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1、编号 091001127 毕业设计 （ 2013 届本科）题 目： 烟雾报警电路设计 学 院： 物理与机电工程学院 专 业： 电子信息科学与技术 作者姓名： 指导教师： 职称： 副教授 完成日期： 2013 年 6 月 8 日二一三 年 六月目 录河西学院本科生毕业论文（设计）诚信声明1河西学院本科生毕业论文（设计）开题报告2摘 要4ABSTRACT41 引言51.1 研究智能烟雾报警器的背景与意义51.2 智能烟雾报警研究现况51.3 本设计的主要特点62 烟雾报警系统的方案选择与论证62.1 系统总体功能概述62.2 单片机的选择72.3 烟雾传感器的选择82.4 温度传感器选择92.5
2、无线发射接收模块的选择113 烟雾报警系统硬件设计113.1 无线模块电压调节电路113.2 无线接受模块电路123.3 无线发射模块电路133.4 LCD1602液晶显示模块163.5 声光报警电路173.6 烟雾检测电路183.7 温度检测电路194 烟雾报警系统软件设计194.1 主程序设计194.2 声光报警程序设计194.3 按键模块程序设计215 实际测试215.1 测试设备215.2 测试结果216 设计总结24参考文献25致 谢26附 录27河西学院本科生毕业论文（设计）题目审批表48河西学院物理与机电工程学院指导教师指导毕业论文情况登记表49河西学院毕业论文（设计）指导教师评
3、审表50河西学院本科生毕业论文（设计）答辩记录表51河西学院本科生毕业论文（设计）诚信声明本人郑重声明：所呈交的本科毕业论文（设计），是本人在指导老师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果，成果不存在知识产权争议，除文中已经注明引用的内容外，本论文不含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。 作者签名： 二O一三年六月八日河西学院本科生毕业论文（设计）开题报告论文题目烟雾报警电路设计学生姓名徐 勇所属学院物理与机电工程学院专业电子信息科学与技术年级09级指导教师顾建雄所在单位物理与机电
4、工程学院职称副教授开题日期2012.11.18选题的根据：选题的理论、实际意义并综述有关本选题的研究动态和自己的见解 根据大学四年所学的单片机、数电、模电、以及C语言等基本的电子基础知识，研究烟雾报警电路的设计与制作。本设计基于STC89C52RC的智能烟雾检测系统，它负责检测现场的温度、烟雾浓度、煤气浓度等，并不断把采集的数据反馈给控制系统，控制器将接到的信号与内存的正常设定值比较，判断确定是否发生火灾。当发生火灾时，可实现声光报警、温度显示、无线信号发送接收等，是一种结构简单、性能稳定、使用方便、价格低廉、智能化的火灾报警器，具有一定的实用价值。论文的主要内容、基本要求及其主要的研究方法：
5、1） 实现时时检测周围环境的烟雾浓度。2） 实现时时检测周围环境的温度。3） 利用无线模块时时反馈检测数据。4） 用按键设置控制数据和解锁报警。5） 实现周围环境有火情时，声光报警。论文进度安排和采取的主要措施：题目审批（201212-20）阅读文献（2012-12012-4）论文设计与制作（2013-4）论文答辩（2013-5-25）主要参考资料和文献：1 康华光. 电子技术基础（模拟部分）M. 北京: 高等教育出版社, 2004.2 孟立凡，蓝金辉.传感器原理与应用.北京：电子工业出版社，2007.8.3 马忠梅. 单片机的C语言应用程序设计 北京航空航天大学出版社，2007.4 花铁森.
