毕业设计（论文）-基于AT89C52单片机的烟雾检测火灾自动报警.doc

摘 要近年来全国火灾事故频繁发生，造成人、财、物的巨大损失。以前，火灾的报警和控制都很落后，造成了巨大的损失。现在，用户对火灾报警以至自动消防系统的要求越来越高,对火灾预防的意识也越来越强烈。因此，对火灾的报警系统是很重要的。在硬件设计方面，本论文选用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，DS18B20温度传感器实现温度检测，A/D转换器实现模拟信号转换成数字信号，外加声光报警电路。外围设备，结合单片机AD89C52芯片控制电路，实现报警提示。软件方面，设计了烟雾检测以及温度检测的数据采集子程序，声光报警模块程序等。以AT89C52单片机和MQ-2型半导体电阻式烟雾传感器及数字式温度传感器为核心设计的火灾报警器可实现声光报障自诊断、报警限设置、延时报警及等功能。是一种结构简单、性能 稳定、使用方便、价格低廉、智能化的烟雾报警器，具有一定的实用价值。关键词： 报警器 烟雾传感器 温度传感器AbstractIn recent years, the national fire accident occurred frequently caused by human, financial, material great loss. Previously, fire alarm and control is very backward, caused great loss. Now, the user to the fire alarm and automatic fire system requirements more and more high, to fire prevention awareness is increasingly strong. Therefore, the fire alarm system is very important.In terms of hardware design, this paper selects MQ - type 2 semiconductor combustible gas sensitive components smoke sensor realize smoke detection, DS1820 temperature sensor realize temperature detection, A/D converter simulating signal converted into digital signals, plus the acousto-optic alarm circuit. Peripherals, combined with single-chip microcomputer AD89C52 chip control circuit, realize alarm prompt.Software, design the smoke detection and temperature testing data acquisition subroutine, sound-light alarm module procedures, etc. By AT89C52 single chip computer and MQ - type 2 semiconductor resistive smoke sensor and digital temperature sensor as the core design can realize the smoke alarm sound the alarm limit BaoZhang since diagnosis, set, delay alarm and etc. Function. Is a kind of simple structure, stable performance, easy to use, inexpensive and intelligent smog announciator, has