智能控制實訓(xùn)報告綜述

1、智能控制實訓(xùn)報告實訓(xùn)題目 基于單片機的煙霧檢測儀設(shè)計與實現(xiàn)學(xué)生姓名 * *學(xué)號14122201* 14122201*專業(yè)電子信息工程技術(shù)班級電信一班指導(dǎo)教師2016 年 6 月 26 日目錄摘 要 3第一章 煙霧傳感器的介紹和設(shè)計要求 4第二章 方案設(shè)計與硬件選擇 5第三章 流程圖設(shè)計 6第四章 程序 13第五章 實訓(xùn)總結(jié) 16附錄 18摘要隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展，各類傳感器在各個領(lǐng)域中都發(fā) 揮著很大的作用。煙霧傳感器屬于氣敏傳感器，是氣 - 電變換器，它 將可燃性氣體在空氣中的含量 （ 即濃度 ）轉(zhuǎn)化成電壓或者電流信號， 通 過 A/D 轉(zhuǎn)換電路將模擬量轉(zhuǎn)換成數(shù)字量后送到單片機， 進(jìn)而由

2、單片機 完成數(shù)據(jù)處理、 濃度處理及報警控制等工作。 傳感器作為煙霧檢測報 警器的信號采集部分，是儀表的核心組成部分之一。由此可見，傳感 器的選型是非常重要的。本系統(tǒng)是基于 STC89C52單片機的煙霧報警 器，所選用的是 MQ-2型煙霧傳感器。關(guān)鍵字 ：STC89C52 MQ-2 煙霧傳感器第一章 煙霧傳感器的介紹和設(shè)計要求1.1 煙霧傳感器的分類 煙霧傳感器種類繁多，從檢測原理上可以分為三大類：a、利用物理化學(xué)性質(zhì)的煙霧傳感器：如半導(dǎo)體煙霧傳感器、接觸 燃燒煙霧傳感器等。b、利用物理性質(zhì)的煙霧傳感器：如熱導(dǎo)煙霧傳感器、光干涉煙霧 傳感器、紅外傳感器等。c、利用電化學(xué)性質(zhì)的煙霧傳感器：如電流型

3、煙霧傳感器、電勢型 氣體傳感器等。1.2 煙霧傳感器的特點(a) 能選擇性地檢測某種單一煙霧， 而對共存的其它煙霧不響應(yīng)或低 響應(yīng)；(b) 對被測煙霧具有較高的靈敏度， 能有效地檢測允許范圍內(nèi)的煙霧 濃度；(c) 對檢測信號響應(yīng)速度快，重復(fù)性好；(d) 長期工作穩(wěn)定性好；(e) 使用壽命長；(f) 制造成本低，使用與維護(hù)方便。1.3 設(shè)計要求能夠準(zhǔn)確無誤地測出有無吸煙現(xiàn)象，如果有且超出所標(biāo)定的設(shè)計值， 就發(fā)出報警聲，否則 LED顯示正常。第二章 硬件選擇與方案設(shè)計方案一 ：MP135 型半導(dǎo)體空氣污染敏感元件，由加熱器以及微型 Al2O3 陶瓷基片上形成的金屬氧化物半導(dǎo)體材料構(gòu)成， 用電極引線

4、引出， 封 裝在金屬管座、管帽內(nèi)。當(dāng)有被檢測氣體存在時，空氣中該氣體的濃 度越高， 傳感器的電導(dǎo)率就越高。 使用簡單的電路即可將這種電導(dǎo)率 的變化轉(zhuǎn)換為與氣體濃度對應(yīng)的輸出信號。優(yōu)點：靈敏度高，對污染空氣敏感。缺點：價格高，驅(qū)動電路復(fù)雜，對煙霧固體小顆粒靈敏度低。方案二：MQ-2 煙霧傳感器，在可燃?xì)怏w或煙霧中 MQ-2煙霧傳感器的電阻 會有相應(yīng)的變化。 MQ-2氣敏元件由微型 AL2O3陶瓷管 SnO2敏感層 , 測量電極和加熱器構(gòu)成的敏感元件固定在塑料或不銹鋼制成的腔體 內(nèi)，加熱器為氣敏元件提供了必要的工作條件。優(yōu)點：靈敏度高， 性能穩(wěn)定， 對煙霧固體小顆粒靈敏度高， 價格較低。 而且驅(qū)動

