乐山师范学院毕业论文（设计）
3.1单片机控制模块：
在本设计中，采用的是ATMEL公司生产的AT89C52，它一种带8K字节闪烁可编程可擦除的只读存储器（FPEROM）和256字节的随机存取数据存储器（RAM）的低电压，高性能CMOS8位微处理器。AT89C52是一个低功耗高性能单片机，片内置通8为中央处理器（CPU）和FLASH存储单元，可灵活应用于各种控制领域40个引脚，32个外部双向输入/输出（I/O）端口，同时内含2个外中断口，2个16位可编程定时计数器，2个全双工串行通信口。AT89C52的引脚功能排列如图3.1.1图：
[4]
U119XTAL1P0.0/AD0P0.1/AD1P0.2/AD2P0.3/AD3P0.4/AD4P0.5/AD5P0.6/AD6P0.7/AD7P2.0/A8P2.1/A9P2.2/A10P2.3/A11P2.4/A12P2.5/A13P2.6/A14P2.7/A15P3.0/RXDP3.1/TXDP3.2/INT0P3.3/INT1P3.4/T0P3.5/T1P3.6/WRP3.7/RD393837363534333221222324252627281011121314151617qt1a2a3ad1d2d3d4d5d6d7d8abcd18XTAL29RST293031PSENALEEAk1k2k3k412345678P1.0P1.1P1.2P1.3P1.4P1.5P1.6P1.7AT89C51f 图3.1.1 DIP-40封装AT89S52引脚图
[4]
主要引脚功能如下： VCC:电源引脚。 GND:接地引脚。
P0口: P0口是一个三态双向口，在有外部扩展存储器时被作为地址/数据分时复用口，被定义为数据/地址的低八位，此时是一个真正的双向口。在没有外部扩展存储器时，也可以作为通用I/O接口，就是一个准双向口。在输出数据时，必须外接上拉电阻。P0口的输出级具有驱动8个TTL负载，即输出电流不大于800uA。
P1口: P1口是8位准双向I/O口，内部提供上拉电阻。当作为输入时，被内部上拉为高电平，P1口管脚写1。P1口被外部下拉为低电平时，可提供电流，这是
6
乐山师范学院毕业论文（设计）
由于内部上拉的缘故。P1口具有驱动4个TTL负载的能力
P2口: P2口作为输入输出口的同时，还可以作为地址总线的高8位。由于P2口内部具有上拉电阻，当被内部上拉为高电平，作为输入使用。当被外部下拉为低电平时，作为输出使用时输出低电平。当P2作为输出使用时可以驱动4个TTL电路。
P3口: P3口是具有内部上拉电阻的双向I/O口，向内部写入高电平时作为输入使用，。当被外部下拉为低电平，P3将作为输出使用，此时将可以驱动4个TTL电路。
P3口除了作为通用的I/O口使用外，还具有第二功能，通常会使用P3口的第二功能，P3口的第二功能如表3.1.2：
表3.1.2 P3口功能表图
端口引脚 P3.0 P3.1 P3.2 P3.3 P3.4 P3.5 P3.6 P3.7 引脚 10 11 12 13 14 15 16 17 第二功能 RXD（串行输入口） TXD（串行输出口） INT0（外中断0） INT1（外中断1） T0（定时/计数器0） T1（定时/计数器1） WR（外部数据存储器写选通） RD（外部数据存储器读选通） 单片机接线图：
图3.1.3 单片机接线图
7
乐山师范学院毕业论文（设计）
3.2烟雾探测模块：
本设计中，烟雾探测器方面我采用的是MQ-2气体传感器，MQ-2气体传感器
[5]
[5]
所使用的气体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，传感器的电导率随着空气中可燃气体浓度的增加而增大，这里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。下面将向大家分别介绍本设计中所采用MQ-2的工作原理、预热，参数范围等。 1、工作原理：
