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毕业论文（设计）

英文翻译

原文标题 The sound and light alarm system of temperature

and smoke detecting based on MCU

译文标题 基于单片机的温度和烟雾检测声光报警系统

基于单片机的温度和烟雾检测声光报警系统

Haiqin Feng，Min Jiao

四川TOP IT职业学院电子与通信工程系，成都，中国

摘要-：本文设计了基于AT89S52单片机（微控制单元）的报警系统。 系统使用温度传感器和温度传感器检测环境温度和烟雾浓度值，然后四个数码管显示温度和烟雾浓度值。 当温度或烟雾浓度超过预设值时，系统将发出声光报警信号。 该报警系统具有结构简单，性能稳定，使用方便，可靠性高等优点，具有实用性。

关键词：AT89S52单片机，温度传感器，烟雾传感器，报警系统，A / D转换器

简介

随着社会和经济的发展，防火工作变得越来越重要，因为人们需要更多的安全。 我们通常将温度和烟雾浓度用于重要的火灾参数。 为了及早发现和报告火灾，保护人身和财产安全，我们必须对环境温度和烟雾浓度进行实时监测[1]。 目前国内的情况是，大型场地（如商场，建筑物，仓库）将使用复杂而昂贵的火灾报警系统，但普通的小型生活场所却不会。 因此，有必要开发一种简单和经济的火灾报警系统，以满足小地方（如家庭，公寓）的需求。

本文将设计一款经济实用的基于AT89S52单片机的温度感烟报警系统，以满足社会需求[2]。 该系统使用温度传感器和温度传感器来检测环境中的温度值和烟雾浓度值。 然后四个数码管显示温度和烟雾浓度值[3]。 系统可通过按键设定报警上限和下限，当环境温度和烟雾浓度超过预设值时，发光二极管和蜂鸣器发出报警信号。 所以，这个系统比普通的系统更实用，更好，因为它是双重信号检测和双重报警系统[4]。

2 系统的集成设计

整体设计方案是我们使用MCU和传感器技术来设计温度和烟雾探测报警系统[5]。 基本组件包括温度采集电路，烟雾信号检测电路，A / D转换电路，MCU控制电路，数字显示电路，报警温度设置按键电路，MCU最小系统电路。

该报警系统以AT89S52单片机为控制核心。 它使用DS18B20传感器进行温度采集，并使用MQ-2型半导体气敏元件进行烟雾检测，然后由ADC0832将该值从A转换为D（A / D惯例）。 温度和烟雾浓度水平由数码管显示[6]。 温度报警值的上限和下限可以通过三个按键进行设置，当环境温度和烟气浓度值高于设定值时，将执行相应的声光报警程序。 另外，您可以设置一个紧急呼叫按钮，当您按下此按钮时，系统可以执行紧急警报。 系统还可以设置烟雾和温度检测自动忽略和报警状态。

温度采集电路需要温度传感器将模拟信号转换为数字信号并发送给MCU。 由烟雾传感器检测烟雾浓度模拟信号，然后A / D转换电路将模拟信号转换为数字信号，由MCU识别并发送给MCU [7]。 MCU在接收到温度和烟雾浓度信号后进行一些处理，并分析数据以检查是否大于或等于预设值（可以添加按钮，调整报警的上限和下限值）。 如果信号值大于门限值，报警电路会发出报警声（为了使报警装置更加完美，我们可以添加一个闪光报警信号，以吸引用户更多的注意力并弥补限制在嘈杂的环境中发出声音警报），否则就是正常状态。 环境温度和烟雾浓度被送到显示装置，方便显示值[8]。

2.1数码管显示

温度和烟雾浓度信号可以通过LCD或数码管显示。 由于成本较低，此设计使用总共四个数码管中的一个来显示输出信号。

由于MCU输出电流较小，因此应使用具有四个PNP的S8550三极管来驱动数码管灯。 为了减少MCU引脚的数量，通过动态扫描四个数码管将亮起，时间间隔为1 ms。 数码管的片选通过三极管连接到MCU的P0.4-P0.7引脚，数码管的片选连接到MCU的8端口P2口。 如果MCU的P0.4-P0.7引脚输出低电平，数码管的4个普通电位器（4,8,9,12引脚）为高电平，MCU的P2引脚输出低电平时数码管将亮。 如果公共阳极数码管的截面编码值发送到P2引脚（R9-R16是限流电阻，电阻为510Omega;），则数字可显示在数码管上。

2.2 声光报警电路

声光报警电路由蜂鸣器和LED灯报警组成。 我们使用三极管S8550驱动蜂鸣器，因为MCU的输出电流太小。 D1是状态指示灯，D2是温度报警指示灯，D3是烟雾报警指示灯。当MCU接收到的温度和烟雾浓度值超过上限值时，MCU的P32引脚设置为低电平并且三极管Q2将被驱动，然后蜂鸣器会发出警报。 如果温度值超过预设值，则P16的值将变为使D2闪烁，如果烟雾浓度值超过预设值，则P17的值将变为使D3闪烁。 三极管和LED一起工作，起到双重报警的作用。

