无线多功能火灾报警器的设计与实现 - 图文

江西工业职业技术学院

毕业综合实践

课题名称：基于单片机的LED汉字显示屏设计

作 者： 学 号： 分 院： 电子与信息工程 专 业： 电子与信息工程技术

指导老师： 胡蓉 专业技术职务 教授

2015年 3 月

无线多功能火灾报警器的设计与实现

摘 要

随着现代家庭用电量、用火正在逐年的增加，家庭火灾发生的频率也越来越高，无线多功能火灾报警器也随之被广泛应用于各种场合。

本课题所研究的无线多功能火灾报警器采用STC89C51为核心控制器，根据不同火情选择多款适宜的火灾传感器，本课题中采用的是温度传感器DS18B20、气体传感器MQ-2、自制的烟雾传感器等。通过这些传感器，当环境中温度、烟雾浓度、可燃气体浓度等发生变化时系统会发出灯光报警信号，以此来实现有线报警，并在有线报警器的基础上加进无线通信模块，从而实现无线报警，让人们及时发现火灾。

关键词：温度传感器DS18b20；气体传感器MQ-2；火灾报警；无线数传

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目录

摘要. .............................................................1 1 绪论...........................................................4 1.1 课题的研究背景.............................................4 1.2 课题的研究目的与意义.......................................4 1.3 火灾报警器的发展与现状.....................................5 1.4 课题的研究内容.............................................6 2 火灾报警器的总体方案设计....................................... 6 2.1 系统的功能要求..............................................6 2.2 系统的技术要求..............................................7 2.3 系统的组成及方案设计........................................8 3 系统的硬件设计.................................................10 3.1 温度探测电路的设计.........................................11 3.2 烟雾探测电路的设计.........................................12 3.3 气体探测电路的设计.........................................13 3.4 无线发送电路的设计.........................................14 3.5 无线接收电路的设计.........................................15 4 系统的软件设计................................................ 16 4.1 控制程序的设计思路.........................................16 4.2 编码程序的设计思路.........................................18 4.3 接收模块程序的设计思路.....................................20 5 无线多功能火灾报警器的测试结果及结论...........................23 5.1 调试.......................................................23 5.2 结论.......................................................23 致谢..............................................................25 参考文献..........................................................26 附录..............................................................27 1总程序 ........................................................27 1.1 控制程序................................................... 27 1.2编码程序.................................................... 28 1.3解码程序.................................................... 33 2 器件简介.......................................................34 2.1温度传感器DS18B20介绍......................................34 2.2自制烟雾传感器简介..........................................36 2.3 双运算放大器LM358介绍......................................37 2.4 MQ-2简介...................................................38 2.5 发送模块F05P 简介...........................................40 2.6 超再生接收模块 J04V 简介.....................................42

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绪 论

火灾早已成为我国常发性和破坏性以及影响力最强的灾害之一。随着经济和城市建设的快速发展，城市高层、地下建筑以及大型综合性建筑日益增多，火灾隐患也大大增加，火灾发生的数量及其造成的损失呈逐年上升趋势。

在过去的很长一段时间，人类不得不进行专题研究火灾过程中爆发，截至目前，已形成一个较为成熟的概念。火灾的发生和发展过程是一个复杂的物理和化学过程，但也与环境很强的相关性。正常情况下，发生火警，伴随着烟雾，温度，光照，信号产生的过程。产生不同的环境和不同的火燃烧成分，烟雾粒度组成，温度分布和光谱的气体成分是不同的，所以火过程中涉及多个物理和化学参数，特点是强大的，一般的骚乱有着本质的不同。基于上述特点，早起的火灾探测技术应运而生，特别是多的火灾探测技术被广泛采用在火灾探测领域，如复合材料的物理参数复合烟气温度探测器，使用不同的带光传感器的复合双波段火焰探测器。

在我国，随着经济的发展和生活水平的提高，工业与民用建设日趋增多，火灾发生的可能性也随之大幅提高。另外，现代建筑物中塑料制品和玻璃的大量应用使火场内外部的求援行为困难重重。现代建筑，尤其是在大型酒店，宾馆，商场，图书馆，博物馆，档案馆和办公楼及其他公共场所，对于火灾报警系统也提出了更高的要求。一旦发生火灾将很难及时救助，势必要给国家和个人带来不可估量的损失。

