基于单片机的温度控制系统论文范文.doc

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1、目 录1 绪论11.1火灾报警技术的发展概况11.2 智能火灾报警系统21.3 课题研究的意义31.4本章小结42 方案设计52.1系统的主要功能及原理52.1.1目的和要求52.1.2系统的工作原理52.2系统芯片的选择62.2.1单片机的选择62.2.2 A/D转换器的选择72.2.3 烟雾传感器的选择72.2.4 温度传感器的选择82.3 本章小结93 硬件模块设计103.1 单片机主控处理模块103.2 A/D转换模块153.2.1 ADC0809芯片的基本知识153.2.2 ADC0809引脚结构163.2.3 主要特性173.2.4 ADC0809的工作原理简介173.2.5 AD

2、C0809应用说明193.3 数据采集模块193.3.1 烟雾报警器模块193.3.2 温度报警器模块223.3.3 报警电路模块263.4 本章小结274 软件设计284.1 编程Keil环境介绍284.2 系统软件设计294.3 本章小结305 结论31参考文献32致33附录1 系统电路图34附录2 主要源代码351 绪 论近年来随着计算机在社会领域的渗透,单片机1的应用正在不断地走向深入,同时带动传统控制检测日新月益得更新。在实时检测和自动控制的单片机应用系统中,单片机往往是作为一个核心部件来使用,仅单片机方面知识是不够的,还应根据具体硬件结构,以及针对具体应用对象特点的软件结合,以作完

3、善。随着科学技术的不断发展,火灾报警2器因其具有体积小、功耗低、功能强、成本低等特点正在向各个领域渗透,在家用电器、安全保卫以及人们日常生活中广泛应用。 本文给出STC89C51单片机的工作原理,传感器3与ADC809和C51的连接方式和单片机软件解码应用程序,并提供了对火灾采集信号检测的应用程序。本文给出用软件方式实现火灾报警的单片机程序,对于硬件电路,采集信号由MQ-26和DS18B20完成,而接受部分则只需要在单片机系统中添加一个A/D7芯片就可完成。1.1火灾报警技术的发展概况我国的火灾自动报警控制系统经历了从无到有、从简单到复杂的发展过程,其智能化程度也越来越高。目前国厂家多偏重用于

4、大型仓库、商场、高级写字楼、宾馆等场所大型火灾报警系统的研发,他们采用集中区域报警控制方式,其系统复杂、成本较高。而在居民住宅区、机房、办公室等小型防火单位,需要设置一种单一或区域联网、廉价实用的智能火灾报警装置,因此,研制一种结构简单、价格低廉的智能8火灾报警器是非常必要的。火灾报警系统,从发展过程来看,大体可分为三个阶段:第一阶段为多线型火灾自动报警系统,每个探测器除需提供两根电源线外,还需提供一根报警信号线,探测器电源由报警器提供,探测器的信号线均连接到报警显示盘上,报警时点亮相应的指示灯,如日本日探公司生产的CPF火灾报警系统。此类系统的功能一般以报警为主,辅以一些简单的联动功能,如驱

5、动蜂鸣器等,其报警器对外围探测器,无故障检测功能,只会对电源线的断线作出故障反应,安装此类系统比较繁琐,特别是校线工作量较大。第二阶段为总线型火灾自动报警系统,已采用微处理器控制。其线制一般有四线制、三线制、二线制。探测器和模块通过总线与控制器实现信号传送。其探测器的报警形式为开关量,它的灵敏度在制造时,通过硬件决定,不可调整。此类系统可通过各种模块对各联动设备实行较复杂的控制。此类系统已具有系统自检以及对外围器件的故障检验等功能,但对故障类型不能区分。目前国生产的火灾自动报警系统大多数为此类产品。由于此类产品具有先进的报警和控制功能,施工、安装较为方便,且价格较低,己被大量使用。第三阶段为智

6、能型火灾自动报警系统,由于采用了先进的计算机控制技术,智能化程度大大提高,探测器的报警形式采用模拟量,并可通过软件对其灵敏度根据使用场合、时间进行设定和调整,如可设定白天、夜间、休息日不同灵敏度。对探测器的使用环境参数变化较大的场所,灵敏度设定相对低一些,对环境较稳定或一些重要的场所,灵敏度设定相对高一些,这一功能可提高系统的稳定性及可靠性,减少误报。1.2 智能火灾报警系统火灾自动报警系统属于楼宇自动化畴,是当前楼宇自动化的一个主要构成系统。其设置目的是为了防止和减少火灾危害,保护人身和财产安全。火灾报警技术是预防火灾的一项基础工作,应用围广泛。报警早,损失少,不仅对发生火灾的单位和个人具有

