摘：文述智家庭火灾报警系统包含两部分容方面通线方式发射接收信息方面通设计控制系统实现动控制中控制单元利单片机完成考虑发生火灾时场景进行发射接收信号通温度传感器烟雾传感器获取加工配合线收发模块加工信息进行线传输根数测量预警套报警系统分系统子系统两部分系统实现现场数监测设定安全温度值数进行报警等功子系统负责采集特征数包括温度烟雾浓度发送数该系统身优点应种家庭场景家居火灾发生更易察觉实现保护身安全家庭财产安全目
关键词：AT89C52温度传感器NRF24L01显示报警
Abstract
The intelligent home fire alarm system discussed in this paper mainly contains two parts On the one hand it transmits and receives information through wireless means on the other hand it realizes automatic control through the designed control system The control unit uses the single chip to complete and considers the occurrence In the scene of fire the signals transmitted and received are obtained by temperature sensor and smoke sensor and the processed information is wirelessly transmitted with the wireless transceiver module to measure and warn according to the data The alarm system is divided into two parts the main system and the subsystem The main system realizes the functions of monitoring the data on the site setting the safe temperature value and comparing the data to alarm The subsystem is responsible for collecting feature data including temperature smoke concentration and sending data The system is used in a variety of home scenarios due to its own advantages which makes people more aware of the occurrence of home fires and achieves the purpose of protecting personal safety and family property
Key words AT89C52 Temperature senior NRF24L01 Display Warning
目 录
1 绪 1
11 选题意义 1
12 应领域家庭火灾报警系统发展趋势 1
13 设计研究容 2
2 设计求方案证 3
21 设计求 3
22 系统基方案选择证 3
221 单片机芯片选择方案证 3
222 温度采集模块选择方案证 3
223 烟雾传感模块选择方案证 4
224 线收发模块选择方案证 4
225 显示模块选择方案证 5
226 报警模块选择方案证 5
23电路设计终方案确定 5
3 系统硬件设计实现 6
31 系统硬件概述 6
32 单元电路设计 6
321 单片机控制模块设计 6
322 温度采集电路模块设计 9
323烟雾采集电路模块设计 10
324 线收发电路模块设计 10
325 显示电路模块设计 12
326 报警电路模块设计 14
327 电路原理说明 15
4 系统程序设计 16
41 程序设计 16
42 发射系统程序设计 18
43 传输程序设计 19
44 温度采集程序设计 20
45 显示程序设计 21
5 仿真调试 23
6 结 27
参考文献 28
致 谢 29
附录 30
1 绪
11 选题意义
现家庭安全越越家关注中火灾报警系统身采集监控危险预测数线传输等特点成安全系统成分火灾带财产生命损失重火灾报警系统求越越高相应系统设计关重传统报警系统总线常遇数突远程数传输难扩展年低成高性微控制器种电路系统中广泛应特电路控制中问题定改善采取适防火措施类项重务火灾动报警系统触发装置火灾报警装置等辅助功组成着电子技术计算机技术飞速发展火灾动报警系统结构形式变越越灵活难准确划分种固定模式采单片机AT89C52集成温度传感器DS18B20烟雾传感器MQ2作敏感元件采传感器信息融合技术火灾报警设计
智家居火灾报警系统现代家居安全中发挥着极重作火灾报警控制器智火灾报警系统核心完善火灾报警系统设计效减少防止火灾隐患解决火灾危险问题保障身安全家庭财产安全具现实意义
12 应领域家庭火灾报警系统发展趋势