基于上述情况，火灾自动报警技术便应运而生，火灾自动报警系统是始终警惕火灾报警和输出联动忠实的哨兵火灾信号的有力手段，是一种早期预警。

第一章 方案论的证

1.1 课题的研究目的与意义

目的：随着现代家庭用火，用电增加，家庭火灾发生的频率越来越高。家庭火灾，很容易扑灭不及时，有着缺乏消防设备和在场的人战斗惊慌失措逃离缓慢的不利因素，最终导致的生命和财产的重大损失。消防部门的统计数据显示，所有的火灾比例中，家庭火灾占全国火灾的30％。家庭火灾的原因是多方面的，可能把我们的注意力，也可能隐藏在我们没有注意到的地方。

综上所述，许多人因不懂家庭安全常识引起火灾事故，使好端端的幸福家庭眼间毁

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于一旦,有的导致家破人亡,而且一旦发生居民家庭火灾,处置不当、报警迟缓,是造成人员伤亡的重要因素。所以说,人们应该积极了解家庭火灾的主要起因，还有预防火灾的发生。这就是我们研究声光报警器的目的。

意义：在中国的一些大、中型城市，几乎每一天发生家庭火灾，所以每一个家庭必须始终关注防火。如果能根据你家的实际情况，提前采取简单的防火措施，有些悲剧是完全可以避免的。声音和视觉的报警，对减少火灾损失具有现实意义。

一系列悲剧性的损失，由国家从社会各界意识到，声光报警对火灾的报警的必要性。据调查，在最近的火灾大部分的房子里还没有安装报警器。因此声光报警，对发生火灾预防具有重要意义。

1.2 火灾报警器的发展与现状

近年来，无线火灾报警系统在国外已被开发，并走向实用。起初，无线火灾报警系统不仅是价格贵，还必须连接布线，这是只适合一些特殊的地方，检测设备的一部分。今天，几乎所有的电气装置，可以通过无线遥控改变，可广泛应用于各类建筑和场所。美国松柏公司（ITI）成立于1981年，是美国最大的无线报警系统制造商制造，其产品占90％的无线报警器在北美市场的年销售额已接近一亿美元。该公司生产的无线火灾报警系统还通过了中国的“国家消防电子产品质量监督检验测试中心”的监测，该系统可作为火灾报警系统，但也可作为一个安全的系统，两者的结合，是一个高科技的无线安全系统。

火灾报警系统在中国相对较晚，与发达国家相比， 20世纪70年代末的十年间，中国开始研制生产的火灾报警系统。 20世纪80年代后，国内各大厂商也大多是模仿国外产品，或引进国外技术生产的，没有真正意义上的核心技术，市场刚刚开始发展。真正的火灾报警产品的发展也促进了市场的成熟，政府逐步开放的大门，在同一时间，外国公司开始进入中国的防火市场，带来先进的技术在20世纪90年代。此期间，中国生产的火灾报警产品的企业也得到了快速发展，在一些企业中，技术合作，合资生产，并取得了不菲的成绩，但今天在市场上创造了许多强大的企业，有些技术已接近或赶上国际标准。

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1.4课题的研究内容

在这个问题的无线多功能火灾报警器的研究，包括两部分有线报警和远程报警。在有线部分，以实现火灾探测能力，声音和光报警功能，通过无线通信模块和微控制器为基础的有线报警控制远程火灾报警。

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，无线模块，火灾探测电路的设计，无线通信和报警电路设计电路设计的选择。

（2）软件部分：包括微处理器控制程序的编制和无线通信的程序。

（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。

第二章 火灾报警器的总体方案设计

本课题从实现无线报警的方式来设计火灾报警器，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。

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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)火情探测功能：为了提高火灾报警的准确性和及时性，火灾报警系统需要使用各种方法进行火灾探测。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。当控制器处于火灾报警状态时，火警指示灯应点亮；

(3)无线数传功能：当有火灾报警、故障等异常情况发生时，单片机要启动无线数据发送模块将探测器自身引导码、状态码发送给无线通信模块的发送端，而接收端再将接收到的编码传递给单片机进行解码，判断是否产生火情，并确定是否报警。

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。本系统采用了标准的无线数据传输模块进行数据传输，大大提高了系统的通用性和可靠性。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，电池电量有限，而且无线发射模块消耗电能也比较大，因此有线报警部分的功耗要尽可能的低才能使系统工作时间延长；

