智能火灾报警系统
摘要：本文论述的智能家庭火灾报警系统主要包含两部分内容，一方面是通过无线的方式去发射和接收信息，另一方面是通过所设计控制系统实现自动控制，其中控制单元利用单片机来完成，考虑发生火灾时的场景，进行发射和接收的信号是通过温度传感器和烟雾传感器获取再加工的，配合无线收发模块将加工过的信息进行无线传输，根据数据来测量和预警。这套报警系统分为主系统和子系统两个部分，主系统实现对现场的数据监测、设定安全温度值、数据对比后进行报警等功能。子系统负责采集特征数据，包括温度、烟雾浓度，并发送数据。该系统凭借自身的优点被应用于多种家庭场景，它可使人们对家居火灾的发生更易察觉，实现保护人身安全和家庭财产安全的目的。

关键词：AT89C52；温度传感器；NRF24L01；显示；报警。

Abstract

The intelligent home fire alarm system discussed in this paper mainly contains two parts. On the one hand, it transmits and receives information through wireless means, on the other hand, it realizes automatic control through the designed control system. The control unit uses the single chip to complete and considers the occurrence. In the scene of fire, the signals transmitted and received are obtained by temperature sensor and smoke sensor, and the processed information is wirelessly transmitted with the wireless transceiver module to measure and warn according to the data. The alarm system is divided into two parts: the main system and the subsystem. The main system realizes the functions of monitoring the data on the site, setting the safe temperature value, and comparing the data to alarm. The subsystem is responsible for collecting feature data, including temperature, smoke concentration, and sending data. The system is used in a variety of home scenarios due to its own advantages, which makes people more aware of the occurrence of home fires, and achieves the purpose of protecting personal safety and family property.

Key words: AT89C52; Temperature senior; NRF24L01; Display; Warning

目 录
1 绪论 1
1.1 选题的意义 1
1.2 当今应用领域家庭火灾报警系统的发展趋势 1
1.3 本设计主要研究内容 2
2 设计要求与方案论证 3
2.1 设计要求 3
2.2 系统基本方案选择和论证 3
2.2.1 单片机芯片选择方案与论证 3
2.2.2 温度采集模块选择方案与论证 3
2.2.3 烟雾传感模块选择方案与论证 4
2.2.4 无线收发模块的选择方案与论证 4
2.2.5 显示模块的选择方案与论证 5
2.2.6 报警模块的选择方案与论证 5
2.3电路设计最终方案的确定 5
3 系统的硬件设计与实现 6
3.1 系统硬件概述 6
3.2 主要单元电路的设计 6
3.2.1 单片机主控制模块的设计 6
3.2.2 温度采集电路模块的设计 9
3.2.3烟雾采集电路模块的设计 10
3.2.4 无线收发电路模块的设计 10
3.2.5 显示电路模块的设计 12
3.2.6 报警电路模块的设计 14
3.2.7 电路原理及说明 15
4 系统程序的设计 16
4.1 主程序的设计 16
4.2 发射系统程序的设计 18
4.3 传输程序的设计 19
4.4 温度采集程序的设计 20
4.5 显示程序的设计 21
5 仿真与调试 23
6 结论 27
参考文献 28
致 谢 29
附录 30

1 绪论
1.1选题的意义
现在的家庭安全越来越得到大家的关注，其中火灾报警系统凭借自身可以采集、监控、危险预测和数据无线传输等特点成为安全系统的主要成分。火灾带来的财产和生命损失是重大的，所以对火灾报警系统的要求也越来越高，为此相应的系统设计至关重要。传统的报警系统在总线上经常遇到数据冲突，远程数据传输不可靠，难以扩展。近年来，一些低成本、高性能的微控制器在各种电路系统中得到了广泛的应用，特别是在电路控制中，这些问题得到了一定的改善。因此，采取适当的防火措施是人类的一项重要任务。火灾自动报警系统由触发装置、火灾报警装置等辅助功能组成。随着电子技术和计算机技术的飞速发展，火灾自动报警系统的结构和形式变得越来越灵活，很难以准确地将其划分为几种固定模式。采用单片机AT89C52、集成温度传感器DS18B20和烟雾传感器MQ-2作为敏感元件，采用多传感器信息融合技术，可用于火灾报警设计。
智能家居火灾报警系统在现代家居安全中发挥着极其重要的作用。火灾报警控制器是智能火灾报警系统的核心。完善的火灾报警系统设计，可以有效减少和防止火灾隐患，解决火灾危险问题。它对保障人身安全和家庭财产安全具有现实意义。
1.2 当今应用领域家庭火灾报警系统的发展趋势
火灾自动报警系统的发展并不是自身决定的，还受到设备器材的性能等因素影响，最早的测量温度的传感器在1990年发明的，当时称为感温探测器经过继续研究和开发，由于只能够实现报警，所以应用并不广泛。随后人们对其不断地深入研究和开发，才使得被广泛使用。火灾系统发展较快的欧洲等发达国家，已经为此设定了相应的技术规范，该系统开始慢慢由于家庭。该系统涉及到传感器技术、电子控制技术和计算机相关的技术。根据发展趋势我们可以更好地设计和研究我们自己的火灾报警系统。
该项技术在上世纪70年代初期才进入到我国，应用到建筑火灾报警。随后进入改革开放时期，我国的经济发展迅速，越来越多的高层建筑拔地而起，使得火灾报警系统的需求快速扩大，加速了该系统的研发和生产，并取得不断创新。
1.3 本设计主要研究内容
这套系统的控制是靠单片机实现的，考虑到实际的成本和性能，整套系统采用了AT89C52芯片实现主控制， DS18B20芯片采集现场的温度，NRF24L01实现无线传输数据，所有信息显示在LCD1602液晶屏上。数据传输由两个系统单独完成，采集到的现场数据通过发射系统输出，另一方面作为主系统的接收系统接收传输的数据并进行处理加工。报警系统进行报警的机制是采集值超过设定值，该系统为此设计了限定温度的设置按键、消除报警的按键。总结火灾报警系统的特点：由于可以实现无线化传输进行实时监测，操作简单、低成本、功能齐全等。可以很好地迎合市场的需求。
在初步设计好该系统后，通过不断的现场测试和调整，使得系统的功能达到设计要求，从而满足毕业设计的要求。

