毕业论文：多传感器信息融合技术

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摘 要

随着社会和经济的发展，防火工作越来越重要，但是目前国内的许多研发都侧重于大型场所的火灾报警。因此，我们就有必要研制一种结构简单、经济实用的家庭烟雾报警器以适应市场的需求。基于供家庭使用的烟雾报警器应该具备的基本要求和功能，文章设计了一种比较适合的烟雾报警器。

本设计以传感器和单片机作为烟雾报警器设计的核心器件，配合其它器件即可实现声光报警、自动排烟换气和消防灭火等功能。设计中单片机选用STC89C52作为控制器件，传感器选用MQ-2型半导体可燃气体敏感元件烟雾传感器实现烟雾的检测。烟雾报警器主要由烟雾信号采集及前置放大电路、模数转换电路、单片机控制电路、显示电路、声光报警电路和安全保护电路构成，设计合理、简单易懂、价格低廉，使单片机在烟雾报警系统的控制中得到充分应用，具有一定的实用价值。论文主要针对烟雾报警系统中的各个组成部分及功能进行了详细的介绍和说明，并对其主控电路和外围设备电路之间的接口连接方式，以及系统软件设计进行了重点的分析和讲解。

热释电红外传感器，它的制作简单、成本低、安装比较方便，而且防盗性能比较稳定，抗干扰能力强、灵敏度高、安全可靠。这种防盗器安装隐蔽，不易被盗贼发现，便于多用户统一管理。本设计包括硬件和软件设计两个部分。硬件部分包括单片机控制模块、红外探头模块、驱动执行报警模块、LED控制模块等部分组成。处理器采用51系列单片机STC89C52，程序使用C语言编写。

关键字：烟雾报警器；单片机；传感器；红外

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Abstract

With the development of society and economy, the fire work is more and more important, but many of the current domestic research are focused on the large space fire alarm.Therefore, it is necessary to design a simple structure, economical and practical family smoke alarm to adapt to the needs of the market.The basic requirements of the smoke alarm for household use based on should have and function, this paper designs a smoke alarm is suitable for the.

The design of the sensor and single-chip microcomputer as the core device smoke alarm design, with other devices can achieve sound and light alarm, automatic exhaust ventilation and fire extinguishing function.Design of single chip STC89C52 is selected as the control device, the selection of sensor for detection of MQ-2 type semiconductor gas sensitive element smoke sensor smoke.The smoke alarm is mainly composed of smoke signal acquisition and the preamplifier circuit, analog-digital conversion circuit, single-chip microcomputer control circuit, display circuit, alarm circuit and protection circuit, reasonable design, simple, low price, make full use of MCU alarm system in the control of the smoke, and has a certain practical value.The main thesis of the smoke alarm system for the various components and functions are introduced and explained, and the connection mode of the main control circuit and peripheral equipment circuit interface, and the software design of the system is analyzed and the explanation of the key.

Key words:the smoke alarm;MCU;sensor;infrared

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目 录

1 绪论 .............................................................................................................................. 1

1.1 课题背景 ........................................................................................................... 1 1.2 设计概述 ........................................................................................................... 1 1.3 烟雾报警器的国内外现状 ............................................................................... 2 1.4 烟雾报警器的发展趋势 ................................................................................... 3 2 总体方案设计 .............................................................................................................. 4 2.1 设计任务分析 ................................................................................................... 4 2.2 单片机选型 ....................................................................................................... 5

2.2.1 STC89C52单片机简介 ......................................................................... 5 2.2.2 单片机的引脚功能描述 ........................................................................ 6

2.3 烟雾传感器模块 ............................................................................................... 7

2.3.1 烟雾传感器的介绍 ................................................................................ 8 2.3.2 MQ-2半导体气体烟雾传感器 ........................................................... 10

2.4 温度采集模块 ................................................................................................. 11 2.5 红外感应模块 ................................................................................................. 12

2.5.1 热释电传感器 ...................................................................................... 12 2.5.2 菲涅耳透镜 .......................................................................................... 12 2.5.3 BISS0001芯片简介 ............................................................................. 13 2.5.4 信号采集处理模块 .............................................................................. 15 2.6 无线收发模块 ................................................................................................. 16

2.6.1 nRF24L01概述 .................................................................................... 17 2.6.2 引脚功能及描述 .................................................................................. 17 2.6.3 工作模式 .............................................................................................. 18 2.6.4 工作原理 .............................................................................................. 18 2.6.5 配置字 .................................................................................................. 20

2.7 总体原理图设计 ............................................................................................. 21 3 系统的硬件电路 ........................................................................................................ 22 3.1 单片机最小系统 ............................................................................................. 22

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3.2 单片机的时钟电路与复位电路设计 ............................................................. 23 3.3 烟雾检测AD采集电路 ................................................................................. 23 3.4 显示电路 ......................................................................................................... 24 3.5 声音报警电路 ................................................................................................. 25 3.6 声音报警电路 ................................................................................................. 25 3.7 电源电路 ......................................................................................................... 26 3.8 温度传感器(DS18B20)电路 ........................................................................... 26

3.8.1 DSl8B20简介 ...................................................................................... 26 3.8.2 DSl8B20具体参数及工作方式 .......................................................... 29 3.8.3 DS18B20接口电路 ............................................................................. 30

4 系统软件的设计 ................................................................................................................ 31 4.1 单片机C语言程序设计技术 ........................................................................ 31 4.2 主机主程序 ..................................................................................................... 31 4.3 从机主程序 ..................................................................................................... 33 5 硬件调试及调试中遇到的问题 ........................................................................................ 34 结论 .......................................................................................................................................... 35 致谢 .......................................................................................................................................... 36 参考文献 .................................................................................................................................. 37 附录A 英文原文 .................................................................................................................. 38 附录B 汉语翻译 .................................................................................................................. 43 附录C 实物图 ...................................................................................................................... 46

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1 绪论

1.1 课题背景

随着科技的发展，越来越多的隐患由于工业生产和人们的日常生活而产生。为了早期发现和通报火灾，防止和减少火灾危害，保护人身和财产安全。防止火灾引起燃烧、爆炸、防盗等事故，造成严重的经济损失，甚至危及生命安全。目前，大部分小区的安全主要是由保卫人员巡逻与实时录像监控系统实现，而实时监控需要巨大的存储空间，并且只能为事后提供可能的线索比较被动。小偷进入小区盗窃主要方式是翻墙进入小区，假如小区墙上装有传感器，只要有人翻过围墙便触发报警系统，同时将信息传递到保卫室。而要将信息传递到保卫室如果采用传统的有线数据传输就会消耗很多通讯线，需要的数据线多，浪费资源，可操作性差，出现错误接线的可能，误报可能性较大。

为了减少这类事故的发生，就必须对烟雾信号和人体信号进行现场实时检测，采用先进可靠的安全检测仪表，严密监测环境中烟雾的浓度，及早发现事故隐患，采取有效措施，避免事故发生，才能确保工业安全和家庭生活安全。因此，研究烟雾的检测方法与研制烟雾报警器就成为传感器技术发展领域的一个重要课题[1]。

