基于单片机的烟雾报警系统设计

毕业设计报告（论文）
系别：通信与信息工程系
专业：通信技术
班级：通信六班
学生姓名：xxx
学生学号：xxx
论文题目:基于单片机的烟雾报警系统设计
指导教师：xxx
起讫日期：xxx
毕业设计(论文)成绩评定表
学生姓名xxx系部通信与信息工程系学号xxxx
课题名称基于单片机的烟雾报警系统设计
指导教师评语：
建议成绩：
指导教师：
评阅教师评语：
答辩简洁，流利，清楚，重点突出，不经提示能准确陈述研究结果。

答辩过程中能准确回答主要问题。

论文所用材料翔实、恰当，掌握相关的背景和数据。

建议成绩：
指导教师：
答辩小组评语：
建议成绩：
答辩小组负责人：
毕业设计（论文）任务书
专业通信技术
学号
姓名xxx
课题名称：基于单片机的烟雾报警系统设计
主要技术指标：
AT89C52单片机、DS18B20温度传感器、MQ-2烟雾传感器、Proteus软件
工作内容和要求：
1.了解烟雾报警系统研究现状，完成总体方案设计，主要是功能和组成；
2.了解其MQ-2烟雾传感器、ADC0832模数转换芯片、DS18B20温度传感器的基本结构和存储器配置等；
3.完成烟雾报警系统的硬件电路设计；
4.完成烟雾报警系统的软件设计并进行测试；
5.对整个设计工作进行全面的总结，指出存在的问题和不足。

主要参考文献：
[1]孙加存,王鹏,赵志强,陶志福.电子设计自动化.西安电子科技大学出版社,2008.
[2]张迎新,等著.单片机原理及应用（第2版）.
[3]张毅坤.单片微型计算机原理及应用.西安电子科技大学出版社,1998.
[4]余锡存,曹国华.单片机原理及接口技术[M].陕西:西安电子科技大学出版,2000.7.
[5]雷丽文,等.微机原理与接口技术[M].北京：电子工业出版社，1997.2.
毕业设计（论文）开题报告
专业通信技术学号xxx姓名xxx
设计（论文）题目基于单片机的控制交通灯设计
1.选题的背景和意义：
火灾是指在时间或空间上失去控制的燃烧所造成的灾害。

人类能够对火进行利用和控制，是文明进步的一个重要标志。

火，给人类带来文明进步、光明和温暖。

但是，失去控制的火，就会给人类造成巨大的灾难。

基于单片机的烟雾报警系统是一种结构简单、性能稳定、使用方便、价格低廉、智能化的火灾报警器，具有一定的实用价值。

该系统是一个由单片机控制的火灾烟雾浓度、温度检测系统，它将传感器输出地电压信号进行A/D转换、滤波、线性化，由单片机将电压值转换为气体浓度和温度送LED显示，并判断是否超过报警上限，若超过，则发出报警。

同时用户可以自己设定报警上限和定时时间，使用户可以根据实际情况方便的掌握安全状况。

本系统的设计能够及时监测到系统故障和环境中有无火灾，并采取有效措施控制火情的发展，将火灾消灭在萌芽状态，以确保人身财产安全，最大限度地减少损失。

2.课题研究的主要内容：
1)设计一个以MCS_51单片机为核心的烟雾报警系统
2)对所选烟雾传感器、ADC0832模数转换芯片及DS18B20温度传感器做简单介绍
3)对烟雾报警系统进行整体功能分析
4)完成硬件电路设计和软件设计
5)分模块实现各部分功能
3.主要研究（设计）方法论述：
4.（1）通过独立检索文献资料并恰当运用，完成基于单片机的控制的烟雾报警系统总体方案设计；
（2）通过学习单片机AT89C52的基本结构和存储器配置等，更好的设计软件仿真；
（3）基于Protus软件完成软件设计与调试。

四、设计（论文）进度安排：
时间（迄止）日期工作内容
2014.11.9-2014.11.16查找资料确立选题
2015.1.16完成开题报告
2015.1.17-2015.2.28基于单片机的控制交通灯设计（毕业设计内容）
2015.3.1-2015.5．31撰写论文
2015.4.22中期检查
2015.6.10毕业设计答辩
2015.6.10根据答辩小组和指导老师意见修改论文，力争在内容和格式上符合毕业设计规范要求。

