基于AT89C51单片机的火灾报警器资料.pdf

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1、四川师范大学成都学院课程设计报告 I 火灾报警器 内容摘要：多少年来，火灾一直是人们所遭遇的最主要灾害之一，曾对人类的文 明造成了重大破坏，许多著名的建筑大都毁于火灾。由火灾引发的重大安全事故 比比皆是，所以人类一直也未停止过对它的研究。本文介绍了一种适用于多种公 共场所的基于单片机火灾报警系统。 本系统以 AT89C51 为主控制器， DS18B20 温度传感器为感温器件， 离子感烟传 感器为感烟元件，将烟雾和温度等信号转化为可检测的电信号。然后将传感器输 出的电信号送入A/D 转换电路 , 完成烟雾传感器和温度传感器输出的模拟信号到 数字信号的转换，再由单片机判断现场是否发生火灾。若发生火

2、灾，系统会驱动 蜂鸣器和LED指示灯报警。该系统主要由烟感数据采集模块、单片机控制模块、 驱动声光报警模块组成，采用高性能的单片机芯片为核心和高灵敏度的离子感烟 传感器和温度传感器，而且利用声音和指示灯两种报警形式进行报警提示，大大 的提高了系统的精确性和可靠性。 关键词：火灾报警器离子感烟探测器 AT89C51 单片机 DS18B20 Fire Alarm Abstract:For many years, fire was people encountered the main disasters, had to human civilization caused major damage.

3、 Many famous buildings mostly destroyed in the fire. A major safety accident caused by a fire can be found everywhere, so human beings have never stopped studying it. This paper introduces a kind of fire alarm system based on single chip microcomputer, which is suitable for many kinds of public plac

4、es. The system takes the AT89C51 as the main controller, and the DS18B20 temperature sensor is a temperature sensor, the ion sensor is a sensor, and the signal can be converted into a detectable signal. Then the sensor output of the electrical signal into the A/D conversion circuit, complete the smo

5、ke sensor and temperature sensor output analog signal to digital signal conversion, and then by the microcontroller to determine whether the scene of fire. If a fire occurs, the system will drive the buzzer and 四川师范大学成都学院课程设计报告 II LED indicator alarm. The system mainly by the smoke sense data collec

6、tion module, MCU control module, drive the sound and light alarm module, as the core and high sensitivity of ion smoke sensor and temperature sensor with high performance single chip, and the use of sound and the indicator lamp two types of alarm, alarm, greatly improve the accuracy and reliability

7、of the system. Key words: fire alarm smoke detector AT89C51 MCU DS18B20 四川师范大学成都学院课程设计报告 III 目录 1 绪论 1 1.1 课题研究背景 . 1 1.2国内外火灾报警器研究历史. 1 1.3 火灾报警技术的发展趋势. 3 2 火灾报警器系统总体方案设计. 3 2.1火灾产生的原理. 4 2.2 系统设计要求. 4 3 系统硬件设计. 5 3.1烟感传感器 5 3.1.1烟感传感器选择. 5 3.1.2 离子式感烟探测器介绍. 5 3.2 温度传感器 6 3.2.1 温度传感器选择. 6 3.2.2 DS1

8、8B20工作原理 6 3.2.3 DS18B20 特性 . 7 3.2.4 DS18B20注意事项 8 3.3 单片机芯片的选择. 8 3.3.1 AT89C51简介 9 3.3.2 AT89C51管脚功能说明 10 4 火灾报警器软件实现与调试 11 4.1 信号处理电路 11 4.2 声光报警电路 12 4.2.1 声报警电路 . 12 4.2.2 光报警电路 . 13 4.3 系统调试 13 4.3.1 编程 KEIL 环境介绍 . 13 4.3.2 调试步骤 . 14 5 结束语 . . 15 参考文献 . . 16 四川师范大学成都学院课程设计报告 1 火灾报警器 1 绪论 1.1