1.2 设计概述

单片机及烟雾传感器是烟雾报警器系统的两大核心。单片机好比一个桥梁，联系着传感器和报警电路设备。近几年来，单片机已逐步深入应用到工农业生产各部门及人们生活的各个方面。各种类型的单片机也根据社会的需求而开发出来。单片机是器件级计算机系统，实际上它是一个微控制器或微处理器。由于它功能齐全，体积小，成本低，因此它可以应用到所有电子系统中。同样，它也可以广泛应用于报警技术领域，使各类报警装置的功能更加完善，可靠性大大提高，以满足社会发展的需要。而传感器作为信息技术系统的“感官”器件，如果没有“感官”感受信息，或者“感官”迟钝，都难以形成高精度、高速度的控制系统。美国曾把二十世纪八十年代称为传感技术时代，日本更是把传感技术列为十大技术之首。所以，根据报警器功能的需要，选择合适、精确、经济的烟雾传感器和单片机芯片是至关重要的。在本论文中的最主要的设计是选STC89C52单片机以及MQ-2半导体气体烟雾传感器为核心器件[2]。

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目前，现代建筑都会有选择地安装不同功能的烟雾自动报警系统。因为烟雾自动报警系统是建筑物的神经系统，它能够感受、接收着发生火灾的早期信号并及时报警，发出警报同时告知用户和周边居民。在火灾的早期阶段，准确的探测到火情并迅速报警，对于及时组织有序快速疏散、积极有效地控制火灾的蔓延、快速灭火和减少火灾对居住人群的损失都具有重要的意义。

1.3 烟雾报警器的国内外现状

多传感器信息融合技术的应用领域广泛，不仅应用于军事，在民事应用方面也有很大的空间。军事应用是多传感器信息融合技术诞生的奠基石，具体应用包括海洋监视系统和军事防御系统。在民事应用领域方面，主要用于智能处理以及工业化控制，智能处理包括防火防盗等方面。

国外从20世纪30年代开始研究及开发烟雾传感器，且发展迅速，一方面是因为人们安全意识增强，对环境安全性和生活舒适性要求提高；另一方面是因为传感器市场增长受到政府安全法规的推动。据有关统计，美国1996年至2002年烟雾传感器年均增长率为27%-30%。随着传感器生产工艺水平逐步提高，传感器日益小型化、集成度不断增大，使得烟雾检测仪器的体积也逐渐变小，提高了烟雾检测仪器的便携性，更加利于生产、运输及市场推广。

1963年5月，日本开发完成第一台接触燃烧式家用燃气泄漏报警器，次年12月其改良产品问世，改良的报警器可以检测燃气、一氧化碳等气体，可以安装在浴室或者采用集中监视。

我国在70年代初期开始研制烟雾报警器，生产型号多样、品种较齐全，应用范围也由单一的炼油系统扩展到几乎所有危险作业环境的各种类型报警器，产品数量也在不断增加。但主要是在引进国外先进的传感器技术和先进的生产工艺基础上，进行研究与开发形成自己的特色。近年来，在烟雾选择性和产品稳定性上也有很大进步。

烟雾报警器可分为民用火灾烟雾报警器、工业用烟雾报警器、 有毒有害烟雾报警器三大系列产品。

(1) 民用火灾烟雾报警器

民用火灾烟雾报警器为居民家庭用的火灾报警器,一般安装在厨房，遇到火灾产生的烟雾时时，报警器可发出声光报警，或同时伴有数字显示，同时联动 外部设备。有的报警器可自动开启排风扇，把烟雾排出室外

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(2) 工业用烟雾报警器及有毒有害烟雾报警器

工业用烟雾报警器及有毒有害烟雾报警器只是检测探头有差异，而在原理和应用中都很相近。工业用燃气报警器及有毒烟雾报警器根据检测环境的不同，也可分为检漏仪、控制器和探测器。

检漏仪的体积较小，可随身携带或手持，主要应用于燃气管理的查漏与巡检。若有燃气泄漏，检漏仪便会发出声光报警，同时数字显示烟雾浓 度，以便及时采取安全措施，防止爆炸等恶性事故的发生。控制器与探测器结合使用，可在防爆现场长期监测烟雾的浓度[3]。

探测器安装在防爆现场，控制器壁挂在值班室等有人值守的地方，二者采用屏蔽电缆线连接。当在现场的探测器探测到燃气泄漏之后，通过屏蔽电缆线将信号传到控制器，控制器发出声光报警，同时启动排风装置或关闭电磁阀切断气源，以确保安全。此种仪器广泛应用于液化气站、汽车加油站、锅炉房等工业场所。

1.4 烟雾报警器的发展趋势

面对人类社会经济与技术急速发展的时代，伴随这电子、计算机、通讯和现代控制技术的迅速发展，现代火灾自动报警应用技术发展趋势正在向着全总线制、软件编程、网络化、智能化、多样化、小型化、社区化、蓝牙技术无线化、高灵敏化、综合化等方面发展。

针对当前烟雾自动报警系统存在的通讯协议不一致，系统误报、漏报频繁，智能化程度低，网络化程度低、特殊恶劣环境的烟雾探测报警抗干扰等问题较为突出的现象，提出在符合国家消防规范的基础下采用统一、标准、开放的通讯协议。通过对新技术、新工艺、新材料和新设备的应用研究，对系统方案、设备选型的优化组合，改进烟雾自动报警系统的工作性能、减少维护费用和维护要求，向着高可靠性、高灵敏性、低误报率、系统网络化、技术智能化方向发展，为更好的预防和遏制建筑火灾提供了强有力的保障，从而更好的保护国家和人民的生命、财产安全[4]。

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2 总体方案设计

2.1 设计任务分析

本篇论文是烟雾报警器的研制：

为适应家庭和工业等场所对可燃性易爆烟雾安全性要求，设计的烟雾报警器具有显示报警状态。报警器采用延时的工作方式，烟雾报警器以STC89C52单片机为控制核心，选用MQ-2半导体气体烟雾传感器采集烟雾浓度信息，配合外围电路构成烟雾报警系统。本设计包括硬件和软件设计两个部分，且分为主机和从机两部分[5]，总体设计框图如图2.1所示： 烟雾 采集模 STC89C52 单片机 报警电路 显示电路 STC8 无线发射 无线接收 采集模 温度 红外感应模块 9C52 单片机 （从机部分） （主机部分） 图2.1 总体设计框图

（1）以STC89C52单片机为中央处理器，对硬件电路进行设计和改进，使其功能更加完善。系统硬件电路主要分为数据收集、声音报警电路、状态指示灯电路、LCD1602液晶显示电路部分。

（2）本系统采用了工作于2.4GHz频段NRF24L01射频芯片和低功耗单片机STC89C52控制实现短距离无线数据通信。

（3）系统分为主机和从机两部分，主机负责无线接收并通过LCD1602液晶显示，超出设置的范围报警。从机负责环境温度、火灾、防盗信号的采集并无线发射。 （4）系统可设置烟雾浓度和高温报警值，并有掉电保存功能，且有紧急报警和手动取消报警功能。

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（5）LCD1602第一行显示烟雾浓度，第二行显示当前温度、红外人体感应信号（有人显示为1）和布防状态。

