[学士]单片机的报警系统设计论文.doc

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1、摘要随着生活水平的提高，人们对居住环境的要求也日渐增高，希望自己的住宅不但要舒适而且要更安全。因此，智能化走进住宅小区已经成为一种趋势，并且智能管理系统中报警设置已经成为民用建筑领域向信息化和网络化发展的一个重要组成部分。本文设计的是一种利用单片机监控传感器信号来判断防火和防盗事件发生并做出相应的反应，以达到时刻预防意外发生并在意外发生时做出选择及时的补救措施。设计分别从系统硬件、软件、稳压电源和抗干扰技术等方面做了阐述。硬件部分介绍了用于防火的烟雾传感器和用于防盗的红外线发生器和接收器。烟雾传感器有一个极限值，当烟雾浓度超过这个极限时检测电路就会输出一个低电平的烟雾信号。红外线发生器和红外线

2、接收器是一起工作的，红外线发生器发出某频率的红外线信号给红外线接收器，一般情况下，发生器和接收器中间是没有阻挡物体的，接收器接收到的信号是连续的，而当他们中间有物体经过阻挡时，接收器接收到的信号就会有一个跳变，这里接收器就会输出一个低电平信号给单片机说明有物体进入该区域。电源对单片机系统来说是比较重要的一部分，电源电压的稳定性与整个系统运行的稳定有密切关系。它是由变压器、整流器、滤波器和稳压器组成。变压器把220v交流电变为稳压所需的低压交流电；整流器把低压交流电变为直流电；整流后的直流电中仍会含有交流成份，经滤波后，稳压器再把不稳定的直流电压变为稳定的直流电压输出。为了便于系统维护和功能扩充

3、，采用模块化程序设计方法，并通过子程序调用实现。由于系统内部和外部的各种电气干扰，会影响单片机系统的可靠运行，严重时还会影响产品质量和产量，所以切断单片机干扰的传播路径，就显得尤为重要了。【关键词】防火，防盗，单片机，烟雾传感器，红外线传感器，报警器 目录第一章 前言31选题背景32研究的目的和意义43国内外现状和发展趋势4第二章 单片机报警系统的硬件设计621火灾报警控制器及控制系统简介622单片机及最小系统11221单片机简介112.2.2单片机的最小系统142.3烟雾检测报警电路的设计162.3.1红外线传感器的发射部分162.3.2红外线传感器的接收部分172.3.3温度烟雾信号采集模

4、块172.3.4声光报警模块182.3.5单片机与MODEM通信模块182.4单片机与数码管的接口19第三章 稳压电源的设计243.1 直流稳压电源电路原理243.2 稳压电源技术指标25第四章 系统软件设计2741设计思路2742主程序流程图3043报警器监控程序设计32第五章 单片机抗干扰技术345.1形成干扰的基本要素有三个：345.2干扰的分类345.3干扰的耦合方式345.4常用硬件抗干扰技术35第六章 元器件安装及调试.36第七章 总结38参考文献39致 谢40第一章 前言1选题背景我国的火灾自动报警控制系统经历了从无到有、从简单到复杂的发展过程，其智能化程度也越来越高。目前国内厂

5、家多偏重用于大型仓库、商场、高级写字楼、宾馆等场所大型火灾报警系统的研发，他们采用集中区域报警控制方式，其系统复杂、成本较高。而在居民住宅区、机房、办公室等小型防火单位，需要设置一种单一或区域联网、廉价实用的火灾自动探测报警装置，因此，研制一种结构简单、价格低廉的智能火灾报警器是非常必要的。现场火灾报警器通过对传感器火情信息的检测，使用智能识别算法实现对火灾的监测。当报警器监测到火情信息后，直接通过Modem经公用电话交换网迅速向消防指挥中心报告火情信息(包括火灾单位编码、单位名称、火情级别以及报警时间等)，同时产生声光报警信号，并按事先预留的电话号码自动拨号通知单位有关负责人。消防指挥中心根

6、据接收到的火警信息，立即在消防信息数据库中查询单位位置、周围道路、交通、水源情况等基本信息，根据所获得的信息迅速确定最佳救火方案，通过网络将出警命令直接下达各消防中队。火灾报警器在建筑方面也得以体现。现代建筑的特点是楼层不断加高，这主要是从缓解城市用地紧张的角度出发的，同时还便于集中供电、供热、供气，便于集中控制和管理。现在，不论是普通型（比如民用住宅）还是豪华型（比如高级宾馆）的高层建筑，都日益重视防火和安全技术的普及应用。因为其楼层多、人员密集，如果发生火灾，疏散困难，扑救也困难，势必造成严重的人员伤亡和财产损失。为了保障高层建筑安全可靠，必须设计出具有可靠性高、实时性好的火灾自动报警与消

