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1、毕 业 设 计基于单片机的智能楼宇火灾报警系统摘 要火灾是发生频率较高的灾害之一，在任何时间、任何地区都可能发生。随着社会经济的发展，建筑物、构筑物应用材料变的多样性，易燃材料增加，再加之人们生活环境和生活方式的改变，火灾的危害性日益增加，火灾造成的人员伤亡逐渐增多、经济损失大幅增加。尤其是近几年来，高层建筑大量增加，一旦发生火灾，灭火的难度更大。而一套完整的火灾自动报警系统是高层建筑发生火灾时人们生命财产的有利保障，是能否快速准确地发现火情，把火灾扑灭在萌芽状态的关键所在。针对目前火灾发生的特点和现状，进行较为系统的需求分析，给出火灾自动报警系统的总体设计、功能模块设计与实现。本文设计了一种
2、智能楼宇火灾报警系统，它主要是由AT89S52单片机、18B20温度传感器和MQ-2烟雾传感器组成。这个系统可实时监控楼道和房间的温度和烟雾等级，当监控的环境温度或者烟雾超过设计值时，系统会产生声光报警，及时提醒人们。即使当传感器发生故障，也可人为的按下紧急报警按钮，从而使人们早发现火灾。这个系统的是可以根据不同的环境设定所需要的报警值，同时具有价格低廉、易于安装等特点。关键词：火灾报警 ；AT89S52单片机 ；18B20温度传感器 ；MQ-2烟雾传感器ABSTRACTFire is a kind of high frequency. At any time, any region coul
3、d occur. With the development of social economy, the buildings, fixtures used materials of industry, the diversity and the development of science and technology, and increased flammable materials, people living environment and lifestyle changes, increasing the risk of fire, the fire caused casualtie
4、s and economic loss increases gradually, especially in recent years, a large increase in high-rise buildings, once the fire extinguishing, the more difficult. And a complete set of automatic fire alarm system is the high-rise building fires the lives and property of the people, is advantageous safeg
5、uard that fire could quickly and accurately, a fire in the bud.This design is aiming at characteristic and status of automatic fire alarm system, combining with a systematic demand analysis. The study gives design and realization of overall design and function module design of automatic fire alarm s
6、ystem.This is a intelligent building fire alarm system, which is mainly composed of AT89S52 SCM, temperature sensor 18B20 and smoke sensor MQ-2. This system can real-time monitor the corridor and room temperature and smoke level, when monitoring ambient temperature or smoke more than the design valu
