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摘 要： 本文的简易火灾自动报警器是以51单片机为核心控制系统，烟雾传感器和温度传感器信息采集系统，并结合其他电力电子技术来实现功能的。本系统还有硬件显示电路，采用四位共阴数码管实时显示周围的信息。也有自动报警和手动报警电路，使用蜂鸣器和发光二极管实现需要报警时发出声光报警。因此本火灾报警器功能十分齐全，稳定性强，简易并且操作简单，成本不高，具有不错的实用价值。
关键词： 烟雾；温度；报警器；STC89c51；传感器
第1章 系统硬件设计
1.1晶振电路
晶振电路是由电容与晶振构成，其元件分别是30pF的C2和C3以及12M的X1。电容在电路中的作用是为了使晶振更加简单的起振，其取值最小值是15pF，最大值是33pF。晶体振荡取值越高（可以取值24M），越容易获得执行速度更快的单片机。为了使振荡产生的不良反应不给旁边的元器件造成干扰，所以要尽可能的靠近单片机，线路也要越短越好。
1.2 复位电路
复位电路在单片机中起到重启单片机的作用，如同电脑的重启键，每当电脑出现死机现象时，重启键的作用也就凸显了出来，可以让电脑重新启动内部程序。复位电路在单片机中的作用也一样，每当单片机系统在受到外部或内部干扰出现程序故障的时候，按下复位按钮就会让单片机程序重新开始，达到重启的作用。
复位电路由极性电容和电阻这两部分组成，分别是10uF的C1和10K的R4。我们知道电容电压有着不能突变这一性质，所以可以得到，当系统处于接通电源状态时，复位引脚则会具有较高的电平，而且复位引脚高电平所持续的时间取决于电路的RC值。传统的51单片机复位条件是复位引脚高电平持续保持两个机器周期及以上，所以只要合理的组合RC值就能得到可靠的复位电路。80C51的复位电路如图2.1.2所示。
1.3 显示与报警电路
1.显示电路
显示采用4位共阴数码管，单片机控制数码管显示相对应的字符，P2.4～P2.7选位，P0.0～P0.7选段，显示电路如图2.2.3。第一位位显示烟雾浓度等级，可显示的浓度等级为0～9；第二位是“-”，将烟雾浓度等级和温度等级分开；三四位显示温度数值，可显示的范围为0～99℃。电路图如下：
2. 报警电路
电路由一个三极管、电阻与蜂鸣器组成。由三极管基极连接电阻组成串联电路。三极管与单片机P3.6端口连接，当单片机发出报警指令时，蜂鸣器会发出报警。声音报警电路图如图1.2所示：
1.4 按键控制及电源电路设计
本电路设计了四个按键，第一个是手动报警键、第二个是递增键、第三个递减键、第四个是手动设置键，当遇到突发状况时，可按下手动报警键，系统会发出报警。如图1.3所示
系统的供电方式能够选择5V的蓄电池和电池供电。蓄电池相较于电池电路驱动能力强，电压输出也十分稳定。但是由于它体积太大，在本系统中不太适合。因此我们也可以采取电池供电。但本系统主要采用USB电源供电，这样操作简便，器件也能够正常运行，单片机和传感器也能正常工作。系统的电源接口电路如图1.4。
第2章 系统软件设计
2.1 主程序设计
由于MQ-2烟雾传感器长时间没有投入使用，首次通电后，传感器不能够正确显示烟雾浓度，需要进行几分钟的预热。等显示的烟雾浓度不在跳动时，预热完成。当程序初始化完成时，系统进入监控状态。
在本系统中，单片机作为核心器件，监控着系统的一举一动。烟雾传感器和温度传感器将采集的信息以电信号的形式传给数模转换芯片，然后芯片将信息传递给软件系统，单片机判断是否报警。本系统主要由四位共阴数码管温度和烟雾浓度字符显示功能，手动报警、温度和烟雾浓度设定、烟雾浓度和温度报警、中断子程序等5个主程序。