7、防系统，其要求是：（1）当有火情发生时，能以最快的速度检测报警，并能检测火情发生的具体地点（特定的地址编码）；（2）经查实确认后，能及时的通报消防部门灭火；（3）系统本身应有自身故障检测的功能，如系统欠电压报警和自检功能等，保证自动报警系统功能完好；（4）较高的系统抗干扰能力，防止系统发生误报警。 2研究的目的和意义目前，虽然已经有多种火灾自动报警系统，但大多还属于脱机方式，最终要靠人来联系消防部门，往往由于不能及时报警而造成重大损失。如果能够以在线的方式直接工作，将很大程度上减轻财产损失和人员伤亡。我们正是着眼于这一问题，力图从根本上解决脱机信号传输方式存在的问题，直接将信号通过无线传输技术

8、发送给主控室或消防部门，达到第一时间救火、灭火的目的。 3国内外现状和发展趋势火灾自动报警系统是由触发装置、火灾报警装置、火灾警报装置以及具有其它辅助功能装置组成的，它具有能在火灾初期，将燃烧产生的烟雾、热量、火焰等物理量，通过火灾探测器变成电信号，传输到火灾报警控制器，并同时显示出火灾发生的部位、时间等，使人们能够及时发现火灾，并及时采取有效措施，扑灭初期火灾，最大限度的减少因火灾造成的生命和财产的损失，是人们同火灾做斗争的有力工具。有关资料统计表明：凡是安装了火灾自动报警系统的场所，发生了火灾一股地说都能及早报警，不会酿成重大火灾。在交通港航系统许多重要的办公楼、仓库、变电站、控制中心，5

9、00总吨以上的各种船舶都根据国家标准高层民用建筑设计防火规范、建筑设计肪火规范以及国际海事组织SOLAS公约等有关条文安装了火灾自动报警系统，在消防安全保卫工作中发挥了重要作用。单片机现在已越来越广泛地应用于智能仪表、工业控制、日常生活等很多领域，可以说单片机的应用已渗透到人类的生活、工作的每一个角落，这说明它和我们每个人的工作、生活密切相关，也说明我们每个人都有可能和有机会利用单片机去改造你身边的仪器、产品、工作与生活环境。 红外技术已经成为先进科学技术的重要组成部分，他在各领域都得到广泛的应用。由于他是不可见光，因此用他做防盗报警监控器，具有良好的隐蔽性，白天黑夜均可使用，而且抗干扰能力强

10、。通常红外线发射电路都是采用脉冲调制式。红外接收电路首先将接收到的红外光转换为电信号，并进行放大和解调出用于无线发射电路的调制信号。当无人遮挡红外光时，锁相环输出低电平，报警处于监控状态。有的防盗报警系统还连有上位机。将探测器发回的现场信号按防区的类型与主机的工作状态（布防、撤防）作出逻辑判断，进而发出报警。一个防盗系统的功能主要体现在报警主机的功能上。而对于单片机未来50年的发展前景来说，中国使用单片机的历史只有短短的30年，在初始的短短五年时间里 发展极为迅速。1986 年在上海召开了全国首届单片机开 发与应用交流会，很多地区还成立了单片微型计算机应用协会，那是全国形成的第一次高潮。单片机

11、应用技术飞速发展，我们上因特网输入一个“单片机”的搜 索，将会看到上万个介绍单片机的网站，这还不包括国外的。电子界，在2003年7月，（91 猎头 网）在上海、广州、北京等大城市所做的一次专业人才需求报告中，单片机人才的需求量位居第一。 大家都有些奇怪一块小小的片子，为何有这样的魔力？我们首先从它的构成说起：单片机，亦称单片微电脑 或单片微型计算机。它是把中央处理器（CPU）、随机存取存储器（RAM）、只读存储器（ROM）、输入/输出端口 （I/0）等主要计算机功能部件都集成在一块集成电路芯片上的微型计算机。正因为如此他才改变了我的生活它为我们改变了什么？纵观我们现在生活的各个领域，从导弹的导