(3)可靠性高:由于不确定的电磁干扰可能存在在系统工作环境中，为了保证系统长时间的可靠工作，以及减少误报次数，所以选择的无线数传模块应具备较高的抗干扰性能。

2.3 系统的组成及方案设计

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本无线多功能火灾报警器主要由火灾探测传感器电路、单片机、灯光报警电路、无线通信模块、控制程序和编解码程序等组成。关键在于火灾探测电路的设计以及无线通信部分的程序设计。

温度传感器探测电路 烟雾传感器探测电路 气体传感器探测电路 单片机处理电路 无线收发模块 单片机控制系统 蜂鸣器报警 发光二极管显示

图2.1

3 系统的硬件设计

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总体电路

图3.1

如图3.1所示，左边从上到下依次为温度探测电路、烟雾探测电路和气体探测电路，它们组成了火灾险情探测电路。当它们检测到有异常情况时，就会分别通过P0.0,P0.1,P0.2口向单片机输入高电平，高电平进入单片机进行处理。

右上部分为单片机处理器对信号处理后通过内部程序控制不同的LED灯亮，实现灯光报警。

右下部分为无线模块的数传部分，①无线发送电路：在单片机检测到前面探测部分输入为火灾异常情况后先进行编码，然后通过数据输出口（TxD)P3.1口传给无线发送模块F05P；②无线接收电路，通过无线接收模块J04V接收到无线发送模块发送的编码，再通过数据输入口传给P3.2口(RxD），再由另一块单片机处理器对收到的信号进行解码，判断是否有火情发生，进而决定是否进行声光报警。

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3.1 温度探测电路的设计

图3.2

工作原理：

如图3.2所示，由温度探测传感器DS18b20组成的温度探测电路，其三号脚的电压为VCC的电压，一号脚接地，二号脚接P0.0。

DS18B20温度传感器工作原理框图如图所示：

图3.3 DS18B20温度传感器工作原理框图

图3.3中温度对低温度系数晶振的振荡频率影响很小，其用于产生固定频率的脉冲信号送给计数器1。随着温度的变化，高温度系数晶振其振荡频率明显改变，所产生的信号作为脉冲输入给计数器2。计数器1和温度寄存器所对应的一个基数值被预置在-55℃上。低温度系数晶振产生的脉冲信号被计数器1进行减法计数，当计数器1的预置值被减到0时，温度寄存器的值就将加1，而计数器1的预置将重新被装入，计数器1重新开始对低温度系数晶振产生的脉冲信号进行计数，如此循环直到计数器2计数到

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（1）主要特点：

① 输出无噪声干扰 ( 零电平） ② 极低功耗（工作状态 3V/0.2 mA） ③ 特小体积（不需要外接天线） （2）性能参数 :

· 接收频率： 315MHz 433MHz · 工作电压： DC3V(2.6--3.5V) · 工作电流：0.15--0.3mA · 调制带宽： 10K · 输出电平： TTL 电平 · 接收灵敏度： -90dBm · 电路结构 ： 超再生 · 外形尺寸 ： 10 × 23 × 5mm ( 宽 × 长 × 厚 ) · 工作温度： -40 ℃ --+60 ℃ （3）引脚定义 :

· 1 -- 外接天线 · 2 -- 数据输出端 · 3 -- 数据反向输出端 [ 配 F05P+ 使用 ] · 4 -- 工厂测试端 [ 悬空 ] · 5 -- 地 · 6 -- 正电源（ DC+3V ）

（4）应用说明 :

· J04V 工作频率为 315MHz 及 433MHz ，可以定做 300--470MHz 之间与声表面波谐振器对应的频率。

· J04V 性能与 J04P 及 J04E 基本相同，是 J04P 及 J04E 的改进型低功耗产品，但引脚不兼容。 J04V与 J04T性能有区别但引脚兼容可直接替换。为方便后级电路的电平接口 J04V、J04T 增加了数据反相输出端，无数据时 2 脚输出为零电平， 3 脚为高电平 , 可输出 2mA 的驱动电流。若驱动低阻抗负载会引起 J04V及 J04T工作电压