烟雾传感器预热后，程序就进入初始化子程序，初始化起到对I/O口输入和输出状态设定、 寄存器的初始化、程序中断等功能。第一步，定时初值设定为50ms，利用IAP将初值 写入EEPROM，当做取值的间隔。第二步，设置定时器0，选择方式1。当处于方式1时，定时器的TH1、TL1是全16位参与操作的工作寄存器。第三步，定时器0中断的允许位置1，此时定时器0打开，蜂鸣器关闭，绿灯开启，然后设置报警的限初值。
2.2 滤波子程序设计
传感器对周围环境气体浓度和温度采样时。有时会被有些脉冲影响。这些现象往往会使某个数据不准确，与周围其他采样点差很多。因此就需要设计滤波子程序。子程序采用的方法是中位值平均滤波法。首先会采集很多的数据，然后去掉最大值和最小值，然后求剩余值的算术平均值。采用这样的方法就能去除个别脉冲或者其他因素带来的影响。使火灾报警器能采集到采集到准确的信息，降低误报、乱报的几率。
2.3 线性化处理子程序设计
在使用之前，单片机的控制系统应进行静态标定，主要是得到输出信号与被测信号的输出关系，以此作为系统中计量的凭据。他们之间往往不是标准的线性关系。需要有线性化处理子程序。采取一条近似的直线来代替曲线。本报警器系统主要针对烟雾浓度和温度检测，在处理时，主要以这2曲线作为计量依据。
本系统采用的是MQ-2型烟雾传感器，烟雾浓度升高，电阻值反而是降低的，此时单片机的输入电压也随之降低。电压值与烟雾浓度的关系也是非线性变化的，为了达到实时显示烟雾浓度的功能.必须进行线性化处理。，根据获取曲线的形状，单片机的处理能力，并且在误差许可范围内，把曲线进行线性化处理。
2.4 报警子程序设计
当烟雾浓度超过系统预设值时，系统会发出报警指令，蜂鸣器响起，对应的紅灯亮起，报警完成。相关人员发现后就能有所反应，快速消除隐患，避免灾情扩大。在系统的程序设计中，也有对传感器的快速复测和延时报警的程序，避免误报。
结论
本论文主要介绍以51单片机为核心的智能火灾报警器，它相比市面上其他产品，具有性能稳定，灵敏度高，操作简单，价格便宜等许多优点。本文系统的介绍了此火灾报警器的核心元件、工作原理极其核心电路。
本文所研究的智能火灾报警器主要包含2大部分：单片机控制系统和信号采集电路。考虑到环境因素，成本情况，满足设计需求，本系统采用DS18B20温度传感器和MQ-2烟雾传感器来实现对信息的采集。这两个传感器相较于同类产品，性价比高，十分适合本系统的体系。
单片机作为此系统的核心控制器件，我使用了性能稳定，功能齐全的STC89C51芯片。STC89C51芯片处理数据能力十分高效，能很快的处理所收集的信息，保证报警迅速，更及时的发现火灾。它的体积也十分小，价格低廉，实现了系统的小型化。
本系统信息采集依靠DS18B20温度传感器和MQ-2烟雾传感器所采集的数据。烟雾传感器能够采集周围气体的浓度，温度传感器采集周围的温度信息他们将采集的信息通过A/D数模转换将信息传递给控制系统，然后发出报警。需要注意的是，烟雾传感器需要预热才能准确的采集信息，所以要给其加5V的加热电压。传感器采集的信息也会在4位共阴数码管上显示。当达到系统的预设值时，蜂鸣器报警，指示灯亮起，报警完成。
参考文献
[1] 朱明程等.一氧化碳传感器MGS1100原理及应用电子技术.2014年第1期.
[2] 刘迎春.传感器原理设计及应用.哈尔滨工业大学出社.2014.
[3] 肖忠祥主编.数据采集原理.西北工业大学出版社.2013.
[4] 刘广玉.新型传感器技术及应用.北京航空航天大学出版社.2014.
[5] 张毅刚.MCS一52单片机应用设计.2014.