火灾动报警系统发展身决定受设备器材性等素影响早测量温度传感器1990年发明时称感温探测器继续研究开发够实现报警应广泛断深入研究开发广泛火灾系统发展较快欧洲等发达国家已设定相应技术规范该系统开始慢慢家庭该系统涉传感器技术电子控制技术计算机相关技术根发展趋势更设计研究火灾报警系统
该项技术世纪70年代初期进入国应建筑火灾报警进入改革开放时期国济发展迅速越越高层建筑拔起火灾报警系统需求快速扩加速该系统研发生产取断创新
13 设计研究容
套系统控制单片机实现考虑实际成性整套系统采AT89C52芯片实现控制 DS18B20芯片采集现场温度NRF24L01实现线传输数信息显示LCD1602液晶屏数传输两系统单独完成采集现场数通发射系统输出方面作系统接收系统接收传输数进行处理加工报警系统进行报警机制采集值超设定值该系统设计限定温度设置键消报警键总结火灾报警系统特点：实现线化传输进行实时监测操作简单低成功齐全等迎合市场需求
初步设计该系统通断现场测试调整系统功达设计求满足毕业设计求
2 设计求方案证
21 设计求
（1）监测形成温度室温开始高达125℃
（2）接收端实时监测现场温度值收发距离达60米
（3）温度烟雾报警值工设置
（4）达报警条件时会动通蜂鸣器发光设备报警
22 系统基方案选择证
221 单片机芯片选择方案证
方案：控制器求必须现场编程选FPGA具规模密度高等特点够处理复杂求优点集成性高够体积集成设备保证控制稳定性作控制器通软件断线调试系统进行火灾报警模拟支持丰富扩展功会加成存缺点芯片电路板设计复杂焊接时形增加工作量难度
方案二：宏晶科技推出新代超抗干扰高速低功耗单片机STC89C52系列增强型单片机完全兼容8052单片机增加新功增加两中断优先级外部中断置EEPROM门狗断电模式512b存支持ISP线编程需编程程序擦10万次引脚完全兼容性更驱动力更强超强抗干扰力价格低传统89系列考虑快速开发系统应求该系统芯片选第二套方
222 温度采集模块选择方案证
方案：采集温度基利热敏电阻测出现场温度利热敏电阻工作特性温度升高时电阻会发生变化通AD转换器模拟信号转换数字信号加入AD转换电路设计增高时热敏电阻温敏特性达精准测量该系统允许较测量误差放弃方案
方案二：DS18B20信号输出需进行AD转换采集数字温度数线总线输出DS18B20采集温度数集中起形成传感器网络测量系统更加准确系统化实现精准化采集数时考虑火灾时温度瞬时变化转换时间短满足快速测量火灾报警系统提供体验输出温度数字化较高准确性该系统温度采集模块选方案二
223 烟雾传感模块选择方案证
方案：采光电式感烟传感器光源光敏元件电子开关组成普通光源发出光通透镜传递光敏元件电路保持正常果烟雾阻挡达感光元件光线明显减弱光敏元件光强变化转化电变化利光散射原理检测火灾初期产生烟雾时发出报警信号根光源分普通光电激光光电紫外光电红外光电四种
光电感烟器发展迅速种类断增功言实现火灾早期报警火灾敏感度较高型建筑外特适计算机房仪器房电缆沟隧道等电气火灾危险性较场
方案二：采MQ2半导体传感器种半导体气敏元件气敏元件通空气中金属氧化物二氧化锡(SnO2)含量实现烟雾测量发生火灾时产生烟气会传感器导电性增强电导率反映着烟气浓度设计简单电路显示优点烟气浓度变化电导率发生变化稳定性强难受干扰长时间适合作火灾报警系统烟雾传感器选择nRF24L01设备优势极低功耗时设备工作时种低功率模式选择完全迎合节设计求设备接收发射线信号时需工作电流超15mA类线模块相较价格成优势容易获终选该设备作线收发模块
224 线收发模块选择方案证
方案：线收发模块实现系统线操作控制初步采TX315AT01TX315AR01声表面波器件接收电路整合起开发出TX315系列模块电路TX315A模拟电路负责接收发射组件组合成实现数线传输系统线控制报警等线功考虑发射组件接受组件频率致根实际需求增加组件数量满足系统功需缺点成高适系统设计
方案二：线收发模块改nRF24L01实现系统线操作控制工作射频范围2425GHz间款新型收发器件优点成合理够通程序选择合适输出功率信息通道数该系统线收发模块选方案二
225 显示模块选择方案证
方案：初步考虑数码作显示模块优点提供高亮度低成缺点结合该火灾报警系统实际情况通数码显示众容会加电路设计难度符合节设计求放弃初选方案
方案二：考虑显示容较想点阵数码显示器该显示器显示复杂容文该系统性剩成浪费放弃该方案
方案三：想折中方案LCD1602液晶屏种显示器显示容通组合扩视面积具定防干扰效果简单方法节省软件资源该方案显示求完全满足系统求时电路设计较简单满足节设计求终采
226 报警模块选择方案证
方案：555定时器改造成蜂鸣器样报警器定时报警通时间控制报警温度变化进行报警明显符合求
方案二：考虑报警器根温度限报警决定9102三极驱动蜂鸣器环境温度达火灾时温度时三极受高电驱动蜂鸣器配合发光二极时实现声音报警发光报警
23电路设计终方案确定
通模块方案证选择选出单片机芯片模块温度采集模块烟雾传感器模块线收发模块显示模块合理设备设备进行组合出终设计方案
3 系统硬件设计实现
系统硬件间相互联系需电路连接根模块设备特点设计相应电路终构成系统电路设计总框图示总原理图附文章附录部分
数采集
AT89C52单片机（副）
线发射
液晶显示
AT89C52单片机（）
线接收
声光报警
独立键盘
图31 总设计框图
31 系统硬件概述