五、指导老师意见：
本课题基于单片机AT89C52设计交通灯的控制系统，涉及到电子、计算机、自动化控制等多个学科，是一个综合性的应用研究课题。

开题报告内容附合毕业设计要求，论文综述材料与课题内容相关性较强，能起到一个良好的引导作用，同意开题。

指导教师签名：xxx
2015年6月7日
六、系部意见
同意开题
系主任签名：XXX
毕业设计（论文）中期检查表
学生姓名xxx学号xxx指导教师xxx
选题情况课题名称基于单片机的烟雾报警系统设计
难易程度偏难适中√偏易
工作量较大适中√较小
符合规范化的要求任务书有√无
开题报告有√无
外文翻译质量优良中差
学习态度、出勤情况好√一般差
工作进度快√按计划进行慢
中期工作汇报及解答问题情况
符合进度同意开题
指导教师：xxx
XXXX年x月x日
所在专业意见：
继续进行
系主任：xxx
基于单片机控制的烟雾报警系统方案
摘要：本文利用单片机结合传感器技术而开发设计了这一烟雾自动报警系统。

本设计将采用DS18B20数字温度传感器，可将温度信号直接转换成数字信号送给单片机，电路简单，成本低；同时可设置温度报警值，实现声光报警。

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，具有灵敏度高、响应快、抗干扰能力强等优点，而且价格低廉，使用寿命长。

采用四位一体数码管显示模块可以直观的显示实时温度和气体浓度。

选用最常用的STC89C52单片机对所采集的数据进行处理。

该烟雾自动报警系统结构简单、性能稳定、使用方便、价格低廉，具有一定的实用价值。

关键字：DS18B20单片机MQ-2
目录
1绪论1
1.1概述1
1.2现状1
2烟雾报警系统的设计2
2.1烟雾报警系统工作原理2
2.2烟雾报警控制器模块设计3
2.2.1STC89C52单片机3
2.2.2单片机最小系统4
2.3烟雾报警系统温度模块设计6
2.3.1DS18B20简介6
2.3.2DS18B20的使用方法7
2.4烟雾报警气体采集模块设计8
2.4.1MQ-2烟雾传感器介绍8
2.4.3模数转换芯片ADC0832的简介9
2.5烟雾报警显示模块的设计10
2.6烟雾报警系统电路模块设计11
2.6.1蜂鸣器的设计11
2.6.2按键报警及温度设置12
2.6.3烟雾报警状态指示灯13
3烟雾报警系统的应用软件设计13
3.1STC89C52系列单片机的调试及开发工具13 3.2PROTEUS仿真环境简介14
3.3系统主程序初始化流程图14
3.4扫描程序流程图15
3.5报警程序流程图15
4烟雾报警系统调试17
4.1烟雾报警硬件调试17
4.1.1温度报警19
4.1.2紧急报警按键报警21 4.2烟雾报警软件调试22
4.2.1烟雾浓度报警仿真调试22 4.2.3紧急报警按键仿真26
结论27
致谢28
参考文献：29
的接受处理，使其报警，提前预报火灾。

目前火灾报警系统已经服务于人类生活中，不但在各类大型商场可以随处可见，同时各色酒吧、大型办公室等生活娱乐场所也能看见它的踪影。

火灾烟雾报警系统如何适应现代化经济建设是非常重要的技术环节。

面对社会发展与广泛应用，就要求我们设计该系统是低成本并且设备趋于小型化。

目前制造商和开发商投入大量的资金对该系统进行更深入的研究，为了使该系统更加完善，更好地服务于人类。

2烟雾报警系统的设计
2.1烟雾报警系统工作原理
烟雾报警系统设计是采用MQ-2烟雾传感器、DS18B20温度传感器、ADC0832模数转换芯片、AT89C52单片机以及数码管显示组成。

当释放烟雾、火灾烟雾传感器把信号ADC0832处理模块的单片机进行处理,当出现一个红色的指标时，说明ADC0832检测到有较高的浓雾，并且ADC89C52能够将物理量转化为电信号，发出报警声，能够便于我们用于生产生活。

