12C5A60S2系列STC12C5A60S2是STC生產的單時鐘/機器周期（1T）的單片機，是高速、低功耗、超強抗干擾的新一代單片機，指令代碼完全兼容傳統，但速度快8-12倍。內部集成MAX810專用復位電路，2路PWM，8路高速10位A/D轉換，針對電機控制，強干擾場合。STC12C5A60AD/S2系列帶A/D轉換的單片機的A/D轉換口在P1口，有8路10位高速A/D轉換器，速度可達到250KHz（25萬次/秒）。8路電壓輸入型A/D，可做溫度檢測、電池電壓檢測、按鍵掃描、頻譜檢測等。上電復位后P1口為弱上拉型IO口，用戶可以通過軟件設置將8路中的任何一路設置為A/D轉換，不

13、須作為A/D使用的口可繼續作為IO口使用。 單片機ADC由多路開關、比較器、逐次比較寄存器、10位DAC、轉換結果寄存器以及ADC_CONTER構成。 該單片機的ADC是逐次比較型ADC。主次比較型ADC由一個比較器和D/A轉換器構成，通過逐次比較邏輯，從最高位（MSB）開始，順序地對每一輸入電壓與內置D/A轉換器輸出進行比較，經過多次比較，使轉換所得的數字量逐次逼近輸入模擬量對應值。逐次比較型A/D轉換器具有速度高，功耗低等優點。 需作為AD使用的口先將P1ASF特殊功能寄存器中的相應位置為1，將相應的口設置為模擬功能。3.1.2 12C5A602S的基本結構1

14、2C5A602S的基本結構如圖所示圖3-1 12C5A60S2的基本結構3.1.3 12C5A60S2單片機的的封裝和引腳12C5A60S2系列單片機采用雙列直插式（DIP）.QFP44（Quad Flat Pack）和LCC（Leaded Chip Caiier）形式封裝。這里僅介紹常用的總線型DIP40封裝。如圖3-2所示。圖3-2 12C5A60S2單片機的的封裝和引腳3.1.4 12C5A60S2單片機的時鐘(1)振蕩器和時鐘電路12C5A60S2內部有一個高增益反相放大器，用于構成振蕩器，但要形成時鐘脈沖，外部還需附加電路。12C5A60S2的時鐘產生方法有以下兩種。a內部時鐘方式利

15、用芯片內部的振蕩器，然后在引腳XTALl和XTAL2兩端跨接晶體振蕩器（簡稱晶振），就構成了穩定的自激振蕩器，發出的脈沖直接送入內部時鐘電路。外接晶振時，Cl和C2的值通常選擇為30pF左右；Cl、C2對頻率有微調作用，晶振或陶瓷諧振器的頻率范圍可在1.2MHz12MHz之間選擇。為了減小寄生電容，更好地保證振蕩器穩定、可靠地工作，振蕩器和電容應盡可能安裝得與單片機引腳XTALl和XTAL2靠近。圖3-3  12C5A60S2時鐘電路接線方法3.2外圍接口電路設計3.2.1 MQ-2煙霧傳感器簡介MQ-2氣體傳感器所使用的氣敏材料是在清潔空氣中電導率較低的二氧化(SnO2)。當傳感器

16、所處環境中存在可燃氣體時，傳感器的電導率隨空氣中可燃氣體濃度的增加而增大。使用簡單的電路即可將電導率的變化轉換為與該氣體濃度相對應的輸出信號。MQ-2氣體傳感器對液化氣、丙烷、氫氣的靈敏度高，對天然氣和其它可燃蒸汽的檢測也很理想。這種傳感器可檢測多種可燃性氣體，是一款適合多種應用的低成本傳感器。圖1MQ-2 氣敏元件的結構和外形如圖1 所示由微型AL2O3 陶瓷管、SnO2 敏感層,測量電極和加熱器構成的敏感元件固定在塑料或不銹鋼制成的腔體內，加熱器為氣敏元件提供了必要的工作條件。封裝好的氣敏元件有只針狀管腳，其中個用于信號取出，個用于提供加熱電流。MQ-2半導體煙霧傳感器在不通電狀態存放一段

17、時間后，再通電時，器件并不能立即投入正常工作。這是因為煙霧傳感器中的二氧化錫在不通電的狀態下會吸附空氣中的水蒸氣，當再次通電時需要預熱幾分鐘使水蒸氣蒸發后，氣敏電阻才能正常工作。再通電工作時氣敏電阻值達到穩定時所需要的時間，定義為初期穩定時間。一般情況下，不通電時間越長，初期穩定時間也越長，當不通電存放時間達到15天左右時，初期穩定時間一 般需要5分鐘左右。此圖是傳感器典型的靈敏度特性曲線。圖1H2:氫氣LPG: 液化氣CH4:甲烷CO:一氧化碳alcohol:乙醇propane:丙烷air:空氣3.2.2聲光報警電路聲光報警電路由單片機P3.7口控制，輸出報警信號，驅動聲光報警電路，直至按開