7、重要作用,而且对公安消防监督机构及时扑灭火灾、减少人员伤亡和财产损失同样具有十分重要的现实意义。火灾自动报警系统由触发器件、火灾报警装置、火灾警报装置及具有其他辅助功能的装置组成。随着电子技术和计算机技术的迅速发展,火灾自动报警系统的结构、形式越来越灵活多样,很难精确划分为几种固定的模式。火灾自动报警技术趋向于智能化系统,这种系统可组合成任何形式的火灾自动报警网络形式,既可以是区域报警系统,又可以是集中报警系统或控制中心报警系统形式。所谓智能火灾自动报警系统,应当是：使用探测器件9将火灾发生期间所产生的烟、温等信号以模拟量形式,连同外界相关的环境参数一起传送给报警器,报警器再根据获取的数据及部

8、存储的大量数据,利用火灾模型判据来判断火灾是否存在,这样的系统称为智能火灾自动报警系统。从传统型走向智能型,是国外火灾自动报警系统技术发展的必然趋势。智能型火灾报警系统是一个集信号检测、传输、处理和控制于一体的控制系统,代表了当前火灾报警系统的发展方向。随着科学技术的迅猛发展以及国外经济的迅速增长,市场上迫切需要一种容量大、性能优越、可靠性高、便于安装、使用和维护的智能型火灾报警控制系统。在本次设计中采用了感烟效果好、灵敏度高的MQ-2烟雾传感器和DS18B20数字温度传感器来完成设计要求。智能火灾自动报警控制系统具有如下特点：1为全面有效地反映被监视环境的各种细微变化,智能系统采用了设有专用

9、芯片的模拟量探测器,对烟雾和灰尘等影响实施自动补偿,同时有数字量的探测器,直接将采集的信号信息送入控制器进行自动处理,从而为实现各种智能特性、解决无灾误报和准确报警奠定了技术基础；2系统采用主从式网络结构,解决了对不同工程的适应性,又提高了运行的可靠性；3利用全总线计算机通信技术,既完成了总线报警,又实现了总线联动控制,彻底避免了控制输出与执行机构之间的长距离穿线布管,大大方便了系统布线设计和现场施工。4基于单片机的灵活性,可对整个系统进行扩展,实现更多的功能。1.3 课题研究的意义随着生产和生活的迅猛发展,消防安全显得越来越重要。本文就智能火灾报警系统中探测器的选型及单片机联动设计方案的合理

10、选择等问题,结合在实际工程中的应用,作初步探讨,供参考。伴随着科学技术的不断进步,智能火灾报警系统必将得到更快的发展。智能火灾报警控制器是一种能向火灾探测器供电、接收、显示和传递火灾报警等信号的报警装置,它是智能火灾报警系统的重要组成部分。在智能火灾报警系统中,火灾探测器随时监视着周围环境的情况,是系统的感觉器官。火灾报警控制器则是该系统的躯体,大脑,是系统的核心。火灾报警控制器担负着为火灾探测器提供稳定的工作电源;监视探测器及系统自身的工作状态:接受、转换、处理火灾探测器输出的报警信号:进行声光报警；同时执行相应辅助控制等任务。1.4本章小结传感器技术经过十几年的发展,因其具有体积小、功耗低

11、、功能强、成本低等特点正在向各个领域渗透,而单片机的应用正在随着计算机在社会各个领域的渗透不断地走向深入,将单片机与传感器技术有机的结合起来,既方便了人们的日常生活,又推动了科学的发展。如今,将单片机技术恰当的应用在传感器技术中,是技术进步的必然结果。2 方案设计2.1系统的主要功能及原理2.1.1目的和要求本次设计是设计和实现一种分布式智能火灾报警控制系统,实现系统软硬件的组成和实现。实时、准确报警和可靠的联动控制,使系统可靠性高、灵活性强、人机界面友好。设计成果能对室烟雾及温度突变进行报警,烟雾和温度同时出现异常,则说明有火灾,发出火灾警报。通过设计熟悉51单片机的使用方法、ADC0809