单片机芯片模块选AT89C52单片机作整火灾报警系统控制核心优点实现线编程较强灵活性满足节设计求温度采集模块选DS18B20设备通设备工作实现系统化搭建点温度测控系统够实时延迟测量点火灾报警重烟雾传感器选择MQ2半导体传感器优点烟气浓度变化电导率发生变化稳定性强难受干扰长时间适合作火灾报警系统烟雾传感器线收发模块改nRF24L01实现系统线操作控制工作射频范围2425GHz间优点低功耗种低功率工作模式选择成合理够通程序选择合适输出功率信息通道数1602 LCD液晶屏进行显示报警模块三极时驱动蜂鸣器发光二极时实现声光报警两种功
32 单元电路设计
321 单片机控制模块设计
单片机种元件集成单硅芯片微型计算机组件包括CPU数存储器RAM程序存储器ROM定时器计数器种IO接口电路解单片机工作原理性解基结构
图32 STC89C52单片机基结构
STC89C52单片机脚分布图33示
图33 STC89C52单片机脚图
STC89C52IO端口：
P0端口：P0端口双IO端口8位漏极开路驱动8逻辑电进行数输出该端口输入脚P0端口需外部获取数进行存储时候会8位址数实施路重复利P0端口根工作求指令字节进行接收输出样工作模式端口部会出现拉阻力验证程序时候需外部拉电阻
P1端口：P1端口进行输入输出双作位数8位P0端口样存拉电阻该端口够驱动4逻辑电该端口作输入端口时通拉电阻增加端口数P1端口负责输入时外部拉针脚会部电阻会输出P1端口0号脚2号脚分承担着定时器计数器2（P10T2）外部计数输入触发输入根工作求该端口负责接收字节功
引脚具功
定时器计数器：
端口：P2端口进行输入输出双作位数8位P0端口样存拉电阻该端口够驱动4逻辑电该端口作输入端口时通拉电阻升高端口P2端口负责输入时外部拉针脚会部电阻会输出系统需P2端口需外部获取数进行存储会发送高8位址获取16位址外部数P2端口想发送1需助部强拉完成高8位址获取16位址外部数存储时会输出闩锁容进行功时该端口承担着接收外部控制信号责
P3端口：P3端口进行输入输出双作位数8位P0端口样存拉电阻该端口够驱动4逻辑电该端口作输入端口时通拉电阻升高端口P3端口负责输入时外部拉针脚会部电阻会输出
P3端口承担单片机功：接收外部控制信号
引脚具种功
定时器计数器：
进行功时该端口承担着接收外部控制信号责
RST：工作程中起输入进行重置作利两机器周期高电完成
：系统需外部程序器进行访问者进行访问数存储器时作址低8位脉字节索存通常情况输出时间固定时钟振荡频率16利特性实现计时功果进行外部数存储访问时系统会动越脉
系统编程产生闪存时引脚起输入输入作
情况禁止ALE操作通SFR区域0号位置安装8EH实现0号位置固定指令实现ALE激活外引脚会稍微升高执行部程序时需禁止位效
：外部选取信号提供程序存储器单片机外部获取指令时产生两次效循环换言两脉输出时候访问外部数存储器系统会动越两信号
：访问外部程序存够通进行EA时状态应该处接状态特时编程已加密LB1重置期间EA状态部锁定
根烟雾报警器检测烟雾种类求数场景会选择半导体烟雾传感器通较种感烟器应特点发现半导体感烟器优点更突出烟雾传感模块选方案二
322 温度采集电路模块设计
温度传感器应电路图34采数字式温度传感器该传感器生产公司公司外该传感器接口形式采串行接口单通道样系统集成更容易完成该传感器具点优点：重量轻耗低精度高测量湿度温度范围较远信号传输距离具控芯片够连接条总线温度测量范围55~125~C编程912位AD转换精度温度测量分辨率达00625~C工作时供电利远端电源通导线提供传感器部加装电源传感器果求时23时够通联连接方式连接起进行传感器计算机进行连接时计算机需提供端口实现传感器相互匹配传感器进行数采集完需数传送单片机然通单片机芯片进行数分析处理设计采芯片结构安装增强IO端口加装特殊功外设两条APB总线相连接外具诸丰富外设接口CAN接口等外设存该芯片适设备台工业中应较广泛扫描仪警报系统暖气通风空调系统等次设计中芯片完成数处理工作外数传输程通条数线P10连接IO端口连接电源接
图34 温度传感器应电路
323烟雾采集电路模块设计
设计烟雾传感器生产原材料检测烟雾形式离子形式基原理：传感器工作开始原材料会氧气结合造成传感器部元件密度出现变化密度会减进电阻值增加旦传感器探测部分检测烟雾传感器部元件密度出现变化进导致电阻减电阻值变化判断出否烟雾存
型传感器优点探测范围非常广泛种尺寸烟雾颗粒传感器具较敏感优点果检测目标烷类烟雾敏感性会提高该类传感器易受外界干扰影响检测精度非常高具较高性电路电压选择范围较低24V电压源超电压值果提供电压值超24V传感器电路模块部分导线会高温烧断结果硬件电路部分正常工作连接软件部分正常整烟雾传感器会破坏法
324 线收发电路模块设计
款性强收发器件频率区间 间包含四功模块分完成相应功第频率合成器模块合成频率信号第二功率放器模块起信号放作第三晶体振荡器模块提供晶体进行震荡动力第四调制器模块四模块基础添加技术工作耗相较收发器较低数字体现点发射功率时工作电流仅仅9mA相应接收时电流仅仅123mA外提供许种类低功率工作模式设计时节问题迎刃解许独特性质快数传输率达提供动应答动发射功等电源电压引脚图：
图35 NRF24L01脚图
工作前需先进行步准备工作调整传输模式然通SPI端口时间序接收节点址TX_ADDR效数TX_PLD写入NRF24L01缓区TXPLD必须低CSN连续写入TXPLD写入次紧接着引脚CE变高电状态维持状态10μs130 ms延迟数传输果动响应开低CSN传输时传输模式调整入接收模式进行数接收操作接收信号完成进行响应假成功收应答信号表明通信成功相反果没成功接收信号回传输模式次进行数传输操作传输数次数达高值MAXRT设置高保留TX FIFO中数ED二次重传MAXRTTXDS设置高时IRQ降低发生中断通知MCU终发射成功时果CE低NRF24L01进入空闲模式1果CE高进入工作模式开启次发射