6、 消防报警产品和系统的技术现状与市场J. 安防科技, 2003, (6): 4-12.5 宋中才. 智能建筑中火灾自动报警系统的设计J. 重庆邮电学院学报(自然科学版), 2003.9.6 杨武. 新型火灾报警系统信号处理器设计D. 厦门: 厦门大学, 2008.7 张忠. 火灾报警系统的应用与集成D. 上海: 上海交通大学, 2008.8 曾杰. 鼓励保险介入深化消防监督J. 消防技术与产品信息, 2001, (3): 38-40.9 宋国珍，张立明. 纺织厂火灾探测器的选择J. 浙江建筑, 2005, 22(6): 54-55.指导教师意见：签 名： 年 月 日教研室意见负责人签名：年 月
7、 日学 院 意 见负责人签名：年 月 日3烟雾报警电路设计摘 要本设计基于STC89C52RC的智能烟雾检测系统，它可安装在各防火单位的，它负责监测现场的温度、烟雾浓度、煤气浓度等，并不断把采集的数据反馈给控制系统，控制器将接到的信号与内存的正常设定值比较，判断确定是否发生火灾。当发生火灾时，可实现声光报警、温度显示、无线信号发送接收等，是一种结构简单、性能稳定、使用方便、价格低廉、智能化的火灾报警器，具有一定的实用价值。关键词: 单片机；火灾报警；无线信号收发模块ABSTRACTThis design is based on STC89C52RC intelligent smoke dete
8、ction system. It can be installed in all fire units. It is responsible for detecting the scene temperature, smoke concentration and gas concentration, etc. Besides, it can send the collected data feedback to control system. The controller will compare received signals with the normal setting of the
9、memory to judge whether there is a fire. When there is a fire, sound and light alarm can be realized, so do the temperature of the display, the wireless signal to send and receive, etc. It is a kind of simple structure with stable performance, convenient use, low cost and intelligent fire alarm syst
10、em. It also has a certain practical value. Keywords: microcontroller; Fire alarm; the wireless signal transceiver module1 引言1.1 研究智能烟雾报警器的背景与意义世界上无时无刻不在发生各种各样的灾难。其中，最经常、最普遍地威胁公众安全和社会发展的主要灾害之一就是火灾。火灾是发生频率较高的一种灾害，几乎每天都有发生。据各种相关的资料和数据显示，全球每年大约发生火灾六千万至七千万次，每年全球死于火灾的人数约为七千人。其中，由于欧美类的发达国家的生活水平及消防措施和技术比较发达
11、先进，虽然欧美地区发生的火灾较多，但是死亡人数却比较少；相比而言，由于亚洲地区的发展中国家经济发展程度不高和消防设施不完善，虽然火灾发生频率较低，但人员伤亡较多。据统计，七十年代，我国因火灾导致的年平均损失不超过2.5亿元；八十年代，火灾年平均损失将近3.2亿元。进入九十年代，尤其从1993年开始，火灾造成的年均死亡人数是两千多，由此导致的直接年均财产损失升至十几亿元，。随着城市建设和经济的快速发展，城市各式各样的建筑日益增多，这很大程度地增加了火灾隐患，火灾发生的频率及其造成的损失呈逐年上升趋势。一旦出现火灾，这会严重威胁到人们的生命和财产。 随着社会的进步和经济的发展，火灾给人们造成的危害