12、和DS18B20、MQ-2传感器11等芯片的工作原理及其使用,并通过Keil12编程往单片机上下载程序,进而实现对外接在单片机上的电路控制报警系统,驱动扬声器,达到预期效果。在智能火灾报警系统设计过程中,根据设计要求编写程序,绘制Protel13原理图来达到设计的最优化和理想化、实用化。2.1.2系统的工作原理本文的智能火灾报警系统14的工作,首先,通过数据采集模块的MQ-2烟雾传感器采集周围环境的烟雾浓度,经A/D转换送到单片机控制中心进行处理；同时由DS18B20数字温度传感器采集周围环境中的温度,经过信息处理,转化为C5115单片机能够处理的数字量。在STC89C5RC单片机中,采集并经

13、过处理的数据要与系统所规定的相关上限值进行比较上限值是保证系统正常工作同时周围环境处于良好状态时的上限,如果超过了上限值,则说明周围环境异常,要报警,以便人们的正常生活和工作。把信息综合处理,根据实际的需要以及现场的环境,来发现和识别警报,构成智能化的监控系统,提高了系统工作的可靠性。此系统的总体模块框图如图2.1所示。数据采集模块A/D转换模块单片机主控处理模块报警电路模块图2.1 模块框图2.2系统芯片的选择2.2.1单片机的选择单片机是本方案的灵魂,所以我们选择是需要慎之又慎,下面我们来拿8031和STC89C5RC做一下比较。8031片不带程序存储器ROM,使用时用户需外接程序存储器和

14、一片逻辑电路373,外接的程序存储器多为EPROM的2764系列。用户若想对写入到EPROM中的程序进行修改,必须先用一种特殊的紫外线灯将其照射擦除,之后再可写入。写入到外接程序存储器的程序代码没有什么性可言。由于上述类型的单片机应用的早,影响很大,已成为事实上的工业标准。后来很多芯片厂商以各种方式与Intel公司合作,也推出了同类型的单片机,如同一种单片机的多个版本一样,虽都在不断的改变制造工艺,但核却一样,也就是说这类单片机指令系统完全兼容,绝大多数管脚也兼容；在使用上基本可以直接互换。我们统称这些与8051核相同的单片机为51系列单片机。在众多的51系列单片机中,要算 ATMEL 公司的

15、STC89C5RC更实用,因他不但和8051指令、管脚完全兼容,而且其片的4K程序存储器是FLASH工艺的,这种工艺的存储器用户可以用电的方式瞬间擦除、改写,一般专为 ATMEL AT89Cx 做的编程器均带有这些功能。显而易见,这种单片机对开发设备的要求很低,开发时间也大大缩短。写入单片机的程序还可以进行加密,这又很好地保护了你的劳动成果。而且STC89C5RC目前的售价比8031还低,市场供应也很充足。单对STC89C5RC来说,在实际电路中可以直接互换8051和8751,替换8031只是第31脚有区别,8031因部没有ROM,31脚需接地,单片机在启动后就到外面程序存储器读取指令；而80

16、51/8751/89c51因部有程序存储器,31脚接高电平,单片机启动后直接在部读取指令。也就是51芯片的31脚控制着单片机程序从部读取还是从外部读取,31脚接电源,程序从部读取,31脚接地,程序从外部读取,其他无须改动。另外,STC89C5RC替换8031后因不用外存储器,不必安装原电路的外存储器和373芯片。由于部RAM的存在,可以减少I/O扩展芯片、锁存器及片外RAM等等,使整个设计显得简单明了,所以我们选择STC89C5RC。 2.2.2 A/D转换器的选择A/D转换器的种类很多,就位数来分,有8位、10位、12位、16位等。位数越高,其分辨率也越高,但价格也越贵。而就其结构而言,有单

17、一的A/D转换器,有含多路开关的A/D转换器。根据本设计的需要,我选择的A/D转换器是ADC0809芯片。ADC0809是美国Analog Device公司生产的8位逐次逼近式模数转换器,转换速率高,自带三态输出缓冲电路,可直接与各种典型的8位或16位的微处理器相连而无需附加逻辑接口电路,且能与CMOS及TTL兼容,是目前我国应用最广泛,价格便宜的A/D转换器。加之部含有三态输入缓冲电路,可直接与各种微处理器连接,且无须附加逻辑接口电路,部设置的高精参考电压源和时钟电路,使它不需要任何外部电路和时钟信号,就能完成A/D转换功能,应用非常方便。2.2.3 烟雾传感器的选择烟雾检测报警器主要应用在