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的不稳定。

· J04V 工作电压范围： 2.6---3.5V ； 2.6V 时工作电流在 0.15mA ； 3V 时约 0.2mA ； 3.5V 时约在 0.3mA 。

· J04V 适合电池或线性电源，可采用 3.7K-4.7K 电阻从 5V 取得 3--3.5V ，再加 220UF 电解电容滤波，电解电容的接地点必须靠近 J04V 的地， J04V 输出能力可驱动一支发光二极管。如果从 6V 以上的电压用电阻降压会引起工作电压的不稳定。也可以从 220V 用电容降压整流滤波后用 7805 取得 5V 再用 3.7K-4.7K电阻降压滤波取得 3.3V 。不适合用稳压管串联分压。接收模块的电源直接影响到接收电路的稳定性，也是接收电路的主要干扰源， J04V 不适合开关电源也不适合用实验室大整流电源做试验。 J04V 不适合与发射用同一电源做试验。

· J04V 顶部镀银电感不要碰压，否则会引起频率偏移距离变近。

· J04V 内部具有放大整形电路，只适合数据信号的接收而不适合模拟信号。 · J04V 在 A 处点可根据需要接一支 470K-1M 的电阻可使 J04V 输出更干净，但接收灵敏度会降低。

· J04V 应按装在印板边部并离开周围器件 5mm 以上，要垂直于线路板，否则会引起频率偏移。如果器件较多还必须注意地线布局合理，如果有晶振或其他信号源必须远离 J04V ，否则会引起很多无法排除的干扰致使接收电路无法正常工作。

· J04V 可外接天线提高接收灵敏度，天线长度不限。

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while(wuxian);

DelayMs(5000); //由于J04v接收到的是一段较短的脉冲，此处用软件延时5s的

//方法实现蜂鸣器的长响

mingdi=0; //蜂鸣器停止，led灭 led=1; } } }

void DelayUs2x(unsigned char t) { while(--t); }

void DelayMs(unsigned int t) //1ms延时程序 { while(t--) {

//大致延时1mS DelayUs2x(245); } }

DelayUs2x(245);

5 无线多功能火灾报警器的测试结果及结论

5.1 调试

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调试过程中首先要检测的就是硬件电路的设计原理是否正确、能否达到预期效果以及实现方法是否简便等等；其次在焊接好难有线电路之后，认真检查电路的焊接情况。这次采用的是分块调试的方法，分别为温度探测电路，烟雾探测电路，气体探测电路以及单片机控制电路进行调试。在对每个模块的进行调试过程中又采用了由局部到整体，由简单到复杂的调试方法，最后再将各个模块总和成一个整体。

在有线电路部分完成之后，然后进行无线通信电路的焊接，主要要注意的是单片机的最小系统电路，程序下载电路以及无线通信模块J04V与单片机的连接。然后将编码程序下载进单片机中，并用示波器查看编码的波形，最后再根据无线模块接收端的波形编写解码的程序，从而实现无线通信的功能。

在调试过程中遇到的问题有：

(1) 在使用光敏电阻时，没有调整好发光二极管与光敏电阻的相对位置，导致调试

烟雾探测部分时，现象不是很明显；

(2) 由于在焊电路之前没有认真的查看STC89C51的管脚，使得管脚的顺序全部焊错

了，最后只好重新买器件重焊；

(3) 接收模块和发送模块的频率不匹配，使得发送电路和接收电路无法正常工作； (4) 给接收电路供电时，由于电压不稳定，使得单片机判断有所失误； (5) 在解码程序的编写过程中，随着理解的深入也作了相应的修改。

5.2 结论

火灾为一种由于燃烧失去控制所引发的灾害，对人类的生命财产和社会安全稳定构成了极大的威胁。由此引发的重大安全事故比比皆是，所以人类一直也未停止过对火灾的研究。

本文在参考了国内外大量资料的基础上，针对传统的一系列火灾报警探测器存在的问题，合理地提出了无线火灾报警器的设计方法。在数据传输方面使用了既可靠又节能的改进型信息传输模式，其传输方式采用了较为先进的无线传输模式，极大地提高了产品的实用性和市场竞争力。

本课题中设计的无线火灾报警探测器由传感器电路与无线通信电路两大部分构成。火灾探测器的前置传感器可以根据用户的要求以及监测环境的不同作出各种选择，我们可以选择温度传感器、烟雾传感器、气体传感器等多种传感器，在一些特殊的情况下我

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们还可以组成多个传感器的监测系统。控制处理器是以管脚资源丰富的STC89C51为核心，实现对探测器写入信号和对信号进行编译等人机交互功能。应用程序以C语言编写，充分利用芯片的内部资源，提高了代码执行效率，减小了代码的容量。由于该探测器具有体积小、功耗低、安装调试简单、可靠性高等优点，因此，该火灾探测器有着良好的市场前景。