12、范围不断扩大。人们逐渐认识到监控预警和消防工作的重要性，火灾自动报警系统应运而生，并且其自身的技术水平也在随着人们需求的不断地提高。 火灾发生的早期，会使得燃烧物质分解，析出大量的有毒气体CO，人们可能在毫无察觉火情的情况下就发生了CO中毒，从而无力逃生，火灾自动报警系统可监测到CO浓度的变化，为人们提供CO浓度超标报警信息，通知人们及时疏散。迅速监测火情是火灾自动报警系统的重要功能，能最大限度地降低火灾带来的生命财产损失。火灾自动报警系统能对火灾进行实时监测和准确报警，有着防止和减少火灾危害、保护人身安全和财产安全的重要意义，有着很大的经济效益和社会效益。1.2 智能烟雾报警研究现况 近年来
13、，世界各国都逐渐开始重视起采用无线通信方式的火灾自动报警系统。这种系统引入了无线电通信技术，利用无线通信方式代替传统的有线通信方式，将大多的电器装置通过无线连接方式进行信息传输与控制。起初，这种无线模式因价格昂贵，只会用在一些比较难布线的场所。随着科技不断的发展，元器件的价格不断降低，无线火灾报警器的成本也随之减低，而且其具有安装简便、对建筑物无损坏作业、灵活性好，易于扩展等优点，因此，现在起广泛地用于各类建筑和场所，如名胜古迹、体育馆、博物馆、展览中心、处于施工阶段的建筑物、医院等。 无线火灾报警系统主要分为以下几种方式：分散式、集中式和分布式。分散式系统由非智能型控制器若干智能型探测节点组
14、成，由探测节点完成火灾状态的判断;集中式系统由智能型控制器和若干非智能探测节点构成，探测节点仅将火灾参量传送给控制器，由控制器智能地判断火灾状态；分布式系统的控制器和探测节点均为智能型，也是今后火灾自动报警系统的发展方向。1.3 本设计的主要特点本设计旨在开发一个能够对监测点进行实时监控、报警的智能烟雾报警系统。智能烟雾报警系统是一个集信号检测、传输、处理、报警于一体的系统，另外本设计主要特点是采用无线信号传输的方式将烟雾报警信号传输的终端报警装置上面，该智能烟雾报警系统是以STC89C52RC和STC11F02E两块单片机作为控制中心，接收、处理火灾探测器输出的烟雾浓度信号，并进行声光报警。
15、本设计主要完成以下工作：(1)基于STC89C52RC的烟雾报警检测设计方案。(2)数字温度传感器 DS18B20、烟雾传感器MQ-2、NRF24L01无线收发器的选择以及与单片机的接口电路设计。(3)LCD1602液晶显示器与单片机的硬件连接。(4)设计主要软件程序模块，完成软件设计。2 烟雾报警系统的方案选择与论证2.1 系统总体功能概述烟雾报警系统主要由数据采集模块、单片机控制模块、无线发送接收模块、声光报警模块组成。它由烟雾传感器模块和温度传感器模块检测周围环境，时时把测得的数据传送给控制系统，控制系统判断是否有火情。图2.1为火灾报警系统整体结构框图。发 送 部 分接 收 部 分图2
16、.1 系统整体结构框图2.2 单片机的选择方案一： PIC系列单片机。PIC系列单片机的CPU采用RISC结构，分别有33、35、58条指令(视单片机的级别而定)，属精简指令集。而51系列有111条指令，AVR单片机有118条指令，都比前者复杂。采用Haryard双总线结构，运行速度快(指令周期约160200nS)，它能使程序存储器的访问和数据存储器的访问并行处理，这种指令流水线结构，在一个周期内完成两部分工作，一是执行指令，二是从程序存储器取出下一条指令，这样总的看来每条指令只需一个周期(个别除外)，这也是高效率运行的原因之一。此外，它还具有低工作电压、低功耗、驱动能力强等特点。但是此单片机
