可燃?xì)怏w報(bào)警系統(tǒng)開題報(bào)告

1、學(xué)號(hào)：常州大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）開題報(bào)告（2013屆）題目基于單片機(jī)和GSM的可燃?xì)怏w報(bào)警系統(tǒng)設(shè)計(jì)學(xué)生學(xué)院專業(yè)班級(jí)電子101校內(nèi)指導(dǎo)教師屈霞專業(yè)技術(shù)職務(wù)副教授校外指導(dǎo)老師專業(yè)技術(shù)職務(wù)二O三年三月題目基于單片機(jī)和GSM的可燃?xì)怏w報(bào)警系統(tǒng)設(shè)計(jì)、前言課題研究的意義，國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢(shì)在世界范圍內(nèi)，展中具有劃時(shí)代的意義，安防市場(chǎng)發(fā)展較快。以美國(guó)為例，近二十五年中防盜報(bào)警發(fā)展突飛猛進(jìn)，已深入美國(guó)社會(huì)各個(gè)角落。中國(guó)的安防市場(chǎng)不僅被國(guó)內(nèi)企業(yè)所青睞，也為國(guó)際投資者所垂涎。傳統(tǒng)安防系統(tǒng)主要依靠電話網(wǎng)播報(bào)警訊，但電話網(wǎng)易被破壞，且由于架設(shè)線路困難不適用于偏遠(yuǎn)地區(qū)或經(jīng)濟(jì)落后地方。GSM網(wǎng)絡(luò)是基于TDMA技術(shù)和F

2、DMA技術(shù)的通信網(wǎng)絡(luò)體系，在我國(guó)覆蓋面廣，是用戶最多的數(shù)字蜂窩移動(dòng)通信系統(tǒng)。GPRS給現(xiàn)有GSM系統(tǒng)帶來分組業(yè)務(wù)，使得GSM用戶能通過手機(jī)接入因特網(wǎng)或企業(yè)網(wǎng)等公用數(shù)據(jù)網(wǎng)，并且其連接的建立可以用標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議如IP或X.25等。利用GSM網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)無線報(bào)警與監(jiān)控具有明顯優(yōu)勢(shì)。研究的意義：隨著我國(guó)燃?xì)獾淖兏锛拔鳉鈻|輸工程的進(jìn)行，煤氣或者天然氣已成為多數(shù)家庭的燃料。每年因煤氣泄漏造成的煤氣中毒事故中，因使用熱水器不當(dāng)或產(chǎn)品本身的質(zhì)量問題造成的一氧化碳中毒事故全國(guó)均有不少事例。更有因?yàn)槭覂?nèi)煤氣濃度過高引起煤氣爆炸的事故。所以，人們對(duì)可燃?xì)怏w的檢測(cè)及監(jiān)控的需求很大，家用燃?xì)鈭?bào)警器更是時(shí)下所需，基于GSM短信息和

3、單片機(jī)的可燃?xì)怏w報(bào)警系統(tǒng)充分利用GSM短信息覆蓋范圍廣，可靠性高，價(jià)格低廉，隨時(shí)在線等優(yōu)點(diǎn)，形成了集實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集和遠(yuǎn)程監(jiān)控于一體的安全報(bào)警系統(tǒng)，實(shí)時(shí)準(zhǔn)確測(cè)量周圍環(huán)境中的可燃?xì)怏w，有毒有害氣體泄漏，對(duì)保護(hù)人民的身體健康和財(cái)產(chǎn)安全有重要意義。國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀：國(guó)外從20世紀(jì)30年代開始研究及開發(fā)氣體傳感器，且發(fā)展迅速，一方面是因?yàn)槿藗儼踩庾R(shí)增強(qiáng)，對(duì)環(huán)境安全性和生活舒適性要求提高；另一方面是因?yàn)閭鞲衅魇袌?chǎng)增長(zhǎng)受到政府安全法規(guī)的推動(dòng)。據(jù)有關(guān)統(tǒng)計(jì)，美國(guó)1996年2002年氣體傳感器年均增長(zhǎng)率為27%30%。隨著傳感器生產(chǎn)工藝水平逐步提高，傳感器日益小型化、集成度不斷增大，使得氣體檢測(cè)儀器的體積也逐漸變小

