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1、中科毕业备女f;题目：基于单片机的智能火灾报警系统的设计与制作此为Word版本，下载后可直接复制粘贴，需要的可以放心下载基于单片机的智能火灾报警系统的设计与制作摘要目前国内均在大型建筑上安装火灾报警系统，市场上流动的火灾报警系统也较适合大型建筑。随着社会的进步和人们生活水平的提高，火灾报警系统的需求日益增加，越来越多的普通家庭需要小型实用的智能火灾报警系统。而为了解决这一问题，本文开发了一种智能型火灾报警系统，该系统利用烟雾传感器、模数转换器、温度传感器和GSM模块等设备来监测火灾预警信号，一旦检测到环境温度和烟雾浓度达到设定值，系统便能及时发出声光报警提醒消防部门和用户，从而避免或减少火灾带
2、来的损失。此外，系统还具备报警限值设置、温度，烟雾浓度显示等功能，以及通过GSM模块可以联系消防系统和户主的特点。通过数字化算法和高端硬件技术的结合，该系统能够实现智能化、快速响应和高效安全防护的目的，满足如今社会的需求和期许。关键词：单片机，传感器，GSM模块，火灾报警Designandimplementationofintelligentfirealarmsystembasedonmicrocontroller.AbstractCurrently,firealarmsystemsareinstalledmainlyinlargebuildingsinChina,andthefirealar
3、msystemsavailableonthemarketarealsomoresuitableforlargebuildings.Withtheprogressofsocietyandtheimprovementofpeopleslivingstandards,thedemandforfirealarmsystemsisincreasing.Moreandmoreordinaryfamiliesneedsmallandpracticalintelligentfirealarmsystems.Tosolvethisproblem,thisarticledevelopsanintelligentf
4、irealarmsystem.Thesystemusesvariousdevicessuchassmokesensors,analog-to-digitalconverters,temperaturesensors,andGSMmodulestomonitorfirewarningsignals.Oncetheenvironmentaltemperatureandsmokeconcentrationreachthesetvalue,thesystemcansendasoundandlightalarmtoremindthefiredepartmentandtheuserintime,there
5、byavoidingorreducingthelossescausedbyfires.Inaddition,thesystemhasfunctionssuchassettingalarmlimits,displayingtemperatureandsmokeconcentration,andtheabilitytocontactthefiresystemandhomeownersthroughGSMmodules.Throughthecombinationofdigitalalgorithmsandadvancedhardwaretechnology,thesystemcanachievein