面容介绍传输数相关流程面介绍接收数相关流程样开始数接收前调整模式显然时调整接收模式调整完成立进行数接收必须等固定时间进行般130μs等时间接收信号进程开始首先识出效址然接收器会接收数进行包处理数包紧接着保存里进程时进行操作RXDR变高电IQR相应变低电然进行中断操作数传输单片机流程进行完成CE端变低电状态调整空闲模式1
SPI端口传输数通信接口接口方式串行方式传输速率达首先传输低位字节单字节需先发送高位然发送低位端口SPI指令总8输入应数结果导出
供电电压33V电压应电路见图
图36 NRF24L01应电路
325 显示电路模块设计
设计采LCD根引脚数少般分两种形式第种16条引脚线第二种14条引脚线第种第二种出2条两条般背光电源线VCC线GNDLCD引脚功见表
表37 LCD引脚功表
具诸优点许领域广泛设计采作显示器件样做处系统电路没复杂系统局域较高性单片机进行连接时连接电路两图
图38 LCD1602脚图
图39 LCD1602应电路
326 报警电路模块设计
蜂鸣器次设计中作报警模块身质说台扬声器供电电源直流电蜂鸣器许电子产品衍生品中量日常生活中常见产品：报警器电子玩具汽车电子设备办公室里常见电脑扫描仪印机等根音频信号产生原蜂鸣器分两种种压电蜂鸣器种电磁蜂鸣器
压电蜂鸣器：次类型蜂鸣器般5部分构成第部分谐振荡器发出音频信号第二部分压电蜂鸣器第三部分阻抗匹配器蜂鸣器产生动力驱动发生第四部分谐振箱第五部分壳体中市场许压电蜂鸣器部含发光二极
电磁蜂鸣器：电磁蜂鸣器振荡器电磁线圈磁铁振膜外壳等组成
设计蜂鸣器驱动采加装三极利驱动三极操作时进行点亮发光二极实现报警报警电路图见
图310 报警电路
327 电路原理说明
面6节介绍6电路模块现连接组成系统系统线远程监控系统系统工作进程：首先利传感器采集目标区域温度烟雾数然采集数传输副控芯片通已数进行处理筛选出户需数然讲筛选数传送进行发射发射中接受模块模块接收数数传输控芯片AT89C52进行处理然处理结果通显示屏显示出户读出数外预先设置阈值果目标温度超值蜂鸣器会进行报警果目标温度低值系统会报警正常显示实时温度数
4 系统程序设计
41 程序设计
副系统报警程序流程图见三图：
键盘设定值检测
设定值显示
实际值显示
接收副系统数
返回
程序
数超出范围否？
报警
Y
N
图41系统程序流程图
数采集
数处理
实际值发送
程序
返回
图42 副系统程序流程图
设定值实际值较
数报警限
数报警限
报警限处理
N
Y
Y
N
报警限处理
报警子程序
返回
图43数报警子程序流程图
程序工作进程：首先LCD进行初始化操作接着扫描工作扫描方式键扫描接着进行温度区间设置设定值值确定温度区间初始化线接收模块然温度数根温度区间判断数否果数值超预定值启动报警程序超继续判断循环
}
}
}
42 发射系统程序设计
发射程序进行程：第步点亮信号灯初始化线发射模块接着读取数校验数然发射温度数重置信号灯数正常发送信号灯稳定闪烁
43 传输程序设计
程序包传输两部分组成第部分数发送第二数接收设定应通信址通信协议实现数正确传送
44 温度采集程序设计
程序设计进行编程单线总线写字节接着数传送单片机
45 显示程序设计
LCD1602显示程序首先进行1602初始化然执行写命令写数两子函数实现温度数实时显示键操作动态显示
5 仿真调试
设计基双机通信原理部分系统进行仿真作线模块够仿真软件中模拟仿真果目标数预先设定低门限值低时设置红灯会点亮时蜂鸣器会发出声音进行报警显示屏会显示出时数相反情况目标数预先设定高门限值高时设置黄灯会点亮时蜂鸣器会发出声音进行报警仿真结果图616263示
图61 仿真原理图
图62 低低门限仿真图
图63 正常范围仿真图
图64 超出门限仿真图
6 结
设计基AT89C52台进行开发研究线收发模块温度传感器烟雾传感器器件工作原理进行探讨分析利软硬件结合方式添加显示器件报警器件分达显示数报警目设计单片机型号89C52单片机两处方便数采集提高数采集效率二够起扩展功目显示外部中断等线收发模块集成度非常高方便户简化硬件电路软件数字温度传感器保证数测量精确度时电路模块设计程中性安全性作非常重设计准该系统具诸优点：：耗低精度高测量湿度温度范围较远信号传输距离
系统设计完成进行部分模拟仿真调试结构显示系统项性指标体符合设计求调试程中出现问题系统电液晶屏初始化失败问题反复检查发现设计电路中液晶屏8数端口少接拉电阻芯片31（_EA）脚没接电源导致法访问片存储器修改次电初始化成功
参考文献
[1] 海生潘松峰培仁微型计算机控制技术[M]北京清华学出版社2009
[2] 徐炜姜晖崔琛通信电子技术[M]西安西安电子科技学出版社2008
[3] 朱定华微机原理接口技术[M]北京清华学出版社北方交通学出版社2010
[4] 李斯伟雷新生数通信技术[M]北京民邮电出版社2009
[5] 谢美电子线路设计实验测试[M]武汉华中科技学出版社2010
[6] 梁廷贵遥控电路控硅触发电路语音电路分册[M]北京科学技术文献出版社2011
[7] 黄贤武郑筱霞传感器原理应[M]成电子科技学出版社 2010
[8] 俞国亮MCS51单片机原理应[M]北京清华学出版社2010
