-基于單片機(jī)的多路報(bào)警器設(shè)計(jì) - 副本

1、本本科科畢畢業(yè)業(yè)設(shè)設(shè)計(jì)計(jì)基于單片機(jī)的多路報(bào)警器設(shè)計(jì)基于單片機(jī)的多路報(bào)警器設(shè)計(jì)摘 要隨著科學(xué)技術(shù)的日新月異，人類社會(huì)取得了很大的進(jìn)步。在生活、工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、氣象、環(huán)保、國(guó)防、科研、航天等領(lǐng)域，經(jīng)常都需要對(duì)環(huán)境中的溫度、濕度、光照強(qiáng)度、氣體等環(huán)境參數(shù)進(jìn)行檢測(cè)及控制。而且隨著可燃可爆性氣體種類和應(yīng)用范圍的增加，貯氣倉(cāng)庫(kù)內(nèi)的氣體泄漏、火災(zāi)爆炸事故日益增多。從安全、環(huán)保及經(jīng)濟(jì)等方面上考慮，研制一種實(shí)用的多路報(bào)警系統(tǒng)是非常必要的。 基于這個(gè)需求，本設(shè)計(jì)利用傳感器對(duì)環(huán)境中的溫濕度以及可燃?xì)怏w進(jìn)行檢測(cè)，當(dāng)這些參數(shù)不符合預(yù)定設(shè)置的參數(shù)值時(shí)，就會(huì)自動(dòng)報(bào)警。系統(tǒng)選用 MQ_2 氣體傳感器對(duì)現(xiàn)場(chǎng)可燃性氣體濃度進(jìn)行檢測(cè)，

2、選用 AM2301 溫濕度傳感器對(duì)溫度和空氣濕度進(jìn)行檢測(cè)，采用功能和性價(jià)比較高的 AVR ATmega16 單片機(jī)作為中央處理單元，對(duì)環(huán)境參數(shù)進(jìn)行采集處理并產(chǎn)生自動(dòng)報(bào)警。本設(shè)計(jì)可以檢測(cè)空氣中以烷類氣體為主的多種可燃性氣體的濃度，以及空氣溫濕度，當(dāng)達(dá)到預(yù)先設(shè)定的上限或下限報(bào)警設(shè)定值時(shí)，發(fā)出聲音報(bào)警信號(hào)，以提示操作人員采取安全對(duì)策或自動(dòng)控制相關(guān)安全裝置。該報(bào)警器可以實(shí)時(shí)、準(zhǔn)確檢測(cè)可燃性氣體以及溫濕度并且可以長(zhǎng)時(shí)間可靠無(wú)誤的報(bào)警，具有很廣泛的應(yīng)用前景和推廣價(jià)值。關(guān)鍵詞：可燃?xì)怏w 溫濕度 單片機(jī) 報(bào)警器 Multi-way Alarm Based on MCUZeng Xiaoling(College

3、 of Engineering, South China Agricultural University, Guangzhou 510642, China)Abstract: With the advances of science and technology, human society has made great progress. In life, industrial and agricultural production, weather, environmental protection, defense, research, aerospace and other field

4、s, often wan to detect and control the environmental parameters such as temperature, humidity, light intensity, gas concentration. And with the increase of kind and range of combustible and explosive gas, the number of gas leak, fire and explosion in the air storage warehouse increasing. Be based on

5、 security, environmental and economic considerations, developed a practical multi-channel alarm system is necessary.Base on this demand, this design uses a sensor to detect temperature, humidity and combustible gas, when these parameters do not meet the pre-determined parameter values, it will autom

6、atically alarm. Use MQ_2 gas sensor for combustible gas concentration detection, AM2301 temperature and air humidity sensor for temperature and air humidity testing, functionality and cost-effective AVR ATmega16 microcontroller as a central processing unit, to collecting and processing environmental

7、 parameters and alarm automatically. The design can detect the concentrations of a variety of combustible gas such as n-hexane, as well as temperature and humidity, when they reaches the pre-set upper or lower limit alarm setting values, it will send out the sound alarm signal that prompts the opera

8、tor to take safety measures or automatic control safety devices. The alarm system can accurately detect combustible gas in real time, as well as temperature and humidity, and can reliably and correctly work for a long time. It has a very broad application prospects and promotion value. Key words:fla

9、mmable gas temperature and humidity single-chip microcomputer alarm目 錄1 前言 .11.1 課題研究的背景 .11.2 課題研究的目的和意義 .21.3 可燃?xì)怏w、溫濕度報(bào)警器國(guó)內(nèi)外現(xiàn)狀 .32 系統(tǒng)功能及方案設(shè)計(jì) .42.1 系統(tǒng)方案比較 .52.2 系統(tǒng)整體方案設(shè)計(jì) .52.3 系統(tǒng)功能介紹 .63 報(bào)警系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) .73.1 單片機(jī)原理 .73.1.1 單片機(jī)原理概述 .73.1.2 ATmega16 單片機(jī)的介紹 .83.2 電路系統(tǒng)設(shè)計(jì) .93.2.1 單片機(jī)最小系統(tǒng) .93.2.2 環(huán)境參數(shù)采集電路設(shè)計(jì) .10

10、3.2.3 報(bào)警部分電路設(shè)計(jì) .124 報(bào)警系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) .134.1 編譯器 ICCAVR 的介紹.134.2 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) .134.2.1 整體系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) .134.2.2 報(bào)警部分軟件設(shè)計(jì) .145 調(diào)試和測(cè)試 .155.1 軟硬件調(diào)試 .155.2 系統(tǒng)功能測(cè)試 .166 總結(jié) .16參考文獻(xiàn) .18附錄 .19I致謝 .27華南農(nóng)業(yè)大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)成績(jī)?cè)u(píng)定表01 前言1.1 課題研究的背景隨著石油化學(xué)工業(yè)的發(fā)展，易燃、易爆以及有毒等氣體的種類和應(yīng)用范圍都有所增加。液化石油氣、天然氣、煤氣等這些氣體主要含有烷類、烴類、烯類、醇類、苯類以及一氧化碳、氫氣等成分，都是易燃、易爆、有毒

11、、有害的氣體。它們易流動(dòng)、易燃燒，在生產(chǎn)、輸送、貯存和使用這些氣體的過程中，如違反操作規(guī)程或者設(shè)備密封質(zhì)量不好，都有可能發(fā)生這些可燃?xì)怏w泄漏的現(xiàn)象。當(dāng)與空氣混合后的混合物達(dá)到一定的濃度時(shí)，就是一種極具爆炸性的混合物，遇到火源就會(huì)發(fā)生劇烈的化合反應(yīng)，產(chǎn)生大量的熱，然后燃起大火，進(jìn)而釀成火災(zāi)或爆炸事故，給國(guó)家和人民的生命財(cái)產(chǎn)造成損失。在國(guó)內(nèi)由于燃?xì)庑孤┧l(fā)的爆炸、中毒和火災(zāi)等事故也經(jīng)常發(fā)生，這在某種程度上增加了城市的不安全和不穩(wěn)定因素。為了防止類似的悲劇不斷上演，只有利用先進(jìn)的科學(xué)技術(shù)。研制先進(jìn)的、可靠的安全監(jiān)測(cè)儀表，嚴(yán)密而且實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)環(huán)境中的可燃性氣體的濃度，及早發(fā)現(xiàn)事故存在的隱患，及時(shí)采取有效

