摘 要

本文研究了基于STC12C5A60S2单片机的家用可调式烟雾温度火灾报警器的设计。系统主要由STC12C5A60S2芯片，单总线数字温度传感器DS18B20，MQ-2气体传感器，声光报警模块，液晶显示模块，按键设置模块组成。系统可以监测当前环境温度、可燃气体的浓度，并且在液晶上实时显示出来。如果温度值或可燃气体的浓度超过预设的报警门限，系统就会发出声光报警，用户可以通过按键任意设定这个报警门限，从而实现智能控制。在系统未及时报警时，可以手动按下报警按键发出警报，还可以通过按键来取消警报和恢复初始设置。

关键词：火灾报警系统；STC12C5A60S2；传感器；按键控制

Abstract

This paper presents a design of household adjustable fire alarm system based on the STC12C5A60S2 microcontroller, the system is mainly composed of STC12C5A60S2 chip, 1-wire digital temperature sensor DS18B20, the MQ - 2 gas sensor, sound and light alarm module, liquid crystal display module and keys of setting module. The system can monitor the environment temperature, the concentration of combustible gas and real-time display the data. If the temperature or the concentration of combustible gas exceeds the preset alarm value, the system will produce sound and light alarm, the alarm threshold can be set freely by users through the buttons, so as to realize intelligent control. Users can alarm by press the alarm button manually when the system failed to alarm in time, and users can also cancel the alert and restore initial settings by the buttons.

Key words: fire alarm system; STC12C5A60S2; sensor; button control

目录

摘 要 I

Abstract II

第1章 绪论 1

1.1 课题研究背景 1

1.2 国内现状 1

1.3 研究内容及目标 1

1.4 章节安排 2

第2章 报警器总体设计与方案选择 3

2.1 报警器总体设计 3

2.2 单片机的比较和选用 4

2.3 温度传感器的选用 4

2.4 烟雾传感器的选用 5

2.5 液晶显示器的选用 5

2.6 本章小结 6

第3章 硬件电路设计 7

3.1 信息处理模块 7

3.2 温度检测模块 9

3.3 烟雾检测模块 10

3.4 按键控制模块 11

3.5 液晶显示模块 12

3.6 声光报警模块 13

3.7 本章小结 14

第4章 软件设计 16

4.1 开发环境简介 16

4.2 总体程序设计 16

4.3 输入设备驱动 18

4.3.1 矩阵按键驱动 18

4.3.2 DS18B20驱动 18

4.3.3 AD转换函数 19

4.4 输出设备驱动 19

4.4.1 报警电路驱动 19

4.4.2 Nokia5110驱动 19

4.5 本章小结 20

第5章 报警器的测试分析 21

5.1 硬件调试 21

5.2 软件调试 21

5.3 实物测试 22

5.4 本章小结 23

第6章 总结与展望 24

参考文献 25

附录 26

致谢 27

第1章 绪论

1.1 课题研究背景

在各种灾害之中，火灾是最频繁，最普遍地威胁公众安全和社会发展的主要灾害之一。现代家庭用火、用电量逐渐增加，不安全的家用电器充斥着市场，人们不良的用电习惯和薄弱的安全意识，以上种种导致了家庭火灾的频频发生。火灾给人们带来了巨大的危害，人们开始越来越关心家居环境的安全。为了减轻火灾的危害，必须实时监测空气中的温度和可燃性气体及烟雾的浓度，及时发现存在的安全隐患，并采取有效措施，在火灾还未发生或发生初期把它扼杀在摇篮之中。由此，在火灾的预防和报警过程中，火灾报警器的作用就显得尤为突出了。

二十多年前，国外的火灾报警系统就已经经过了半个世纪的发展，而那时国内的消防报警产品还处于萌芽阶段。那时无论是产品的技术含量，制作成本，可靠性和实用性都很低。这些年来，我国的自动火灾探测和智能报警技术有了很大的进步，计算能力和各种检测技术也得到了巨大的提升，其智能化程度也越来越高^[1]。经过了一批研发人员们多年的努力，我们自己的火灾报警产品不断升级不断完善，逐渐跟上了国际水平，不仅在国内市场站稳了脚跟，而且正向着国外市场进军^[2]。

1.2 国内现状

尽管近些年来国内的火灾报警系统得到了很大的发展，但是多偏重于大型综合性火灾报警系统的研发。这种系统在各个地方都分布有探测点，探测不同的环境参数，所有的探测点把当前的环境数据传送给控制器，由控制器集中处理。其系统复杂、安装麻烦、成本较高，一般适合用于大型商场，酒店宾馆等地。但是在一些小型单位，则需要一种独立的可靠性高，实用性强的火灾自动探测报警装置 ^[3]。目前居民使用的火灾探测装置一般都比较简单。由于使用的传感器单一，有时，这些报警检测设备未能报告或发出错误信息，其可靠性并不高。因此，需要设计一个结构简单、成本低、快速响应、可靠性高、智能化较高的家用式自动火灾检测报警系统。

1.3 研究内容及目标

本次设计的主要任务就是查阅相关资料，明确设计内容，学习单片机基础知识，学习单片机C语言编程，独立设计报警器电路，并结合硬件电路编程实现任务目标。

本次设计目标是结合灵敏度高的烟雾传感器和温度传感器，以单片机技术为核心，设计并实现一种精确度高可靠性高的家用式可调温度烟雾火灾报警器。设计的报警器要求实现以下目标：

1. 可对现场温度与烟雾进行实时监控，并把数据实时显示在液晶显示屏上，若检测到某项环境参数超过报警门限则立刻报警。
2. 报警器能检测各个模块的好坏，若某个器件发生故障则能报错并发出警告。
3. 温度和气体报警门限可按实际需求进行设置。
4. 在系统未能及时发出警报的情况下，用户可以通过按键启动手动报警。
5. 在系统自动报警后，用户可以通过按键更改报警门限来取消报警。
6. 在进行按键操作时不影响数据采集功能和报警功能。

1.4 章节安排

本文首先介绍了设计背景，对国内外现状进行了分析，确定了设计目标和设计任务。然后介绍了系统的总体设计思路和方案选择，接着分别从硬件电路和软件设计详细介绍了本次设计各部分的原理，并记录了硬件和软件调试的过程和实物测试的结果，最后对本次设计做出总结并展望未来。

第2章 报警器总体设计与方案选择

2.1 报警器总体设计

整个设计分六大部分组成：单片机，温度检测电路，烟雾检测电路，按键控制电路，液晶显示模块和声光报警电路。系统的总体设计框图如图2.1所示。

单片机：内部带有数模转换模块，可以把烟雾传感器的分压值进行数模转换。对检测到的温度和烟雾信号进行处理，将监测值与报警限进行比较判断，控制报警电路是否报警，同时将温度和分压值数据送入显示模块实时显示出来。监测器件好坏，若发生故障则发出警告，显示器显示error。监测外部按键动作，根据相应按键动作做出响应。系统软件设计采用C语言，在Keil的环境下对单片机进行编程和调试，实现各项检测与控制功能。