[9] 夏路易石宗义Protell99SE设计教程[M]北京北京希电子出版社2009
[10]王伦微机控制技术[M]重庆重庆学出版社2010
[11]李寨传感器电子制作DIY[J]北京科学出版社2011
[12]张毅刚单片机原理应[M]北京高等教育出版社2010
[13]谭浩强C语言程序设计教程[M]北京高等教育出版社2010
[14]彭伟单片机C语言程序设计实训100例[M]北京北京航空航天学出版社2010
[15]候殿单片机C语言设计[M]北京民邮电出版社2010
[16]姜志海赵艳雷单片机C语言[M]北京电子工业出版社2008
附录
附录Ⅰ 系统总原理图
附录Ⅱ 仿真程序
副系统仿真程序
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关键词：AT89C52温度传感器NRF24L01显示报警
Abstract
The intelligent home fire alarm system discussed in this paper mainly contains two parts On the one hand it transmits and receives information through wireless means on the other hand it realizes automatic control through the designed control system The control unit uses the single chip to complete and considers the occurrence In the scene of fire the signals transmitted and received are obtained by temperature sensor and smoke sensor and the processed information is wirelessly transmitted with the wireless transceiver module to measure and warn according to the data The alarm system is divided into two parts the main system and the subsystem The main system realizes the functions of monitoring the data on the site setting the safe temperature value and comparing the data to alarm The subsystem is responsible for collecting feature data including temperature smoke concentration and sending data The system is used in a variety of home scenarios due to its own advantages which makes people more aware of the occurrence of home fires and achieves the purpose of protecting personal safety and family property
Key words AT89C52 Temperature senior NRF24L01 Display Warning
目 录
1 绪 1
11 选题意义 1
12 应领域家庭火灾报警系统发展趋势 1
13 设计研究容 2
2 设计求方案证 3
21 设计求 3
22 系统基方案选择证 3
221 单片机芯片选择方案证 3
222 温度采集模块选择方案证 3
223 烟雾传感模块选择方案证 4
224 线收发模块选择方案证 4
225 显示模块选择方案证 5
226 报警模块选择方案证 5
23电路设计终方案确定 5
3 系统硬件设计实现 6
31 系统硬件概述 6
32 单元电路设计 6
321 单片机控制模块设计 6
322 温度采集电路模块设计 9
323烟雾采集电路模块设计 10
324 线收发电路模块设计 10
325 显示电路模块设计 12
326 报警电路模块设计 14
327 电路原理说明 15
4 系统程序设计 16
41 程序设计 16
42 发射系统程序设计 18
43 传输程序设计 19
44 温度采集程序设计 20
45 显示程序设计 21
5 仿真调试 23
6 结 27
参考文献 28
致 谢 29
附录 30
1 绪
11 选题意义
现家庭安全越越家关注中火灾报警系统身采集监控危险预测数线传输等特点成安全系统成分火灾带财产生命损失重火灾报警系统求越越高相应系统设计关重传统报警系统总线常遇数突远程数传输难扩展年低成高性微控制器种电路系统中广泛应特电路控制中问题定改善采取适防火措施类项重务火灾动报警系统触发装置火灾报警装置等辅助功组成着电子技术计算机技术飞速发展火灾动报警系统结构形式变越越灵活难准确划分种固定模式采单片机AT89C52集成温度传感器DS18B20烟雾传感器MQ2作敏感元件采传感器信息融合技术火灾报警设计