4、，提高了氣體檢測(cè)儀器的便攜性，更加利于生產(chǎn)、運(yùn)輸及市場(chǎng)推廣。我國(guó)在70年代初期開始研制可燃性氣體報(bào)警器，生產(chǎn)型號(hào)多樣、品種較齊全，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)境的各種類型報(bào)警器，產(chǎn)品數(shù)量也在不斷增加。但主要是在引進(jìn)國(guó)外先進(jìn)的傳感器技術(shù)和先進(jìn)的生產(chǎn)工藝基礎(chǔ)上，進(jìn)行研究與開發(fā)形成自己的特色。近年來，在氣體選擇性和產(chǎn)品穩(wěn)定性上也有很大進(jìn)步。燃?xì)鈭?bào)警器可分為民用可燃?xì)怏w報(bào)警器、工業(yè)用可燃性氣體報(bào)警器、有毒有害氣體報(bào)警器三大系列產(chǎn)品。發(fā)展趨勢(shì)：可燃性報(bào)警裝置不僅具有報(bào)警限制設(shè)定、聲光報(bào)警、控制輸出功能，而且具有時(shí)鐘、氣體濃度顯示、故障自診斷功能。報(bào)警儀應(yīng)可以在較寬的溫度范圍下工作，

5、這樣就可以被家庭、公司等多方面使用。對(duì)于化工廠，特別是PVC生產(chǎn)部門早期使用的可燃性氣體檢測(cè)報(bào)警儀存在易中毒失敗、透氣帽腐蝕堵塞，受風(fēng)、雨、塵、聚合物等眾多問題及其影響。所以對(duì)可燃?xì)怏w報(bào)警儀的設(shè)計(jì)要求中不但要考慮技術(shù)原理，還要從研制報(bào)警儀本身所用材料著手，那樣就會(huì)避免很多因?yàn)闅怏w腐蝕性造成報(bào)警儀失效的問題。無論是對(duì)家庭還是公司企業(yè)來說，最重要的還包括可燃性報(bào)警儀的價(jià)格，價(jià)格合理，對(duì)于公司企業(yè)才能談經(jīng)濟(jì)效益，這樣家庭也很容易接受。總之，具有先進(jìn)的的科學(xué)技術(shù)、操作簡(jiǎn)單顯示清楚、具有長(zhǎng)時(shí)間的使用能力、能達(dá)到廣大使用者的理想價(jià)格的檢測(cè)報(bào)警裝置才是未來報(bào)警系統(tǒng)的發(fā)展方向。課題的研究目標(biāo)、內(nèi)容和擬解決的關(guān)

6、鍵問題目標(biāo)：系統(tǒng)應(yīng)實(shí)現(xiàn)對(duì)室內(nèi)可燃?xì)怏w的聲光報(bào)警，同時(shí)通過GSM無線傳輸模塊發(fā)送短信給指定人手機(jī)，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程報(bào)警。內(nèi)容：本設(shè)計(jì)采用單片機(jī)作為控制核心?？扇?xì)怏w傳感器采集到氣體濃度，然后通過A/D轉(zhuǎn)換器將信息送至單片機(jī)中處理，通過顯示屏顯示。鍵盤電路設(shè)置報(bào)警值檢測(cè)氣體濃度是否在設(shè)定范圍以達(dá)到聲光報(bào)警功能，并通過GSM無線模塊把信息傳輸?shù)接脩羰謾C(jī)。設(shè)計(jì)內(nèi)容：選擇一種可燃?xì)怏w泄漏傳感器，實(shí)現(xiàn)警情檢測(cè)及放大。選擇單片機(jī)作為控制處理模塊檢測(cè)有無報(bào)警信號(hào)、是否布防，能及時(shí)處理報(bào)警信息和觸發(fā)聲光報(bào)警裝置實(shí)現(xiàn)定點(diǎn)報(bào)警。選擇一種GSM/GPRS模塊，實(shí)現(xiàn)與單片機(jī)通信。當(dāng)單片機(jī)檢測(cè)到報(bào)警信號(hào)后，通過GSM模塊以短信形