7、e, the system will generate audible and visual alarm, timely reminder. Even when sensor faults occur, can also be pressed the emergency alarm button, so that people first discovered fire. This system can be based on different environment setting alarm required, also has the advantages of low cost, e
8、asy installation features.Key Words：Fire alarm； AT89S52 microcontroller； 18B20 temperature sensor ； MQ-2 smoke sensor目 录1 绪论11.1课题研究背景及意义11.2课题研究现状与发展趋势11.3本文的主要工作22 火灾自动报警系统的总体设计42.1需求分析与总体设计42.1.1火灾自动报警系统的需求分析42.1.2火灾自动报警系统的总体设计42.2单片机的选用及其特性52.2.1单片机的选用52.2.2 AT89S52的特性52.3火灾报警探测器的分类和性能比较92.3.1火灾
9、报警探测器的分类92.3.2火灾探测器的性能比较92.4工作流程设计103 系统功能模块的设计与实现123.1火灾检测模块的设计与实现123.2液晶模块的设计与实现203.3声光模块设计与实现233.4电源模块设计与实现234系统功能模块的软件设计与实现244.1温度检测模块软件设计与实现244.2烟雾检测模块软件设计与实现275系统测试306结 论316.1工作总结316.2系统功能的改进与完善31参考文献32附录一：硬件电路图33附录二：程序清单2致 谢45中文翻译及英文原文1 绪论1.1课题研究背景及意义火灾是人们普遍关注的灾难性话题，它是发生频率比较高的一种灾害，在任何时间、任何地区都
10、有可能发生。例如，2010年11月15日，上海余姚路胶州路一栋高层公寓楼发生火灾，大火导致58人死亡、70人受伤，并且造成重大的财产损失。由于现在的住宅楼、宾馆、大型商场、图书馆、博物馆和办公楼等越来越多越来越密集，这就对火灾报警和自动灭火系统提出了更高的要求。自动火灾报警系统己经成为必不可缺的保护装置。设置功能完善的消防设施，对保障人民生命财产的安全，无疑是非常重要的。而家庭使用天然气和用电电量的大幅增加，这是住宅楼房发生火灾的频率增高的重要原因。许多人因不懂家庭安全常识引起火灾事故，使好端端的幸福家庭转眼间毁于一旦，有的甚至导致家破人亡，而且一旦发生居民家庭火灾，处置不当、报警迟缓，是造成
11、人员伤亡的重要原因。所以说，人们应该积极了解家庭火灾的主要起因，掌握防止发生火灾的知识和万一发生火灾时保护自己的方法，及时消除隐患。火灾作为损害人们的生命和财产安全的大敌，引起人们的极大重视。万一发生了火灾，很有可能将人的生命财产造成极大的危害，于是人们急需要寻找到及时火灾报警的方法，用来快速控扑灭火灾，使损失降到最小。依据人们的需求，研制出来了火灾自动报警系统。目前对火灾报警系统的要求越来越高，加之科学技术水平的提高。火灾报警系统越来越完善，并向智能化方向进步。1.2课题研究现状与发展趋势早期的火灾预防和警示都是通过人为的办法。例如通过巡逻的方式，当一个人发现火灾时，他通过喊话或者敲锣的方式