（6）按下布放键后，系统等待15秒进入布防状态（此时液晶上开始计时），15秒后系统进入布防状态（LCD1602液晶上显示“ON”），当有人靠近时报警。

2.2 单片机选型

单片机是烟雾自动报警系统的心脏，用来接收火灾信号并启动报警装置显示和执行相应的报警。在单片机实现的控制功能中，需要单片机有较快的运算速度，使检测人员和用户在报警器系统正常工作时能够及时地观测到实时的烟雾浓度等级，并进行相应处理。同时，在能够满足报警器系统设计的计算速度及接口功能要求的同类型单片机中，要考虑选择价格低廉且体积轻巧的机型，在保证了报警器的精确性、可靠性及抗干扰性的基础上，能够不提高成本，缩小体积。

由于单片机技术在各个领域正得到越来越广泛的应用，世界上许多集成电路生产厂家相继推出了各种类型的单片机，在单片机家族的众多成员中，MCS系列单片机以其优越的性能、成熟的技术及高可靠性和高性能价格比，迅速占领了工业测控和自动化工程应用的主要市场，成为国内单片机应用领域中的主流。其中，51系列单片机的优点是价钱便宜,I/O口多,程序空间大。因此，测控系统中，使用51系列单片机是最理想的选择，因此设计采用STC89C52。 2.2.1 STC89C52单片机简介

STC89C52是一种低功耗、高性能CMOS8位微控制器，具有8K可编程Flash存储器。使用高密度非易失性存储器技术制造，与工业80C51 产品指令和引脚完全兼容。片上Flash允许程序存储器在线可编程，亦适于常规编程器。在单芯片上，拥有灵巧的8 位CPU 和在系统可编程Flash，使得STC89C52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。STC89C52具有以下标准功能：8k字节Flash，256字节RAM，32 位I/O 口线，看门狗定时器，2个数据指针，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，片内晶振及时钟电路。另外，STC89C52 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。这一模块以单片机为中心把程序代码烧进去然后外围接上复位电路、振荡电路、键盘控制、LCD1602液晶显示

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电路、报警电路等子模块[6-7]。 2.2.2 单片机的引脚功能描述

下面对STC89C52各引脚的功能进行较为详细的介绍： （1）电源引脚Vcc和Vss

Vcc(40脚)：电源端为+5V Vss(20脚)：接地端。 （2）时钟电路引脚XTAL1和XTAL2

XTAL2(18脚)：接外部晶体和微调电容的一端。在单片机内部它是振荡电路反向放大器的输出端，振荡电路的频率就是晶体固有频率。若需采用外部时针电路时，该引脚输入外时钟脉冲。要检查STC89C52的振荡电路是否正常工作，可用示波器查看XTAL2端是否有脉冲信号输出。

XTAL1(19脚)：接外部晶体和微调电容的另一端。在片内，它是振荡电路反向放大器的输入端。在采用外部时钟时，该引脚必须接地。 （3）控制信号脚 RST 、ALE 、PSEN 和EA

RST(9脚)：RST是复位信号输入端，高电平有效。在此输入端保持两个机器周期(24个时钟振荡周期)的高电平时，就可以完成复位操作。

ALE/PROG(30脚)：地址锁存允许信号端。当STC89C52上电正常工作后，ALE引脚不断向外输出正脉冲信号。此频率为振荡器频率fosc的1/6，当CPU访问片外存储器时，ALE输出信号作为锁存低8位地址的控制信号。在CPU访问片外数据存储时，每取值一次（一个机器周期）会丢失一个脉冲。平时不访问片外存储时，ALE端也以1/6的振荡频率固定输出正脉冲，因而ALE信号可以用作对外输出时钟或定时信号。如果你想看一下STC89C52芯片的好坏，可用示波器查看ALE端是否有脉冲信号输出，如有脉冲信号输出，则STC89C52基本上是好的。ALE的负载驱动能力为8个LS型TTL（低功耗高速TTL）。

PSEN(29脚)：程序存储允许输出信号引脚，在访问片外程序存储器时，此端定时输出负脉冲作为读片外存储器的选通信号。此引脚接ERROM的OE端。PSEN端有效，即允许读出ERROM/ROM中的指令码。CPU在从外部ERROM/ROM取指令期间，每个周期PSEN两次有效。不过，在访问片外RAM时，要少产生两次PSEN负脉冲信号。要检查一个STC89C52小系统上电后CPU能否正常到ERROM/ROM中读取指令码，也可用于示波器看PSEN端有无脉冲输出。如有，说明基本上工作正常。

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EA/VPP(31脚)：外部程序存储器地址允许输入端/固化编程电压输入端。当EA引脚接高电平时，CPU只访问片内ERROM/ROM并执行内部程序存储器中的指令。但在PC（程序计数器）的值超过OFFFH（对8751/8051为4k）时，将自动转向执行片外存储器的程序。当出入信号EA引脚接低电平（接地）时，CPU只访问外部ERROM/ROM并执行外部程序存储器中的指令，而不管是否有片内程序存储器。对于无芯片内的ROM的8031或8032，须外扩ERROM，此时必须将EA引脚接地。如果使用有片内ROM的STC89C52，外扩ERROM也是可以的，但也要使EA接地[8]。 （4）I/O（输入/输出端口，P0，P1，P2，P3） P0口：P0口是一个漏极开路的8位准双向I/O端口。 P1口：8位准双向I/O端口。

P2口：即可以做地址总线输出地址高8位，也可以做普通I/O用，（此时为准双向口）。 P3口：双功能口，即可以做普通I/O口用（此时为准向口），也可以按每位定义实现第二功能操作。见表2.1：

表2.1 P3口的第二功能表

引脚 P3.0 P3.1 P3.2 P3.3 P3.4 P3.5 P3.6 P3.7

第二功能

RXD （串行输入口） TXD （串行输出口） INT0（外部中断0） INT1（外部中断1） T0（定时器0外部中断） T1（定时器1外部中断） WR（外部存储器写选通） RD（外部存储器读写通）

2.3 烟雾传感器模块

烟雾传感器是测量装置和控制系统的首要环节。而烟雾报警器的信号采集由烟雾传感器负责。烟雾传感器能够将气体的种类及其浓度有关的信息转换为电信号，根据这些电信号的强弱就可以获得与待测气体在环境中存在的情况有关的信息，从而达到检测、监控、报警的功能。可以说，没有精确可靠的传感器，就没有精确可靠的自动检测、控

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制和报警系统。烟雾传感器作为报警器中不可缺少的核心器件，它决定了所采集的烟雾浓度信号的准确性和可靠性。 2.3.1 烟雾传感器的介绍

烟雾传感器是模拟传感器。它能将空气中的烟雾浓度变量转换成有一定对应关系的输出信号的装置。烟雾传感器就是通过监测环境中烟雾的浓度来实现火灾防范的。当烟雾探头碰到烟雾或某些特定的气体，烟雾探头内部阻值发生变化，产生一个模拟值，从而对其进行控制。烟雾传感器利用烟雾敏感元件的电阻受烟雾（主要是可燃颗粒）浓度影响阻值变化的原理向单片机发送烟雾浓度相应的模拟信号。

在智能建筑中对火灾探测器的应用主要以感烟火灾探测器选用为主。随着传感器生产工艺水平逐步提高，传感器日益小型化、集成度不断增大，使得烟雾探测器的体积也逐渐变小，提高了烟雾探测器的便携性，更加利于生产、运输和市场推广。目前，烟雾传感器广泛应用在城市安防、小区、工厂、公司、学校、家庭、别墅、仓库、资源、石油、化工、燃气输配等众多领域。

