基于單片機的煙霧檢測設計說明書

中國礦業(yè)大學銀川學院 基于單片機的傳感器基于單片機的傳感器 說明書說明書 題目 基于單片機的煙霧報警系統(tǒng) 系別 班級 成員 1 摘要摘要 科學技術的飛速發(fā)展與進步給人們的生活帶來了前所未有的便利 使 人們的衣食住行條件得到了極大的改善 然而其負面的作用也隨之凸顯出 來 易燃裝飾材料等我們身邊經常接觸到的一些普通生活用品 為火災的 發(fā)生埋下了巨大的隱患 人們在享受科技帶來的便利之外無時不在受到潛 在的火災的威脅 我們必須設計和完善火災自動報警系統(tǒng) 提高火災的預 警與早期處理水平 將火災消滅在萌芽狀態(tài) 最大限度地減少社會財富的 損失 關鍵詞 關鍵詞 煙霧煙霧 溫度 溫度 報警器報警器 傳感器 單片機 傳感器 單片機 2 1 章章 緒論緒論 1 1 設計的背景和意義設計的背景和意義 在各種災害中 火災是最經常 最普遍地威脅到公眾安全和社會發(fā)展的主要災害之 一 它威脅著人們的健康 生命和財產安全 一旦引發(fā)火災 就能使成千上萬的財產 瞬間變?yōu)榛覡a 其所造成的損失約為地震的 5 倍 僅次于干旱和洪澇災害 火災自動報警系統(tǒng)能迅速監(jiān)測火情 可發(fā)現(xiàn)人們不易發(fā)覺的火災早期特征 可將火 災帶來的生命財產損失降到最低限度 智能型火災報警系統(tǒng)是一個集信號檢測 傳輸 處理 報警于一體的系統(tǒng) 基于社會和經濟方面的需求 本課設計為了在開發(fā)一個能 夠實時監(jiān)控 報警的智能火災報警系統(tǒng) 1 2 火災發(fā)生時的特點火災發(fā)生時的特點 普通可燃物在燃燒時表現(xiàn)為以下形式 首先是產生燃燒氣體 然后是煙霧 在氧 氣充足的條件下才能達到全部燃燒 產生火焰 發(fā)出可見光和不可見光 并散發(fā)出大 量的熱 使環(huán)境溫度升高 起火過程中 起初和陰燃兩個階段所占的時間比較長 雖 然產生大量的煙霧 但是環(huán)境溫度不太高 若探測器就應該從此階段開始進行探測 就可以火災損失控制在最小限度 火焰燃燒后 迅速蔓延 產生大量的熱使得環(huán)境溫 度升高 如果能將這時能夠探測到有效地溫度值 就可以比較及時地控制火災 第第 2 章章 系統(tǒng)總體方案設計系統(tǒng)總體方案設計 2 1 設計要求設計要求 1 熟悉 51 單片機集成開發(fā)環(huán)境 運用 C 語言編寫工程文件 2 熟練應用所選用單片機的內部結構 資源 以及軟硬件調試設備的基本方法 3 構建基于單片機的最小系統(tǒng) 完成相關硬件電路的設計實現(xiàn) 4 理解火災報警系統(tǒng)的原理和掌握實現(xiàn)方法 2 2 單片機的選擇單片機的選擇 采用單片機作為系統(tǒng)控制器 單片機具有可靠性強 性價比搞 電壓低 功耗低等 優(yōu)點得到迅猛發(fā)展和大范圍推廣 單片機算術運算功能強 軟件編程靈活 自由度大 可用軟件編程實現(xiàn)各種邏輯功能 本身帶有定時器 計數(shù)器 可以用來定時和計數(shù) 并且其功耗低 體積小 計數(shù)成熟和成本低等優(yōu)點 用 STC89C52 單片機作為控制器 3 2 3 顯示器的選擇顯示器的選擇 采用 LCD 液晶顯示屏 液晶顯示屏的顯示功能強大 可顯示大量文字 圖形 顯 示多樣 清晰可見 對于本設計而言 一個 1602 的液晶屏即可 價格也還實惠 所以 此設計中采用 LCD1602 液晶顯示屏作為顯示模塊 第第 3 章章 