5、電路簡單。缺點：只能測試煙霧少的時候，在火災(zāi)時起不了多大作用。綜上所述，我們選擇方案二為最佳方案。第三章 流程圖設(shè)計一、MQ-2煙傳感器的應(yīng)用領(lǐng)域可用于家庭和工廠的氣體泄漏監(jiān)測裝置，適宜于氣、笨、烷、 酒精、氫氣、煙霧等的監(jiān)測。因此， MQ-2 可以說是一個多種氣體探 測器。MQ-2 的探測范圍極其的廣泛。它的優(yōu)點：靈敏度高、響應(yīng)快、穩(wěn)定 性好、壽命長、驅(qū)動電路簡單。二、MQ-2的的工作原理MQ-2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。處于 200 到 300攝氏度時，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)體中的電子密度減少， 從而使其電阻值增

6、 加。當(dāng)與煙霧接觸時，如果晶粒間界處的勢壘收到煙霧的調(diào)至而變化， 就會引起表面導(dǎo)電率的變化。 利用這一點就可以獲得這種煙霧存在的 的信息，煙霧的濃度越大，導(dǎo)電率越大，輸出電阻越低，則輸出的模 擬信號就越大。三、MQ-2的特性1. MQ-2型傳感器對天然氣、液化石油氣等煙霧有很高的靈敏度，尤 其對烷類煙霧更為敏感。 具有良好的抗干擾性， 可準(zhǔn)確排除有刺激性 非可燃性煙霧的干擾信息。2. MQ-2型傳感器具有良好的重復(fù)性和長期的穩(wěn)定性。初始穩(wěn)定，響 應(yīng)時間短，長時間工作性能好。需要注意的是：在使用之前必須加熱 一段時間，否則其輸出的電阻和電壓不準(zhǔn)確3、其檢測可燃?xì)怏w與煙霧的范圍是 100到 100

7、00ppm.4、電路設(shè)計電壓范圍寬， 24V 以下均可，加熱電壓 5V左右。 需要注意：加熱電壓如果過高，會導(dǎo)致內(nèi)部的信號線熔斷，從而器件 報廢。MQ-2的外觀圖由 LM393比較器 與 滑動變阻器構(gòu)成可輸出數(shù)字信號， 可以直接和單 片機相連的。 正常情況是輸出高電平， 一旦檢測到煙霧將會輸出低電單片機直接檢測。該模塊具有可調(diào)比較電壓和輸出電壓。四調(diào)試儀器（1）數(shù)字萬用表（2）函數(shù)信號發(fā)生器（3）示波器（4）直流穩(wěn)壓電源（5）電烙鐵五 系統(tǒng)總體框圖 本設(shè)計煙霧報警器由單片機控制系統(tǒng)、煙霧傳感器模塊及電源 三個模塊組成。 當(dāng)發(fā)生火災(zāi)或可燃?xì)怏w泄漏， 傳感器遇到煙霧或可燃 氣體時，將產(chǎn)生電信號。

8、信號通過 A/D 數(shù)模轉(zhuǎn)換電路轉(zhuǎn)換成為數(shù)字信 號傳入單片機， 再通過單片機邏輯處理模塊判斷輸入值大小， 過大則 報警，過小則不報警來實現(xiàn)煙霧報警功能。 煙霧信號采集電路一般 由煙霧傳感器， 將煙霧信號轉(zhuǎn)化為模擬電信號。 模數(shù)轉(zhuǎn)換電路將從煙 霧檢測電路送出模擬信號轉(zhuǎn)換成單片機可識別的數(shù)字信號后送入單 片機。 單片機對該數(shù)字信號進(jìn)行濾波處理， 并對處理后的數(shù)據(jù)進(jìn)行分 析，是否大于或等于某個預(yù)設(shè)值， 如果大于則啟動報警電路發(fā)出警報 聲音，反之則為正常狀態(tài)。電源供電單片機 煙霧傳感器led 燈蜂鳴器圖 5.1 系統(tǒng)總框圖利用 MQ2 傳感器采集環(huán)境中存在可燃?xì)怏w ，檢測傳感器阻值 變化，轉(zhuǎn)化為電壓值輸

