基于STC89C52单片机的火灾报警系统设计

论文总字数：28916字

目 录

1 绪论 1

1.1目的和意义 1

1.2研究现状及发展概况 1

1.3 主要研究内容 2

2 总体方案论证与设计 2

2.1 主控模块的选型和论证 2

2.2 显示模块的选型和论证 2

2.3 温度检测模块的选型和论证 3

2.4 无线传输模块的选型和论证 3

2.5 系统整体设计概述 3

3 系统硬件电路设计 4

3.1 主控模块 4

3.1.1 STC89C52单片机主要特性 5

3.1.2 STC89C52单片机的引脚说明 5

3.1.3 时钟电路设计 6

3.1.4 复位电路设计 7

3.2 温度检测模块 7

3.2.1 DS18B20简介 7

3.2.2 DS18B20的工作原理 8

3.2.3 DS18B20的性能参数 9

3.2.4 DS18B20与单片机的接口 9

3.3 烟雾检测模块 9

3.3.1 MQ-2型烟雾传感器简介 10

3.3.2 MQ-2型烟雾传感器的特性 10

3.3.3 MQ-2型烟雾传感器的工作原理 10

3.4 火焰传感器模块 11

3.4.1 火焰传感器简介 11

3.4.2 火焰传感器模块使用说明 12

3.5 A/D转换模块介绍 13

3.5.1 ADC0832简介 13

3.5.2 ADC0832的性能参数 13

3.5.3 ADC0832的连接电路 13

3.6 无线传输模块 14

3.6.1 nRF24L01简介 14

3.6.2 nRF24L01引脚介绍 14

3.6.3 nRF24L01的工作方式及工作原理 16

3.6.4 NRF24L01的应用 16

3.7 LCD液晶显示器 16

3.7.1 LCD1602简介 16

3.7.2 LCD1602的显示原理 17

3.8 声光报警模块 18

3.8.1 蜂鸣器报警 18

3.8.2 灯光报警 18

3.9 电源模块 19

4 系统软件设计 19

4.1 主程序设计 19

4.2 传感器程序设计 20

4.3 无线传输程序设计 21

5 系统调试 22

5.1 硬件调试 22

5.2 软件调试 22

5.3 性能测试 24

5.3.1整体功能测试 25

5.3.2 阈值的设定 26

5.3.3 探测距离对探测结果的影响 27

5.3.4 NRF24L01传输距离与穿透性测试 28

6 结论与展望 29

参考文献 30

致谢 31

附录1：检测模块原理图 32

附录2：接收模块原理图 33

附录3：源程序 34

基于STC89C52单片机的火灾报警系统设计

罗成

，china

Abstract:This design is a kind of fire alarm system combined with single-chip microcomputer technology and sensor technology. It consists of a detection module and a receiving module. The detection module is controlled by the SCM to detect the environmental information by the smoke sensor, flame sensor and temperature sensor. The relevant electrical signal is processed by the A/D converter and transmitted to the SCM. The SCM then controls the wireless transmission module to send the relevant data to the receiving module, and the receiving module SCM receives the signal. The data arrived is compared with the preset value. If it is out of range, audible and visual alarms are activated. The system can detect information such as smoke, temperature, and flare, and display it on the LCD. If a fire is detected, the system immediately activates sound and light alarms. The system is fully functional and has practical application value.

Keywords:Microcontroller, flame sensor, smoke sensor, temperature sensor, wireless transmission module

1 绪论

1.1 目的和意义

随着科技的迅猛发展，生活中发生了越来越多的火灾，工厂、商场等人员众多的公共场所发生火灾，造成的损失非常巨大。为了保护人民的生命和财富安全，我们应当尽早发现而且传递火警信息，进行预警，为人群的疏散争取时间。同时，及时进行火灾预警，可以在火灾早期就进行消防灭火工作，以避免火势蔓延引发焚烧、爆炸等事故，造成更严重的经济损失。火灾现场一般温度较高，浓烟滚滚，火光也比较强烈。所以，如果我们能检测到温度、烟雾和火光的相关信息，就可以在火灾早期了解到火情，知道火灾的相关情况。而温度、烟雾和火焰传感器就可以做到这一点。因此，我们可以利用这些传感器检测相关信息的功能来制作火灾报警系统。

