基于單片機(jī)的煙霧檢測設(shè)計(jì)說明書

1、中國礦業(yè)大學(xué)學(xué)院基于單片機(jī)的傳感器說明書題目：基于單片機(jī)的煙霧報(bào)警系統(tǒng)系別： 班級:成員:摘要科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展與進(jìn)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(fù)面的作用也隨之凸顯出來, 易燃裝飾材料等我們身邊經(jīng)常接觸到的一些普通生活用品，為火災(zāi)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(shí)不在受到潛在的 火災(zāi)的威脅。我們必須設(shè)計(jì)和完善火災(zāi)自動報(bào)警系統(tǒng)，提高火災(zāi)的預(yù)警與 早期處理水平，將火災(zāi)消滅在萌芽狀態(tài)，最大限度地減少社會財(cái)富的損 失。關(guān)鍵詞：煙霧；溫度；報(bào)警器；傳感器；單片機(jī)1章緒論1.1設(shè)計(jì)的背景和意義在各種災(zāi)害中，火災(zāi)是最經(jīng)常、最普遍地

2、威脅到公眾安全和社會發(fā)展的主要災(zāi)害之一。 它威脅著人們的健康、生命和財(cái)產(chǎn)安全，一旦引發(fā)火災(zāi)，就能使成千上萬的財(cái)產(chǎn)瞬 間變?yōu)榛?燼，其所造成的損失約為地震的5倍，僅次于干旱和洪澇災(zāi)害?；馂?zāi)自動報(bào)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(zāi)早期特征，可將火災(zāi)帶 來的生命財(cái)產(chǎn)損失降到最低限度。智能型火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)是一個集信號檢測、傳輸、處理、報(bào) 警于一體的系統(tǒng)。基于社會和經(jīng)濟(jì)方面的需求，本課設(shè)計(jì)為了在開發(fā)一個能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)控、報(bào) 警的智能火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)。1.2火災(zāi)發(fā)生時(shí)的特點(diǎn)普通可燃物在燃燒時(shí)表現(xiàn)為以下形式：首先是產(chǎn)生燃燒氣體，然后是煙霧，在氧氣充足 的條件下才能達(dá)到全部燃燒，產(chǎn)生火焰，發(fā)出可見光和不可見

3、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(shí)間比較長，雖然產(chǎn)生大量的煙霧， 但是環(huán)境溫度不太高，若探測器就應(yīng)該從此階段開始進(jìn)行探測，就可以火災(zāi)損失控制在最小 限度?；鹧嫒紵螅杆俾?，產(chǎn)生大量的熱使得環(huán)境溫度升高，如 果能將這時(shí)能夠探測到 有效地溫度值，就可以比較及時(shí)地控制火災(zāi)。第2章系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì)2.1設(shè)計(jì)要求(1) 熟悉51單片機(jī)集成開發(fā)環(huán)境，運(yùn)用C語言編寫工程文件；(2) 熟練應(yīng)用所選用單片機(jī)的部結(jié)構(gòu)、資源，以及軟硬件調(diào)試設(shè)備的基本方法；(3) 構(gòu)建基于單片機(jī)的最小系統(tǒng)，完成相關(guān)硬件電路的設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)；(4) 理解火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)的原理和掌握實(shí)現(xiàn)方法。22單

4、片機(jī)的選擇采用單片機(jī)作為系統(tǒng)控制器。單片機(jī)具有可靠性強(qiáng)、性價(jià)比搞、電壓低、功耗低等 優(yōu)點(diǎn) 得到迅猛發(fā)展和大圍推廣，單片機(jī)算術(shù)運(yùn)算功能強(qiáng)，軟件編程靈活，自由度大，可用軟件編 程實(shí)現(xiàn)各種邏輯功能，本身帶有定時(shí)器、計(jì)數(shù)器，可以用來定時(shí)和計(jì)數(shù)，并且 其功耗低，體 積小，計(jì)數(shù)成熟和成本低等優(yōu)點(diǎn)。用STC89C5單片機(jī)作為控制器23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(qiáng)大，可顯示大量文字、圖形。顯示多 樣、清晰可見，對于本設(shè)計(jì)而言，一個1602的液晶屏即可，價(jià)格也還實(shí)惠，所以此設(shè)計(jì)中 采用LCD1602液晶顯示屏作為顯示模塊。第3章系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)3.1整體方案設(shè)計(jì)3.1.1系統(tǒng)概述整個系統(tǒng)