同时,该系统还可
以检测温度,当温度升高时，该系统通过温度传感器传输到单片机中，通过单片
机的指挥命令，LED显示器会跳转为红色。

当系统正常上电时该系统指示灯为
绿灯,另外，当发生火灾时该指示灯立刻跳为红灯，该系统设计极为人性化，把
自身设计与生活实际巧妙地联系在一起，非常适于我们现实生活。

系统还配备一个紧急开关，它主要有两种功能，一种是如果有烟雾时，那么它就可以自动报警，另外一种则可以按下紧急开关使其发生蜂鸣也就是人们所说的告警声。

单片机随时向显示器输出信号，并且能够实时显示数值等参数。

2.2烟雾报警控制系统模块设计
2.2.1STC89C52单片机
烟雾报警系统的核心组件是AT89C52单片机。

其不但能够接收传感器的信号并且能够故障检测,而且能处理不同的信号,控制电路的后续工作,以及查询的请
求是否有按一个按钮。

STC89C52单片机是以AT89系列单片机为基础扩展自己的内存,内存和主板存储空间,其不但体积小，而且便于携带，同时控制简单容易操作,所以它非常适合社会应用以及广泛推广。

STC89C52单片机是整个烟雾报警器系统的核心，它是该系统的大脑，检测并处理各个模块的所发送的信号。

STC公司生产是高性能，低价格CMOS8单片机,在系统可编程flash8k。

让许多STC89C52嵌入式应用程序高度灵活和有效的解决措施。

STC89C52具有如下功能:标准8k字节,512字节的内存、I/O端口线32位。

看门狗定时器,并且拥有复位电路,4外部中断向量7年级4中断结构(5向量与传统51兼容2级中断结构),全双工串行端口。

支持两种类型的软件可以选择省电模式，能够节省自身的电源，同时也不需要外部电源供电。

除了
STC89C52静态逻辑运算可以减少到0赫兹。

该CPU具有掉电保护功能，当CPU处于无电状态，该振荡器将被冻结，无法工作。

那么系统将暂停CPU，停止一切。

当CPU处于空闲时，该系统CPU将停止工作直到CPU下一次复位，该CPU才正常工作。

STC89C52RC各个引脚的功能说明
VCC（40引脚）为电源电压
VSS（20引脚）为地电源，保护该系统。

P0端口:P0为8位双向I/O端口，它的接口从P0.0到P0.7，相对应的指针为39至32。

每个引脚可以八个TTL被控制,当CPU的P0写“1”,它可以当作高阻抗输入。

在这一点上,P0端口有效内部上拉电阻。

;而在校准程序,输出字节顺序。

身份验证,这就需要一个外部上拉电阻。

另外，P1.0和P1.1也能够作为外部输入以及触发输入。

详细如下表:
表2-1P1.0、P1.1引脚功能介绍
引脚定义功能及其特性
P1.0T2（定时器/计数器2外部计数输入），时钟输出
P1.1T2EX（定时器/计数器2捕获/重装触发和方向控制）
1.2.2单片机最小系统
（1）晶振电路
晶体组件通常使用时钟电路,全名叫做晶体振荡器,晶体在单片机系统很大,晶体震荡电路为CPU提供了时钟频率，同时当CPU计算工作量加大，它会加快单片机运行速度，时钟频率很好服务于CPU，为CPU提供了有力地肩膀。

加快CPU处理能力。

当CPU接收指令时，晶振会提供时钟频率，处理计算CPU的信息，使其准确的发送信令，更好地运行，服务该系统。

晶体用于系统中主要起着提供时钟信号的作用。

晶体应用于单片机中，能够加快单片机的运作，晶振电路也能够放大电路，提供时钟信号。

加强单片机接收信号能力，便于统计烟雾报警系统中单片机运行时间。

晶振电路具有部分同时的作用。

它就像个标尺，当系统中CPU中工作频率不稳定可能会影响系统频率，自然该系统会出现问题，它能督促CPU正确的运行，很好维护系统稳定。

（2）复位电路
复位是单片机的格式化的操作，其作用是将CPU的功能回归原始状态，使其更好的随指令完成接下来的操作以及让CPU在不间断的运行。

复位电路是单片机内部必不可少的原始器件，
复位电路主要有两种方式,使用电动复位是第一,有一个重置按钮,本设计采用
按钮重置,重置按钮,更自如的发送给CPU指令，按照自己的思想操作单片机。