但是，由于本人在各方面的知识不够全面，再加上时间紧迫以及实验条件的限制，该报警器还有较多需要提高的地方。比如：在烟雾探测电路中，需要减少灯光对光敏电阻正常工作的阻碍；在报警电路中，减少误报警次数，这些都要在后续工作中得到完善。

致谢

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参考文献

? 曹君 火灾报警系统设计 哈尔滨理工大学硕士论文 ? 赵娜 无线火灾报警控制器的研制 哈尔滨工业大学硕士论文 ? 胡汉才.单片机原理及其接口技术.北京:清华大学出版社，2006

? 清源计算机工作室 Protel 99 SE原理图与PCB及仿真 北京：机械工业出版社，2004

? 窦振中编著，单片机应用系统设计。江苏：扬州大学物理科学与技术学院 2004 ? 窦振中 基于单片机的嵌入式系统工程设计 北京：中国电力出版社，2008 ? 马忠梅等编著，单片机的C语言应用程序设计 北京：航空航天大学出版社 2008

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附录

1总程序

1．1控制程序

==================================================== 发送单片机：

==================================================== #include \#include \

sbit led0=P1^1; sbit led1=P1^2; sbit led2=P1^4; sbit wendu=P0^0; sbit guangmin=P0^1; sbit mq2=P0^2; sbit wuxian=P3^1; bit led_flag=0; unsigned int num=0;

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unsigned int temp; unsigned int TempH; //温度 void init_t0(); main() {

wuxian=0; led0=1;

led1=1; //起始时灯灭 init_t0(); //初始化T0 while(1) {

temp=ReadTemperature(void)； //读取18b20温度

TempH=temp>>4; //本系统只考虑整数，故去掉小数点后的温度值

DelayMs(1000); //延时1s

if(!mq2) //等待mq2检测到烟雾（比较器输出高电平） {

if(TempH>50 && guangmin==1) // 温度大于50度，且光敏二极管检测到信号

{

wuxian=1; //发射无线脉冲信号

led_flag=1; //同时led标志打开，使led开始闪烁（周期约1.2s） while(mq2); //等待比较器输出低电平 wuxian=0;

led_flag=0; //led标志关闭，使led停止闪烁 led0=1; led1=1; led2=1;

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} } } }

1.2 编码程序

void init_t0() //初始化T0 {

TMOD |= 0x01;

//16位计时模式

TH0=(65536-2000)/256; //设定溢出率 TL0=(65536-2000)%6; EA=1; ET0=1; TR0=1; }

void timer0(void) interrupt 1 //t0中断服务程序，用于控制led的闪烁 {

TH0=(65536-2000)/256; TL0=(65536-2000)%6; num++;

if(num==150) { num=0;

if(led_flag==1) {

led0=~led0; led1=~led1;

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led2=~led2; } } }

void DelayUs2x(unsigned char t) { while(--t); }

void DelayMs(unsigned int t) //1ms延时程序 { while(t--) {

//大致延时1mS DelayUs2x(245); } }

========================================================= 18b20温度读取程序

========================================================= #include\#include\

bit Init_DS18B20(void) //初始化18b20 {

DelayUs2x(245);

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bit dat=0; DQ = 1; DelayUs2x(5); DQ = 0; DelayUs2x(200); DelayUs2x(200); DQ = 1; DelayUs2x(50); dat=DQ; DelayUs2x(25); return dat; }

unsigned char ReadOneChar(void) //{

unsigned char i=0; unsigned char dat = 0; for (i=8;i>0;i--) {

DQ = 0; // 给脉冲信号 dat>>=1;

DQ = 1; // 给脉冲信号 if(DQ) dat|=0x80; DelayUs2x(25); }

return(dat); }

从18b20读取一字节数据28

void WriteOneChar(unsigned char dat) //向18b20写入一个字节数据 {

unsigned char i=0; for (i=8; i>0; i--) { DQ = 0; DQ = dat&0x01; DelayUs2x(25); DQ = 1; dat>>=1; }

DelayUs2x(25); }

unsigned int ReadTemperature(void) //温度读取主程序 {

unsigned char a=0; unsigned int b=0; unsigned int t=0; Init_DS18B20();