12、航装置，到飞机上各种仪表的控制，从计算机的网络通讯与数据传输，到工业自动化过程的实时控制和数据 处理，以及我们生活中广泛使用的各种智能IC 卡、电子宠物等，这些都离不开单片机。以前没有单片机时，这些 东西也能做，但是只能使用复杂的模拟电路，然而这样做出来的产品不仅体积大，而且成本高，并且由于长期使用， 元器件不断老化，控制的精度自然也会达不到标准。在单片机产生后，我们就将控制这些东西变为智能化了，我们 只需要在单片机外围接一点简单的接口电路，核心部分只是由人为的写入程序来完成。这样产品的体积变小了，成 本也降低了，长期使用也不会担心精度达不到了。所以，它的魔力不仅是在现在，在将来将会有更多的

13、人来接受它、使用它。据统计，我国的单片机年容量已达3 亿片，且每年以大约20%的速度增长，但相对于 世界市场我国的占有率还不到1%。特别是沿海地区的玩 具厂等生产产品多数用到单片机，并不断地辐射向内地。 所以，学习单片机在我国是有着广阔前景的。 第二章 单片机报警系统的硬件设计21火灾报警控制器及控制系统简介211火灾报警控制器的功能：(1) 用来接受火灾信号并启动火灾警报装置。该设备也可用来指示着火部位和记录有关信息。(2) 能通过火警发送装置启动火灾报警信号或通过自动消防灭火控制装置启动自动灭火设备和消防联动控制器。(3) 自动地监视系统的正确运行和对特定故障给出声、光报警。212火灾报警

14、控制器分类火灾报警控制器种类繁多，根据不同的方法可分成不同的类别。(1) 按控制范围可分为： 区域火灾报警控制器：直接连接火灾探测器，处理各种报警信息。 集中火灾报警控制器：它一般不与火灾探测器相连，而与区域火灾报警控制器相连，处理区域级火灾报警控制器送来的报警信号，常使用在较大型系统中。 控制中心火灾报警控制器：它兼有区域，集中两级或火灾报警控制器的特点，即可以作区域级使用，连接控制器；又可以作集中级使用，连接区域火灾报警控制器。(2) 按结构型式可分为： 壁挂式火灾报警控制器：连接的探测器回路相应少些，控制功能简单，区域报警控制器多才用这种型式。 台式火灾报警控制器：连接探测器回路数较多，

15、联动控制较复杂，集中式报警器常采用这种方式。 框式火灾报警控制器：可实现多回路连接，具有复杂的联动控制。(3) 按系统布线方式分为： 多线制火灾报警控制器：探测器与控制器的连接采用一一对应方式。 总线制火灾报警控制器：控制器与探测器采用总线方式连接，探测器并联或串联在总线上。213火灾报警控制器的功能(1) 火灾报警：当收到探测器、手动报警开关、消火栓开关及输入模块所配接的设备所发来的火警信号时，均可在报警器中报警。(2) 故障报警：系统运行时控制器分时巡检，若有异常(设备故障)发出声、光报警信号，并显示故障类型及编码等。(3) 火警优先：在故障报警或已处理火警时，若发生火警则报火警，而当火警

16、清除后又自动报原有的故障。(4) 时钟与火灾发生时间的记忆：系统中的时钟走时通过软件编程实现，具有相应的存储单元，记忆事故发生时间。(5) 自检功能：为了提高报警系统的可靠性，控制器设置了检查功能，可定期或不定期的进行模拟火警检查。214工作原理控制器把火灾探测器传来的信号进行处理、报警。从原理上讲无论是区域报警控制器还时集中报警控制器都遵循同一工作模式，即收集探测信号输入单元自动监控单元输出单元。215 系统的设置随着新产品的不断出现，火灾自动报警系统也由传统型向现代火灾自动报警发展。在诸多的产品中以区域报警和集中报警控制器的应用最为广泛，以下介绍两者的设置。2151区域报警控制系统区域报警

17、控制系统是火灾自动报警系统组成的一种形式，它是由电子元件组成的自动报警和监控装置。当探测器检测到火灾信号，电子线路将火灾信号转换为电压或数字信号，通过导线传输到区域报警器，经过处理后发出声光报警信号，同时将火灾部位传输给集中报警控制器，适用于较小范围的保护。有些区域报警控制器可单独组成系统进行消防灭火自动处理。区域报警控制器的设置应该符合以下的规定：（1） 一个报警区域宜设置一台区域报警控制器，系统中区域报警控制器不应该超过3台。（2） 当用一台区域报警控制器警戒数个楼层时，应在每层各楼梯口明显部位装设识别楼层的灯光显示区域。（3） 区域报警控制器安装在墙上时，其底边距地的高度不应小于1.5m

