緒論我國每年發(fā)生火災(zāi)幾十萬起，因此煙霧報(bào)警器存在十分廣闊的市場。未來，煙感報(bào)警器將向著智能化發(fā)展。并且隨著萬物互聯(lián)的發(fā)展，煙霧報(bào)警器將能夠多終端實(shí)時(shí)推送火災(zāi)警報(bào)，從而讓附近的人能第一時(shí)間采取措施。日后，能否及時(shí)進(jìn)行火災(zāi)報(bào)警以及是否多功能多種因素將成為判斷一個(gè)智能火災(zāi)報(bào)警器好壞的標(biāo)準(zhǔn)?？茖W(xué)技術(shù)的快速發(fā)展，智能化，網(wǎng)絡(luò)化，規(guī)模化，多樣化，靈敏度較高，已經(jīng)成為無限信息技術(shù)的發(fā)展方向。從當(dāng)前的情況來看,火災(zāi)預(yù)警信息系統(tǒng)面臨不少困難,包括信息內(nèi)容不統(tǒng)一,電子化水平差,系統(tǒng)報(bào)錯(cuò),自動(dòng)化水平低下,抗干擾能力弱等。發(fā)展環(huán)境:由于我國有關(guān)政府支持智慧消防,以及應(yīng)急管理部的建立,標(biāo)志著消防產(chǎn)業(yè)將向大規(guī)模、專業(yè)化方向加速發(fā)展;市場需求:從市場需求上分析,由于國民經(jīng)濟(jì)的穩(wěn)步增加和經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展日益繁榮,對社會(huì)消防安全意識的也將大大增強(qiáng),并由此推動(dòng)了市場開拓。據(jù)我國權(quán)威部門的預(yù)計(jì)，二零二零年中國消防行業(yè)報(bào)警器設(shè)備市場五規(guī)模將超過四百六十四億,消防報(bào)警設(shè)備市場將占中國全部消防產(chǎn)業(yè)的百分之十四點(diǎn)五。同時(shí)由于我國經(jīng)濟(jì)的迅速發(fā)展，擴(kuò)大消防產(chǎn)業(yè)市場規(guī)模，提高人民群眾消防意識，增加消防報(bào)警設(shè)備，是急需的。使產(chǎn)業(yè)規(guī)模維持在百分之十五-百分之二十的穩(wěn)定增長;產(chǎn)業(yè)發(fā)展的新趨勢:快速發(fā)展的物聯(lián)網(wǎng)與智能技術(shù)使得跨界合作給消防信息化帶來了大規(guī)模的應(yīng)用信息市場。消防產(chǎn)業(yè)的技術(shù)創(chuàng)新和發(fā)展，使得AI、互聯(lián)網(wǎng)大數(shù)據(jù)分析等高新技術(shù)相互融合。消防產(chǎn)業(yè)的發(fā)展邊界也將進(jìn)一步拓寬,從而產(chǎn)生全新的消防行業(yè)。煙霧報(bào)警系統(tǒng)的方案選擇與論證用信息采集兒、單片機(jī)測控模塊兒、無線發(fā)射接受系統(tǒng)兒、聲光報(bào)警控制器、構(gòu)成了煙霧報(bào)警裝置。監(jiān)測環(huán)境中必須有煙霧感應(yīng)器模塊和溫度傳感器系統(tǒng),并同時(shí)把所監(jiān)測到的數(shù)據(jù)傳送給控制器,控制系統(tǒng)才能分析周圍環(huán)境中是否具有火情。如下圖2-1總體設(shè)計(jì)總框圖所示。圖2-1總體設(shè)計(jì)總框圖本設(shè)計(jì)是一種可以對監(jiān)測點(diǎn)進(jìn)行即時(shí)監(jiān)視、告警的智能煙霧告警控制系統(tǒng)。智能煙霧報(bào)警控制系統(tǒng),是集信息檢測、傳遞、管理、報(bào)警功能為一身的綜合控制系統(tǒng)。本設(shè)計(jì)主要特征為,利用由stc89c51單片機(jī)、MQ-2煙氣感應(yīng)器和DS18B20溫度傳感器等組成的模塊,設(shè)計(jì)以實(shí)現(xiàn)煙氣監(jiān)測和聲光報(bào)警的功能。方案一：PIC系統(tǒng)單片機(jī)。PIC單片機(jī)具有比普通微控制機(jī)更高的程序執(zhí)行的零。它由微芯片技術(shù)公司在一九八九年提出,是一個(gè)八的單片機(jī)控制器。當(dāng)時(shí)人們認(rèn)為,單片微型機(jī)不過是處理器,內(nèi)存和外置于同一個(gè)存儲(chǔ)器中的組合。而PIC單片機(jī)控制器以類似的形式,由一個(gè)RAM和數(shù)百個(gè)ROM用來存放所要編程的ROM,以及一個(gè)I/O接口,一個(gè)具有八個(gè)插針的在存儲(chǔ)器中的定時(shí)器所構(gòu)成。優(yōu)勢:由于PIC單片機(jī)的核心采用了RISC結(jié)構(gòu),所以運(yùn)算效率比較高;提供了與模擬裝置之間的輕松連接;擁有低廉的功耗。劣勢:較少的指令條數(shù)會(huì)提高程序的長度;它通常只含有一個(gè)累加器。方案二：AVR系統(tǒng)單片機(jī)。AVR單片機(jī)具有較先進(jìn)的技術(shù)特點(diǎn)。AVR全系列的單片微型計(jì)算機(jī)都能夠使用在線編程接口,在較多的AVR單片機(jī)上都有存在,在單片微型計(jì)算機(jī)的I/O接口有了更強(qiáng)大的驅(qū)動(dòng)能力,驅(qū)動(dòng)繼電器、LED等元器件時(shí)能夠使用更大密度的灌電流,這樣還能夠省去了驅(qū)動(dòng)電路,降低系統(tǒng)成本。AVR單片式微型電腦,通常使用了低功率、非揮發(fā)性的CMOS工藝技術(shù)生產(chǎn),除擁有低功率、高密度的特性以外,還支援了低電流的聯(lián)機(jī)Flash能力,和EEPROM輸入成功能力。方案三：MSC-51系列單片機(jī)。位處理器擁有按位控制系統(tǒng)中是從硬件到程序，負(fù)責(zé)對象采用按位數(shù)。這套按位控制系統(tǒng)可以對片內(nèi)某種特定功能或者輔助寄存器中的數(shù)能夠加以管理，傳輸，置位，清零檢測等功能，還可以實(shí)現(xiàn)位的邏輯計(jì)算。其能力非常全面,運(yùn)用來說也得心應(yīng)手;并且在片內(nèi)RAM區(qū)域中還特意設(shè)置了一種雙重操作的位置區(qū)域,應(yīng)用非常靈活多樣,這一特點(diǎn)無疑地為用戶帶來了很大的便利;乘除指令,這為程序也提供了方便。51單片機(jī)缺陷:如AD、EEPROM等特性必須靠擴(kuò)展,加大了硬件和軟件壓力;51系列單片機(jī)的最大軟肋就是I/O腳使用簡便,仍舊存在高高電平時(shí)無輸出能力,這也是;計(jì)算速率過慢,尤其是雙數(shù)據(jù)指針時(shí),若能修改就可為程序提供極大的方便;這種單片機(jī)的防護(hù)能力較差,容易損壞芯片。51嵌入式單片機(jī)成為目前使用最通用的8bit單片機(jī)之一。在單晶芯板上,有著更靈巧的8個(gè)CPU以及在系統(tǒng)可編程flash,所以STC89C51能夠?yàn)樵S多的嵌入式控制技術(shù)應(yīng)用操作系統(tǒng),創(chuàng)造更多靈巧、超高效的產(chǎn)品設(shè)計(jì)。優(yōu)先選擇STC89C51單片機(jī)作為本系列的主要控制器STC89C51的引腳圖如圖2-2所示。圖2-2STC89C51引腳圖煙霧傳感器是物聯(lián)網(wǎng)智能煙氣檢測儀的關(guān)鍵組成部分它比傳統(tǒng)感應(yīng)器更安全,并且反應(yīng)速度也更快。而現(xiàn)在,人們能夠利用在SmArtSmokeDevices內(nèi)放置的其他感應(yīng)器來去除來自灰塵,零煙霧以及烹飪時(shí)的虛假警報(bào),這樣將可以提供更精確的反應(yīng)并提供給智慧型手機(jī)的全流程控制。