（3）最小系统电路图及说明
晶振12MHZ，以及负载电容30pF是本次系统设计主要采用于最小系统的方法。

晶振电路主要采用的是两个引脚，分别是XTAL1和XTAL2其功能是充当反相放大器：
1)XTAL1:单片机芯片的反相放大输入端
2)XTAL2:单片机芯片的反相输出端。

一般在XTAL1和XTAL2接上石英晶体就可以控制了。

此外还可以在XTAL1和XTAL2两个引脚加入20PF电容，能够让系统更加稳定，同时能够避免单片机死机。

2.3烟雾报警系统温度模块设计
该烟雾报警系统设计主要是采用DS18B20数字温度传感器,该系统由美国达拉斯州的一家公司生产，该该公司历史悠久，是首位涉及到烟雾报警的公司，有着对该系统的深刻认识，是推动该系统设计逐渐人性化不可或缺的动力.该数字温度传感器不但具有体积小的特点，同时容易操作，并且最主要的是该系统极具人性化，形态迥异适合安装在各种场所。

该系统接收到烟雾或者火焰时，其就会传给该单片机，由单片机分析处理，实现第一时间处理信息，具有实时操作等特点。

2.3.1DS18B20简介
DS18B20具有相对独特的单线接口,只有一个可以通信接口引脚，它能够简化单片机的运用能力，并且不需要外部供电，同时数字温度传感器也不需要外部配件，九数显温度;用户可以在1S内自行完成设置，能够将温度等物理量通过传感器转化为电信号。

同时用户也可以把传感器设置为不易温度警告;
2.3.2DS18B20的使用方法
加强其抗外界扰动能力的方法主要是DS18B20温度检测和数字数据输出完全集成在一个芯片上。

温度检测能够将一个工作周期分为两部分,即数据处理和温度检测。

DS18B20主要的功能是能存储资源。

他们分别是:用于存储DS18B20ID编码是只读存储器,是第一个8位单系列代码编码19h(DS18B20),48背后芯片的序列号是唯一的,最后的八是超过56CRC编码(冗余校验)。

数据集由用户产生的变化。

DS18B20,总共9个的内存,每个字节是8。

计算临时存款元。

9字节第一8字节的CRC代码。

非易失性内存用来存储数据需要保存很长一段时间,上下温度报警值并检查数据,阻止DS18B20,共有三个存储器,镜子在RAM中,方便用户操作
DS1820尽管它有一个简单的温度测量系统,温度测量精度高、连接方便,占用口线少,等,还应注意以下方面的实际应用：
1）需要给已有的软件进行补偿，由于DS18B20和其他处理器数据相互传送,在传送过程中不能改变原信息，要始终保持于原信息一致。

因此严格保证读写时间是DS1820的编程来中阅读和写作的关键步骤,否则将无法读取温度测量结果。

2)没有提到的相关数据DS1820DS1820挂在单总线数字的问题,可以让人们很容易被误认为是挂任何DS1820的数量,而不是实际应用。

3）DS1820电缆线长度要严格要求。

据统计，当线缆大于50米时，该温度传感器的测量系统会随着环境的温度实时变化，那么该数据就可能会发生错误。

当公共汽车而不是双绞线吗线屏蔽电缆,正常的通信距离是150米,每米当使用扭曲与屏蔽双绞线电缆,正常的通信距离进一步扩展。

这种情况主要是通过总线信号波形失真由分布电容引起的。

因此,在利用DS1820温度测量系统的设计应充分考虑长途巴士分布电容和阻抗匹配问题。

2.4烟雾报警气体采集模块设计
2.4.1MQ-2烟雾传感器介绍
本次烟雾报警模块设计主要采用的半导体气体敏感元件，半导体气体敏感元件属于气体传感器。

它将也就是说,能够通过A/D转换电路将把模拟转换成数字量后送到单片机上,让空气中的可燃气体浓度的内容转换为电压或电流信号,再经传感器传输到CPU，由CPU进行接收分析处理，再由其命令。