certain practical value.Key words： Alarm smoke sensor temperature sensor目 录第1章 绪 论11.1 课题研究的目的和意义11.2 国内外研究现状21.3 本文的主要内容3第2章 火灾报警器系统总体设计42.1 系统组成42.2 系统控制方案设计42.3 系统总体方案设计52.3.1 系统控制器的选择52.3.2 检测元件的选择72.3.3 输入通道方案选择102.3.4 外围设备的选择10第3章 系统硬件设计143.1 控制单元电路设计143.1.1 引脚特性143.1.2 晶振电路设计173.1.3 复位电路设计183.1.4 单片机最小系统概述及原理图193.2 信号检测电路设计203.2.1 烟雾报警器模块203.2.1温度报警器模块243.3 前向通道电路设计293.3.1ADC0809芯片的基本知识293.3.2 ADC0809引脚结构293.3.3 主要特性313.3.4 ADC0809的工作原理简介313.3.5 ADC0809应用说明333.4 控制电路设计343.5 后向通道电路设计353.5.1 报警电路模块353.5.2 光报警353.5.3 声报警36第4章 系统软件设计374.1总体设计思想374.1.1 系统工作原理374.1.2 程序设计方法选择384.2 主程序设计414.2.1 主程序设计及流程图414.2.2主程序初始化流程图434.2.3中位值平均滤波法数字滤波子程序设计及流程图444.2.4插值法线性化处理子程序设计及流程图454.2.5 报警子程序设计及流程图48第5章 总 结51致 谢52参考文献53附录1：基于烟雾检测火灾报警系统性能微机测控系统原理图54附录2：基于烟雾检测火灾自动报警系统性能微机测控系统程序清单55IV第1章 绪 论1.1 课题研究的目的和意义火灾自动报警系统是由触发装置、火灾报警装置、火灾警报装置以及具有其它辅助功能装置组成的，它具有能在火灾初期，将燃烧产生的烟雾、热量、火焰等物理量，通过火灾探测器变成电信号，传输到火灾报警控制器，并同时显示出火灾发生的部位、时间等，使人们能够及时发现火灾，并及时采取有效措施，扑灭初期火灾，最大限度的减少因火灾造成的生命和财产的损失，是人们同火灾做斗争的有力工具。有关资料统计表明：凡是安装了火灾自动报警系统的场所，发生了火灾一般地说都能及早报警，不会酿成重大火灾。现代生活节奏的加快，建筑物又趋向集中化，火灾报警系统就显得格外重要。在现代城市家庭里，许多人因为不懂家庭安全常识引起火灾事故，使好端端的幸福家庭转眼间毁于一旦，有的导致家破人亡，而且一旦发生居民家庭火灾，处置不当，抢救不及时，是造成人员伤亡的重要因素。此时如果有了火灾自动报警系统，能够及时通知消防及居民，就有多余的时间来逃生以及能够及时处理火灾。作为安防系统中楼宇智能化的重要组成部分，火灾报警系统是预防火灾的一项基础实施。但火灾的发生却又是不确定的因素，那么智能火灾报警系统在防止和减少火灾危害、保护人身和财产安全方面的重要作用就不断显现出来了。智能火灾报警系统使用探测器件将火灾物理因素以模拟量形式传送给报警器，如烟、温、光等信号，来判断火灾情况。火灾报警器探测装置通过消防控制器联动报警消防设备，火灾报警消防设备通过防火、灭火设备对火灾情况进行快速处理。火灾信息探测是火灾报警系统的关键技术，相比传统技术，智能火灾报警系统在漏报、误报方面有了本质的提高，也成为当今火灾报警系统发展的大势所趋。在如今社会快速的发展中，智能火灾报警系统的应用范围不断的扩大，因为火灾对人类的危害性很大，所以智能报警系统对消防机构及时扑灭火灾、减少人员伤亡和财产损失具有十分重要的现实意义。1.2 国内外研究现状中国消防电子报警行业经历了20多年的发展历程，建立了火灾自动报警系统产品的工业生产基础，具备了一定的技术实力；加强了产品质量监督检验、技术标准化和质量体系认证管理工作；技术引进和消化、吸收相结合，加快了产品的国产化进程；产品质量稳步提高，系列化产品增多，市场适应能力增强；工程施工安装队伍扩大，安装质量不断提高。