12、通知其他人来灭火。随着时代和科学的进步，人们逐渐会使用仪器代替巡逻的方式监视火灾，如果仪器发出火灾报警信号，人们就可在第一时间组织人力去灭火，来达到减少损失。这就是现在火灾报警系统的前身。火灾报警系统，从发展历程上来说，大至可分为三个阶段：第一阶段：多线型火灾自动报警系统。每个传感器除需要两根电源线以外，还必须要有一根报警信号线，传感器的电源由报警模块提供，传感器的信号线与报警显示装置相连接，当某个传感器发现异常情况时，系统会点亮相应的报警指示灯。像日本“日探”公司早期生产的CPF自动火灾报警系统，这类系统的主要功能是以报警，或再加一些简单的联动装置，例如驱动警铃、显示装置等，其报警器对外围传
13、感器不具备故障检测功能，只能对电源线的断路做出故障反应，这类系统的缺点是安装比较繁琐和校验工作量特别大。第二阶段：总线型火灾自动报警系统。这类火灾自动报警系统采用功能比较强微处理器控制，像单片机。按其线制分，可分为四线制、三线制、二线制。传感器和各个模块均采用地址编码方式，通过总线与控制器的方式实现信号传送，其传感器的报警形式是开关量，它的灵敏度是由硬件的条件决定的，不具有调节性，这类报警系统可现场进行编程，使各种模块对各联动装置实施较为复杂的控制，这类系统已具有自身检测以及对外围装置的故障检验等功能，最大的缺点是对故障的类型难以区别出来。目前，国内大多数生产商生产的火灾自动报警系统是此类产品
14、，正是由于这类系统具有较好的检测和控制功能，再加上施工、安装比较简单和价格比较低，所以人们大量使用这类产品。第三阶段：智能型火灾自动报警系统。由于先进的计算机控制技术应用到火灾报警系统，使火灾报警系统的智能化水平有了质的飞跃。传感器的报警形式由过去的开关量到现在的数字量。智能化带来的很大的优势，人们可以对其灵敏度依据使用环境不同进行设定和调整。如对环境变化大的建筑，传感器灵敏度要相对低一些，对环境变化不大或非常重要的场所，灵敏度要相对高一些。现在一些发达国家，他们已经建立起完善的消防体系，一套完整的消防体系包括火灾预防、报警、扑救、灾后处理等。这都需要政府拨出专项金用于消防设备的维护和更新。像
15、美国、德国、法国等国家他们这方面做的更完善。他们采用用户终端传感器或者用户终端信号采集器与计算机相相连接，对环境实时监控以及故障远程传输。我国对火灾自动报警系统的研究比较晚，从上世纪70年代我国才从国外引进和生产这类产品。即使到80年代后，国内多数厂家也停留在模仿国外产品，或是部分厂家引进国外的先进技术进行生产，但我们并没有实际意义上的核心技术。在当时市场也是刚刚开始发育，人们并不太了解此类产品。到了90年代以后，随着改革开放的力度逐渐增加，城镇化越来越快，带动我们对火灾报警系统产品需求增加。所以说火灾报警产品到了快速发展的阶段，同时国外企业看到了商机，开始大量涌入中国消防市场，带来先进技术的
16、同时也促进了市场的逐步成熟。这时期，我国生产火灾报警产品的厂家也进入了快速发展时期，部分厂家进行了合资生产、技术合作等措施取得了很好的成绩。最重要的是我国的科研人员的辛勤付出，使得我们在部分技术已经接近了发达国家水平。相信用不了多久，我们也一定能达到国际领先的水平。1.3本文的主要工作本文主要做了如下工作。1研究与分析了自动火灾报警系统的发展状况，并提出智能楼宇火灾报警系统的总体设计方案。2对智能楼宇火灾报警系统进行了需求分析，根据分析结果选择系统的核心器件。建立了AT89S52单片机为核心的系统。3设计并且实现了各个功能模块。如火灾检测模块、液晶显示模块、声光报警模块等其他模块，并进行不同方
17、案间的比较，最终做了合理选择。在应用AT89S52单片机的基础上，完成了系统流程图的制定，程序的编写、硬件电路的设计和原理图的绘制，以及PCB板的制作、调试与通信。4对智能楼宇火灾报警系统进行的总体调试及系统测试，总结了调试中出现问题，并相应的找到解决办法，经过努力最后完成了火灾检测模块、液晶显示模块、声光报警模块等其他模块。系统测试表明，该系统达到设计时的各项要求，能够满足智能楼宇的火灾预警需要。2 火灾自动报警系统的总体设计在这个章节中，首先指出本设计的需求分析、设计思路与采用的技术路线，给出系统的总体框架；其次，介绍本设计所采用单片机及其所具有的特性；最后，介绍相关火灾报警探测器的分类和