6、telligent,fastresponse,andefficientsafetyprotection,meetingtheneedsandexpectationsoftoday,ssociety.Keywords：single-chipmicrocomputer,Sensor,GSMmodule,Firealarm目录第1章绪论11.1 研究背景与意义11.2 火灾报警器的发展与现状21.3 主要研究内容2第2章总体设计方案42.1 报警系统探测原理42.2 设计功能需求分析42.3 系统方案设计5第3章系统硬件设计63.1 总体电路设计63.2 单片机最小系统73.3 烟雾探测电路的设计8
7、3.4 温度采集电路103.5 液晶显示电路设计113.6 声光报警提示模块123.7 按键电路133.8 GSM.SIM800A模块电路设计14第4章系统的软件设计154.1 系统主程序154.2 温度检测子函数：164.3 烟雾检测子函数174.4 报警子函数184.5 按键子函数19第5章火灾报警器的测试结果及结论205.1 硬件焊接与调试205.2 功能调试215.3 结论23第6章总结24致谢25参考文献26附录27附件A：源程序27附件B：英文原文50附件C：中文翻译661.1 研究背景与意义火灾的定义为：一种没有在特定的时间和空间进行燃烧，失去控制所造成的灾害。在各类灾害中，火灾
8、对人类的伤害位列榜首。火灾严重危害生命安全，国家消防救援局宣告2022年，共接报火灾82.5万起，死亡2053人。随着高楼大厦的不断兴起以及电子设备的使用不断增多，未来火灾的形势将会更加严峻。火灾严重危害生态环境，据联合国统计全球每年因火灾产生的二氧化碳高达70亿吨，是造成全球气候上升的主要因素。此外，还会造成水土流失，大量生物面灭绝。火灾会影响社会稳定，当火灾发生在大型公寓时，会造成严重的经济损失，引起社会广泛关注，对社会稳定危害极大。在我国，公寓或者民用建设居多，一旦火灾发生，若未能及时发现，将会造成人间悲剧。因此，良好的智能火灾报警系统是十分必要的，能够极大程度的降低财产损失。智能型火灾
9、报警系统主要分为传感器、控制器和报警器三个部分，其中传感器主要用来检测火灾产生的信号，控制器负责对传感器产生的信号进行解析和处理，报警器则将结果传达给用户或者相关部门。整个系统采用数字信号处理技术，具有抗干扰能力强、精度高、快速响应等优点。智能型火灾报警系统的传感器种类繁多，根据不同的应用场景和要求，可以选择烟雾传感器、温度传感器、红外热像仪等多种传感器进行组合，以实现更加全面、准确的火灾检测。控制器则是智能型火灾报警系统的核心部件，包括控制主板、通信模块、电源模块等。通过多种算法和逻辑处理，控制器可以对传感器产生的信号进行有效的缓存、记录，并通过网络传递到与之相连的监控平台上。报警器则主要负
10、责将火灾检测结果向用户或者消防部门传达，包括声响报警、语音报警和短信报警等多种方式，从而有效地提高火灾报警的响应速度和灵敏度。与传统的火灾报警系统相比，智能型火灾报警系统的优势在于智能化、数字化、网络化等多个方面。智能化体现在其能够通过算法处理传感器产生的信号，在最短时间内完成火灾的检测，从而提高火灾报警的准确性和灵敏度；数字化则体现在采用数字信号处理技术，从而有效减少了信号噪声和误差，提高了系统的鲁棒性；网络化则意味着智能型火灾报警系统可以与其他智能化系统进行连接，实现多系统之间的联动。总之，智能型火灾报警系统是一种高新技术集成应用系统，将传感器、控制器、报警器等多种技术手段进行有效整合，能
11、够更加准确、快速地发现火灾，及时响应并处理，大大提高安全性和可靠性。本次设计出一款适用于居家以及中小型办公环境的智能火灾报警系统。旨在能够早期发现火灾，由蜂鸣器和指示灯发出声光报警，并通过GSM模块能够将火灾所产生的温度以及烟雾浓度能够及时传递给户主以及联系消防报警，将火灾所造成的损失降低到最小。1.2 火灾报警器的发展与现状相对于美英等发达国家而言，我国对报警系统的研究起步较晚。直到20世纪70年代，中国才开始研制火灾报警系统，国内大部分企业仅仅简单地模仿或直接引进了国外产品，没有自主研发核心技术。而从20世纪80年代开始，国外带来了先进的产品和技术，国内市场面临挑战的同时也带来了机遇。在一