9、课题研究背景 进入上世纪 90 年代后，我国经济步入高速发展的时期， 城市化建设不断加快， 城市建筑也由分散式低密度向集中式高密度过渡，林立的高层建筑成了城市的主 要的标志。任何事物的发展都具有两面性，高层建筑中各种通讯线路、动力和照 明线路、以及各种系统中线路纵横交错，还有现代人类大量使用煤气、天然气， 甚至是烟花等火灾隐患致使火灾的发生概率也在大幅增加。 火灾是一种在时空上失去控制的燃烧所引发的灾害，加之现代建筑的密闭性 较强，一旦发生火灾，整幢大楼就像一个大的火炉，而楼梯道、各种通风管道、 线路竖井都是效果极佳的火筒，从而给灭火施救造成了巨大的难度。由火灾导致 的后果给人类、社会和自然造

10、成的危害越来越大，它不仅毁坏物质财产，而且还 直接危胁人们的生命安全，给人们的心灵造成极大的伤害。残酷的火灾引发的重 大安全事故比比皆是，因此，人类从未停止过对火灾发生后及时发现、及时控制 的研究，火灾报警产品应运而生。随着科技的发展和人们需求的不断提高，火灾 报警器在功能、结构、形式等方面也在不断完善。 1.2 国内外火灾报警器研究历史 在各种灾害中，火灾是最经常、最普遍地威胁公众安全和社会发展的主要灾 害之一。火灾是世界上发生频率较高的一种灾害，几乎每天都有火灾发生。据联 合国“世界火灾统计中心 (WFSC)2000统计资料”，全球每年大约发生火灾600 万至 700 万次，全球每年死于火

11、灾的人数约为65000 至 75000 人。其中，欧美地区发生 的火灾较多，死亡人数却相对较少，这与欧美发达国家的生活水平以及消防技术 和设施有关。相比较而言，亚洲地区发生火灾次数较少，但死亡人数较多，这与 亚洲经济发展程度不高、消防设施不完善等因素有关。据统计，我国70 年代火灾 年平均损失不到 2.5 亿元，80 年代火灾年平均损失接近3.2 亿元。进入 90 年代， 特别是 1993年以来， 火灾造成的直接财产损失上升到年均十几亿元，年均死亡 2000 多人。随着经济和城市建设的快速发展，城市高层、地下以及大型综合性建筑日 益增多，火灾隐患也大大增加，火灾发生的数量及其造成的损失呈逐年上

12、升趋势。 一旦发生火灾，将对人的生命和财产造成极大的危害。 火灾自动报警系统已有百余年的发展历史，19 世纪 40 年代美国诞生的火灾报 四川师范大学成都学院课程设计报告 2 警装置标志着火灾自动报警系统首次进入人们的视野。1890 年在英国，感温式火 灾探测器研制成功并应用于火灾探测系统，标志着火灾自动报警系统的发展走上 正轨。此后，随着世界科技取得了突飞猛进的进步和各种新兴技术的出现和发展， 火灾监测技术也相应迅速发展，各种类型的火灾探测器相继问世，并日渐完善， 火灾自动报警系统也在此基础上逐渐地蓬勃发展起来，其发展过程可以分为以下 几个阶段 : 第一阶段，从19 世纪 40 年代至 20

13、 世纪 40 年代，火灾报警系统处于发展的 初级阶段，采用的探测器主要是感温式的探测器，它通过采集温度信号，然后判 定是否超出设定的阀值，从而判断是否有火灾发生。这一阶段，火灾报警系统简 单，仅靠单一的温度参量进行火灾判断。但是它易受环境中其他干扰源的影响， 灵敏度低，响应速度慢，无法判断阴燃火灾，也无法满足智能化火灾报警系统的 要求。 第二阶段， 20 世纪 40 年代末，开始了离子感烟探测器的研究。这一研究引起 了人们的重视，随后离子感烟探测器得到广泛应用，并逐渐占据了绝大部分市场， 迫使感温式探测器退居其次；到70 年代末，光电式感烟探测器在光电技术的基础 上发展起来，并很快得到大力发展