在200~300°C温度、锡氧化物吸附空气中的氧气,负氧离子吸附的形成,由半导体电子密度降低,从而增加其阻力。

会导致表面电导率的变化，主要是因为当接触到烟雾时。

氧气释放出电子,烟他们应该积极的离子吸附。

主要MQ–2的类型传感器的稳定性特性是指MQ–2的类型传感器接收烟雾信息时，可能存在掉电或者断电现象，但是过一段时间，该传感器会继续工作。

MQ–2的类型传感器最大的区别，当传感器掉电，其能存储之前的信息，并保证不会丢失信息。

我们常见的传感器有很多种掉电无法存储信息，导致该系统不能长久的作业，加大了工作力度。

他能于其他传感器一般来说,MQ–2的类型传感器能存储10到15天左右的电量供其正常工作。

MQ-2半导体烟雾传感器将使高温(200~450°C),所以需要热量。

使该传感器主要是采用加热电阻，它的目的主要是使其工作在一个安全的范围内的目的主要是为了解决加热丝局部过热或短路设备放电,可能引起事故。

2.4.3模数转换芯片ADC0832的简介
双通道A/D转换芯片ADC0832是美国国家半导体公司生产的8位分辨率。

学习和使用ADC0832不但帮助我们提高单片机技术的水平，而且让我们深入了解A/D转换器的原理。

ADC0832芯片有如下特点：
8位分辨率;
双通道A/D转换;
输入和输出水平和TTL/CMOS兼容;
之间的输入电压5v电源,当0~5v;
工作频率为250KHZ。

;
一般功耗只有15兆瓦;
通常ADC0832芯片与单片机接口应该ADC0832四线,CS,时钟,DI。

然而,由于单片机的接口都是同时,结尾DI结束沟通是无效的,当电路设计也是如此,所以DI可以是并联的电缆使用。

当ADC0832没有CS输入端应高水平工作,残疾人芯片、时钟和可以任意做/DI级别。

当必须进行A/D转换,必须首先CS保持,最终导致低水平和低水平,直到结束的转换。

芯片开始工作,同时处理器芯片的时钟输入时钟输入时钟脉冲,做/DI端使用DI端数据信号输入通道功能的选择。

2.5烟雾报警显示模块的设计
报警浓度和温度使用四个数码管显示。

四个数码管是一种半导体发光装置,基本单位是一个发光二极管。

可以显示四个数码管称为四个数码管。

八的身高:随着沿距离8个字符。

比外观非常小,通常由英寸。

0.25-20英寸的范围。

长*宽*高:长——数码管,水平方向的长度,宽——数码管,垂直方向的长度;高数码管的厚度。

当小时:四个数码管,第二个和第三个88字中间的两个点。

常用的显示时钟以秒为单位。

2.6烟雾报警系统电路模块设计
2.6.1蜂鸣器的设计
本设计采用蜂鸣器,报警以轻水作为装置。

通过判断接收到的数据来决定能否报警,接收的数据主要从温度传感器、气体传感器、和按钮。

当单片机接收到多余的温度或气体信号,输出脚贝尔,输出8550级三极管通导,蜂鸣器SPK电气运行,发出报警声音。

2.6.2按键报警及温度设置
按键电路一端和地相连一端和STC89C52的P3相应端口相连。

四个键的功能分别是手动报警、进入设置状态、报警温度增加、报警温度减小等功能。

按键说明：
1)紧急报警按键，可手动启动报警或取消报警；
2)设置切换键模式，可在设置及显示之间切换，进入设置模式后，可通过第三、四个按钮，增加或减小报警温度极限，此时设置的报警温度闪动显现。