在国内的产品中，无论哪家生产的烟雾探测器，都可以探测到火灾的发生，都具有比较高的灵敏度，而且在安装中都比较简单。但是，由于各生产的设备不可通用，独立为正，不但不可彼此互相代替，更不可以互相通讯。使得用户面对众多厂家生产的烟雾探测器感到不知所措。而这也正是国内产品市场的一个重大缺陷。 （1）烟雾传感器的分类

从构成气体传感器材料的形态上通常将它们分为干式和湿式气体传感器。由于对不同气体的检测方法不尽相同，目前主要的方法有：利用半导体气体器件检测的电气法；使用电极和电解液对气体进行检测的电化学法；利用气体对光的折射率或光吸收等特性来检测气体的光学法。

（2）烟雾传感器应满足的基本条件

一个烟雾传感器可以是单功能的，也可以是多功能的；可以是单一的实体，也可以是由多个不同功能传感器组成的阵列。但是，任何一个完整的烟雾传感器都必须具备以下条件：

(a)能选择性地检测某种单一烟雾，而对共存的其它烟雾不响应或低响应； (b)对被测烟雾具有较高的灵敏度，能有效地检测允许范围内的烟雾浓度； (c)对检测信号响应速度快，重复性好；

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(d)长期工作稳定性好； (e)使用寿命长；

(f)制造成本低，使用与维护方便。 （3）常见的烟雾探测器种类及工作原理

为了确保家庭环境的安全，需要对各种可燃性气体、有毒性气体进行检测。但是，由于烟雾的种类繁多，一种类型的烟雾传感器不可能检测所有的气体，通常只能检测某一种或两种特定性质的烟雾。例如氧化物半导体烟雾传感器主要检测各种还原性烟雾，如CO、H2、C2H5OH、CH3OH等。固体电解质烟雾传感器主要用于检测无机烟雾，如O2、CO2、H2、Cl2、SO2等。因此目前使用的烟雾传感器有很多种，各自的检测原理也各不相同，下面就对一些常用的烟雾传感器进行介绍。

(a)半导体烟雾传感器（半导体气敏传感器）

半导体烟雾传感器包括用氧化物半导体陶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。半导体烟雾传感器是利用气体在半导体表面的氧化和还原反应导致敏感元件阻值变化而制成的。按照敏感机理分类，半导体烟雾传感器可分为电阻式和非电阻式。当半导体接触到气体时，半导体的电阻值将发生变化，利用传感器输出端阻值的变化来测定或控制气体的有关参数，这种类型的传感器称为电阻式半导体气敏传感器；当MOS场效应管在接触到气体时，场效应管的电压将随周围气体状态的不同而发生变化，利用这种原理制成的传感器被称为非电阻式半导体气敏传感器。

由于具有灵敏度高、响应快、输出信号强、耐久性强、结构简单、体积小、维修方便、价格便宜等诸多优点，得到了广泛的应用。但是其最大的缺点就是选择性较差。该传感器己成为世界上产量最大、使用最广的烟雾传感器之一。

(b)接触燃烧式传感器

当易燃烟雾接触这种被催化物覆盖的传感器表面时会发生氧化反应而燃烧。接触燃烧式气体传感器的检测元件一般为铂金属丝（也可表面涂铂、钯等稀有金属催化层），使用时对铂丝通以电流，保持300℃～400℃的高温，此时若与可燃性气体接触，可燃性气体就会在稀有金属催化层上燃烧，因此铂丝的温度会上升，铂丝的电阻值也上升；通过测量铂丝的电阻值变化的大小，就知道可燃性气体的浓度。使用接触燃烧式传感器，其最大的缺点是探头很容易发生阻缓和中毒现象。一般在连续使用两个月后应对该传感器进行维护。这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。

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(c)电化学传感器

电化学传感器由膜电极和电解液封装而成。电化学气敏传感器一般利用液体（或固体、有机凝胶等）电解质，其输出形式可以是气体直接氧化或还原产生的电流，也可以是离子作用于离子电极产生的电动势。即烟雾浓度信号将电解液分解成阴阳带电离子，通过电极将信号传出。它主要适用于毒性烟雾检测。目前国际上绝大部分毒气检测采用该类型传感器。

常用的烟雾传感器还有高分子烟雾传感器、红外吸收型传感器、离子感烟传感器、光电式感烟传感器等[9]。

根据报警器检测烟雾种类的不同要求，很多场合都会选择使用半导体烟雾传感器。经过对比众多烟雾传感器的应用特性，发现半导体烟雾传感器的优点更加突出。半导体烟雾传感器具有灵敏度高、响应快、体积小、结构简单，使用方便、价格便宜等优点，且不会发生探头阻缓及中毒现象，维护成本较低，因而得到广泛应用。因此，本设计中的烟雾传感器选用MQ-2半导体气体烟雾传感器。 2.3.2 MQ-2半导体气体烟雾传感器

MQ-2半导体传感器是以清洁空气中电导率较低的金属氧化物二氧化锡(SnO2)为主体的N型半导体气敏元件。当传感器所处环境中存在烟雾气体时，传感器的电导率随空气中烟雾气体浓度的增加而增大。在设计报警器时只有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。该传感器具备一般半导体烟雾传感器灵敏度高、电导率变化大、响应和恢复时间短、抗干扰能力强、输出信号大、寿命长和工作稳定等优点，在市面上应用十分广泛。

二氧化锡(SnO2)半导体气敏元件特点：

(a)SnO2材料的物理、化学稳定性较好，与其他类型气敏元件相比，SnO2气敏元件寿命长、稳定性好、耐腐蚀性强。

(b)SnO2气敏元件对气体检测是可逆的，且吸附、脱离时间短，可连续长时间使用。 (c)SnO2气敏元件结构简单，成本低，可靠行较高，机械性能良好。

MQ-2气敏元件的结构由微型AL2O3陶瓷管、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内，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。

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MQ-2半导体气体烟雾传感器适用于烟雾、天然气、煤气、氢气、烷类气体、汽油、煤油、乙炔、氨气等的检测，对可燃性气体的（CH4、C4H10、H2等）的检测很理想。这种传感器在较宽的浓度范围内对烟雾气体有良好的灵敏度，能够检测多种可燃性气体，十分适合应用在家庭的气体泄漏报警器中。是一款便携式气体检测器，非常适合多种应用的低成本传感器[10]。其技术指标表2.2。

表2.2 MQ-2的技术指标

加热电压（Vh） 回路电压（Vc） 负载电阴（Rl） 清洁空气中电阻 （Ra） 灵敏度（S=Ra/Rdg） 响应时间(trec) 恢复时间(trec) 元件功耗 检测范围 使用寿命

AC或DC 5±0.2V 最大DC 24V 2KΩ ≤2000 KΩ

≥4(在1000ppmC4H10中)

≤10S ≤30S ≤0.7W 50—10000ppm

2年

由于物理量和测量范围的不同，传感器的工作机理和结构就不同。通常烟雾传感器输出的电信号是模拟信号（已有许多新型传感器采用数字量输出）。当信号的数值符合A/D转换器的输入等级时，可以不用放大器放大；当信号的数值不符合A/D转换器的输入等级时，就需要放大器放大。所以MQ-2半导体气体烟雾传感器要想把采集到的烟雾浓度模拟信号传送给单片机控制器就必须经过将模拟信号经过A/D转换器转化为可以识别的电信号给单片机。