14、。它的使用寿命长，抗干扰能力强，没有离子 感烟探测器的放射性问题。在这一阶段，火灾报警系统普遍采用多线制布局方式， 布线、调试、系统可靠性是系统发展的瓶颈。 第三阶段， 20 世纪 80 年代初期，总线型火灾报警系统开始兴起，在火灾报警 领域中迈出了一大步，并得到了较普遍的应用。它使得布线工作量显著减少，安 装调试更加容易，更能精确报警定位。但是这一时期的火灾报警系统的智能化水 平不高，采用有线连接对工程要求高。 第四阶段，从20 世纪 80 年代中后期开始，随着计算机技术、控制技术、集 成电路技术、传感器技术及智能技术的快速发展，火灾自动报警系统步入智能化 时代，智能化火灾报警系统迅速发展起

15、来，各种智能型的火灾自动报警系统相继 出现。模拟量可寻址技术的应用使得火灾报警系统的安全性、精准性和智能性有 了很大提高，在火灾自动报警系统发展史上具有里程碑的意义。 近年来，采用无线通信方式的火灾自动报警系统在国外悄然兴起。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，适用于各类建筑和场所。无线 四川师范大学成都学院课程设计报告 3 火灾自动报警系统起初仅用于特殊场合，如博物馆、名胜古迹等不宜布线的场合， 而且其价格也比较高。随着科技进步和元器件成本的降低，无线火灾自动报警系 统的研发和生成成本也随之降低，它在性

16、能和价格上都具有很强的竞争力。 在我国，采用的无线通信方式的火灾自动报警系统日益受到重视。由于其具 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，适用于许多场 合，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。 火灾自动报警系统的智能性主要体现在火灾判决和统筹管理方面，一般分为分散 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

17、的发展 方向。 1.3 火灾报警技术的发展趋势 在我国，采用的无线通信方式的火灾自动报警系统日益受到重视。由于其具 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，适用于许多场 合，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。 火灾自动报警系统的智能性主要体现在火灾判决和统筹管理方面，一般分为分散 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

18、火灾自动报警系统的发展 方向。 近几年来，单片机已逐步深入应用到工农业生产各部门及人们生活的各个方 面。各种类型的单片机也根据社会的需求而开发出来。单片机是器件级计算机系 统，实际上它是一个微控制器或微处理器。由于它功能齐全，体积小，成本低， 因此它可以应用到任何电子系统中去，同样，它也可以广泛应用于报警技术领域， 使各类报警装置的功能更加完善，可靠性大大提高，以满足社会发展的需求。 2 火灾报警器系统总体方案设计 火灾探测器是消防自动报警的眼睛。它将火灾信号快速传到报警控制器,发出 警报信号。火灾报警器要根据火灾的特点、针对保护对象的特点进行选择探测器， 四川师范大学成都学院课程设计报告 4

19、 做到安全适用、技术先进经济合理的系统设计。 2.1 火灾产生的原理 火灾是一种失去人为控制的由燃烧造成的灾害，产生火灾的基本要素是可燃 物、助燃物和点火源。可燃物以气态、液态和固态三种形态存在，助燃物通常是 空气中的氧气。 一般可燃物在燃烧时先产生燃烧气体，继而产生烟雾，在氧气充足的条件下 就会完全燃烧而产生火焰，发出可见光和不可见光，并散发出大量的热，使环境 温度升高，其过程如图2.1-1中曲线所示。起火过程中，刚开始会产生大量的烟 雾且持续的时间相对较长，而此时现场的环境温度还不是太高没有骤变，若此时 烟感传感器感应到了烟雾就可以及时报警并在火势没扩大之前让人们提前预防和 撤离，这样就可

20、以把火灾损失控制在最小限度。等到火焰燃烧后，它会快速蔓延， 产生大量的热而导致环境温度的升高，若能感受到温度的变化而报警提醒人们就 可以比较及时地控制火灾。若以此硬件设计中我会加入温度传感器和烟感传感器 配合工作 , 互补各自的不足，大大的降低了报警器的误报率。 图 2.1-1 火灾时温度和烟雾随时间变化曲线 2.2 系统设计要求 根据以上火灾发生过程的分析，对火灾报警器作以下要求： (1) 声、光双重报警功能。 (2) 异常报警功能。当环境出现异常(如烟雾浓度过大或是温度较高) 时，能发 四川师范大学成都学院课程设计报告 5 出异常报警信号，引起人们注意，尽可能避免火灾的发生。 (3) 火灾