18、性能比较。2.1需求分析与总体设计本节包括火灾自动检测系统的需求分析和总体框架设计，给出了总体系统框图和初步实现方法。2.1.1火灾自动报警系统的需求分析根据火灾自动报警系统的使用需求，减少甚至是避免火灾的产生，设计的火灾自动报警系统，可以有效的降低火灾的产生、蔓延；当火灾自动报警系统的传感器连接成网络，形成传感器网络时，更能将整个被控对象完全监控，达到实时的监控效果，人们生活环境的安全也就能够得到了保障。所以，有效地及时的火灾报警系统能够减少人们生活环境的危险性。火灾报警系统应具备以下几个指标：楼层火灾检测、温度和烟雾参数显示、发现火灾报警等功能。2.1.2火灾自动报警系统的总体设计本文设计
19、采用自顶向下的设计方法，将本系统的功能进行了合理的划分，使其每一部分分别完成较小的任务，形成应用系统常用的结构形式积木式结构框架，有利于功能的扩大和更换，能够增加了系统的灵活性。鉴于对火灾自动检测功能的分析，本系统利用AT89S52单片机作为核心控制器。其总体结构框图如图2-1所示。图2-1 火灾自动报警系统基本框架图按照以上的需求分析和设计方式，设计火灾自动检测系统的火灾检测模块、液晶显示模块、声光报警模块等。以下列出了本次设计的各个模块的简单方案比较和初步实现方法。（1）火灾检测模块 由温度传感器DS18B20和烟雾传感器MQ-2组成。由单片机经查询的工作方式，采集楼宇环境的参数，实现实时
20、对外界环境的检测。（2）液晶显示模块 单片机采集到周围环境的参数，通过片内基准电压的比较，用LCD1602显示器显示出相应采集到的数据，使用户能够方便直观的看到周围环境的具体情况。（3）声光报警模块 当环境温度或者烟雾超过预设值时，系统会产生声光报警。2.2单片机的选用及其特性根据系统的性能要求，在综合其他因素，选择适合的单片机。2.2.1 单片机的型号选用本设计采用美国ATMEL公司生产的的AT89S52单片机作为核心处理部件，通过硬件电路与系统软件的结合实现智能楼宇火灾报警系统。MCS-51单片机系列是很早出现的单片机，使用广泛。AT89S52是一种具有功耗低、性能高的8位微控制器，它具有
21、8K内存可编程Flash存储器。利用Atmel公司非易失性存储器技术生产，完全兼容80C51系列单片机。编程方式多样。正是由于它所具有的优势，使得AT89S52单片机系得到广泛应用。AT89S52单片机的具体情况：40个引脚，8k flash片内程序存储器，128 b的随机存取数据存储（RAM），32个双向输入/输出（I/O）引脚，5个中断优先级2层中断嵌套中断，2个16位可编程定时计数器,2个全双工串行通信接口，看门狗（WDT）电路，片内时振荡器。2.2.2 AT89S52的特性AT89S52是一个高效的微型计算机。它的应用范围比较广，可用于解决复杂的控制问题，且成本较低。其结构框图如下图2
22、-2所示。此外，AT89S52设计和配置了震荡频率可为12MHZ，通过软件编程，可把单片机设置为节电模式。在空闲模式时，中央处理器将停止工作，而外围电路仍可正常工作。为了市场的需求，该单片机设计三种封装，它们分别为PDIP、PLCC和TQFP封装。我们常用的是PDIP封装。其PDIP封装如下图2-3。1主要功能特性： （1） 完全兼容51系列单片机指令； （2）有大于1000次重复下载的isp flash ROM；（3）4组I/O双向引脚； （4）4.5-5V工作直流电压；（5）2个16位的定时/计数器； （6）时钟所需频率在0-33MHz之间；（7）空闲低功耗与省电模式；（8）中断唤醒省电模
23、式； （9）3级加密位；（10）看门狗（WDT）电路； （11）软件设置空闲和省电功能； （13）双数据寄存器指针。按照功能，AT89S52的引脚可分为主电源、外接晶体振荡或振荡器、多功能I/O口、控制和复位等。图2-2 AT89S52的结构框图图2-3 AT89S52的PDIP封装图2 单片机端口特性 单片机各个端口的用途各有不同之处，下面具体介绍一下 。（1）多功能I/O口AT89S52共有四个8位的并行I/O口：P0、P1、P2、P3端口，对应的引脚分别是P0.0 P0.7，P1.0 P1.7，P2.0 P2.7，P3.0 P3.7，共32根I/O线。每根线可以单独用作输入或输出。（a）