12、的措施，將事故消滅在釀成惡果之前，這樣才能確保安全生產(chǎn)，居民的人身財(cái)產(chǎn)安全也才能有保證。但是現(xiàn)在國(guó)內(nèi)使用的報(bào)警控制器，許多產(chǎn)品使用時(shí)間過長(zhǎng)，產(chǎn)品老化嚴(yán)重，技術(shù)指標(biāo)達(dá)不到標(biāo)準(zhǔn)，報(bào)警器的性能也不穩(wěn)定。有些是保養(yǎng)不當(dāng)，如電池流水腐蝕儀器，或蓄電池?fù)p壞而使報(bào)警器不能工作；有些是因使用不當(dāng)而造成故障，因此不能進(jìn)行準(zhǔn)確、安全的檢測(cè)和報(bào)警。因此，研制一種新型、性能穩(wěn)定、實(shí)用性強(qiáng)、能準(zhǔn)確監(jiān)測(cè)可燃性氣體，并且合乎國(guó)家相關(guān)規(guī)定的報(bào)警控制器勢(shì)在必行（張芳，2011）。 當(dāng)然，在眾多環(huán)境參數(shù)中，溫度和濕度也是兩個(gè)十分重要的物理量，對(duì)它們的測(cè)量與控制有著十分重要的意義。隨著現(xiàn)代工農(nóng)業(yè)技術(shù)的發(fā)展，對(duì)生產(chǎn)環(huán)境溫濕度的人為檢

13、測(cè)與控制能讓工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)更有效率或質(zhì)量保證。而人們對(duì)生活環(huán)境要求的提高，也使得人們迫切需要檢測(cè)與控制生活環(huán)境中的溫度和濕度。在人類的生活中，溫度扮演著極其重要的角色。無(wú)論你生活在什么地方，從事什么樣的工作，都無(wú)時(shí)無(wú)刻不在與溫度打交道。自從 18 世紀(jì)工業(yè)革命以來(lái)，工業(yè)的發(fā)展與是否能掌握溫度有著絕對(duì)的聯(lián)系。在冶金、鋼鐵、石化、水泥、玻璃、食品、醫(yī)藥等行業(yè)，幾乎 80%的工業(yè)部門都必須得考慮溫度的因素。溫度對(duì)于工業(yè)如此重要，因此推進(jìn)了溫度傳感器的發(fā)展。而信息科學(xué)和微電子技術(shù)的飛速發(fā)展給控制領(lǐng)域帶來(lái)了巨大的飛躍，控制技術(shù)更加趨向自動(dòng)化和智能化，為無(wú)數(shù)的使用者帶來(lái)了方便。在控制領(lǐng)域里，溫度是一個(gè)常見的名

14、詞，然而它所帶來(lái)的1技術(shù)問題和所起的作用卻是非同一般的。在控制領(lǐng)域中，對(duì)溫度的控制有著舉足輕重的作用。例如陶瓷的燒烤，只有控制住溫度的適度，才能制作出一個(gè)完美的藝術(shù)品，否則只是一件廢品；還有如釀酒的過程，也需要對(duì)溫度進(jìn)行控制?？梢?，在生活的許許多多的方面都有著對(duì)溫度進(jìn)行感知和控制的需要。而濕度也特別重要。特別是在一些倉(cāng)庫(kù)或者一些生產(chǎn)車間，對(duì)濕度的要求非常高，如果濕度不適中，可能會(huì)導(dǎo)致所有的貯藏物品或產(chǎn)品不合格，或存在某些安全隱患。例如在一些無(wú)塵車間或潔凈室，如果濕度過高可能會(huì)導(dǎo)致細(xì)菌滋生、產(chǎn)生靜電、金屬被嚴(yán)重腐蝕等現(xiàn)象，導(dǎo)致無(wú)塵車間、潔凈室性能嚴(yán)重下降。所以對(duì)空氣濕度的檢測(cè)控制也是很有必要和重

15、要的。1.2 課題研究的目的和意義隨著城市煤氣、天然氣等相關(guān)事業(yè)及化學(xué)工業(yè)的迅速發(fā)展，易燃、易爆氣體的種類和應(yīng)用范圍在不斷增加，這些易燃易爆氣體在生產(chǎn)和使用的過程中，一旦發(fā)生泄漏將會(huì)引起中毒、爆炸、火災(zāi)等傷亡慘重事故。人們?cè)趯?duì)安全生產(chǎn)的重視程度日益增加的同時(shí)，對(duì)生產(chǎn)技術(shù)手段也進(jìn)行不斷的提高。研制一種新型、性能穩(wěn)定、能準(zhǔn)確地監(jiān)測(cè)可燃可爆性氣體的報(bào)警控制器勢(shì)在必行。當(dāng)然，很多時(shí)候只是對(duì)可燃?xì)怏w進(jìn)行檢測(cè)控制還不夠，還有很多因素在影響著生產(chǎn)和生活，例如溫度和濕度。隨著社會(huì)的發(fā)展特別是工業(yè)的發(fā)展，人民生活的改善，安全問題變得越來(lái)越重要。如今，在許多情況下，都需要對(duì)環(huán)境的溫度進(jìn)行限定，其中包括人的生活工作

16、環(huán)境、儀器設(shè)備的工作環(huán)境以及動(dòng)植物的生長(zhǎng)環(huán)境等。如果環(huán)境溫度超過或者低于限制值，必定對(duì)所處環(huán)境的人或設(shè)備造成影響，甚至給個(gè)人和社會(huì)造成巨大的損失。因此，在某些特定環(huán)境內(nèi)使用溫度報(bào)警器來(lái)對(duì)溫度進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控并做到超溫報(bào)警，而使用單片微型計(jì)算機(jī)實(shí)時(shí)控制溫度報(bào)警系統(tǒng)則是其中的一種重要方式。本次設(shè)計(jì)以 AVR ATmega16 芯片為核心，用半導(dǎo)體陶瓷式可燃?xì)怏w傳感器 MQ_2來(lái)檢測(cè)環(huán)境中可燃可爆氣體的濃度，用數(shù)字式溫濕度傳感器 AM2301 來(lái)檢測(cè)環(huán)境中的溫度和濕度，結(jié)合外部硬件電路實(shí)現(xiàn)對(duì)可燃性氣體以及溫濕度進(jìn)行實(shí)時(shí)檢測(cè)，當(dāng)檢測(cè)到的參數(shù)不符合預(yù)定值時(shí)則自動(dòng)報(bào)警。AVR ATmega16 芯片具有功能強(qiáng)

17、大，性價(jià)比高等優(yōu)點(diǎn)，適合廣泛應(yīng)用于報(bào)警裝置，而且產(chǎn)品能夠大規(guī)模生產(chǎn)。同時(shí)，設(shè)計(jì)出的多路報(bào)警器具有操作簡(jiǎn)單，實(shí)用性強(qiáng)，價(jià)格便宜，安全性高等特點(diǎn)，所以非常適合貯氣倉(cāng)庫(kù)，以及家庭等場(chǎng)所使用，具有很高的實(shí)用價(jià)值。正是由于可燃性氣體報(bào)警器對(duì)于安全生產(chǎn)的重要性，國(guó)內(nèi)外有許多廠家研制、生產(chǎn)這一產(chǎn)品。同時(shí)也有很多廠家在研制、生產(chǎn)溫濕度報(bào)警器，可是高可靠性的多路報(bào)警器還是比較少比較不成熟。從實(shí)際意義出發(fā)，根據(jù)現(xiàn)實(shí)生活的2需要以及運(yùn)用所學(xué)知識(shí)，研制一種高可靠性的多路報(bào)警器能更好地提高生產(chǎn)和生活的安全可靠性。1.3 可燃?xì)怏w、溫濕度報(bào)警器國(guó)內(nèi)外現(xiàn)狀 可燃性氣體報(bào)警器在國(guó)外己經(jīng)發(fā)展成為一種相當(dāng)成熟的產(chǎn)品(Phelan