而煙氣感應(yīng)器則是屬于氣敏傳感器,原理是全氣-電流轉(zhuǎn)換器,它先將可燃成分氣體在空氣中的含量信號(即濃度)轉(zhuǎn)化成代表氣壓和電流的信號,隨后再經(jīng)過A/D變換集成電路將仿真量轉(zhuǎn)換成數(shù)值量后再輸入數(shù)字單片機(jī),從而由單片機(jī)實(shí)現(xiàn)進(jìn)行數(shù)據(jù)分析、濃度管理和告警監(jiān)測等各項(xiàng)工作。感應(yīng)器用作煙霧檢測報(bào)警器的主信號采音部門,是儀器的重要核心組成之中。由此可見,感應(yīng)器的選型是相當(dāng)關(guān)鍵的。1.離子式煙霧傳感器使用了等離子型煙霧感應(yīng)器是技術(shù)世界領(lǐng)先的煙霧報(bào)警器,且工作最穩(wěn)定安全的感應(yīng)器,廣泛使用在各類消防報(bào)警裝置中,各項(xiàng)特性均遠(yuǎn)高于氣敏電阻型的火災(zāi)報(bào)警裝置。2.光電式煙霧傳感器光電煙霧報(bào)警器內(nèi)有一個(gè)檢測裝置，當(dāng)煙塵進(jìn)入光學(xué)迷宮時(shí),通過了折射、反射，接受管接收到經(jīng)紅外線，通過智能告警電路可以判定有無超出閾值，一旦超越發(fā)出的告警。3.氣敏式煙霧傳感器氣敏傳感器,是指一類測量特定氣體性質(zhì)的傳感器。其中應(yīng)用的最多的就是零點(diǎn)五導(dǎo)體氣敏傳感器,如MQ負(fù)二煙霧感應(yīng)器。將氣體種類以及與濃度變化相關(guān)的化學(xué)信號轉(zhuǎn)換成電信號,來調(diào)節(jié)這些電信號的強(qiáng)弱就能夠得到與待測量氣體在周圍環(huán)境中的存在狀況相關(guān)的信號,因此就能夠?qū)崿F(xiàn)測量、監(jiān)視、告警功能;還能夠利用接口電路和電腦構(gòu)成的自動(dòng)檢測、監(jiān)控和告警控制系統(tǒng)。綜合以上煙霧感應(yīng)器的選擇MQ-2煙霧感應(yīng)器，通過簡化的電路,可以把氣體電導(dǎo)率的改變換算為和該物質(zhì)含量變化相對應(yīng)的輸出信息。由于MQ負(fù)二氣體煙霧感應(yīng)器對液化原油、丙烯烴、儲(chǔ)氫材料、工業(yè)煙氣等的敏感性都很好,對瓦斯以及各種易燃蒸汽等的測量效果都非常好,故也因此,MQ氣體傳感器可以更確切說是一個(gè)多種氣體傳感器,它的主要優(yōu)勢:靈敏度高、反應(yīng)快、可靠性高、壽命長、驅(qū)動(dòng)電路簡化和性價(jià)比好,有模擬和數(shù)字信號輸出兩種選擇方式。仿真說明:由于Proteus軟件中缺乏MQ-2煙霧傳感器模塊,在仿真中可用滑動(dòng)變阻器代替。原因是:由于MQ-2氣體傳感器內(nèi)部結(jié)構(gòu)電導(dǎo)率會(huì)因?yàn)闅怏w濃度的升高而升高,電阻是內(nèi)部電導(dǎo)率的倒數(shù),所以電阻也是相應(yīng)降低的。特性就相當(dāng)于一種滑變阻器,因此在實(shí)際仿真中用滑動(dòng)變阻器替代。MQ-2型傳感器,對煤氣、液化原油氣等煙有很大的敏感度,尤其是烷類煙尤其靈敏。MQ-2系列傳感器具有優(yōu)異的重復(fù)性和良好的可靠性。初始平穩(wěn),反應(yīng)時(shí)間極短,長期運(yùn)行穩(wěn)定性較高。而MQ負(fù)二系列感應(yīng)器產(chǎn)生了強(qiáng)大的抗干擾能力,可以快速消除有刺激性或非可燃性煙霧的干擾信號,比如酒精和煙塵等。MQ-2型傳感器的特性參數(shù)：a)回路電壓:(Vc)5~24Vb)取樣電阻:(RL)0.1~20Kc)加熱電壓:(VH)5+0.2Vd)加熱功率:(P)約750mWe)甲烷的靈敏度:RO(air)/RS(01%CH4)>5f)響應(yīng)時(shí)間:Tres<10秒g)恢復(fù)時(shí)間:Trec<30秒煙霧檢測報(bào)警器的主要技術(shù)指標(biāo)1)傳感器類型:半導(dǎo)體電阻式2)檢測范圍:0~100%LEL3)報(bào)警準(zhǔn)確度::士5%LEL4)報(bào)警點(diǎn)設(shè)置:當(dāng)達(dá)到百分之二十LEL時(shí)開始報(bào)警5)報(bào)警器工作方法:在現(xiàn)場定點(diǎn)放置,根據(jù)自然擴(kuò)散進(jìn)行采樣,長年連續(xù)運(yùn)行。6)工作溫度:檢測器-50℃~50℃,報(bào)警裝置零℃~500℃7)工作環(huán)境濕度:≤85%RH8)報(bào)警方法:采用煙霧泄漏聲光報(bào)警和自動(dòng)判斷系統(tǒng)故障報(bào)警9)指示方法:數(shù)碼指示,并提示被測煙霧LEL%及設(shè)定報(bào)警時(shí)間限值煙霧感應(yīng)器的基本結(jié)構(gòu)圖如圖2-3,而煙霧感應(yīng)器的外形圖如圖2-4。圖2-3煙霧傳感器結(jié)構(gòu)圖圖2-4煙霧傳感器外觀圖本論文中的煙氣檢測報(bào)警器,以STC89C51單片微式電腦為主控核心,并采用MQ-型電阻式零點(diǎn)五導(dǎo)體感應(yīng)器收集的煙氣信號。第一步,感應(yīng)器首先將與煙氣濃度值對應(yīng)的較小的電流信息放大,再轉(zhuǎn)化成大的電流信息輸入STC89C51單片機(jī):在單片機(jī)控制臺內(nèi)A/D切換、濃度比較,并對數(shù)值完成線性化數(shù)據(jù)處理,然后再將大數(shù)位化電流信息轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的正十邊形濃度數(shù)值;最后再將實(shí)際可燃的成分氣體濃度信息輸入液晶,從而確定濃度數(shù)值有無超過聲響報(bào)警限,當(dāng)濃度達(dá)到正常狀態(tài)綠燈長亮后,當(dāng)煙氣濃度超過設(shè)置的限定值后,發(fā)出聲音告警并伴隨著紅燈點(diǎn)亮。同樣為了增加反應(yīng)時(shí)間,并保障感應(yīng)器正確地、平穩(wěn)地運(yùn)行,聲響報(bào)警裝置還必須給煙氣感應(yīng)器連續(xù)輸送一次五V的電流。為提高其安全性,在輸送五V的電流的時(shí)候,必須經(jīng)過故障測試。當(dāng)感應(yīng)器發(fā)熱絲或電纜線與感應(yīng)器斷開或觸及錯(cuò)誤時(shí),發(fā)送事故告警,并產(chǎn)生聲光報(bào)警信息。使用煙霧傳感器應(yīng)該遵守好相關(guān)的使用注意事項(xiàng)，這樣在使用傳感器的過程中才能更加安全。1、報(bào)警裝置須注意防塵,且防塵帽須在工程人員正常投入使用之后才可摘掉;2、當(dāng)裝設(shè)在屋頂上時(shí),報(bào)警器安裝的在屋頂角度要保持一定間距當(dāng)坡度低于30°時(shí),距離0.3m~0.5m為宜；3、不能放置在一般狀況下呈煙霧滯留的地點(diǎn),因?yàn)闊熿F報(bào)警裝置對煙的高感應(yīng)性,所以對像在廚房,或抽煙處這樣易生成煙霧的區(qū)域,很可能會(huì)誤報(bào)警。本文重點(diǎn)介紹了煙霧報(bào)警儀的基本設(shè)計(jì)方案,以及感應(yīng)器的選擇和報(bào)警器的設(shè)計(jì)。傳感器通過在以下幾個(gè)方面：類型、選定、工作原理、基本特點(diǎn)進(jìn)行介紹。采用的MQ-2型半導(dǎo)體電阻式煙氣敏感器件是根據(jù)本系統(tǒng)設(shè)計(jì)特點(diǎn)和應(yīng)用環(huán)境、生產(chǎn)成本等原因。對報(bào)警器進(jìn)行了詳盡地闡述還需要從構(gòu)造、功用、技術(shù)指標(biāo)等三個(gè)方面,測量氣體中煙霧或可燃成分液體蒸氣的含量需要在較寬的溫度范圍內(nèi)工作。