系統(tǒng)硬件設計系統(tǒng)硬件設計 3 1 整體方案設計整體方案設計 3 1 1 系統(tǒng)概述系統(tǒng)概述 整個系統(tǒng)以 STC89C52 單片機為核心器件 配合電阻電容晶振等器件 構成單片機 的最小系統(tǒng) 其它個模塊圍繞著單片機最小系統(tǒng)展開 其中包括 煙霧采集傳感器選 用 MQ 2 由于該傳感器輸出的是模擬信號 因此需要模數(shù)轉換芯片 ADC0832 把模擬 信號轉為數(shù)字信號再傳給單片機 溫度采集使用 DS18B20 數(shù)字傳感器 該傳感器通過 單總線和單片機相連 顯示設備使用 1602 液晶 可以在屏幕上顯示實時煙霧濃度值 溫度值 報警濃度等信息 報警模塊則采用蜂鳴器和 LED 燈組成 兩個 LED 分別代表 了煙霧報警指示和溫度報警指示 無論哪個因素超標 蜂鳴器都會鳴叫報警 本設計 還有 3 個按鍵作為操作輸入設備 可以用來調節(jié)報警閾值的大小 最后是供電采用常 用的 USB 5V 進行供電 3 1 2 系統(tǒng)框圖系統(tǒng)框圖 3 1 系統(tǒng)框圖 單片機 最小系統(tǒng) 煙霧傳感器模數(shù)轉換 液晶模塊 溫度傳感器 電源模塊 報警模塊 按鍵模塊 4 P10 1 P11 2 P12 3 P13 4 P14 5 P15 6 P16 7 P17 8 RESET 9 P30 RXD 10 P31 TXD 11 P32 INT0 12 P33 INT1 13 P34 T0 14 P35 T1 15 P36 WR 16 P37 RD 17 XTAL2 18 XTAL1 19 GND 20 P20 21 P21 22 P22 23 P23 24 P24 25 P25 26 P26 27 P27 28 PSEN 29 ALE 30 EA 31 P07 32 P06 33 P05 34 P04 35 P03 36 P02 37 P01 38 P00 39 VCC 40 3 2 最小系統(tǒng)模塊最小系統(tǒng)模塊 3 2 1 STC89C52 簡介簡介 1 概述 STC89C52 是一個低電壓 高性能 CMOS 8 位單片機 片內含 8k bytes 的可反復 擦寫的 Flash 只讀程序存儲器和 256 bytes 的隨機存取數(shù)據存儲器 RAM 功能 強大的 STC89C52 單片機可為您提供許多較復雜系統(tǒng)控制應用場合 STC89C52 有 40 個引腳 32 個外部雙向輸入 輸出 I O 端口 同時內含 2 個 外中斷口 3 個 16 位可編程定時計數(shù)器 2 個全雙工串行通信口 2 個讀寫口線 STC89C52 有 PDIP PQFP TQFP 及 PLCC 等三種封裝形式 以適應不同產品的需求 2 8051 單片機的引腳 MCS 51 系列單片機一般采用 40 個引腳 雙列直插式封裝 用 HMOS 工藝制造 其外部引腳排列如圖所示 STC89C52 引腳圖 3 2 2 最小系統(tǒng)電路最小系統(tǒng)電路 STC89C52 的最小系統(tǒng)如圖所示 整個最小系統(tǒng)由三個部分組成 晶振電路部分 復位電路部分 電源電路等三個部分組成 單片機復位電路就好比電腦的重啟部分 當電腦在使用中出現(xiàn)死機 按下重啟按 鈕電腦內部的程序從頭開始執(zhí)行 單片機也一樣 當單片機系統(tǒng)在運行中 受到環(huán)境 干擾出現(xiàn)程序跑飛的時候 按下復位按鈕內部的程序自動從頭開始執(zhí)行 電源部分是采用 