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1、编号： 毕业设计说明书题 目： 基于单片机的智能 火灾报警系统设计 院 （系）： 信息与通信学院 专 业： 电子信息工程 学生姓名： 学 号： 指导教师： 职 称： 工程师 题目类型：理论研究 实验研究 R工程设计 工程技术研究 软件开发 2013年6月5日摘 要随着社会的发展，城市建设的扩大化，电子产品以及各类燃气在人们生活中的使用也越来越广泛，由此引起的火灾也愈加泛滥，使我们的生活环境到处潜伏着火灾隐患。智能火灾报警系统可增强了我们在生活中的安全感，应用于多种场合。本设计课题是基于单片机的智能火灾报警系统，设计一个火灾报警系统，实现遇到火情时能够及时进行声光报警，还可以根据所应用的环境手动
2、设置火灾报警系统的报警条件，即可手动设置火灾报警系统的报警温度的上下限，与可触发声光报警的烟雾浓度等级，并可在显示屏上显示当前温度示数与当前烟雾浓度等级。本文详细介绍了该设计的方案选择以及实用性的完善等问题。整个系统设计分为硬件和软件两部分。硬件部分由STC12C5A60S2单片机主控电路、按键电路、显示电路、报警电路、温度检测电路、烟雾检测电路、电源供电电路、EEPROM存储电路、时钟电路、串口电平变化电路共十个模块组成。系统以单片机STC12C5A60S2为控制核心，采用DS18B20温度传感器与MQ-2烟雾传感器进行数据采集，利用OLED有机发光二极管显示屏进行相关数据显示，并且在使用的
3、市电断电时还可采用备用电源供电，保障智能火灾系统的正常工作。软件部分，采用了C51高级语言进行程序设计，并实现了串口通信与上位机控制功能，使系统具有良好的可控性与灵活性。关键字： 单片机；STC12C5A60S2；智能；火灾报警Abstractwith the development of the society, the expansion of city construction, the use of electronic products and all kinds of gas in peoples life is becoming more and more widely, the
4、 resulting fire also increasingly rampant, make our living environment lurk everywhere fire hazards. Intelligent fire alarm system can enhance our sense of security in life, is applied to a variety of occasions.this design topic is the intelligent fire alarm system based on single chip microcomputer
5、, a fire alarm system design and implementation meet fire can carry on the audible and visual alarm in time, can also according to the application environment of manually alarm condition of the fire alarm system, you can manually set the fire alarm system, alarm temperature of upper and lower limits
6、 and triggers the acousto-optic alarm, smoke concentration level, and on the LCD screen shows the current temperature readings and the smoke concentration level. This paper introduces in detail the design scheme selection and the improvement of the practical problems.the whole system is divided into