18、關鍵。聲光報警電路由揚聲器和普通發光二極管組成，電路圖如圖3-10所示。圖3-10 聲光報警電路3.3總電路設計本論文中的煙霧檢測報警器以12C5A60S2單片機為控制核心，MQ-2型 阻式半導體傳感器采集煙霧信息。首先，傳感器送來的煙霧濃度對應的微小的電壓信號經過放大，轉化成較大的電壓信號送入12C5A60S2單片機；然后，在12C5A60S2單片機內A/D轉換、濃度比較，對數據進行線性化處理，將數字化電壓信號轉化成為對應的十進制濃度值；最后，將實際可燃性氣體濃度送入數碼管，并判斷濃度值是否超出報警限，當濃度處于正常狀態報警燈不亮，當煙霧濃度超出設定的限定值時，發出聲音報警并且紅燈亮。另外由

19、于煙霧傳感器需要在加熱狀態下工作，溫度越高，反應越快，響應時間和恢復時間就越快。為提高響應時間，保證傳感器準確地、 穩定地工作，報警器需要向煙霧傳感器持續輸出一個5V的電壓。為了保證其可靠性，在輸出5V的電壓的同時，進行故障監測。綜上所述，得出總電路圖如圖3-11所示： 圖3-11 煙霧報警系統總電路圖4 軟件實現4.1 編程KEIL環境介紹Keil公司是一家業界領先的微控制器（MCU）軟件開發工具的獨立供應商。Keil公司由兩家私人公司聯合運營，分別是德國慕尼黑的Keil Elektronik GmbH和美國德克薩斯的Keil Software Inc。Keil公司制造和銷售種類廣泛的開發工

20、具，包括ANSI C編譯器、宏匯編程序、調試器、連接器、庫管理器、固件和實時操作系統核心（real-time kernel）。有超過10萬名微控制器開發人員在使用這種得到業界認可的解決方案。其Keil C51編譯器自1988年引入市場以來成為事實上的行業標準，并支持超過500種變種。Keil C51軟件提供豐富的庫函數和功能強大的集成開發調試工具，全Windows界面。C51編譯器的功能不斷增強，更加貼近CPU本身，及其它的衍生產品。C51工具包的整體結構， uVision與Ishell分別是C51 for Windows和for Dos的集成開發環境(IDE)，可以完成編輯、編譯、連接、調試

21、、仿真等整個開發流程。開發人員可用IDE本身或其它編輯器編輯C或匯編源文件。然后分別由C51及A51編譯器編譯生成目標文件(.OBJ)。目標文件可由LIB51創建生成庫文件，也可以與庫文件一起經L51連接定位生成絕對目標文件(.ABS)。ABS文件由OH51轉換成標準的Hex文件，以供調試器dScope51或tScope51使用進行源代碼級調試，也可由仿真器使用直接對目標板進行調試，也可以直接寫入程序存貯器如EPROM中。4.2 程序流程圖4-1 流程圖4.3 程序#include<reg52.h>/*頭文件*/#include <intrins.h>/*AD寄存器定義

22、*/sfr ADC_CONTR=0xBC;sfr ADC_DATA=0xBD;sfr ADC_LOW2=0xBE;sfr P1_ADC_EN=0x9D;sfr P4=0xC0;/*宏定義*/#define uint unsigned int#define uchar unsigned char#define ADC_POWER 0x80#define ADC_FLAG 0x10#define ADC_START 0x08#define ADC_SPEEDHH 0x00#define ADC_SPEEDH 0x20#define ADC_SPEEDL 0x40#define ADC_SPEEDL

23、L 0x60#define uint unsigned int#define uchar unsigned char uint ad_value,NH4_value;float AN_value;/*位操作端口定義*/sbit set_key=P14; /“設置”鍵 K1sbit add_key=P15; /“加”鍵 K2sbit cut_key=P17; / “減”鍵 K3sbit speak=P37; / 蜂鳴器sbit LED1=P36; / 紅sbit LED2=P35; / 綠sbit qian_wei=P10;sbit bai_wei=P11;sbit shi_wei=P12;sb

24、it ge_wei=P13;uchar y_data4; /儲存煙霧的數據int set_data=200; /報警初始值的設定 uchar temp4=0,0,0,0;uchar bianma=0xc0,0xf9,0xa4,0xb0,0x99,0x92,0x82,0xf8,0x80,0x90;uchar flog4;void delay_1ms(uchar i) uint x,y;for(x=i;x>0;x-)for(y=124;y>0;y-);void display()qian_wei=0;bai_wei=1;shi_wei=1;ge_wei=1;P2=bianmay_dat