18、石油、化工、冶金、油库、液化气 站、喷漆作业等易发生可燃烟雾泄漏的场所,根据报警器检测烟雾 种类的要求,一般选用接触燃烧式烟雾传感器和半导体烟雾传感器。使用接触燃烧式传感器,其探头的阻缓及中毒,是不可避免的问题。 阻缓是当在烟雾与空气的混合物中含有硫化氢等含硫物质的情况下,则有可能在无焰燃烧的同时,有些固态物质附着在催化元件表面,阻塞载体的微孔,从而引起响应缓慢反应滞缓,灵敏度降低。虽然将阻缓的传感器再放回新鲜空气环境中有得到某种程度的恢复的可能,但是如果长期暴露在这样的环境中,其灵敏度会不断下降,导致传感器最终丧失检测烟雾的能力。中毒是如果环境空气中含有硅烷之类的物质时,则传感器将 使催化元

19、件产生不可逆转的中毒,以致灵敏度很快就丧失。当怀疑检测环 境中存在这些物质时,经常对探头进行标定,是必须且有效的办法。因此,经常对传感器进行标定,是保证其准确性的必要的途径。一般连续使用两个月后应对传感器进行量程校准,这种经常性对传感器的维护,无形中加大了工作人员的工作量,同时增加了报警器的维护成本。半导体烟雾传感器包括用氧化物半导体瓷材料作为敏感体制作的烟雾传感器以及用单晶半导体器件制作的烟雾传感器,它具有灵敏度高, 响应快、体积小、结构简单,使用方便、价格便宜等优点,因而得到广泛应用。半导体烟雾传感器的性能主要看其灵敏度、选择性和稳 定性。 经过对比上述两种烟雾传感器的应用特性,发现半导体

20、烟雾传感器的优点更加突出：灵敏度高、响应快、抗干扰性好、使用方便、价格便宜,且不会发生探头阻缓及中毒现象,维护成本较低等。因此,本设计采用半导体烟雾传感器作为报警器烟雾信息采集部分的核心。而在众多半导体气体传感器中,本设计选用MQ-2型烟雾传感器,这种型号的传感器不但具备一般半导体烟雾传感器灵敏度高、响应快、抗干扰能力强、寿命长等优点。 2.2.4 温度传感器的选择温度传感器,使用围广,数量多,居各种传感器之首。温度传感器的发展大致经历了以下3个阶段： 1.传统的分立式温度传感器含敏感元件,主要是能够进行非电量和电量之间转换。传统的分立式温度传感器如热电偶传感器。热电偶传感器是工业测量中应用最

21、广泛的一种温度传感器,它与被测对象直接接触,不受中间介质的影响,具有较高的精度；测量围广,可从-501600进行连续测量,特殊的热电偶如金铁镍铬,最低可测到-269,钨铼最高可达2800。2.模拟集成温度传感器/控制器。它的主要特点是功能单一仅测量温度、测温误差小、价格低、响应速度快、传输距离远、体积小、微功耗等,适合远距离测温,不需要进行非线性校准,外围电路简单。3.智能温度传感器。目前,国际上新型温度传感器正从模拟式想数字式、集成化向智能化及网络化的方向发展。 温度传感器按传感器与被测介质的接触方式可分为两大类：一类是接触式温度传感器,一类是非接触式温度传感器。接触式温度传感器的测温元件与

22、被测对象要有良好的热接触,通过热传导及对流原理达到热平衡,这是的示值即为被测对象的温度。这种测温方法精度比较高,并可测量物体部的温度分布。但对于运动的、热容量比较小的及对感温元件有腐蚀作用的对象,这种方法将会产生很大的误差。 非接触测温的测温元件与被测对象互不接触。常用的是辐射热交换原理。此种测稳方法的主要特点是可测量运动状态的小目标及热容量小或变化迅速的对象,也可测量温度场的温度分布,但受环境的影响比较大。综合以上,我选择数字温度传感器DS18B20。该产品采用美国DALLAS公司生产的 DS18B20可组网数字温度传感器芯片封装而成,具有耐磨耐碰,体积小,使用方便,封装形式多样,适用于各种