12、些企业中，技术合作，合资生产，并取得了不菲的成绩，技术愈发成熟。此段时间，国内的火灾报警系统在飞速发展。直至今日，我国的火灾报警系统在部分技术已经赶上国外水平。我国目前要求公共建筑安装报警系统，像美国、日本等发达国家，报警系统的安装相当广泛，包括在居民家庭中。但随着我国人民对消防安全的认识加深，越来越多的居民家庭开始接受安装报警装置。有些单位和居民家庭已经安装了公安系统推行的与“110”联动的防盗、防火报警装置，这些装置对于及时报警，保护人民生命安全，以及减少经济损失发挥着积极的作用。，1.3 主要研究内容本课题所研究的智能火灾报警器采用STC89C52为核心控制器，由硬件部分和软件部分组成。
13、设计子模块包括：烟雾探测模块；温度采集模块；报警模块；按键模块；显示模块等。系统功能主要由烟雾传感器；温度传感器；显示屏；GSM模块；模数转换模块等实现。本设计的主要内容如下：(1)烟雾探测电路的控制(2)温度采集电路的控制(3)显示电路的控制(4)按键模块的设计(5)报警模块设计第2章总体设计方案2.1 报警系统探测原理火灾发生会伴随着复杂的物理和化学变化，正常情况下，发生火警，会产生烟雾,温度，光照等火灾参量。这些火灾参量与正常时会有着本质区别，用特定的传感器就可采集到参量，通过模数转换模块就可将信号转换为数字信号传递给单片机，从而判断是否发生了火灾。本次设计主要采用温度传感器和烟雾传感器
14、，能够在早期发现火灾，将火灾控制在最小限度。火灾过程中产生的烟雾和温度变化如图2.1所示：2.2 设计功能需求分析本设计是基于单片机控制的智能火灾报警系统。通过烟雾采集电路和温度采集电路将环境中的数据传送到单片机中，其中烟雾采集电路需要通过模数转换模块将数据传送给单片机。单片机通过判断，控制相应器件做出反应，实现报警。系统主要通过按键来设定报警条件，并通过显示屏显示温度和烟雾浓度等，系统的功能需求分析如下：(1)显示功能要求：实现显示设定的温度和烟雾浓度以及实际测量的温度和烟雾浓度。当实际测量值大于设定值时，进行报警。(2)按键功能需求：通过按压设置键来选择参量，再由加减键来设定参数值。(3)
15、报警功能要求：当实际测量值大于设定值时，进行声光报警以及通过GSM模块通知户主和消防站。（4）测量功能要求：通过烟雾传感器和温度传感器进行数据采集，并将数据传入单片机中。2.3系统方案设计设计的系统总体结构如图2.2所示。图2.2系统总体结构按键模块：设计三个键来实现对报警条件的设置。液晶显示模块：采用1.CD1602液晶显示屏来显示实测温度和烟雾浓度以及设定温度和烟雾浓度的值。声光报警提示模块：采用1.ED灯和蜂鸣器来是实现报警。当实际温度超过温度报警值时，绿灯亮，蜂鸣器响。当烟雾浓度超过烟雾报警值时，红灯亮和蜂鸣器响。烟雾采集模块：采用MQ-2气体传感器来采集烟雾浓度，通过模数转换后进而转
16、化为烟雾浓度值温度采集模块：采用DS18B02温度传感器来采集温度值。模数转化模块：采用ADC0832来将烟雾传感器的传输过来的非电量信号转化为电量信号，并传给单片机。GSM模块：采用SIM8001.型模块，遇到异常情况时，将消息通过短信方式通知户主和消防员。单片机模块：选择STC89C52单片机来作为系统的控制核心，实现数据的采集，输出控制功能。第3章系统硬件设计3.1 总体电路设计系统由温度，烟雾采集模块采集环境中所需的信息并转化为信号，将信号传入主控系统（单片机）中，通过算法判断是否报警，输出相应的显示和报警内容。若是达到报警条件，则发出声光报警，并通过GSM模块及时通知户主和消防站，否
17、则将继续监测。系统框图如图3.1所示。图3.1系统框图智能火灾报警系统设计的总体电路如图3.2所示。系统中有电源电路，复位电路，晶振电路。液晶显示屏引脚分别与单片机的P00P0.7引脚进行连接，EN/RW/RS与单片机的P2.5P2.7引脚进行连接；温度传感器DQ与单片机的P1.l引脚进行连接；烟雾传感器中C1.K/CS分别与单片机P13/P12进行连接，D0/D1与单片机P14进行连接；按键模块三个按键分别与单片机的P32（设置键）、P33（加键）、P34（减键）相连接。报警模块与单片机P2.0（蜂鸣器）,P2.1和P2.2（1.ED灯）相连接。图3.2系统电路图3.2 单片机最小系统单片机