尽管中国消防科学技术起步较晚，与世界先进国家尚有一定的差距，但中国消防电子报警产业在国民经济中属于发展迅速的朝阳行业，一直保持着可持续的良好态势。据不完全统计，目前中国仅火灾探测报警产品生产企业就已超过100家，在国内销售产品的国外生产厂商也有30余家。国内市场每年安装投入使用的探测器总量约为400万只，市场占有率为75%。近年来，国内的模拟量技术日趋成熟，与国外的先进水平不相上下，但中国在此方面的整体水平与国外先进水平还有一段差距。国内产品的智能化程度不及国外，国内产品的质量与国外产品相比还有一些差距。消防报警产品是一个系列产品，包括火灾探测设备、信息传输设备、报警分析控制器、消防控制联动。是物理传感技术、自动控制、计算机技术、数据传输和管理、智能楼宇等技术的综合集成，属于高新技术。随着电子技术和计算机技术的迅速发展，火灾自动报警系统的结构、形式越来越灵活多样，很难精确划分为几种固定的模式。火灾自动报警技术趋向于智能化系统，这种系统可组合成任何形式的火灾自动报警网络形式，既可以是区域报警系统，又可以是集中报警系统或控制中心报警系统形式。所谓智能火灾自动报警系统，应当是：使用探测器件将火灾发生期间所产生的烟、温、光等信号以模拟量形式，连同外界相关的环境参数一起传送给报警器，报警器再根据获取的数据及内部存储的大量数据，利用火灾模型判据来判断火灾是否存在，这样的系统称为智能火灾自动报警系统。由于该系统为解决火灾报警系统存在的两个难题（误报、漏报）提供了新的方法和手段，并在处理火灾真伪方面表现出明显的有效性和创新性，这是火灾自动报警系统在技术上的飞跃。从传统型走向智能型，是国内外火灾自动报警系统技术发展的必然趋势。智能火灾自动报警控制系统具有如下特点：1.为全面有效地反映被监视环境的各种细微变化，智能系统采用了设有专用芯片的模拟量探测器，对湿度和灰尘等影响实施自动补偿，对电干扰及线路分布参数的影响进行自动处理，从而为实现各种智能特性、解决无灾误报和准确报警奠定了技术基础；2.系统采用主从式网络结构，解决了对不同工程的适应性，又提高了运行的可靠性；3.利用全总线计算机通信技术，既完成了总线报警，又实现了总线联动控制，彻底避免了控制输出与执行机构之间的长距离穿线布管，大大方便了系统布线设计和现场施工；4.系统采用大容量的控制矩阵和交叉查寻软件包，以软件编程代替了硬件组合，提高了消防联动的灵活性和可修改性；5.具有丰富的自诊断功能，为系统维护及正常运行提供了有利条件。1.3 本文的主要内容技术指标要求：1.能对室内烟雾(CO2，CO)及温度突变进行报警(声光报警)。 2.如果出现硬件故障(如传感器遗落、内部元器件损坏等)，能发出故障报警。 3.如果只有一种参数出现异常(如烟雾浓度过大或是温度较高)，能发出异常报警信号，令值班人员到现场处理。 4.如果烟雾和温度同时出现异常，则说明有火灾，发出火灾警报，并及时将火灾信息上报消防指挥中心。 工作电压：220伏或110伏环境温度：零下10度到零上45度静态电流：小于15毫安检测烟雾的浓度：0.05%检测温度范围：0-100（±0.5）完成方案设计及论证、硬件设计、软件设计。第2章 火灾报警器系统总体设计2.1 系统组成一个完整的火灾报警器系统，必须包含以下几个部分：系统控制模块，火灾探测模块，数据转换模块以及报警模块。本设计以单片机作为系统的控制核心，以传感器作为其测温装置，来实现火灾报警系统的设计。改设计可以对室内外温度进行以及烟雾实时采集和检测，当所测温度或者烟雾高于临界温度时自动报警。温度信号或者烟雾浓度信号采集电路将温度信号或者烟雾浓度信号以数字信号的形式送入单片机。单片机对该数字信号进行滤波处理，并对处理后的数据进行分析，是否大于或等于某个预设值，即报警临界温度或者烟雾浓度。如果大于则启动报警电路发出报警声音，反之则为正常状态。2.2 系统控制方案设计火灾报警系统主要实现对火灾现场的测试工作，从而启动火灾报警系统。其主要由烟雾传感数据采集程序、温度传感数据采集程序、声光报警程序等三个部分组成。其中，烟雾传感数据采集程序完成对烟雾浓度的采集并进行数据转换；温度采集程序显示对现场的温度进行采集；报警程序设置报警的下限，当外界指标超出限制时，将进行声光报警。