7、 two parts of hardware and software design. Hardware part consists of STC12C5A60S2 single-chip microcomputer control circuit, key circuit, display circuit, alarm circuit, temperature detection circuit block, smoke detection circuit, power circuit, EEPROM storage circuit, clock circuit, serial interf
8、ace circuit level changes of a total of ten modules. System with single-chip microcomputer STC12C5A60S2 as control core, using DS18B20 temperature sensor with MQ - 2 smoke sensor data collection, using OLED related data showed that organic light emitting diode display and in the use of spare power s
9、upply when mains power is still can use, security intelligent fire systems normal work. Software part, adopt C51 high level language program design, and implements the serial communication with the upper machine control function, make the system has excellent controllability and flexibility.Key word
10、s：Single chip microcomputer; STC12C5A60S2; Smart; Fire alarm 目 录引言11 基于单片机的智能火灾报警系统的概述21.1 基于单片机的智能火灾报警系统的设计目的21.1.1基本设计目的21.1.2基本设计的实施方案21.1.3增加功能31.2 智能火灾报警系统的组成结构31.3 系统的设计背景与设计意义41.4 火灾探测的方法41.4.1火灾信号的物理特征41.4.2火灾信息的探测方法52 系统主要模块的选择方案论证与比较62.1 单片机的选择62.2 烟雾传感器的选择72.3 系统显示屏的选择83 硬件设计93.1 单片机最小系统9
11、3.1.1STC12C5A60S2单片机的特点93.1.2单片机最小系统设计93.2 温度检测电路103.2.1DSl8B20的特性103.2.2DSl8B20的工作原理103.3 烟雾检测电路113.3.1MQ-2烟雾传感器工作原理113.3.2MQ-2烟雾传感器的特性113.3.3烟雾检测电路的工作过程123.4 显示电路123.5 报警电路133.6 时钟电路133.7 数据存储电路143.8 按键输入电路143.9 电源供电电路153.10 串口电平变换电路154 下位机设计164.1 总设计流程164.2 系统主要模块的驱动程序174.2.1数据存储模块的软件设计174.2.2按键输
12、入模块的软件设计225 上位机控制设计235.1 上位机界面235.2 界面设计及控件的使用245.3 软件程序工作流程图256 软硬件调试及其测试结果分析266.1 硬件调试266.2 软件调试266.3 调试过程中遇到的问题276.4 问题的解决方案276.5 今后完善本系统探测性能的设想277 总结28谢 辞30参考文献31附 录32引言火灾是在时间和空间上失去控制并造成一定危害的燃烧现象，是人类的生活环境中易遭受的威胁之一。人们一直以来都在寻找各种有效的方法去发现和扑灭火灾，以求最大限度的减少火灾所造成的损失。大量的火灾案例说明，火灾的早期报警，准确预报是预防火灾，及时扑灭火灾，降低火