9、入 LM393芯片 INT 口，經(jīng)過 A/D 轉(zhuǎn)換成數(shù)字量 輸入單片機，由學(xué)習(xí)板上的數(shù)碼管顯示濃度值，設(shè)置門限閾值，超過 門閾限值啟動報警，提示燈亮蜂鳴器響鈴。六 系統(tǒng)的硬件的設(shè)計（1）煙霧傳感器系統(tǒng)框圖在報警儀的設(shè)計中， 煙霧采集電路碰到煙霧時，產(chǎn)生一個電信 號傳到 A/D數(shù)模轉(zhuǎn)換電路， 電信號由模擬信號轉(zhuǎn)成數(shù)字信號， 通過單 片機控制電路判斷信號并且控制報警提示電路。單片機是其核心部 件。它一方面要接收來自傳感器送來的煙霧濃度對應(yīng)的模擬信號和故 障檢測信號， 另一方面要兩種信號分別進(jìn)行處理， 控制后續(xù)電路進(jìn)行 相應(yīng)動作； 與此同時查詢是否有鍵按下的請求。 在單片機完成這些的 工作中，尤其是

10、信號處理中，比較濃度值后送入顯示的軟件實現(xiàn)。煙霧采集電路單片機控制報警提示電路圖 6.1.1 煙霧傳感器系統(tǒng)框圖根據(jù)以上分析， 參考模擬電子技術(shù)課本與網(wǎng)上查找資料， 設(shè)計出原理 圖，并畫出傳感器模塊及蜂鳴器模塊原理圖，如下圖：單片機控制系統(tǒng)（1）單片機控制系統(tǒng)框圖10圖 6.1.2 單片機控制系統(tǒng)框圖根據(jù)以上分析，畫出單片機控制電路 . 如下圖2.3.1112. 軟件設(shè)計2.1 軟件框圖本次的軟件設(shè)計共包括了 AD 采集、煙霧傳感器及蜂鳴器報警個 三部分。 軟件在接收到由煙霧傳感器及溫度傳感器的數(shù)據(jù)后， 由單片 機采集， 若發(fā)生火災(zāi)蜂鳴器進(jìn)行報警， 且數(shù)碼管顯示溫度傳感器檢測 的實時溫度。圖

11、6.2.1 軟件系統(tǒng)框圖(4) 調(diào)試方法 做好電路板之后，需要用數(shù)字萬用表檢測各線路是否導(dǎo)通， 如若有線路斷裂， 需要使用焊錫補上 ;檢測完電路后， 需要焊接元 器件，此時需要非常細(xì)心，焊接前必須要檢測元件的好壞。12程序第四章#include sbit led1=P10; / 定義兩個 led 引腳sbit led2=P11;sbit speak=P13; / 定義蜂鳴器引腳bit flag=0;/ 有煙霧標(biāo)志位/ 主函數(shù)void main()IT1 = 1; / 設(shè)置 INT1 的中斷類型 下降沿觸發(fā)中斷EX1 = 1; / 使能 INT1 中斷EA = 1;/ 使能總中斷TMOD=0x1