氣體中煙霧或可燃成分液體蒸氣的含量顯示在該報(bào)警器儀表盤上,含量超過規(guī)定濃度范圍時(shí),快速啟動(dòng)重復(fù)檢測和延時(shí)告警功能,能夠區(qū)分出是否是管路中煙氣的大量泄露,還是由于開啟閥門而形成的可燃煙氣的微量散失,從而避免了誤報(bào)。如果確定為煙霧泄露時(shí),可產(chǎn)生聲、光等報(bào)警信號,并能在發(fā)出報(bào)警的同時(shí)自動(dòng)驅(qū)動(dòng)相應(yīng)安全裝置,而且具備了故障自動(dòng)檢測功能。煙霧報(bào)警系統(tǒng)的硬件電路要讓單片機(jī)運(yùn)行起來,最基本的集成電路構(gòu)成就是單片機(jī)最小系統(tǒng),如圖3-1。圖3-1信號處理模塊單片機(jī)、復(fù)位回路、時(shí)鐘電路等組成的是單片機(jī)的最小控制系統(tǒng)。在復(fù)位電路中，當(dāng)單片機(jī)操作系統(tǒng)正在正常管理工作中,但遭受外部環(huán)境影響而發(fā)生程式跑飛的時(shí)刻,按下恢復(fù)鍵盤后的程式自動(dòng)從頭開始運(yùn)行。本設(shè)計(jì)使用的是外自動(dòng)鍵盤復(fù)位電路,必須通過接上拉電阻來增加機(jī)器輸出高電平的數(shù)量。時(shí)鐘系統(tǒng)就好比單片機(jī)的大腦,它掌控著整個(gè)單片機(jī)的操作節(jié)奏。而時(shí)刻集成電路也就是振蕩集成電路,是給單片機(jī)提供的一種以正弦波信息為基礎(chǔ),確定了單片機(jī)的運(yùn)動(dòng)速度。XTAL1和XTAL2各自是相反擴(kuò)大器的輸入和輸出,該相反擴(kuò)大器也可設(shè)置為片內(nèi)振蕩器。本系列使用了內(nèi)部方式的時(shí)鐘電路和加電后自動(dòng)復(fù)位方式的復(fù)位電路,如下圖3-2圖3-3所示:圖3-2時(shí)鐘電路圖3-3復(fù)位電路因?yàn)樵趩纹蛭⑿陀?jì)算機(jī)PO口內(nèi)并沒有上拉電阻,且為高阻態(tài),因此無法順利地傳遞高/低電平,所以這群I/零接口在實(shí)際應(yīng)用中都需要另外接上拉電阻。煙霧測量可以通過MQ-2傳感器。當(dāng)通過ADC0832采集后,就能夠獲取在不同煙氣濃度下的電壓差值。以便設(shè)計(jì)出理想的煙氣強(qiáng)度報(bào)警值。圖3-4煙霧采集電路圖3-5ADC傳感電路MQ-2傳感器的4腳、6腳的大電流為輸出信號,而Rs則為傳感器的本體大電流。其中如果氣體含量增加,必引起Rs變化。而氣體Rs的溫度下降,又會(huì)使得MQ負(fù)二的4腳、6腳,相對地輸出的電流增加。所以當(dāng)氣體的溫度增加了,它輸出的的電流也就會(huì)增加,并通過ADC0832變換使數(shù)值上升。1.比較器電路處理的檢測信號只有高和低兩種狀態(tài)；當(dāng)濃度低于閾值時(shí)，信號為高電平；濃度高于閾值時(shí)，信號為低電平。監(jiān)控該信號的高低電平即可。2.AD信號采集程序?qū)崿F(xiàn)了對MQ-2煙霧濃度信息的采集后,僅需要實(shí)現(xiàn)ADC8032采集函數(shù),便能實(shí)現(xiàn)信息的收集。最后得出實(shí)際的濃度數(shù)值，見附錄二智能煙霧報(bào)警器的源程序A1。圖3-6仿真中的煙霧傳感器技術(shù)參數(shù)包括:工作電壓:2.7~,5.5V每段工作輸出電壓10ma字高度:約十一點(diǎn)四mm環(huán)境相對濕度:<百分之八十五視角:6:00工作溫度:-10~+50°C接口方式:8線并行接口圖3-7數(shù)碼管顯示器電路圖3-7數(shù)碼管顯示電路LCD顯示電路采集程序：見附錄二智能煙霧報(bào)警器的源程序A2。DS18B20獨(dú)特的一線接口，與微處理器連接時(shí)僅需要一條口線即可實(shí)現(xiàn)微處理器與DS18B20的雙向通訊能力，簡化了分布式溫度傳感應(yīng)用無需外部元件可用數(shù)據(jù)總線供電，電壓范圍為3.0V至5.5V無需備用電源測量溫度范圍為-55°C至+125℃。它與控制系統(tǒng)的連接方式如下圖3-8所示。圖3-8溫度傳感器的連接電路DB18B20溫度信號采集電路程序，見附錄二智能煙霧報(bào)警器的源程序A4。產(chǎn)品的設(shè)計(jì)特點(diǎn)和微電腦STC51性能、價(jià)格和所需的空間需要詳細(xì)考慮引進(jìn)集成電路設(shè)計(jì)技術(shù)、煙霧報(bào)警器，包括收集資料和前置放大器電路、微機(jī)接口電路STC89C51單片機(jī),報(bào)警電路、電路的指明燈的狀態(tài)和鍵盤的檢測。智能煙霧報(bào)警器的軟件設(shè)計(jì)編程系統(tǒng)采用KeilC51系統(tǒng)，該系統(tǒng)采用與51系列兼容的微控制器C編程語言開發(fā)系統(tǒng)。與匯編語言相比，C編程語言在功能、結(jié)構(gòu)、可讀性和保護(hù)方面具有顯著的優(yōu)勢。KeilC51軟件引入了大量的庫功能和功能改進(jìn)的集成設(shè)計(jì)調(diào)試開發(fā)工具，全Windows界面。主程序流程圖,如圖4-1所顯示。首先要把感應(yīng)器加熱至三分鐘,但由于MQ-2的零點(diǎn)五導(dǎo)體電阻式煙霧感應(yīng)器,斷電放置一會(huì),再接通電源時(shí),感應(yīng)器不能夠立即正常收集煙氣信號,再進(jìn)行一段時(shí)間的高溫加熱。完成初始化程序初,系統(tǒng)進(jìn)入下一階段了，該階段叫做監(jiān)控階段。在該論文中的主要程序設(shè)計(jì)是能夠?qū)鞲衅骷訜嶂寥昼娞剿?并且在預(yù)熱同時(shí),可以對傳感器進(jìn)行發(fā)熱絲故障檢查,并通過軟件方法檢查傳感器發(fā)熱絲以及電纜線有無斷線和接觸不良。圖4-1程序流程圖STC89C51單片機(jī)在對傳感器所測量的煙氣濃度信息進(jìn)行A/D變換、平均值法的過濾、線性化處理之后,再將濃度值與報(bào)警量限的設(shè)定值相比較后,確定是否報(bào)警。同時(shí)送入二段式的液晶顯示煙氣濃度數(shù)值。同時(shí)主程序中還包含了狀態(tài)指明燈以及按鍵功能設(shè)定,中斷子進(jìn)程等,使報(bào)警裝置的功能更為齊全,給使用者提供了方便，如圖4-2是煙霧報(bào)警器的安全報(bào)警流程，通過傳感器，單片機(jī)，傳感器根據(jù)煙霧濃度輸出電壓，判定電壓是否超過安全數(shù)值，單片機(jī)發(fā)指令給GSM模塊，發(fā)送短信給主人報(bào)警，如圖4-2安全報(bào)警流程圖。圖4-2安全報(bào)警流程智能煙霧報(bào)警器仿真中的整體電路圖見附錄一仿真運(yùn)行圖。智能煙霧報(bào)警器的總的程序代碼，見附錄智能煙霧報(bào)警器的源程序A3。這一章節(jié)主要介紹了煙霧報(bào)警器中軟件設(shè)計(jì)。通過對軟件程序的開發(fā)環(huán)境和開發(fā)工具的選用,選擇合適的STC51系列單片機(jī),使用KEILC51編程器完成軟件開發(fā)已經(jīng)完成。總結(jié)最傳統(tǒng)的火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警控制系統(tǒng),但最先前的煙霧報(bào)警系統(tǒng)最明顯的優(yōu)點(diǎn)是:創(chuàng)造簡便快捷、制造成本低。但存在明顯的不足:一是抗干擾能力差、誤報(bào)率較高。煙氣監(jiān)測報(bào)警器既能確保生產(chǎn)和生活環(huán)境的安全,防止火災(zāi)和爆炸事件和煤氣中毒物的產(chǎn)生,同時(shí)也是防火、防爆和安全生產(chǎn)所需要的重要器具,具有廣闊的市場空間與發(fā)展前景。