18、。靠近门轴的侧面距墙不应小于0.5m。正面操作距离不应小于1.2m。（4） 区域报警控制系统宜设在有人值班的房间或宾馆每层服务台。2152集中报警控制系统集中报警控制系统是有电子线路组成的集中自动监控报警装置，各个区域报警巡回检测带的信号均集中到这一总的监控报警装置。它具有部位指示、区域显示、巡检、自检、火灾报警音响、计时、故障报警、记录打印等一系列功能，在发出报警信号同时可自动采取系统的消防功能控制动作，达到消防的目的和手段，适用于较大范围内多个区域的保护。集中报警控制器的设置应该满足以下规定：(1) 系统中应设有一台集中报警控制器和两台以上区域报警控制器。(2) 集中报警控制器的容量不宜小

19、于保护范围内探测区域总数。(3) 集中报警控制器距墙不应小于1m，正面的操作距离不应小于2m。(4) 区域报警控制器的设置应符合上述区域报警控制系统的有关要求。2153控制中心报警系统由消防控制室的消防控制设备、集中火灾报警控制器、区域火灾报警控制器和火灾自动报警探测器等组成，或由消防控制室的消防控制设备、火灾报警控制器、区域显示器和火灾自动报警探测器等组成，功能复杂的火灾自动报警系统。系统的容量较大，消防设施控制功能较全，适用于大型建筑的保护。(1) 系统中应至少设置一台集中报警控制器和必要的消防控制设备；(2) 设在消防控制室以外的集中报警控制器，均应将火灾报警信号和消防联动控制信号送至消

20、防控制室；(3) 区域报警控制器和集中报警控制器的设置，应符合上述控制中心报警系统的有关要求。216火灾自动报警系统设计2161系统选型依据火灾自动报警系统设计规范将*行政楼界定为二级保护对象，根据建筑的实际情况在每层设置一台楼层显示器，作区域报警器使用，共8台楼层显示器和一台集中报警控制器及联动控制装置。本工程选用北京狮岛消防电子有限公司生产的SD2200-2178A型火灾报警控制器，由11个子站组成，各个子站之间的数据流通和相互协调由工作主站担任。每个子站一个回路，每回路有199个地址点，其中1-99地址接感烟探测器或感温探测器，101-199地址可接手动报警按钮、输入模块、输出模块、多功

21、能模块和消火栓按钮等。该系统是一种数字式智能火灾自动报警及联动装置，它不同于传统的分布智能，也不通于简单的集中智能。分布智能是探测器报警，将信号传输给控制器，从而报出火灾地址；集中智能是由探测器将探测到的火灾信号不断的传输给控制器，由控制器进行判断，从而报出火灾地址。本系统为分布与智能集中相结合，在系统硬件上采用分布结构，而在软件报警算法上采用集中处理。系统具有现场编程功能，控制器留有计算机接口，可直接接入计算机键盘进行现场编程，也可在外接PC机或笔记本上进行编程后再固化芯片转插在控制器上。CRT彩色显示系统，采用WIN98界面，操作简单，易于工程进行编程。具有黑匣子储存功能，便于火灾发生时提

22、供查认依据。2162 防火区域和报警区域的划分（1）防火分区的划分*行政楼共八层，其中三到八层为通用层，一二层高5m，标准层为4m，总共34m。每层建筑面积为1084.43m2 。依据火灾自动报警系统设计规范将其界定为二级保护对象。依据高层民用建筑防火设计规范，该建筑为二类建筑，耐火等级为二级。在划分防火分区时应该满足表4.1的规定。高层建筑内应采用防火墙等划分防火分区，每个防火分区允许最大建筑面积，不应超过下表的规定。1 设有自动灭火设备的防火分区，其最大允许建筑面积可按本表增加一倍，局部设置时，增加面积可按局部的一倍计算。2 高层主体建筑与相连的附属建筑之间，如设有防火墙等防火分隔设施，其

23、附属建筑的防火分区面积可按本表增加一倍。由于*行政楼设有自动喷水灭火系统设备允许把建筑面积增加一倍，所以把每层划分为一个防火分区，共分为八个防火分区。（2）探测区域和报警区域的划分火灾自动报警系统的保护对象形式多样，功能各异，规模不等。为了便于早期探测、早期报警，方便日常的维护管理，在安装的火灾自动报警系统中，人们一般都将其保护空间划分为若干个报警区域。每个报警区域又划分了若干个探测区域。这样这可以在火灾时，能够迅速、准确地确定着火部位，便于有关人员采取有效措施。 因此，所谓报警区域就是人们在设计中将火灾自动报警系统的警戒范围按防火分区或楼层划分的部分空间，是设置区域火灾报警控制器的基本单元。