智家居火灾报警系统现代家居安全中发挥着极重作火灾报警控制器智火灾报警系统核心完善火灾报警系统设计效减少防止火灾隐患解决火灾危险问题保障身安全家庭财产安全具现实意义
12 应领域家庭火灾报警系统发展趋势
火灾动报警系统发展身决定受设备器材性等素影响早测量温度传感器1990年发明时称感温探测器继续研究开发够实现报警应广泛断深入研究开发广泛火灾系统发展较快欧洲等发达国家已设定相应技术规范该系统开始慢慢家庭该系统涉传感器技术电子控制技术计算机相关技术根发展趋势更设计研究火灾报警系统
该项技术世纪70年代初期进入国应建筑火灾报警进入改革开放时期国济发展迅速越越高层建筑拔起火灾报警系统需求快速扩加速该系统研发生产取断创新
13 设计研究容
套系统控制单片机实现考虑实际成性整套系统采AT89C52芯片实现控制 DS18B20芯片采集现场温度NRF24L01实现线传输数信息显示LCD1602液晶屏数传输两系统单独完成采集现场数通发射系统输出方面作系统接收系统接收传输数进行处理加工报警系统进行报警机制采集值超设定值该系统设计限定温度设置键消报警键总结火灾报警系统特点：实现线化传输进行实时监测操作简单低成功齐全等迎合市场需求
初步设计该系统通断现场测试调整系统功达设计求满足毕业设计求
2 设计求方案证
21 设计求
（1）监测形成温度室温开始高达125℃
（2）接收端实时监测现场温度值收发距离达60米
（3）温度烟雾报警值工设置
（4）达报警条件时会动通蜂鸣器发光设备报警
22 系统基方案选择证
221 单片机芯片选择方案证
方案：控制器求必须现场编程选FPGA具规模密度高等特点够处理复杂求优点集成性高够体积集成设备保证控制稳定性作控制器通软件断线调试系统进行火灾报警模拟支持丰富扩展功会加成存缺点芯片电路板设计复杂焊接时形增加工作量难度
方案二：宏晶科技推出新代超抗干扰高速低功耗单片机STC89C52系列增强型单片机完全兼容8052单片机增加新功增加两中断优先级外部中断置EEPROM门狗断电模式512b存支持ISP线编程需编程程序擦10万次引脚完全兼容性更驱动力更强超强抗干扰力价格低传统89系列考虑快速开发系统应求该系统芯片选第二套方
222 温度采集模块选择方案证
方案：采集温度基利热敏电阻测出现场温度利热敏电阻工作特性温度升高时电阻会发生变化通AD转换器模拟信号转换数字信号加入AD转换电路设计增高时热敏电阻温敏特性达精准测量该系统允许较测量误差放弃方案
方案二：DS18B20信号输出需进行AD转换采集数字温度数线总线输出DS18B20采集温度数集中起形成传感器网络测量系统更加准确系统化实现精准化采集数时考虑火灾时温度瞬时变化转换时间短满足快速测量火灾报警系统提供体验输出温度数字化较高准确性该系统温度采集模块选方案二
223 烟雾传感模块选择方案证
方案：采光电式感烟传感器光源光敏元件电子开关组成普通光源发出光通透镜传递光敏元件电路保持正常果烟雾阻挡达感光元件光线明显减弱光敏元件光强变化转化电变化利光散射原理检测火灾初期产生烟雾时发出报警信号根光源分普通光电激光光电紫外光电红外光电四种
光电感烟器发展迅速种类断增功言实现火灾早期报警火灾敏感度较高型建筑外特适计算机房仪器房电缆沟隧道等电气火灾危险性较场
方案二：采MQ2半导体传感器种半导体气敏元件气敏元件通空气中金属氧化物二氧化锡(SnO2)含量实现烟雾测量发生火灾时产生烟气会传感器导电性增强电导率反映着烟气浓度设计简单电路显示优点烟气浓度变化电导率发生变化稳定性强难受干扰长时间适合作火灾报警系统烟雾传感器选择nRF24L01设备优势极低功耗时设备工作时种低功率模式选择完全迎合节设计求设备接收发射线信号时需工作电流超15mA类线模块相较价格成优势容易获终选该设备作线收发模块
224 线收发模块选择方案证
方案：线收发模块实现系统线操作控制初步采TX315AT01TX315AR01声表面波器件接收电路整合起开发出TX315系列模块电路TX315A模拟电路负责接收发射组件组合成实现数线传输系统线控制报警等线功考虑发射组件接受组件频率致根实际需求增加组件数量满足系统功需缺点成高适系统设计
方案二：线收发模块改nRF24L01实现系统线操作控制工作射频范围2425GHz间款新型收发器件优点成合理够通程序选择合适输出功率信息通道数该系统线收发模块选方案二
225 显示模块选择方案证
方案：初步考虑数码作显示模块优点提供高亮度低成缺点结合该火灾报警系统实际情况通数码显示众容会加电路设计难度符合节设计求放弃初选方案
方案二：考虑显示容较想点阵数码显示器该显示器显示复杂容文该系统性剩成浪费放弃该方案
方案三：想折中方案LCD1602液晶屏种显示器显示容通组合扩视面积具定防干扰效果简单方法节省软件资源该方案显示求完全满足系统求时电路设计较简单满足节设计求终采
226 报警模块选择方案证
方案：555定时器改造成蜂鸣器样报警器定时报警通时间控制报警温度变化进行报警明显符合求
方案二：考虑报警器根温度限报警决定9102三极驱动蜂鸣器环境温度达火灾时温度时三极受高电驱动蜂鸣器配合发光二极时实现声音报警发光报警
23电路设计终方案确定
通模块方案证选择选出单片机芯片模块温度采集模块烟雾传感器模块线收发模块显示模块合理设备设备进行组合出终设计方案
3 系统硬件设计实现
系统硬件间相互联系需电路连接根模块设备特点设计相应电路终构成系统电路设计总框图示总原理图附文章附录部分
