基于单片机的火灾报警器设计和实现 计算机专业.doc

基于单片机的火灾报警器设计 摘 要 随着现代生活质量的提升，人们对生命财产安全有了更高的重视。日常生活中随时可能因为操作的失误而引发火灾，给人民带来伤害。虽然在某种层面上可燃性气体能够给人们生活带来便利，但是仍然存在着较大的隐患。为了进一步保障人们的生命财产安全，设计一套安全可靠的系统对环境中的可燃性气体进行实时监测显得很有必要。 本文设计了一套基于单片机STC89C51的报警系统，加入MQ-5传感器对环境中可燃性气体进行严密监控，采集数据后通过单片机核心模块再通过LCD1602显示器将可燃性气体的浓度显示出来。单片机处理数据时会与系统设定的浓度上下限值做对比，当超过范围值时会启动报警系统提醒屋主环境中可能存在可燃性隐患。整体系统设计较为简单，实现的功能较为完善，在现实生活中具有较高的实用价值。 关键词：可燃性气体；传感器；报警器；STC89C51单片机 Design of fire alarm based on single chip microcomputer Abstract With the improvement of modern life quality, people pay more attention to the safety of life and property. In daily life may at any time because of the operation of the fault caused by fire, to the people. Although combustible gas can bring convenience to people's life on some level, it still has a big hidden danger. In order to ensure the safety of people's life and property, it is necessary to design a set of safe and reliable system for real-time monitoring of combustible gas in the environment. In this paper, a set of alarm system based on MCU STC89C51 is designed. Mq-5 sensor is added to closely monitor the combustible gas in the environment. After collecting data, the concentration of combustible gas is displayed through the core module of MCU and LCD1602 display. When the single-chip microcomputer processes data, it will compare with the concentration upper and lower limit set by the system. When the concentration exceeds the limit, the alarm system will be activated to remind the owner of potential flammability hazards in the environment. The overall system design is relatively simple, the realization of the function is more perfect, in real life has a high practical value. Keywords：Flammable Gas；Sensor；Alarm；STC89C51 目 录 摘 要 I Abstract II 目 录 I 1绪论 1 1.1 课题研究背景 1 1.2 课题研究的必要性 1 1.3 国内外研究现状和发展方向 2 1.3.1 燃气泄漏检测报警器的现状 2 1.3.2 燃气泄漏检测报警器的发展方向 2 1.4 单片机概述 2 1.4.1 单片机的分类 2 1.4.2 STC89C51单片机介绍 3 1.5 ADC0809介绍 3 1.6 本课题研究的内容及章节 4 2 燃气泄漏检测报警系统概要 6 2.1 系统的功能要求 6 2.2 系统的技术要求 6 2.3 系统的组成及方案设计 6 2.4 易燃气体简介 6 2.5 MQ-5可燃气体传感器 6 3 燃气泄漏检测报警系统硬件 8 3.1 主控模块 8 3.2 燃气检测电路的设计 11 3.3 系统显示电路 11 3.4 声光报警提示电路 12 3.5 负载控制电路 13 3.6 按键电路 13 4 软件设计及实现 15 4.1 软件介绍 15 4.2 可燃性气体泄露报警器软件设计及流程 15 4.2.1主程序设计及流程图 15 4.2.2 气体浓度显示程序 16 4.2.3 声光报警程序 17 4.2.4控制按键部分程序 18 5 系统调试与数据分析 19 5.1 系统调试 19 5.1.1 硬件调试 19 5.1.2 软件调试 19 5.2 实验数据与分析 20 结 论 22 参考文献 23 致 谢 24 附录一 整体电路图 25 附录二 整体程序 26 1绪论 1.1 课题研究背景 21世纪经济快速发展，人们对物质文化的需求也越来越高[1]。在信息科技的支持下，事物在朝着简单化、便捷化、智能化的方向发展[2]。