23、狭小空间设备数字测温和控制领域。DS18B20一线总线数字式传感器,独特的单线接口仅需一个端口引脚进行通讯,用户可定义的非易失性温度报警设置 。现场温度直接以一线总线的数字方式传输,大大提高了系统的抗干扰性。适合于恶劣环境的现场温度测量,与前一代产品不同,新的产品支持3V5.5V的电压围,使系统设计更灵活、方便。而且新一代产品更便宜,体积更小。 2.3 本章小结本章主要介绍了系统传感器和控制芯片的选择。本设计首要的一个关键任务就是掌握传感器的工作方法及编码和解码,才能完成对火灾信号的接收,即在了解传感器的是使用方法后,将传感器技术应用到单片机中,发出控制指令,然后实现报警。系统的结构原理框图如

24、下图所示： 光报警蜂鸣器报警4分频电路MQ-2烟雾传感器DS18B20温度传感器ADC0809STC89C52RC 单片机图2.2 智能火灾报警系统结构原理框图3 硬件模块设计在本设计中,最小单片机系统设计选用了STC89C51RC单片机进行控制。下面就将各个部分电路设计给予介绍。3.1 单片机主控处理模块STC89C5RC是美国ATMEL公司生产的低电压,高性能CMOS8位单片机。片含4K bytes的可反复擦写的只读程序存储器PEROM和128 bytes的随机存取数据存储器RAM,器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存储技术生产,兼容标准MCS-51 指令系统,片置通用8位中央处理器

25、CPU和Flash存储单元,功能强大STC89C5RC单片机可为您提供许多高性价比的应用场合,可灵活应用于各种控制领域。 主要性能参数：STC89C5RC单片机主要包括中央处理器、定时/计数器、并行接口、程序存储器、数据存储器、串行接口和中断系统等几大单元及数据总线、地址总线和控制总线三大总线。 中央处理器中央处理器是整个单片机的核心部件,是8位数据宽度的处理器,能处理8位二进制数据或代码,CPU负责控制、指挥和调度整个单元系统协调的工作,完成运算和控制输入输出功能等操作。 定时/计数器：STC89C5RC有两个16位的可编程定时/计数器,以实现定时或计数产生中断用于控制程序转向。 并行输入输

26、出口：STC89C5RC共有4组8位I/O口,用于对外部数据的传输。 程序存储器：STC89C5RC共有4096个8位掩膜ROM,用于存放用户程序,原始数据或表格。 数据存储器STC89C5RC部有128个8位用户数据存储单元和128个专用寄存器单元,它们是统一编址的,专用寄存器只能用于存放控制指令数据,用户只能访问,而不能用于存放用户数据,所以,用户能使用的RAM只有128个,可存放读写的数据,运算的中间结果或用户定义的字型表。 全双工串行口：STC89C5RC置一个全双工串行通信口,用于与其它设备间串行数据传送,该串行口既可以用作异步通信收发器,也可以当同步移位器使用。 中断系统：STC8

27、9C5RC具备较完善的中断功能,有两个外中断、两个定时/计数器中断和一个串行中断,可满足不同的控制要求,并具有2级的优先级别选择。STC89C5RC单片机中的芯片均采用40Pin封装的双列直接DIP结构,如图是它们的引脚配置,40个引脚中,正电源和地线两根,外置石英振荡器的时钟线两根,4组8位共32个I/O口,中断口线与P3口线复用。图3-1 STC89C5RC管脚图图3-1 STC89C5RC管脚图引脚的功能加以说明：P0口：P0口是一组8位漏极开路型双向I/O口,也即地址/数据总线复用口。作为输出口用时,每位能驱动8个TTL逻辑门电路,对端口写l可作为高阻抗输入端用。在访问外部数据存储器或

28、程序存储器时,这组口线分时转换地址低8位和数据总线复用,在访问期间激活部上拉电阻。在F1ash编程时,P0口接收指令字节,而在程序校验时,输出指令字节,校验时,要求外接上拉电阻。P1口：P1口是一个部提供上拉电阻的8位双向I/O口,P1口缓冲器能接收输出4TTL门电流。P1口管脚写入1后,被部上拉为高,可用作输入,P1口被外部下拉为低电平时,将输出电流,这是由于部上拉的缘故。在FLASH编程和校验时,P1口作为第八位地址接收。 表3-1 P1口第二功能引脚号第二功能P1.5MOSI在系统编程用P1.6MISO在系统编程用P1.7SCK在系统编程用P2口：P2口为一个部上拉电阻的8位双向I/O口