判斷火災(zāi),僅僅是通過檢測的特定火災(zāi)現(xiàn)象參數(shù)是否超過設(shè)定值(閾值)的問題可以用來判斷是否有警報(bào)，但不能排除環(huán)境和其他原因。如果選擇靈敏度低，會(huì)延遲或錯(cuò)過報(bào)警，如果選擇靈敏度高，會(huì)產(chǎn)生假陽性。據(jù)國外統(tǒng)計(jì)，假火災(zāi)報(bào)警時(shí)間與真火災(zāi)報(bào)警時(shí)間之比為20∶1。其次，功能小而低效本論文希望可以在煙霧傳感器與報(bào)警技術(shù)能夠進(jìn)行更深一步的研究,將國外同類產(chǎn)品的技術(shù)優(yōu)缺點(diǎn)進(jìn)行合并總結(jié)，能夠全面優(yōu)化升級產(chǎn)品,并科學(xué)合理地制定了系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案。并對儀器的總體設(shè)計(jì)以及各個(gè)部分做出了詳盡的系統(tǒng)分析與方案設(shè)計(jì)。參考文獻(xiàn)[1]王洋,吳亮亮,何健,饒劍,陳德超.變電站消防在線智能管理系統(tǒng)及滅火裝置研究[J].中國新技術(shù)新產(chǎn)品,2022(05):146-148.[2]向登菊.MSP430的距離煙霧報(bào)警器的設(shè)計(jì)[J].電子世界,2021(23):135-137.[3]張節(jié)群.基于正交試驗(yàn)與CAE模擬的煙霧報(bào)警器外殼翹曲優(yōu)化分析[J].塑料科技,2021,49(06):87-91.[4]江麗,張娜娜.CRH3型動(dòng)車組煙霧報(bào)警器的設(shè)計(jì)[J].山西電子技術(shù),2021(03):3-5.[5].英國建筑研究院（BRE）發(fā)布關(guān)于感光煙霧探測器和報(bào)警器最佳更換周期研究報(bào)告[J].消防科學(xué)與技術(shù),2021,40(06):940.[6]惠華先,張悅輝,吳延艷.基于計(jì)算機(jī)輔助技術(shù)的智能煙霧報(bào)警器模具設(shè)計(jì)[J].塑料科技,2021,49(04):62-65.[7]張青超,賀慶,郝思聰,程杰.低功耗無線煙霧報(bào)警器的設(shè)計(jì)[J].消防科學(xué)與技術(shù),2021,40(04):527-530.[8]史蒂芬·班奇,張微明.2019年美國多人死亡火災(zāi)和爆炸事故報(bào)告[J].現(xiàn)代職業(yè)安全,2020(11):36-38.[9]無田.虛驚一場[J].快樂語文,2020(32):35+26.[10].英國建筑研究院（BRE）發(fā)布事故傷亡因素及情況分析報(bào)告[J].消防科學(xué)與技術(shù),2020,39(10):1400.基于物聯(lián)網(wǎng)室內(nèi)安全智能安全系統(tǒng)設(shè)計(jì)摘要：在當(dāng)代社會(huì)信息化浪潮翻涌卷席下，現(xiàn)代科技的發(fā)展巨輪不斷向前滾動(dòng)，人們的日常生活與工作學(xué)習(xí)也越來越離不開信息科技。大大小小的科技產(chǎn)品中所體現(xiàn)的功能型、娛樂型和家居性都各有不同。而近現(xiàn)代，隨著人們精神需求增加，生活質(zhì)量也在逐步提高，甚至對此有更高要求。人們對于自家的安全性有更高的安全意識，家庭安全體現(xiàn)在哪，就人身和財(cái)產(chǎn)安全來說，防盜、防火、智能安防自然必不可少。如何將這些需求結(jié)合在一起并實(shí)現(xiàn)相對應(yīng)的功能布防在一個(gè)系統(tǒng)上還可以進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)連接，這是我所思考的。于是，聯(lián)系此次課題我想我需要設(shè)計(jì)一種建立在網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)上的可以幫助住戶真正做到防火防盜和進(jìn)行合理監(jiān)控、管理和控制的智能家居系統(tǒng)。使人們享受便捷的生活服務(wù)，增強(qiáng)生活體驗(yàn)感和舒適度。關(guān)鍵詞：信息科技；智能安防；家居系統(tǒng)

DesignofindoorsecurityandintelligentsecuritysystembasedontheInternetofThingsAbstract:Inthecontemporarysocialwaveofinformationtechnology,thedevelopmentofmodernscienceandtechnologyisrollingforward,people'sdailylifeandworkandstudyaremoreandmoreinseparablefrominformationtechnology.Largeandsmalltechnologyproductsreflectedinthefunctional,entertainmentandhouseholdaredifferent.Inmoderntimes,withtheincreaseofpeople'sspiritualdemand,thequalityoflifeisalsograduallyimproving,andevenhavehigherrequirements.Peoplehaveahighersafetyawarenessoftheirownsafety,whereishomesafetyreflected?Intermsofpersonalandpropertysafety,anti-theft,firepreventionandintelligentsecurityarenaturallyessential.Howtocombinetheserequirementstogetherandachievethecorrespondingfunctiontomakeanetworkconnectiononasystem?ThisiswhatIthinkabout.Therefore,whencontactingthistopic,IthinkIneedtodesignasmarthomesystembasedonthenetworkthatcanhelpresidentstrulyachievefirepreventionandtheftpreventionandreasonablemonitoring,managementandcontrol.Sothatpeoplecanenjoyconvenientlifeservices,enhancethesenseoflifeexperienceandcomfort.Keywords:informationtechnology;intelligentsecurity;homesystem