其系统控制方案的设计原理图如下：图2-1 智能火灾报警系统结构原理框图2.3 系统总体方案设计2.3.1 系统控制器的选择：对于系统控制器的选型，要求控制器的功能强大，可靠性高，性价比高，精度和响应速度高。基于上述要求，本设计分别对三种基本的系统控制器做了比较，再进行选择。1.单片机的特点 （1）高集成度，体积小，高可靠性 单片机将各功能部件集成在一块晶体芯片上，集成度很高，体积自然也是最小的。芯片本身是按工业测控环境要求设计的，内部布线很短，其抗工业噪音性能优于一般通用的CPU。单片机程序指令，常数及表格等固化在ROM中不易破坏，许多信号通道均在一个芯片内，故可靠性高。 （2）控制功能强 为了满足对对象的控制要求，单片机的指令系统均有极丰富的条件:分支转移能力，I/O口的逻辑操作及位处理能力，非常适用于专门的控制功能。 （3）低电压，低功耗，便于生产便携式产品 为了满足广泛使用于便携式系统，许多单片机内的工作电压仅为1.8V3.6V，而工作电流仅为数百微安。 （4）易扩展 片内具有计算机正常运行所必需的部件。芯片外部有许多供扩展用的三总线及并行、串行输入/输出管脚，很容易构成各种规模的计算机应用系统。 （5）优异的性能价格比2.PLC的特点（1）可靠性高，抗干扰能力强高可靠性是电气控制设备的关键性能。PLC由于采用现代大规模集成电路技术，采用严格的生产工艺制造，内部电路采取了先进的抗干扰技术，具有很高的可靠性。例如三菱公司生产的F系列PLC平均无故障时间高达30万小时。一些使用冗余CPU的PLC的平均无故障工作时间则更长。从PLC的机外电路来说，使用PLC构成控制系统，和同等规模的继电接触器系统相比，电气接线及开关接点已减少到数百甚至数千分之一，故障也就大大降低。此外，PLC带有硬件故障自我检测功能，出现故障时可及时发出警报信息。在应用软件中，应用者还可以编入外围器件的故障自诊断程序，使系统中除PLC以外的电路及设备也获得故障自诊断保护。这样，整个系统具有极高的可靠性也就不奇怪了。（2）配套齐全，功能完善，适用性强PLC发展到今天，已经形成了大、中、小各种规模的系列化产品。可以用于各种规模的工业控制场合。除了逻辑处理功能以外，现代PLC大多具有完善的数据运算能力，可用于各种数字控制领域。近年来PLC的功能单元大量涌现，使PLC渗透到了位置控制、温度控制、CNC等各种工业控制中。加上PLC通信能力的增强及人机界面技术的发展，使用PLC组成各种控制系统变得非常容易。 （3）易学易用，深受工程技术人员欢迎PLC作为通用工业控制计算机，是面向工矿企业的工控设备。它接口容易，编程语言易于为工程技术人员接受。梯形图语言的图形符号与表达方式和继电器电路图相当接近，只用PLC的少量开关量逻辑控制指令就可以方便地实现继电器电路的功能。为不熟悉电子电路、不懂计算机原理和汇编语言的人使用计算机从事工业控制打开了方便之门。（4）系统的设计、建造工作量小，维护方便，容易改造PLC用存储逻辑代替接线逻辑，大大减少了控制设备外部的接线，使控制系统设计及建造的周期大为缩短，同时维护也变得容易起来。更重要的是使同一设备经过改变程序改变生产过程成为可能。这很适合多品种、小批量的生产场合。（5）体积小，重量轻，能耗低以超小型PLC为例，新近出产的品种底部尺寸小于100mm，重量小于150g，功耗仅数瓦。由于体积小很容易装入机械内部，是实现机电一体化的理想控制设备。3.工控机的特点（1）机箱采用钢结构，有较高的防磁、防尘、防冲击的能力。（2）机箱内有专用底板，底板上有PCI和ISA插槽。（3）机箱内有专门电源，电源有较强的抗干扰能力。（4）要求具有连续长时间工作能力。（5）一般采用便于安装的标准机箱（4U标准机箱较为常见）根据系统设计要求，本设计选用单片机作为其控制系统。2.3.2 检测元件的选择：根据系统的设计要求及控制结构图，需要检测火灾现场的温度。对于温度传感器的选型，要求传感器的测温精度高、响应速度快、抗干扰力好、可靠性高。基于上述要求，本设计选用DS18B20传感器最为系统采集温度信号用的传感器。 