1.1课题研究背景及意义
在所有灾害中，火灾事故是最常见、最广泛的重大灾害之一，威胁着群众的安全以及社会和经济发展。它威胁着每个人的身心健康，生命和财务安全。一旦发生火灾，就可以立即将无数资产变成灰烬，造成的损失大约是地震灾难的五倍，仅次于干旱和台风灾害、洪水灾害。火灾事故是指因可燃材料着火而造成的灾难，这些可燃材料会随着时间的流逝而失去控制。在古代火种虽然给人们带来文明的发、活力和温暖，但是在失控时也会给人们带来巨大的灾难。随着经济发展和城市建设的飞速发展，大城市的高层住宅楼，地下楼房和大中型综合工程楼房也在增加，以至于火灾隐患也大大增加。因此火灾事故和造成的破坏总数正在逐步增加。
实际上，火灾事故对社会的发展会造成很多危害。它不仅会破坏资产并导致公共秩序混乱，而且会直接威胁到人身安全。残酷的现实使每个人都应该认识和了解消防安全的必要性。监控系统和即时报警系统可以大大减少员工的伤亡，并减少对社会发展的不必要损害。为了更好地满足这一需求，开发了智能火灾事故自动报警设备，并且随着功能、结构和方法的不断改进，智能火灾事故自动报警设备自身的技术实力也在不断提高。毫无疑问，建立一个功能齐全的自动控制系统和消防设备对于确保人们的自身安全至关重要[2]。
随着电子设备在人们日常生活中的应用变得越来越普遍，火灾报警系统已不再是传统意义上的简单报警系统，而是已集成到电子信息技术。各个行业的专业知识，例如设备的应用。随着科学技术的不断发展，火灾报警系统最终将获得快速的发展趋势，销售市场迫切需要一种体积小，稳定性高，应用简单的火灾报警系统自动控制。
2.1设计要求
系统以STC89C52单片机为CPU进行设计，采用单片机采集温度，使用4位数字显像管显示温度值，设置三个功能键调节报警温度值，当温度超过设定的上限和下限时报警。系统硬件配置电路分为五个部分：温度电路、键盘电路、烟雾A / D转换电路、声音报警电路和显示电路。当气体传感器检测到火灾事故释放的浓烟时，数据信号传输的ADC0832将对数据信号进行转换，以解决位移系数转换，然后由单片机设计并执行解决方案。当浓度值超过标准值时，将发出警报。另外，系统软件还可以检查温度，发生火灾时工作温度会升高。当检测到温度超过设定的警报温度时，发出警报。
设置三个功能键，紧急报警功能键，人为报警和取消报警，即手动报警。左边的第一个是警报温度的设置。按一次进入警报温度限制设置。此时，将执行极限温度设置并闪烁指示。按两次进入警报温度下限设置，开始下限温度设置，闪烁指示。按三次进入警报烟气浓度值水平设置。此时，发生1，进行浓度值水平设定，并闪烁指示。第二个功能键是减小键，按1减小。第三个功能键是提升键，按一次提升键1。
2.2总体设计方案
更全面地讲，本设计方案的火灾报警系统由火灾事故检测部分（温度和烟雾传感器），报警控制板（微计算机设计），报警器和指示部分（数字显示管）组成。系统软件的打字部分、解决部分、输出部分。火灾事故检测部分是基于火灾事故中的烟雾浓度和蒸汽温度来实现的，并将检测到的数据信号转换为模拟信号并发送到控制板，这是单片机设计。单片机设计将在接收到数据信号后分析并解析该数据信号，以区分是否超出了报警系统设定的值，并在显示屏上指示当前的温度和烟气浓度值。如果识别出火灾事故，警报系统将在微控制器设计的指导下启动警报，以警告发生火灾事故。系统框图如下图2-1所示：
图2-1 系统框图
3.1单片机最小系统电路设计
3.1.1单片机的最小系统
单片机的最小系统：就是通过使用最少的元器件使得单片机可以正常进行工作的器件，在此次选择的单片机STC89C52单片机，该单片机的最小系统主要包括单片机STC89C52。晶振电路和复位电路，选择的单片机STC89C52微控制器为40引脚双列直插式集成IC。 MCS-51 MCU具有4个8位I / O端口（分别为P0，P1，P2，P3），每个I / O线都可以单独输出或输入。
第9引脚是复位输入端子。连接电容，电阻和电源开关后，就是上电复位电路了。 20引脚是接地端子，而40引脚是电源端子。晶体振荡选择12MHZ。由于微控制器设计仅访问片内Flash ROM并执行内部程序存储器中的命令，因此由微控制器设计的31引脚连接到高电平VCC[12]。单片机最小系统如图3-1所示。
图3-1 单片机最小系统
3.2DS18B20测温电路
此次选择的测温电路为DS18B20,该测温传感器和其它的传感器相比，具有可直接读取温度值，接线简单的优点，接线如下图3-2所示，如若单线接口的话，只需要一个接口的引脚就可以进行通讯。该传感器可以在三线制上并联连接，使得可以构成更多的联网，他还具有设置报警的功能。用户可以通过报警的定义进行设置。在电源正负连接时，如果连接错误，也不会因为过热而被烧坏，只是不能正常工作而已[13]。
图3-2 DS18B20测温电路
3.3.1MQ-2烟雾传感器工作原理