18、 et al，2007)。日本是最早發(fā)明可燃?xì)怏w報(bào)警器的國(guó)家，己有 50 多年的歷史。無(wú)論在氣體探測(cè)器的研制上，還是在報(bào)警器的可靠性能上，都處于國(guó)際的領(lǐng)先水平。日本政府和各大生產(chǎn)企業(yè)大力推廣報(bào)警器的使用，使可燃可爆氣體泄漏和爆炸等事故的發(fā)生率遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于歐美等發(fā)達(dá)國(guó)家。其中費(fèi)加羅 FIGARO、理研都是專門研制、生產(chǎn)可燃性氣體報(bào)警控制器的廠家。他們生產(chǎn)的產(chǎn)品以采用最先進(jìn)的氣敏傳感器、響應(yīng)速度快、性能可靠、壽命長(zhǎng)而著稱。我國(guó)在 70 年代初期開始研制可燃性氣體報(bào)警控制器，生產(chǎn)型號(hào)多樣、品種較為齊全，應(yīng)用范圍也由單一的煉油系統(tǒng)擴(kuò)展到幾乎所有危險(xiǎn)作業(yè)環(huán)境的各種類型的報(bào)警器，產(chǎn)品數(shù)量也在不斷地增加。主要是

19、在引進(jìn)國(guó)外先進(jìn)的傳感器技術(shù)和先進(jìn)的生產(chǎn)制造工藝的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步研究與開發(fā)，形成自己的特色。近年來(lái)，在氣體選擇性和產(chǎn)品穩(wěn)定性上也取得很大進(jìn)步。工業(yè)上的可燃性氣體報(bào)警控制器一般分為可燃性氣體檢漏儀（簡(jiǎn)稱“檢漏儀”）、可燃性氣體報(bào)警控制器（簡(jiǎn)稱“控制器”）、可燃性氣體探測(cè)器（簡(jiǎn)稱“探測(cè)器”）三大系列產(chǎn)品。檢漏儀的體積較小，可隨身攜帶或手持，采用堿性電池或可充電電池供電，一般可以連續(xù)工作近 12 小時(shí)。該儀器主要應(yīng)用于燃?xì)夤艿赖牟槁┡c巡線。如果有燃?xì)庑孤?，檢漏儀就會(huì)發(fā)出聲光報(bào)警，同時(shí)顯示氣體濃度，以便監(jiān)控人員及時(shí)采取安全措施，防止爆炸等惡性事故的發(fā)生。探測(cè)器一般都與控制器配合使用，這是在工業(yè)裝置上和生

20、產(chǎn)過程中使用最多的檢測(cè)儀器，可在防爆現(xiàn)場(chǎng)長(zhǎng)期穩(wěn)定地監(jiān)測(cè)可燃?xì)怏w的濃度。這種儀器大都使用于油庫(kù)、液化氣站和煤氣站等易燃易爆的危險(xiǎn)場(chǎng)所。探測(cè)器安裝在防爆現(xiàn)場(chǎng)，而控制器則安置在值班室等有人值守的地方，二者之間采用屏蔽電纜線連接。當(dāng)在現(xiàn)場(chǎng)的探測(cè)器探測(cè)到燃?xì)庑孤┲?，在很短時(shí)間內(nèi)通過屏蔽電纜線將信號(hào)傳送到控制器，接收到信號(hào)后控制器發(fā)出聲光報(bào)警，同時(shí)自動(dòng)啟動(dòng)排風(fēng)裝置或關(guān)閉電磁閥切斷氣源，以確保安全（張路，2008）。溫度檢測(cè)報(bào)警系統(tǒng)的核心設(shè)備是溫度傳感器。溫度傳感器的發(fā)展算是經(jīng)歷了以下的3 個(gè)階段：（1）傳統(tǒng)的分立式溫度傳感器，含敏感元件，主要是能夠進(jìn)行非電量和電量之間的轉(zhuǎn)換。（2）模擬式集成溫度傳感器/

21、控制器。3（3）數(shù)字式智能溫度傳感器。目前，國(guó)際上新型溫度傳感器正從模擬式向數(shù)字式、集成化向智能化及網(wǎng)絡(luò)化的方向發(fā)展（Mills et al，2011）。數(shù)字式溫度傳感器也稱智能溫度傳感器，是在 20 世紀(jì)90 年代中期問世。它是微電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)和自動(dòng)測(cè)試技術(shù)（ATE）的結(jié)晶。如今，國(guó)際上已開發(fā)出多種智能溫度傳感器系列產(chǎn)品。智能溫度傳感器內(nèi)部包含溫度傳感器、A/D 傳感器型號(hào)處理器、信號(hào)處理器、存儲(chǔ)器和接口電路。有的產(chǎn)品還帶多路選擇器、中央控制器（CPU）、隨機(jī)存取儲(chǔ)存器（RAM）和只讀存儲(chǔ)器（ROM）。數(shù)字式溫度傳感器能傳輸出溫度數(shù)據(jù)及相關(guān)的溫度控制量，能適配各種微控制器（MCU），并

22、且可以通過軟件來(lái)實(shí)現(xiàn)測(cè)試功能，即智能化水平取決于軟件的開發(fā)水平。進(jìn)入 21 世紀(jì)后，溫度傳感器正朝著高精度、多功能、總線標(biāo)準(zhǔn)化、高可靠性及安全性、開發(fā)虛擬傳感器和網(wǎng)絡(luò)傳感器、研制單片測(cè)溫系統(tǒng)等高科技的方向迅速發(fā)展。而在濕度檢測(cè)報(bào)警方面，雖然在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、氣象、環(huán)保、國(guó)防、科研、航天等部門，經(jīng)常需要對(duì)環(huán)境濕度進(jìn)行測(cè)量及控制。但在常規(guī)的環(huán)境參數(shù)中，濕度是最難準(zhǔn)確測(cè)量的一個(gè)參數(shù)。用干濕球濕度計(jì)或毛發(fā)濕度計(jì)來(lái)測(cè)量濕度的方法，早已無(wú)法滿足現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)發(fā)展的需要。這是因?yàn)闇y(cè)量濕度要比測(cè)量溫度復(fù)雜的多，溫度是個(gè)獨(dú)立的被測(cè)量，而濕度卻受其他因素（大氣壓強(qiáng)、溫度）的影響。此外，濕度的標(biāo)準(zhǔn)也是一個(gè)難題。國(guó)外生產(chǎn)的

23、濕度標(biāo)定設(shè)備價(jià)格十分昂貴。近年來(lái)，國(guó)內(nèi)外在濕度傳感器的研發(fā)領(lǐng)域取得了很大的進(jìn)步。濕敏傳感器正從簡(jiǎn)單的濕敏元件向集成化、智能化、多參數(shù)檢測(cè)的方向迅速發(fā)展，為開發(fā)新一代濕度檢測(cè)控制系統(tǒng)創(chuàng)造了有利條件，也將濕度測(cè)量技術(shù)提高到新的水平?？偠灾?，溫濕度傳感器的應(yīng)用很廣泛，其性能會(huì)直接影響到溫濕度測(cè)量系統(tǒng)的準(zhǔn)確度和可靠性。由于技術(shù)和成本原因，幾年前大多使用傳統(tǒng)的溫濕度傳感器，即模擬式傳感器，尤其是要求可靠的濕度測(cè)量仍然停留于干、濕球測(cè)量法。這種方法不僅使用麻煩,而且往往受到應(yīng)用場(chǎng)合的限制（黃軍輝等，2006）。目前國(guó)內(nèi)外對(duì)可燃?xì)怏w報(bào)警器、溫度報(bào)警器、濕度報(bào)警器的研究可以說是已經(jīng)進(jìn)入一個(gè)比較成熟的階段?？?/p>

24、是能夠結(jié)合多個(gè)方面，多路檢測(cè)報(bào)警、實(shí)用性強(qiáng)，而且能夠廣泛應(yīng)用的多路報(bào)警器的研制還不是很成熟，重大危險(xiǎn)事故還是時(shí)有發(fā)生，所以這一方面的研究還是值得我們探討。2 系統(tǒng)功能及方案設(shè)計(jì)42.1 系統(tǒng)方案比較方案一：采用 AT89S51 單片機(jī)作為中央處理單元（郭天祥，2009），同時(shí)選用FIGARO 費(fèi)加羅催化燃燒式可燃?xì)怏w傳感器模塊 FCM6812 對(duì)現(xiàn)場(chǎng)可燃性氣體濃度進(jìn)行檢測(cè)采集，選用濕度傳感器模塊 HR202 對(duì)空氣濕度進(jìn)行檢測(cè)，利用數(shù)字溫度傳感器模塊 DS18B20 對(duì)空氣溫度進(jìn)行檢測(cè)，單片機(jī)處理單元讀取可燃?xì)怏w傳感器以及溫濕度傳感器所采集到的溫度和濕度值，然后對(duì)采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理分析并實(shí)現(xiàn)