18、最小系统原理框图如图3.3所示，单片机最小系统是指仅包含单片机芯片、时钟源和复位电路的最简单的单片机电路系统，也称为裸片单片机系统。其基本组成如下：单片机芯片：单片机芯片是最小系统的核心，其包含了中央处理器、内存和I/O接口等关键组件。时钟源：单片机需要时钟信号才能够正常运行。时钟源通常采用晶体振荡器或者陶瓷谐振器，可以产生一定频率的信号。本设计采用2个30pF的电容和1个12MHz的晶振组成。复位电路：单片机系统在上电时需要进行初始化操作，以确保系统状态正确。复位电路使用稳压电源芯片将电源电压稳定，保证系统稳定启动。两种实现方式，分别为上电复位和按键复位，本设计采用按键复位。图3.3最小系统
19、原理框图STC89C52单片机：STC89C52单片机是STC89C51单片机的增强版。51单片机和52单片机都是使用MCS-51内核，而且52单片机囊括了51单片机的所有功能，其次52单片机的数据存储空间比51单片机多128个字节，程序存储空间比51单片机多4K并增加了一个定时器。PO口、Pl口、P2口和P3口皆为STC89C52单片机可编程I/O口，每个口都有8根引脚，共32根。STC89C52单片机封装图如图3.4所示:IPlOVCC40PllPJ2POOPOI5_P13P14P02P033?366.P15P(M358PI6P053?9PI7PO632Ti-RESETP川RXDP07EA
20、/VPA1.BPPSENP27P263130P3l/TXDP32/INTOP33iNTIP34zTOHh272619P36WRP37/RDX2XlP24P23P22P2I25242322GNDP20图3.4STC89C52DIP封装图控制过程中，需要使用中断技术来处理服务请求，使单片机能够及时响应和处理中断请求源发出的请求。若请求被应允，单片机会中断正在执行的主程序，转而执行中断服务程序。处理完后，再继续执行主程序。采用中断技术可以减少单片机在查询服务请求时的定时查询操作时间，提高单片机的工作效率和实时性，完全消除了等待现象。中断响应过程如图3.5所示：图3.5中断响应和处理过程3.3 烟雾探
21、测电路的设计这个电路由两部分组成,分别是烟雾传感器MQ-2电路和模数转换ADC0832电路。首先，烟雾传感器电路检测环境中的烟雾浓度并转化为电信号传给模数转换ADC0832电路。模数转换ADCO832电路接受电信号后，将其转化为数字信号，并传给单片机，由单片机进行相应的处理。如图3.6所示：图3.6烟雾探测电路MQ-2传感器的输出信号是B脚的电压，其受气体浓度的影响而改变。传感器本体电阻RS随着气体浓度上升而减小，进而增大输出信号电压，反之则减小。通过模数转换后数值增大，在单片机接收后，将其显示在显示屏上，从而完成烟雾浓度测量。ADC0832：封装图3.7所示。u7i-TcsVCCI-?i-C
22、HOC1.KT_CHlDO-2oDlADCOS32图3.7ADCO832封装图ADCo832是一种广泛使用的8位A/D转换器，最高分辨率可达256级。该芯片带有输入数据寄存器，可直接与单片机进行接口。ADCO832以电流形式输出数据，如需将其转换为电压输出，则可通过外部运算放大器实现。下表为ADCO832引脚介绍：3.1ADC0832弓I脚介绍引脚功能cs_片选使能，低电平芯片使能CHO模拟输入1112通道0,或作为IN+/-使用CHl模拟输入通道1,或作为IN+/-使用GND芯片参考零电位（地）DI数据信号输入，选择通道控制DO数据信号输出，转换数据输出C1.K芯片时钟输入当ADC0832确