数采集
AT89C52单片机（副）
线发射
液晶显示
AT89C52单片机（）
线接收
声光报警
独立键盘
图31 总设计框图
31 系统硬件概述
单片机芯片模块选AT89C52单片机作整火灾报警系统控制核心优点实现线编程较强灵活性满足节设计求温度采集模块选DS18B20设备通设备工作实现系统化搭建点温度测控系统够实时延迟测量点火灾报警重烟雾传感器选择MQ2半导体传感器优点烟气浓度变化电导率发生变化稳定性强难受干扰长时间适合作火灾报警系统烟雾传感器线收发模块改nRF24L01实现系统线操作控制工作射频范围2425GHz间优点低功耗种低功率工作模式选择成合理够通程序选择合适输出功率信息通道数1602 LCD液晶屏进行显示报警模块三极时驱动蜂鸣器发光二极时实现声光报警两种功
32 单元电路设计
321 单片机控制模块设计
单片机种元件集成单硅芯片微型计算机组件包括CPU数存储器RAM程序存储器ROM定时器计数器种IO接口电路解单片机工作原理性解基结构
图32 STC89C52单片机基结构
STC89C52单片机脚分布图33示
图33 STC89C52单片机脚图
STC89C52IO端口：
P0端口：P0端口双IO端口8位漏极开路驱动8逻辑电进行数输出该端口输入脚P0端口需外部获取数进行存储时候会8位址数实施路重复利P0端口根工作求指令字节进行接收输出样工作模式端口部会出现拉阻力验证程序时候需外部拉电阻
P1端口：P1端口进行输入输出双作位数8位P0端口样存拉电阻该端口够驱动4逻辑电该端口作输入端口时通拉电阻增加端口数P1端口负责输入时外部拉针脚会部电阻会输出P1端口0号脚2号脚分承担着定时器计数器2（P10T2）外部计数输入触发输入根工作求该端口负责接收字节功
引脚具功
定时器计数器：
端口：P2端口进行输入输出双作位数8位P0端口样存拉电阻该端口够驱动4逻辑电该端口作输入端口时通拉电阻升高端口P2端口负责输入时外部拉针脚会部电阻会输出系统需P2端口需外部获取数进行存储会发送高8位址获取16位址外部数P2端口想发送1需助部强拉完成高8位址获取16位址外部数存储时会输出闩锁容进行功时该端口承担着接收外部控制信号责
P3端口：P3端口进行输入输出双作位数8位P0端口样存拉电阻该端口够驱动4逻辑电该端口作输入端口时通拉电阻升高端口P3端口负责输入时外部拉针脚会部电阻会输出
P3端口承担单片机功：接收外部控制信号
引脚具种功
定时器计数器：
进行功时该端口承担着接收外部控制信号责
RST：工作程中起输入进行重置作利两机器周期高电完成
：系统需外部程序器进行访问者进行访问数存储器时作址低8位脉字节索存通常情况输出时间固定时钟振荡频率16利特性实现计时功果进行外部数存储访问时系统会动越脉
系统编程产生闪存时引脚起输入输入作
情况禁止ALE操作通SFR区域0号位置安装8EH实现0号位置固定指令实现ALE激活外引脚会稍微升高执行部程序时需禁止位效
：外部选取信号提供程序存储器单片机外部获取指令时产生两次效循环换言两脉输出时候访问外部数存储器系统会动越两信号
：访问外部程序存够通进行EA时状态应该处接状态特时编程已加密LB1重置期间EA状态部锁定
根烟雾报警器检测烟雾种类求数场景会选择半导体烟雾传感器通较种感烟器应特点发现半导体感烟器优点更突出烟雾传感模块选方案二
322 温度采集电路模块设计
温度传感器应电路图34采数字式温度传感器该传感器生产公司公司外该传感器接口形式采串行接口单通道样系统集成更容易完成该传感器具点优点：重量轻耗低精度高测量湿度温度范围较远信号传输距离具控芯片够连接条总线温度测量范围55~125~C编程912位AD转换精度温度测量分辨率达00625~C工作时供电利远端电源通导线提供传感器部加装电源传感器果求时23时够通联连接方式连接起进行传感器计算机进行连接时计算机需提供端口实现传感器相互匹配传感器进行数采集完需数传送单片机然通单片机芯片进行数分析处理设计采芯片结构安装增强IO端口加装特殊功外设两条APB总线相连接外具诸丰富外设接口CAN接口等外设存该芯片适设备台工业中应较广泛扫描仪警报系统暖气通风空调系统等次设计中芯片完成数处理工作外数传输程通条数线P10连接IO端口连接电源接
图34 温度传感器应电路
323烟雾采集电路模块设计
设计烟雾传感器生产原材料检测烟雾形式离子形式基原理：传感器工作开始原材料会氧气结合造成传感器部元件密度出现变化密度会减进电阻值增加旦传感器探测部分检测烟雾传感器部元件密度出现变化进导致电阻减电阻值变化判断出否烟雾存
型传感器优点探测范围非常广泛种尺寸烟雾颗粒传感器具较敏感优点果检测目标烷类烟雾敏感性会提高该类传感器易受外界干扰影响检测精度非常高具较高性电路电压选择范围较低24V电压源超电压值果提供电压值超24V传感器电路模块部分导线会高温烧断结果硬件电路部分正常工作连接软件部分正常整烟雾传感器会破坏法
324 线收发电路模块设计
款性强收发器件频率区间 间包含四功模块分完成相应功第频率合成器模块合成频率信号第二功率放器模块起信号放作第三晶体振荡器模块提供晶体进行震荡动力第四调制器模块四模块基础添加技术工作耗相较收发器较低数字体现点发射功率时工作电流仅仅9mA相应接收时电流仅仅123mA外提供许种类低功率工作模式设计时节问题迎刃解许独特性质快数传输率达提供动应答动发射功等电源电压引脚图：
图35 NRF24L01脚图