1緒論1.1研究背景以及意義1.1.1研究背景近年來，人們的物質(zhì)生活水平伴隨著科學(xué)技術(shù)的井噴和社會(huì)的鼎新進(jìn)步而逐漸提升。正因?yàn)橛?jì)算機(jī)、通信技術(shù)和云上技術(shù)的成熟，人們的工作生活方式與固有概念已然發(fā)生了深刻的轉(zhuǎn)變。為了提高生活的質(zhì)量，人們對居家生活的便捷、舒適、安全等性能都產(chǎn)生了更高的要求。而傳統(tǒng)家居已然被時(shí)代的浪花卷入海底，其板滯、落后逐漸為年輕人所唾棄。這也讓廣大廠商放棄停步不前，向物聯(lián)網(wǎng)進(jìn)發(fā)。智能家居將家居控制、環(huán)境檢測、安全告警、網(wǎng)絡(luò)通信等模塊集合起來，為用戶提供更舒適安全的居家體驗(yàn)，其智能化也為廣大年輕人所追捧。1.1.2研究意義家居安全系統(tǒng)業(yè)是現(xiàn)代物聯(lián)網(wǎng)時(shí)代，由電子、自動(dòng)化、及通信技術(shù)相輔而成的產(chǎn)物。它可以自動(dòng)控制管理家庭設(shè)備，時(shí)刻監(jiān)控家居安全，對家庭環(huán)境的突然變化進(jìn)行報(bào)警，即使身處異處也可以實(shí)現(xiàn)即刻管理，給用戶提供安全、有效便捷的環(huán)境。家居智能化系統(tǒng)則為實(shí)現(xiàn)這些將家庭信息、通信設(shè)備、家用電器和安防系統(tǒng)通過有線和無線方式緊密連接保持居住室的舒適。居住環(huán)境可發(fā)生質(zhì)的改變，在現(xiàn)代家居設(shè)計(jì)針對舒適性和個(gè)人設(shè)計(jì)重視度較高的同時(shí)。加強(qiáng)家居安全設(shè)計(jì)的研究工作自然可以填補(bǔ)家居設(shè)計(jì)存在的缺陷，在給人們提供溫馨安靜的家居環(huán)境時(shí)也能提供安全保障，加強(qiáng)家居安全作用。1.2國內(nèi)外研究現(xiàn)狀1984年，世界有一棟建筑在美國某州出現(xiàn)。本來它僅是一幢舊大樓，后經(jīng)過計(jì)算機(jī)對內(nèi)部設(shè)備進(jìn)行改造控制，并反饋和提供信息化服務(wù)。從那以后某些發(fā)達(dá)國家已經(jīng)觀察到智能家居市場行業(yè)未來發(fā)展的缺口將會(huì)帶來的巨大商業(yè)財(cái)富，所以在智能家居系統(tǒng)的研究中提供大量資源。1985年，“亞洲家庭電器與電子消費(fèi)品國際展覽會(huì)”在新加坡舉辦，展覽會(huì)上，家庭智能系統(tǒng)功能多種多樣，初具雛形。據(jù)統(tǒng)計(jì)，到2013年，智能家居業(yè)務(wù)經(jīng)濟(jì)已達(dá)上億，使得越來越多的國家開始著手研究智能家居控制。人工智能不斷發(fā)展，在人類歷史上留下不可磨滅的一筆。即使是在電影、電視和文學(xué)創(chuàng)作中，人們的夢想也離不開擅長的先進(jìn)機(jī)器，因?yàn)樗鼈兲峁┝烁行У纳钯|(zhì)量，提高了勞動(dòng)生產(chǎn)率和社會(huì)生產(chǎn)力。與西方的知識產(chǎn)權(quán)領(lǐng)域研究相比，國內(nèi)的研究起步則較晚開始，但已得到飛速發(fā)展的成效。自80年代開始引入智能家居概念至今，雖然不像一些發(fā)達(dá)國家那樣對行業(yè)指定技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。但是在實(shí)踐上，已經(jīng)利用此概念進(jìn)行建設(shè)智能化的住宅小區(qū)了。據(jù)悉，國家將投資上億人民幣用來將概念轉(zhuǎn)變?yōu)楝F(xiàn)實(shí)。而某市建設(shè)的高達(dá)萬數(shù)的網(wǎng)絡(luò)社區(qū)已然發(fā)展起來。這必然促使智能化的建設(shè)從小區(qū)向家庭化發(fā)展。但制約因素依然存在，由于政府在房地產(chǎn)行業(yè)的調(diào)控，地產(chǎn)經(jīng)濟(jì)泡沫化所導(dǎo)致的不景氣對整個(gè)住宅業(yè)和相對應(yīng)的電子設(shè)備行業(yè)有所打壓，所以必然使得智能家居市場所面對的客戶群體減少。但機(jī)遇與挑戰(zhàn)并存，某些政策將會(huì)加大控制，給智能家居的發(fā)展帶來全新機(jī)遇。近階段，智能家居系統(tǒng)的主要方向在網(wǎng)絡(luò)連接上，建立一個(gè)多模塊綜合管理平臺。只要通過移動(dòng)終端用戶就可以和家中各類設(shè)備聯(lián)系，足不出戶也可以享受智能家居系統(tǒng)提供的好處。1.3論文的主要工作綜合運(yùn)用所學(xué)例如：電路分析、模電、數(shù)電、傳感器和微機(jī)控制等，解決實(shí)際中遇到的種種問題，應(yīng)做到如下工作:(1)對軟硬件的綜合設(shè)計(jì)：熟練掌握某某軟件工具的使用方法，編寫軟件驅(qū)動(dòng)程序。熟悉硬件實(shí)物的原理及應(yīng)用選擇合適的主控芯片畫出設(shè)計(jì)原理圖，并使實(shí)現(xiàn)其家居智能安全系統(tǒng)的感知能力和處理能力。（2）完成家居防盜監(jiān)控功能：利用熱釋電紅外探測器和振動(dòng)傳感器來感知防盜信號。（3）完成智能家居安全監(jiān)控系統(tǒng)：結(jié)合空氣質(zhì)量、煙霧和溫度三者信號分析完成火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)。（4）實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)通訊功能：結(jié)合防盜、防火報(bào)警系統(tǒng)實(shí)時(shí)與網(wǎng)絡(luò)連接，反饋家居安全信息。本課題主要介紹基于物聯(lián)網(wǎng)的智能家居安全系統(tǒng)，對相應(yīng)的功能要求完成設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)。利用它的可行性進(jìn)行理論指導(dǎo)，然后使用硬件設(shè)計(jì)中提供的技術(shù)理論進(jìn)行扼要分析，選擇物聯(lián)網(wǎng)家居安全系統(tǒng)下的組成和構(gòu)建。針對現(xiàn)下存在的問題，包括功能需求全面結(jié)合，設(shè)計(jì)出各個(gè)功能模塊以及該程序和電路設(shè)計(jì)圖。即防盜監(jiān)控模塊和火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)模塊。隨后對兩模塊進(jìn)行必要連接、調(diào)試，最后與網(wǎng)絡(luò)通訊連接，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)功能。發(fā)現(xiàn)問題并及時(shí)解決問題，保證兩模塊的有機(jī)結(jié)合能夠發(fā)揮出它們的實(shí)際應(yīng)用功能，做到真正的家居安全系統(tǒng)的防控。最后，指出本次設(shè)計(jì)的不足和實(shí)物硬件的缺點(diǎn)之處，便于自我改進(jìn)和后來者的拓展，以達(dá)到更進(jìn)一步的高度和展望。

2方案選擇2.1單片機(jī)的選擇方案一：使用DSP，它是一種微處理器，可以利用數(shù)字信號進(jìn)行信息的處理。其優(yōu)勢包括，對元件的容量尺度不敏感，容易達(dá)到積分效果，受到外界干擾因素較小，可以實(shí)現(xiàn)處理器的通用，處理器系數(shù)易調(diào)節(jié)以達(dá)到自適應(yīng)的效果，可以更好的適用于低頻信號。缺點(diǎn)是價(jià)格不合理，缺少可用的無源設(shè)備。方案二：中央處理器采用單片機(jī)。近年來，單片機(jī)以其高可依賴性、低電壓、低功耗、適中性能與價(jià)格等優(yōu)點(diǎn)得到了迅猛的發(fā)展和普及。單片機(jī)的算術(shù)運(yùn)算功能相對較強(qiáng)，軟件應(yīng)用靈活低耦，功能實(shí)現(xiàn)輕量明了，內(nèi)部集成計(jì)數(shù)器與計(jì)時(shí)器，體積小，功耗低，計(jì)數(shù)技術(shù)成熟。最后提出了第二種方案，以STC12C5A60S2為中央控制單元。2.2防盜探測器的選擇方案一：熱釋電紅外傳感器。