WriteOneChar(0xCC); // 跳过读序号列号的操作 WriteOneChar(0x44); // 启动温度转换 DelayMs(10); Init_DS18B20();

WriteOneChar(0xCC); //跳过读序号列号的操作

WriteOneChar(0xBE); //读取温度寄存器等（共可读9个寄存器）a=ReadOneChar(); //低位 b=ReadOneChar(); //高位

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前两个就是温度

b<<=8; t=a+b;

return(t); //返回两字节温度值 }

1.3解码程序

接收单片机： #include \

sbit led=P1^1; sbit wuxian=P3^2; sbit mingdi=P1^2;

void DelayMs(unsigned int t); main() {

mingdi=0; led=1; wuxian=0; while(1) {

while(!wuxian); //循环等待无线信号

DelayMs(200); //延时再重测，以消除噪声电平导致的误动作 if(wuxian) //延时200ms再次检测检测到高电平，则说明不是噪声电平

{

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mingdi=1; //蜂鸣器响，led亮 led=0; while(wuxian);

DelayMs(5000); //由于J04v接收到的是一段较短的脉冲，此处用软件延时5s的 //方法实现蜂鸣器的长响 mingdi=0; //蜂鸣器停止，led灭 led=1; } } }

void DelayUs2x(unsigned char t) { while(--t); }

void DelayMs(unsigned int t) //1ms{

while(t--) {

//大致延时1mS DelayUs2x(245); DelayUs2x(245);

} }

2 器件简介

2.1温度传感器DS18b20介绍：

延时程序 31

DS18B20是美国DALLAS公司的新一代单总线数字温度传感器，其单总线是将地址线、数据线、控制线合三为一根信号线，实现了一信号线上进行双向数据传输，最大限度使通讯线数量减到最少，使系统构成更趋于简单化。

采用DS18B20数字温度传感器对温度进行采样，无需进行AD转换。将采集的值直接送入单片机进行处理。DS18B20测温范围 －55℃～+125℃，固有测温分辨率0.5℃，支持多点组网功能，多个DS18B20可以并联在唯一的三线上，最多只能并联8个，实现多点测温。DS18B20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实际要求通过简单的编程实现9～12位的数字值读数方式。并且从DS18B20读出的信息或写入DS18B20的信息仅需要一根口线（单线接口）读写,因而使用DS18B20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、分辨率等方面带来了令人满意的效果。

18B20的主要特性是：

（1）独特的单线接口方式，DS18B20在与微处理器连接时仅需要一条口线即可实现微处理器与DS18B20的双向通讯。

（2）测温范围 －55℃～+125℃，固有测温分辨率0.5℃。

（3）支持多点组网功能，多个DS18B20可以并联在唯一的三线上，最多只能并联8个，实现多点测温，如果数量过多，会使供电电源电压过低，从而造成信号传输的不稳定。

（4）工作电源: 3~5V/DC

（5）在使用中不需要任何外围元件

（6）测量结果以9~12位数字量方式串行传送 （7）不锈钢保护管直径 Φ6

（8）适用于DN15~25, DN40~DN250各种介质工业管道和狭小空间设备测温

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（9）标准安装螺纹 M10X1, M12X1.5, G1/2”任选

（10）PVC电缆直接出线或德式球型接线盒出线,便于与其它电器设备连接。 DS18B20数字温度传感器接线方便，封装成后可应用于多种场合，如管道式，螺纹式，磁铁吸附式，不锈钢封装式，型号多种多样，有LTM8877，LTM8874等等。主要根据应用场合的不同而改变其外观。封装后的DS18B20可用于电缆沟测温，高炉水循环测温，锅炉测温，机房测温，农业大棚测温，洁净室测温，弹药库测温等各种非极限温度场合。耐磨耐碰，体积小，使用方便，封装形式多样，适用于各种狭小空间设备数字测温和控制领域。

2.2自制烟雾传感器简介：

在烟雾探测电路中，理想的情况下，我们应该选用烟雾传感器来测量烟雾的浓度；但是在我们附近的市场上，我们没有找到烟雾传感器，而且成本较高，不太符合本设计的要求，因而我们只有用其他方法来间接测量烟雾的浓度。所以就选用了光电材料，在这些光电材料中，光敏电阻由于它的各种性能都比较好（比如：稳定性高，灵敏度高）而突颖而出，因此我们就采用了光敏电阻来间接的测量烟雾浓度。