21、报警功能。一旦真出现火灾(烟雾和温度同时出现异常)时，能立即发 出声光火灾警报。 3 系统硬件设计 此次设计是根据火灾发生过程的特点针对于单片机原理及其应用展开的。根 据方案设计要求，系统主要由烟感数据采集模块、单片机控制模块、驱动声光报 警模块组成。图 3-1 为系统框架图。 图 3-1 火灾报警器系统框架图 3.1 烟感传感器 3.1.1烟感传感器选择 烟感探测器可以分为离子感烟探测器和光电感烟探测器，本系统采用的是离 子感烟探测器。离子感烟传感器对于烟雾气颗粒检测很有效，它会使两极板间空 气分子电离为正、负离子，使原来不导电的空气带电。当火灾发生时，正离子和 负离子被吸附到烟雾粒子上，使

22、正、负离子相互中和的概率增加，这样烟雾粒子 浓度大小可以以电流变化量大小表示出来，实现对火灾参数的检测。 3.1.2 离子式感烟探测器介绍 离子感烟式探测器是典型探测器，它是在电离室内含有少量放射性物质（镅 -241） ， 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，它们由于与离子相接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时， 探测器发出警报。 图 3.1.2-1 为离子式感烟探测器。 离子感烟探测器有双源双室和单源双室之分，它利用放射

23、源制成敏感元件， 并由内电离室 KR 、外电室 KM及电子线路或编码线路构成。 双源双室探测器是由两 块性能一致的放射源片（配对）制成互相串联的两个电室及电子线路组成的火灾 探测装置。一个电室开孔称为采样电离室（或称为外电室），烟可以顺利进入，另 一个是封闭电离室，称为参考电离室（或内电离室），烟无法进入仅能与外界温度 四川师范大学成都学院课程设计报告 6 相通。在串联的两个电离室两端直接接入直流电源，两电离室形成一个分压室。 两电离室电压之和等于工作电压，流过两个电离室电流相同。采用内、外电离室 串联的方法，是为了减少环境温度、湿度、气压等自然条件对电离电流的影响， 提高稳定性，防止误报。

24、图 3.1.2-1 离子式感烟探测器 3.2 温度传感器 3.2.1 温度传感器选择 温度传感器一般分为定温式和差温式。温度传感器只有在温度发生较为大的 变化时才能检测到，而温度突然升高时火灾已经发生，火苗已经出现，所以温度 传感器检测不适用于火灾发生的早期，但可在火灾发生时烟雾较少时再次报警， 它往往感测的范围较小，一般安装在不宜安装感烟探测器的区域。 本文选择的温度传感器是DS18B20 。DS18B20 是美国 DALLAS 半导体公司继 DS1820之后最新推出的一种改进型智能温度传感器。DS18B20 可用数据线供电， 电压范围为 3.0V-5.5 V，其测温范围： -55 -125

25、 ，固有测温分辨率为 0.5 。 3.2.2 DS18B20 工作原理 DS18B20 是美国 DALLAS 半导体公司继 DS1820 之后最新推出的一种改进型智能 温度传感器，其实物图如图3.2.2-1 。 四川师范大学成都学院课程设计报告 7 图 3.2.2-1 DS18B20实物图 与传统的热敏电阻相比，它能够直接读出被测温度并且可根据实际要求通过 简单的编程实现 912 位的数字值读数方式，可以分别在93.75 ms 和 750 ms内 完成 9 位和 12位的数字量 , 并且从 DS18B20 读出的信息或写入DS18B20 的信息仅 需要一根口线（单线接口）读写，其原理图如图3.