29、,P2口缓冲器可接收,输出4个TTL门电流,当P2口被写1时,其管脚被部上拉电阻拉高,且作为输入。P2口在FLASH编程和校验时接收高八位地址信号和控制信号。P3口：P3口管脚是8个带部上拉电阻的双向I/O口,可接收输出4个TTL门电流。当P3口写入1后,它们被部上拉为高电平,并用作输入。作为输入,由于外部下拉为低电平,P3口将输出电流ILL这是由于上拉的缘故。P3口除了作为一般的I/O口线外,更重要的用途是他的第二功能,见表3-2。表3-2 P3口第二功能引脚号第二功能P3.0RXD串行输入P3.1TXD串行输出P3.2INT0外部中断0P3.3INT0外部中断0P3.4T0定时器0外部输入

30、P3.5T1定时器1外部输入P3.6WR外部数据存储器写选通P3.7RD外部数据存储器写选通RST：复位输入。当振荡器复位器件时,要保持RST脚两个机器周期的高电平时间。ALE/PROG：当访问外部存储器时,地址锁存允许的输出电平用于锁存地址的地位字节。在平时,ALE端以不变的频率周期输出正脉冲信号,此频率为振荡器频率的1/6。因此它可用作对外部输出的脉冲或用于定时目的。：外部程序存储器选通信号是外部程序存储器选通信号,当AT89S51从外部程序存储器执行外部代码时,在每个机器周期被激活两次,而在访问外部数据存储器时,将不被激活。/Vpp：访问外部程序存储器控制信号,当保持低电平时,则在此期间

31、外部程序存储器0000H-FFFFH,不管是否有部程序存储器。注意加密方式1时,将部锁定为RESET；当端保持高电平时,此间部程序存储器。在FLASH编程期间,此引脚也用于施加12V编程电源Vpp。为使能从0000H到FFFFH的外部程序存储器读取指令,必须接GND。为了执行部程序指令,应该接Vcc。XTAL1：反向振荡放大器的输入及部时钟工作电路的输入。XTAL2：来自反向振荡器的输出。RESET/Vpd：复位信号复用脚,当STC89C5RC通电,时钟电路开始工作,在RESET引脚上出现24个时钟周期以上的高电平系统即初始复位。Vcc掉电其间,此脚可接备用电源,以保证单片机部RAM的数据不丢

32、失。Pin30:ALE当访问外部程序器时,ALE的输出用于锁存地址的低位字节。而访问部程序存储器时,ALE端将有一个1/6时钟频率的正脉冲信号,这个信号可以用于识别单片机是否工作,也可以当作一个时钟向外输出。Pin29:当访问外部程序存储器时,此脚输出负脉冲选通信号,PC的16位地址数据将出现在P0和P2口上,外部程序存储器则把指令数据放到P0口上,由CPU读入并执行。Pin31:EA/Vpp程序存储器的外部选通线,8051和8751单片机,置有4kB的程序存储器,当EA为高电平并且程序地址小于4kB时,读取部程序存储器指令数据,而超过4kB地址则读取外部指令数据。在编程时,EA/Vpp脚还需

33、加上21V的编程电压。Vcc：电源电压GND：地功能特性概述：STC89C5RC提供以下标准功能：4K字节Flash闪存存储器,128字节部RAM,32个I/O口线,两个16位定时/计数器,一个5向量两级中断结构,一个全双工串行通信口,片振荡器及时钟电路。同时,STC89C5RC可降至0Hz的静态逻辑操作,并支持两种软件可选的节电工作模式。空闲方式停止CPU的工作,但允许RAM,定时/计数器,串行通信口及中断系统继续工作。掉电方式保存RAM中的容。但振荡器停止工作并禁止其它所有工作直到下一个硬件复位。工作特性 时钟振荡器STC89C5RC中有一个用于构成部振荡器的高增益反相放大器,引脚XTAL

34、1和XTAL2分别是该放大器的输入端和输出端。这个放大器与作为反馈元件的片外石英晶体或瓷谐振器一起构成自激振荡器,振荡电路参见图3-2。图3-2 振荡电路外接石英晶体或瓷谐振器及电容C1、C2接在放大器的反馈回路中构成并联振荡电路,对外电容C1、C2虽然没有十分严格的要求,但电容容量的大小会轻微影响振荡频率的高低、振荡器工作的稳定性、起振的难易程序及温度稳定性,如果使用石英晶体,我们推荐电容使用30pF10pF。用户也可以采用外部时钟。此时,外部时钟脉冲接XTAL1端,即部时钟发生器的输入端,XTAL2则悬空。由于外部时钟信号是通过一个2分频触发器后作为部时钟信号的,所以对外部时钟信号的占空比

