1课题的研究内容
可燃气体报警器，主要检测可燃气体和烟雾，再通过单片机控制相应的声光报警。通过数码管显示当前的烟雾值，通过按键设定相应的阀值。
该项目主要是为了完成任务，包括：
⑴硬件部分：包括传感器的选择，显示模块的选择，烟雾信号转换电路的设计，报警驱动电路的设计。
（2）软件部分：包括微处理器控制程序的编制和原理图的绘制。
（3）系统的综合调试与分析：在软硬件完成以后，要对系统进行综合的测试与实验，分析系统的可靠性与实用性，调整系统的不足。
2 可燃气体报警器的总体方案设计
本课题主要是实现烟雾报警和火灾发生时的报警及控制，下面分别对系统功能要求、系统技术要求及系统实现方案总体阐述。
2.1系统的功能要求
本系统的研制主要包括以下几项功能：
(1)可燃气体探测功能：为了提高报警的准确性和及时性，报警系统需要使用各种方法进行气体探测。在实际使用中，根据不同的防火场所，用户可以选用温度探测法、可燃气体检测法及烟雾探测法等合适的火灾探测方法，来有效的探测火灾；
(2)灯光报警功能：当室内烟雾浓度过大、有火情产生、故障等异常情况发生时，报警器要进行灯光报警。当烟雾超过最大设定值时，可以驱动火灾控制负载工作。
2.2 系统的技术要求
在了解这个系统的工作原理以及功能之后，我们就可以基本确定系统的技术要求。系统采用的单片机处理器成本都比较低，可以满足批量生产和各类工程的需求。对于完整的一个系统而言，为提高市场的竞争力，这个系统应符合体积小、功耗低、数传性能可靠和成本低廉等技术要求。具体指标和参数如下:
(1)体积小：探测器的体积要尽可能的小，这样占用的空间才能减少，使用和更换才会方便；
(2)功耗低：系统可以采用三节5号干电池供电或5v电源供电。
(3)可靠性高:由数码管显示，可以灯光报警，也可以声音报警，二者同时进行。提高报警可靠性。
2.3 系统的组成及方案设计
本设计主要由烟雾探测传感器电路、单片机、灯光报警电路、负载驱动电路、控制程序和编解码程序等组成。
系统的组成结构如下：
晶振电路 复位电路 按键模块 单 片 机 图2.1
数码管显示模块 声光报警提示模块 烟雾模数转换模块
3 系统的硬件设计
总体电路
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RA2220RA1220GNDGNDGNDPOWERR14.7kQ1PNP3135INP121+5RL1+5123AFAMQ-2BFB654+5R24.7kQ2PNPR34.7kQ3PNPR44.7kQ4PNPS1135246246999S1SW SPSTS2SW SPSTS3SW SPSTD01D12D23D34D45D56D67D78GNDVCCabacfbdgeecfdgdpdpDS1REDCAD01D12D23D34D45D56D67D78VCCabacfbdgeecfdgdpdpDS2REDCAD01D12D23D34D45D56D67D78VCCabacfbdgeecfdgdpdpDS3REDCAD01D12D23D34D45D56D67D78VCCabacfbdgeecfdgdpdpDS4REDCAk1k2k3U1STC89C52ADC08091234567891011121314In3In4In5In6In7STARTEOCD3OECLOCKVccVref+GNDD1ADC1ADC0809In2In1In0ADDAADDBADDCALED7D6D5D4D0Vref-D22827262524232221201918171615+5INGNDSTD7D6D5D4D0D0D1D2D3D4D5D6D7FR110KOESTEOCk1k2k31234567891011121314151617181920P1.0P1.1P1.2P1.3P1.4P1.5P1.6P1.7RESTP3.0/RXDP3.1/TXDP3.2/INT0P3.3/INT1P3.4/T0P3.5/T1P3.6/WRP3.7/RDXTAL2XTAL1GNDSTC89C52VCCP0.0P0.1P0.2P0.3P0.4P0.5P0.6P0.7EAALESPENP2.7P2.6P2.5P2.4P2.3P2.2P2.1P2.04039383736353433323130292827262524232221+5J1123456789+510KCLKD0D1D2D3D4D5D6D79+5FR1F2.2kQ5PNP+C310ufSTEOCD3OECLK+5F12D2LEDD1LEDABBUZZERGNDD2Y1D1RL12.2KRL22.2K12MHZC130PGNDGNDC230PGND 图3.1