25、自動(dòng)報(bào)警。報(bào)警器用發(fā)光二極管分別表示（徐百匯等，2008）。方案二：采用功能和性價(jià)比較高的 AVR ATmega16 單片機(jī)作為中央處理單元，選用 MQ_2 氣體傳感器對(duì)現(xiàn)場(chǎng)可燃性氣體濃度進(jìn)行檢測(cè)采集，MQ_2 氣體傳感器具有雙路信號(hào)輸出，即模擬量輸出及 TTL 電平輸出，可以采集到氣體濃度的真實(shí)值，或者直接輸出高低電平，也就是當(dāng)測(cè)量濃度大于設(shè)定濃度時(shí)，TTL 輸出低電平，在這里我們直接檢測(cè)測(cè)量濃度是否大于設(shè)定濃度，同時(shí)選用 AM2301 溫濕度傳感器對(duì)溫度和空氣濕度進(jìn)行檢測(cè)，即采集出溫度和濕度的實(shí)際值，單片機(jī)處理單元讀取溫濕度傳感器所采集到的溫度和濕度值，并接受氣體傳感器發(fā)送的高低電平，然后

26、對(duì)采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理分析并實(shí)現(xiàn)自動(dòng)報(bào)警。報(bào)警器用發(fā)光二極管分別表示，同時(shí)用蜂鳴器發(fā)出聲音警報(bào)，以提醒監(jiān)控人員。方案二中用到的 AVR 單片機(jī)是 Atmel 公司的產(chǎn)品，片內(nèi)資源豐富，接口也比AT89S51 單片機(jī)更強(qiáng)大，功耗也比較低，帶 AD 轉(zhuǎn)換的產(chǎn)品多。另外 AVR 單片機(jī)還有一個(gè)好處，就是能支持 ISP 下載程序；方案一中可燃?xì)怏w傳感器用的是 FIGARO 品牌的催化燃燒式可燃?xì)怏w傳感器 TGS6812，該傳感器采用催化原理，可以檢測(cè)甲烷，液化石油氣，酒精干擾小，線形輸出，精密尺寸做工，但是這種傳感器模塊很貴，而 MQ_2 氣體傳感器對(duì)液化氣，天然氣，城市煤氣有較好的靈敏度、具有長(zhǎng)期的

27、使用壽命和可靠的穩(wěn)定性、快速的響應(yīng)恢復(fù)特性等優(yōu)點(diǎn)，性價(jià)比高；方案二中使用 AM2301 溫濕度傳感器代替方案一中的濕度傳感器模塊 HR202 和溫度傳感器模塊 DS18B20，電路簡(jiǎn)單、使用方便，而且有較高靈敏度；方案二中報(bào)警器模塊增加了蜂鳴器，能夠更好地提醒監(jiān)控該人員，以防產(chǎn)生不必要的損失。終上所述，本設(shè)計(jì)采用方案二。2.2 系統(tǒng)整體方案設(shè)計(jì) 本系統(tǒng)整體方案框圖如圖 1 所示。本系統(tǒng)利用傳感器對(duì)環(huán)境中的溫濕度以及可燃?xì)怏w進(jìn)行檢測(cè)，當(dāng)這些參數(shù)不符合預(yù)定設(shè)置的參數(shù)值時(shí)，就會(huì)自動(dòng)報(bào)警。選用 MQ_2 氣體5傳感器對(duì)現(xiàn)場(chǎng)可燃性氣體濃度進(jìn)行檢測(cè)采集，MQ_2 氣體傳感器具有雙路信號(hào)輸出即模擬量輸出及

28、TTL 電平輸出，可以采集到氣體濃度的真實(shí)值，或者直接輸出高低電平，也就是當(dāng)測(cè)量濃度大于設(shè)定濃度時(shí)，TTL 輸出低電平，在這里直接檢測(cè)測(cè)量濃度是否大于設(shè)定濃度，同時(shí)選用 AM2301 溫濕度傳感器對(duì)溫度和空氣濕度進(jìn)行檢測(cè)，即采集出溫度和濕度的實(shí)際值，采用功能和性價(jià)比較高的 AVR ATmega16 單片機(jī)作為中央處理單元，讀取溫濕度傳感器所采集到的溫度和濕度值，并接受氣體傳感器發(fā)送的高低電平，然后對(duì)采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理分析并實(shí)現(xiàn)自動(dòng)報(bào)警。本設(shè)計(jì)可以檢測(cè)空氣中以烷類氣體為主的多種可燃性氣體的濃度，以及空氣溫濕度，當(dāng)達(dá)到預(yù)先設(shè)定的上限或下限報(bào)警設(shè)定值時(shí)，發(fā)出聲音報(bào)警和信號(hào)，實(shí)現(xiàn)多路報(bào)警功能，以提示

29、操作人員采取安全對(duì)策或自動(dòng)控制相關(guān)安全裝置。ATmega16溫度過高報(bào)警器溫度過低報(bào)警器濕度過高報(bào)警器濕度過低報(bào)警器可燃?xì)怏w報(bào)警器可燃?xì)怏w傳感器溫濕度傳感器圖 1 系統(tǒng)整體方案框圖2.3 系統(tǒng)功能介紹系統(tǒng)所實(shí)現(xiàn)的功能如下：環(huán)境參數(shù)信息的采集。本系統(tǒng)可以檢測(cè)空氣中以烷類氣體為主的多種可燃可爆性氣體的濃度，以及環(huán)境溫度和空氣濕度。利用傳感器對(duì)環(huán)境中的溫度和濕度以及可燃可爆性氣體進(jìn)行檢測(cè)。選用具有雙路信號(hào)輸出，即模擬量輸出及 TTL 電平輸出，而且 TTL電平輸出的靈敏度可調(diào)的 MQ_2 氣體傳感器對(duì)現(xiàn)場(chǎng)可燃性氣體的濃度進(jìn)行檢測(cè)，同時(shí)選用應(yīng)用了專用的數(shù)字模塊采集技術(shù)和溫濕度傳感技術(shù)，確保產(chǎn)品具有極高

30、的可靠性與卓6越的長(zhǎng)期穩(wěn)定性的 AM2301 溫濕度傳感器對(duì)環(huán)境溫度和空氣中的濕度進(jìn)行檢測(cè)。傳感器包括一個(gè)電容式感濕元件和一個(gè) NTC 測(cè)溫元件，能同時(shí)對(duì)溫度和濕度進(jìn)行檢測(cè)，采集出溫濕度的當(dāng)前值。對(duì)采集到的信息進(jìn)行自動(dòng)處理并分析。采用功能和性價(jià)比較高的 AVR ATmega16單片機(jī)作為中央處理單元，對(duì)環(huán)境參數(shù)進(jìn)行采集處理，并不斷分析、處理所采集的環(huán)境參數(shù)信息，將采集到的環(huán)境參數(shù)值與預(yù)先設(shè)置的理想值進(jìn)行比較從而為報(bào)警提供數(shù)據(jù)依據(jù)。自動(dòng)報(bào)警。當(dāng)環(huán)境參數(shù)值達(dá)到預(yù)先設(shè)定的上限或下限報(bào)警設(shè)定值時(shí)，將會(huì)發(fā)出聲音報(bào)警和信號(hào)燈指示。聲音警報(bào)采用了有源蜂鳴器，而信號(hào)燈采用發(fā)光二極管，當(dāng)環(huán)境參數(shù)值不在期望值當(dāng)中

