鲍春光+++张浪

摘 要：文章研究的防火防盗报警器以80C51单片机为核心，可以区别火灾报警和非法闯入报警两种报警类型。系统由主芯片电路、数码显示电路、声光报警电路和信号采集电路组成。其中数码显示电路采用共阴极数码管，声光报警电路由9012三极管、LED和扬声器组成，信号采集电路中传感器采用温度传感器和红外发射对管，当传感器检测到温度和遮挡信号后，发送信号到CPU进行处理，驱动声光报警电路发出声音和光信号进行报警，并显示报警的类别。系统经过仿真测试，达到了设计要求。

关键词：动态扫描显示技术；传感器；声光报警；80C51

随着我国信息技术产业的快速发展，人们生活水平的日益提高，以及人们对于自身安全和生活周边环境安全的日益重视，对于防火防盗的需求也大大增加，尤其对于偷盗、火灾等事故进行报警和监测[1]的要求也愈高，同时人们也对报警器的简单、方便、实用和性价比提出了要求。

本设计正是基于这种现状，对于防火防盗的简单实用系统的需求，开发了一套利用温度传感器、红外线传感器和自动控制中的报警系统，配合80C51主芯片设计的声光报警系统。本文设计不同于一般的PLC及硬件组成的控制系统[2]，是以单片机为主体设计的自动报警系统。为确保传送到单片机的信息的安全、可靠，采用温度传感器、红外线传感器技术来实现信号的采集，还可扩展其多功能报警类别[3]。即可检测非法闯入和火灾两种报警类型，并用数码管显示报警类别，这是本品的一个特色。本文产品成本低、性能好，具有较高的性价比，有着广阔的市场前景[4]。

1 系统硬件电路的设计

系统硬件电路由主芯片电路、声光报警电路、传感器电路、数码显示电路和电源电路等组成。

1.1 主芯片电路

80C51系列单片机在各种产品中应用频繁，它以系统结构合理，技术成熟，多年占据单片机系统的主流地位。80C51单片机主要由以下部分组成：（1）CPU系统；（2）存储器系统；（3）I/O口和其他动能单元。80C51系列单片机封装分为采用双列直插式（DIP）和贴片式LCC。本文考虑到系统成本和电路设计难度，选用主芯片80C51，采用常用的总线型DIP40封装。

1.2 声光报警电路组成及原理

该部分电路主要采用9012三级管Q1、发光二级管LED（D1）、若干电阻及扬声器LS1组成。单片机P3.1口接发光二极管D1，发光二极管D1再接R1，最后R1接電源VCC，从而构成报警器的发光部分。P3.7口接R2，R2接三级管Q1的基极，三极管发射极接电源VCC，接收级接扬声器，扬声器的另一端接电阻R11，再接地端，也就构成了报警器的发声部分。

电路工作过程如下：首先设定温度传感器的阈值为65℃。当温度传感器检测到周围温度上升到65℃以上或红外对管有遮挡时，单片机P3.7脚就输出低电平，三极管Q1导通，扬声器通过电阻R11后接地，即扬声器发出报警声，同时LED发光。反之，没有触发报警信号时，单片机P3.1和P3.7引脚输出的是高电平，三极管Q1截止，扬声器和发光二极管都不工作。此方案性能稳定、电路简单[5]。组成如图1所示。

1.3 显示电路组成及原理

在一般电子系统中与人类感官最直接相关的就是人机交互设备。在本文中即是显示电路，它是可以显示系统的报警类型，本文的显示电路采用共阴极即低电平驱动数码管。其共阴级数码管工作原理为：其8各发光二极管的阴极在数码管内部全部连接在一起，所以成“共阴”，而它们的阳级是独立的，在设计电路时把阴极接地。当给数码管的任一个阳极加一个高电平时，对应的发光二极管就点亮了[6]。

1.4 电源电路设计

本系统采用市电供电，因此需要设计电源电路进行变压，给系统各部分提供能量。电源原理图如图2所示。

其工作过程为：市电经过变压器后变为5V左右交流电，然后经过四只IN4O01整流二极管组成的全波整流电路后，将降压后的交流电转换为直流电，最后经过滤波电容滤波和三端稳压器W7805后输出稳定的+5v的电压[7]，供给系统各部分电路。发光二极管D5，作为供电的指示器，来显示是否有电，以通知用户检查[8]。