[6] 陈伟.MCS一52系列单片机实用子程序集锦.清华大学出版社.2016.
[7] 何立民.单片机实用文集.北京航空航天大学出版.2014.
[8] 余成波.传感器与自动检测技术.高等教育出版社.2014.
关键词： 烟雾；温度；报警器；STC89c51；传感器
第1章 系统硬件设计
1.1晶振电路
晶振电路是由电容与晶振构成，其元件分别是30pF的C2和C3以及12M的X1。电容在电路中的作用是为了使晶振更加简单的起振，其取值最小值是15pF，最大值是33pF。晶体振荡取值越高（可以取值24M），越容易获得执行速度更快的单片机。为了使振荡产生的不良反应不给旁边的元器件造成干扰，所以要尽可能的靠近单片机，线路也要越短越好。
1.2 复位电路
复位电路在单片机中起到重启单片机的作用，如同电脑的重启键，每当电脑出现死机现象时，重启键的作用也就凸显了出来，可以让电脑重新启动内部程序。复位电路在单片机中的作用也一样，每当单片机系统在受到外部或内部干扰出现程序故障的时候，按下复位按钮就会让单片机程序重新开始，达到重启的作用。
复位电路由极性电容和电阻这两部分组成，分别是10uF的C1和10K的R4。我们知道电容电压有着不能突变这一性质，所以可以得到，当系统处于接通电源状态时，复位引脚则会具有较高的电平，而且复位引脚高电平所持续的时间取决于电路的RC值。传统的51单片机复位条件是复位引脚高电平持续保持两个机器周期及以上，所以只要合理的组合RC值就能得到可靠的复位电路。80C51的复位电路如图2.1.2所示。
1.3 显示与报警电路
1.显示电路
显示采用4位共阴数码管，单片机控制数码管显示相对应的字符，P2.4～P2.7选位，P0.0～P0.7选段，显示电路如图2.2.3。第一位位显示烟雾浓度等级，可显示的浓度等级为0～9；第二位是“-”，将烟雾浓度等级和温度等级分开；三四位显示温度数值，可显示的范围为0～99℃。电路图如下：
2. 报警电路
电路由一个三极管、电阻与蜂鸣器组成。由三极管基极连接电阻组成串联电路。三极管与单片机P3.6端口连接，当单片机发出报警指令时，蜂鸣器会发出报警。声音报警电路图如图1.2所示：
1.4 按键控制及电源电路设计
本电路设计了四个按键，第一个是手动报警键、第二个是递增键、第三个递减键、第四个是手动设置键，当遇到突发状况时，可按下手动报警键，系统会发出报警。如图1.3所示
系统的供电方式能够选择5V的蓄电池和电池供电。蓄电池相较于电池电路驱动能力强，电压输出也十分稳定。但是由于它体积太大，在本系统中不太适合。因此我们也可以采取电池供电。但本系统主要采用USB电源供电，这样操作简便，器件也能够正常运行，单片机和传感器也能正常工作。系统的电源接口电路如图1.4。
第2章 系统软件设计
2.1 主程序设计
由于MQ-2烟雾传感器长时间没有投入使用，首次通电后，传感器不能够正确显示烟雾浓度，需要进行几分钟的预热。等显示的烟雾浓度不在跳动时，预热完成。当程序初始化完成时，系统进入监控状态。
在本系统中，单片机作为核心器件，监控着系统的一举一动。烟雾传感器和温度传感器将采集的信息以电信号的形式传给数模转换芯片，然后芯片将信息传递给软件系统，单片机判断是否报警。本系统主要由四位共阴数码管温度和烟雾浓度字符显示功能，手动报警、温度和烟雾浓度设定、烟雾浓度和温度报警、中断子程序等5个主程序。
烟雾传感器预热后，程序就进入初始化子程序，初始化起到对I/O口输入和输出状态设定、 寄存器的初始化、程序中断等功能。第一步，定时初值设定为50ms，利用IAP将初值 写入EEPROM，当做取值的间隔。第二步，设置定时器0，选择方式1。当处于方式1时，定时器的TH1、TL1是全16位参与操作的工作寄存器。第三步，定时器0中断的允许位置1，此时定时器0打开，蜂鸣器关闭，绿灯开启，然后设置报警的限初值。