1.DS18B20单线数字温度传感器，即“一线器件”，其具有独特的优点： （1）采用单总线的接口方式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。单总线具有经济性好，抗干扰能力强，适合于恶劣环境的现场温度测量，使用方便等优点，使用户可轻松地组建传感器网络，为测量系统的构建引入全新概念。（2）测量温度范围宽，测量精度高。DS18B20 的测量范围为-55-125 ；在-10-85 范围内，精度为±0.5 。 （3）在使用中不需要任何外围元器件即可实现测温。 （4）多点组网功能。多个DS18B20可以并联在惟一的三线上，实现多点测温。（5） 供电方式灵活。DS18B20可以通过内部寄生电路从数据线上获取电源。因此，当数据线上的时序满足一定的要求时，可以不接外电源，从而使系统结构更趋简单，可靠性更高。 （6）测量参数可配置。DS18B20的测量分辨率可通过程序设定9-12位。 （7）负压特性。电源极性接反时，温度计不会因发热而烧毁，但不能正常工作。 （8）掉电保护功能。DS18B20内部含有EEPROM，在系统掉电以后，它仍可保存分辨率及报警温度的设定值。 DS18B20 具有体积更小、适用电压更宽、更经济、可选更小的封装方式，更宽的电压适用范围，适合于构建自己的经济的测温系统，因此也就被设计者们所青睐。 2.热电阻传感器的特点热电阻是利用物质在温度变化时自身电阻也随着发生变化的特性来测量温度的。热电阻的受热部份(感温元件)是用细金属丝均匀地双绕在绝缘材料制成的骨架上。当被测介质中有温度发生变化时，所测得的温度是感温元件所在范围内介质中的平均温度。一般热电阻是测量低温的温度传感器，测量温度在-200-800，具有如下优点：（1）准确度高。在所有常用温度计中，准确度最高，可达1mk。（2）输出信号大，灵敏度高。如在0用Pt100铂热电阻测温，当温度变化1时，其电阻值约变化0.4，如果通过电流为2mA，则其电压输出量变化为800V。在相同条件下，即使灵敏度比较高的K型热电偶，其热电动势变化也只有40V左右。由此可见，热电阻的灵敏度较热电偶高一个数量级。（3）测温范围广，稳定性好。在振动小而适宜的环境下，可在很长时间内保持0.1以下的稳定性。（4）无需参考点。温度值可由测得的电阻值直接求出。（5）输出线性好。只用简单的辅助回路就能得到线性输出，显示仪表可均匀刻度3.热电偶传感器的特点将两种不同的金属导体焊接在一起，构成闭合回路，如在焊接端（即测量端）加热产生温差，则在回路中就会产生热电动势，此种现象称为塞贝克效应（Seebeck-effect）。如将另一端（即参考端）温度保持一定（一般为0），那么回路的热电动势则变成测量端温度的单值函数。这种以测量热电动势的方法来测量温度的元件，即两种成对的金属导体，称为热电偶。热电偶产生的热电动势，其大小仅与热电极材料及两端温差有关，与热电极长度、直径无关。一般热电偶是测量中高温的温度传感器，一般测量温度在4001800，其优点如下：（1）热电偶可将温度量转换成电量进行检测，对于温度的测量、控制，以及对温度信号的放大、变换等都很方便，（2）结构简单，制造容易，（3）价格便宜，（4）惰性小，（5）准确度高，（6）测温范围广，（7）能适应各种测量对象的要求（特定部位或狭小场所），如点温和面温的测量，（8）适于远距离测量和控制4.AD590传感器的特点（1）功能单一（仅测量温度）、测温误差小，（2）价格低、响应速度快、传输距离远、体积小、微功耗等优点，（3）适合远距离测温、控温，不需要进行非线性校准，（4）外围电路简单。根据系统设计要求，本设计选择DS18B20温度传感器。根据系统的设计要求及控制结构图，需要检测火灾现场的烟雾浓度。对于烟雾传感器的选型，要求传感器的基于灵敏度高、响应快、抗干扰能力强等优点，而且价格低廉，使用寿命长。上述要求本设计选用MQ-2型半导体可燃气体敏感元件烟雾传感器作为系统采集烟雾信号用的传感器。5.MQ-2型半导体可燃气体敏感元件特点：半导体可燃气体传感器MQ-2所使用的气敏材料是在清洁空气中电导率较低的二氧化锡(SnO2)。当传感器所处环境中存在可燃气体时，传感器的电导率随空气中可燃气体浓度的增加而增大。