设计时应注意，气敏元件开机通电时，其内阻很小，但经过一段时间后，才能恢复到原来的稳定状态。因此，QM-2气体传感器需开机预热几分钟，才可投入使用，以免造成误报。

2.4 温度采集模块

采用DS18B20作为测温电路的温度传感器。DS18B20的数字温度输出通过 “ 一线 ” 总线（ 1-Wire是一种独特的数字信号总线协议，它将独特的电源线和信号线复合

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在一起，仅使用一条口线；每个芯片唯一编码，支持联网寻址、零功耗等待等，是所需硬件连线最少的一种总线）这种独特的方式，可以使多个 DS18B20方便地组建成传感器网络，为整个测量系统的建立和组合提供了更大可能性。它在测温精度、转换时间、传输距离、分辨率等方面比其他温度传感器有了很大的进步，给用户带来了更方便的使用和更令人满意的效果。DS18B20直接输出数字温度值，不需要校正，因此采用其作为测温电路的温度传感器[11]。

2.5 红外感应模块

2.5.1 热释电传感器

热释电红外传感器(简称PIR)是80年代发展起来的一种新型高灵敏度探测元件。

它能以非接触形式检测出人体辐射的红外线能量的变化，并将其转换成电压信号输出。将这个电压信号加以放大，便可驱动各种控制电路，如作电源开关控制、防盗防火报警、自动览测等，人体辐射的红外线中心波长为9~10--um，而探测元件的波长灵敏度在0.2~20--um范围内几乎稳定不变。在传感器顶端开设了一个装有滤光镜片的窗口，这个滤光片可通过光的波长范围为7~10--um，正好适合于人体红外辐射的探测，而对其它波长的红外线由滤光片予以吸收，这样便形成了一种专门用作探测人体辐射的红外线传感器，本传感器是整个系统的关键，只有本传感器才能感应到人体红外线。如图2.2所示。

图2.2 热释感应传感器

2.5.2 菲涅耳透镜

菲涅耳透镜片[2]相当于热释感应传感器的“眼镜”，它和人的眼睛一样的作用，配用得当与否直接影响到使用的功效，配用不当产生错误的动作，致使用户或者开发者对其失去信心。它的作用是有效的将探测到空间的红外线集中到传感器上，菲涅耳透镜根据

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性能要求不同，具有不同的焦距（感应距离），从而产生不同的监控视场，视场越多，控制越严密。如图2.3所示为菲涅耳透镜模型图。

图2.3 菲涅耳透镜

2.5.3 BISS0001芯片简介

BISS0001是一款传感信号处理集成电路，只要热释感应器把红外线接收到信号传输到BISS0001里进行信号处理，它本身静态电流极小，工作电压在3V—5V之间，当工作电压为5V时输出的驱动电流为10MA。配以热释电红外传感器和少量外围元器件即可构成被动式热释电红外传感器，广泛用于安防，自控等一些领域，它是有16个管脚组成的一种集成块。如图2.4所示为BISS000集成芯片的内部框图，管脚功能说明如表2.3所示。

图2.4 BISS0001内部框图

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表2.3 管脚说明图

引脚 名称

I/O

功能说明

可重复触发和不可重复触发选择端。当A为“1”时，允许重复触发；反之，不可重复触发

1 A I

2 VO O 控制信号输出端。由VS的上跳前沿触发，使Vo输出从低电平跳变到高电平

时视为有效触发。在输出延迟时间Tx之外和无VS的上跳变时，Vo保持低电平状态。

输出延迟时间Tx的调节端 输出延迟时间Tx的调节端 触发封锁时间Ti的调节端 触发封锁时间Ti的调节端 工作电源负端，一般接0V

参考电压及复位输入端。通常接VCC，当接“0”时可使定时器复位 触发禁止端。当Vc＞VR时允许触发(VR≈0.2VDD)

运算放大器偏置电流设置端，经RB接VSS端，RB取值为1M左右 工作电源正端，范围为3~5V

3 RR1 -- 4 RC1 -- 5 RC2 -- 6 RR2 -- 7 VSS -- 8 VRF I 9 VC I 10 IB

--

11 VCC --

12 2OUT O 第二级运算放大器的输出端 13 2IN- I 14 1IN+ I 15 1IN- I

第二级运算放大器的反相输入端 第一级运算放大器的同相输入端 第一级运算放大器的反相输入端

16 1OUT O 第一级运算放大器的输出端

由图可见BISS0001 由运算放大器、电压比较器和状态控制器、延迟时间定时器、封锁时间定时器即参考电压等构成的数模混合专用集成电路。可广泛应用于多种传感器和延时控制器。首先，根据实际需要，利用运算放大器OP1组成传感信号预处理电路，将信号放大。然后耦合给运算放大器OP2，再进行第二级放大，同时将直流电位抬高为VM(≈0.5VDD)后，将输出信号V2送到由比较器COP1和COP2组成的双向鉴幅器，检出有效触发信号Vs。由于VH≈0.7VDD、VL≈0.3VDD，所以，当VDD=5V时，可有效抑制±1V的噪声干扰，提高系统的可靠性。 COP3是一个条件比较器。当输入电压Vc＞VR时，COP3输出为高电平，进入延时周期。 当A端接“0”电平时，在Tx时间内任何V2的

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变化都被忽略，直至Tx时间结束，即所谓不可重复触发工作方式。当Tx时间结束时，Vo下跳回低电平，同时启动封锁时间定时器而进入封锁周期Ti。在Ti时间内，任何V2的变化都不能使Vo跳变为有效状态（高电平）,可有效抑制负载切换过程中产生的各种干扰。而可重复触发工作方式下的波形在Vc=“0”、A=“0”期间，信号Vs不能触发Vo为有效状态。在Vc=“1”、A=“1”时，Vs可重复触发Vo为有效状态，并可促使Vo在Tx周期内一直保持有效状态。在Tx时间内，只要Vs发生上跳变，则Vo将从Vs上跳变时刻起继续延长一个Tx周期；若Vs保持为“1”状态，则Vo一直保持有效状态；若Vs保持为“0”状态，则在Tx周期结束后Vo恢复为无效状态，并且，同样在封锁时间Ti时间内，任何Vs的变化都不能触发Vo为有效状态[12]。

2.5.4 信号采集处理模块

如图2.5所示信号处理模块及图2.6所示实物图：

图2.5 信号处理模块

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图2.6 实物图

本电路是将人体辐射的红外线转变为电信号。热释红外感应2脚输入到前置放大器OP1进行放大，然后由C4耦合给运算放大器OP2进行第二级放大。再经过电压比较器COP1和COP2构成双向鉴幅器处理后，检出有效触发信号去启动延时时间定时器输出信号在经过R3进入单片机部分进行处理。延时周期可通过R12来调节输出，在延时时间内只要Vs发生上跳变，Vo就会从Vs上跳变时刻起继续延长一个周期，而电路中的电容为了能够更好的控制了芯片内的定时器，若Vs一直保持为高电平，这样就可以通过P10传输到单片机内进行下一步处理。而根据不同的距离要求来调节R13，最大可以调节到7米左右。图中BISS0001中1脚用跳线连连接住一个接高电平后，在延时时间段内如果有人体在其感应范围活动，其输出将一直保持高电平，直到人离开后才将高电平变为低电平，本电路设计就是可触发方式。