24、P0端口，该口是一个8位漏极开路的双向I/O口。在设计成输出口时，每根引脚可以带动8个TTL输入负载。当把“1”写入P0时，则它的引脚可用作高阻抗输入。当对外部程序或对存储器进行读取时，P0可用作多路复用的低字节地址/数据总线，在该模式，P0口本身就有上拉电阻。对Flash ROM编程时，P0用于接收代码字节；在校验时，则输出代码字节；此时需要外接上拉电阻的。（b）P1端口，该口是带有内部上拉电阻的8位双向I/O端口，P1口的输出缓冲器可驱动（吸收或输出电流方式）4个TTL输入。对端口写“1”时，通过内部的上拉电阻把端口拉到高电位，此时可用作输入口。P1口作输入口使用时，因为有内部的上拉电阻，
25、那些被外部信号拉低的引脚会输出一个电流。在对Flash编程和程序校验时，P1口接收低8位地址。另外，P1.0与P1.1可以配置成定时/计数器2的外部计数输入端（P1.0/T2）与定时/计数器2的触发输入端（P1.0/T2EX），如表2-1所示。表2-1 P1口管脚复用功能端口引脚复用功能P1.0T2（定时器/计算器2的外部输入端）P1.1T2EX（定时器/计算器2的外部触发端和双向控制）P1.5MOSI（用于在线编程）P1.6MISO（用于在线编程）P1.7SCK（用于在线编程）（c）P2端口，该口是带有内部上拉电阻的8位双向I/O端口，P2端口引脚的输出可以驱动4个TTL输入。对端口引脚写“
26、1”时，端口引脚处在高电平，这时可用作为输入口使用。当P2端口引脚作为输入使用时，因为有单片机内部的上拉电阻作用，那些被外部信号拉低的引脚会输出一个电流。在访问外部程序存储器或16位的外部数据存储器时，P2口送出高8位地址，在访问8位地址的外部数据存储器时，P2口引脚上的内容（就是专用寄存器（SFR）区中P2寄存器的内容），在整个访问期间不会改变。在对Flash编程和程序校验期间，P2口也接收高位地址或一些控制信号。（d） P3端口，该端口引脚是8位双向I/O端口，P3端口引脚的输出能力同P2端口引脚相同。在AT89S52中，同样P3口还用于一些复用功能，如表2-2所示。在对Flash编程和程
27、序校验期间，P3口还接收一些控制信号。(2) RST 复位端口输入引脚。当外部输入为高电平时，单片机才能复位。当外部输入时低电平时，输入是无效的。表2-2 P3端口引脚与复用功能表端口引脚复用功能P3.0RXD（串行输入口）P3.1TXD（串行输出口）P3.2INT0（外部中断0）P3.3INT1（外部中断1）P3.4T0（定时器0的外部输入）P3.5T1（定时器1的外部输入）P3.6WR（外部数据存储器写选通）P3.7RD（外部数据存储器读选通）(4)PSEN 程序存储器允许信号。它用于读外部程序存储器。当单片机在执行外部存储器的程序时，每一个机器周期PSEN奖被被激活2次。在对外部数据存储
28、器的每次读取中，PSEN的2次激活则会被跳过。(5)EA/Vpp 外部存取允许信号。为了确保单片机从地址为0000HFFFFH的外部程序存储器中读取代码，故要把EA接到地端。但是，如果锁定位是1被编程，则EA在复位时被锁存。当执行内部程序时，EA应接到Vcc。在对Flash存储器编程时，这条引脚接收直流12V编程所需电压Vpp。(6)XTAL1 振荡器的反相放大器输入，内部时钟工作电路的输入。(7)XTAL2 振荡器的反相放大器输出。2.3火灾报警探测器的分类和性能比较本设计中，采用一片单片机与多个传感器相结合的方式，将传感器转换的数据与预设值比较，单片机处理后，实现对火灾的自动报警。2.3.
29、1火灾报警探测器的分类目前火灾探测器的种类很多，按照不同的方式有不同的分类方法。根据监测的火灾特性不同，火灾传感器大体可分为感温、感光、感烟、可燃气体和复合等五种类型，各个类型又根据其工作原理的不同而分为若干种。 根据感应器件的结构不同，可细分为：（1）点型火灾探测器。对警戒范围中某一点环境的火灾参数做出响应； （2）线型火灾探测器。对警戒范围中某一线路环境的火灾参数做出响应。 根据操作后是否能复位，可分为：（1）可复位火灾探测器。在产生火灾报警信号的条件不再存在的情况下，不需要更换组件即能从报警状态恢复到监视状态。根据复位的方式不同，又可分为以下三种： (a) 自动复位火灾探测器，能自动地恢