26、2.2-2所示。温度变换功率来 源于数据总线 , 总线本身也可以向所挂接的DS18B20 供电，而无需额外电源。因而 使 DS18B20 可使系统结构更趋简单，可靠性更高。他在测温精度、转换时间、传 输距离、分辨率等方面较DS1820有了很大的改进 , 给用户带来了更方便的使用和 更令人满意的效果。 图 3.2.2-2 DS18B20工作原理图 3.2.3 DS18B20 特性 四川师范大学成都学院课程设计报告 8 DS18B20 具有以下特性： 独特的单线接口方式。 DS18B20 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。 在使用中不需要任何外围元件。

27、 可用数据线供电 , 电压范围： 3.0V-5.5 V。 测温范围： -55 -125 ，固有测温分辨率为0.1 。 通过编程可实现 9-12 位的数字读数方式。 用户可自设定非易失性的报警上下限值。 负压特性 , 电源极性接反时 , 不会因发热而烧毁 , 但不能正常工作。 3.2.4 DS18B20 注意事项 主机控制 DS18B20 完成温度转换时，在每一次读写之前，都要对DS18B20 进 行复位，而且该复位要求主CPU 要将数据线下拉500s，然后释放。 DS18B20 收 到信号后将等待 1660s 左右，之后再发出60240s 的低脉冲。主 CPU 收到 此信号即表示复位成功。实际

28、上，较小的硬件开销需要相对复杂的软件进行补偿。 由于 DS18B20 与微处理器间采用串行数据传送方式，因此，在对DS18B20 进行读 写编程时，必须严格地保证读写时序，否则，将无法正确读取测温结果。 对于在单总线上所挂DS18B20 的数量问题，一般人们会误认为可以挂任意多 个 DS18B20 ，而在实际应用中并非如此。若单总线上所挂DS18B20 超过 8 个时，则 需要解决微处理器的总线驱动问题，因此，在进行蓄电池单体多点测温系统设计 时该问题要加以注意。 连接 DS18B20 的总线电缆是有长度限制的。试验中，当采用普通信号电缆且 其传输长度超过 50 m时，读取的测温数据将发生错误

29、。而将总线电缆改为双绞线 带屏蔽电缆时，正常通讯距离可达150 m ，如采用带屏蔽层且每米绞合次数更多的 双绞线电缆，则正常通信距离还可以进一步加长。这种情况主要是由总线分布电 容使信号波形产生畸变造成的，因此，在用DS18B20 进行长距离测温系统设计时 要充分考虑总线分布电容和阻抗匹配问题。 3.3 单片机芯片的选择 单片机是烟感报警器系统最重要的部分，可以说是它的心脏。它用来接收信 号并根据判断结果驱动报警装置。51 系列单片机的优点是价钱便宜，程序空间大， I/O 口多，它是检测系统中比较理想的选择。本设计使用的控制芯片是ATMEL 公司 四川师范大学成都学院课程设计报告 9 生产的

30、AT89C51 ， 高性能 CMOS8 位微处理器。AT89C51 是一个低功耗高性能单片机， 片内置通用 8 位中央处理器（ CPU ）和 Flash 存储单元，可灵活应用于各种控制领 域。40 个引脚， 2 个全双工串行通信口。芯片可以按照常规方法进行编程，也可 以在线编程，其将通用的微处理器和Flash 存储器结合在一起，能反复擦写有效 地降低开发成本。 本设计主要采用AT89C51 芯片。AT89C51 具有如下特点： 40 个引脚，4k Bytes Flash 片内程序存储器， 128 bytes 的随机存取数据存储器（ RAM ） ，32 个外部双向 输入/ 输出（ I/O ）口，

31、 5 个中断优先级 2 层中断嵌套中断， 2 个 16 位可编程定时 计数器 ,2 个全双工串行通信口，看门狗（WDT ）电路，片内时钟振荡器。 3.3.1 AT89C51 简介 硬件设计中最核心的器件是单片机AT89C51 。AT89C51 是美国 ATMEL 公司生 产的带 4K字节 FLASH 存储器（ FPEROMFlash Programmable and Erasable Read Only Memory ）的低电压、高性能CMOS 8 位微处理器，其实物图如图3.3.1-1 。该 器件采用 ATMEL 高密度非易失存储器制造技术制造，与工业标准的MCS-51指令集 和输出管脚相兼