13、灾损失的一种有效手段，发现越早，扑救越及时，火灾造成的危害就越低。自古以来，人类从来就没有疏忽对于各种危险的防范，火灾这样一种可以给人类、给环境带来重大危害的灾害自然也没有被忽视过，从最初期的用人来巡夜的方式给火灾预警，到后来的非认为火灾预警，人们防火的方式逐渐进步。人口的大量聚集，建筑、财产和商业的相对集中，加重了一旦发生火灾所造成的危害，如果在火灾发生的初期就能及时发现并扑灭，便可以大大减少火灾造成的损失。随着人们生活水平的提高。人们对住宅的居住环境的要求不断提高，除了绿化、房屋结构、人文环境之外，更崇尚追求高科技的生活方式。高质量的生活要求，使得人们开发了许多电力、燃气设备设施，没有电与
14、燃料的生活是人类目前无法想象也完全不能适应的生活。与此同时，现代计算机技术、通讯网络技术和自动控制技术的飞速发展又为人类实现更加理想化的生活提供了可能，对智能火灾报警系统的需求就运应而生了。智能火灾报警系统是将温度传感器与烟雾传感器作为火灾的探测器，能够在火灾初期，将燃烧产生的火灾特征信号如烟雾、有毒气体、温度等物理量，通过火灾探测器转变成电信号，传输到智能火灾报警系统的单片机主控单元，然后系统进行声光报警，并在OLED显示屏上显示火情，使人们能够及时发现火灾，扑灭初期火灾，最大限度地减少因火灾造成的生命和财产的损失。随着我国经济的高速发展，城市建设的日趋完善，智能火灾报警技术越来越广泛地应用
15、在高层建筑和大型公共活动场所中。传统意义上的“火灾自动报警系统”会因为人为因素而导致漏报、误报，从而延误灭火时机，造成火势蔓延，带来很大损失。因此，建立快速而准确的智能火灾报警系统十分有必要。智能火灾报警系统作为早期探测火灾、将火灾遏制在萌芽状态的重要设备，是实现防消结合，预防为主的消防策略的重要手段。火灾报警系统经历了从无到有、从简单到复杂的发展过程，其智能化程度也越来越高，对可靠性的要求也越来越高。火灾报警系统的可靠性一直是困扰人们的重大问题，误报造成人们对火灾报警系统火灾报警的麻痹；漏报将失去火灾报警系统应有的作用，使火灾不能在未造成较大灾害前及时扑灭。为了提高火灾报警系统的可靠性，人们
16、在努力提高现有探测器的精度。而本设计的智能火灾报警系统的优势在于其本身的高灵敏度的火灾探测器（DS18B20温度传感器与MQ-2烟雾传感器）能够迅速探测火情，减少其误报率，使用节能清晰的OLED发光二极管显示屏与声光报警相结合的报警方式，是人们能够更迅速更方便直观的了解火情，控制火情，做到防患于未然。1 基于单片机的智能火灾报警系统的概述 1.1 基于单片机的智能火灾报警系统的设计目的1.1.1基本设计目的1、 以单片机作为主控制单元，利用LED或液晶屏显示采集的温度与烟雾浓度等级；2、 采用DS18B20芯片作为数字温度传感器采集温度；采用火灾烟雾传感器采集烟雾浓度；3、 实现人为报警和取消
17、报警即手动报警功能；4、 实现手动设置报警温度；5、 实现当环境的温度超过报警温度，系统就会通过声、光进行报警；6、 当市电掉电时，系统仍然能正常工作、报警；7、 系统实现可接串口PC机，实现上位机控制（选做）。1.1.2基本设计的实施方案当今的火灾报警方式与报警设备多种多样，本设计以高可靠性与低功耗性为设计出发点，使用了此方案：以单片机作为该智能火灾报警系统的主控单元，具体实现过程如图1.1所示。烟雾传感器与温度传感器分别对空气中的烟雾与温度进行采样，然后将数据传至单片机主控单元，期间，烟雾传感器的采样值要通过A/D转换器，将模拟信号转换为数字信号；再由单片机主控单元控制声光报警系统报警，并
18、控制OLED显示屏显示当前温度与烟雾浓度等级；同时，系统可与PC机相连接，实现串行通信，显示上位机控制界面。 PC上位机烟雾传感器温度传感器A/D转换器电平转换器STC12C5A60S2单片机主控单元OLED显示电路声光报警电路按键电路图1.1 系统设计框图1.1.3增加功能本系统主要是针对各类工作生活场合设计的更方便灵活的火灾报警系统，在该设计原有的基本要求上，附加了存储功能与时钟功能，完善了该设计原来的一些不足之处，使该设计更加的智能化，更方便使用。1、存储功能本智能火灾报警系统在软件设计时会设置一个初始的温度上下限值和会触发声光报警的烟雾浓度等级，当整个系统通电开始工作时，系统的OLED