30、复到监视状态； (b) 遥控复位火灾探测器，通过遥控操作能恢复到监视状态；(c) 手动复位火灾探测器，通过手动调节能恢复到监视状态。（2）不可复位火灾探测器。在产生火灾报警信号的条件不再存在的情况下，需调换组件才能从报警状态恢复到监视状态或动作后不能恢复到监视状态。2.3.2火灾探测器的性能比较由于建筑物越来越高和越来越密集，这就要求系统能更准确和更及时地探测火灾发生点，并同时进行报警。这对系统的要求更高了，归根到底是对火灾探测器提出了更高的要求。在设计火灾检测模块时必须要充分考虑火灾探测器的性能、建筑物的状况、火灾的危害。以下就一些常用火灾探测器和应用环境作一简单的对比。 （1）感烟探测器。
31、感烟探测器可划分为离子感烟探测器与光电感烟探测器，其中离子感烟探测器的优点是有很好的早期火灾报警功能，即使在环境恶劣条件的楼房里也有很好的探测效果，它一般应用于高层建筑或者空心花板或者地下室中，感烟探测器仅适合用在火灾早期，产生较大量的烟雾和少量的热汽，没有甚至很少的火焰辐射，但它很大的缺点是不能严格区分出火灾信息与厨房烟、水蒸气正常等信息，因此容易产生失误报警的现象。 （2）感温探测器。感温探测器可划分为三种类型，分别为定温式、差温式和差定温式，使用单一的感温探测器的检测模块，这个模块灵敏度会不高，而且检测测进度很慢，致命的是对阴燃状况没有任何响应，所以误报率很高。（3）气体探测器：气体探测
32、器适合应用于散发可燃气体或者可燃蒸汽的环境。（4）红外火焰探测器和紫外火焰探测器：火焰能够辐射红外线，所以它适合应用在发生火灾时有强烈的火光辐射且要求做出快速相应的场合环境，但它也是有缺点的，对高温物体表面有时也会做出反应。从而产生误报警的情况，会引起人们的恐慌。从以上的介绍中，可以看出不管哪一种火灾探测器都只是有针对性的，有优点也有缺点。缺点可能会导致系统误报警。所以我们在设计火灾检测模块时，一定要解决误报警的情况。为了降低误报警的情况，大致有以下几条解决方案。（1）设计并优化探测器结构，在不同的环境使用适合种类的探测器。（2）通过设计合理的报警识别方法，通过测得的数据信息和大量实验参数先对
33、比，判断是否发生火灾。（3）用多种探测器测检测一点的参数，通过多组数据对比，来判断是否发生火灾。这样一来可以降低误报警。依据上面介绍的几种火灾传感器，这个设计主要采用温度传感器和烟雾传感器来同时检测火灾，来达到降低误报警。2.4工作流程设计火灾自动报警系统由火灾检测模块、液晶显示模块、声光报警模块和单片机组成。工作流程图如图2-4所示。单片机是系统的核心部件，它负责处理数据。它把火灾检测模块所测得数据处理，一方面把他送给液晶显示模块，通过液晶显示模块的液晶显示器显示所测的温度值和烟雾等级；另一方面是与设定值做比较，通过声光报警模块的反应，可知道比较结果。通过系统流程图可知，这个系统利用火灾检测
34、模块上的烟雾和温度传感器来同时检测周围的环境参数。系统工作开始时，要设定报警的温度值和烟雾等级。系统正常工作时，温度传感器和烟雾传感器实时监测环境的参数，一旦监测周围的温度或者烟雾浓度超过设定值时，单片机会对监测模块传来的参数和预设的参数作比较。当高于设定值时，系统会发出报警。当低于设定值时，系统不会产生报警。系统继续正常工作，实时监测环境参数。图2-4 火灾自动报警流程图3系统功能模块的设计与实现本章介绍火灾报警报警系统的各个硬件功能模块设计与实现。火灾自动报警系统的硬件部分共分为四部分：火灾检测模块、液晶显示模块、声光报警模块和电源模块。3.1火灾检测模块的设计与实现根据火灾检测模块提出的
35、控制要求，介绍温度传感器、烟雾传感器和相关选择及其所选择的传感器的特性。传感器是火灾自动报警系统中的敏感元件。在比较小的智能火灾报警系统中，通常用感温、感烟、感光、复合和可燃气体传感器。所常见的是感温和感烟传感器，即温度传感器和烟雾传感器。温度传感器选用DS18B20，烟雾传感器选用MQ-2。下面分别介绍他们的特性及其原理图。1，温度传感器DS18B20数字温度传感器是DALLAS公司生产的1Wire，即单总线元件，它具有线路简单，体积小等特点，因此用它很容易组成一个测温模块。在一根通信线路上，可以挂载很多DS18B20温度传感器，使用十分方便。它能直接输出串行数字信号，而且具有微型化、功耗低