31、時(shí)蜂鳴器發(fā)出鳴聲，同時(shí)相應(yīng)的發(fā)光二極管發(fā)光，以提示監(jiān)控人員采取安全對(duì)策或使自動(dòng)控制相關(guān)安全裝置做出相關(guān)反應(yīng)。該報(bào)警器可以實(shí)時(shí)、準(zhǔn)確地檢測(cè)可燃性氣體以及溫濕度并且可以長(zhǎng)時(shí)間可靠無(wú)誤地報(bào)警。3 報(bào)警系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)3.1 單片機(jī)原理3.1.1 單片機(jī)原理概述單片機(jī)（single-chip microcomputer）又稱為“微控制器 MCU”,也就是把微型計(jì)算機(jī)的主要功能部件集成在一塊集成電路芯片上的單芯片微型計(jì)算機(jī)。由于單片機(jī)的高度集成化，縮短了系統(tǒng)內(nèi)的信號(hào)傳送距離，優(yōu)化了結(jié)構(gòu)的配置，大大提高了系統(tǒng)的運(yùn)行速度以及可靠性。同時(shí)它的指令系統(tǒng)又非常適合工業(yè)控制的要求，所以單片機(jī)在工業(yè)過程及設(shè)備控制中得到了

32、廣泛的應(yīng)用（王衛(wèi)星，2009）。單片機(jī)的典型結(jié)構(gòu)圖如圖 2 所示。時(shí)鐘數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器I/O 口CPU程序存儲(chǔ)器定時(shí)/計(jì)數(shù)器片內(nèi)總線圖 2 單片機(jī)典型結(jié)構(gòu)圖73.1.2ATmega16 單片機(jī)的介紹本系統(tǒng)設(shè)計(jì)中所選用的單片機(jī)是 ATmega16 單片機(jī)。ATmega16 單片機(jī)作為硬件部分的主控芯片，具有功能強(qiáng)大、性價(jià)比較高等特點(diǎn)。其引腳如圖 3 所示。圖 3 ATmega16 引腳圖ATmega16 是基于增強(qiáng)的 AVR RISC 結(jié)構(gòu)的低功耗 8 位 CMOS 微控制器。AVR 內(nèi)核具有豐富的指令集和 32 個(gè)通用工作寄存器。所有的寄存器都直接與算邏單元(ALU)相連接，使得一條指令可以在一個(gè)時(shí)

33、鐘周期內(nèi)同時(shí)訪問兩個(gè)獨(dú)立的寄存器。這種結(jié)構(gòu)大大提高了代碼效率，并且具有比普通的 CISC 微控制器最高至 10 倍的數(shù)據(jù)吞吐率。ATmega16 有如下特點(diǎn):16 字節(jié)的系統(tǒng)內(nèi)可編程 Flash(具有同時(shí)讀寫的能力，即RWW)，512 字節(jié) EEPROM，1K 字節(jié) SRAM，32 個(gè)通用 I/O 口線，32 個(gè)通用工作寄存器，用于邊界掃描的 JTAG 接口，支持片內(nèi)調(diào)試與編程，三個(gè)具有比較模式的靈活的定時(shí)器/計(jì)數(shù)器(T/C),片內(nèi)/外中斷，可編程串行 USART，有起始條件檢測(cè)器的通用串行接口，8 路 10 位具有可選差分輸入級(jí)可編程增益(TQFP 封裝)的 ADC，具有片內(nèi)振蕩器的可編程看

34、門狗定時(shí)器，一個(gè) SPI 串行端口，以及六個(gè)可以通過軟件進(jìn)行選擇的省電模式。工作于空閑模式時(shí) CPU 停止工作，而 USART、兩線接口、A/D 轉(zhuǎn)換器、SRAM、T/C、SPI 端口以及中斷系統(tǒng)繼續(xù)工作；掉電模式時(shí)晶體振蕩器停止振蕩，所有功能除了中斷和硬件復(fù)位之外都停止工作；在省電模式下，異步定時(shí)器繼續(xù)運(yùn)行，允許8用戶保持一個(gè)時(shí)間基準(zhǔn)，而其余功能模塊處于休眠狀態(tài)；ADC 噪聲抑制模式時(shí)終止CPU 和除了異步定時(shí)器與 ADC 以外所有 I/O 模塊的工作，以降低 ADC 轉(zhuǎn)換時(shí)的開關(guān)噪聲；Standby 模式下只有晶體或諧振振蕩器運(yùn)行，其余功能模塊處于休眠狀態(tài)，使得器件只消耗極少的電流，同時(shí)具

35、有快速啟動(dòng)能力；擴(kuò)展 Standby 模式下則允許振蕩器和異步定時(shí)器繼續(xù)工作(周潤(rùn)景等，2007)。3.2 電路系統(tǒng)設(shè)計(jì)3.2.1 單片機(jī)最小系統(tǒng)單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)根據(jù)系統(tǒng)擴(kuò)展和系統(tǒng)配置狀況的不同，可以分為最小應(yīng)用系統(tǒng)、最小功耗系統(tǒng)和典型應(yīng)用系統(tǒng)。單片機(jī)在進(jìn)行實(shí)時(shí)控制和實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)處理時(shí)，需要與外界進(jìn)行信息交換。人們需要通過人機(jī)對(duì)話，了解系統(tǒng)的工作情況從而進(jìn)行控制。單片機(jī)芯片與其它 CPU 相比較，功能雖然要強(qiáng)得多，但因?yàn)樾酒Y(jié)構(gòu)、引腳數(shù)目的限制，片內(nèi)ROM、RAM、I/O 口等不能很多，所以在構(gòu)成實(shí)際的應(yīng)用系統(tǒng)時(shí)需要對(duì) I/O 口和存儲(chǔ)器加以擴(kuò)展，以適應(yīng)不同的工作需求。PB0 (XCK/T0)40P

36、B1 (T1)41PB2 (AIN0/INT2)42PB3 (AIN1/OC0)43PB4 (SS)44PB5 (M OSI)1PB6 (M ISO)2PB7 (SCK)3RESET4PD0 (RXD)9PD1 (TXD)10PD2 (INT0)11PD3 (INT1)12PD4 (OC1B)13PD5 (OC1A)14PD6 (ICP)15PD7 (OC2)16XTAL27XTAL18GND6PC0 (SCL)19PC1 (SDA)20PC2 (TCK)21PC3 (TM S)22PC4 (TDO)23PC5 (TDI)24PC6 (TOSC1)25PC7 (TOSC2)26AREF29AV

37、CC27GND28PA7 (ADC7)30PA6 (ADC6)31PA5 (ADC5)32PA4 (ADC4)33PA3 (ADC3)34PA2 (ADC2)35PA1 (ADC1)36PA0 (ADC0)37VCC5VCC17GND18VCC38GND39U1ATmega16PA0PA1PA2PA3PA4PA5PA6PA7PC0PC1PC2PC3PC4PC5PC6PC75VGNDGNDPB0PB1PB2PB3PB4PB5PB6PB7PD0PD1PD2PD3PD4PD5PD6PD7AREFRESETXTAL2XTAL110KR2S1D11N41485VGNDY122pfC822pfC9AVCC

38、100nfC710mHL15V10uFC150.01uFC16圖 4 單片機(jī)最小系統(tǒng)9本設(shè)計(jì)所需要的是最小應(yīng)用系統(tǒng)。最小應(yīng)用系統(tǒng)是指能維持單片機(jī)運(yùn)行的最簡(jiǎn)單配置的系統(tǒng)。這種系統(tǒng)成本低廉、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，常用來(lái)構(gòu)成簡(jiǎn)單的控制系統(tǒng)，如開關(guān)量的輸入/輸出控制、時(shí)序控制等。對(duì)于片內(nèi)有 ROM/EPROM 的芯片來(lái)說,最小應(yīng)用系統(tǒng)即為配有晶體振蕩器、復(fù)位電路和電源的單個(gè)芯片；對(duì)與片內(nèi)沒有 ROM/EPROM 芯片來(lái)說，其最小應(yīng)用系統(tǒng)除了應(yīng)配置上述的晶振、復(fù)位電路和電源外，還應(yīng)配備 EPROM 或EEPROM 作為程序存儲(chǔ)器使用。ATmega16 芯片的片內(nèi)有 ROM/EPROM，所以它的單片機(jī)最小系統(tǒng)只需要電