32、容。由于将多功能 8 位 CPU 和闪烁存储器组合在单个芯片中， ATMEL 的 AT89C51是一种高效微控制器，为很多嵌入式控制系统提供了一种灵活性高且 价廉的方案。 AT89C51 提供以下标准功能： 4k 字节 Flash 闪速存储器， 128 字节 内部 RAM ，32 个 I/O 口线，两个 16 位定时 / 计数器，一个 5向量两级中断结构， 一个全双工串行通信口，片内振荡器及时钟电路。同时，AT89C51可降至 0Hz的静 态逻辑操作，并支持两种软件可选的节电工作模式。空闲方式停止CPU的工作， 但允许 RAM ，定时 / 计数器，串行通信口及中断系统继续工作。掉电方式保存RA

33、M 中的内容，但振荡器停止工作并禁止其它所有部件工作直到下一个硬件复位。 图 3.3.1-1 AT89C51实物图 四川师范大学成都学院课程设计报告 10 3.3.2 AT89C51 管脚功能说明 AT89C51共有 40 个管脚，其管脚分布如图3.1.2-1所示，下面介绍各管脚的 功能。 图 3.3.2-1 AT89C51管脚分布图 VCC ：供电电压。 GND ：接地。 P0口：P0口为一个 8 位漏级开路双向 I/O 口，每脚可吸收 8TTL门电流。当 P0口的管脚第一次写1 时，被定义为高阻输入。 P0能够用于外部程序数据存储器， 它可以被定义为数据 / 地址的低八位。在FIASH编程

34、时， P0 口作为原码输入口， 当 FIASH进行校验时， P0输出原码，此时 P0外部必须接上拉电阻。 P1口：P1口是一个内部提供上拉电阻的8 位双向 I/O 口，P1口缓冲器能接收 输出 4TTL门电流。 P1口管脚写入 1 后，被内部上拉为高，可用作输入，P1口被 外部下拉为低电平时，将输出电流，这是由于内部上拉的缘故。在FLASH 编程和 校验时， P1口作为低八位地址接收。 P2口：P2口为一个内部上拉电阻的8 位双向 I/O 口，P2口缓冲器可接收，输 出 4 个 TTL门电流，当 P2口被写“ 1”时，其管脚被内部上拉电阻拉高，且作为 输入。并因此作为输入时，P2口的管脚被外部

35、拉低，将输出电流。这是由于内部 上拉的缘故。P2口当用于外部程序存储器或16位地址外部数据存储器进行存取时， 四川师范大学成都学院课程设计报告 11 P2口输出地址的高八位。在给出地址“1”时，它利用内部上拉优势，当对外部八 位地址数据存储器进行读写时， P2口输出其特殊功能寄存器的内容。 P2口在 FLASH 编程和校验时接收高八位地址信号和控制信号。 P3口：P3口管脚是 8 个带内部上拉电阻的双向I/O 口，可接收输出 4 个 TTL 门电流。当 P3口写入“ 1”后，它们被内部上拉为高电平，并用作输入。作为输 入，由于外部下拉为低电平，P3口将输出电流（ ILL ）这是由于上拉的缘故。

36、 P3 口也可作为 AT89C51 的一些特殊功能口，如图3.3.2-1所示： 表 3.3.2-1 P3口管脚功能 口管脚 功能 P3.0 RXD （串行输入口） P3.1 TXD （串行输出口） P3.2 /INT0 （外部中断0） P3.3 /INT1 （外部中断1） P3.4 T0（计时器0 外部输入） P3.5 T1（计时器1 外部输入） P3.6 /WR （外部数据存储器写选通） P3.7 /RD（外部数据存储器读选通） 51 系列单片机的优点是价钱便宜，程序空间大，I/O 口多，它是检测系统中 比较理想的选择。它一方面控制A/D 转换器实现模拟信号到数字信号的转换，另 一方面，将采