36、、性能高、容易与单片机相连接和抗干扰等优势。像比较与以前生产的热敏电阻，它不需要经过运算放大，就可以直接读出被测环境的温度，并可依据实际需求通过简单的编程编写来实现多位的数字值读取，而且从DS18B20读出的数据或写入DS18B20的数据仅需要一根线路读写，DS18B20的温度变换功率来源于数据总线，所以不需要额外电源。因此，使用DS18B20可使系统结构简单，可靠性高。并且性价比很高。通过下面的数字式DS18B20温度传感器与模拟式AD590温度传感器比较就可知。如下表3-1。DS18B20是数字温度传感器，使用DS18B20线路简单，编程容易，测量温度精度虽然没有AD590高，但是AD59
37、0还需要其它辅助电路，线路复杂，编程难度大。所以本设计选用DS18B20来做温度传感器。DS18B20主要性能指标：(1)电压试用范围宽，电压范围：3.05.5V。 (2)单总线接口电路，DS18B20温度传感器在与单片机组成系统时，只需要一条电缆线即可完成单片机与DS18B20传感器的双向信息传递；(3)DS18B20具有多点组网能力，数个DS18B20温度传感器通过并联在一个三线上，就可完成组网实现多点实时测温；表3-1 DS18B20与AD590比较器件选择优点缺点AD590线性优良性能稳定无需补偿抗干扰能力强需要模拟转数字电路成本较高精确度低电路繁多对线阻有要求DS18B20开发电路简
38、单成本低精度高单总线可连接多个温点信号线距离远测温范围小 (4)测量的参是数字温度参数，不需要再进行模数转换。以一线总线串行传送给CPU，同步传输CRC校验码。使模块有很高的抗干扰纠错能力。(5)温度范围55125，在-10+85时精度为0.5；(6)DS18B20在设计时不用添加其他元器件，DS18B20温度传感器在生产时就把所需要的传感元部件和转换电路集成在一起了，它的形状像三极管；(7)可编程分辨率为912位，所对应的可分辨温度有四个等级，分别是0.5、0.25、0.125和0.0625。能组成精度较高的测温模块；(8)在9位分辨率时，可最长耗时93.75ms可以把温度值转换为数字量，1
39、2位分辨率时，最长耗时750ms把温度值转换为数字量，而且速度更快；负压特性：即使当电源极性反接时，芯片不不会因为发热而烧坏，但是无法正常工作。引脚功能：如图3-1所示。图3-1 DS18B20引脚和SOSI封装图其中：（1）GND为电源地；（2）I/O为数字信号输入/输出端；（3）VDD为外接供电电源输入端（在寄生电源接线方式时接地）图3-2 DS18B20接口电路图上图3-2所示的是DS18B20与单片机连接的原理图，由于DS18B20是数字温度传感器，它的信号是数字信号，不需要进行数模转换，而且它与AT89S52采用的是串行数据传送，所以直接连接到AT89S52的I/O接口P3.3上，A
40、T89S52能够直接读出数据。DS18B20温度传感器具有测量温度电路简单、容易连接、测量精度较高、需要数据传输线少等其他优势，但在实际设计应用中，以下几个问题值得注意。（1）虽然硬件设计简单，但软件编写比较繁琐，由于DS18B20温度传感器与单片机之间的数据传输采用串行方式，所以，在对它进行软件编程编写时，一定要保证时序的正确，否则单片机将不能读取测量的结果。在使用C语言进行系统程序设计时，对DS18B20温度传感器的操作用，汇编语言进行编写。 （2）在有关DS18B20温度传感器的大量资料中，很难找到提到单总线上的挂载能力，这会使我们误以为单总线的挂载能力很强，甚至可以挂载无数个。其实则不