39、源電路，時(shí)鐘電路，復(fù)位電路。當(dāng)然 AVR ATmega16 也可以不用外接時(shí)鐘電路而直接用內(nèi)部時(shí)鐘。由一個(gè)晶振和兩個(gè)電容構(gòu)成時(shí)鐘系統(tǒng)電路；另外，由一個(gè)電容和一個(gè)電阻和一個(gè)開關(guān)構(gòu)成復(fù)位系統(tǒng)；VCC 腳要接電源。AVR ATmega16 最小系統(tǒng)如圖 4 所示。3.2.2 環(huán)境參數(shù)采集電路設(shè)計(jì)環(huán)境參數(shù)的采集對(duì)象主要包括溫度、濕度和可燃可爆氣體濃度。在本系統(tǒng)中溫濕度的采集選用了數(shù)字溫濕度傳感器 DHT21/AM2301，而可燃可爆氣體的檢測(cè)選用了氣體傳感器 MQ_2。圖 5 氣體傳感器原理圖氣體傳感器 MQ_2 原理圖如圖 5 所示，它具有以下特點(diǎn)：（1）具有信號(hào)輸出指示。（2）雙路信號(hào)輸出（模擬量

40、輸出及 TTL 電平輸出）。10（3）TTL 輸出有效信號(hào)為低電平（當(dāng)輸出低電平時(shí)信號(hào)燈亮，可直接接單片機(jī)）。 （4）模擬量輸出 05V 電壓，濃度越高電壓越高。（5）對(duì)液化氣，天然氣，城市煤氣有較好的靈敏度。（6）具有長(zhǎng)期的使用壽命和可靠的穩(wěn)定性。（7）快速的響應(yīng)恢復(fù)特性。氣體傳感器 MQ_2 適用于家庭或工廠的氣體泄漏監(jiān)測(cè)裝置，適宜于液化氣、丁烷、丙烷、甲烷、酒精、氫氣、煙霧等監(jiān)測(cè)裝置。DHT21 數(shù)字溫濕度傳感器是一款含有已校準(zhǔn)數(shù)字信號(hào)輸出的溫濕度復(fù)合傳感器。它應(yīng)用專用的數(shù)字模塊采集技術(shù)和溫濕度傳感技術(shù)，確保產(chǎn)品具有極高的可靠性與卓越的長(zhǎng)期穩(wěn)定性。傳感器包括一個(gè)電容式感濕元件和一個(gè) NT

41、C 測(cè)溫元件，并與一個(gè)高性能 8 位單片機(jī)相連接。單線制串行接口，使系統(tǒng)集成變得簡(jiǎn)易快捷。超小的體積、極低的功耗，信號(hào)傳輸距離可達(dá) 20 米以上，使其成為各類應(yīng)用甚至最為苛刻的應(yīng)用場(chǎng)合的最佳選擇，產(chǎn)品為 4 針單排引腳封裝。常應(yīng)用于暖通空調(diào)、測(cè)試及檢測(cè)設(shè)備、汽車、數(shù)據(jù)記錄器、消費(fèi)品、自動(dòng)控制、氣象站、家電、濕度調(diào)節(jié)器、醫(yī)療、除濕器等領(lǐng)域。PB0 (XCK/T0)40PB1 (T1)41PB2 (AIN0/INT2)42PB3 (AIN1/OC0)43PB4 (SS)44PB5 (MOSI)1PB6 (MISO)2PB7 (SCK)3RESET4PD0 (RXD)9PD1 (TXD)10PD2

42、(INT0)11PD3 (INT1)12PD4 (OC1B)13PD5 (OC1A)14PD6 (ICP)15PD7 (OC2)16XTAL27XTAL18GND6PC0 (SCL)19PC1 (SDA)20PC2 (TCK)21PC3 (TMS)22PC4 (TDO)23PC5 (TDI)24PC6 (TOSC1)25PC7 (TOSC2)26AREF29AVCC27GND28PA7 (ADC7)30PA6 (ADC6)31PA5 (ADC5)32PA4 (ADC4)33PA3 (ADC3)34PA2 (ADC2)35PA1 (ADC1)36PA0 (ADC0)37VCC5VCC17GND1

43、8VCC38GND39U1ATmega16PA0PA1PA2PA3PA4PA5PA6PA7PC0PC1PC2PC3PC4PC5PC6PC75VGNDGNDPB0PB1PB2PB3PB4PB5PB6PB7PD0PD1PD2PD3PD4PD5PD6PD7AREFRESETXTAL2XTAL1Y122pfC822pfC9AVCC100nfC710mHL15V0.01uFC161234P6DHT215VGNDDATANC100nfC124K7R1PD05VPC01234P5MQ_2GND11圖 6 單片機(jī)與傳感器接口電路溫濕度傳感器和氣體傳感器與單片機(jī)的接口電路如圖 6 所示。環(huán)境參數(shù)采集電路由主控芯

44、片 ATmega16、數(shù)字溫濕度傳感器 DHT21/AM2301、氣體傳感器 MQ_2 組成。溫濕度傳感器 AM2301 的數(shù)據(jù)輸出端接在單片機(jī)的 PD0 口，也即可以通過單片機(jī)的 PD0口用串行方式讀取采集到的溫濕度值；氣體傳感器 MQ_2 的 TTL 電平輸出端接在單片機(jī)的 PC0 口，通過判斷輸入 PC0 口的電平高低，即可判斷出氣體濃度是否過高。3.2.3 報(bào)警部分電路設(shè)計(jì)系統(tǒng)的單片機(jī)與自動(dòng)報(bào)警裝置接口電路如圖 7 所示。當(dāng)所監(jiān)測(cè)的環(huán)境參數(shù)值不符合預(yù)先設(shè)定的環(huán)境參數(shù)值時(shí)，系統(tǒng)會(huì)產(chǎn)生自動(dòng)報(bào)警，以提醒監(jiān)控人員實(shí)施一定的措施或者自動(dòng)控制相應(yīng)的設(shè)備，使得環(huán)境保持在一定需求條件中。報(bào)警部分包括溫

45、度過高報(bào)警器、溫度過低報(bào)警器、濕度過高報(bào)警器、濕度過低報(bào)警器以及可燃?xì)怏w報(bào)警器。通過蜂鳴器來(lái)產(chǎn)生聲音警報(bào)，不管哪一項(xiàng)報(bào)警產(chǎn)生都會(huì)發(fā)出聲音警報(bào)，這里用 PB0 口來(lái)控制蜂鳴器，當(dāng)采集到的任意一參數(shù)值不符合預(yù)定值時(shí)，PB0 口就會(huì)置高，蜂鳴器響。PB0 (XCK/T0)40PB1 (T1)41PB2 (AIN0/INT2)42PB3 (AIN1/OC0)43PB4 (SS)44PB5 (MOSI)1PB6 (MISO)2PB7 (SCK)3RESET4PD0 (RXD)9PD1 (TXD)10PD2 (INT0)11PD3 (INT1)12PD4 (OC1B)13PD5 (OC1A)14PD6 (

46、ICP)15PD7 (OC2)16XTAL27XTAL18GND6PC0 (SCL)19PC1 (SDA)20PC2 (TCK)21PC3 (TMS)22PC4 (TDO)23PC5 (TDI)24PC6 (TOSC1)25PC7 (TOSC2)26AREF29AVCC27GND28PA7 (ADC7)30PA6 (ADC6)31PA5 (ADC5)32PA4 (ADC4)33PA3 (ADC3)34PA2 (ADC2)35PA1 (ADC1)36PA0 (ADC0)37VCC5VCC17GND18VCC38GND39U1ATmega16PA0PA1PA2PA3PA4PA5PA6PA7PC0P