17、只有5个专用寄存器在编程过程中带来了不少麻烦。方案二： AVR系列单片机。此种单片机内资源丰富，接口也很强大，具有AD转换等电路，保密性也不错，在很多场合可以替代51系列单片机，但是对位进行操作时，AVR系列单片机并不能直接对RAM中的某位进行位操作，必须通过状态寄存器SREG的T进行中转。显然，AVR对位的操作复杂一些。方案三：MCS-51系列单片机。51系列的单片机优点之一在于，它从内部硬件到软件有着一套完整的按位操作系统，即位处理器，也称布尔处理器，它的处理对象不是字或字节，而是位，这就意味着它不仅能对片内某些特殊功能寄存器的某位进行处理，例如传送、置位、清零、测试等，还能进行位的逻辑运
18、算，这一点使其他种类单片机很难实现的。此外，51系列单片机还在片内RAM区间特别开辟了一个双重功能的地址区间，单元地址为20H2FH的十六个字节，它既可作字节处理，也可作位处理，使用起来灵活方便，使得使用者在操作时更加得心应手。51系列单片机代表型号有AT89C51，AT89C52，STC89C51，STC89C52。而STC89C52是一种低功耗、高性能CMOS8位微控制器，具有 8K 在系统可编程Flash存储器。STC89C52使用经典的MCS-51内核，但做了很多的改进使得芯片具有传统51单片机不具备的功能。在单芯片上，拥有灵巧的8 位CPU 和在系统可编程Flash，使得STC89C
19、52为众多嵌入式控制应用系统提供高灵活、超有效的解决方案。因此优先选择STC89C52单片机作为本系统的控制器。STC89C52的引脚图如图2.2所示。图2.2 STC89C52的引脚图2.3 烟雾传感器的选择烟雾传感器的功能：当火灾发生时，它能把火灾产生的各种非电量参数(如烟雾，温度)变成电量参数传送给控制器；其特点是模拟量传输，跟随各种非电量参数的变化而变化，火灾探测器根据火灾发生时所表现出来的物理现象可以分为：气敏型、感温型、感烟型、感光型、感声型五大类。方案一:感温探测器感温火灾探测器是对火灾现场温度参数响应的火灾探测器。按照它对环境温度或温度变化的响应，可分为：定温、差温、差定温三种
20、形式。单一的感温探测器灵敏度低、探测范围小，对阴燃情况不响应，因此不适用于火灾早期的探测6.方案二：感烟探测器感烟探测器主要响应燃烧或热解产生的固体液体微粒即烟雾粒子的探测器，主要用来探测可见或不可见的燃烧产物及起火速度缓慢的初期火灾。感烟探测器具有非常好的早期报警功能，即使在不太好的环境条件场所也会有比较好的探测效果，它一般适用于极高的房屋或空心花板或地下室中。感烟探测器适用于火灾前期及早期，产生大量的烟和少量的热。方案三：气体探测器气体检测仪器是一种检测气体浓度的仪器，该仪器适用于存在可燃或有毒气体的危险场所，能长期连续检测空气中被测气体爆炸下限以内的含量。可广泛应用于燃气，石油化工，冶金
21、，钢铁，炼焦，电力等存在可燃或有毒气体的各个行业，是保证财产和人身安全的理想监测仪器。 方案四：图像探测器图像火灾探测器是针对室外、隧道和室内高大空间的特殊需求而开发的工业等级的火灾探测器。该产品实现了“眼睛和大脑”的完美统一，能在各种复杂环境下对火情做出准确的判断，同时提供视频、网络、开关量三种报警方式，可灵活接入各类火灾报警体系。方案五：红、紫外火焰探测器探测器可探测碳氢化合物燃烧火焰，如氢气、羟基化合物以及金属和无机物燃烧火焰火警。探测器对紫外和红外传感器接收信号的频率、亮度和持续时间进行分析，任何一个传感器在接收到火焰发射频谱后都能够引发报警。探测器能够在高/低温，高湿，震动等最苛刻的
22、环境下工作。烟雾浓度是早期火灾发生的重要特性参数之一，在较大范围的监视场所，烟雾探测一直被广泛使用的火灾探测方法。烟雾报警器就是通过监测烟雾的浓度来实现火灾防范的，烟感器内部采用离子式烟雾传感，离子式烟雾传感器是一种技术先进，工作稳定可靠的传感器，被广泛运用到各种消防报警系统中，性能远优于气敏电阻类的火灾报警器。 为了将人们的生命财产安全损失降至最低，为此本设计主要采用了能比较早检测到火情的烟雾传感器MQ-2进行设计。2.4 温度传感器选择本系统中的温度传感器采用的是DS18B20芯片，其特点是采用独特的单总线接口方式，只需要一条总线接口就可以实现多点通信，简化了分布式温度传感应用。该器件无需