2.6 无线收发模块

该模块由挪威(Nordic)公司生产的nRF24L01及其外围电路组成的。nRF24L01作为单片射频收发芯片，其工作于2.4～2.5GHz世界通用ISM频段，工作电压为1.9~3.6V。可通过SPI写入数据，最高可达10Mbit／s，数据传输速率最快可达2Mbit／s，并且具有自动应答和自动再发射功能。芯片融进了增强式ShockBurst技术，其中输出功率和通信频道可通过程序进行配置。该芯片功耗低，6dBm功率发射时，工作电流9mA，接收时工作电流只有12.3mA，可选择的掉电模式和空闲模式使其应用设计更为方便。

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2.6.1 nRF24L01概述

nRF24L01是一款新型单片射频收发器件,工作于2.4 GHz～2.5 GHz ISM频段。内置频率合成器、功率放大器、晶体振荡器、调制器等功能模块,并融合了增强型ShockBurst技术，其中输出功率和通信频道可通过程序进行配置。nRF24L01功耗低,在以-6dBm的功率发射时，工作电流也只有9mA;接收时，工作电流只有12.3mA，多种低功率工作模式(掉电模式和空闲模式)使节能设计更方便。nRF24L01主要特性如下：

1、GFSK调制，硬件集成OSI链路层； 2、具有自动应答和自动再发射功能； 3、片内自动生成报头和CRC校验码； 4、数据传输率为l Mb/s或2Mb/s； 5、SPI速率为0 Mb/s～10 Mb/s；

6、125个频道与其他nRF24系列射频器件相兼容； 7、QFN20引脚4 mm×4 mm封装； 8、供电电压为1.9 V～3.6 V；

2.6.2 工作模式

nRF24L01的封装及引脚排列如图所示。各引脚功能如图2.7所示。

图2.7 nRF24L01封装图

CE：使能发射或接收；

CSN，SCK，MOSI，MISO：SPI引脚端，微处理器可通过此引脚配置nRF24L01； IRQ：中断标志位； VDD：电源输入端； VSS：电源地；

XC2，XC1：晶体振荡器引脚；

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VDD_PA：为功率放大器供电，输出为1.8 V； ANT1,ANT2：天线接口； IREF：参考电流输入。

2.6.3 工作模式

通过配置寄存器可将nRF24L01配置为发射、接收、空闲及掉电四种工作模式，如表2.4所示。

表2.4 nRF24L01工作模式

模式 接收模式 发射模式 发射模式 待机模式2 待机模式1 掉电

PWR_UP

1 1 1 1 1 0

PRIM_RX

1 0 0 0 - -

CE 1 1 1→0 1 0 -

FIFO寄存器状态

-

数据在TX FIFO 寄存器中 停留在发送模式，直至数据发送完

TX_FIFO为空 无数据传输

-

待机模式1主要用于降低电流损耗，在该模式下晶体振荡器仍然是工作的；待机模式2则是在当FIFO寄存器为空且CE=1时进入此模式；待机模式下，所有配置字仍然保留。在掉电模式下电流损耗最小，同时nRF24L01也不工作，但其所有配置寄存器的值仍然保留[13]。 2.6.4 工作原理

发射数据时，首先将nRF24L01配置为发射模式：接着把接收节点地址TX_ADDR和有效数据TX_PLD按照时序由SPI口写入nRF24L01缓存区，TX_PLD必须在CSN为低时连续写入，而TX_ADDR在发射时写入一次即可，然后CE置为高电平并保持至少10μs，延迟130μs后发射数据;若自动应答开启，那么nRF24L01在发射数据后立即进入接收模式，接收应答信号（自动应答接收地址应该与接收节点地址TX_ADDR一致）。如果收到应答，则认为此次通信成功，TX_DS置高，同时TX_PLD从TX FIFO中清除;若未收到应答，则自动重新发射该数据(自动重发已开启)，若重发次数(ARC)达到上限，MAX_RT置高，TX FIFO中数据保留以便在次重发;MAX_RT或TX_DS置高时，使IRQ

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变低，产生中断，通知MCU。最后发射成功时,若CE为低则nRF24L01进入空闲模式1;若发送堆栈中有数据且CE为高，则进入下一次发射;若发送堆栈中无数据且CE为高，则进入空闲模式2。

接收数据时,首先将nRF24L01配置为接收模式，接着延迟130μs进入接收状态等待数据的到来。当接收方检测到有效的地址和CRC时，就将数据包存储在RX FIFO中，同时中断标志位RX_DR置高，IRQ变低，产生中断，通知MCU去取数据。若此时自动应答开启，接收方则同时进入发射状态回传应答信号。最后接收成功时，若CE变低，则nRF24L01进入空闲模式1。

在写寄存器之前一定要进入待机模式或掉电模式。如下图，给出SPI操作及时序图：

图2.8 SPI读操作

图2.9 SPI写操作

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2.6.5 配置字

SPI口为同步串行通信接口，最大传输速率为10 Mb/s，传输时先传送低位字节，再传送高位字节。但针对单个字节而言，要先送高位再送低位。与SPI相关的指令共有8个，使用时这些控制指令由nRF24L01的MOSI输入。相应的状态和数据信息是从MISO输出给MCU。

nRF24L0l所有的配置字都由配置寄存器定义，这些配置寄存器可通过SPI口访问。nRF24L01 的配置寄存器共有25个，常用的配置寄存器如表2.5所示。

表2.5 常用配置寄存器

地址（H） 00 01 02 03 04 07 0A~0F 10 11~16

寄存器名称 CONFIG EN_AA EN_RXADDR SETUP_AW SETUP_RETR STATUS RX_ADDR_P0~P5 TX_ADDR RX_PW_P0~P5

功能 设置24L01工作模式 设置接收通道及自动应答 使能接收通道地址 设置地址宽度

设置自动重发数据时间和次数 状态寄存器，用来判定工作状态 设置接收通道地址 设置接收接点地址 设置接收通道的有效数据宽度

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2.7 总体原理图设计

总体原理图如图2.10所示：

图2.10 总体原理图

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3 系统的硬件电路

3.1 单片机最小系统

要使单片机工作起来最基本的电路构成为单片机最小系统如图3.1示。

图3.1 信号处理模块

单片机最小系统包括单片机、复位电路、时钟电路构成。

STC89C52 单片机的工作电压范围4V-5.5V,所以通常给单片机外界5V直流电源。连接方式为单片机中的40脚VCC接正极5V，而20脚VSS接电源地端。

复位电路就是确定单片机的工作起始状态，完成单片机的启动过程。单片机接通电源时产生复位信号，完成单片机启动确定单片机起始工作状态。当单片机系统在运行中，

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受到外界环境干扰出现程序跑飞的时候，按下复位按钮内部的程序自动从头开始执行。一般有上电自动复位和外部按键手动复位，单片机在时钟电路工作以后，在RESET端持续给出2个机器周期的高电平时就可以完成复位操作。本设计采用的是外部手动按键复位电路，需要接上上拉电阻来提高输出高电平的值[14]。