工作前需先进行步准备工作调整传输模式然通SPI端口时间序接收节点址TX_ADDR效数TX_PLD写入NRF24L01缓区TXPLD必须低CSN连续写入TXPLD写入次紧接着引脚CE变高电状态维持状态10μs130 ms延迟数传输果动响应开低CSN传输时传输模式调整入接收模式进行数接收操作接收信号完成进行响应假成功收应答信号表明通信成功相反果没成功接收信号回传输模式次进行数传输操作传输数次数达高值MAXRT设置高保留TX FIFO中数ED二次重传MAXRTTXDS设置高时IRQ降低发生中断通知MCU终发射成功时果CE低NRF24L01进入空闲模式1果CE高进入工作模式开启次发射
面容介绍传输数相关流程面介绍接收数相关流程样开始数接收前调整模式显然时调整接收模式调整完成立进行数接收必须等固定时间进行般130μs等时间接收信号进程开始首先识出效址然接收器会接收数进行包处理数包紧接着保存里进程时进行操作RXDR变高电IQR相应变低电然进行中断操作数传输单片机流程进行完成CE端变低电状态调整空闲模式1
SPI端口传输数通信接口接口方式串行方式传输速率达首先传输低位字节单字节需先发送高位然发送低位端口SPI指令总8输入应数结果导出
供电电压33V电压应电路见图
图36 NRF24L01应电路
325 显示电路模块设计
设计采LCD根引脚数少般分两种形式第种16条引脚线第二种14条引脚线第种第二种出2条两条般背光电源线VCC线GNDLCD引脚功见表
表37 LCD引脚功表
具诸优点许领域广泛设计采作显示器件样做处系统电路没复杂系统局域较高性单片机进行连接时连接电路两图
图38 LCD1602脚图
图39 LCD1602应电路
326 报警电路模块设计
蜂鸣器次设计中作报警模块身质说台扬声器供电电源直流电蜂鸣器许电子产品衍生品中量日常生活中常见产品：报警器电子玩具汽车电子设备办公室里常见电脑扫描仪印机等根音频信号产生原蜂鸣器分两种种压电蜂鸣器种电磁蜂鸣器
压电蜂鸣器：次类型蜂鸣器般5部分构成第部分谐振荡器发出音频信号第二部分压电蜂鸣器第三部分阻抗匹配器蜂鸣器产生动力驱动发生第四部分谐振箱第五部分壳体中市场许压电蜂鸣器部含发光二极
电磁蜂鸣器：电磁蜂鸣器振荡器电磁线圈磁铁振膜外壳等组成
设计蜂鸣器驱动采加装三极利驱动三极操作时进行点亮发光二极实现报警报警电路图见
图310 报警电路
327 电路原理说明
面6节介绍6电路模块现连接组成系统系统线远程监控系统系统工作进程：首先利传感器采集目标区域温度烟雾数然采集数传输副控芯片通已数进行处理筛选出户需数然讲筛选数传送进行发射发射中接受模块模块接收数数传输控芯片AT89C52进行处理然处理结果通显示屏显示出户读出数外预先设置阈值果目标温度超值蜂鸣器会进行报警果目标温度低值系统会报警正常显示实时温度数
4 系统程序设计
41 程序设计
副系统报警程序流程图见三图：
键盘设定值检测
设定值显示
实际值显示
接收副系统数
返回
程序
数超出范围否？
报警
Y
N
图41系统程序流程图
数采集
数处理
实际值发送
程序
返回
图42 副系统程序流程图
设定值实际值较
数报警限
数报警限
报警限处理
N
Y
Y
N
报警限处理
报警子程序
返回
图43数报警子程序流程图
程序工作进程：首先LCD进行初始化操作接着扫描工作扫描方式键扫描接着进行温度区间设置设定值值确定温度区间初始化线接收模块然温度数根温度区间判断数否果数值超预定值启动报警程序超继续判断循环
}
}
}
42 发射系统程序设计
发射程序进行程：第步点亮信号灯初始化线发射模块接着读取数校验数然发射温度数重置信号灯数正常发送信号灯稳定闪烁
43 传输程序设计
程序包传输两部分组成第部分数发送第二数接收设定应通信址通信协议实现数正确传送
44 温度采集程序设计
程序设计进行编程单线总线写字节接着数传送单片机
45 显示程序设计
LCD1602显示程序首先进行1602初始化然执行写命令写数两子函数实现温度数实时显示键操作动态显示
5 仿真调试
设计基双机通信原理部分系统进行仿真作线模块够仿真软件中模拟仿真果目标数预先设定低门限值低时设置红灯会点亮时蜂鸣器会发出声音进行报警显示屏会显示出时数相反情况目标数预先设定高门限值高时设置黄灯会点亮时蜂鸣器会发出声音进行报警仿真结果图616263示
图61 仿真原理图
图62 低低门限仿真图
图63 正常范围仿真图
图64 超出门限仿真图
6 结
设计基AT89C52台进行开发研究线收发模块温度传感器烟雾传感器器件工作原理进行探讨分析利软硬件结合方式添加显示器件报警器件分达显示数报警目设计单片机型号89C52单片机两处方便数采集提高数采集效率二够起扩展功目显示外部中断等线收发模块集成度非常高方便户简化硬件电路软件数字温度传感器保证数测量精确度时电路模块设计程中性安全性作非常重设计准该系统具诸优点：：耗低精度高测量湿度温度范围较远信号传输距离
系统设计完成进行部分模拟仿真调试结构显示系统项性指标体符合设计求调试程中出现问题系统电液晶屏初始化失败问题反复检查发现设计电路中液晶屏8数端口少接拉电阻芯片31（_EA）脚没接电源导致法访问片存储器修改次电初始化成功
参考文献
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附录
附录Ⅰ 系统总原理图
附录Ⅱ 仿真程序
副系统仿真程序
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