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。MQ-2半导体可燃气体传感器对液化气、丙烷、氢气的灵敏度高，对天然气和其它可燃蒸汽的检测也很理想。这种传感器可检测多种可燃性气体，是一款适合多种应用的低成本传感器。（1）在较宽的浓度范围内对可燃气体有良好的灵敏度 （2）对液化气、丙烷、氢气的灵敏度较高 （3）长寿命、低成本 （4）简单的驱动电路即可 （5）家庭用气体泄漏报警器（6）工业用可燃气体报警器（7）便携式气体检测器 可用于家庭和工厂的气体泄漏监测装置， 适宜于液化气、丁烷、丙烷、甲烷、酒精、氢气、烟雾等的探测。灵敏度调整：MQ-2型气敏元件对不同种类、不同浓度的气体有不同的电阻值因此，在使用此类型气敏元件时，灵敏度的调整是很重要的。 2.3.3 输入通道方案选择根据设计方案，需将外界测得的温度和烟雾等模拟量输入转化成数字量。本设计采用了A/D转换器，可以将多路模拟量进行转化，因而省略了多路开关。A/D转换器的种类很多，就位数来分，有8位，10位，12位，16位等。位数越高，其分辨率也越高，但价格也越贵。而就其结构而言，有单一的A/D转换器，有内含多路开关的A/D转换器。根据设计需要，确定转换器的位数为8位。2.3.4 外围设备的选择1.显示器的选择，可以作为显示器的有LED、LCD、CRT等。(1)LED（Light Emitting Diode）发光二极管，是一种固态的半导体器件，它可以直接把电转化为光。LED晶片的一端附着在一个支架上，一端是负极，另一端连接电源的正极，使整个晶片被环氧树脂封装起来。半导体晶片由两部分组成，一部分是P型半导体，在它里面空穴占主导地位，另一端是N型半导体，在这边主要是电子。但这两种半导体连接起来的时候，它们之间就形成一个“P-N结”。当电流通过导线作用于这个晶片的时候，电子就会被推向P区，在P区里电子跟空穴复合，然后就会以光子的形式发出能量，这就是LED发光的原理。而光的波长决定光的颜色，是由形成P-N结材料决定的。它具有以下特点：1）体积小LED基本上是一块很小的晶片被封装在环氧树脂里面，所以它非常小，非常轻。 2）耗电量低LED耗电相当低，直流驱动，超低功耗（单管0.03-0.06瓦），电光功率转换接近100%。一般来说LED的工作电压是2-3.6V，工作电流是0.02-0.03A；这就是说，它消耗的电能不超过0.1W，比传统光源节能80%以上。 3）使用寿命长有人称LED光源为长寿灯。它为固体冷光源，环氧树脂封装，灯体内也没有松动的部分，不存在灯丝发光易烧、热沉积、光衰等缺点，在恰当的电流和电压下，使用寿命可达6万到10万小时，比传统光源寿命长10倍以上。 4）高亮度、低热量LED使用冷发光技术，发热量比普通照明灯具低很多。 5）环保LED是由无毒的材料做成，同时LED也可以回收再利用。光谱中没有紫外线和红外线，既没有热量，也没有辐射，眩光小，冷光源，可以安全触摸，属于典型的绿色照明光源 6）坚固耐用LED被完全封装在环氧树脂里面，比灯泡和荧光灯管都坚固。灯体内也没有松动的部分，使得LED不易损坏。7）多变幻LED光源可利用红、绿、蓝三基色原理，在计算机技术控制下使三种颜色具有256级灰度并任意混合，可产生256×256×25616777216种颜色，形成不同光色的组合变化多端，实现丰富多彩的动态变化效果及各种图像。 它的缺点：当前价格还太高，光通量低，当前同等照度设计的LED光源价格大约相当于传统光源的4倍。（2）LCD （Liquid Crystal Display ）LCD是一种液晶显示器，它的构造是在两片平行的玻璃当中放置液态的晶体，两片玻璃中间有许多垂直和水平的细小电线，透过通电与否来控制杆状水晶分子改变方向，将光线折射出来产生画面，其具有以下优点：1）由于CRT显示器是靠偏转线圈产生的电磁场来控制电子束的，而由于电子束在屏幕上又不可能绝对定位，所以CRT显示器往往会存在不同程度的几何失真，线性失真情况。而LCD由于其原理问题不会出现任何的几何失真，线性失真，这也是一大优点。 