一般來說，物體的絕對溫度為0℃情況下依然能產(chǎn)生熱輻射，此時(shí)熱光譜明顯集中在紅外區(qū)域，由此可見，自然界中的所有物體都在熱光譜上成像。當(dāng)物質(zhì)呈現(xiàn)不同的物理化學(xué)性質(zhì)和不同的溫度，紅外輻射的波長和距離會(huì)有所差異；溫度越高，紅外輻射越強(qiáng)。人的體溫是恒定的，大約在36℃~37℃區(qū)間浮動(dòng),紅外輻射相對穩(wěn)定?？梢酝ㄟ^把濾光片粘貼在硅片表面，將一部分波過濾，只允許波長7到10μM的波通過。從而獲得了具有良好檢測性能的紅外傳感器。它具有制作成本低、設(shè)計(jì)簡單、電路簡單等優(yōu)點(diǎn)，得到了廣泛的應(yīng)用。缺點(diǎn)是檢測錯(cuò)誤率比較高，比較適合本設(shè)計(jì)的應(yīng)用。方案二：超聲波傳感器。超聲波穿透強(qiáng)，人耳不可測得，強(qiáng)方向性和透射過程衰減小，反射能力強(qiáng)作為檢測報(bào)警的檢測源。但是超聲波是通過空氣傳播的，因此房間的空氣流通情況和溫度濕度等條件都會(huì)影響其探測靈敏度。且超聲波的驅(qū)動(dòng)電壓較高，很多時(shí)候需要脈沖變壓器進(jìn)行升壓。由于其對壞境要求高和高昂的造價(jià)，并不選擇它用于本設(shè)計(jì)。方案比較及選擇：對比以上二種防盜傳感器的應(yīng)用效果和特性，可以清晰明確的看出紅外熱釋電傳感器和震動(dòng)傳感器的優(yōu)點(diǎn)有：自己無任何類型發(fā)生輻射、本身其損耗小、體積小隱蔽性能好。在價(jià)格上也是適中，經(jīng)濟(jì)承擔(dān)小，使用壽命長。且本身具有非常高的抗干擾能力，例如抗燈光和電磁波干擾。準(zhǔn)確靈敏捕捉外來物信息，有效的降低了報(bào)警系統(tǒng)的誤報(bào)率。在正確的安裝高度下，探測目標(biāo)也一般集中在人身上，不出現(xiàn)對小動(dòng)物報(bào)警狀況。因此，本課題的設(shè)計(jì)中采用紅外熱釋電傳感器作為防盜監(jiān)控系統(tǒng)核心采集信息器，以震動(dòng)傳感器為輔助探測信息的采集器。兩者在同一工作條件下，分別發(fā)揮其不可缺少的作用。紅外熱釋電傳感器不排除一定的誤報(bào)率，而發(fā)生不必要的意外。所以起輔助作用的震動(dòng)傳感器就不可或缺了?？蓪η罢哌M(jìn)行查缺補(bǔ)漏，做到真正的萬無一失，確保家居防盜監(jiān)控報(bào)警系統(tǒng)的完整性可實(shí)施性和安全性。2.3煙霧傳感器的選擇方案一：接觸式燃燒傳感器。其缺陷尤為明顯，探頭電阻慢、煙霧中毒問題難以避免。因此，為了保證傳感器的精度，有必要對傳感器進(jìn)行頻繁的標(biāo)定。一般情況下，傳感器應(yīng)在連續(xù)多次使用后重新校準(zhǔn)。問題是，這種斷斷續(xù)續(xù)的檢查無形中增加了人力資源的工作量，也增加了探測器的維護(hù)成本。方案二：半導(dǎo)體煙霧傳感器。其主要材料為氧化物半導(dǎo)體陶瓷，以此單晶半導(dǎo)體元件作為敏感點(diǎn)。該傳感器對煙霧識別能力高度敏感，響應(yīng)速度快，體積小，使用方便，結(jié)構(gòu)簡單，這也是它得到廣泛應(yīng)用的緣由。半導(dǎo)體煙霧傳感器的性能要求很大程度上更注重于其靈敏度、抗干擾強(qiáng)度和使用壽命。所以這里我選擇mq-2煙霧傳感器。2.4顯示方案的選擇方案一：LED數(shù)碼管的價(jià)格極為合適。除了在顯示數(shù)據(jù)的方面最為適合，包括與單片機(jī)連接的非靜態(tài)掃描方式，需要占用單片機(jī)接口線數(shù)目也是極少的缺點(diǎn)也很明顯，由于數(shù)碼管的動(dòng)態(tài)掃描依賴于74LS164移位寄存器進(jìn)行移位，在芯片的電路調(diào)試中容易遇到無法解決的問題，這無疑加大了配置難度。方案二：采用液晶顯示，顯示能力同樣強(qiáng)大，可顯示大量文字甚至簡易圖形。對于這種設(shè)計(jì)，一塊1602液晶屏就足夠了，而且價(jià)格比較合理。因此，此次設(shè)計(jì)計(jì)劃使用LCD1602液晶屏作為顯示部分。

3系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)3.1整體方案設(shè)計(jì)3.1.1系統(tǒng)概述本系統(tǒng)最終采用單片機(jī)STC12C5A60S2作為設(shè)計(jì)的核心部分，僅需5伏特USB供電，加以電阻電容晶振等輔助零件構(gòu)成的旁支電路，組合成單片機(jī)內(nèi)最小系統(tǒng)。其他功能模塊也以其為中心設(shè)計(jì)展開，滿足功能需求。因?yàn)闊熿F采集的傳感器選擇了MQ-2，但囿于輸出信號為模擬信號，將數(shù)據(jù)模通過數(shù)轉(zhuǎn)換芯片進(jìn)行適配，轉(zhuǎn)換成單片機(jī)可以接受的數(shù)字信號；熱釋電紅外傳感器選擇了HC-SR52。傳感器表面的電荷密度會(huì)根據(jù)不穩(wěn)定強(qiáng)度的紅外光影響從而產(chǎn)生熱釋電電流，阻抗能將電流信號轉(zhuǎn)換成所需的電壓信號；另外，單片機(jī)與傳感器通過引腳連接，溫度模塊方面由DS18B20數(shù)字傳感器采集；顯示裝置選用1602液晶屏，可實(shí)時(shí)在屏幕上顯示我所預(yù)置的安全預(yù)設(shè)內(nèi)容和數(shù)值；另外，聲光報(bào)警由蜂鳴器和LED燈組成，實(shí)時(shí)監(jiān)控?zé)熿F、溫度和紅外是否有告警需要，無論哪個(gè)數(shù)值超出預(yù)設(shè)數(shù)值，報(bào)警模塊都會(huì)啟動(dòng)；本作品提供了5個(gè)按鍵提供鍵入操作，用戶可以根據(jù)實(shí)際情況修改預(yù)設(shè)閾值。物聯(lián)網(wǎng)層面，ESP8266模塊內(nèi)部設(shè)有STA/AP模式，能夠與無線路由、熱點(diǎn)連接，可以輕松接入網(wǎng)關(guān)，實(shí)現(xiàn)萬物互聯(lián)。

3.1.2系統(tǒng)框圖圖3.1系統(tǒng)框圖3.2STC12C5A60S2單片機(jī)介紹圖3.1STC12C5A60S2實(shí)物圖STC12C5A60S2單片機(jī)是我研究此課題時(shí)接觸到的一個(gè)全新51單片機(jī)種類，甚至在學(xué)校實(shí)驗(yàn)室也未曾見過。在全然不了解的情況下對它進(jìn)行資料查閱、網(wǎng)絡(luò)視頻觀看和不斷的試驗(yàn)才開始慢慢有些皮毛了解。因此這里將我所學(xué)并結(jié)合百度百科做出詳細(xì)介紹：本系列單片機(jī)屬于采用技術(shù)生產(chǎn)的單次時(shí)鐘和單機(jī)周期的單片機(jī)。它的抗干擾能力相對來說更高，消耗電能更低卻擁有很快的運(yùn)行速度。在具備了這些優(yōu)點(diǎn)條件下，它成為了新一代8051單片機(jī)且指令代碼與傳統(tǒng)的8051相同，都可以完全集成支持串口程序進(jìn)行燒寫，且對開發(fā)前置的機(jī)械要求不高，運(yùn)行速度卻可以高上八倍甚至是十二倍。它的內(nèi)部集成MAX810可以用來復(fù)位電路。綜合來說此次選擇的STC12C5A60S2單片機(jī)完全契合此次課題的設(shè)計(jì)要求，完成效果質(zhì)量也大大提升。當(dāng)然，STC12C5A60S2也是隸屬8051系列，但它與普通的51系列單片機(jī)略有不同,在以下列舉出：①在它與普通51同為晶振的前提下，它的速度可達(dá)普通51的8到12倍，既保證了工作質(zhì)量又具有工作效率。近年來也是大熱的單片機(jī)之一。