19、显示屏上会默认显示软件里所设置的温度上下限和触发声光报警的烟雾浓度等级。使用者要根据使用环境的实际情况，手动设置系统需报警的温度的上下限与可触发声光报警的烟雾浓度等级，若设置好相应参数的上下限后，系统断电（虽然这样的情况发生的概率很低，但是不能完全排除发生的可能），则已设置好的参数值丢失，系统再次通电时，OLED显示屏上会显示系统默认的温度上下限与触发声光报警的烟雾浓度等级。若增加了存储功能，则当智能火灾报警系统断电时，系统就会储存好断电前所手动设置的温度上下限值和触发声光报警的烟雾浓度等级，当系统再次通电时，其OLED显示屏上所显示的就不是系统默认的温度上下限与触发声光报警的烟雾浓度等级，而
20、是断电前手动设置的温度上下限值和触发声光报警的烟雾浓度等级。这样很大程度上方便了智能火灾报警系统的转移，与系统突然断电后的继续使用。2、时钟功能时钟功能在本系统里是一个较为实用的功能，该时钟功能能够在OLED显示屏上显示年、月、日，时、分、秒，以及星期数，可以让使用者在使用该系统的时候随时了解具体时间。1.2 智能火灾报警系统的组成结构整个智能火灾报警体统由硬件部分与软件部分组成，图1.2是整个智能火灾报警系统的结构组成。其中，硬件部分由STC12C5A60S2单片机主控电路、按键电路、显示电 图1.2 智能火灾报警系统组成结构图路、报警电路、温度检测电路、烟雾检测电路、电源供电电路、EEPR
21、OM存储电路、时钟电路、串口电平变化电路共十个模块组成。软件部分由上位机与下位机组成，上位机能够让我们在PC机上监控智能火灾报警系统的工作情况，方便远距离监控火情，下位机能够让整个系统实现显示温度、显示烟雾浓度等级、进行声光报警、存储数据、显示时间、进入菜单等功能。1.3 系统的设计背景与设计意义火灾是世界上发生频率较高的一种灾害，几乎每天都有火灾发生。据联合国“世界火灾统计中心(WFSC)2000统计资料”，全球每年大约发生火灾600万至700万次，全球每年死于火灾的人数约为65000至75000人。其中，欧美地区发生的火灾较多，死亡人数却相对较少，这与欧美发达国家的生活水平以及消防技术和设
22、施有关;相比较而言，亚洲地区发生火灾次数较少，但死亡人数较多，这与亚洲经济发展程度不高、消防设施不完善等因素有关。据统计，我国70年代火灾年平均损失不到2.5亿元，80年代火灾年平均损失接近3.2亿元。进入90年代，特别是1993年以来，火灾造成的直接财产损失上升到年均十几亿元，年均死亡2000多人。随着经济和城市建设的快速发展，城市高层、地下以及大型综合性建筑日益增多，火灾隐患也大大增加，火灾发生的数量及其造成的损失呈逐年上升趋势。一旦发生火灾，将对人的生命和财产造成极大的危害。严峻的事实证明，随着社会和经济的发展，社会财富日益增加，火灾给人类、社会和自然造成的危害范围不断扩大，它不仅毁坏物
23、质财产，造成社会秩序的混乱，还直接危胁生命安全，给人们的心灵造成极大的伤害。残酷的现实让人们逐渐认识到监控预警和消防工作的重要性，良好的监控系统和及时的报警机制可以大大降低人员的伤亡，为社会减少不必要的损失。智能火灾报警系统就是为了满足这一需求而研制出的，并且其自身的技术水平也在随着人们需求的不断地提高，在功能、结构、形式等方面不断地完善。智能火灾报警系统能迅速监测火情，可发现人们不易发觉的火灾早期特征，可将火灾带来的生命财产损失降到最低限度。火灾发生的早期，会使得燃烧物质分解，析出大量的有毒气体CO，人们可能在毫无察觉火情的情况下就发生了CO中毒，从而无力逃生，火灾自动报警系统可监测到CO浓
24、度的变化，为人们提供CO浓度超标报警信息，通知人们及时疏散。智能火灾报警系统能对火灾进行实时监测和准确报警，有着防止和减少火灾危害、保护人身安全和财产安全的重要意义，有着很大的经济效益和社会效益。1.4 火灾探测的方法1.4.1火灾信号的物理特征1、烟雾火灾在发生的初期一般会释放出烟雾颗粒，通常粒径在0.0310lam。在通常情况下烟雾颗粒的出现都会比火焰或者是高温要早，所以烟雾是火灾早期最为重要的参量之一。火灾烟雾通常是有以下三类物质组成，气体燃烧产物，未完全燃烧的液体，固体分解生成物和冷凝物微小颗粒，未燃的高温可燃蒸汽和由于对流卷吸混入的大量空气。火灾烟雾的产生依赖于可燃物的种类及其性质、