关于光敏电阻，我们介绍如下：

光敏电阻及其在电路中的符号如下图所示：

光敏电阻是用光电导体制成的光电器件，又称为光导管，它是基于半导体光电效应工作的。光敏电阻没有极性，纯粹是一个电阻器件，使用时可加直流偏压，也可以加交流电压。

工作原理如下：当无光照时，光敏电阻（暗电阻)很大（大约有几M欧姆)，电路中的电流很小（仅仅几K~几十K欧姆）。当光敏电阻受到一定波长范围的光照时，它的阻值（亮电阻)急剧减少，因此电路中的电流迅速增加。

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光敏电阻的灵敏度容易受潮湿的影响，因此要将光敏电阻严密封装在带有玻璃的壳体中。光敏电阻具有很高的灵敏度，很好的光谱特性，光谱响应从紫外区一直到红外区。而且体积小、重量轻、性能稳定。

光敏电阻根据它的光谱特性，可分为三种光敏电阻器：

紫外光敏电阻器：对紫外线较灵敏，包括硫化镉、硒化镉光敏电阻器等，用于探测紫外线。

红外光敏电阻器：主要有硫化铅、碲化铅、硒化铅。锑化铟等光敏电阻器，广泛用于导弹制导、天文探测、非接触测量、人体病变探测、红外光谱，红外通信等国防、科学研究和工农业生产中。

可见光光敏电阻器：包括硒、硫化镉、硒化镉、碲化镉、砷化镓、硅、锗、硫化锌光敏电阻器等。主要用于各种光电控制系统，如光电自动开关门户，航标灯、路灯和其他照明系统的自动亮灭，自动给水和自动停水装置，机械上的自动保护装置和“位置检测器”，极薄零件的厚度检测器，照相机自动曝光装置，光电计数器，烟雾报警器，光电跟踪系统等方面。

2.3 双运算放大器LM358介绍：

LM358 内部包括有两个独立的、高增益、内部频率补偿的双运算放大器，适合于电源电压范围很宽的单电源使用，也适用于双电源工作模式，在推荐的工作条件下，电源电流与电源电压无关。它的使用范围包括传感放大器、直流增益模块和其他所有可用单电源供电的使用运算放大器的场合。

LM358 的封装形式有塑封8引线双列直插式和贴片式。 脚位排列图如下图所示：

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特性(Features): · 内部频率补偿

· 直流电压增益高(约100dB) · 单位增益频带宽(约1MHz)

· 电源电压范围宽：单电源(3—30V)；双电源(±1.5 一±15V) · 低功耗电流，适合于电池供电 · 低输入偏流

· 低输入失调电压和失调电流 · 共模输入电压范围宽，包括接地 · 差模输入电压范围宽，等于电源电压范围 · 输出电压摆幅大(0 至Vcc-1.5V)

2.4 MQ-2简介：

MQ-2型气体传感器用于以氢气为主要成分的城市煤气、天然气、液化石油的测量，而且它抗干扰能力强，水蒸气、烟等干扰气体对它的影响小。

MQ-2型气敏元件具有以下特点：

(1) 采用烧结半导体所形成的敏感烧结体，具有稳定的R (即器件在纯洁空气中的阻抗)阻值，从而保证了长期工作的稳定性。

(2) 单电源供电，其功耗仅0.7W左右。 (3) 对所测试的气体有极高的灵敏度和信噪比。

MQ-2型气敏元件有两种型号。MQ-2A型适用于天然气、城市煤气、石油液化气、丙

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丁烷及氢气等;MQ-2型适用于烟雾等减光型有害气体。

器件的灵敏度：S=Ro/Rx为10~30。常见为QM系列的S值仅8左右。Rx为器件在丁烷浓度为0.2%时的阻抗。

电路如右图所示： 器件的主要参数如下: 响应时间：Tr≤10s 恢复时间：Tn≤60s 加热电压：V﹢=5+0.2V 加热功率：:约0.7W 抗干扰能力：丁烷浓度在0.2%时在湿度小于85%RH，在

-10℃~+40℃温度下不会引起误报。

工作环境：温度-10℃~+50℃ 湿度≤85%RH

下图是元件外形结构图，基座采用耐高温酚醛塑料压制，引脚为镀镍铜丝，上罩采用双层密纹不锈钢网压制，有较高的强度和防爆能力。

MQK-2型元件外形结构图

MQ-2气敏元件的结构和外形如上图所示, 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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上图是MQ-2型元件典型气体浓度测试特性曲线，在丁烷浓度0.6%以下有极高的灵敏度。