23、外部元件，可用数据总线供电，电压范围为3.0V至5.5V，无需备用电源，测量温度范围为-55至+125。精度为0.5。DS18B20的方框图如图2.4所示。DS18B20有三个主要数字部件：1）64位激光ROM，2）温度传感器，3）非易失性温度报警触发器TH和TL。器件用如下方式从单线通讯线上汲取能量：在信号线处于高电平期间把能量储存在内部电容里，在信号线处于低电平期间消耗电容上的电能工作，直到高电平到来再给寄生电源（电容）充电。DS18B20也可用外部5V电源供电。图2.4 DS18B20的方框图DS18B20是用一个高温度系数的振荡器确定一个门周期，内部计数器在这个门周期内对一个低温度系数
24、的振荡器的脉冲进行计数来得到温度值。计数器被预置到对应于-55的一个值。如果计数器在门周期结束前到达0，则温度寄存器（同样被预置到-55）的值增加，表明所测温度大于-55。同时，计数器被复位到一个值，这个值由斜坡式累加器电路确定，斜坡式累加器电路用来补偿感温振荡器的抛物线特性。然后计数器又开始计数直到0，如果门周期仍未结束，将重复这一过程。斜坡式累加器用来补偿感温振荡器的非线性，以期在测温时获得比较高的分辨力。这是通过改变计数器对温度每增加一度所需计数的值来实现的。因此，要想获得所需的分辨力，必须同时知道在给定温度下计数器的值和每一度的计数值。DS18B20内部对此计算的结果可提供0.5的分辨
25、力。温度以16bit带符号位扩展的二进制补码形式读出。数据通过单线接口以串行方式传输。DS18B20测温范围-55+125，以0.5递增。如用于华氏温度，必须要用一个转换因子查找表。DS18B20内温度表示值为1/2LSB，如表2-4所示9bit格式：表2-4 温度值和输出数据的关系最高有效（符号）位被复制充满存储器中两字节温度寄存器的高MSB位，由这种“符号位扩展”产生出了示于表1的16bit温度读数。可用下述方法获得更高的分辨力。首先，读取温度值，将0.5位（LSB）从读取的值中截去，这个值叫做TEMP_READ。然后读取计数器中剩余的值，这个值是门周期结束后保留下来的值(COUNT_RE
26、MAIN)。最后，我们用到在这个温度下每度的计数值(COUNT_PER_C)。用户可以用下面的公式计算实际温度值：2.5 无线发射接收模块的选择无线收发模块有NRF系列、PT2262/ PT2272、CC1101、等等一系列的无线收发模块，综合性价比、实用性、简洁性和传输距离本设计选择NRF24L01作为收发模块。 NRF24L01是一款新型单片射频收发器件,工作于2.4 GHz2.5 GHz频段。内置频率合成器、功率放大器、晶体振荡器、调制器等功能模块,并融合了增强型ShockBurst技术，其中输出功率和通信频道可通过程序进行配置。nRF24L01功耗低,在以-6 dBm的功率发射时，工作
27、电流也只有9 mA;接收时，工作电流只有12.3 mA，多种低功率工作模式(掉电模式和空闲模式)使节能设计更方便；nRF24L01 还可以兼容NRF24L01、nRF24L01+、nRF24LE1、nRF24LU1等无线模块，并且它们在一定条件下可以互相通信。本设计经过所使用的NRF24L01最大的传输距离大约为5m10m。此无线发射模块可以运用在以下方面：无线鼠标，键盘，游戏机操纵杆；无线数据通讯，安防系统，遥控装置，智能运动设备等优点，所以综合考虑选择NRF24L01作为无线收发器。3 烟雾报警系统硬件设计3.1 无线模块电压调节电路由于本设计采用的是无线火灾信号传输，所用的无线发送传输模
28、块是NRF24L01,该模块所需要的标准电压值为3.3V，由于其他部分的电压值是5V，所以，需要将5V的电压值转换成3.3V的电压值。本设计采用的是AMS1117来调节电压，AMS1117是一个低漏失电压调整器，它的稳压调整管是由一个PNP驱动NPN管组成的，漏失电压定义为：VDROP=VBE+VSAT。AMS1117有固定和可调两个版本可用，输出电压可以是：1.2V，1.5V，1.8V，2.5V，2.85V，3.0V，3.3V，和5.0V。片内过热切断电路提供了过载和过热保护，以防环境温度造成过高的结温。为了确保AMS1117的稳定性，对可调电压版本，输出需要连接一个至少22F的钽电容。对于