②存有8路10位的AD，可將模擬量轉(zhuǎn)化為數(shù)字量的一種電路結(jié)構(gòu)，當(dāng)然也達(dá)了它的精度要求，所以對集成電路的處理能力是比較強(qiáng)的，為我們設(shè)計(jì)制造實(shí)物提供硬件基礎(chǔ)。③也比普通的51要多倆按時(shí)設(shè)定器效果，縮短周期。并且自帶有PWM功能，不但可以簡略化設(shè)計(jì)的硬件電路，而且可以減少所需硬件成品。④有串行外設(shè)接口總線（SPI）接口，可以在軟件控制下構(gòu)成各種系統(tǒng)。⑤有EEPROM（帶電可擦可編程只讀存儲(chǔ)器），方便在于不需從計(jì)算機(jī)中取出來，可以即插即用。⑥具有1K大小的內(nèi)部可擴(kuò)展的RAM（隨機(jī)存儲(chǔ)器），因?yàn)槭莾?nèi)部擴(kuò)展的，所以定義成idata仿真器通不過。⑦有看門狗（watchdog）定時(shí)器電路，避免外部磁場干擾導(dǎo)致程序指針錯(cuò)誤，陷入死區(qū)，使整個(gè)系統(tǒng)陷入無效狀態(tài)，造成無法的后果。所以看門狗在程序中斷中擁有最高優(yōu)先級，從根本上解決問題。⑧比普通的51多了一個(gè)串口，也就是說可以分配多個(gè)串口/并口進(jìn)行終端連接，這就保證了擴(kuò)大計(jì)算機(jī)外部設(shè)備數(shù)量的最方便、最簡單的解決方案。⑨可對I/O口定義，有準(zhǔn)雙向口輸出：輸入輸出雙向（標(biāo)準(zhǔn)）、僅為輸出（高阻）、推挽輸出（輸出大驅(qū)動(dòng)電流）、開漏輸出四種狀態(tài)。⑩可以定義四種中斷優(yōu)先級，即設(shè)備中斷和屏障中斷。如果計(jì)算機(jī)意外發(fā)生故障，內(nèi)部自動(dòng)故障檢測裝置將開始工作。CPU啟動(dòng)相應(yīng)的中斷處理請求，處理特殊故障問題；當(dāng)滿足定時(shí)檢測和時(shí)間控制的請求時(shí)，使用實(shí)時(shí)時(shí)鐘中斷。內(nèi)部CPU可以發(fā)出啟動(dòng)時(shí)鐘電路的命令來開始計(jì)時(shí)。當(dāng)設(shè)定時(shí)間結(jié)束時(shí)，發(fā)出時(shí)鐘中斷請求，然后CPU開始處理中斷請求。這種情況通常應(yīng)用在一些主流的自動(dòng)控制系統(tǒng)中。圖3.2STC12C5A60S2管腳排列圖3.3煙霧傳感器的介紹煙霧傳感器是一種可以實(shí)現(xiàn)電轉(zhuǎn)換的特殊組件，它可以接收空氣中的易燃?xì)怏w并分析濃度，然后將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為電信號，然后通過AD轉(zhuǎn)換電路將模擬量轉(zhuǎn)換為實(shí)際可見的信號。更改數(shù)字量，然后將其發(fā)送到微機(jī)，以完成數(shù)據(jù)處理，濃度處理和警報(bào)控制，由于煙霧信號記錄是煙霧檢測和警報(bào)的一部分，因此傳感器是整個(gè)煙霧檢測模塊的開始，你會(huì)發(fā)現(xiàn)選擇符合要求的傳感器非常重要。由于煙霧種類的多樣性，煙霧傳感器不能做到有針對性，所以如果需要我們探測所有的氣體，需要我們開發(fā)出各種能檢測不同性質(zhì)氣體的煙霧。表3-1簡要列出了已研究和開發(fā)的各種類型的煙霧傳感器以及可檢測的氣體類型。表3-1各種煙霧傳感器可檢測的煙霧種類傳感器種類C0CO2H2SNH3HCNHCICOCI2CI2NOXSO2O2CH4C3H2H2H2O半導(dǎo)體氣體傳感器○○○○○○○○○○固體電解質(zhì)傳感器○○○○○接觸燃燒式傳感器◎○○○電化學(xué)式傳感器○○○○○○○○高分子電解質(zhì)氣體傳感器◎○○○○注：○好◎不太好3.3.1MQ-2型煙霧傳感器工作原理導(dǎo)體煙霧傳感器根據(jù)敏感機(jī)理可分為電阻型和非電阻型。半導(dǎo)體氣體傳感器又可分為兩種即n、p兩種類型。n型阻力隨煙氣濃度的增加而減小，p型則截然相反。半導(dǎo)體氣敏傳感器的分類如表3-2所示：表3-2半導(dǎo)體氣敏傳感器的分類類型所利用特性正常工作溫度被檢測氣體電阻型電阻表面電阻控制器300～450°C可燃性氣體體電阻控制器300～450°C700°C以上乙醇、可燃性氣體非電阻型二極管整流特性室溫～200°CH2、CO、乙醇晶體管特性150°CH2、H2S設(shè)計(jì)中采用的煙霧傳感器主材料由二氧化錫制成，隸屬N型半導(dǎo)體。其工作原理為:當(dāng)傳感器處于200到300°C溫度區(qū)間，二氧化錫能夠?qū)⒖諝庵械难鯕馕缴蟻恚蹼x子在空氣中增多，由此導(dǎo)致半導(dǎo)體中的電子密度變小，于是二氧化錫電阻值明顯增加。當(dāng)與煙霧接觸時(shí)，二氧化錫表面電導(dǎo)率發(fā)生變化。由此利用這一點(diǎn)就可以獲得某種煙霧的濃度異常證明前置條件。遇到可燃煙霧時(shí)，原來吸附的氧則會(huì)脫附，而由可燃煙霧以正離子狀態(tài)吸附在二氧化錫半導(dǎo)體表面，煙霧以正離子狀態(tài)吸附也要放出電子，氧脫附放出電子，二氧化錫半導(dǎo)體導(dǎo)帶電子密度因此會(huì)明顯增加，電阻值下降。而當(dāng)空氣中沒有煙霧時(shí)，二氧化錫半導(dǎo)體又會(huì)自動(dòng)吸附空氣中的氧離子，將電阻值升高到警報(bào)前置狀態(tài)，其外觀如3.6所示。圖3.6MQ-2型傳感器的外觀3.3.2MQ-2型傳感器的特性及主要技術(shù)指標(biāo)MQ-2型傳感器的一般特點(diǎn):(a)它烷烴類煙霧高度敏感。(b)具有良好的重復(fù)性和長期穩(wěn)定性。(c)具有良好的抗干擾能力，能準(zhǔn)確不燃煙霧的干擾效果。(d)電路電壓范圍寬，可在24V下工作，加熱電壓5±0.2伏。MQ-2型傳感器的基本特性：(a)靈敏度特性(b)初期穩(wěn)定特性。(c)加熱特性。MQ-2型傳感器的特性參數(shù):(a)回路電壓：(Vc)5~24V(b)取樣電阻：(RL)0.1~20K(c)加熱電壓：(VH)5±0.2V(d)加熱功率：(P)約750mW(e)靈敏度：以甲烷為例R0(air)/RS(0.1%CH4)＞5(f)響應(yīng)時(shí)間：Tres＜10秒(g)恢復(fù)時(shí)間：Trec＜30秒3.4LCD1602液晶顯示器介紹圖3.3LCD1602液晶顯示器實(shí)物圖顯示器件的重點(diǎn)要在于液晶體積、重量和功耗。LCD1602具有其功耗低、信息量大、無電磁輻射、使用壽命長等優(yōu)點(diǎn)，在便攜式電子產(chǎn)品中被廣泛應(yīng)用。它由LCD、HD44780和hd44100以及少量的電阻、電容和結(jié)構(gòu)部件組成。它可以顯示2行16個(gè)字符，英文字母、阿拉伯?dāng)?shù)字、常用符號等都可實(shí)現(xiàn)。當(dāng)然也可通過特殊需求實(shí)現(xiàn)顯示簡單漢字功能。我選用的1602是一款符合要求又便宜的液晶顯示器。廣泛應(yīng)用于通信系統(tǒng)自動(dòng)化、智能操作儀表和辦公設(shè)備中。1602液晶顯示器可分為有背光和無背光兩種。有背光的比沒有背光的厚，無論是否帶背光，在應(yīng)用上都沒有區(qū)別。