1、 牡丹江师范学院 本科学生课程设计指导书 题 目 基于 C51 单片机的烟雾报警器设计 班 级 电子工程 学 号 2011014032 姓 名 水草亡月 指导教师 王丽波 牡丹江师范学院 2013 年 10 月 30 日 1 单片机原理 课程设计指导书 课程名称： 单片机原理 课程设计 学时数： 2 周 学分数： 开课院、系（部）、教研室： 工学院 电子信息科学与技术系 执笔人： 王丽波 编写时间： 2013.10.30 一、 设计目的 （ 1） 培养综合应用所学知识来指导实践能力 （ 2） 能用仪器、仪表调试、测量 信号 指标 二、设计任务 选择仪器仪表 调试函数信号发生器 的主要指标并分析
2、 三、 设计内容与要求 （ 1） 查阅资料、拟定设计程序和进度计划 （ 2） 确定设计方案、实 验、画图、编写设计说明书 （ 3） 完成设计，交指导教师审阅 （ 4）画出电路原理图，写出总结报告。 四、 设计资料及有关规定 1. 用 A4 纸打印出课程设计 2. 能够说明电路原理并能自主的完成电路连接 五、 设计成果要求设计论文 六、 物资准备 1. 到图书馆、工学院资料室查阅相关资料 2. 到实验室准备 芯片作好实验准备 七、 主要图式、表式 电路图要求用电路绘图软件画出 八、 时间安排 2013.11.1 设计动员，发放设计任务书 2013.11.2-2013.11.3 查阅资料、拟定设计
3、程序和进度计划 2013.11.4-2013.11.10 确定设计方案、实验、画图、编写设计说明书 2013.11.11-2013.11.13 完成设计，交指导教师审阅 2013.11.14 成绩评定 九、 考核内容与方式 考核的内容包括：学习态度； 技术水平与实际能力；论文 (计算书、图纸 )撰写质量； 创新性；采取审定与答辩相结合的方式，成绩评定按百分制记分。 十、参考书目 1.单片机原理与应用基础 陈骏莲 牡丹江师范学院本科学生课程设计任务书 课程名称： 单片机原理 课程设计 课程设计 题目 基于 C51 单片机的烟雾报警器设计 院、系 工学院 专业 电子工程 年级 2011 已知参数和
4、设计要求： 根据所选题目 。 设计并完成电路设计。 学生应完成的工作： 根据所选题目， （ 1） 按要求进行设计实验方案 ； （ 2）对实验方案的分析及验证 ； （ 3） 整体电路设计与分析计算 ； （ 4）写出总结报告 目前资料收集情况（含指定参考资料）： 1. 单片机原理与应用基础 陈骏莲 课程设计的工作计划： 2013.11.13 设计动员，发放设计任务书 2013.11.14-2013.11.15 查阅资料、拟定设计程序和进度计划 2013.11.16-2013.11.22 确定设计方案、实验、画图、编写设计说明书 2013.11.23-2013.11.25 完成设计，交指导教师审阅
5、2013.11.26 成绩评定 任务下达日期 2013 年 11 月 13 日 完成日期 2013 年 11 月 26 日 指导老师 王丽波 学生 （签名） 摘 要 随着现代家庭用火、用电量的增加，家庭火灾发生的频率越来越高。烟雾报警器也随之被广泛应用于各种场合。本设计是利用单片机结合传感器技术而开发设计了这一烟雾报警系统。论文中主要针对烟雾报警系统中的各个组成部件进行了介绍，对它的主控电路和外围设备电路之间的接口技术，还有软件方面进行了重点介绍。 关键词： 报警器、 80C51、 烟雾传感器 目 录 一、绪论 . 1 1.1 烟雾报警器的发展及现状 . 1 1.1.1 火灾探测技术 . 1
6、1.1.2 火灾探测器的发展趋势 . 2 1.2 论文研究的目的及意义 . 2 二、基于 C51单片机的烟雾报警的设计方案 . 3 2.1 任务分析 . 3 2.2 设计方案 . 3 2.2.1 方案设计思想 . 3 2.2.2 总体框 图 . 4 三、系统硬件实现 . 5 3.1 外围接口电路设计 . 5 3.1.1 AD574A 与 80C51 单片机接口电路 . 5 3.1.2 声光报警电路 . 5 3.2 总电路设计 . 6 四、软件实现 . 8 4.1 程序流程 . 8 4.2 程序 . 9 参考文献 . 11 致 谢 . 12 1 一 、绪论 1.1 烟雾报警器的发展及现状 1.1
7、.1 火灾探测技术 火灾作为一种在时空上失去控制的燃烧所引发的灾害，对人类生命财产和社会安全构成了极大的威胁。由此引发的重大安全事故比皆是，所以人类一直也未停止过对它的研究。 火灾的发生和发展是一个非常复杂的非平稳过程，它除了自身的物理化学变化以外还会受到许多外界的千扰，火灾一旦产生便以接触式 (物质流 )和非接触式能量流 )的形式向外释放能量。接触式形式包括可燃气体、燃烧气体和烟雾、气溶胶等。非接 触式如声音、辐射等。火灾探测技术就是利用敏感元件将火灾中出现的物理化学特征转换为另外一种易于处理的物理量。各种探测器对应的火灾物理参量及探测器如图 1-1所示。 图 1-1 各种探测器对应的火灾物