5、以STC89C52單片機(jī)為核心器件，配合電阻電容晶振等器件，構(gòu)成單片機(jī)的 最小系統(tǒng)。其它個模塊圍繞著單片機(jī)最小系統(tǒng)展開。其中包括，煙霧采集傳感器選用MQ2 由于該傳感器輸出的是模擬信號，因此需要模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片ADC0832把模擬信號轉(zhuǎn)為數(shù)字信號再傳給單片機(jī)；溫度采集使用 DS18B2C數(shù)字傳感器，該傳感器通過單總線 和單片機(jī)相連；顯示設(shè)備使用1602液晶，可以在屏幕上顯示實(shí)時(shí)煙霧濃度值、溫度值、報(bào) 警濃度等信息；報(bào)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(bào)警指示和溫度報(bào)警指示，無論哪個因素超標(biāo)，蜂鳴器都會鳴叫報(bào)警；本設(shè)計(jì)還有3個按鍵作為操作輸入設(shè)備，可以用來調(diào)節(jié)報(bào)警閾值的大?。?/p>

6、最后是供電采用常用的USB 5V進(jìn)行供電。3.1.2系統(tǒng)框圖溫度傳感器二煙霧傳感器I =模數(shù)轉(zhuǎn)換八按鍵模塊二單片機(jī)最小系統(tǒng)液品模塊報(bào)警模塊3-1系統(tǒng)框圖3.2最小系統(tǒng)模塊321 STC89C52 簡介(1) 概述STC89C52是一個低電壓，高性能CMOS 8&單片機(jī)，片含8k bytes的可反復(fù)擦 寫 的Flash只讀程序存儲器和256 bytes的隨機(jī)存取數(shù)據(jù)存儲器(RAM,功能強(qiáng)大的 STC89C5單片機(jī)可為您提供許多較復(fù)雜系統(tǒng)控制應(yīng)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(shí)含2個外 中 斷口，3個16位可編程定時(shí)計(jì)數(shù)器,2個全雙工串行通信口，2

7、個讀寫口線。STC89C5有PDIP、PQFP/TQF及PLCC等三種封裝形式，以適應(yīng)不同產(chǎn)品的需求。(2) 8051單片機(jī)的引腳MCS-51系列單片機(jī)一般采用40個引腳，雙列直插式封裝，用HMO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(fù) 位 電路部分、電源電路等三個部分組成。單片機(jī)復(fù)位電路就好比電腦的重啟部分，當(dāng)電腦在使用中出現(xiàn)死機(jī)，按下重啟按鈕 電腦 部的程序從頭開始執(zhí)行。單片機(jī)也一樣，當(dāng)單片機(jī)系統(tǒng)在運(yùn)行中，受到環(huán)境干擾出現(xiàn)程序跑 飛的時(shí)候，按下復(fù)位按鈕部的程序自動從頭開始執(zhí)

8、行。電源部分是采用5V的USB直接供電，可采用手機(jī)充電器、電腦USB 口、移動電源等 設(shè)備進(jìn)行供電。特別注意的是，對于31腳(EA)，當(dāng)接高電平時(shí),單片機(jī)在復(fù)位后從部ROM勺0000H存儲在了單片機(jī)部,U11DQ2CS3CLK 4VCCDAT 5+ C1710uF|10 門R410KKEY1 12KEY2 13KEY3 14-A5 GNDT6X118GNDP10P11VCCPOO401239DOP12Pmoo久P13P0237D24P14P0336D35P15PCA*a aAP16P0534D57P17PncaRESETP0732D79P30/RXDEA31J VCCP31/TXDALE3U2

9、9P32/INT0PSENDO7P33/INT1oaRQP34/T0P262/RWP35/T1P2526ENP36/WRP24DOO25P37/RDOAXTAL2P2223LED1XTAL1P2122LED221RPPPGNDP20VCCR1 103開始執(zhí)行；當(dāng)接低電平時(shí)，復(fù)位后直接從外部ROM勺0000H開始執(zhí)行。由于我們的程序所以EA要接高電平，保證單片機(jī)是從部讀取程序去執(zhí)行的。3.3衣晶顯不電路本系統(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?dāng)?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(jià)廉的液晶顯示屏，可以顯示2

10、行標(biāo)準(zhǔn)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(shè)備的自動化中被廣泛的應(yīng)用，主要功能是顯示ASCII 字符，因此被稱為“字符型顯示裝置o1602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(yīng)用中并無差別，兩者尺寸差別如下圖（圖 3-4）所示:75 073 7圖3-4 攵晶尺寸說明13. 0 一9,0 11 5 -3.4煙霧檢測模塊MQ-2型煙霧傳感器的工作原理MQ2型煙霧傳感器屬于二氧化錫半導(dǎo)體氣敏材料，屬于表面離子式 N型半導(dǎo)體。當(dāng) 處于200300。C溫度時(shí)，二氧化錫吸附空氣中的氧，形成氧的負(fù)離子吸附，使半導(dǎo)體中的 電子

