11 毕业设计（论文）说明书
于其体积小、操作维护方便、成本低廉等,具有广阔的应用前景。
2.3.2 系统的硬件总体结构
（1）硬件系统组成
一个完整的火灾报警系统，必须包含以下几个部分：系统控制模块，火灾探测模块，数据转换模块以及报警模块。本设计一单片机作为控制系统的核心，以传感器作为其测温装置，来实现火灾报警系统的设计。该设计可以对室内外温度以及烟雾实时采集可检测，当所测温度或者烟雾浓度高于临界温度时自动报警。温度信号或者烟雾浓度信号采集电路将温度信号或者烟雾浓度信号以数字信号的形式送入单片机。单片机对该数字信号进行滤波处理，并对处理后的数据进行分析，是否大于或者等于某个预设值，即报警临界温度或者烟雾浓度。如果大于则启动报警电路发出报警声音和显示非正常状态，反之则为正常状态。
（2）硬件系统控制方案设计
报警系统主要由数据采集模块、单片机控制模块、声光报警模块组成。图2-3为火灾报警系统的结构框图。
烟雾，温度传感器 信号调理电路 A/D转换电路烟雾，温度显示声光报警 单片机
图2-3 火灾报警系统的总体结构框图
火灾报警系统主要实现对火灾现场的测试工作，从而启动火灾报警系统。其主要由烟雾传感数据采集程序、温度传感数据采集程序、声光报警程序等三个部分组成，其中，烟雾传感数据采集程序完成对烟雾浓度的采集并进行数据转换；温度采集程序显示对现场的温度进行采集；系统的工作原理是：先通过传感器 (包括温感和烟感)将现场温度、烟雾等非电信号转化为电信号，调理电路将传感器输出的电信号进行调理(放大、滤波等)，使之满足A/D转换的要求 ,最后由A/D转换电路,完成将温度传感器和烟雾传感器输出的模拟信号到数字信号的转换，单片机判断现场是否发生火灾。报警程序设置报警的下限，当外界指标超出限制，将进行声光报警。
11
12 毕业设计（论文）说明书
2.3.3 系统软件总体结构
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2-4所示。
为了降低误报率，系统采用多次采集、多次判断的方法。每次数据采集后根据得到 的数据对现场情况进行判断，然后综合多次判断结果做出最终的火情判断。主程序是一个无限循环体，其流程是：首先在上电之后系统的各部分包括单片机各个端口输入输出的设置、外围驱动电路和数据存储电路等完成初始化，其次是对芯片内的程序进行初始化，接下来执行火灾报警系统中的数据采集任务，数据通信任务和查询判断任务。
开始初始化 温度烟雾信号采集判断正常报警判断异常报警火灾报警手动复位
图2-4 程序流程图
12
13 毕业设计（论文）说明书
3 系统的硬件选择与设计
3.1 主要芯片的选择
3.1.1 单片机的选择
（1）单片机的比较
单片机是本方案的灵魂，所以我们选择是需要慎之又慎，下面我们来拿8031和
AT89C51做一下比较。8031片内不带程序存储器ROM，使用时用户需外接程序存储器和一片逻辑电路373，外接的程序存储器多为EPROM的2764系列。用户若想对写入到EPROM中的程序进行修改，必须先用一种特殊的紫外线灯将其照射擦除，之后再可写入。写入到外接程序存储器的程序代码没有什么保密性可言。由于上述类型的单片机应用的早，影响很大，已成为事实上的工业标准。后来很多芯片厂商以各种方式与Intel公司合作，也推出了同类型的单片机，如同一种单片机的多个版本一样，虽都在不断的改变制造工艺，但内核却一样，也就是说这类单片机指令系统完全兼容，绝大多数管脚也兼容；在使用上基本可以直接互换。我们统称这些与8051内核相同的单片机为“51系列单片机”。在众多的51系列单片机中，要算ATMEL公司的AT89C51更实用，因他不但和8051指令、管脚完全兼容，而且其片内的4K程序存储器是FLASH工艺的，这种工艺的存储器用户可以用电的方式瞬间擦除、改写，在众多的51系列单片机中，要算 ATMEL 公司的AT89C51更实用，因他不但和8051指令、管脚完全兼容，而且其片内的4K程序存储器是FLASH工艺的，这种工艺的存储器用户可以用电的方式瞬间擦除、改写，一般专为 ATMELAT89Cx做的编程器均带有这些功能。显而易见，这种单片机对开发设备的要求很低，开发时间也大大缩短。写入单片机内的程序还可以进行加密，这又很好地保护了你的劳动成果。而且AT89C51目前的售价比8031还低，市场供应也很充足。单对AT89C51来说，在实际电路中可以直接互换8051和8751，替换8031只是第31脚有区别，8031因内部没有ROM，31脚需接地（GND），单片机在启动后就到外面程序存储器读取指令；而8051/8751/89C51因内部有程序存储器，31脚接高电平（Vcc），单片机启动后直接在内部读取指令。也就是51芯片的31脚控制着单片机程序从内部读取还是从外部读取，31脚接电源，程序从内部读取，31脚接地，程序从外部读取，其他无须改动。由于内部RAM的存在，可以减少I/O扩展芯片、锁存器及片外RAM等等，使整个设计显得简单明了。