29、固定电压版本，可采用更小的电容，具体可以根据实际应用确定。通常，线性调整器的稳定性随着输出电流增加而降低。AMS1117内部集成过热保护和限流电路，是电池供电和便携式计算机的最佳选择。用AMS1117-3.3把5V电压转换为3.3V的转换电路如图3.1所示。图3.1 AMS1117-3.1电压转换电路图3.2 无线接受模块电路无线接受模块的控制芯片我们选择的是STC11F02E，它是北京宏晶公司生产的，采用宏晶第六代加密技术，超低功耗，有很强的抗干扰、抗静电性能，速度快，1个时钟/机器周期，可用低频晶振，大幅降低了EMI（电磁干扰）。输入/输出口多，最多有16个I/O口，复位脚如当I/O口使用
30、，可省去外部复位电路。图3.2 STC11F02E的引脚图。图3.2 STC11F02E的引脚图STC11F02E的主要特性：(1)1个时钟/机器周期，增强型8015内核，速度比普通8051快6-12倍。(2)工作电压：5.5V-4.1V/3.7V(5V单片机)。(3)工作频率：0-35MHz，相当于普通8051的0-420MHz。(4)通用I/O口有12个，复位后为：准双向口/弱上拉。可设置成四中模式：准双向口/弱上拉，强推挽/强上拉，仅为输入/高阻，开漏每个I/O口驱动能力均可达到20mA，但整个芯片最大不要超过100mA。(5)ISP（在系统可编程）/LAP（在应用可编程），无需专用编程
31、器，无需专用仿真器可通过串口（RxD/P3.0，TxD/P3.1）直接下载程序，数秒即可完成。(6)内部集成MAX810专用复位电路。(7)内置一个对内部Vcc进行掉电检测电路，可设置为中断或复位。无线接收模块整体电路如图3-2.1所示：图3.2.1无线接受电路3.3 无线发射模块电路NRF24L01是一款新型单片射频收发器件,工作于2.4 GHz2.5 GHz ISM频段。内置频率合成器、功率放大器、晶体振荡器、调制器等功能模块,并融合了增强型ShockBurst技术，其中输出功率和通信频道可通过程序进行配置。Nrf24L01功耗低,在以-6 dBm的功率发射时，工作电流也只有9 Ma;接收
32、时，工作电流只有12.3 Ma，多种低功率工作模式(掉电模式和空闲模式)使节能设计更方便。NRF24L01发射数据时，首先将Nrf24L01配置为发射模式：接着把接收节点地址TX_ADDR和有效数据TX_PLD按照时序由SPI口写入Nrf24L01缓存区，TX_PLD必须在CSN为低时连续写入，而TX_ADDR在发射时写入一次即可，然后CE置为高电平并保持至少10s，延迟130s后发射数据;若自动应答开启，那么Nrf24L01在发射数据后立即进入接收模式，接收应答信号（自动应答接收地址应该与接收节点地址TX_ADDR一致）。如果收到应答，则认为此次通信成功，TX_DS置高，同时TX_PLD从T
33、X FIFO中清除;若未收到应答，则自动重新发射该数据(自动重发已开启)，若重发次数(ARC)达到上限，MAX_RT置高，TX FIFO中数据保留以便再次重发;MAX_RT或TX_DS置高时，使IRQ变低，产生中断，通知MCU。最后发射成功时,若CE为低则Nrf24L01进入空闲模式1;若发送堆栈中有数据且CE为高，则进入下一次发射;若发送堆栈中无数据且CE为高，则进入空闲模式2。 接收数据时,首先将Nrf24L01配置为接收模式，接着延迟130s进入接收状态等待数据的到来。当接收方检测到有效的地址和CRC时，就将数据包存储在RX FIFO中，同时中断标志位RX_DR置高，IRQ变低，产生中断