47、C1PC2PC3PC4PC5PC6PC75VGNDGNDPB0PB1PB2PB3PB4PB5PB6PB7PD0PD1PD2PD3PD4PD5PD6PD7AREFRESETXTAL2XTAL1Y122pfC822pfC9AVCC100nfC710mHL15V0.01uFC16D3D4D5D618R1118R1218R1318R1418R15D7LS1BellPB5PB4PB3PB2PB1PB012P9GND圖 7 單片機(jī)與報(bào)警裝置接口電路12同時(shí)，用發(fā)光二極管來(lái)指示相應(yīng)的報(bào)警。在這里分別用白發(fā)綠光二極管 D3 來(lái)指示溫度過高報(bào)警、白發(fā)藍(lán)光二極管 D4 來(lái)指示溫度過低報(bào)警、紅發(fā)紅光二極管 D5 來(lái)

48、指示濕度過高報(bào)警、綠發(fā)綠光二極管 D6 來(lái)指示濕度過低報(bào)警、黃發(fā)黃光二極管 D7 來(lái)指示可燃?xì)怏w報(bào)警，通過 PB5PB1 口來(lái)控制二極管發(fā)光與否，當(dāng)采集到的某一參數(shù)值不符合預(yù)定值時(shí)，相對(duì)應(yīng)的 I/O 就會(huì)置高，而相應(yīng)的二極管就會(huì)發(fā)光。4 報(bào)警系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)4.1 編譯器 ICCAVR 的介紹 ICCAVR 是一種符合 ANSI 標(biāo)準(zhǔn)的 C 語(yǔ)言來(lái)開發(fā) MCU（單片機(jī)）程序的一個(gè)工具，功能合適、使用方便、技術(shù)支持好，它主要有以下幾個(gè)特點(diǎn)：（1）ICCAVR 是一個(gè)綜合了編輯器和工程管理器的集成工作環(huán)境（IDE）。（2）源文件全部被組織到工程之中，文件的編輯和工程的構(gòu)筑也在這個(gè)環(huán)境中完成，錯(cuò)誤顯示在

49、狀態(tài)窗口中，并且當(dāng)你點(diǎn)擊編譯錯(cuò)誤時(shí)，光標(biāo)自動(dòng)跳轉(zhuǎn)到錯(cuò)誤的那一行。（3）該工程管理器還能直接產(chǎn)生 INTEL HEX 格式文件的燒寫文件（該格式的文件可被大多數(shù)編程器所支持，可以直接下載到芯片中使用）和符合 AVRStudio 的調(diào)試文件(COFF 格式)。（4）ICCAVR 是一個(gè) 32 位的程序，支持長(zhǎng)文件名。（5）ICCAVR 是一個(gè)綜合了編輯器和工程管理器的集成開發(fā)環(huán)境(IDE)，是一個(gè)純32 位的程序，可在 Win 95、Win 98、Win ME、Win NT、Win 2000、Win XP 和 Win 7環(huán)境下運(yùn)行（張軍，2007）。4.2 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)4.2.1 整體系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

50、本系統(tǒng)所選用的傳感器都是數(shù)字式的，所以采集到的數(shù)據(jù)無(wú)需模數(shù)轉(zhuǎn)換就可以直接由單片機(jī)直接處理。DHT21 數(shù)字溫濕度傳感器采集到的溫濕度數(shù)據(jù)直接通過串口發(fā)送到單片機(jī)，單片機(jī)對(duì)接收到的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理分析，從而得知溫濕度是否符合要求；而MQ_2 則可以調(diào)節(jié)靈敏度，直接向 AVR 端口輸出比較結(jié)果也即高低電平，讀取相應(yīng)端口的電平即可知道可燃?xì)怏w濃度是否符合要求。通過 AVR 的 PB5PB0 口控制來(lái)報(bào)警裝置，即指示燈和蜂鳴器。通過 PB5PB1 口來(lái)控制二極管發(fā)光與否，二極管一端接電源一端接 I/O 口，當(dāng)采集到的某一參數(shù)值不符合預(yù)定值時(shí)，拉低相對(duì)應(yīng)的 I/O 口，相應(yīng)的13二極管就會(huì)發(fā)光。同時(shí)用 PB

51、0 口來(lái)控制蜂鳴器，蜂鳴器一端接地一端接 I/O 口，不管哪一項(xiàng)報(bào)警產(chǎn)生都會(huì)置高 PB0 口，蜂鳴器發(fā)出警聲。報(bào)警系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)的總流程圖如圖 8所示。I/O 口初始化傳感器初始化讀取每個(gè)傳感器的值對(duì)讀取到的值進(jìn)行處理報(bào)警（指示燈亮、蜂鳴器響）zongzhongduan是否開始采集到的值是否符合預(yù)設(shè)值圖 8 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)的流程圖4.2.2 報(bào)警部分軟件設(shè)計(jì)報(bào)警部分包括溫度過高報(bào)警、溫度過低報(bào)警、濕度過高報(bào)警、濕度過低報(bào)警以及可燃?xì)怏w報(bào)警。先讀取傳感器采集到的值，然后通過 AVR ATmega16 單片機(jī)中央處理單元對(duì)采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。判斷濕度是否過高，是則報(bào)警，否則判斷濕度是否過低，是則報(bào)警

52、；然后判斷判斷溫度是否過高，是則報(bào)警，否則判斷溫度是否過低，是則報(bào)警；14接著判斷可燃?xì)怏w濃度是否過高，是則報(bào)警。如此重復(fù)讀取、分析環(huán)境參數(shù)值進(jìn)行實(shí)時(shí)檢測(cè)報(bào)警。軟件設(shè)計(jì)流程圖如圖 9 所示。讀取每個(gè)傳感器的值對(duì)讀取到的值進(jìn)行處理報(bào)警（指示燈亮、蜂鳴器響）是否否是否是濕度過高或過低溫度過高或過低可燃?xì)怏w濃度過高圖 9 參數(shù)分析、報(bào)警部分流程圖5 調(diào)試和測(cè)試5.1 軟硬件調(diào)試在調(diào)試的過程中，發(fā)現(xiàn)溫濕度傳感器采集的參數(shù)值有問題?？墒峭ㄟ^改變程序中的if 后面的條件，以及發(fā)光二極管的配合，發(fā)現(xiàn)不管條件怎么變化，所采集到的溫濕度值都為 0。多次檢查之后都覺得電路還有程序都沒有問題。想了很久之后終于發(fā)現(xiàn)，

53、本系統(tǒng)的 AVR 最小系統(tǒng)用的是內(nèi)部晶振，而在下載程序之前忘了設(shè)置內(nèi)部 PC 振蕩器的頻率，導(dǎo)致程序中的延時(shí)程序的延時(shí)有誤，所以溫濕度傳感器無(wú)法正常工作。設(shè)置了內(nèi)部PC 振蕩器的頻率之后溫濕度傳感器就能正常工作了?？墒墙酉聛?lái)的報(bào)警部分又出現(xiàn)問題了，很簡(jiǎn)單的蜂鳴器怎么弄不響。同樣多次檢查電路設(shè)計(jì)還有程序都沒發(fā)現(xiàn)錯(cuò)誤。換15了兩個(gè)蜂鳴器都一樣的結(jié)果，而且蜂鳴器沒那么容易燒壞，所以確定不是蜂鳴器壞了。于是用發(fā)光二極管搭在蜂鳴器的兩端，發(fā)現(xiàn)發(fā)光二極管一閃一閃的，而且亮的時(shí)間極短，如果不仔細(xì)觀察很難看到發(fā)光。那就說明輸入到無(wú)源蜂鳴器兩端的電平有一定的頻率，可是頻率過小驅(qū)動(dòng)不了蜂鳴器?，F(xiàn)在用的是 AVR，