MQ-2是一种体电阻控制型的气敏器件,其阻值随被测气体的浓度而变化。气敏器件又是一种“气——电”传感器件，它将被测气体的浓度（成分）信号转变成相应的电信号。气敏器件阻值与气体浓度之间一般为非线性关系，但在浓度域的气体检测时可近似认为是线性的，如图3.2.1所示。因此，在本设计中一定的浓度范围内的检测是有效的。
[5]
图3.2.1 阻值与浓度关系图
2、预热及其原因：
MQ-2在不通电放置一段时间后，再通电使用时，阻值是先下降，然后又上升，不能立即采集氧气浓度，所以需要先预热一段时间，需要通电几分钟后才能稳定到与气氛状态相应的阻值。但工作温度不宜太高（一般不要超过35℃），否则会造成性能衰减，降低气敏灵敏度。在本设计中是先将传感器预热3分钟，预热的时候，用软件方式检测电缆线是否断线或者接触不良。
图3.2.2是MQ-2的基本工作电路图，它是一个惠斯登电桥，当空气中某种可燃气体的浓度超过某值时，电桥电路失去平衡，有电压输出，起到检测作用。一般气敏器件很难消除环境温度的影响，通常在电路中加入热
8
乐山师范学院毕业论文（设计）
敏电阻进行温度补偿。
图3.2.2 MQ-2基本工作电路图
4、MQ-2参数范围：
A．标准工作条件 符号 Vc Vh Rl Rh Ph B.环境条件 符号 Tao Tas RH O2 参数名称 使用温度 储存温度 相对湿度 氧气浓度 技术条件 -10℃-50℃ -20℃-70℃ 小于95%RH 21%(标准条件) 氧气浓度会影响灵敏度特性 技术条件 3KΩ-30KΩ (1000ppm 异丁烷) ≤0.6 最小值大于２％ 备注 参数名称 回路电压 加热电压 负载电阻 加热电阻 加热功耗 技术条件 ≤15V 5.0V±0.2V 可调 31Ω±3Ω ≤900mW 备注 AC or DC AC or DC 室温 C.灵敏度特性 符号 Rs α (3000/1000) 异丁烷 标准工作条件 参数名称 敏感体表面电阻 浓度斜率 备注 探测浓度范围 100ppm-10000ppm 液化气和丙烷 300ppm-5000ppm 丁烷 5000ppm-20000ppm 甲烷 300ppm-5000ppm 氢气 100ppm-2000ppm 酒精 温度： 20℃±2℃ Vc:5.0V±0.1V 相对湿度： 65%±5% Vh: 5.0V±0.1V 5、小结在本设计中MQ-2的使用：
传感器将环境中采集到的氧气浓度对应的微小的电信号经过放大转化成电信号送如AT89C52中，然后在单片机中进行A/D转换，进行浓度比较，氧气浓度值是否超过了设置的报警限值，超出时，则蜂鸣器发出声音报警，指示灯闪烁。在设计中MQ-2需要先预热，在加热状态下工作，温度越高，反应越快，响应时间就越快。为了提高响应时间在设计时向MQ-2
9
乐山师范学院毕业论文（设计）
输出一个5V的电压。
MQ-2的基本特性如下： ? 高灵敏度/快速响应恢复 ? 广泛的探测范围 ? 长寿命、低成本 ? 简单的驱动电路 3.3温度探测模块：
温度探测器在本设计中，我采用的温度探测器是DS18B20.新的“一线器件”体积更小、适用电压更宽、更经济Dallas半导体公司的数字化温度传感器DS1820是世界上第一片支持“一线总线”接口的温度传感器。
DS18B20具有微型化、低功耗、高性能、抗干扰、接口简单等特点，可直接将温度转换为数字信号供处理器处理。DS18B20的封装图如3.3.1图：
[6]
图3.3.1 DS18B20封装图
根据DS18B20的通讯协议，主机控制DS18B20完成温度转换必须经过三个步骤：每一次读写之前都要对DS18B20进行复位，复位成功后发送一条ROM指令，最后发送RAM指令，这样才能对DS18B20进行预定的操作。复位要求主CPU将数据线下拉500微秒，然后释放，DS18B20收到信号后等待16～60微秒左右，后发出60～240微秒的存在低脉冲，主CPU收到此信号表示复位成功。
表图3.3.2 ROM指令表
指 令 读ROM 符合ROM 约定代码 33H 55H 总线上与该编码相对应的DS1820使之响应，为下一功 能 读DS1820ROM中的编码（即64位地址） 发出此命令之后，接着发出64位ROM编码，访问单 10