时钟电路好比单片机的心脏，它控制着单片机的工作节奏。时钟电路就是振荡电路，是向单片机提供一个正弦波信号作为基准，决定单片机的执行速度。XTAL1和XTAL2分别为反向放大器的输入和输出，该反向放大器可以配置为片内振荡器。如采用外部时钟源驱动器件，XTAL2应不接。因为一个机器周期含有6个状态周期，而每个状态周期为2个振荡周期，所以一个机器周期共有12个振荡周期，如果外接石英晶体振荡器的振荡频率为12MHZ，一个振荡周期为1/12us[15]。

3.2 单片机的时钟电路与复位电路设计

本系统采用STC系列单片机，相比其他系列单片机具有很多优点。一般STC单片机资源比其他单片机要多，而且执行速度快；STC系列单片机使用串口对单片机进行烧写,下载程序较为方便；STC89C52单片机内部集成了看门狗电路；且具有很强抗干扰能力。

本系统采用内部方式的时钟电路和加电自复位的复位电路，如下图所示：

图3.2 时钟电路

图3.3 复位电路

由于单片机P0口内部不含上拉电阻，为高阻态，不能正常地输出高/低电平，因而该组I/O口在使用时必须外接上拉电阻[16]。

3.3 烟雾检测AD采集电路

烟雾检测采用MQ-2传感器。经过ADC0832采集后就可以得到各种烟雾浓度下的电压值。从而设定出理想的烟雾强度报警值[17]。电路如图3.4所示

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图3.4 烟雾浓度采集电路

3.4 显示电路

显示采用LCD1602液晶显示，显示电路如图3.5所示

图3.5 LCD1602液晶显示

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3.5 声音报警电路

电路通过三极管基极串连一个电阻与单片机P3.6端口连接从而达到控制蜂鸣器是否报警。

图3.6 声音报警电路图

3.6 按键控制电路

本电路设计了四个按键，一个紧急报警键、一个减键/布放键、一个加键/取消报警键、一个设置键，当遇到紧急情况时，可按下紧急报警键，蜂鸣器进行报警。如图3-6所示

图3.7 消音按键连接电路图

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3.7 电源模块

本系统采用USB线直接供电。

图3.8 电源接口电路

3.8 温度传感器(DS18B20)电路

3.8.1 DSl8B20简介

DSl8B20[5]温度传感器是美国DALLAS半导体公司继DSl820之后最新推出的智能改进型智能温度传感器。与传统的热敏电阻相比，他能够直接读出被测温度并且可根据要求通过简单的编程实现9～l2位的数字直读方式。可以分别存93.75ms和750ms内完成9位和12位的数字量，并且从DSl8B20读出的信息或写入DSl8B20的信息仅需要一根口线(单线接口)读写，温度变换功率来源于数据总线，总线本身也可以向所挂接DSl8B20供电，而无需额外电源。因而使用DSl8B20可使系统结构更趋简单，可靠性更高。他在测温精度，转换时间，传输距离。DS18B20多点温度测量系统是以STC89C52单片机作为控制核心，智能温度传感器DS18B20为控制对象，用LCD1602液晶显示，运用C语言实现系统的各种功能。设计完成了冷库温度的监控和报警等令人满意的效果。DSl8B20采用3脚PR35封装或8脚SOIC封装[18]，其内部结构框图如3.9所示：

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图3.9 DSl8B20的内部结构图

DS18B20的内部结构主要有四部分组成：64位光刻ROM、温度传感器、非挥发的温度报警触发器TH和TL、配置寄存器。DS18B20的管脚排列如图9所示：

图3.10 DS18B20的管脚 DS18B20的引脚说明如下： GND:地； DQ:数据I/O； VDD:电源； NC:空脚。

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DSl8B20温度传感器的内部存储器包括一个高速暂存RAM和一个非易失性的可电擦除EEPRAM。后者用于存储TH，TL值。数据先写入RAM，经校验后再传给EEPRAM。而配置寄存器为高速暂存器中的第5个字节，他的内容用与确定温度值的数字转换分辨率，DSl8B20 工作时按此寄存器中的分辨率将温度转换为相应精度的数值。低5位一直都是1，TM是测试模式位，用于设置DSl8B20在工作模式还是在测试模式。在DSl8B20出厂时该位被设置为0，用户不要去改动，Rl和R0决定温度转换精度位数。

由表3.1可见，设定的分辨率越高，所需要的温度数据转换时间就越长。因此，在实际应用中要在分辨率和转换时间权衡考虑。高速暂存存储器除了配置寄存器外，还有其他8个字节组成。其中温度信息(第l，2字节)，TH和TL值第3，4节，第6～8字节，表现为全逻辑1；第9字节读出的是前面所有的8字节的CRC码，可用来保证通信正确。

表3.1 数据分辨率和转换时间

R1

R0

分辨率

温度最大转换时间 /ms

0 0 1 1

0 1 0 1

9 10 11 12

93.75 187.5 275.00 750.00

当DSl8B20接收到

温度转换命令后，开始启动转换。转换完成后的温度值就以16位带符号扩展到二进制补码形式储存在高速暂存存储器的第l，2字节。单片机可通过单线接口读到该数据，读取时低位在前面，高位在后，数据格式以0.0625℃／LSB形式表示。对应的温度计算：当符号位S=0时，直接将二进制位转换为十进制；当S=1时，先将补码变换为原码，再计算十进制值。

在DSl8B20完成温度变换之后，温度值与贮存TH和TL内的触发值相比较因为这些寄存器仅仅是8位，所以0.5℃位在比较时被忽略。TH或TL的最高有较位直接对应于l6位温度奇存器的符号位。如果温度测量的结果高于TH或低于TL，那么器件内告警标志将置位。每次温度测量更新此标志。只要告警标志置位，DSl8B20将对告警搜索命令做出响应。这允许并联连接许多DSl8B20，同时进行温度测量。如果某处温度超过极限，那么可以识别出正在告警的器件并立即将其读出而不必读出非告警的器件。部分温度转换如表3.2所示:

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表3.2 部分温度转换值

温度 +125℃ +85℃ +25.0625℃ +10.125℃ +0.5℃ 0℃ -0.5℃ -10.125℃ -25.0625℃

-55℃

输入（2进制） 0000 0111 1101 0000 0000 0101 0101 0000 0000 0001 1001 0001 0000 0000 1010 0010 0000 0000 0000 1000 0000 0000 0000 0000 1111 1111 1111 1000 1111 1111 0101 1110 1111 1111 0101 1110 1110 1110 0110 1111

输出（16进制）

07D0H 0550H 0191H 00A2H 0008H 0000H FFF8H FF5EH EE6FH FE90H

3.8.2 DSl8B20具体参数及工作

方式 参数特性：

（1）独特的单线接口只需l个接口引脚即可通信; （2）多点综合测温能力使分布式温度检测应用得以简化; （3）不需要外部元件; （4）可用数据线供电; （5）需备份电源;

（6）测量范围从-55℃至+125℃增量值为0．5℃; （7）以9位数字值方式读出温度; （8）在1秒(典型值)内把温度变换为数字; （9）用户可定义的非易失性的温度告警设置;

（10）告警搜索命令识别和寻址温度在编定的极限之外的器件温度告警情况; （11）应用范围包括恒温控制工业系统消费类产品温度计或任何热敏系统。 极限参数：

（1）任何引脚相对于地的电压-0.5V至+7.0V; （2）运用温度-55℃至+125℃;