37、集到的数字电压值经计算机处理得到相应的二进制代码，与设定的 值作比较。AT89C51是一个低功耗高性能单片机整个系统的软件编程就是通过汇编 语言对单片机 80C51实现其控制功能。 4 火灾报警器软件实现与调试 4.1 信号处理电路 为了便于系统维护和功能扩充，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。本系统主要包括数据采集子程序、火灾 判断与报警子程序等，系统程序流程图如图4.1-1 所示。 四川师范大学成都学院课程设计报告 12 图 4.1-1 系统程序流程图 AT89C51单片机好比一个桥梁， 联系着传感器和报警电路设备。当周围的环境 达到我们设定的数值

38、时，声光传感器把被测的物理量作为输入参数，转换为电量 （电流、电压、电阻等等）输出。物理量和测量范围的不同，传感器的工作机理 和结构就不同。通常传感器输出的电信号是模拟信号（已有许多新型传感器采用 数字量输出）。当信号的数值符合A/D转换器的输入等级时，可以不用放大器放 大；当信号的数值不符合A/D转换器的输入等级时，就需要放大器放大。而我们 选择前者，不需要用放大器，选择数值符合A/D转换器的输入等级，这样就可以 简化整个系统的设置。传感器将物理信号经过A/D 转换器转化为可以利用识别的 电信号给单片机，这里我们选择单片机的P1.0 为输入方式，接收到信号的单片机 经过程序的设定会由P2.0

39、 作为单片机的输出直接启动报警电路。图4.1-2 为系统 总电路图。 4.2 声光报警电路 4.2.1 声报警电路 声光报警电路在AT89C51的控制下，可根据温度和烟雾反馈在异常情况下发 出声光信号报警。声音报警电路如图4.2.1-1所示。蜂鸣器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，要利用放大电路来驱动，一般使用三 极管来放大电流就即可。声报警电路由单片机的P10引脚进行控制，当P10 输出 的电平为高电平时，三极管导通，蜂鸣器的电流形成回路，发出声音报警。 四川师范大学成都学院课程设计报告 13 4.2.1-1 蜂鸣器报警 4.2.2 光报警电路 光报警电路路如图

40、4.2.2 ，其中单片机的 P2口进行控制， P2口的 P2.3P2.6 分别控制 4 个发光二极管， 予以光报警， 如图所示。当 P2.3P2.6 输出低电平时， 对应的信号灯便会发光报警。 4.2.2-1 灯光报警电路 4.3 系统调试 4.3.1 编程 KEIL 环境介绍 Keil C51是美国 Keil Software 公司出品的 51系列兼容单片机C语言软件 开发系统，与汇编相比， C语言在功能上、结构性、可读性、可维护性上有明显的 优势，因而易学易用。用过汇编语言后再使用C来开发，体会更加深刻。 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

41、 界面。另外重要的一点， 只要看一下编译后生成的汇编代码，就能体会到 Keil C51 四川师范大学成都学院课程设计报告 14 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。KEILC51标准 C编译器为 80C51微控制 器的软件开发提供了C语言环境 , 同时保留了汇编代码高效 , 快速的特点。C51编译 器的功能不断增强，更加贴近CPU 本身，及其它的衍生产品。 C51已被完全集成到 uVision2的集成开发环境中，这个集成开发环境包含：编译器，汇编器，实时操 作系统，项目管理器，调试器。uVision2 IDE可为它们提供

42、单一而灵活的开发环 境。 4.3.2调试步骤 (1) 源文件的建立：使用菜单“File-New ”或者点击工具栏的新建文件按钮， 即可在项目窗口的右侧打开一个新的文本编辑窗口，在该窗口中输入汇编语言源 程序。保存该文件，加上扩展名（.asm 或 a51），这里将文件保存为examl1.asm。 （2）建立工程文件：点击“Project-New Project”菜单，出现以个对话框， 要求给工程起一个名字，我们输入examl1, 不需要扩展名，点击保存按钮，出现第 二个对话框。这个对话框要求选择目标CPU （即我们所使用的芯片型号80C51 ）点 击 ATMEL 前面的“ +”号，展开该层，点击

