沈阳理工大学学士学位论文
摘 要
随着社会和经济的发展，防火工作越来越重要，但是目前国内的许多研发都侧重于大型场所的火灾报警。因此，我们就有必要研制一种结构简单、经济实用的家庭烟雾报警器以适应市场的需求。基于供家庭使用的烟雾报警器应该具备的基本要求和功能，文章设计了一种比较适合的烟雾报警器。
本设计以传感器和单片机作为烟雾报警器设计的核心器件，配合其它器件即可实现声光报警、自动排烟换气和消防灭火等功能。设计中单片机选用STC89C52作为控制器件，传感器选用MQ-2型半导体可燃气体敏感元件烟雾传感器实现烟雾的检测。烟雾报警器主要由烟雾信号采集及前置放大电路、模数转换电路、单片机控制电路、显示电路、声光报警电路和安全保护电路构成，设计合理、简单易懂、价格低廉，使单片机在烟雾报警系统的控制中得到充分应用，具有一定的实用价值。论文主要针对烟雾报警系统中的各个组成部分及功能进行了详细的介绍和说明，并对其主控电路和外围设备电路之间的接口连接方式，以及系统软件设计进行了重点的分析和讲解。
热释电红外传感器，它的制作简单、成本低、安装比较方便，而且防盗性能比较稳定，抗干扰能力强、灵敏度高、安全可靠。这种防盗器安装隐蔽，不易被盗贼发现，便于多用户统一管理。本设计包括硬件和软件设计两个部分。硬件部分包括单片机控制模块、红外探头模块、驱动执行报警模块、LED控制模块等部分组成。处理器采用51系列单片机STC89C52，程序使用C语言编写。
关键字：烟雾报警器；单片机；传感器；红外
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Abstract
With the development of society and economy, the fire work is more and more important, but many of the current domestic research are focused on the large space fire alarm.Therefore, it is necessary to design a simple structure, economical and practical family smoke alarm to adapt to the needs of the market.The basic requirements of the smoke alarm for household use based on should have and function, this paper designs a smoke alarm is suitable for the.
The design of the sensor and single-chip microcomputer as the core device smoke alarm design, with other devices can achieve sound and light alarm, automatic exhaust ventilation and fire extinguishing function.Design of single chip STC89C52 is selected as the control device, the selection of sensor for detection of MQ-2 type semiconductor gas sensitive element smoke sensor smoke.The smoke alarm is mainly composed of smoke signal acquisition and the preamplifier circuit, analog-digital conversion circuit, single-chip microcomputer control circuit, display circuit, alarm circuit and protection circuit, reasonable design, simple, low price, make full use of MCU alarm system in the control of the smoke, and has a certain practical value.The main thesis of the smoke alarm system for the various components and functions are introduced and explained, and the connection mode of the main control circuit and peripheral equipment circuit interface, and the software design of the system is analyzed and the explanation of the key.