24、一个报警区域可以由一个防火分区或同楼层相邻几个防火分区组成，但同一个防火分区不能在两个不同的报警区域内；同一报警区域也不能保护不同楼层的几个不同的防火分区。1 报警区域的划分根据火灾自动报警系统设计规范的规定，报警区域宜由一个防火分区或同楼层的几个相邻的几个组成，所以把每层分别单独作为一个报警区域，满足火灾自动报警系统设计规范的规定。2 探测区域的划分由于该建筑为二级保护对象，规范规定：探测区域应按独立房(套)间划分。一个探测区域的面积不宜超过500m2；从主要人口能看清其内部，并且面积不超过1000m2的房间，也可划为一个探测区域。根据以上的规定我把*行政楼的探测区域划分如下：(1) 由于*

25、行政楼每层的房间都是小空间，所以把每层的每个房间单独划分为一个探测区域。(2) 把敞楼梯间单独划分为一个探测区域，每隔23层划分为一个探测区域并且设置一个火灾探测器。(3) 把前室（包括防烟楼梯间前室、消防电梯前室、消防电梯与防烟楼梯间合用的前室）和走道分别单独划分探测区域。特别是前室与电梯竖井、疏散楼梯间及走道相通，在发生火灾时烟气更容易聚集或流过，是人员疏散和消防扑救的必经之地，故应装设火灾探测器。对于一般电梯前室虽然不是人员疏散必经之地，但该前室与电梯竖井相通，也是在发生火灾时烟气容易聚集或流过，也单独划分探测区域及装设火灾探测器。(4) 把电缆竖井单独划分探测区域并装设火灾探测器。一则

26、是恐怕竖井形成拔烟火的通道；二则是恐怕发生火灾时火势沿电缆延燃。对电缆竖井装设火灾探测器是十分必要，并配合竖井的防火分隔要求，每隔23层或每层安装一个。22单片机及最小系统221单片机简介(1) 中央处理器AT89C51简介 AT89C51的特点AT89C51具有以下几个特点：l AT89C51与MCS-51系列的单片机在指令系统和引脚上完全兼容；l 片内有4k字节在线可重复编程快擦写程序存储器；l 全静态工作,工作范围：0Hz24MHz；l 三级程序存储器加密；l 1288位内部RAM；l 32位双向输入输出线；l 两个十六位定时器/计数器l 五个中断源,两级中断优先级；l 一个全双工的异步

27、串行口；l 间歇和掉电两种工作方式。AT89C51的功能描述AT89C51是一种低损耗、高性能、CMOS八位微处理器，片内有4k字节的在线可重复编程、快速擦除快速写入程序的存储器，能重复写入/擦除1000次，数据保存时间为十年。它与MCS-51系列单片机在指令系统和引脚上完全兼容，不仅可完全代替MCS-51系列单片机，而且能使系统具有许多MCS-51系列产品没有的功能。AT89C51可构成真正的单片机最小应用系统，缩小系统体积，增加系统的可靠性，降低系统的成本。只要程序长度小于4K，四个I/O口全部提供给用户。可用5V电压编程,而且擦写时间仅需10毫秒，仅为8751/87C51的擦除时间的百分

28、之一,与8751/87C51的12V电压擦写相比，不易损坏器件，没有两种电源的要求，改写时不拔下芯片，适合许多嵌入式控制领域。工作电压范围宽（2.7V6V），全静态工作，工作频率宽在0Hz24MHz之间，比8751/87C51等51系列的6MHz12MHz更具有灵活性,系统能快能慢。AT89C51芯片提供三级程序存储器加密，提供了方便灵活而可靠的硬加密手段，能完全保证程序或系统不被仿制。P0口是三态双向口,通称数据总线口,因为只有该口能直接用于对外部存储器的读/写操作。 AT89C51引脚功能AT89C51单片机40引脚分布如右图所示。AT89C51是一种低损耗、高性能、CMOS八位微处理器，

29、片内有4k字节的在线可重复编程、快速擦除快速写入程序的存储器，能重复写入/擦除1000次，数据保存时间为十年。它与MCA-51系列单片机在指令系统和引脚上完全兼容，不仅可完全代替MCS-51系列单片机，而且能使系统具有许多MCS-51系列产品没有的功能。AT89C51可构成真正的单片机最小应用系统，缩小系统体积，增加系统的可靠性，降低系统的成本。只要程序长度小于4K，四个I/O口全部提供给用户。可用5V电压编程,而且擦写时间仅需10毫秒，仅为8751/87C51的擦除时间的百分之一,与8751/87C51的12V电压擦写相比，不易损坏器件，没有两种电源的要求，改写时不拔下芯片，适合许多嵌入式控