25、燃烧条件以及产生烟雾的燃烧状况，即明火燃烧、热解或阴燃，从而影响着烟雾颗粒的生成速率、成分及尺度等特性。火灾发生时所生成烟雾中悬浮颗粒主要是不完全燃烧的产物，即由气相成分转化生成的再生粒子。阴燃时生成的烟雾基本上是材料热分解的发分子，它进入空气后可凝聚成较重的高分子组分，形成一种薄雾，在静止的空气中，颗粒的平均直径约为1lam。明火燃烧时产生的颗粒几乎全是固体颗粒，这种颗粒的直径约为0.11um。烟雾的浓度是火灾报警需要探测的烟雾特性之一，它直接反映了烟量的大小、能见度降低的情况和烟雾的危害程度。根据不同的烟雾探测方法会得出不同的数值，因此有多种表示烟雾浓度的方法。粒子数浓度是以单位体积中所含
26、有烟雾粒子的数量来表征烟雾浓度，其单位为m；质量浓度是用单位体积内烟雾的质量，其单位为g/mm；减光率是利用光束穿过烟雾时光强度产生衰减量的百分数来表示烟雾的浓度。2、温度火灾是一种失去控制的燃烧反应，在其孕育、发生、发展的不同阶段，都伴随着热量的产生和温度的升高。在火灾的初始阶段，一方面有大量的烟雾产生，另一方面由于物质在燃烧过程中释放出热量，使得周围环境的温度上升，但是由于普通可燃物质在此阶段燃烧速度缓慢，周围温度的升高速度是比较缓慢的，在火灾的发展阶段，由于燃烧很猛烈，放热的速度很快，室内温度会继续大幅度上升，并且持续高温，最高温度可达11000C左右。3、火焰火灾燃烧的火焰温度通常为9
27、00.14000C，在这个过程中通常会产生大量的炙热微粒，正是这些炙热微粒的存在，使火焰发射出电磁波辐射，包括可见光。火焰辐射包括能量辐射和辐射光谱，在可见光和红外波段都有体现但是红外波段尤其强烈，这是C02共鸣的C02原子团发光光谱。火焰中炙热的发光微粒的集合就勾画出火焰形状，一般火灾中，由于燃烧状况不稳定，火焰边缘通常表锯齿形，切在火灾发展过程中区域增大。火灾火焰具有闪烁的物理特性，这不仅表现在辐射强度以3-30Hz的频率波动，而且也反映在火灾形状的波动上。1.4.2火灾信息的探测方法火灾信息探测是以物质燃烧过程中产生的各种火灾现象为依据，以实现早期发现火灾为前提。分析普通可燃物的火灾特点
28、，以物质燃烧过程中发生的能量转换盒物质转换为基础，可形成不同的火灾探测方法。1、空气离化探测法空气离化探测法是利用放射性同位素释放出Q射线将空气电离产生正、负离子，使得带点腔室内空气具有一定的导电性，在电场作用下形成离子电流；当烟雾气溶胶进入电离室内，比表面积较大的烟雾粒子利用其吸附特性吸附其中的带电离子，产生离子电流变化。这种离子电流变化与烟浓度有直接关系的电信号。采用空气离化探测法实现的火灾烟雾浓度探测般称作离子感烟探测，它对火灾初起和阴燃阶段的烟雾气溶胶检N二IF-常灵敏有效，可测烟雾粒径范围在O.0310微米左右。2、光电探测法光电探测法是根据火灾所产生的烟雾颗粒对光线的阻挡或散射作用
29、来实现感烟式火灾探测的方法。根据烟雾颗粒对光线的作用原理，光电感烟探测法分为减光式和散射式两类：减光式光电感烟探测是根据烟雾颗粒对光线的阻挡作用所形成的光通量的减少量来实现对烟雾浓度的有效探测，散射式感烟探测是根据光散射定律来实现对烟雾的探测。3、热(温度)探测法热探测法是根据物质燃烧释放出的热量所引起的环境温度升高或其变化率大小，通过热敏元件与电子线路来探测火灾。4、火焰光探测法火焰探测法是根据物质燃烧所产生的火焰光辐射的大小，其中主要是红外辐射和紫外辐射的大小，通过光敏元件与电子线路来探测火灾现象。这类探测方法一般采用被动式光辐射原理，用于火灾发展过程中的火焰发展和明火燃烧阶段。5、可燃气
30、体探测法对于物质燃烧初期产生的烟气体或易燃易爆场所泄露的可燃气体，可以利用热催化式元件、气敏半导体元件或三端电化学元件的特性变化来探测易燃可燃气体浓度或成分。2 系统主要模块的选择方案论证与比较2.1 单片机的选择本设计是基于单片机的设计，即需要单片机作为整个系统的主控单元，但是单片机有很多类型，不同类型的单片机有各自的优缺点，下面我们就来比较一下下面两个方案，两个类型的单片机，试看相对于本设计而言，哪款单片机更合适一些。方案一：使用AT89S52单片机。AT89S52是一个低功耗，高性能CMOS 8位单片机，片内含8k Bytes ISP(In-system programmable)的可反