本课题目的就是要设计一个可靠的火灾报警系统来进行火灾预警，该系统能对火灾现场的烟雾、温度和火光情况进行实时监测和准确报警。本系统能够有效防止和减少火灾危害，保护人们的生命安全和财产安全，具有很大的经济效益和社会效益^[1]。

1.2 研究现状及发展概况

以前，在很多特殊环境里，老的探测技术不能探测到相关信息。但是在当今社会上已经出现了相当多的先进的新型探测技术，比如傅里叶红外光谱仪，节能微处理器和弱信号处理技术等进一步推动了传统探测技术的向前发展，明显提高了很多探测器的性能。不同于以前的大型探测器，现在的检测器向着更小、更智能和多种传感器复合的方向发展^[2]。

近几十年来，随着世界经济和科技取得的长足发展，单片机逐渐被广泛运用到我们的生产生活和教学当中。根据社会的消防需求，人类开发了各种类型的火灾报警系统。以单片机为核心的火灾报警系统占了其中很大一部分。正是因为它的功能齐全，体积小，可以满足更小、更智能以及多传感器复合的社会发展需求，以单片机为核心的火灾报警系统在当今市场上才有今天这种地位。

由于历史原因，我国的科学技术全面落后世界几十年。这就导致我们的火灾报警技术落后于发达国家。自二十世纪七十年代以来，我们已经开始研发和生产自己的火灾报警系统。 从二十世纪八十年代以后，政府逐渐向外界敞开了大门。国内主要制造商似乎已经开启了新的世界。他们其中大部分是从仿制国外产品或引进国外生产技术开始的。直到接近21世纪，也就上世纪九十年代，我们国家的火灾报警系统才开始真正发展成熟。这时期，我国的内政外交百花齐放，伴随着优越的政策，政府加大力度引入外国资本，国外很多做消防设备的厂商发现商机，纷纷涌入我们的消防市场。我国在引进先进技术的同时，也学到了许多关于消防设备的知识，提高了我国厂家自主生产消防产品的能力。国内厂家和国外资本除了有竞争关系，他们同时也开启合作成立合资公司，并且取得了显着的成功。在当今市场已经出现了许多强大的公司。其中一些技术接近或处于国际领先水平了。

目前国内有名的生产厂家有海湾、松江、利达华信、新沃和北大青鸟等。他们开发出了技术上领先的产品，例如海湾JB-QB-GSTN1500（联动型）火灾报警控制器，它采用壁挂式箱体，单台容量可达6个回路，总计1452个总线制报警联动点，具有单机容量大、可靠性高的特点。海湾Kidde H系列火灾自动报警系统基于UL（Underwriter Laboratories Inc，美国保险商试验所）设计标准，并针对中国市场进行了优化，是主打高端市场的UL认证和CCCF（China Certification Center for Fire Products Ministry of Public Security，公安部消防产品合格评定中心）认证系列产品。系统产品安装调试简便，配置灵活，类型齐全，稳定可靠，节能环保，以其卓越的科研技术，安全可靠的火灾探测灵敏度和优质稳定的产品质量，为人们的生命财产安全保驾护航。

1.3 主要研究内容

本设计的研究内容主要是单片机对于各传感器模块和无线传输模块的控制方式以及各个模块的工作原理和功能。包含一些芯片的介绍，包括性能参数、内部结构和工作原理等等。

本设计的最终目的是制作一个基于STC89C52单片机的火灾报警系统。通过对各传感器的结构和原理的研究，我们需要利用它们完成检测环境信息的功能，将环境信息转化为系统可以处理识别的电信号，交由单片机处理。系统将传感器所测得信息与预先设置的值比较，如果超出范围，则由单片机控制报警电路发出警报。最终，液晶显示屏上也会显示温度、烟雾以及火焰的相关数据^[3]。

2 总体方案论证与设计

2.1 主控模块的选型和论证

方案一：

采用STM32系列单片机，该系列单片机是意法半导体公司推出的，种类繁多，功能强大，运算速率快。不过该芯片昂贵不适合一般的设计开发。

方案二

采用51系列单片机，它在平时的教学中经常被使用到，价格低廉，有32个IO口，能满足本设计的需求。并且STC系列单片机编程方便简单，程序也能快速下载。

因此选用方案二中的51系列单片机作为主控芯片。

2.2 显示模块的选型和论证

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