35、没有特殊要求,电脑最小高电平持续时间和最大的低电平持续时间应符合产品技术条件的要求。 复位电路复位电路是单片机系统必须的,用来为单片机提供正确的复位信号。在整个智能火灾报警系统设计中,要进行试验,必须对整个系统进行复位。复位是单片机的初始化操作。单片机系统在上电启动运行时,都需要先复位。其作用是是CPU和系统中其它部件都处在一个确定的初始条件,并从这个状态开始工作。因而,复位时一个很重要的操作方式。但单片机本身是不能进行复位操作的,必须配合相应的外部复位电路来实现复位。单片机的外部复位电路有上电复位和上电和按键均有效的复位方式两种。图3-3是STC89C5RC的上电和按键复位电路。 图3-3

36、STC89C5RC的上电和按键复位电路3.2 A/D转换模块在智能火灾报警系统设计中,由于C51单片机只能处理数字量,而烟雾传感器采集到的信号确实模拟量,所以要加入A/D转换芯片ADC0809芯片。3.2.1 ADC0809芯片的基本知识ADC0809是带有8位A/D转换器、8路多路开关以及微处理机兼容的控制逻辑的CMOS组件。它是逐次逼近式A/D转换器,可以和单片机直接接口。ADC0809的部逻辑结构如图3-4。ADC0809由一个8路模拟开关、一个地址锁存与译码器、一个A/D转换器和一个三态输出锁存器组成。多路开关可选通8个模拟通道,允许8路模拟量分时输入,共用A/D转换器进行转换。三态输

37、出锁器用于锁存A/D转换完的数字量,当OE端为高电平时,才可以从三态输出锁存器取走转换完的数据。 D0D1D2D3D4D5D6D7EOCCLKSTOE三态输出锁存器8路A/D转换器VREF-VREF+ABCALEE地址锁存与译码器8路模拟量开关IN0IN1IN2IN3IN4IN5IN6IN7图3-4 ADC0809部逻辑结构3.2.2 ADC0809引脚结构由图可知ADC0809为28引脚为双列直插式封装。引脚结构图如图3-5所示。图3-5 ADC0809引脚结构图 对ADC0809主要信号引脚的功能说明如下：IN7IN0模拟量输入通道。ALE地址锁存允许信号。ALE上跳沿,A、B、C地址状态

38、送入地址锁存器中。START转换启动信号。START上升沿时,复位ADC0809；START下降沿时启动芯片,开始进行A/D转换；在A/D转换期间,START应保持低电平。本信号有时简写为ST。A、B、C地址线。 通道端口选择线,A为低地址,C为高地址,引脚图中为ADDA,ADDB和ADDC。CLK时钟信号。ADC0809的部没有时钟电路,所需时钟信号由外界提供,因此有时钟信号引脚。通常使用频率为500KHz的时钟信号。EOC转换结束信号。EOC=0,正在进行转换；EOC=1,转换结束。使用中该状态信号即可作为查询的状态标志,又可作为中断请求信号使用。D7D0数据输出线。为三态缓冲输出形式,可

39、以和单片机的数据线直接相连。D0为最低位,D7为最高。OE输出允许信号。用于控制三态输出锁存器向单片机输出转换得到的数据。OE=0,输出数据线呈高阻；OE=1,输出转换得到的数据。Vcc+5V电源。 Vref参考电源参考电压用来与输入的模拟信号进行比较,作为逐次逼近的基准。其典型值为+5VVref=+5V, Vref=-5V。3.2.3 主要特性 8路输入通道,8位AD转换器,即分辨率为8位。 具有转换起停控制端。 转换时间为100s。 单个5V电源供电。 模拟输入电压围05V,不需零点和满刻度校准。 工作温度围为-4085摄氏度。 低功耗,约15mW。3.2.4 ADC0809的工作原理简介

40、ADC0809对输入模拟量要求：信号单极性,电压围是05V,若信号太小,必须进行放大；输入的模拟量在转换过程中应该保持不变,如若模拟量变化太快,则需在输入前增加采样保持电路。ADC0809的工作过程是：首先输入3位地址,并使ALE=1,将地址存入地址锁存器中。此地址经译码选通8路模拟输入之一到比较器。START上升沿将逐次逼近寄存器复位。下降沿启动 A/D转换,之后EOC输出信号变低,指示转换正在进行。直到A/D转换完成,EOC变为高电平,指示A/D转换结束,结果数据已存入锁存器,这个信号可用作中断申请。当OE输入高电平 时,输出三态门打开,转换结果的数字量输出到数据总线上。ADC0809有4