5V 的 USB 直接供電 可采用手機充電器 電腦 USB 口 移動電源 等設備進行供電 特別注意的是 對于 31 腳 EA 當接高電平時 單片機在復位后從內部 ROM 的 5 P10 1 P11 2 P12 3 P13 4 P14 5 P15 6 P16 7 P17 8 RESET 9 P30 RXD 10 P31 TXD 11 P32 INT0 12 P33 INT1 13 P34 T0 14 P35 T1 15 P36 WR 16 P37 RD 17 XTAL2 18 XTAL1 19 GND 20 P20 21 P21 22 P22 23 P23 24 P24 25 P25 26 P26 27 P27 28 PSEN 29 ALE 30 EA 31 P07 32 P06 33 P05 34 P04 35 P03 36 P02 37 P01 38 P00 39 VCC 40 U1 12 X1 12M C2 30pF C3 30pF GND GND VCC VCC 1 2 3 4 5 6 7 8 9 R1103 C1 10uF R4 10K GND VCC D0 D1 D2 D3 D4 D5 D6 D7 RS RW EN BEEP KEY1 KEY2 LED2 CS CLK DAT DQ KEY3 LED1 0000H 開始執(zhí)行 當接低電平時 復位后直接從外部 ROM 的 0000H 開始執(zhí)行 由于我們 的程序存儲在了單片機內部 所以 EA 要接高電平 保證單片機是從內部讀取程序去執(zhí) 行的 3 3 液晶顯示電路液晶顯示電路 本系統(tǒng)顯示采用了工業(yè)字符型液晶模塊 1602 可顯示 2 行 16 個字符 能方便顯示 英文字母大小寫 阿拉伯數(shù)字 常用符號等 通過自定義還可顯示簡單的漢字 1602 是一款物美價廉的液晶顯示屏 可以顯示 2 行標準字符 每行共有 16 個字符 在通信系統(tǒng) 智能操作儀表和辦公設備的自動化中被廣泛的應用 主要功能是顯示 ASCII 字符 因此被稱為 字符型顯示裝置 1602 液晶分為帶背光和不帶背光兩種 基控制器大部分為 HD44780 帶背光的比不 帶背光的厚 是否帶背光在應用中并無差別 兩者尺寸差別如下圖 圖 3 4 所示 圖 3 4 液晶尺寸說明 3 43 4 煙霧檢測煙霧檢測模塊模塊 MQ 2MQ 2 型煙霧傳感器的工作原理型煙霧傳感器的工作原理 MQ 2 型煙霧傳感器屬于二氧化錫半導體氣敏材料 屬于表面離子式 N 型半導體 當處于 200 300 C 溫度時 二氧化錫吸附空氣中的氧 形成氧的負離子吸附 使半導 6 GND 1 DQ 2 VCC 3 U1DS18B20 R3 4 7K GND VCC DQ K1 K2 GND KEY2 KEY1 K3 KEY3 體中的電子密度減少 從而使其電阻值增加 當與煙霧接觸時 如果晶粒間界處的勢 壘受到該煙霧的調制而變化 就會引起表而電導率的變化 利用這一點就可以 獲得這 種煙霧存在的信息 MQ 2 型傳感器的外觀 3 5 DS18B20 傳感器電路傳感器電路 DS18B20 圖 3 8 是美國 DALLAS 半導體公司推出的第一片支持 一線總線 接口 的溫度傳感器 它具有微型化 低功耗 高性能 抗干擾能力強 易配微處理器等優(yōu) 點 可直接將溫度轉化成數(shù)字信號處理器處理 DS18B20 圖 3 6 按鍵輸入模塊按鍵輸入模塊 本設計中由于采用的按鍵數(shù)量較少 只有 3 個按鍵 分別是 設置鍵 減鍵 加鍵 故采用了獨立鍵盤的方式 按鍵的連接圖 