23、认模数转换完成后，就将数据通过DO引脚传入单片机。MQ-2传感器可用于监测液化气、苯、烷、酒精、氢气、烟雾等气体的泄漏，因此可以被视为是一种多功能气体探测器。MQ-2型气敏元件具有以下特点：寿命长；稳定性好；驱动电路简单；灵敏度高。传感器技术的突破，推动着监测技术水平提高。若是没有传感器，则计算机很难将网络与现实生活产生联系，可以说传感器是沟通现实和网络的桥梁。因此，在现代检测技术中，传感器占据着不可动摇的重要位置。传感器将现实生活中非电量转化为电量信号，再经模数转换模块，将电量信号转化为数字信号，进而传输给计算机，从而实现采集信号的功能。目前，传感器用途广泛，在工业上可以对工业参数及工业产品
24、进行测控及检验。在生活中能够对环境进行监测，主要体现在天气预报当中，给人们生活带来极大便利。但传感器工作条件都比较恶劣，对传感器的性能也提出了更高的要求，因此选择合适的传感器很重要。如图3.8所示，本设计利用单线总线的DS18B20温度传感器检测温度。该传感器具有三个引脚：I/O为数据输入/输出端（单线总线），其为漏极开路输出，若接上拉电阻，常态可为高电平；UDD为可选外部电源端，未使用时接地；GND为地，NC为空脚。U2DS1SB20图3.8温度采集电路DS18B20温度传感器通过低温度系数晶振产生的固定频率脉冲信号和高温度系数晶振产生的变化频率脉冲信号传入计数器中，实现温度的采集。采用16
25、位补码的形式来存储数据。补码分为两个部分：前5位S为符号位，后11位为数据据位。温度为正时，S=I,反之，S=Oo通过对二进制的数据位转化为十进制，进而得到温度数据。并将信号通过P33引脚输入单片机中。根据不同的分辨率，ADC转换的有效位数也有所区别。在12位分辨率下，所有位都是有效的；在11位分辨率下，最低位（bit。）没有定义；在10位分辨率下，最低的两位（bit和bitl）没有定义；在9位分辨率下，最低的三位（bit,bitl和32）没有定义。液晶显示器已经渗透我们生活的方方面面，显示的主要是数字、专用符号和图形等,本设计选择1.CDl602显示。1.CDI602具有耗电量低，体积小，辐
26、射低，画质高的优点，主要由上偏光片和下偏光片组成。通过电压控制液晶分子的排列来控制背光源的光能否穿过上偏光片，若是通电则背光源的光能够穿过上偏镜片，就进行显示，反之则不能显示。显示电路原理图如图3.9所示：图3.9显示电路其中D0D7引脚分别接单片机的P0P7引脚，RS/RW/EN分别接于单片机的27/26/25引脚。1.CD1602的引脚介绍如表3.2所示表3.21.CD1602引脚介绍序号符号引脚说明1VSS电源地2VDD接5V正电源3V1.液晶显示器对比度调整端，4RS寄存器选择5R/W读写信号线6EN使能端714D0D7为8位双向数据线。15B1.A背光源正极。16B1.K背光源负极。
27、声光报警提示模块由声音报警电路和灯光提示电路组成。如图3.10所示声音报警提示电路采用蜂鸣器完成报警。声音报警提示电路包含一个蜂鸣器、一个三极管、一个电阻。蜂鸣器作为一个发声元件，广泛应用于定时器、报警器等电子设备。蜂鸣器可以分为有源蜂鸣器和无源蜂鸣器，需要在两端施加直流电压就能发声，但有源仅有一个频率的声音，而无源蜂鸣器则可以发出多个频率的声音。本设计采用有源蜂鸣器。在电路中三极管充当开关的作用，其基极的低电平使三极管饱和导通，使蜂鸣器发声；而基极高电平则使三极管关闭，蜂鸣器停止发声。电阻起到限流的作用。VCCBEEP归n*rQlFR8550BEEPlCsD图3.10声音报警电路图3.11为
28、灯光提示电路，1.ED灯也叫发光二极管，通过电流的作用使得电子和空穴在P区中汇合，从而产生光源。通过调节二极管的材料来调整光的波长，从而发出不同颜色的光。相应的反应如下表所示图3.11灯光提示电路表3.3报警灯光反应状态电路功能烟雾浓度高报警绿灯亮温度高报警红灯亮3.7 按键电路按键电路主要有两种方式实现按键设计：一、高电平检测按键设计：将引线从电源VCC引出经过按键后引入单片机I/O口中，按下按键时，单片机I/O口会检测到高电平输入从而完成对按键的检测。二、低电平检测按键设计：将引线从接地端GND引出经过按键后引入单片机I/O口中，按下按键时，单片机I/O口会检测到低电平输入从而完成对按键的