31、复擦写1000次的Flash只读程序存储器，器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存储技术制造，兼容标准MCS-51指令系统及80C51引脚结构，芯片内集成了通用8位中央处理器和ISP Flash存储单元。使用Atmel公司高密度非易失性存储器技术制造，与工业80C51产品指令和引脚完全兼容。片上Flash允许程序存储器在系统可编程，亦适于常规编程器。在单芯片上，拥有灵巧的8 位CPU 和在系统可编程Flash，使得AT89S52为众多嵌入式控制应用系统提供高灵活、超有效的解决方案。方案二：使用STC12C5A60S2单片机。STC12C5A60S2/AD/PWM系列单片机是STC生产的单时
32、钟/机器周期(1T)的单片机，是高速、低功耗、超强抗干扰的新一代8051单片机，指令代码完全兼容传统8051,但速度快8-12倍。内部集成MAX810专用复位电路,2路PWM,8路高速10位A/D转换(250K/S，即25万次/秒)，针对电机控制，强干扰场合。方案比较：AT89S52单片机是比较传统型的单片机，应用比较广泛，但是随着电子产业的发展，这款芯片的性能逐渐的显示出它的不足之处。与STC12C5A60S2单片机相比，AT89S52单片机没有内置A/D转换电路，而本系统中需要将烟雾传感器的模拟量转化成数字量，若使用AT89S52单片机则要外接一个A/D转换电路，这样就增加了设计成本；并且
33、，相比于STC12C5A60S2单片机来说，AT89S52单片机的功耗要大，制作成本也多，价钱较贵，芯片里集成的模块少，串口下载也没有STC12C5A60S2单片机方便，所以本设计选择了STC12C5A60S2单片机作为智能火灾报警系统的主控单元。2.2 烟雾传感器的选择烟雾传感器作为烟雾检测报警器的信号采集部分，是智能火灾报警系统的核心组成部分之一。由此可见，传感器的选择是非常重要的，直接关系到智能火灾报警系统能否工作。烟雾传感器一种室内安装的探测器，用于检测现场环境是否有烟雾以及烟雾的浓度。现在市面上使用的烟雾传感器主要分为离子式烟雾传感器和气敏式烟雾传感器。那么，现在就来对比一下这两种烟
34、雾传感器优劣势，选择一个适合本设计的烟雾传感器。方案一：选择使用NIS-09C离子式烟雾传感器。NIS-09C离子式烟雾传感器属于低功耗、灵敏度高的烟雾传感器，离子感烟探测器探头电路是利用两片放射性物质媚241构成的两个电离室(检测电离室和补偿电离室)及场效应晶体管(EFT)等电子元件组成。其工作原理为：P1和P2是一相对的电极，在电极之间放有a放射源，由于它持续不断地放射出a射线，a粒子以高速运动，撞击空气分子，从而使极扳问空气分子电离为正离子和负离子(电子)，这样电极之间原来不导电的空气具自一定的导电性，使探头电路导通，从而实现探测器感应烟雾的功能。方案二：选择使用MQ-2气敏式烟雾传感器
35、。MQ-2烟气敏式雾式烟雾传感器可用于家庭和工厂的气体泄漏监测装置， 适宜于液化气、丁烷、丙烷、甲烷、酒精、氢气、烟雾的探测，是一种探测范围广泛，灵敏度高，相应速度快使用寿命长，稳定性高的烟雾传感器。方案比较：火灾烟雾是由气、液、固体微粒群组成的混合物，具有体积、质量、温度、电荷等物理特性。NIS-09C离子式烟雾传感器是通过相当于烟敏电阻的电离室引起的电压变化来感知烟雾粒子的微电流变化装置。当烟雾粒子进入电离室，改变了电离室空气的电离状态，从而宏观表现为电离室的等效电阻增加引起电离室两端的电压增大，由此来确定空气中的烟雾状况。MQ-2气敏式烟雾传感器可探测烟雾浓度与空气中某些可燃气体的成分，