12、1; / 兩個定時器工作在 16位，方式 1 模式TL0 = (65536-50000)%256; / 賦初值 15536，也就是定時 50msTH0 = (65536-50000)/256;TR0 = 1; / 開定時器 0ET0 = 1; / 允許定時 0 器中斷TL1 = (65536-500)%256;/ 定時 0.5msTH1 = (65536-500)/256;TR1 = 1; / 開定時器 1ET1 = 1; / 允許定時 1 器中斷13while(1)if(flag)led2=1;/ 如果煙霧傳感器標(biāo)志為 1，檢測到有煙霧， led2 滅else led2=0;/ 如果煙霧傳感

13、器標(biāo)志為 0 ，沒有檢測煙霧，led2 亮/ 外部中斷服務(wù)程序只要傳感器檢測到煙霧時，比較器的輸出就會輸出一個低電平/ 單片機的引腳中斷就得一個下降沿，就產(chǎn)生中斷，煙霧標(biāo)志位就 為1void init0() interrupt 2flag=1;/ 定時器 1 服務(wù)程序void timer0() interrupt 1 static unsigned char delay_count=0,count=0;TL0 = (65536-50000)%256;/ 重裝初值TH0 = (65536-50000)/256;delay_count+; /50ms 加一次14if(delay_count20)/

14、 加到 20 次，就夠一秒delay_count=0;if(flag) / 如果煙霧標(biāo)志位為 1 ，一秒閃爍一次led1=led1;else led1=1;speak=0; / 如果標(biāo)志位為 0，燈滅，蜂鳴器、 不響if(flag) / 在煙霧產(chǎn)生后，燈閃爍 10 秒 /50ms 加一次，加到 200，正好 10s count+;if(count200)count=0;flag=0;/ 定時器 1 服務(wù)程序void timer1() interrupt 3static unsigned long count123=0;TL1 = (65536-500)%256; / 定時器 1 賦初值TH1

15、= (65536-500)/256;if(flag) / 如果煙霧標(biāo)志位為 115count123+;if(count1231000)count123=0;第五章 實訓(xùn)總結(jié)在三周的智能實訓(xùn)的課程中，不僅加強了我們對硬件的使用能 力，還加強了軟件設(shè)計能力。在這個過程中有效的鞏固了本學(xué)期所 學(xué)的傳感器知識，加強了電子實物制作的動手能力。在這次的實驗設(shè)計中我們首先要做了就是畫原理圖和PCB，這是比較難的， 一開始我們毫無思路， 后來在周老師的精心指導(dǎo)下最終 成功的畫出。焊接是比較簡單的， 一般一個下午就可以完成， 最重要的是焊接 中很容易出現(xiàn)的虛焊問題必須認(rèn)真對待。最后是程序設(shè)計與調(diào)試， 程序的話應(yīng)

16、該說是上學(xué)期學(xué)過的東西運 用運用而已， 但是總是有些被遺忘了， 在編程的時候會遇到或多或少 的問題，最后也是通過各種方式終于完成了調(diào)試。經(jīng)過這次設(shè)計， 我們認(rèn)識到自己還有很多的不足， 只有將課本上 的理論知識結(jié)合實踐不斷練習(xí)， 不斷總結(jié)提煉， 反復(fù)思考實踐中的經(jīng)16驗教訓(xùn)，才能更好的將課本知識化為自己的知識這次實訓(xùn)，我收獲了很多， 一方面學(xué)習(xí)到了許多以前沒學(xué)過的專 業(yè)知識與知識的應(yīng)用， 另一方面還提高了自己動手做項目的能力。 本 次實訓(xùn)，是對我能力的進(jìn)一步鍛煉，也是一種考驗。從中獲得的諸多 收獲，也是很可貴的，是非常有意義的。 在實訓(xùn)中我學(xué)到了許多新的知識。 是一個讓我把書本上的理論知識運 用于實踐中的好機會，原來，學(xué)的時候感嘆學(xué)的內(nèi)容太難懂，現(xiàn)在想 來，有些其實并不難，關(guān)鍵在于理解。 在這次實訓(xùn)中還鍛煉了我其他方面的能力， 提高了我的綜合素質(zhì)。 首 先，它鍛煉了我做項目的能力，提高了獨立思考問題、自己