单片机是报警系统的核心部件，一方面它要接收来自传感器的烟雾浓度和温度的模拟信号数字信号和故障检测信号，另一方面要对两种信号分别进行处理，控制后续电路的相应工作；同时，查询是否有键按下的命令。在单片机实现的功能中，将模数转换后
13
14 毕业设计（论文）说明书
的信号做数字滤波，再进行线性化处理，这一过程的软件实现，需要单片机有较快的运算速度，使仪表监测人员能够观测到实时的烟雾浓度，并进行相应处理。同时，在能够满足报警器设计的计算速度及接口数的要求的同类型单片机中，要考虑选择价格低廉且体积轻巧的机型，在保证了报警器的精确性、可靠性及抗干扰性的基础上，能够不提高成本，缩小体积。AT89C51单片机应用普遍，工具多，易上手，片源广，价格低，且适合民用、商用，用途更广泛。综合以上观点，本论文选定AC89C51作为本系统的核心。
（2）关于AT89C51
本设计的控制芯片使用的是ATMEL公司生产的AT89C51，AT89C51是一种带4K字节闪烁可编程可擦除只读存储器（FPEROM）和128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，俗称单片机。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，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。AT89C51的引脚图如图3-1所示。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，特别是可反复擦写的Flash存储器可有效地降低开发成本。
图3-1 AT89C51的引脚图
3.1.2 模数转换芯片的选择
（1）模数转换芯片参数的比较
模数转换(ADC)亦称模拟一数字转换，与数/模(D/A)转换相反，是将连续的模拟量（如象元的灰阶、电压、电流等）通过取样转换成离散的数字量。例如，对图象扫描后，
14
15 毕业设计（论文）说明书
形成象元列阵，把每个象元的亮度（灰阶）转换成相应的数字表示，即经模/数转换后，构成数字图象。通常有电子式的模/数转换和机电式模/数转换二种。在遥感中常用于图象的传输，存贮以及将图象形式转换成数字形式的处理。例如：图像的数字化等。选择模数转换芯片的条件：
① 转换速率sps：1秒内转换多少次，有200Ksps的，1Msps的等； ② 分辨率bit：一次转换的带宽，比如12bit，16bit，8bit等； ③ 输入信号范围：可转换的最大信号和最小信号范围； ④ 电源电压：工作电源是多少伏，是否区分模拟和数字电源；
⑤ 输出接口：是并行数据总线、SPI、还是其它总线等，数据输出速率是多少； ⑥ 封装：是DIP直插的，还是SO贴片的，还是其他封装的等； ⑦ 参考源：参考源是单一参考源，还是多参考源，参考电压使多少等； ⑧ 输入通道：是单通道转换，还是多通道转换等； ⑨ 功耗：功耗也是需要考虑的问题之一。
A/D转换器的种类很多，就位数来分，有8位、10位、12位、16位等。位数越高，其分辨率也越高，但价格也越贵。而就其结构而言，有单一的A/D转换器，有内含多路开关的A/D转换器。美国Analog Device公司生产的8位逐次逼近式模数转换器ADC0809转换速率高，自带三态输出缓冲电路，可直接与各种典型的8位或16位的微处理器相连而无需附加逻辑接口电路，且能与CMOS及TTL兼容。是目前我国应用最为广泛，价格适中的A/D转换器。加之内部含有三态输入缓冲电路，可直接与各种微处理器连接，且无须附加逻辑接口电路，内部设置的高精参考电压源和时钟电路，使它不需要任何外部电路和时钟信号，就能完成A/D转换功能，应用非常方便。综合以上各种条件和因素，也根据本设计的需要，我选择的A/D转换器是ADC0809。
（2）关于ADC0809
ADC0809是美国国家半导体公司生产的CMOS工艺8通道，8位逐次逼近式A/D模数转换器。其内部有一个8通道多路开关，它可以根据地址码锁存译码后的信号，只选通8路模拟输入信号中的一个进行A/D转换。ADC0809由8路模拟开头、地址锁存与译码器、8位A/D转换器和三态输出锁存缓冲器组成，芯片引脚图如图3-2所示,主要特性：
①. 8路输入通道，8位A/D转换器，即分辨率为8位。 ②. 具有转换起停控制端。
15