30、制领域。工作电压范围宽（2.7V6V），全静态工作，工作频率宽在0Hz24MHz之间，比8751/87C51等51系列的6MHz12MHz更具有灵活性,系统能快能慢。AT89C51芯片提供三级程序存储器加密，提供了方便灵活而可靠的硬加密手段，能完全保证程序或系统不被仿制。P0口是三态双向口,通称数据总线口,因为只有该口能直接用于对外部存储器的读/写操作。表2-1 P3口的第二功能随着大规模集成电路的出现及其发展，将计算机的CPU 、RAM 、 ROM 、定时/数器和多种I/O接口集成在一片芯片上，形成芯片级的计算机，因此单片机早期的含义称为单片微型计算机，直译为单片机 。 2.2.1.1单片机

31、的特点 ： 1 、具有优异的性能价格比 2 、集成度高、体积小、可靠性高 3 、控制功能强 4 、低电压、低功耗 2.2.1.2单片机的应用 ： 1 、在智能仪器仪表中的应用：在各类仪器仪表中引入单片机，使仪器仪表智能化，提高测试的自动化程度和精度，简化仪器仪表的硬件结构，提高其性能价格比。 2 、在机电一体化中的应用：机电一体化产品是指集机械、微电子技术、计算机技术于一本，具有智能化特征的电子产品。 3 、在实时过程控制中的应用：用单片机实时进行数据处理和控制，使系统保持最佳工作状态，提高系统的工作效率和产品的质量。 4 、在人类生活中的应用：目前国外各种家用电器已普通采用单片机代替传统的控

32、制电路。 5 、在其它方面的应用：单片机除以上各方面的应用，它还广泛应用于办公自动化领域、商业营销领域、汽车及通信、计算机外部设备、模糊控制等各领域中。 2.2.1.3单片机的基本组成 ： 它由 CPU 、存储器（包括 RAM 和 ROM ）、 I/O 接口、定时 / 计数器、中断控制功能等均集成在一块芯片上，片内各功能通过内部总线相互连接起来。 输入 / 输出引脚 P0 、 P1 、 P2 、 P3 的功能 ：P0.0P0 。 7 ： P0 口是一个 8 位漏极开路型双向 I/O 端口。在访问片外存储器时，它分时作低 8 位地址和 8 位双向数据总线用。在EPROM 编程时，由 P0 输入指

33、令字节，而在验证程序时，则输出指令字节。验证程序时，要求外接上拉电阻。 P0 能以吸收电流的方式驱动8个LSTTL 负载。 P1. 0 P1. 7 （ 18 脚）： P1 是一上带内部上拉电阻的 8 位双向 I/O 口。在 EPROM 编程和验证程序时，由它输入低 8 位地址。 P1 能驱动 4 个 LSTTL 负载。 在 8032/8052 中， P1. 0 还相当于专用功能端 T2 ，即定时器的计数触发输入端； P1. 1 还相当于专用功能端T2EX ，即定时器 T2 的外部控制端。P2.0P2.7 （ 2128 脚）： P2 也是一上带内部上拉电阻的 8 位双向 I/O 口。在访问外部存

34、储器时，由它输出高 8 位地址。在对 EPROM 编程和程序验证时，由它输入高 8 位地址。 P2 可以驱动 4 个 LSTTL 负载。P3. 0 P3. 7 （ 1017 脚）： P3 也是一上带内部上拉电阻的双向 I/O 口。在 MCS-51 中，这 8 个引脚还用于专门的第二功能。 P3 能驱动 4 个 LSTTL 负载。 P3. 0 RXD （串行口输入） P3. 1 TXD （串行口输出） P3. 2 INT0 （外部中断 0 输入） P3. 3 INT1 （外部中断 1 输入） P3. 4 T0 （定时器 0 的外部输入） P3. 5 T1 （定时器 1 的外部输入） P3. 6

35、WR （片外数据存储器写选通） P3. 7 RD （片外数据存储器读选通） 2.2.1.4MCS-51 的寻址方式： 1 、立即寻址 如： MOV A ， #40H 2 、直接寻址 如： MOV A ， 3AH 3 、寄存器寻址 如： MOV A ， Rn 4 、寄存器间接寻址 如： MOV A ， Rn 5 、基址加变址寻址 如： MOVC A ， A+DPTR 6 、相对寻址 如： SJMP 08H 7 、位寻址 MOV 20H ， C 2.2.1.5指令： MOV ： 片内 RAM 传送 MOVX ： 片外 RAM 传送 MOVC ： ROM 传送 XCH ： 交换（和 A 交换） SW