34、，通知MCU去取数据。若此时自动应答开启，接收方则同时进入发射状态回传应答信号。最后接收成功时，若CE变低，则Nrf24L01进入空闲模式1。（2）参考数据如表3-3.1所示。表3-3.1 NRF24L01参考数据参数数值单位最低供电电压最大发射功率最大数据传输率发射模式，电流消耗接收模式，电流消耗温度范围掉电模式，电流消耗数据传输为1000Kbps时的灵敏度1.90200011.312.3-40+85900-85VdBmkbpsMaMaNadBm（3）NRF24L01封装及引脚排列和功能如图3.3所示。 图3.3 NRF24L01芯片引脚NRF24L01各引脚功能如下： CE：使能发射或接收
35、。 CSN，SCK，MOSI，MISO：SPI引脚端，微处理器可通过此引脚配置Nrf24L01。IRQ：中断标志位。VDD：电源输入端。 VSS：电源地。XC2，XC1：晶体振荡器引脚。VDD_PA：为功率放大器供电，输出为1.8 V。 ANT1,ANT2：天线接口。 IREF：参考电流输入。(4)工作模式通过配置寄存器可将Nrf241L01配置为发射、接收、空闲及掉电四种工作模式：待机模式1主要用于降低电流损耗，在该模式下晶体振荡器仍然是工作的。 待机模式2则是在当FIFO寄存器为空且CE=1时进入此模式。 待机模式下，所有配置字仍然保留。 在掉电模式下电流损耗最小，同时Nrf24L01也不
36、工作，但其所有配置寄存器的值仍然保留。工作模式如表3-3.2所示。表3-3.2 工作模式模式PWR-UPPRIM-RXCEFIFO寄存器模式接收模式发射模式发射模式待机模式2待机模式1掉电1111101000111010数据在TX FIFO寄存器中停留在发送模式，直至数据发送完TX FIFO为空无数据传输NRF24L01在不同模式下的引脚功能如表3-3.3 NRFf24L01。表3-3.3 NRFf24l01引脚功能引脚名称方向发送模式接收模式待机模式掉电模式CECNSCKMOSIMISOIRQ输入输入输入输入三态输出输出高电平高电平低电平SPI片选使能，低电平使能SPI时钟SPI串行输入SP
37、I串行输出中断，低电平使能无线发射模块和单片机的连接电路如图3.3所示。 图3.3 无线发射模块连接电路3.4 LCD1602液晶显示模块LCD1602液晶显示器以其微功耗、体积小、显示内容丰富、超薄轻巧的诸多优点，在各类仪表和低功耗系统中得到广泛的应用。根据显示内容可以分为字符型液晶，图形液晶。根据显示容量又可以分为单行16字，2行16字，两行20字等。LCD1602位数多，可显示32位，32个数码管体积相当庞大了，.显示内容丰富，可显示所有数字和大、小写字母。程序简单，如果用数码管动态显示，会占用很多时间来刷新显示，而1602自动完成此功能。便与设计，它的连接电路如图3.4所示。图3.4
38、LCD1602液晶显示电路3.5 声光报警电路声光报警是一种通过声音和各种光来向人们发出示警信号的方式。如果出现火情，声光报警电路就会在单片机的控制下，发出声光警示信息。在声报警电路中，由于蜂鸣器的工作电流一般比较大，以致于单片机的I/O 口是无法直接驱动的，所以要利用放大电路来驱动，一般使用三极管来放大电流就可以了。声音报警电路由单片机的P0引脚进行控制，当P0.4输出的电平为低电平时，三极管导通，蜂鸣器的电流形成回路，发出声音报警；否则，三极管截止，蜂鸣器不发出声音。由单片机的P0.2口进行光报警控制，当有火警信号出现时，P0.2口会处于低电平，发光二极管出现闪烁，形成光报警。如图3.5所
39、示。图3.5 声光报警电路3.6 烟雾检测电路 MQ-2烟雾传感器原理简单，如图4为传感器的基本测试电路。该传感器需要施加2个电压：加热器电压VH和测试电压VC。其中 VH用于为传感 器提供特定的工作温度。VC 则是用于测定与传感器串联的负载电阻RL上的电压VRL。这种传感器具有轻微的极性，VC需用直流电源。在满足传感器电性能要求的前提下VC和VH 可以共用同一个电源电路。为更好利用传感器的性能需要选择恰当的RL值。如图3.6所示MQ-2的检测电路。图3.6 MQ-2的检测电路图烟雾检测电路的工作电压为5V，方便与51单片机组成系统，且其工作稳定，特点如下：(1) 具有信号输出指示。(2) 双