Key words:the smoke alarm;MCU;sensor;infrared
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目 录
1 绪论 .............................................................................................................................. 1
1.1 课题背景 ........................................................................................................... 1 1.2 设计概述 ........................................................................................................... 1 1.3 烟雾报警器的国内外现状 ............................................................................... 2 1.4 烟雾报警器的发展趋势 ................................................................................... 3 2 总体方案设计 .............................................................................................................. 4 2.1 设计任务分析 ................................................................................................... 4 2.2 单片机选型 ....................................................................................................... 5
2.2.1 STC89C52单片机简介 ......................................................................... 5 2.2.2 单片机的引脚功能描述 ........................................................................ 6
2.3 烟雾传感器模块 ............................................................................................... 7
2.3.1 烟雾传感器的介绍 ................................................................................ 8 2.3.2 MQ-2半导体气体烟雾传感器 ........................................................... 10
2.4 温度采集模块 ................................................................................................. 11 2.5 红外感应模块 ................................................................................................. 12
2.5.1 热释电传感器 ...................................................................................... 12 2.5.2 菲涅耳透镜 .......................................................................................... 12 2.5.3 BISS0001芯片简介 ............................................................................. 13 2.5.4 信号采集处理模块 .............................................................................. 15 2.6 无线收发模块 ................................................................................................. 16
2.6.1 nRF24L01概述 .................................................................................... 17 2.6.2 引脚功能及描述 .................................................................................. 17 2.6.3 工作模式 .............................................................................................. 18 2.6.4 工作原理 .............................................................................................. 18 2.6.5 配置字 .................................................................................................. 20
2.7 总体原理图设计 ............................................................................................. 21 3 系统的硬件电路 ........................................................................................................ 22 3.1 单片机最小系统 ............................................................................................. 22
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3.2 单片机的时钟电路与复位电路设计 ............................................................. 23 3.3 烟雾检测AD采集电路 ................................................................................. 23 3.4 显示电路 ......................................................................................................... 24 3.5 声音报警电路 ................................................................................................. 25 3.6 声音报警电路 ................................................................................................. 25 3.7 电源电路 ......................................................................................................... 26 3.8 温度传感器(DS18B20)电路 ........................................................................... 26
3.8.1 DSl8B20简介 ...................................................................................... 26 3.8.2 DSl8B20具体参数及工作方式 .......................................................... 29 3.8.3 DS18B20接口电路 ............................................................................. 30
4 系统软件的设计 ................................................................................................................ 31 4.1 单片机C语言程序设计技术 ........................................................................ 31 4.2 主机主程序 ..................................................................................................... 31 4.3 从机主程序 ..................................................................................................... 33 5 硬件调试及调试中遇到的问题 ........................................................................................ 34 结论 .......................................................................................................................................... 35 致谢 .......................................................................................................................................... 36 参考文献 .................................................................................................................................. 37 附录A 英文原文 .................................................................................................................. 38 附录B 汉语翻译 .................................................................................................................. 43 附录C 实物图 ...................................................................................................................... 46
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1 绪论
1.1 课题背景
随着科技的发展，越来越多的隐患由于工业生产和人们的日常生活而产生。为了早期发现和通报火灾，防止和减少火灾危害，保护人身和财产安全。防止火灾引起燃烧、爆炸、防盗等事故，造成严重的经济损失，甚至危及生命安全。目前，大部分小区的安全主要是由保卫人员巡逻与实时录像监控系统实现，而实时监控需要巨大的存储空间，并且只能为事后提供可能的线索比较被动。小偷进入小区盗窃主要方式是翻墙进入小区，假如小区墙上装有传感器，只要有人翻过围墙便触发报警系统，同时将信息传递到保卫室。而要将信息传递到保卫室如果采用传统的有线数据传输就会消耗很多通讯线，需要的数据线多，浪费资源，可操作性差，出现错误接线的可能，误报可能性较大。
为了减少这类事故的发生，就必须对烟雾信号和人体信号进行现场实时检测，采用先进可靠的安全检测仪表，严密监测环境中烟雾的浓度，及早发现事故隐患，采取有效措施，避免事故发生，才能确保工业安全和家庭生活安全。因此，研究烟雾的检测方法与研制烟雾报警器就成为传感器技术发展领域的一个重要课题[1]。
1.2 设计概述
单片机及烟雾传感器是烟雾报警器系统的两大核心。单片机好比一个桥梁，联系着传感器和报警电路设备。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，因此它可以应用到所有电子系统中。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要。而传感器作为信息技术系统的“感官”器件，如果没有“感官”感受信息，或者“感官”迟钝，都难以形成高精度、高速度的控制系统。美国曾把二十世纪八十年代称为传感技术时代，日本更是把传感技术列为十大技术之首。所以，根据报警器功能的需要，选择合适、精确、经济的烟雾传感器和单片机芯片是至关重要的。在本论文中的最主要的设计是选STC89C52单片机以及MQ-2半导体气体烟雾传感器为核心器件[2]。
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