41、然。单总线上挂载超过8个DS18B20时，就需要我们解决单片机的总线驱动问题。如果设计挂载数量较多时，那就一定要注意了。（3）连接DS18B20的单总线的电缆长度不是无限的。大量的试验表明，当总线采用普通电缆时，其电缆长度最好不要超过50米，当普通电缆选用超过50米时，单片机很难读准测量值。当总线改为带屏蔽双绞线时，在150米内的范围内可以正常通讯，当采用更为复杂的双绞线时，正常通讯距离会更进一步延长。总线分布电容使信号波形产生畸变是造成这种情况的主要原因。所以，在用DS18B20设计远距离测温模块时，要充分考虑总线分布电容和阻抗匹配问题。（4）在DS18B20测温程序设计中，向DS18B20
42、发出温度转换命令后，程序总要等待DS18B20的返回信号，一旦某个DS18B20接触不良或接线断开，在程序读这个DS18B20温度传感器时，将读取不到信号，程序接着进入死循环。在进行DS18B20温度传感器硬件焊接和软件程序编写时时一定要高度的重视。2、烟雾传感器半导体烟雾传感器包括用氧化物半导体陶瓷材料作为敏感体制作的烟雾传感器以及用单晶半导体器件制作的烟雾传感器。按敏感机理分类，可分为电阻型和非电阻型。半导体气敏元件也有N型和P型之分。N型在检测时阻值随烟雾浓度的增大而减小；P型阻值随烟雾浓度的增大而增大。半导体气敏传感器的分类如表3-2所示。表3-2半导体气敏传感器的分类 所利用的特性工
43、作温度表面电阻控制器300450C。表3-2半导体气敏传感器的分类类型所利用的特性工作温度代表性被检测气体电阻型电阻表面电阻控制器300450C可燃性气体体电阻控制器300450C700C以上乙醇、可燃性气体非电阻型二极管整流特性室温200CH2、CO、乙醇晶体管特性150CH2、H2S这个系统采用的是MQ-2烟雾传感器，它属于半导体气敏材料，并且还是表面离子式N型半导体。当他加热到200300C温度时，二氧化锡会吸附空气中的氧，从而形成氧的负离子吸附，导致半导体中的电子密度大量减少，从而引起其电阻增加。当它与烟雾接触时，如果晶粒间界处的势垒受到该烟雾的调制而变化，就引起表面电导率的变动。正是
44、利用这一特点，就可以轻易获得烟雾存的具体信息。遇到可燃烟雾（如CH4等）时，原来吸附的氧脱附，而由可燃烟雾以正离子状态吸附在二氧化锡半导体表面；氧脱附放出电子，烟雾以正离子状态吸附也要放出电子，从而使二氧化锡半导体导带电子密度增加，电阻值下降。而当空气中没有烟雾时，二氧化锡半导体又会自动恢复氧的负离子吸附，使电阻值升高到初始状态。这就是MQ-2型可燃性烟雾传感器检测可燃烟雾的基本原理。MQ-2型传感器的结构图如图3-3所示，其外观如图3-4所示。图3-3 MQ-2型传感器的结构图 图3-4 MQ-2型传感器的外观图MQ-2型传感器的特性及主要技术指标 (1)MQ-2型传感器的一般特点 (a)M
45、Q-2型传感器对天然气、液化石油气等烟雾有很高的灵敏度，尤其对烷类烟雾更为敏感。 (b)MQ-2型传感器具有良好的重复性和长期的稳定性。初始稳定， 响应时间短，长时间工作性能好。 （c）MQ-2型传感器具有良好的抗干扰性，可准确排除有刺激性非可燃性烟雾的干扰信息，例如酒精和烟雾等。(d)电路设计电压范围宽，24V以下均可；加热电压50.2V。(2)MQ-2型传感器的基本特性 (a)灵敏度特性 烟雾传感器在最佳工作条件下，接触同一种烟雾，其电阻值RS随气 浓度变化的特性称之为灵敏度特性，用K表示。 K=RS/R0 （3-1）(3-1) 式中，R0为烟雾传感器洁净空气条件下的电阻值，RS为烟雾感器
46、在一定浓度的检测烟雾中的电阻值。 虽然对于不同的烟雾，器件灵敏度特性K的值也会各有差异，但是它们都遵循同一规律，log RS = m logC + n (3-2)(3-2)式中，m为器件相对烟雾浓度变化的敏感性，又称烟雾分离能，对于 烟雾，m值为1/21/3；C为检测烟雾的浓度。n为与检测烟雾，器件材料有关，并随测试温度和材料中有无增感剂而有所不同。 (b)初期稳定特性 当烟雾传感器模块长时间不通电工作时，如果想要在用此模块，开始通电时，模块不能正常工作。原因是烟雾传感器不能在没有预热的情况下正常工作。因为MQ-2烟雾传感器不通电时，其中的二氧化锡会吸附附近的水蒸气，当要再次通电时需要预热一段时间，让吸附在二氧化锡上的水蒸气蒸发干，这时气敏电阻才可正常工作。再通电工作时气敏电阻值达到稳定时所需