40、路信号输出（模拟量输出及TTL电平输出）。(3) TTL输出有效信号为低电平。（当输出低电平时信号灯亮，可直接接单片机）。 (4) 模拟量输出05V电压，浓度越高电压越高。(5) 对液化气，天然气，城市煤气，烟雾有较好的灵敏度。此传感器适用于家庭或寝室的烟雾监测,它的检测电路图如图3.6.2所示。图3.6.2 烟雾检测电路3.7 温度检测电路DB18B20独特的一线接口，与微处理器连接时仅需要一条口线即可实现微处理器与DS18B20的双向通讯能力，简化了分布式温度传感应用 无需外部元件 可用数据总线供电，电压范围为3.0 V至5.5 V 无需备用电源 测量温度范围为-55 C至+125 。华氏
41、相当于是67 F到257华氏度 -10 C至+85 C范围内精度为0.5 C。它与控制系统的连接方式如下图3.7所示。图3.7 温度传感器的连接电路4 烟雾报警系统软件设计在本系统的软件编程使用的是Keil C51。Keil C51软件提供丰富的库函数和功能强大的集成开发调试工具，全Windows界面。Keil C51生成的目标代码效率非常之高，多数语句生成的汇编代码很紧凑，容易理解。在开发大型软件时更能 体现高级语言的优势。4.1 主程序设计在火灾报警系统的软件设计中采用了模块化程序设计方法，系统各个模块的具体功能都是通过子程序调用实现的。既使得程序结构清晰，又便于以后进一步扩展其功能。系统
42、程序流程图如图4.1所示。4.2 声光报警程序设计 声光报警程序流程图如图4.2所示。图4.1 主程序流程图 图4.2 声光报警程序流程图4.3 按键模块程序设计图4.3 按键模块程序流程图5 实际测试5.1 测试设备表5-1（测试设备）仪器名称型号用途数量计算机Dell调试及下载程序1数字万用表优利德测量电路工作情况1蚊香（有烟）任意测试烟雾传感器15.2 测试结果 本设计安放在宿舍，通过对宿舍环境实际测试，得出如表5-2所示的结论。 表5-2（报警器各项功能测试）烟雾检测温度检测发送检测接受检测声光报警电压转换正常工作正常工作正常工作正常工作正常工作正常工作无线收发模块理论无障碍距离是51
43、0m，实际测得有障碍传输距离为010m左右。实物测试图如图5.2所示。图5.2 烟雾报警器测试图6 设计总结烟雾检测报警系统对现代建筑起着极其重要的安全保障作用，研制烟雾检测报警系统的目的是改变我国防火报警技术的落后现状，提高我国防火报警产品的水平。本文对火灾报警系统进行了深入的分析，设计了烟雾检测报警系统，该报警系统能够准确无误的发出报警信号，对通过LCD显示出当前的报警信息，为火灾预测报警提供了很大的便利。本文完成了如下工作：(1)设计了火灾报警系统的控制器。该控制器具有烟雾检测，温度检测和声光报警等功能，并采用LCD显示器进行报警系统所需各种信息显示。(2)完成了火灾报警温度传感器的设计
44、。该温度传感器采用的是DS18B20单总线式通信协议，实现了对被测环境温度信息的检测。(3)完成了火灾报警烟雾传感器的设计。该传感器采用的是汉威电子的MQ-2型烟雾传感器，通过对被测环境中烟雾信息的监测，判断是否有火灾发生。本文设计的火灾报警系统能有效地防止和减少火灾危害，为社会发展提供安全保障，其完成对保护人身安全和财产安全具有现实意义。参考文献1 康华光. 电子技术基础（模拟部分）M. 北京: 高等教育出版社, 2004.2 孟立凡，蓝金辉.传感器原理与应用.北京：电子工业出版社,2007.8.3 马忠梅. 单片机的C语言应用程序设计 北京航空航天大学出版社,2007.4 花铁森. 消防报警产品和系统的技术现状与市场J. 安防科技, 2003, (6): 4-12.5 宋中才. 智能建筑中火灾自动报警系统的设计J. 重庆邮电学院学报(自然科学版), 2003, (9). 6 杨武. 新型火灾报警系统信号处理器设计D. 厦门: 厦门大学, 2008.7 张忠. 火灾报警系统的应用与集成D. 上海: 上海交通大学, 2008.8 曾杰. 鼓励保险介入深化消防监督J. 消防技术与产品信息, 2001, (3): 38-40.9 宋国珍, 张立明. 纺织厂火灾探测器的选择J. 浙江建筑, 2005