本设计方案采用MQ-2烟雾传感器。根据原理，它可以分为电阻型和非电阻型。还有用于半导体材料的N型和P型烟雾传感器。在检查过程中，N型电阻值会随着烟气浓度值的增加而减小； P型的电阻值随着烟气浓度值的增加而增加。该传感器具有很多的优点：灵敏性高、响应速度快、使用寿命长、抗干扰能力强。
MQ-2的工作原理为：在检测到可燃气体时，可燃气体被离子吸收在该传感器的二氧化锡表面，使得降低了二氧化锡的电子浓度，降低了传感器的电阻值。当检测不到烟雾浓度的时候，传感器表面的二氧化锡会自动去修复氧的负离子吸附，使得电阻值可以恢复到开始的状态[14]。
3.3.2MQ-2型传感器的特性及主要技术指标
MQ-2传感器具有出色的抗干扰能力，并且可以准确地除去刺激的和不可燃浓烟的信息内容。电路工作中具有很宽的工作电压范围，可以低于24V。加热工作电压为5±0.2V。 MQ-2传感器的主要参数：控制回路工作电压：（Vc）5〜24V；采样电阻：（RL）0.1〜20K;加热工作电压：（VH）5±0.2V;制热输出功率：（P）约750mW；响应速度：Tres <10秒；修复时间：Trec <30秒[15]。
3.3.3烟雾传感器转换电路
烟雾传感器MQ-2由ADC0832转换，然后连接到MCU端口号。引脚7连接到引脚P3.5，引脚5和6连接到引脚P3.6，烟雾传感器转换电路如图3-3所示。
图3-3 烟雾传感器转换电路
3.5显示部分设计
在此阶段，控制面板使用液晶显示器更为普遍。 LCD1602显示主要通过采用点阵取字符的方法进行显示。尽管点矩阵LCD屏幕没有TFT显示屏，但它更美观，更优雅，显示更全面，而且在成本，人工和编码方面具有很大的优势。因此，当不需要使用TFT时，可以使用LCD1602。根据应用程序，我们可以应用已经封装好的英文字母的点阵字符及其数字的字模，从而进一步提高工作效率。可以根据LED背光源的颜色来改变LED背光源，这将导致不同的颜色标识符[18]。自然地，如果选择纯色段LCD屏幕比较容易，但是这种显示并不适合所有人，并且必须要去模，但是优点是易于调整，而且更加美观大方。
图3-5 LCD显示电路原理图
4.2主程序流程设计
系统的主流程图如图4-2所示。在主程序中：首先对各个模块进行初始化，随后进入while主循环，在主循环中，首先进入第一个函数按键函数，该函数主要分为两部分，第一部分为调用按键扫描函数获取按键键值，第二部分通过键值进行相应的处理操作，比如切换界面、设置温度最大值、烟雾浓度最大值等；紧接着进入第二个函数监测函数，该函数主要通过调用温度检测模块和烟雾检测模块分别检测温度和烟雾浓度；紧接着进入第三个函数显示函数，该函数根据不同的显示模式标志位，显示不同的界面，包括主界面显示温度、烟雾浓度，其他界面显示温度最大值、烟雾最大值、发送时间等；紧接着进入第四个函数处理函数，该函数首先判断当前温度、烟雾浓度是否大于最大值，如果大于最大值，则继电器闭合，进行声光报警并发送“火灾报警”短信，若火灾未灭，则一分钟后再发送一次“火灾报警”短信；最后，通过一个延时函数和计数公式，限制各函数扫描时间。其部分主程序源码如下所示：
4.3按键函数流程设计
按键函数子流程图如图4-3所示；按键设置函数首先通过按键扫描函数，获取按键按下的键值，通过不同的键值，进行相应变量的改变。如果获取的键值为1，则切换界面。如果获取的键值为2，在界面1时，温度最大值+1；在界面2时，烟雾浓度最大值+1；在界面3时，发送时间+1。如果获取的键值为3，在界面1时，温度最大值-1；在界面2时，烟雾浓度最大值-1；在界面3时，发送时间-1。其部分程序源码如下所示：
第五章 仿真测试
proteus仿真图
系统原理图及PCB板
原理图
PCB线路板图
第六章 系统调试
6.1系统总体设计
首先要做的是电路焊接，分为十三个模块，分别是电源模块、显示模块、单片机模块、复位电路模块、晶振电路模块、下载模块、独立按键模块、GSM模块、温度检测模块、烟雾检测模块、继电器带动负载模块、LED和蜂鸣器。单片机模块采用了STC89C52芯片；显示模块采用LCD1602显示温度、烟雾浓度；独立按键用于调整温度最大值、烟雾浓度最大值、发送时间；GSM模块用于给手机发送短信；温度检测模块采用DS18B20检测温度；烟雾检测模块采用MQ-2和ADC0832获取烟雾浓度；下图5-1为焊接完整系统图：
图6-1 完整焊接系统图
6.2设置温度、烟雾最大值系统测试
如图5-2-1所示，接入电源，测试一切正常后，此时显示当前的温度、烟雾浓度。通过按键中的S2“设置”键切换到设置温度、烟雾浓度最大值的界面，如图6-2-2所示。然后通过S4“减”键和S3“加”键调整温度、烟雾浓度最大值，如图5-2-3所示。此外，在调整最大值时，光标会闪烁。
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