36、探测空气中可燃气体的含量，能有效地探测煤气、液化石油气、然气、一氧化碳等多种可燃性气体的微量泄漏。然而，尽管NIS-09C离子式烟雾传感器的性能与灵敏度都较强于MQ-2气敏式烟雾传感器，但是在价格方面，NIS-09C烟雾传感器要比MQ-2烟雾传感器高，体积也较大，相比于MQ-2气敏式烟雾传感器来说，MQ-2气敏式烟雾传感器已经满足低功耗、灵敏度高的探测需求，所以MQ-2气敏式烟雾传感器更适用于本设计的智能火灾报警系统。本设计最终选择使用MQ-2气敏式烟雾传感器。2.3 系统显示屏的选择显示屏作为本系统不可或缺的器件，能够直观的表现智能火灾报警系统的工作情况。因此显示屏的选择也是设计本系统至关重
37、要的环节，下面是两个可选方案的比较与论证。方案一：选择使用LCD1602液晶显示屏。LCD16021602液晶显示屏是一款体积小、厚度薄、重量轻、可背光、无闪烁、无辐射、耗能少，并能够直接与CSMOS电路匹配的显示屏。方案二：选择使用OLED有机发光二极管显示屏。OLED，即有机发光二极管（Organic Light-Emitting Diode），又称为有机电激光显示（Organic Electroluminesence Display, OELD）。是基于有机材料的一种电流型半导体发光器件，它是主动发光器件。因为具备轻薄、省电等特性，这种显示设备如今在MP3播放器上得到了广泛应用。方案比较
38、：OLED有机发光二极管显示屏与目前LCD1602液晶显示屏相比，OLED有机发光二极管显示屏是自主发光，LCD1602液晶显示是背光显示；OLED显示屏视角好，就是无论从哪个角度看，屏幕画面都不会失真，而LCD1602液晶显示屏会有严重的视角问题；OLED厚度可以小于1毫米，仅为LCD屏幕的1/3，并且重量也更轻；并且OLED发光效率更高，能耗比LCD要低。总上所述，本设计选择使用OLED有机发光二极管显示屏作为系统显示屏。3 硬件设计3.1 单片机最小系统3.1.1STC12C5A60S2单片机的特点本次设计采用STC12C5A60S2单片机作为智能火灾报警系统的控制芯片，这是使整个系统工
39、作的基础器件。STC12C5A60S2/AD/PWM系列单片机是STC生产的单时钟/机器周期(1T)的单片机，是高速、低功耗、超强抗干扰的新一代8051单片机，指令代码完全兼容传统8051,但速度快8-12倍。），并且无需专用编程器，无需专用仿真器可通过串口（P3.0/P3.1）直接下载用户程序，数秒即可完成一片。3.1.2单片机最小系统设计本设计采用了STC12C5A60S2单片机作为核心处理器，图3.1是一个典型的单片机最小系统电路，由电源电路、晶振电路和复位电路组成。图3.1 单片机最小系统电源电路：为STC12C5A60S2单片机供电的是一个5V的电源，图3.1中的VCC和GND构成了
40、整个单片机的供电网络。晶振电路：晶振电路为单片机80C51工作提供时钟信号，芯片中有一个用于构成内部振荡器的高增益反相放大器，引脚XTAL1和XTAL2分别是该放大器的输入端和输出端。这个放大器与作为反馈元件的片外石英晶体或陶瓷谐振荡器一起构成自激振荡器。电路中的外接石英晶体及电容C12、C13接在放大器的反馈回路中构成并联振荡电路，系统的晶振电路如图3.1中所示。由于外接电容C12、C13的容量大小会轻微影响振荡频率的高低、振荡器工作的稳定性、起振的难易程度及温度稳定性，如果使用石英晶体，电容的容量大小范围为30pF10pF；如果使用陶瓷谐振，则电容容量大小为40pF10pF。本设计中使用石
41、英晶体，电容的容值设定为22pF。复位电路：复位电路的基本功能是在系统上电时提供复位信号，直至系统电源稳定后，撤销复位信号。为可靠起见，电源稳定后还要经一定的延时才撤销复位信号，以防电源开关或电源插头分合过程中引起的抖动而影响复位。单片机在启动时都需要复位，以使CPU及系统各部件处于确定的初始状态，并从初态开始工作。80C51的复位信号是从REST引脚输入到芯片内的施密特触发器中的。当系统处于正常工作状态时，且振荡器稳定后，如果REST引脚上有一个高电平并维持2个机器周期(24个振荡周期)以上，则CPU就可以响应并将系统复位。单片机系统的复位方式有：手动按钮复位和上电复位，本设计采用的是手动按