54、沒有外接 12MHz 的晶振而是用了內(nèi)部 RC 振蕩器頻率為 8MHz，頻率變小了所以導(dǎo)致驅(qū)動(dòng)不了蜂鳴器。于是在設(shè)計(jì)中改用了有源蜂鳴器，直接上電就可以響。5.2 系統(tǒng)功能測(cè)試在室內(nèi)用溫度傳感器測(cè)出的溫度值與用溫度計(jì)測(cè)出的室內(nèi)的溫度基本一致。設(shè)置溫濕度上下限，實(shí)際值介于上下限之間，調(diào)節(jié)可燃?xì)怏w傳感器的靈敏度。然后進(jìn)行以下測(cè)試：（1）用吹風(fēng)筒對(duì)著溫濕度傳感器吹熱風(fēng)的時(shí)候，探測(cè)到溫度值明顯上升，當(dāng)溫度值上升到大于上限值時(shí)，蜂鳴器發(fā)出響聲，而且相應(yīng)的發(fā)光二極管也即第一盞二極管發(fā)光。（2）用吹風(fēng)筒對(duì)著溫濕度傳感器吹冷風(fēng)的時(shí)候，探測(cè)到溫度值明顯下降，當(dāng)溫度值下降到小于下限值時(shí)，蜂鳴器發(fā)出響聲，而且相應(yīng)的發(fā)

55、光二極管也即第二盞二極管發(fā)光。（3）用手包著溫濕度傳感器的時(shí)候，由于探測(cè)周圍空氣不流通，探測(cè)到了濕度明顯上升，當(dāng)濕度值上升到大于上限值時(shí)，蜂鳴器發(fā)出響聲，而且相應(yīng)的發(fā)光二極管也即第三盞二極管發(fā)光。（4）用吹風(fēng)筒對(duì)著溫濕度傳感器吹風(fēng)的時(shí)候，探測(cè)到濕度值明顯下降，當(dāng)濕度值下降到小于下限值時(shí)，蜂鳴器發(fā)出響聲，而且相應(yīng)的發(fā)光二極管也即第四盞二極管發(fā)光。（5）用打火機(jī)對(duì)著可燃可爆氣體傳感器泄露出可燃?xì)怏w，傳感器很快就檢測(cè)到了有可燃?xì)怏w，這時(shí)蜂鳴器發(fā)出響聲，而且相應(yīng)的發(fā)光二極管也即第五盞二極管發(fā)光。通過對(duì)傳感器周圍環(huán)境條件進(jìn)行改變，系統(tǒng)能正確作出相應(yīng)的反應(yīng)，整個(gè)系統(tǒng)運(yùn)行正確，符合設(shè)計(jì)指標(biāo)，達(dá)到預(yù)定的功能。

56、6 總結(jié)本系統(tǒng)采用功能和性價(jià)比較高的 AVR ATmega16 單片機(jī)作為中央處理單元，利用傳感器對(duì)環(huán)境中的溫濕度以及可燃?xì)怏w進(jìn)行檢測(cè)，當(dāng)采集到的參數(shù)不符合預(yù)先設(shè)置的參16數(shù)值時(shí)，就會(huì)自動(dòng)報(bào)警。選用 MQ_2 氣體傳感器對(duì)現(xiàn)場(chǎng)可燃性氣體濃度進(jìn)行檢測(cè)采集，MQ_2 氣體傳感器具有雙路信號(hào)輸出即模擬量輸出及 TTL 電平輸出，可以采集到氣體濃度的真實(shí)值，或者直接輸出高低電平，也就是當(dāng)當(dāng)測(cè)量濃度大于設(shè)定濃度時(shí)，TTL 輸出低電平，在這里直接檢測(cè)濃度是否大于設(shè)定濃度；同時(shí)，選用 AM2301 溫濕度傳感器對(duì)溫度和空氣濕度進(jìn)行檢測(cè)，即采集出溫度和濕度的實(shí)際值。運(yùn)用 ATmega16 單片機(jī)讀取溫濕度傳感

57、器所采集到的溫度和濕度值，并接受氣體傳感器發(fā)送的高低電平，然后對(duì)采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理分析并實(shí)現(xiàn)自動(dòng)報(bào)警。當(dāng)環(huán)境參數(shù)值達(dá)到預(yù)先設(shè)定的上限或下限報(bào)警設(shè)定值時(shí)，將會(huì)發(fā)出聲音報(bào)警和信號(hào)燈指示。聲音警報(bào)采用了有源蜂鳴器，而信號(hào)燈采用發(fā)光二極管，當(dāng)環(huán)境參數(shù)值不在期望值當(dāng)中時(shí)蜂鳴器發(fā)出鳴聲，同時(shí)相應(yīng)的發(fā)光二極管發(fā)光，以提示監(jiān)控人員采取安全對(duì)策或使自動(dòng)控制相關(guān)安全裝置做出相關(guān)反應(yīng)。通過測(cè)試和調(diào)試，本系統(tǒng)能夠正常運(yùn)作，該報(bào)警器可以實(shí)時(shí)、準(zhǔn)確地檢測(cè)可燃性氣體以及溫濕度并且可以長(zhǎng)時(shí)間可靠無(wú)誤地報(bào)警。17參 考 文 獻(xiàn)郭天祥.新概念 51 單片機(jī) C 語(yǔ)言教程M.北京：電子工業(yè)出版社，2009：220.黃軍輝，黃宇飛

58、，容顯政.帶校準(zhǔn)系數(shù)的數(shù)字溫濕度傳感器及其應(yīng)用J.電子、電路設(shè)計(jì)與應(yīng)用，2006，24（4）：6570.王衛(wèi)星.單片機(jī)原理與應(yīng)用開發(fā)技術(shù)M.北京：中國(guó)水利水電出版社，2009：113.徐百匯，趙鏡紅，曲豪，等.一種簡(jiǎn)易便攜式溫濕度報(bào)警器的設(shè)計(jì)J.湖南工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，2008，22（5）：5658.張芳.淺析可燃?xì)怏w報(bào)警器的應(yīng)用及其發(fā)展前景J.廣西輕工業(yè)，2011，（2）：2425.張軍.AVR 單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)開發(fā)典型實(shí)例M.北京：中國(guó)電力出版社，2007：89110.張路.可燃?xì)怏w報(bào)警器介紹J.中國(guó)計(jì)量，2008，（2）：5152.周潤(rùn)景，張麗娜.基于 PROTEUS 的 AVR 單片機(jī)設(shè)計(jì)與仿

59、真M.北京：中北京航空航天大學(xué)出版社,2007：93109.Mills，Evan. Commissioning High-Tech FacilitiesJ.ASHRAE Journal，2011，53（11）：1820.Phelan，Matthew. FOCUS ON：Gas DetectionJ.Chemical Engineering，2007，114（13）：5860.18附 錄附錄 A 整體電路圖PB0 (XCK/T0)40PB1 (T1)41PB2 (AIN0/INT2)42PB3 (AIN1/OC0)43PB4 (SS)44PB5 (MOSI)1PB6 (MISO)2PB7 (SC

60、K)3RESET4PD0 (RXD)9PD1 (TXD)10PD2 (INT0)11PD3 (INT1)12PD4 (OC1B)13PD5 (OC1A)14PD6 (ICP)15PD7 (OC2)16XTAL27XTAL18GND6PC0 (SCL)19PC1 (SDA)20PC2 (TCK)21PC3 (TMS)22PC4 (TDO)23PC5 (TDI)24PC6 (TOSC1)25PC7 (TOSC2)26AREF29AVCC27GND28PA7 (ADC7)30PA6 (ADC6)31PA5 (ADC5)32PA4 (ADC4)33PA3 (ADC3)34PA2 (ADC2)35PA1 (ADC1)36PA0 (ADC0)37V