11、密度減少，從而使其電阻值增加。當(dāng)與煙霧接觸時(shí)，如果晶粒間界處的勢壘受到該煙霧的調(diào)制而變化，就會引起表而電導(dǎo)率的變化。利用這一點(diǎn)就可以霧存獲得這種煙 在的信息MQ-2型傳感器的外觀3.5 DS18B20傳感器電路DS18B20DS18B20 （圖3-8 ）是美國DALLASA導(dǎo)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(qiáng)，易配微處理器等優(yōu)點(diǎn)，可直 接將溫度轉(zhuǎn)化成數(shù)字信號處理器處理。U1 DS18B20*礙GND 亍DQR34.7KVCC3.6按鍵輸入模塊本設(shè)計(jì)中由于采用的按鍵數(shù)量較少，只有 3個按鍵，分別是“設(shè)置鍵” “減鍵、K1K3“加鍵”,

12、故采用了獨(dú)立鍵盤的方式。按鍵的連接圖3-12所示:KEY2KEY1KEY3GND圖3-12按鍵電路3.7報(bào)警模塊本設(shè)計(jì)不但具有檢測功能，還具有報(bào)警功能?？梢越o本系統(tǒng)設(shè)定煙霧和溫度的報(bào)警閾 值，當(dāng)測量到的結(jié)果大于報(bào)警值時(shí)，蜂鳴器開始鳴叫，LED指示燈點(diǎn)亮，達(dá)到聲光報(bào)警的效果。3.8蜂鳴器的介紹蜂鳴器是一種一體化結(jié)構(gòu)的電子訊響器，采用直流電壓供電，廣泛應(yīng)用于計(jì)算機(jī)、打印 機(jī)、復(fù)印機(jī)、報(bào)警器、電子玩具、汽車電子設(shè)備、機(jī)、定時(shí)器等電子產(chǎn)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(shí)，需要的電流比較大，單片機(jī)的10 口輸出的 電流又比較小，本設(shè)計(jì)選用的蜂鳴器屬于有源蜂鳴器，即在蜂鳴器部已經(jīng)置了震蕩

13、電路，單 片機(jī)無需連續(xù)發(fā)出高低電平來驅(qū)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(jī)上電10 口默認(rèn)是高電平的，所以上電時(shí)蜂鳴器是不會發(fā)出鳴叫的。蜂鳴器電路3.9報(bào)警模塊電路對于LED報(bào)警電路如圖314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(fù)極連到了單片機(jī)的I0 口上。因此只要單片機(jī)對應(yīng)的I0 口輸出低電平即可點(diǎn)亮該LED燈。VCCD1LEDLED1R71KD2LEDLED2圖3-14 LED燈電路4. 0總體程序流程圖最開始先進(jìn)行液晶的初始化，包括液晶功能初始化和液晶顯示容初始化，接著就進(jìn)行報(bào) 警值的初始化。然后就進(jìn)入了一個循環(huán)處理的過程，包括先讀取傳感

14、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(shè)定的報(bào)警值，是的話則進(jìn)行聲光報(bào) 警。 再往下就是判斷設(shè)置按鍵是否被按下，是的話則調(diào)整報(bào)警值的大小。然后開始新一輪的檢 測、顯示、判斷。圖41主函數(shù)流程圖4.1液晶程序設(shè)計(jì)液晶初始化定位行列坐標(biāo)4.2模數(shù)轉(zhuǎn)換程序設(shè)計(jì)圖4-3模數(shù)轉(zhuǎn)換流程圖4.3溫度傳感器程序設(shè)計(jì)1溫度傳感器程序流程圖第5章系統(tǒng)調(diào)試5.1電路的調(diào)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(jù)原理電路認(rèn)真對照檢查電路中的接接 線 是否正確，查線時(shí)最好用指針式萬用表“QX1”檔進(jìn)行檢

15、查，或是用數(shù)字萬用表“Q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(shí)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(guān)斷電源開關(guān)，待接通電源連線之后再 打 開電路的電源開關(guān))。但接通電源后不要立即進(jìn)行電路功能的測試，首先要充觀察整個電 路有無異常現(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。5.2 痢I給d 1 oflB UrW-u*扯B雉可畫后七IM” MR rmI sgs 吋個叵習(xí)mat 2l陀M ifliEb4Zr -irAr-1UtHX4 EKK.M TiEa *wsrM iLfitSia LL LEO.1 g“cpd MR pea H： iHrn5Zr -irArJ*. (HFaMar Etawrt