29、检测。本设计采用低电平检测按键设计，在平常情况下单片机处于高电平，按键时，会给单片机一个低电平，从而触发单片机对信号的处理。按键电路可分为独立按键和矩阵键盘两类。其中在独立按键中，每个按键都独立使用一根I/O口线，因此按键之间都相互独立，互不影响。但占用I/O口较多，适用于按键较少的设计。矩阵键盘由四条I/O口行线和四条I/O口列线组成，按键安装在行线和列线的交点处，能设置16个按键。矩阵键盘占用I/O口较少，适用于按键较多的设计，但算法较为复杂。本设计设置三个按键，选择独立按键的方式。独立按键不同于矩阵键盘，当单片机判断按键是否动作时，只需判断专属的I/O电平状态即可。而矩阵键盘需要对行线和
30、列线的判断，最终来确定按键动作。按键电路必须解决要按键抖动的问题，由于机械特性当按键时会出现1520ms的抖动，对于单片机来说较为漫长，单片机会认为是重复动作，这种情况是不允许发生的。因此本设计在程序上利用延时来消除抖动，按下去和弹出时均延时来跳过抖动。当读出的值是O时则表示有按键按下。按键电路如图3.12所示：Kl1.TKEYlK2，KEY2K3(1.OOT：GOMSYTtSTr*ttmor*te4.BuildTMWCl*pw4:00:00:00图5.3运行成功软件设计图5.2 功能调试对功能进行一一验证:图5.4正常显示1、按下电源键后，系统默认显示环境温度和烟雾浓度，以及设定的报警上限。
31、如图5.4所示:2、当环境温度大于设定的报警上限时，蜂鸣器响，绿灯亮，如图5.5所示:图5.5温度报警3、当环境的烟雾浓度大于设定的报警限时，蜂鸣器响，红灯亮，如图5.6所示:图5.6烟雾报警4、当系统报警时，就会通过GSM模块发送短信到户主手机上，如图5.7所示:*8615752408941AmiataWUrn21.rntk4r三OVAfif0.tcnpcfulurc21.vmocOWBrnirvg1TemperMtureaJl.amok三0WmlJnr*11rTur?1,smoO5M*f11ry.Tcnpvto8);ISP_ADDR1.=(unsignedchar)(add&Oxff)；/
32、对STC89C51系列来说，每次要写入0x46,再写入0xB9,ISPIAP才会生效ISP_TRIG=0x46;ISP_TRIG=0xB9;_nop_();ISP_Disable();return(ISP_DATA);/往单片机内部EEPROM写一个字节，从0x2000地址开始/voidEEPROM_Write(unsignedintadd,unsignedcharch)(ISP_CONTR=0x83;ISP_CMD=0x02;ISP_ADDRH=(unsignedchar)(add8);ISP_ADDR1.=(unsigned附件A：源程序#includeUChargMqAlarm;烟雾报警
33、值intgTempAlarm;/温度报警值volatileunsignedcharbeep=0;/单片机内部EEPRc)M不使能/voidISP_Disable()(ISP_CONTR=O;ISP_ADDRH=O;ISP_ADDR1.=O;/从单片机内部EEPROM读一个字节，从0x2000地址开始/unsignedcharEEPROM_Read(unsignedintadd)(ISP_DATA=0x00;ISP_CONTR=0x83;ISP_CMD=0x01;ISP_ADDRH=(unsignedchar)(add&Oxff);/ISP.DATA=ch;voidDelayMs(uintc)ISP_TRIG=0x46;(ISP_TRIG=0xB9;uchara,b;-nop_();for(;c0;c-)ISP_Disable();(for(b=199;b0;b-)/擦除单片机内部EEPROM的(一个扇区for(a