上图是MQ-2型元件通电时间特性曲线。可看出，通电后60~90s，元件即进入稳定待测工作状态。

MQ-2的特点和工作参数如下：

特点：

⑴ 广泛的探测范围 ⑵ 高灵敏度／快速响应恢复

⑶ 优异的稳定性／长寿命 ⑷ 简单的驱动电路

2.5 发送模块F05P 简介：

F05P 是一款低成本、小体积、低功耗 ASK 无线发射模块；采用 SMT 工艺，声表稳频，内部具有一级调制电路及限流电阻，无数据时休眠，并具有较宽的工作电压范围。 适合短距离无线遥控报警及单片机无 线数据传输。

F05P 在无数据输入时单片机必须为低电平状态（对应的接收电路 J04V、J04T 为第 2 脚）；

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（1）性能参数 ：

· 工作电压： DC + 3V --12V · 发射电流： 2-- 10mA · 发射功率： 10 m W · 传输速率： < 10 Kbps

· 发射频率： 315MHz 433MHz · 频率稳定度： 10 -5 [ 声表稳频 ] · 调制方式： ASK · 外形尺寸： 9 × 2 1 × 5 mm · 工作温度： -40 ℃ --+ 60 ℃ ( 宽 × 长 × 厚）

（2）引脚功能 :

1 -- 正电源 3--12V 2 -- 地 3 -- 数据信号输入 [ 平时为低电平 ] 4 -- 外接天线 （3）应用说明 ：

· F05P 采用 SMT 工艺，树脂封装，小体积，声表稳频，内部具有一级调制电路及限流电阻，适合短距离无线遥控报警及单片机无线数据传输。 F05P 具有较宽的工作电压范围及低功耗特性， ASK 方式调制。F05不能任意调整发射电流，单片机的数据可直接通过串口进入 F05P 的数据输入端。 F05P 在无数据输入时单片机必须为低电平状态（对应的接收电路 J04V 、 J04T 为第 2 脚）； F05P+ 在无数据输入时单片机必须为高电平状态（对应的接收电路 J04V 、 J04T 为第 3 脚）。 F05P 需要输入数据才能发射，数据信号停止，发射电流为零。F05P 对 0.1-1ms 的数据脉冲发射效果较理想，过宽过窄的脉冲会引起调制效率下降，过调制或调制不足使收发距离变近。 F05P 对直

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流电平及模拟信号不能发射。如在数据位前加一些乱码可以抑制接收机的零电平燥声干扰。若采用通用编码器 2262 ，发射效果比单片机好，因为 2262 的数据无论怎么变但脉宽是不变的，即使出现一点突发性的外界干扰，解码器的宽容性也会解码输出高电平。而单片机则会出现数据错误。所以单片机必须要工作在可靠的收发区域才能保证较低的误码率。

· F05P 有 4 个功能引脚，因为体积小，功耗底无天线只能满足短距离使用，而天线对距离起着很大的作用，线能否匹配也是很关键，匹配良好的天线能增加几倍的距离，匹配不好的天线效果很差甚至会引起频率漂移。天线的长度应取发射频率的 1/4 波长，可以用一根直径 0.5-1 毫米，长度（ 433M ） 18 厘米；（ 315M ）24 厘米的漆包线代替。但天线必须拉直，指向无所谓。短于 1/4 波长或弯曲的天线效果会很差。

· F05P 应垂直安装在印板边部，应离开周围器件 5mm 以上，以免受分布参数影响而停振。FO5P 发射距离与输入信号，发射电压，电池容量，发射天线及发射环境有关。在障碍区由于折射反射会形成一些死区及不稳定区域，不同的收发环境会有不同的收发距离， F05P 最佳有效工作距离为 100M 左右。

· F05P 对应接收电路根据需求可选用 J04V、J05R、J05P、3400、3100 等同频率接收模块配套。

2.6 超再生接收模块 J04V 简介：

J04V 是一款低功耗小体积超再生接收模块，采用 SMT 工艺，性能稳定具有较好的灵敏度及性价比，是电池供电产品的理想选择。可以广泛应用于需要长期处于接收状态的遥控报警及单片机数据传输系统。

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