2.2 滤波子程序设计
传感器对周围环境气体浓度和温度采样时。有时会被有些脉冲影响。这些现象往往会使某个数据不准确，与周围其他采样点差很多。因此就需要设计滤波子程序。子程序采用的方法是中位值平均滤波法。首先会采集很多的数据，然后去掉最大值和最小值，然后求剩余值的算术平均值。采用这样的方法就能去除个别脉冲或者其他因素带来的影响。使火灾报警器能采集到采集到准确的信息，降低误报、乱报的几率。
2.3 线性化处理子程序设计
在使用之前，单片机的控制系统应进行静态标定，主要是得到输出信号与被测信号的输出关系，以此作为系统中计量的凭据。他们之间往往不是标准的线性关系。需要有线性化处理子程序。采取一条近似的直线来代替曲线。本报警器系统主要针对烟雾浓度和温度检测，在处理时，主要以这2曲线作为计量依据。
本系统采用的是MQ-2型烟雾传感器，烟雾浓度升高，电阻值反而是降低的，此时单片机的输入电压也随之降低。电压值与烟雾浓度的关系也是非线性变化的，为了达到实时显示烟雾浓度的功能.必须进行线性化处理。，根据获取曲线的形状，单片机的处理能力，并且在误差许可范围内，把曲线进行线性化处理。
2.4 报警子程序设计
当烟雾浓度超过系统预设值时，系统会发出报警指令，蜂鸣器响起，对应的紅灯亮起，报警完成。相关人员发现后就能有所反应，快速消除隐患，避免灾情扩大。在系统的程序设计中，也有对传感器的快速复测和延时报警的程序，避免误报。
结论
本论文主要介绍以51单片机为核心的智能火灾报警器，它相比市面上其他产品，具有性能稳定，灵敏度高，操作简单，价格便宜等许多优点。本文系统的介绍了此火灾报警器的核心元件、工作原理极其核心电路。
本文所研究的智能火灾报警器主要包含2大部分：单片机控制系统和信号采集电路。考虑到环境因素，成本情况，满足设计需求，本系统采用DS18B20温度传感器和MQ-2烟雾传感器来实现对信息的采集。这两个传感器相较于同类产品，性价比高，十分适合本系统的体系。
单片机作为此系统的核心控制器件，我使用了性能稳定，功能齐全的STC89C51芯片。STC89C51芯片处理数据能力十分高效，能很快的处理所收集的信息，保证报警迅速，更及时的发现火灾。它的体积也十分小，价格低廉，实现了系统的小型化。
本系统信息采集依靠DS18B20温度传感器和MQ-2烟雾传感器所采集的数据。烟雾传感器能够采集周围气体的浓度，温度传感器采集周围的温度信息他们将采集的信息通过A/D数模转换将信息传递给控制系统，然后发出报警。需要注意的是，烟雾传感器需要预热才能准确的采集信息，所以要给其加5V的加热电压。传感器采集的信息也会在4位共阴数码管上显示。当达到系统的预设值时，蜂鸣器报警，指示灯亮起，报警完成。
参考文献
[1] 朱明程等.一氧化碳传感器MGS1100原理及应用电子技术.2014年第1期.
[2] 刘迎春.传感器原理设计及应用.哈尔滨工业大学出社.2014.
[3] 肖忠祥主编.数据采集原理.西北工业大学出版社.2013.
[4] 刘广玉.新型传感器技术及应用.北京航空航天大学出版社.2014.
[5] 张毅刚.MCS一52单片机应用设计.2014.
[6] 陈伟.MCS一52系列单片机实用子程序集锦.清华大学出版社.2016.
[7] 何立民.单片机实用文集.北京航空航天大学出版.2014.
[8] 余成波.传感器与自动检测技术.高等教育出版社.2014.