自中国实行改革开放以来，国家便大力发展天然气等行业，人们的经济水平得到了明显的提高，但同时隐患也逐渐增多起来。尽管在生活中天然气给人们的生活带来了许多便利，是厨房烹饪必不可少的资源。同时，天然气也是工业发展的重要资源，其在现代生活中扮演的角色越来越重要。现实生活中也不仅仅只有天然气这一种可燃性气体，包括液化气等都是常见的资源[3]。但以近几年来的新闻报道来看，可燃性气体带来的安全事故也时常发生，少有操作不慎或者疏忽都有可能造成煤气泄漏，引发火灾的情形发生，对人民的生命财产安全带来了极大的破坏。基于此，设计一套安全可靠的系统实时监测环境中的可燃性气体浓度就显得尤为重要，这也是降低事故发生概率最有效的措施。一方面系统显示可燃性气体浓度来提醒屋主，另一方面启动报警装置让屋主警觉，可以很好的防止安全事故的发生。 在此背景下应运而生的气体检测装置，正是信息时代的典型产物。传统的气体检测装置需要通过人工一一进行开启或者关闭工作，而现代气体检测装置数量越来越多，种类也越加繁多，当用户回到家中时，劳累的身体还需要对这些气体检测装置一一进行操作，加重了身体的负担，传统的模式已经不能够满足人们的需求，在这样的背景下，基于单片机的自动气体检测装置的产生很好的解决了这个问题[4]。 气体检测装置设计的过程中融合了多学科知识，包括自动控制技术、硬件布线技术等，通过在电器设备上安装传感器使电器设备统一连接于单片机中，达到自动控制传感器工作的目的，减少了人力资源的消耗，同时节约了资源，操作简单[5]。 在气体检测装置设计中，核心部分是单片机和报警、气体检测模块的电路连接设计，经过多年的发展，单片机和各子模块的连接设计已经发展出了不同的模式，主要为以下三种[6]：（1）通过键盘、LCD显示屏对气体检测以及报警装置进行控制：这种控制方式设计复杂，操作困难不易上手；（2）通过软件平台对气体检测以及报警装置进行控制：这种控制方式操作简单，是目前主流的控制方式；（3）通过手机移动端对气体检测以及报警装置进行控制：这种方式能够很好地解决远程控制问题，操作灵活，设计简单，但是成本较高。 1.2 课题研究的必要性 无论是在家庭环境中还是在工业领域都能够经常看见可燃性气体的声音。由于可燃性气体的主要成分是C、H、O等元素，起火点较低，因此属于易燃性气体。一旦操作失误很可能会造成煤气泄漏，且这些气体一般都有毒，当浓度超过一定值时，将会对人体的生命健康产生极大的影响，甚至可能引发火灾能恶劣性事件，给社会带来不幸和灾难。 设计可燃性气体的检测报警装置就是为了能够及时掌握环境中可燃性气体的浓度信息，一旦达到对人体产生危害的上限值，就能够及时作出反应，发出警告。现代社会市场发生煤气中毒或者煤气爆炸事件，给家庭和企业都带来了灾难，尽管国家在相关法律方面已经逐步完善起来，但是立法并不是解决问题的根本途径，因为安全隐患还存在，居民或者工人操作不慎或者粗心大意的状况不是能够通过立法就能解决的问题。因此，当下设计一套功能齐全的可燃性报警装置迫在眉睫。 1.3 国内外研究现状和发展方向 1.3.1 燃气泄漏检测报警器的现状 国内外研究人员对于可燃性气体的安全隐患已经有了成熟的认识，为了解决这个问题进行了几十年的深入研究，也开发出了一系列研究产品。其中关于检测气体浓度的传感器研究最早起源于上个世纪30年代，当时称之为气敏传感器。并且当时社会上对这种传感器的重要作用给予了高度重视，在一些重要的公共场合必须安装此类传感器来保障人民的生命安全，如医院、家庭等。同时，西方发达国家对每年的煤气泄漏事件做了详细的调查，发现这种安全隐患事件数量每年都在增长。 1.3.2 燃气泄漏检测报警器的发展方向 较之于西方发达国家，我国研究可燃性气体的装置起步较晚，于上个世纪70年代才开始引起重视。由于在大部分家庭环境中多使用的是煤气或者沼气，因此早期的研究成果也多以检测煤气或者沼气这种气体为主要对象。尽管我国在法律法规上也开始重视对可燃性气体的检测，但是到目前为止还没有明文规定在人类居住的公共场所如医院等环境强制要求安装可燃性气体报警装置。近些年来，人们的安全意识也逐渐提高，可燃性气体报警装置的适用范围也越来越广泛，将可燃性气体报警装置安装在每家每户也必然是未来发展的趋势。 1.4 单片机概述 1.4.1 单片机的分类 根据划分标准的不同，但面积也可以划分为不同的种类，一般常见的划分方式主要有以下三种： （1） 根据结构的不同单片机可以分为通用型单片机和专用型单片机。前者适用于一般的场合，能够实现大部分基础功能；后者专业性更强，一般只用来实现单一功能，因此适用的范围较窄。 （2） 根据单片机内部是否有纵线可以将其分为线型和非线型两种。前者内部设有总线，能够传输数据、地址等信息，还能够提供和外界进行联系的接口，但是后者基本把外围器件都集中于单片机内，无需扩展接口，因此成本比前者低。 （3） 根据应用场合的不同可以将单片机分为工业型和家用型两种。顾名思义，前者一般用在工业领域，因此对单片机的性能要求较高，需要能够处理大数据的计算等等，而后者的性能相对要求较低，因此这种一般结构较为简单。 1.4.2 STC89C51单片机介绍 图1-1 STC89C51单片机引脚图 具体而言，STC89C51这款单片机具有以下多个优点，使得它成为了当下众多系统设计中的首选单片机： （1） 此款单片机所需提供的电压值很小，一般情况下只需要三节干电池就能够驱动其正常工作。 （2） 此款单片机适用的范围较广，最低能在零下40℃的环境下正常工作，最高能在85℃的环境下进行正常工作。 1.5 ADC0809介绍 当气体检测传感器采集到气体浓度信息后，仍旧是一个模拟信息，但是单片机只能处理数字信息，对此，需要设计AD转换电路来完成此功能，本系统采用ADC0809来完成这项设计，此芯片的引脚图可见如图1-2所示。 图1-2 ADC0809引脚图 如若想要实