42、钮复位。如图3.1中所示，手动按钮复位需要人为在复位输入端REST上加入高电平,采用的办法是在REST端和正电源VCC之间接一个按钮。当人为按下按钮时，则VCC的+5V电平就会直接加到REST端，系统复位。由于人的动作再快也会使按钮保持接通达数十毫秒，所以，设计完全能够满足复位的时间要求。复位电路中S2为手动复位开关，电容C9可避免高频谐波对电路的干扰。3.2 温度检测电路发生火灾的时候，首先伴随着温度的变化。火灾报警系统需要采集外界的温度，根据温度的变化来判别是否发生火灾，因此我们需要温度传感器，系统采用DSl8B20温度传感器。其性能介绍如下。3.2.1DSl8B20的特性DS18B20数
43、字温度计提供9位温度读数，指示器件的温度。其具有单线接口性，即仅需一根口线与MCU连接无需外围元件，由总线提供电源，测温范围为-55125，精度为0.5，九位温度读数，A/D变换时间为200ms，用户自设定温度报警上下限，其值是非易失性的。3.2.2DSl8B20的工作原理DSl8B20的测温原理：内部计数器对一个受温度影响的振荡器的脉冲计数，低温时振荡器的脉冲可以通过门电路，而当到达某一设置高温时振荡器的脉冲无法通过门电路。计数器设置为-55时的值，如果计数器到达0之前，门电路未关闭，则温度寄存器的值将增加，这表示当前温度高于-55。同时，计数器复位在当前温度值上，电路对振荡器的温度系数进行
44、补偿，计数器重新开始计数直到回零。系统采用DALLAS公司生产的单线数字温度探测器DSl8B20，测量温度范围为-55至+125，在-10至+95范围内精度为0.5。它可把温度信号直接转换成串行数字信号供微机处理，对它读信息或写信息，仅需要一根口线。读写及温度变换功率来源于数据总线，总线本身也可以向所挂接的DSl8B20供电，而无需额外电源。对DSl8B20的使用，多采用单片机实现数据采集。处理时，将DSl8820信号线与单片机一位口线相连，系统对DSl8B20的操作以ROM命令和存储器命令形式出现。如果只有一片DSl88B20，可用此命令读出其序列号，若在线DSl8B20多于一个，将发生冲突
45、。DSl8B20温度探测器的检测电路如图3.2所示。 图3.2 温度检测电路3.3 烟雾检测电路烟雾传感器及单片机是可燃烟雾检测报警器的两大核心，根据报警器功能的需要，选择合适、精确、经济的烟雾传感器是至关重要的，故而本设计采用MQ-2气敏式烟雾传感器采集烟雾信息。3.3.1MQ-2烟雾传感器工作原理MQ-2型烟雾传感器属于二氧化锡半导体气敏材料，属于表面离子式N型半导体。当处于200300温度时，二氧化锡吸附空气中的氧，形成氧的负离子吸附，使半导体中的电子密度减少，从而使其电阻值增加。当与烟雾接触时，如果晶粒间界处的势垒受到该烟雾的调制而变化，就会引起表面电导率的变化。利用这一点就可以获得这
46、种烟雾存在的信息，烟雾浓度越大，电导率越大输出电阻越低。3.3.2MQ-2烟雾传感器的特性MQ-2烟雾传感器属于气敏传感器，是气-电变换器，它将可燃性气体在空气中的含量(即浓度)转化成电压或者电流信号，通过A/D转换电路将模拟量转换成数字量后送到单片机，进而由单片机完成数据处理、浓度处理及报警控制等工作。3.3.3烟雾检测电路的工作过程如图3.3所示，烟雾信号采集电路由烟雾传感器和模拟放大电路组成，将烟雾信号转化为模拟的电信号。模数转换电路将从烟雾检测电路送出的模拟信号转换成单片机可识别的数字信号后送入单片机。即首先，传感器送来的烟雾浓度对应的微小的电压信号经过放大，转化成较大的电压信号送入S
47、TC12C5A60S2单片机；然后，在SSTC12C5A60S2单片机内A/D转换、浓度比较，对数据进行线性化处理，并对处理后的数据进行分析，是否大于或等于某个预设值(也就是报警限)，如果大于则启动报警电路发出报警声音，反之则为正常状态；最后，为方便检测与监控，使仪器测试人员及用户能够直观地观察到环境中的可燃烟雾浓度值，将实际可燃性气体浓度送入液晶，并判断浓度值是否超出报警限，当浓度处于正常状态绿灯不亮，当烟雾浓度超出设定的限定值时，发出声音报警并伴随绿灯闪亮，变化的光信号可以引起用户注意，弥补嘈杂环境中声音报警的局限。另外由于烟雾传感器需要在加热状态下工作，温度越高，反应越快，响应时间和恢复时间就越快。为提高响应时间，保证传感器准确地、稳定地工作，报警器需要向烟雾传感器持续输出一个0V5V的电压。 图3.3 烟雾检测电路3.4 显示电路有机电激发光二极管（Organic Light-Emitting Diode，OLED）由于同时具备自发