如图3.1所示，上面的图为protel99se所画，实时显示当前的烟雾值，共有3个按键来设置报警值。
3.1 主控电路
STC89C51是一种低功耗、高性能CMOS8位微控制器，具有 8K 在系统可编程Flash 存储器。在单芯片上，拥有灵巧的8 位CPU 和在系统可编程Flash，使得STC89C51为众多嵌入式控制应用系统提供高灵活、超有效的解决方案。 具有以下标准功能： 8k字节Flash，512字节RAM， 32 位I/O 口线，看门狗定时器，内置4KB EEPROM，MAX810复位电路，三个16 位 定时器/计数器，一个6向量2级中断结构，全双工串行口。另外 STC89X51 可降至0Hz 静态逻辑操作，支持2种软件可选择节电模式。空闲模式下，CPU 停止工作，允许RAM、定时器/计数器、串口、中断继续工作。掉电保护方式下，RAM内容被保存，振荡器被冻结，单片机一切工作停止，直到下一个中断或硬件复位为止。最高运作频率35Mhz，6T/12T可选。STC89C51主要功能如表1所示，其DIP封装如图2所示
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表1：STC89C51主要功能 主要功能特性 兼容MCS51指令系统 4K可反复擦写Flash ROM 32个双向I/O口 256x8bit内部RAM 3个16位可编程定时/计数器中断 时钟频率0-24MHz 2个串行中断 可编程UART串行通道 2个外部中断源 共6个中断源 2个读写中断口线 3级加密位 低功耗空闲和掉电模式 软件设置睡眠和唤醒功能
STC89C52引脚介绍
① 主电源引脚（2根）
VCC(Pin40)：电源输入，接＋5V电源 GND(Pin20)：接地线 ②外接晶振引脚（2根）
XTAL1(Pin19)：片内振荡电路的输入端 XTAL2(Pin20)：片内振荡电路的输出端 ③控制引脚（4根）
RST/VPP(Pin9)：复位引脚，引脚上出现2个机器周期的高电平将使单片机复位。 ALE/PROG(Pin30)：地址锁存允许信号 PSEN(Pin29)：外部存储器读选通信号
EA/VPP(Pin31)：程序存储器的内外部选通，接低电平从外部程序存储器读指令，如果接高电平则从内部程序存储器读指令。
④可编程输入/输出引脚（32根）
STC89C52单片机有4组8位的可编程I/O口，分别位P0、P1、P2、P3口，每个口有8位（8根引脚），共32根。
P0口（Pin39～Pin32）：8位双向I/O口线，名称为P0.0～P0.7 P1口（Pin1～Pin8）：8位准双向I/O口线，名称为P1.0～P1.7 P2口（Pin21～Pin28）：8位准双向I/O口线，名称为P2.0～P2.7 P3口（Pin10～Pin17）：8位准双向I/O口线，名称为P3.0～P3.7 作频率35Mhz，6T/12T可选。
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U11234567891011121314151617181920P10P11P12P13P14P15P16P17RESETP30/RXDP31/TXDP32/INT0P33/INT1P34/T0P35/T1P36WRP37/RDX2X1GNDSTC89C52VCCP00P01P02P03P04P05P06P07EA/VPALE/PPSENP27P26P25P24P23P22P21P204039383736353433323130292827262524232221 图3.2 STC89C51 DIP封装图
最小系统包括单片机及其所需的必要的电源、时钟、复位等部件，能使单片机始终处于正常的运行状态。电源、时钟等电路是使单片机能运行的必备条件，可以将最小系统作为应用系统的核心部分，通过对其进行存储器扩展、A/D扩展等，使单片机完成较复杂的功能。
STC89C51是片内有ROM/EPROM的单片机，因此，这种芯片构成的最小系统简单﹑可靠。用STC89C52单片机构成最小应用系统时，只要将单片机接上时钟电路和复位电路即可，结构如图2-3所示，由于集成度的限制，最小应用系统只能用作一些小型的控制单元。
图3.2单片机最小系统原理框图
(1) 时钟电路