41、条地址输入和控制线。ALE为地址锁存允许输入线,高电平有效。当ALE线为高电平时,地址锁存与译码器将A,B,C三条地址线的地址信号进行锁存,经译码后被选中的通道的模拟量进转换器进行转换。A,B和C为地址输入线,用于选通IN0IN7上的一路模拟量输入。通道选择表如下表所示。CBA选择的通道000IN0001IN1010IN2011IN3100IN4101IN5110IN6111IN7由于CLK的时钟脉冲选用的是500KHz,所以需要把单片机ALE产生的2MHz的脉冲进行4分频,接到ADC0809的CLK管脚。分频我用的是74Ls74芯片。74ls74是一个边沿触发器数字电路器件,每个器件中包含两

42、个相同的、相互独立的边沿触发d触发器电路模块。部管脚连接图如图3-7所示。引脚介绍：11端与3端为原时钟输入端,5端和9端为变换后的时钟输出端,2端和6端联接,8端和12端联接,7端接电源负极,14端接电源正极。分频电路如下图3-7所示。 图3-7 4分频电路 3.2.5 ADC0809应用说明1ADC0809部带有输出锁存器,可以与AT89S51单片机直接相连。2初始化时,使ST和OE信号全为低电平。3送要转换的哪一通道的地址到A,B,C端口上。4在ST端给出一个至少有100ns宽的正脉冲信号。5是否转换完毕,我们根据EOC信号来判断。6当EOC变为高电平时,这时给OE高电平,转换的数据就输

43、出给单片机了。3.3 数据采集模块数据采集模块是用来采集周围环境中的有用信息,以便单片机进行处理。这个模块主要包括两个小模块：烟雾报警器模块和温度报警器模块。3.3.1 烟雾报警器模块此模块使用的是MQ-2烟雾报警器,是半导体型可燃气体敏感元件烟雾传感器。传感器所使用的气敏材料是在清洁空气中电导率较低的二氧化锡。当传感器所处环境中存在可燃气体时,传感器的电导率随空气中可燃气体浓度的增加而增大。使用简单的电路即可将电导率的变化转换为与该气体浓度相对应的输出信号。图3-8是传感器典型的灵敏度特性曲线。图1图3-8传感器典型的灵敏度特性曲线图中纵坐标为传感器的电阻比Rs/Ro,横坐标为气体浓度。Rs

44、 表示传感器在不同浓度气体中的电阻值；Ro表示传感器在1000ppm 氢气中的电阻值；图中所有测试都是在标准试验条件下完成的。图2是传感器典型的温度、湿度特性曲线。图2图中纵坐标是传感器的电阻比Rs/Ro。Rs表示在含1000ppm 丙烷、不同温/湿度下传感器的电阻值；Ro表示在含1000ppm 丙烷、20/65%RH环境条件下传感器的电阻值图3是传感器的基本测试电路。VcVHGNDRLVRL图3该传感器需要施加2个电压：加热器电压VH和测试电压Vc。其中VH用于为传感器提供特定的工作温度。Vc 则是用于测定与传感器串联的负载电阻RL上的电压VRL。这种传感器具有轻微的极性,Vc需用直流电源。

45、在满足传感器电性能要求的前提下,Vc和VH可以共用同一个电源电路。为更好利用传感器的性能,需要选择恰当的RL值。MQ-2气敏元件的结构和外形如图所示,由微型Al2O3瓷管、SnO2敏感层,测量电极和加热器构成的敏感元件固定在塑料或不锈钢制成的腔体,加热器为气敏元件提供了必要的工作条件。封装好的气敏元件有6只针状管脚,其中4个用于信号取出,2个用于提供加热电流。AABBMQ-2的使用规格：A. 标准工作条件符号参数名称技术条件备注 Vc回路电压15VAC or DC VH加热电压5.0V0.2 VAC or DC RL负载电阻可调 RH加热电阻313室温 PH加热功耗900mWB. 环境条件符号参数名称技术条件备注 Tao使用温度-10-50 Tas储存温度-20-70 RH相对湿度小于95%RHC. 灵敏度特性符号参数名称 技术参数备注Rs敏感体表面电阻 3K-30K 探测浓度围100ppm-10000ppm300ppm-5000ppm 丁烷5000ppm-20000p