2）与传统CRT相比液晶在环保方面也表现的不错，这是因为LCD内部不存在像CRT那样的高压元器件，所以其不至于出现由于高压导致的x射线超标的情况，所以其辐射指标普遍比CRT要低一些。 3）LCD与传统CRT相比最大的优点还是在于耗电量和体积，对于传统17寸CRT来讲，其功耗几乎都在80W以上，而17寸液晶的功耗大多数都再40W上下，这样算下来，液晶在节能方面可谓优势明显。LCD缺点：1）价格相对crt要高；2）可视角度较小，色彩不好；3）反应速度慢，有拖影问题；4）亮度和对比度不如crt；5）分辨率固定，非标准分辨率下显示效果差；6）维修费用昂贵。（3）CRT优缺点：CRT是一种使用阴极射线管(Cathode Ray Tube)的显示器，主要有五部分组成：电子枪(Electron Gun)，偏转线圈(Deflection coils)，荫罩(Shadow mask)，荧光粉层(Phosphor)及玻璃外壳。CRT纯平显示器具有可视角度大、无坏点、色彩还原度高、色度均匀、可调节的多分辨率模式、响应时间极短等LCD显示器难以超越的优点，而且现在的CRT显示器价格要比LCD显示器便宜不少。但是它具有辐射，对人体有害。由于LED具有体积小，耗电量省，高亮度，长寿命，环保，所以根据本文的系统要求选择led作为显示装置。2.键盘的选择可以做键盘的有：独立式按键，矩阵式按键，独立式键盘主要用于按键较少的场合，矩阵式键盘主要用于按键较多的场合，也称行列式键盘。由于只需要一个键控制复位装置，所以选择独立式键盘。3. 报警电路的设计报警电路是由一个三极管、一个74ALS08芯片和蜂鸣器组成。当温度值在设定的范围时，单片机AT89C52不发出动作命令，当超出温度设定值值，单片机发出动作命令，使三极管导通从而发出蜂鸣声进行报警来提醒操作人员实施相应的补救措施。第3章 系统硬件设计3.1 控制单元电路设计：根据系统总体方案设计，本设计选用AT89C52单片机。AT89S52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。使用Atmel公司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允许程序存储器在系统可编程，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AT89C52为众多嵌入式控制应用系统提供高灵活、有效的解决方案。AT89S52的标准功能: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，AT89S52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。3.1.1 引脚特性AT89S51单片机为40引脚双列直插式封装，其引脚排列和逻辑符号如图3-1所示。P0口：P0口是一个8位漏极开路的双向I/O口。作为输出口，每位能驱动8个TTL逻辑电平。对P0端口写“1”时，引脚用作高阻抗输入。当访问外部程序和数据存储器时，P0口也被作为低8位地址/数据复用。在这种模式下，P0具有内部上拉电阻。在flash编程时，P0口也用来接收指令字节；在程序校验时，输出指令字节。程序校验时，需要外部上拉电阻。P1口：P1口是一个具有内部上拉电阻的8 位双向I/O口，p1输出缓冲器能驱动4个TTL逻辑电平。对P1端口写“1”时，内部上拉电阻把端口拉高，此时可以作为输入口使用。作为输入使用时，被外部拉低的引脚由于内部电阻的原因，将输出电流（IIL）。 此外，P1.0和P1.2分别作定时器/计数器2的外部计数输入（P1.0/T2）和时器/计数器2 的触发输入（P1.1/T2EX），具体如下： 图3-1 AT89C52引脚图引脚号第二功能 P1.0 T2（定时器/计数器T2的外部计数输入），时钟输出 P1.1 T2EX（定时器/计数器T2的捕捉/重载触发信号和方向控制） P1.5 MOSI（在系统编程用） P1.6 MISO（在系统编程用） P1.7 SCK（在系统编程用）在flash编程和校验时，P1口接收低8位地址字节。 P2 口：P2 口是一个具有内部上拉电阻的8 位双向I/O 口，P2 输出缓冲器能驱动4个TTL逻辑电平。