43、其中的80C51 ，然后点击确定按钮。回 到主界面，此时，在工程窗口的文件页中，出现了“Targ et1 ”，前面有“+” 号，点击“ +”展开，可以看到下一层的“Source Group1”, 这时的工程还是一个 空工程，里面什么文件也没有， 需要手动把刚才编写好的源程序加入，点击“Souce Group” 使其反白显示， 然后，点击鼠标右键， 出现一个下拉菜单。 选中其中的“Add file to Group”Souce Group1”，对话框，要求寻找源文件，注意该对话框下面 的“文件类型“默认为C Souce file (*.c),也就是以 C为扩展名的文件，而我 们的文件是以asm

44、为扩展名的，所以在列表框中找不到examl1.asm, 要将文件类 型该掉，点击对话框中”文件类型后的下拉列表，找到并选中“Asm Souce File(*.asm,*.a51)”, 这样，在列表框中就可以找到examl1.asm 文文件了。双 examl1.asm 文件，将文件加入项目，注意，在文件加入项目后，该对话框并不消 失，等待继续加入其他文件，但初学时常会认为操作没有成功而再次双击同一文 件，这时会出现对话框，提示你所选的文件以在列表中，此时点击确定，返回前 一对话框，然后，点击” Close”即可返回主界面，返回后，点击“Souce Goup 1” 前的加号，会发现examl1.a

45、sm 文件以在其中。双击文件名，即打开源程序。 （3）工程的详细设置：首先点击左边Project窗口的 Target 1,然后使用菜 四川师范大学成都学院课程设计报告 15 单“Proget-Option for target target 1”即出现对工程设置的对话框，对 这个对话框可谓非常复杂，共有8 个页面，要全部高清可不容易，好在绝大部分 设置项取默认值就行了。设置完成以后安确认返回主界面，工程建立、设置完毕。 （4）编译、连接：在设置好工程后，既可以进行编译、连接。选择菜单 Project-Build target,对当前工程进行连接，如果当前文件已修改软件会先对该 文件进行比阿尼，

46、然后在连接以产生目标代码。编译过程中的信息将出现在输出 窗口中的Build页中，如果源程序有语法错误，会有错误报告出现，双击该行， 可以定到出错的位置，对源程序反复修改后，最终会得到如图4.3.2-1所示的结 果，提示获得了名为examl1.hex 的文件，该文件即可被编程器读入并写到芯片中， 同时还产生了一些其他相关文件可被用于KEIL 的仿真与调试。 图 4.3.2-1 正确连接、编译之后的结果 5 结束语 随着全球经济一体化进程的加快, 工业民宅企业消防安全突显其重要性。火灾 自动报警及联动控制系统设计成为工业民宅企业消防安全系统的一个重要部分, 其各部分功能的实现为工业企业避免了重大损

47、失。经过实验测试 , 系统数码管及时 显示温度变化数值 , 当温度达到预设值时 , 单片机即根据数字温度传感器DS18B20 所采集来的温度实现报警功能, 步进电机转动 , 对被保护物品实行保护。达到准确 发现楼宇火灾的目的 , 迅速发出报警信号。该系统的综合性及可靠性高, 具有较好 的实用价值。 在这两个月中， 找资料的过程让我学到很多。 对单片机的了解也随之加深， 它在烟雾报警系统中的应用，很多附件的应用，很多芯片的结构都有了一定的了 解，也对 KEIL 编程环境有了一些了解。 四川师范大学成都学院课程设计报告 16 参考文献 1 杨颂华、冯毛官、孙万蓉、初秀琴、胡力山：数字电子技术基础，西安电子 科技大学出版社， 2013.10，P115-P130 2 沈德金 陈粤初：单片机接口电路与应用程序实例， 北京航天航空大学出版社， 1990，P29-P31 3 李群芳、肖看、 张士军：单片微型计算机与接口技术， 电子工业出版社，2012.1， P93-P96 4 孙育才：单片微型计算机及其应用，东南大学出版社，2004，P75-P8