2.3 报警温度设定按钮电路

报警温度由按钮S1和S2和S3设定。 系统将S1设置为功能切换键，但将S2和S3设置为辅助设置键。第一次按S1键时将显示温度值，第二次按S1键时将显示浓度值，当第三次按下S1键时将显示温度的上限值管。 您可以通过按S2键（加号）和S3（减号）来设置温度的上限值。 当第四次按下S1键时，将显示温度的下限值，您可以通过按下S2键（加号）和S3（减号）来设置温度的下限值。 当第五次按S1键并且系统进入省电模式时，数码管将关闭。 第六次按S1键时，系统恢复到正常温度显示状态。 S4键是紧急呼叫按钮，当出现紧急情况时，您可以按按钮进行报警。

3 硬件电路设计

3.1 温度采集电路

DS18B20是DALLAS公司生产的单总线数字温度测量集成电路。 它可以直接读取被测物体的温度值，因为它是通过单线接口的，可以将模拟温度值转换为数字信号。 信号输出只占用1个I / O口。 它还具有体积小，电压范围宽（3-5 V），宽温度范围（-55-125°C），分辨率高达0.0625°C等其他优点。

DS18B20使用三根线连接MCU，以减少外部硬件电路。 MCU与DS18B20之间的通信有一个严格的协议，以确保所有数据传输的完整性和准确性。 MCU首先在DS18B20的TH和TL变量中存储上限和下限报警温度值，然后通过DS18B20获取温度值，并将温度测量值与TH或TL值进行比较，确定是否超过预设温度范围。 温度通过数码管显示。 根据MCU温度确定报警电路的执行与否。

3.2 烟雾信号检测和AD转换

烟雾传感器是气电转换器。 它可以将空气中可燃气体的含量转换为电压或电流信号。 模拟信号通过A / D转换电路转换为数字信号送到MCU，然后MCU进行数据处理和报警显示等控制工作。

本设计中使用的MQ-2型烟雾传感器是两种氧化锡半导体气敏材料，属于表面离子N型半导体。 当温度范围为200-300℃时，两个氧化锡使空气中的氧气产生负离子吸附，使得半导体中的电子密度降低并且电阻值增加。 当传感器接触烟雾时，如果晶界阻挡层受烟雾影响，传感器的表面电导率将发生变化。 这一点你可以得到烟雾的信息。

ADC0832是美国国家半导体公司生产的8位分辨率和双通道A / D转换芯片。 该芯片的开关时间仅为32mu;s，具有体积小，兼容性强，性价比高等优点，因此本设计选用AD0832芯片将模拟信号转换为数字信号。

当MQ-2烟雾传感器检测到模拟信号时，模拟信号由AD0832转换为数字信号，然后数字信号发送给MCU，MCU转换后的参考电压处理后得到实际电压值。 MCU可以确定烟雾浓度值是否超出预设的范围。 该值可以通过数字显示也可以驱动报警电路。 烟雾信号检测和AD转换如图1所示。

图1：烟雾信号检测和AD转换。

4 软件设计

系统软件包括：主程序，初始化子程序，温度采集子程序，浓度监测和AD转换子程序，键盘扫描子程序，显示子程序，报警子程序，报警值设置子程序的上限和下限。

主程序流程图如图2所示。由于MQ-2半导体电阻式烟雾传感器在储电一段时间后不能立即检测到烟雾信息，因此应先预热传感器三分钟。 初始化后，系统状态将更改为监视状态。

图2：主程序流程图

AT89S52单片机将烟温浓度的A / D转换后的温度检测和模拟信号与平均滤波和线性化后的温度值和烟雾浓度值进行比较，确定报警。 同时，温度和烟雾浓度值显示在数码管中。 主程序还包括状态指示和功能键选择，使报警功能更加完美，给用户带来方便。

根据流程图，程序采用C语言设计，然后在Keil uVision2中调试程序，生成文件“* .hex”，最后将“* .hex”文件加载到AT89S52单片机中，系统即可跑。

5 结论

本文设计了基于AT89S52单片机的报警系统。 系统使用温度传感器和温度传感器检测环境温度和烟雾浓度值，然后四个数码管显示温度和烟雾浓度值。 当温度或烟雾浓度超过预设值时，系统将发出声光报警信号。 本设计通过原理图和PCB图绘制和C语言程序设计制作完成 物理报警系统。 报警系统具有结构简单，性能稳定，使用方便，可靠性高等优点。

致谢

研究工作得到了四川省TOP IT职业学院青年教学改革项目：单片机课程教学改革的支持。

参考文献：

1. F.郭振珍，基于数字温度传感器DS18B20的分布式温度测量系统设计。 吉林化工学院学报，20（3），46-49页，2003。
2. L. Bin，Y. Qin，L. Mao，基于CREAM的人因失效概率预测模型研究。 Journal of Safety Science and Technology，8（7），46-50页，2012。
3. L. Bin，G. Hui，L. Min，基于CREAM的校车司机人体可靠性分析方法。 Journal of Safety Science and Technology，8（11），pp.145-150，2012。
4. Z. Xiong，基于AT89C52的烟雾报警器的设计。 电子设计工程，21（01），第164-165页，2013。
5. J. Min，基于DS18B20的温度测量系统设计。 产品和解决方案，6（3），第86-89页，2009。
6. L.海洲，单片机在报警烟雾系统中的应用。 电脑知识与技术，6（24），第6876-6877页，2010。
7. Z. Xi-hui，Z. Rui，Z. Zhi-li，基于VERICUT的数控加工仿真系统研究。 装备制造技术，7（4），第72-73页，2011年。
8. L. Hong，W. Xiumei，G. Zhentian，一种基于MSP430微控制器和DS18B20的微型温度检测系统。 微机信息，22（7），pp.137-138,2006。

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