25、a0;delay_1ms(5);qian_wei=1;bai_wei=0;shi_wei=1;ge_wei=1;P2=bianmay_data1;delay_1ms(5);P2=0xff;qian_wei=1;bai_wei=1;shi_wei=0;ge_wei=1;P2=bianmay_data2;delay_1ms(5);P2=0xff;qian_wei=1;bai_wei=1;shi_wei=1;ge_wei=0;P2=bianmay_data3;delay_1ms(5);P2=0xff;void display2()temp0=set_data/1000; temp1=(set_dat

26、a%1000)/100;temp2=(set_data%100)/10;temp3=set_data%10;qian_wei=0;bai_wei=1;shi_wei=1;ge_wei=1;P2=bianmatemp0;delay_1ms(5);P2=0xff;qian_wei=1;bai_wei=0;shi_wei=1;ge_wei=1;P2=bianmatemp1;delay_1ms(5);P2=0xff;qian_wei=1;bai_wei=1 ;shi_wei=0;ge_wei=1;P2=bianmatemp2;delay_1ms(5);P2=0xff;qian_wei=1;bai_we

27、i=1;shi_wei=1;ge_wei=0;P2=bianmatemp3;delay_1ms(5);P2=0xff;/* 模數轉換初始換函數*/void init_ADC()P1_ADC_EN=0x40;ADC_DATA=0;ADC_LOW2=0;ADC_CONTR=ADC_SPEEDLL|ADC_POWER;delay_1ms(20);/* 模數轉換函數*/uint ADC(uchar num) /參數num用于指定是哪個模擬量轉換 ADC_CONTR=ADC_POWER|ADC_SPEEDLL|num|ADC_START;_nop_();_nop_();_nop_();_nop_();w

28、hile(!(ADC_CONTR&ADC_FLAG);ADC_CONTR&=ADC_FLAG;ad_value=ADC_DATA*4+ADC_LOW2; /轉換的結果是十位的 高八位放在ADC_DATA中 低兩位放在ADC_LOW2return ad_value; /將轉換后的數字量返回/* 模數轉換后數據處理函數*/void pos_AD()AN_value=ADC(6); / 裝換氨氣的濃度 把轉換后的數字量結果賦給AN_valuedelay_1ms(5);/*對轉換后的數字量進行矯正*/if(AN_value>810)AN_value=810;NH4_value=(

29、810-AN_value)*0.;y_data0=NH4_value/1000; /將氣體濃度值的個位 十位 百位 千位 分開 用于顯示y_data1=(NH4_value%1000)/100;y_data2=(NH4_value%100)/10;y_data3=NH4_value%10;/* 報警處理函數*/void baojing() if(set_data<NH4_value) /判斷是否有報警 如果有就進入函數 speak=0;LED1=0;LED2=1; else /沒有報警情況的出現 speak=1; LED1=1;LED2=0; /*主函數*/void main()init

30、_ADC(); /模數轉換初始化speak=1; LED1=0;LED2=1;while(1)if(set_key=0) delay_1ms(5);if(set_key=0) flog4=!flog4;while(set_key=0);if(flog4=1) if(add_key=0) delay_1ms(5); if(add_key=0) set_data=set_data+1;while(add_key=0);if(set_data>5000)set_data=5000; if(cut_key=0) delay_1ms(5); if(cut_key=0) set_data=set_d

31、ata-1;while(cut_key=0);if(set_data<=0)set_data=0; display2(); else pos_AD();display();baojing(); 結束語忙碌了一段時間，終于要交稿了。畢業設計是我作為學生時期的最后一次作業，所以，當這一刻來臨時居然有些不舍。相當初拿到題目時束手無策的樣子，真的是很不懂事。因為，題目上出現的專業術語令我望而卻步了。直到快要畢業時，才發現自己學到的東西太少了，而要學習的東西太多太多。曾經想多放棄，但放棄意味著什么？指導老師的一席話讓我如夢初醒：雖然快畢業了，但畢業以后，你們要學習的東西還很多。人生就是不斷的學習，不斷的進步，不斷的接受新事物才能學到很多有用的知識。倘若放棄，那么以后的人生就是被別人放棄。倘若沒有這次畢業設計，那么我將失去人生中最重要的教育：那就是，不能輕言放棄。在這兩個月中，找資料的過程讓我學到很多。對單片機的了解也隨之加深，它在煙霧報警系統中的應用，很多附件的應用，很多芯片的結構都有了一定的了解。在畫圖過程中，對Protel 2004軟件能夠操作自如。也對KEIL編程環境有了一些了解。臨近畢業，回想甚多。在學校里學到的東西大多偏于理論，實踐的太少。想想我們以后走向工作崗位，應該是實踐與理論相結合。所以，我們應該把握現在，好好學習