对P2端口写“1”时，内部上拉电阻把端口拉高，此时可以作为输入口使用。作为输入使用时，被外部拉低的引脚由于内部电阻的原因，将输出电流（IIL）。在访问外部程序存储器或用16位地址读取外部数据存储器（例如执行MOVX DPTR）时，P2口送出高八位地址。在这种应用中，P2口使用很强的内部上拉发送1。在使用8位地址（如MOVX RI）访问外部数据存储器时，P2口输出P2锁存器的内容。在flash编程和校验时，P2口也接收高8位地址字节和一些控制信号。P3 口：P3 口是一个具有内部上拉电阻的8 位双向I/O 口，p2 输出缓冲器能驱动4个TTL逻辑电平。对P3端口写“1”时，内部上拉电阻把端口拉高，此时可以作为输入口使用。作为输入使用时，被外部拉低的引脚由于内部电阻的原因，将输出电流（IIL）。P3口亦作为AT89S52特殊功能（第二功能）使用，具体如下：端口引脚第二功能P3.0 RXD(串行输入口)P3.1 TXD(串行输出口)P3.2 INTO(外中断0)P3.3 INT1(外中断1)P3.4 TO(定时/计数器0)P3.5 T1(定时/计数器1)P3.6 WR(外部数据存储器写选通)P3.7 RD(外部数据存储器读选通)在flash编程和校验时，P3口也接收一些控制信号。此外，P3口还接收一些用于FLASH闪存编程和程序校验的控制信号。RST复位输入。当振荡器工作时，RST引脚出现两个机器周期以上高电平将是单片机复位。ALE/PROG当访问外部程序存储器或数据存储器时，ALE（地址锁存允许）输出脉冲用于锁存地址的低8位字节。一般情况下，ALE仍以时钟振荡频率的1/6输出固定的脉冲信号，因此它可对外输出时钟或用于定时目的。要注意的是：每当访问外部数据存储器时将跳过一个ALE脉冲。对FLASH存储器编程期间，该脚还用于输入编程脉冲（PROG）。如有必要，可通过对特殊功能寄存器（SFR）区中的8EH单元的D0位置位，可禁止ALE操作。该位置位后，只有一条MOVX和MOVC指令才能将ALE激活。此外，该引脚会被微弱拉高，单片机执行外部程序时，应设置ALE禁止位无效。PSEN程序储存允许（PSEN）输出是外部程序存储器的读选通信号，当AT89C52由外部程序存储器取指令（或数据）时，每个机器周期两次PSEN有效，即输出两个脉冲，在此期间，当访问外部数据存储器，将跳过两次PSEN信号。EA/VPP外部访问允许，欲使CPU仅访问外部程序存储器（地址为0000H-FFFFH），EA端必须保持低电平（接地）。需注意的是：如果加密位LB1被编程，复位时内部会锁存EA端状态。如EA端为高电平（接Vcc端），CPU则执行内部程序存储器的指令。FLASH存储器编程时，该引脚加上+12V的编程允许电源Vpp，当然这必须是该器件是使用12V编程电压Vpp。3.1.2 晶振电路设计1. 晶振是为电路提供频率基准的元器件，通常分成有源晶振和无源晶振两个大类，无源晶振需要芯片内部有振荡器，并且晶振的信号电压根据起振电路而定，允许不同的电压，但无源晶振通常信号质量和精度较差，需要精确匹配外围电路（电感、电容、电阻等），如需更换晶振时要同时更换外围的电路。有源晶振不需要芯片的内部振荡器，可以提供高精度的频率基准，信号质量也较无源晶振要好。因价格等因素，实际应用中多采用无源晶振设计的电路居多，本系统也采用的是无源晶振。如图3-2所示就有一个频率为12M的晶振，匹配电容是两个30P的瓷片电容，使单片机正常工作。图3-2 晶振电路 2.晶振电路的作用：电容大小没有固定值。一般二三十p。晶振是给单片机提供工作信号脉冲的。这个脉冲就是单片机的工作速度。比如 12M晶振。单片机工作速度就是每秒 12M。和电脑的 CPU概念一样。当然。单片机的工作频率是有范围的。不能太大。一般 24M就不上去了。不然不稳定。3.1.3 复位电路设计单片机复位电路是指单片机的初始化操作。单片机启动运行时，都需要先复位，其作用是使CPU和系统中其他部件处于一个确定的初始状态，并从这个状态开始工作。因而，复位是一个重要的操作方式。但单片机本身是不能自动进行复位的，必须配合相应的外部电路才