3)报警温度增加键，可以对报警上限温度进行增大调整，正常显示时，不响应此按钮。

4)报警温度减小键，可以对报警上限温度进行减小调整，正常显示时，不响应此按钮。

2.6.3烟雾报警状态指示灯
本设计使用了3个LED灯，一个显示为电源指示灯，另两个显示为烟雾报警状态指示灯。

系统正常上电时指示灯绿灯亮红灯灭，发生火灾时绿灯灭红灯亮。

3烟雾报警系统的应用软件设计
3.1STC89C52系列单片机的调试及开发工具
该系统的软件编程使用我们的愿景是兼容凯尔软件公司在美国发布的51系列单片机C语言软件开发系统,使用接近传统的C语言的语法发展,与汇编程序对比,C在性能、结构、可读性和可维护性有着明显的优点,所以简单学习和方便使用,并且极大地提高工作效率和项目开发周期,他还可以嵌入到组装,可以嵌入在关键的位置,使我们的C51程序生成的目标代码效率非常高,大部分的语句生成的汇编代码十分紧凑,便于理解。

在开发大型软件能体现高级语言的优势。

C语言与汇编语言比较,在功能、结构、可读性和可维护性有着明显的优势,所以容易使用和容易学习。

凯尔C51软件供应了一个充分的库函数和功能强大的调试工具和大型集成开发,所有的Windows界面。

接近工作组装的效率。

3.2PROTEUS仿真环境简介
英国Labcenter EDA工具软件的电子公司生产了Proteus软件,并且Proteus 应用极为广泛，在世界各地的公司都用其来办公，它为人类造福已经20年了，它的发展迅速，对社会现代化建设提供了宝贵的力量。

它除了具有和其他EDA
工具,自动或手动布局的原则,PCB布线和电路仿真功能,它的功能是建立新的进步社会制度,它的电路仿真是可视的,互动的,针对微处理器的应用,还可以直接在单片机原理图的虚拟原型上进行编程,并完成了实时软件源代码级调试,如果有任何显示和输出,还可以看到输入和输出的影响,在虚拟软件中，Proteus软件可以节省成本，降低公司的前期投入，以及产品的实验开发，Proteus配合其他电子软件，能够相互协调，完成公所需要的电子实验，帮助公司记录数据和逻辑分析。

PCB设计和自动布线实现电子设计的一个完整的系统。

得益于多年的不断发展,该系统是“电子世界”在PCB设计系统比较文章最佳产品——“PCB路线
CAD”。

普罗透斯系列产品还包括我们的革命VSM技术,用户可以基于微控制器的设计以及在模拟所有的电子设备。

用户甚至可以实时采用如LED/LCD、键盘、RS232终端动态外设交互仿真模型设计。

它的功能模块:一个易于使用的和强大的伊希斯原则
Proteus主要特征：
(1):支持许多通用的微控制器,如ARM,PIC,AVR,以及8051.
(2)交互的装置模型包括:LCD和LED终端,RS232显示,键盘通用
(3)强大的工具调试,包括存储器和寄存器,单步模式和断点
(4)开发工具的源层调试有IAR C-SPY和Keil uVision4等
(5)提供有关元件库的全部文件-应用特殊模型的DLL界面
启动Proteus ISIS我所使用的Proteus是Proteus7.2SP6破解版，使用的过程中还算稳定，但存在一些BUG,一些元件找不到。

3.3系统主程序初始化流程图
主程序初始化流程图如图所示。

程序开始执行初始化子程序，这部分实现初始化系统变量P0、P1、P3时钟芯片初始化，判断条件是否成立，是否有烟雾、温度的传感，进而进行扫描程序，报警处理温度的读入等。

3.4扫描程序流程图
系统通过扫描读入浓度，计算级别读入温度并判断温度超过上限，置tempflag=1数码管显示。

3.5报警程序流程图
系统正常上电时指示灯绿灯亮红灯灭，发生火灾时绿灯灭红灯亮。

系统还设计一个紧急按钮，当到烟雾受到检测时，可以自动检测报警或者按下紧急开关即可实现报警。

4烟雾报警系统调试
4.1烟雾报警硬件调试
本烟雾报警系统硬件实物图如下：
本烟雾系统设计中当烟雾浓度处于3以下时不会发生报警，蜂鸣器不会发出声音，此时系统绿灯亮红灯灭
(1)烟雾浓度为1时：。