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（3）贮存温度-55。C至+125℃; （4）焊接温度260℃/l0秒。

3.8.3 DS18B20接口电路

图3.11 温度传感器接口电路图

DS18B20有六条控制命令：

温度转换 44H 启动DS18B20进行温度转换； 读暂存器 BEH 读暂存器9个字节内容；

写暂存器 4EH 将数据写入暂存器的TH、TL字节； 复制暂存器 48H 把暂存器的TH、TL字节写到E2RAM中；

重新调E2RAM B8H 把E2RAM中的TH、TL字节写到暂存器TH、TL字节； 读电源供电方式 B4H 启动DS18B20发送电源供电方式的信号给主CPU。

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4 系统软件的设计

4.1 单片机C语言程序设计技术

用C编写程序比汇编更符合人们的思考习惯，开发者可以摆脱与硬件无必要的接触，更专心的考虑功能和算法而不是考虑一些细节问题，这样就减少了开发和调试的时间。C语言具有良好的程序结构,适用于模块化程序设计，因此采用C语言设计单片机应用系统程序时，首先要尽可能地采用结构化的程序设计方法，将功能模块化，由不同的模块完成不同的功能，这样可使整个应用系统程序结构清晰，易于调试和维护。不同的功能模块，分别指定相应的入口参数和出口参数，对于一些要重复调用的程序一般把其编成函数，这样可以减少程序代码的长度，又便于整个程序的管理，还可增强可读性和移植性[19-20]。

4.2 主机主程序

/***************主程序*****************/ void main() {

static uchar flag_en; beep = 0;

//开机蜂鸣器叫一声

delay_1ms(200);

P0 = P1 = P2 = P3 = 0xff; //初始化IO口 init_1602(); RX_Mode(); while(1) {

key();

//独立按键程序

//1602液晶初始化

//接收模式

if(key_can < 10) { }

flag_250ms ++;

key_with();

//按键按下要执行的程序

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if(flag_250ms >= 250) { }

flag_250ms = 0; led = 1 ;

if(nRF24L01_RxPacket(Rx_Buf)) {

led =0 ;

if(Rx_Buf[0] == 0xa1) { }

yanwu = Rx_Buf[1]; temperature = Rx_Buf[2]; hw = Rx_Buf[3]; flag_en = 1;

}

if(flag_en == 1) { }

hongwai_dis(); //红外报警函数 clock_h_l();

if(menu_1 == 0) { }

write_sfm_yanwu(1,6,yanwu); if(hw == 1) //感应到人

write_sfm1(2,9,1);

//显示烟物

else //没有感应到人

write_sfm1(2,9,0);

write_sfm2(2,2,temperature); //显示温度

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}

}

4.3 从机程序

/******************主程序**********************/ void main() {

TX_Mode();

temperature = read_temp(); delay_1ms(750); while(1) { }

yanwu = ad0832read(1,0); temperature = read_temp();

//读温度 //读温度

yanwu = yanwu * 500 / 255.0;

yanwu = yanwu - 100; //首先减去零点漂移，一般是1V Tx_Buf[0] = 0xa1; Tx_Buf[1] = yanwu ; Tx_Buf[2] = temperature; Tx_Buf[3] = hw; led = 0;

Transmit(Tx_Buf); delay_1ms(10);

sta=SPI_Read(READ_REG + STATUS); led = 1; delay_1ms(600);

//红外信号

}

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5 硬件调试及调试中遇到的问题

第一步为目测，单片机应用系统电路全部手工焊接在洞洞板上，因此对每一个焊点都要进行仔细的检查。检查它是否有虚焊、是否有毛剌等。

第二步为万用表测试，先用万用表复核目测中认为可疑的连线或接点，查看它们的通断状态是否与设计规定相符，再检查各种电源线与地线之间是否有短路现象。

第三步为加电检查。当系统加电时，首先检查所有插座或器件引脚的电源端是否有符合要求的电压值，接地端电压值是否接近零，接固定电平的引脚端是否电平正确。

第四步是联机检查。

在对硬件电路调试过程中，还遇到了不少问题，第一次把所有的元件都焊上去后，都准备调试了，才发现正负极的插针离得太近了，不容易接电源，本不该犯的错误，这些都是由于自己的粗心大意造成的，所以说，做任何事情都必需经过“三思而后行”，来不得半点的马虎，否则浪费了时间和精力。

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结 论

本论文设计的烟雾报警器由烟雾信号采集电路与单片机控制电路等部分构成。根据设计要求、使用环境、成本等因素，选用MQ-2型半导体气体烟雾传感器。该传感器是以清洁空气中电导率较低的金属氧化物二氧化锡为主体的N型半导体气敏元件。它的灵敏度高，具有响应与恢复特性好，长期工作稳定性、重现性、不易受环境影响及抗温湿度影响等优点。

在系统单片机控制电路的设计上，采用了高性能、高整合度的STC89C52单片机作为核心芯片，充分利用了其高速数据处理能力和丰富的片内外设，实现了仪器的小型化和智能化。使仪器具有结构简单、性能稳定、体积小、成本低等优点。由于烟雾传感器需要在加热状态下工作，温度越高，反应越快，响应时间和恢复时间就越快。为提高响应时伺，保证传感器准确地、稳定地工作，需要向烟雾传感器持续供给5V的加热电压。烟雾报警器能在较宽的温度范围工作，可将烟雾浓度显示用LCD1602液晶显示。当烟雾的浓度达到设定的浓度时，发出报警。

到目前为止我的毕业设计也即将告一段落了，在这次的毕业设计中，自己也学习到了很多以前没有没有经历过的知识，让我更加清楚了理论知识和实践能力的差别了，了解到自己的短处，培养了我的独立思考能力，进一步提高了自己在实际设计过程中研究问题、发现问题、解决问题的能力，同时，也发现了自己的不足之处，和一些问题的存在，并有待进一步学习和发展，让自己在未来的工作和学习之中更快的适应和提高自己。

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致 谢

首先，感谢我的导师胡玉兰老师，从选题到完成设计，老师一直都是很悉心的给我讲解着在设计中遇到的各种问题，循循善诱，严格把关，帮助我开拓设计思路，并不断地鼓舞着我，使我感到信心倍增，让我非常积极地投入到设计中，不断地完成设计中的一个个部分。总之，谢谢老师的良苦用心，谢谢老师不遗余力的指导与帮助。 接着，感谢答辩组的老师在我做毕设的过程中给予耐心的指导与纠正，感谢你们给我提供的改进意见与帮助，你们辛苦了。同时也谢谢大学四年来所有上过课的老师，是你们耐心细致的讲解，为我打下了扎实的基础，提高了我对这一学科的理解力和学习能力，没有你们传授的基础知识和上课过程中的指导，就不会有我今天的毕设作品。 最后，感谢我所有参考文献的作者，以及文中引用的资料、图片、文献所有者，你们编写的书籍给了我很多启发。集体的智慧，是我毕设作品的源头。

回想大学四年的时光，仿佛尽在昨天。最后，我还要感谢在我大学四年的学习期间给我极大关心和支持的家人、各位老师以及我的同学和朋友。是你们在生活和学习上不断给与我支持、帮助和无微不至的关怀，是你们不断地给与了我信心，让我在人生中一次次坚强地走下去。可爱的老师、同学们，我爱你们！你们永远是我前进的动力。

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