3 12 所示 7 Q1 8550 GND VCC BEEP1 BEEP R2 1K D1 LED R5 1K VCC LED1 D2 LED R7 1K LED2 圖 3 12 按鍵電路 3 7 報警模塊報警模塊 本設計不但具有檢測功能 還具有報警功能 可以給本系統(tǒng)設定煙霧和溫度的報警 閾值 當測量到的結果大于報警值時 蜂鳴器開始鳴叫 LED 指示燈點亮 達到聲光 報警的效果 3 8 蜂鳴器的介紹蜂鳴器的介紹 蜂鳴器是一種一體化結構的電子訊響器 采用直流電壓供電 廣泛應用于計算機 打印機 復印機 報警器 電子玩具 汽車電子設備 電話機 定時器等電子產品中 作發(fā)聲器件 蜂鳴器電路如圖所示 由于蜂鳴器工作時 需要的電流比較大 單片機的 IO 口輸 出的電流又比較小 本設計選用的蜂鳴器屬于有源蜂鳴器 即在蜂鳴器內部已經內置 了震蕩電路 單片機無需連續(xù)發(fā)出高低電平來驅動它 而只要輸出高 或低 電平即 可 由于選用的是 PNP 型而單片機上電 IO 口默認是高電平的 所以上電時蜂鳴器是 不會發(fā)出鳴叫的 蜂鳴器電路 3 9 報警模塊電路報警模塊電路 對于 LED 報警電路如圖 3 14 所示 LED 的正極串聯(lián)一個 1K 的電阻后接到了電源的 正極 負極連到了單片機的 IO 口上 因此只要單片機對應的 IO 口輸出低電平即可點 亮該 LED 燈 圖 3 14 LED 燈電路 8 4 0 總體程序流程圖總體程序流程圖 最開始先進行液晶的初始化 包括液晶功能初始化和液晶顯示內容初始化 接著 就進行報警值的初始化 然后就進入了一個循環(huán)處理的過程 包括先讀取傳感器檢測 到的煙霧濃度 然后在 1602 液晶上面顯示出來 接著讀取溫度值 同樣的顯示到 1602 液晶上面 然后判斷讀取到的煙霧濃度和溫度值是否大于設定的報警值 是的話則進 行聲光報警 再往下就是判斷設置按鍵是否被按下 是的話則調整報警值的大小 然 后開始新一輪的檢測 顯示 判斷 開始 液晶初始化 報警值初始化 讀取煙霧濃度 大于報警值 聲光報警 否 是 結束 顯示煙霧濃度 設置按鍵 按下 調節(jié)報警值大小 是 否 讀取溫度值 顯示溫度值 9 是 顯示一個字符 定位行列坐標 液晶初始化 選擇轉換通道 發(fā)送起始信號 第一次讀取 第二次讀取 返回讀取結果 圖 4 1 主函數(shù)流程圖 4 1 液晶程序設計液晶程序設計 圖 4 2 液晶顯示流程圖 4 2 模數(shù)轉換程序設計模數(shù)轉換程序設計 圖 4 3 模數(shù)轉換流程圖 數(shù)據顯 示完 否 10 初始化 DS18B20 4 3 溫度傳感器程序設計溫度傳感器程序設計 溫度傳感器程序流程圖 第第 5 章章 系統(tǒng)調試系統(tǒng)調試 5 1 電路的調試電路的調試 1 通電前檢查 電路焊接完畢后 不要急于通電 首先要根據原理電路認真對照檢查電路中的接接 線是否正確 查線時最好用指針式萬用表 1 檔進行檢查 或是用數(shù)字萬用表 檔的蜂鳴器來測量 而且要盡可能直接測量元器件引腳 這樣同時可以發(fā)現(xiàn)接 觸不良的地方 2 通電觀察 在電路安裝沒有錯誤的情況下接通電源 先關斷電源開關 待接通電源連線之后再 打開電路的電源開關 但接通電源后不要立即進行電路功能的測試 首先要充觀察 整個電路有無異?，F(xiàn)象 電路中元器件是否有發(fā)熱燒壞等現(xiàn)象 是否有漏電現(xiàn)象 電 源是否有短路和開路現(xiàn)象等 讀取溫度值 發(fā)跳過 ROM 命令 初