36、AP ： A 内半字节交换 ADD ：不带进位加 ADDC ：带进位加 SUBB ：带进位减 INC ：加 1 DEC ：减 1 MUL ：乘法 DIV ：除法 DAA ：调整 2.2.1.6中断响应条件 CPU 响应中断的条件有： 1.有中断源发出中断请求； 2.中断总允许位 EA=1 ，即 CPU 开中断； 3.申请中断的中断源的中断允许位为 1 ，即没有被屏蔽。 2.2.1.7串行口工作方式及帧格式 MCS-51 单片机串行口可以通过软件设置四种工作方式： 方式 0 ：这种工作方式比较特殊，与常见的微型计算机的串行口不同，它又叫同步移位寄存器输出方式。在这种方式下，数据从 RXD 端串行

37、输出或输入，同步信号从 TXD 端输出，波特率固定不变，为振荡率的 1/12 。该方式是以 8 位数据为一帧，没有起始位和停止位，先发送或接收最低位。 方式 2 ：采用这种方式可接收或发送 11 位数据，以 11 位为一帧，比方式 1 增加了一个数据位，其余相同。第 9 个数据即 D8 位具有特别的用途，可以通过软件搂控制它，再加特殊功能寄存器 SCON 中的 SM2 位的配合，可使 MCS-51 单片机串行口适用于多机通信。方式 2 的波特率固定，只有两种选择，为振荡率的 1/64 或 1/32 ，可由 PCON 的最高位选择。 方式 3 ：方式 3 与方式 2 完全类似，唯一的区别是方式

38、3 的小组特率是可变的。而帧格式与方式 2- 样为 11 位一帧。所以方式 3 也适合于多机通信。随着大规模集成电路的出现及其发展，将计算机的CPU 、RAM 、 ROM 、定时/数器和多种I/O接口集成在一片芯片上，形成芯片级的计算机，因此单片机早期的含义称为单片微型计算机，直译为单片机 。 2.2.2单片机的最小系统单片机最小系统,或者称为最小应用系统,是指用最少的元件组成的单片机可以工作的系统。 对51系列单片机来说,最小系统一般应该包括:单片机、晶振电路、复位电路。下面给出一个51单片机的最小系统电路图（图1）。图2-2 单片机的最小系统说明：复位电路:由电容串联电阻构成,由图并结合电

39、容电压不能突变的性质,可以知道,当系统一上电,RST脚将会出现高电平,并且,这个高电平持续的时间由电路的RC值来决定.典型的51单片机当RST脚的高电平持续两个机器周期以上就将复位,所以,适当组合RC的取值就可以保证可靠的复位.一般教科书推荐C 取10u,R取8.2K.当然也有其他取法的,原则就是要让RC组合可以在RST脚上产生不少于2个机周期的高电平.至于如何具体定量计算,可以参考电路分析相关书籍. 晶振电路:典型的晶振取11.0592MHz(因为可以准确地得到9600波特率和19200波特率,用于有串口通讯的场合)/12MHz(产生精确的uS级时歇,方便定时操作) 单片机:一片AT89S5

40、1/52或其他51系列兼容单片机 特别注意:对于31脚(EA/Vpp),当接高电平时,单片机在复位后从内部ROM的0000H开始执行;当接低电平时,复位后直接从外部ROM的0000H开始执行.因此可以看出,其实要熟悉51单片机的40个引脚功能也很容易:总共40个脚,电源用2个(Vcc和GND),晶振用2个,复位1个,EA/Vpp用1个,剩下还有34个.29脚PSEN,30脚ALE为外扩数据/程序存储器时才有特定用处,一般情况下不用考虑,这样,就只剩下32个引脚,对于初学者,这32个引脚就是要经常跟它们打交道的了.它们是: P0端口P0.0P0.7共8个 P1端口P1.0P1.7共8个 P2端口

41、P02.0P2.7共8个 P3端口P3.0P3.7共8个2.3烟雾检测报警电路的设计2.3.1红外线传感器的发射部分 MC系列芯片MC14468为离子型烟雾检测报警芯片，是目前市场上很流行的集火灾检测与报警于一体的智能传感器。当检测到烟雾颗粒时，它能驱动其外围连接的压电陶瓷蜂鸣器或压电式扬声器发出报警声，与此同时，还驱动发光二极管（LED）以1Hz的频率闪烁发光，利用声光报警达到烟雾报警的最佳效果。 MC14468的1脚（检测输出端）直接联接单片机的INT0，当检测到烟雾时，其输出的高电平通过INT0控制单片机内部定时器T0工作，定时90 ms，T0溢出中断，进入中断服务程序，通过串口发送数据