2 设计要求与方案论证
2.1 设计要求
（1）监测形成的温度从室温开始，最高达到125℃；
（2）在接收端可以实时监测现场温度值，最大的收发距离到达60米；
（3）温度和烟雾的报警值能人工设置；
（4）达到报警条件时会主动通过蜂鸣器和发光设备报警；
2.2 系统基本方案选择和论证
2.2.1 单片机芯片选择方案与论证
方案一：控制器的要求必须可以现场可编程。选用的FPGA具有规模大、密度高等特点，能够处理复杂的要求。它最大的优点是集成性高，能够在很小的体积内集成所有的设备，保证控制的稳定性。用它作为控制器，可以通过软件不断地在线调试系统、进行火灾报警模拟。它还支持丰富的扩展功能，不过会加大成本。存在的缺点是芯片的电路板设计复杂，在焊接时无形增加很大的工作量和难度，
方案二：宏晶科技推出的新一代超抗干扰/高速/低功耗单片机STC89C52系列。它是一个增强型单片机，完全兼容8052单片机。它增加了新功能，增加了两个中断优先级，一个外部中断，内置EEPROM，看门狗，断电模式，512b内存，并支持ISP在线。编程，无需编程，程序可擦除10万次，引脚完全兼容，性能更好，驱动能力更强，超强抗干扰能力，价格也低于传统89系列。考虑到快速开发以及本系统的应用要求，该系统的芯片选用第二套方。
2.2.2 温度采集模块选择方案与论证
方案一：采集温度最基本的利用热敏电阻测出现场温度，利用热敏电阻的工作特性，当温度升高时电阻会发生变化，在通过A/D转换器将模拟信号转换为数字信号。因为加入了A/D转换电路，使得设计也在增高。同时热敏电阻的温敏特性达不到精准测量，但该系统不允许较大的测量误差，因此放弃方案一。
方案二：DS18B20的信号输出不需要进行A/D转换，采集到的数字温度数据是经一线总线输出的，还可以把多个DS18B20采集到的温度数据集中到一起形成传感器网络，使得测量系统更加准确和系统化。它可以实现精准化地采集数据，同时考虑到火灾时温度瞬时变化，它的转换时间短因此满足快速测量，使得火灾报警系统能提供很好的体验。它输出的温度是数字化的，有较高的准确性，因此该系统的温度采集模块选用方案二。
2.2.3 烟雾传感模块选择方案与论证
方案一：采用光电式感烟传感器，它是由光源、光敏元件和电子开关组成。普通光源发出的光通过透镜传递给光敏元件，电路保持正常。如果烟雾被阻挡，到达感光元件的光线将明显减弱。因此，光敏元件将光强的变化转化为电能的变化。利用光散射原理检测火灾初期产生的烟雾，并及时发出报警信号。根据光源的不同，可分为普通光电、激光光电、紫外光电和红外光电四种。
 光电感烟器发展迅速，种类不断增多。就其功能而言，可实现火灾早期报警，对火灾的敏感度较高。除用于大型建筑外，特别适用于计算机房、仪器房、电缆沟、隧道等电气火灾危险性较大的场所。
方案二：采用MQ-2半导体传感器，这是一种半导体气敏元件，它的气敏元件通过空气中的金属氧化物二氧化锡(SnO2)的含量来实现烟雾测量的。发生火灾时产生的烟气会使传感器的导电性增强。电导率的大小反映着烟气的浓度，设计简单的电路来显示。它的优点在于随烟气浓度变化电导率发生很大变化、稳定性强很难受干扰，可以长时间使用，很适合作为火灾报警系统的烟雾传感器。选择nRF24L01设备的最大优势在于极低的功耗，同时在设备工作时还有多种低功率模式可以选择，完全迎合节能设计的要求。设备接收和发射无线信号时所需要的工作电流都不超过15mA，并且在和同类的无线模块相比较，价格成本也有很大的优势，容易获得，最终选用该设备作为无线收发模块。
2.2.4 无线收发模块的选择方案与论证
方案一：无线收发模块是为了实现系统的无线操作和控制，初步采用TX315A-T01和TX315A-R01。把声表面波器件和接收电路整合在一起开发出TX315系列模块电路，TX315A模拟电路由负责接收和发射的组件组合而成，从而实现数据的无线传输、系统的无线控制和报警等无线功能。考虑到发射组件和接受组件所用的频率是一致的，因此可以根据实际的使用需求增加组件的数量，来满足系统的功能需要。缺点在于成本过高，不适用于此系统的设计。
方案二：无线收发模块改用一对nRF24L01来实现系统的无线操作和