STC89C51单片机的时钟信号通常有两种方式产生：一是内部时钟方式，二是外部时钟方式。内部时钟方式如图2-4所示。在STC89C51单片机内部有一振荡电路，只要在单片机的XTAL1(18)和XTAL2(19)引脚外接石英晶体(简称晶振)，就构成了自激振荡器并在单片机内部产生时钟脉冲信号。图中电容C1和C2的作用是稳定频率和快速起振，电容值在5~30pF，典型值为30pF。晶振CYS的振荡频率范围在1.2~12MHz间选择，典型值为12MHz和6MHz。 C21830pFY1C311.0592MHz19时钟电路 STC89C51单片机 I/O复位电路 30pF图3.4 STC89C51内部时钟电路
(2) 复位电路
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当在STC89C51单片机的RST引脚引入高电平并保持2个机器周期时，单片机内部就执行复位操作(若该引脚持续保持高电平，单片机就处于循环复位状态)。
最简单的上电自动复位电路中上电自动复位是通过外部复位电路的电容充放电来实现的。只要Vcc的上升时间不超过1ms,就可以实现自动上电复位。
除了上电复位外，有时还需要按键手动复位。本设计就是用的按键手动复位。按键手动复位有电平方式和脉冲方式两种。其中电平复位是通过RST(9)端与电源Vcc接通而实现的。
VCCS49C1R110uF10k 图3.5 STC89C51复位电路
（3） STC89C51中断技术概述 中断技术主要用于实时监测与控制，要求单片机能及时地响应中断请求源提出的服务请求，并作出快速响应、及时处理。这是由片内的中断系统来实现的。当中断请求源发出中断请求时，如果中断请求被允许，单片机暂时中止当前正在执行的主程序，转到中断服务处理程序处理中断服务请求。中断服务处理程序处理完中断服务请求后，再回到原来被中止的程序之处（断点），继续执行被中断的主程序。
图2-6为整个中断响应和处理过程。
图3.6 中断响应和处理过程
如果单片机没有中断系统，单片机的大量时间可能会浪费在查询是否有服务请求发生的定时查询操作上。采用中断技术完全消除了单片机在查询方式中的等待现象，大大地提高了单片机的工作效率和实时性。
3.2 烟雾探测电路的设计
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RA2220RA1220GNDGNDINRL1+5123AFAMQ-2ADC08091234567891011121314In3In4In5In6In7STARTEOCD3OECLOCKVccVref+GNDD1ADC1ADC0809In2In1In0ADDAADDBADDCALED7D6D5D4D0Vref-D22827262524232221201918171615BFB654INGNDSTD7D6D5D4D0STEOCD3OECLK+5D1D2GND
图3.7 烟雾探测电路
如图3.7所示，在这个电路中，有两个部分，主要是烟雾传感器检测烟雾，将电压信号给ADC0809，模数转换电路将模拟信号转换成数字信号给单片机，单片机再读取相应的数值和处理。
3.3 数码管显示电路设计
+5R14.7kQ1PNPR24.7kQ2PNPR34.7kQ3PNPR44.7kQ4PNP999D01D12D23D34D45D56D67D78VCCabacdfgbeecfdgdpdpDS1REDCAD01D12D23D34D45D56D67D78VCCabacdfgbeecfdgdpdpDS2REDCAD01D12D23D34D45D56D67D78VCCabacdfgbeecfdgdpdpDS3REDCAD01D12D23D34D45D56D67D78VCCabacdfgbeecfdgdpdpDS4REDCA9
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图3.8 数码管显示电路设计
3.4 声光报警提示电路
3.4.1 灯光提示电路
D2LEDD1LEDRL12.2KRL22.2KGND
图3.9灯光提示电路
3.4.2 声音报警电路
VCCP34R41kQ18550蜂鸣器
图3.10声音报警电路
3.5 按键电路
硬件电路如图3.12所示：
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k1k2S1SW SPSTS2SW SPSTk3S3SW SPSTGND图3.12 按键电路
4.2 系统程序流程图
开始 初始化 读取AD转换烟雾值 判断当前 烟雾范围 执行相应的指示控制
N 判断按键 是否按下 Y 设置相应参数 显示设置数值 结束 8
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