42、（房间号或之前对该系统的有意义编码）给单片射频收发器nRF401。在检测到烟雾时，MC14468自身的100 mV的滞后电压会防止其他外界因素（如飞虫）造成的误报警，辅以单片机产生90 ms的延时，更能提高系统的可靠性。每次T0记时开始时，要由软件重新置初值，从而不会由于90 ms期间MC14468管脚1上的信号消失或变低而导致下次运行出错。 nRF401的串行口直接和单片机的串行口连接（DIN接TXD，DOUT接RXD）， TXEN端的高/低电平由软件设置，可实现nRF401发射模式与接收模式之间的相互切换。当需要发射数据时，由晶振电路产生的4 MHz频率作为其内部锁相环的基准频率，经锁相环

43、和压控震荡器进行N倍频后，中心频率f0成为433.92 MHz或434.33 MHz（双频道），调制后，f=f0f=f015 kHz（该芯片调制度为15 kHz），最后经功率放大器放大后从PCB天线上发射出去。 2.3.2红外线传感器的接收部分 nRF401从PCB天线上接收到调频信号时，单片机置TXEN端为低电平，功率放大器被关断从而进入接收状态。调频信号依次经低噪声放大器放大，经混频器（其作用是抵消本机发送器与接收器之间的高频干扰）变成中频，再经带通滤波器滤波和调制器解调后，成为数据输出。这时单片机切换到发射模式，回送握手信号，nRF401把得到的数据输送给单片机，经处理后从P1口输出到L

44、ED上显示（火情来源地信息），同时驱动报警器报警。 相比于检测发射端电路，接收控制端电路更简单。各管脚引线方法两者基本相同，只是软件实现稍有不同。它可直接采用多位LED显示，不用扩展任何接口。2.3.3温度烟雾信号采集模块要准确地进行火灾报警，选择合适的温度和烟雾传感器是准确报警的前提。综合考虑各因素，本文选择集成温度传感器AD590和气体传感器TGS202用作采集系统的敏感元件。AD590是美国AnalogDevices公司生产的一种电流型二端温度传感器。电路如图2所示。由于AD590是电流型温度传感器，他的输出同绝对温度成正比，即1A/k，而数模转换芯片ADC0809的输入要求是电压量，所

45、以在AD590的负极接出一个10k的电阻R1和一个100的可调电阻W，将电流量变为电压量送入ADC0809。通过调节可调电阻，便可在输出端VT获得与绝对温度成正比的电压量，即10mV/K。火灾中气体烟雾主要是CO2和CO。TGS202气体传感器能探测CO2，CO，甲烷、煤气等多种气体，他灵敏度高，稳定性好，适合于火灾中气体的探测。当TGS202探测到CO2或CO时，传感器的内阻变小，VA迅速上升。选择适当的电阻阻值，使得当气体浓度达到一定程度(如CO浓度达到006)时，VA端获得适当的电压(设为3V)。A/D转换电路采用了常用的8位8通道数模转换专用芯片ADC0809。温度、烟雾传感器的输出分

46、别接到ADC0809的IN0和IN1。ADC0809的通道选择地址A，B，C分别由89C51的P00P02经地址锁存器74LS373输出提供。当P2.7=0时，与写信号WR共同选通ADC0809。其中ALE信号与ST信号连在一起，在WR信号的前沿写入地址信号，在其后沿启动转换。例如，输出地址7FF8H可选通通道IN0，实现对温度传感器输出的模拟量进行转换；输出地址7FF9H可选通通道IN1，实现对烟雾传感器输出的模拟量进行转换。其中ADC0809的转换结束状态信号EOC接到89C51的INT1引脚，当A/D转换完成后，EOC变为高电平，表示转换结束，产生中断。在中断服务程序中，将转换好的数据送到指定的存储单元。图2 烟雾检测报警电路2.3.4声光报警模块声光报警电路在单片机P1口的控制下，可以根据不同情况(火灾、异常、故障)发出不同的声光报警信号。声音信号由专用语音芯片提供。通过给语音芯片的S1和S2端输入不同的逻辑电平(00，01，10，11)，便可以获得4种不同的声音信号。由单片机的P10和P11控制。另外该芯片还需要一个选通信号，由P13提供。只有当该信号为高电平时，芯片才会根据S1和S2端的控制信号