2 系统软件设计

2.1 系统主程序设计

主程序的执行从串口初始化开始，包括设置定时器1为模式2，装初值设定波特率，波特率为9600bit/s，启动定时器，设置设置串口通信模式为方式1，使串口允许接受数据，波特率不倍频，开总中断，开串行中断。然后进行温度转换，先复位温度传感器DS18B20，跳过ROM匹配，写温度转换指令。这样就可以获取温度值了，同样首先复位温度传感器DS18B20，跳过ROM匹配，发送读温度命令，分别读出高八位和低八位，进行转换得到真实的十进制温度值，与所设定的65℃进行比较，大于等于此值就进行声光报警并显示火警和火灾地点。否则顺序查看P1.1～P1.7口是否为低电平，若是则进行声光报警并显示类型和地点，否则返回不断循环。

2.2 温度传感器电路设计

读DS18B20指令字节的流程：首先进行DS18B20的初始化，再对ROM进行操作命令，最后对存储器进行操作。其中每一步操作都要遵循严格的工作时序和通信协议。本文温度传感器电路设计时，根据DS18B20的通信协议，须经三个步骤：（1）每一次读写之前都需要先对DS18B20进行复位；（2）发送一条ROM指令；（3）发送RAM指令，以上操作完成后才能对DS18B20进行预定的操作。

DS18B20 复位流程：数据端先置位后，再将数据端清零，然后延时480us，继续将数据端置位，检测数据端是否为低电平，如果为低电平，就设置标志位表示存在，然后延时180us，数据端置位，复位完成。

写DS18B20指令字节的流程：把进位标志位清零，再把数据端清零，然后延时15us，循环右移一次，进位标志位值送数据段，继续延时30us，然后数据端置位，查看指令字节是否写完，写完即完成。

2.3 红外传感器电路设计

红外传感器对管由发射管D7和接收管D8组成。当D7和D8之间有遮挡时，反向电压起作用，接收管反向饱和漏电流迅速增加，即形成了光电流，当光电流通过与三极管连接的电阻时，在电阻两端将会产生随入射光变化的电压信号，此时输出高电平，三极管Q1截止，报警电路不工作；当发射管和接收管之间有物体遮挡时，电路中也有很小的反向饱和漏电流，此时相当于光敏二极管截止，此时输出低电平，三极管Q1也导通，此时报警电路蜂鸣器响起，LED闪烁。红外传感器流程图如图3所示：

3 系统调试与问题分析

系统调试分为模块调试和整机联调。本设计借助于单片机仿真开发器进行整体编译调试仿真，在仿真过程中利用单步、断点调试仿真的方式进行各模块的调试。

仿真步驟如下：（1）硬件仿真设计的建立：使用菜单 “File-New”或者点击工具栏的新建文件按钮，即可以打开一个新的硬件设计编辑窗口，在该窗口左上角找到元件库选项，进入元件库中找到所需元件，七段数码管、80C51单片机、温度传感器DS18B20、发光二极管、三极管、电阻、扬声器等，按要求链接好硬件电路。保存该文件，扩展名为（.DSN），这里将文件保存为声光报警器.DSN。（2）硬件仿真的实现：打开硬件设计，左键双击80C51单片机即可弹出导入KEIL所生成的HEX文件的窗口，导入文件并选择12M的时钟频率，点击确定即可进行仿真。

在系统调试过程中，遇到很多棘手问题，其中包括以下内容：

（1）用sbit在函数内部定义位变量时编译识别不了。

解决方法：通过查资料知道用sbit定义位变量时要在主函数执行之前先声明。

（2）仿真时程序运行正确了，但七段数码管却不显示。

解决方法：由于我的显示七段数码管连接在80C51单片机的P0口，由于P0口输出驱动电路中无上拉电阻，使用时外电路需再接上拉电阻。

4 结束语

本文考虑产品的性价比，以80C51单片机为主芯片，经过对实际应用需求的分析，设计了两种报警类型的声光报警器，经过实际测试，达到了预期要求，而且通过对软件部分主要算法的优化，完善了系统性能。后期系统将增加更多的传感器元件，不断进行扩展和完善。

参考文献

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[2]钟雯，胡家杰.机械类课程设计、毕业设计与选题精选[M].北京：化学工业出版社，2010：115-135.

[3]李振.物流结点防火防盗自动监测报警系统[J].物流技术学报，1994：1-2.

[4]王芳，蒋国平，等.智能化住宅防盗防火报警系统设计[J].传感器技术，2002（21）：25-27.

[5]港元.电工电子指导[M].江西：江西科学技术出版社，2005：79-97，225-234.

[6]周丽娜.protel 99 SE电路设计技术[M].北京：中国铁道出版社，2009：20-200.

[7]M.Mike.Useful tips ease interfacing of logic devices in mixed 3V and 5V systems[J].Houston：Electronic Design，2000，6：1-10.

[8]孙余凯，吴鸣山，等.传感器应用电路300例[M].北京：中国铁道出版社，2008：1-6.

作者简介：鲍春光（1999-），男，山东乳山人，研究方向：电子技术和计算机技术等。