8、理参量及探测器 2 1.1.2 火灾探测器的发展趋势 探测器朝新探测技术的发展进一步拓展了火灾探测的应用领域，为一些传统探测器无法胜任的环境提供了有效的手段。相关技术的发展，如傅立叶近红外光谱技术弱信号处理技术、低功耗 MCU技术进一步促进了传统探测技术的改进，使得传统探测器在技术和性能上有了 显著的提高。火灾着极早期探测、多传感器复合探测和探测器小型化、智能化的方向发展迈出了更快的步伐。 近几年来，单片机已逐步深入应用到工农业生产各部门及人们生活的各个方面。各种类型的单片机也根据社会的需求而开发出来。单片机是器件级计算机系统，实际上它是一个微控制器或微处理器。由于它功能齐全，体积小，成本低，
9、因此它可以应用到任何电子系统中去，同样，它也可以广泛应用于报警技术领域，使各类报警装置的功能更加完善，可靠性大大提高，以满足社会发展的需要。 1.2 论文研究的目的及意义 目的： 随着现代家庭用火、用电量的增 加，家庭火灾发生的频率越来越高。家庭火灾一旦发生，很容易出现扑救不及时、灭火器材缺乏及在场人惊慌失措、逃生迟缓等不利因素，最终导致重大生命财产损失。消防部门的统计显示，在所有的火灾比例中，家庭火灾已经占到了全国火灾的 30%左右。家庭起火的原因林林种种，可能在我们注意得到的地方，也可能就隐藏在我们根本就注意不到的地方。 在现代城市家庭里，许多人因不懂家庭安全常识引起火灾事故，使好端端的幸
10、福家庭眼间毁于一旦 ,有的导致家破人亡 ,而且一旦发生居民家庭火灾 ,处置不当、报警迟缓 ,是造成人员 伤亡的重要因素。 所以说 ,人们应 该积极了解家庭火灾的主要起因 ，还有预防火灾的发生。这就是我们研究烟雾报警器的目的。 一系列火灾造成的惨痛损失也使 全国 各界意识到了 烟雾报警器 的必要性。据调查，在最近发生火灾的大多数房屋都没有安装 报警器。所以，烟雾报警器在预防火灾发生上有着非常重大的意义。 3 二 、基于 C51 单片机的烟雾报警的设计方案 2.1 任务分析 单片机应用系统可以分为只能仪器表和工业测控系统两大类，无论哪仪类，都必须以市场需求为前提。所以，在系统设计前，首先要进行广泛
11、的市场调查，了解该系统的时常应用概况，以分析系统当前存在的问题，研究系统的 时市场前景，确定市场开发设计的目的和目标。简单地说，就是通过调研克服旧缺点，开发新功能。 此次的设计先从硬件设计上着手。先要整理出烟雾报警系统的整体思路。确定出方案设计中需要的硬件设备。 我们在确定了大的方向基础上，就应该对系统实现进行规划。包括应该采集的信号种种类、数量、范围，输出信号的匹配和转换，传感器的选择，技术指标的确定等。 2.2 设计方案 2.2.1 方案设计思想 此次设计是针对于单片机原理及其应用展开的。其中包含了我们大学三年中所学到的相关知识，运用我们所学的电工技术，传感器技术，单片机技术去设计基 于单
12、片机的烟雾报警系统。 80C51 单片机好比一个桥梁，联系着传感器和报警电路设备。当周围的环境（温度、湿度、烟雾浓度）达到我们设定的数值时，烟雾传感器把被测的物理量（温度、湿度、烟雾浓度）作为输入参数，转换为电量（电流 、电压、电阻等等）输出。物理量和测量范围的不同，传感器的工作机理和结构就不同。通常传感器输出的电信号是模拟信号（已有许多新型传感器采用数字量输出）。当信号的数值符合 A/D 转换器的输入等级时，可以不用放大器放大；当信号的数值不符合 A/D 转换器的输入等级时，就需要放大器放大。而我们选择前者，不需要用放大器，选择数值符合 A/D 转换器的输入等级，这样就可以简化整个系统的设置
13、。传感器将物理信号经过 A/D 转换器转化为可以利用识别的电信号给单片机，这里我们选择单片机的 P1.0 为输入方式，接收到信号的单片机经过程序的设定（ 当温度、湿度、烟雾浓度达到设定数值时）会由 P2.0 作为4 单片机的输出直接启动报警电路。此时， 扬声器将发出高、低交替的 2 种叫声，同时 二极管发光，这就达到了声光报警的效果。 2.2.2 总体框图 根据方案的设计思想，我们从中就可以得到了烟雾报警系统的总体框图如图2-1 所示下： 图 2-1 烟雾报警系统的总体框图 使用 80C51 单片机，选用 烟雾 传感器作为敏感元件，利用 AD574A 转换器和声光报警电路 ，开发了可用于 家庭
14、或 小型单位火灾报警的 烟雾 报警器。 整个设计由 4 大部分构成：烟雾传感器、 A/D 转换电路、 80C51 单 片机、声光报警电路。其中，传 烟雾 感器 是 将现场温度、烟雾等非电信号转化为电信号；转换电路 是将 完成将烟雾传感器输出的模拟信号到数字信号的转换。声光报警模块由单片机和报警电路组成，由单片机控制实现不同的声光报警功能。 综合考虑各因素，本文选择 NIS-09 烟雾传感器 用作采集系统的敏感元件。火灾中气体烟雾主要是 CO2 和 CO。 NIS-09 烟雾传感器 能探测 CO2， CO，甲烷、煤气等多种气体， 它 灵敏度高，稳定性好，适合于火灾中气体的探 测 。 A/D 转换器选用 AD574A 转换器。