兩者的大小差別如下所示：圖3-5液晶尺寸說明1602LCD主要技術(shù)參數(shù)：◆顯示容量:16×2個(gè)字符◆芯片工作電壓:4.5—5.5V◆工作電流:2.0mA(5.0V)◆模塊最佳工作電壓:5.0V◆字符尺寸:2.95×4.35(W×H)mm3.4.1液晶引腳說明LCD1602采用標(biāo)準(zhǔn)14或16腳接口，各引腳接口說明見下表：表3-31602液晶引腳說明編號符號引腳說明編號符號引腳說明1VSS電源地9D2數(shù)據(jù)2VDD電源正極10D3數(shù)據(jù)3VL液晶顯示偏壓11D4數(shù)據(jù)4RS數(shù)據(jù)/命令選擇12D5數(shù)據(jù)5R/W讀/寫選擇13D6數(shù)據(jù)6E使能信號14D7數(shù)據(jù)7D0數(shù)據(jù)15BLA背光源正極8D1數(shù)據(jù)16BLK背光源負(fù)極3.4.2指令說明通過指令編程可實(shí)現(xiàn)LCD1602Y液晶顯示模塊的讀寫操作、顯示屏操作和光標(biāo)操作，分別介紹如下：（1）清屏指令指令如表3-4所示：表3-4清屏指令功能表（2）光標(biāo)歸位指令表3-5光標(biāo)歸位指令功能表（3）進(jìn)入模式設(shè)置指令指令如表3-6所示表3-6進(jìn)入模式設(shè)置指令功能表功能：當(dāng)定入一位數(shù)據(jù)之后光標(biāo)移動(dòng)的方向?qū)⒈辉O(shè)置，參數(shù)設(shè)定的情況如下：（4）顯示開關(guān)設(shè)置指令表3-7顯示開關(guān)設(shè)置指令功能表功能：它可以控制顯示器開關(guān)，光標(biāo)開關(guān)，以及光標(biāo)是否需要閃爍。參數(shù)設(shè)置如下：（5）設(shè)定顯示屏或光標(biāo)移動(dòng)方向指令指令如表3-7所示表3-8設(shè)定顯示屏或光標(biāo)移動(dòng)方向指令功能表功能：移動(dòng)光標(biāo)或整個(gè)顯示屏。參數(shù)設(shè)置如下：（6）功能設(shè)定指令指令如表3-9所示表3-9功能設(shè)定指令功能表功能：將設(shè)置數(shù)據(jù)總線中的位數(shù)和顯示的行數(shù)。參數(shù)設(shè)置如下：（7）設(shè)定CGRAM地址指令指令如表3-10所示表3-10設(shè)定CGRAM地址指令功能表功能：將設(shè)置下次存儲(chǔ)的CGRAM地址。（8）設(shè)定DDRAM地址指令指令如表3-11所示表3-11設(shè)定DDRAM地址指令功能表

4單元電路的設(shè)計(jì)4.1最小系統(tǒng)電路圖4.1單片機(jī)最小系統(tǒng)單片機(jī)的最小系統(tǒng)由晶體振蕩器電路、復(fù)位電路和電源電路三部分組成，由上圖4.1可示。4.2煙霧檢測模塊電路圖4.2煙霧檢測模塊電路圖煙霧檢測模塊的電路連接圖如上圖所示，由于mq-2這種傳感器只能收集煙霧模擬量，所以我們必須要通過ADC0832芯片將輸出結(jié)果轉(zhuǎn)換成數(shù)字量，再傳送給單片機(jī)接收然后再進(jìn)行處理數(shù)字量最后顯示在液晶屏上。這里簡單介紹下此芯片它是NS公司生產(chǎn)的一種具有串行接口的8位A/D轉(zhuǎn)換器。通過三線接口與單片機(jī)相連。特點(diǎn)是低功耗、高性能、高價(jià)格，但適用于體型小、易于攜帶的智能電子儀器中。4.3空氣質(zhì)量檢測模塊電路圖4.3MQ-135連接圖本設(shè)計(jì)采用mq-135空氣質(zhì)量傳感器，它對于某氣體敏感的主要成分是SnO2，因?yàn)橐话銞l件下，空氣中成分比較穩(wěn)定也比較干凈不會(huì)有什么雜質(zhì)類的。二這種傳感器特殊在它處于這種空氣條件下時(shí)導(dǎo)電率是比較低的。我們知道，發(fā)生火災(zāi)時(shí)，有些物體燃燒會(huì)有氣體分子溢出，然后環(huán)境被污染，空氣中也會(huì)存在雜質(zhì)氣體，這樣它的導(dǎo)電率相對增加，且隨著空氣中雜質(zhì)不斷增多也會(huì)不斷變高。在我們這種設(shè)計(jì)的簡略電路中，這種導(dǎo)電率的變化完全合適作為一種信號即將這種變化率作為氣體濃度變化率轉(zhuǎn)化為相應(yīng)輸出信號。這種空氣質(zhì)量傳感器又恰好對氨氣、硫化物和苯蒸氣敏感，因此它再合適不過此電路的監(jiān)視煙塵空氣質(zhì)量等的理想選擇了。再一個(gè)，它的制造成本低，售賣價(jià)格也低。是一種適合各種應(yīng)用的低成本傳感器。4.4DS18B20（溫度）傳感器模塊電路圖4.3DS18B20模塊連接圖4.5熱釋電紅外傳感模塊電路圖4.5HC-SR501連接圖本課題選用的是HC-SR501，Hc-sr501是屬于自動(dòng)控制模塊系統(tǒng)且自帶紅外感應(yīng)技術(shù)的傳感器。4.6液晶顯示模塊電路圖4.6液晶模塊連接圖4.7按鍵輸入模塊電路本設(shè)計(jì)中使用到的按鍵數(shù)量有5個(gè)按鍵，分別是“切換鍵”“減量鍵”、“加量鍵”、“歸位鍵”和“布防模式鍵”。故采用了較為簡單的獨(dú)立鍵盤的方式，按鍵的連接圖如下：圖4.7按鍵電路4.8報(bào)警模塊電路4.8.1蜂鳴器報(bào)警模塊電路蜂鳴器電路如圖4.8所示。圖4.8蜂鳴器電路4.8.2LED報(bào)警模塊電路對于LED報(bào)警電路如圖4.9所示，圖4.9LED燈電路5軟件設(shè)計(jì)5.1主程序模塊#include"display.h"#include"adc0832.h"unsignedcharvalue=l;unsignedcharcount=0;voidmain(){TMOD=0x11;//定時(shí)器T1初始化TH1=(65535-1000)/256;TL1=(65535-1000)%256;EA=1;ET0=1;ET1=1;TR0=1;TR1=1;Init_DS18B20();//溫度芯片初始化P0=0xff;//初始化斷口P1=0xff;P3=0xff;while(1){Scan__Key();baojin()value=ReadAdc0832(0);//讀取溫度傳感器顯示溫度}}5.2溫度采集處理模塊溫度轉(zhuǎn)換流程圖如下圖5.1所示：圖5.1溫度傳感器程序流程圖18b20程序:#inc1ude<reg52.h>sbitDQ=P2^3;voidDelay(intnum)//延時(shí)函數(shù)2uS/次{while(num--);}voidInit_DS18B20(void)//初始化ds18b20{unsignedcharx=0;DQ=1;//DQ復(fù)位De1ay(8);//稍做延時(shí)DQ=0;//單片機(jī)將DQ拉低De1ay(80);//精確延時(shí)大于480usDQ=1;//拉高總線De1ay(14);//稍作延時(shí)后，若x=0初始化成功，x=1初始化失敗x=DQ;De1ay(20);}unsignedcharReadOneChar(void)//讀一個(gè)字節(jié){unsignedchari=0;unsignedchardat=0;for(i=8;i>0;i--){DQ=0;//給脈沖信號dat>>=1;DQ=1;//給脈沖信號if(DQ)dat|=0x80;#include"display.h"#include"adc0832.h"unsignedcharvalue=l;unsignedcharcount=0;voidmain(){TMOD=0x11;//定時(shí)器T1初始化TH1=(65535-1000)/256;TL1=(65535-1000)%256;EA=1;ET0=1;ET1=1;TR0=1;TR1=1;Init_DS18B20();//溫度芯片初始化P0=0xff;//初始化斷口P1=0xff;P3=0xff;while(1){Scan__Key();baojin()value=ReadAdc0832(0);//讀取溫度傳感器的溫度}}5.3液晶程序模塊圖5.3液晶顯示流程圖5.4煙霧采集處理模塊本設(shè)計(jì)中由于為了求得煙霧濃度值必須得測出氣敏感測量器的電阻值大小而傳感器采集的是負(fù)載電阻的電壓值，為了便于下一步的處理，首先采集電壓值并進(jìn)行標(biāo)度變換，可得下列式子。Ax=A0+(Am-A0)*(Nx-NO)/(Nm-N0)=0