7、式發(fā)送報(bào)警信息到指定用戶手機(jī)。關(guān)鍵問題：通過傳感器檢測(cè)到的氣體濃度信號(hào)是模擬信號(hào)不能直接送往單片機(jī)進(jìn)行處理，必須進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換(模擬量轉(zhuǎn)換成數(shù)字量)，并且檢測(cè)到的濃度信號(hào)需要通過放大器放大到足夠單片機(jī)讀取的幅度。要實(shí)現(xiàn)聲光報(bào)警功能必須要通過設(shè)計(jì)鍵盤電路來設(shè)置上下限報(bào)警值，并且還可以改變它的上下限的值。當(dāng)氣體濃度達(dá)到或超過預(yù)警值時(shí)，立即發(fā)出聲光報(bào)警以提醒用戶采取安全措施。當(dāng)發(fā)出聲光報(bào)警時(shí)，為了防止發(fā)生爆炸、火災(zāi)等事故，必須啟動(dòng)排風(fēng)扇進(jìn)行通風(fēng)，然后啟動(dòng)電磁閥供給煤氣，正常情況下電磁閥要求處于關(guān)閉狀態(tài)以切斷煤氣通道，防止煤氣外泄。如果檢測(cè)到可燃?xì)怏w泄漏，用戶又不在現(xiàn)場(chǎng)，就要啟動(dòng)GSM短消息模塊，向用

8、戶手機(jī)發(fā)送短消息及時(shí)告知用戶情況異常，以便采取相應(yīng)的安全措施。當(dāng)濃度回到正常范圍的時(shí)候，關(guān)閉報(bào)警器，同時(shí)GSM模塊發(fā)送一條短信息，通知用戶，情況已恢復(fù)正常。二、設(shè)計(jì)方案的確定方案的原理、特點(diǎn)與選擇依據(jù)基于單片機(jī)和GSM的可燃?xì)怏w報(bào)警系統(tǒng)設(shè)計(jì)應(yīng)包括單片機(jī)控制模塊、傳感器模塊、按鍵顯示模塊、聲光報(bào)警模塊、故障處理模塊、GSM模塊和用戶手機(jī)。單片機(jī)控制模塊主要由時(shí)鐘電路、復(fù)位電路組成，構(gòu)成單片機(jī)的最小系統(tǒng)。按鍵顯示模塊主要由按鍵電路和顯示屏顯示電路組成。根據(jù)以上所提及的系統(tǒng)模塊，可以繪制系統(tǒng)方框圖，如圖1所示。圖1系統(tǒng)方框圖、傳感器模塊方案選擇方案一：傳感器選擇MQ-2/MQ-2S氣體傳感器。MQ-

9、2/MQ-2S氣體傳感器所使用的氣敏材料是在清潔空氣中電導(dǎo)率較低的二氧化錫。當(dāng)傳感器所處環(huán)境中存在可燃?xì)怏w時(shí)，傳感器的電導(dǎo)率隨空氣中可燃?xì)怏w濃度的增加而增加。使用簡(jiǎn)單的電路即可將電導(dǎo)率的變化轉(zhuǎn)換為與該氣體濃度相對(duì)應(yīng)的輸出信號(hào)。MQ-2/MQ-2S氣體傳感器對(duì)液化、丙烷、氫氣的靈敏度高，對(duì)天然氣和其他可燃蒸汽的檢測(cè)也很理想。這種傳感器可檢測(cè)多種可燃性氣體，是一款適合多種應(yīng)用的低成本傳感器。MQ-2/MQ-2S氣體傳感器作為信號(hào)采集器件，采集到的信號(hào)通過A/D轉(zhuǎn)換器送給單片機(jī)處理。但是這種傳感器的不足在于該傳感器接觸到水就會(huì)造成敏感特性下降，無論是佛偶通電，在高濃度氣體中長(zhǎng)期放置，都會(huì)影響傳感器特

10、性，而且經(jīng)長(zhǎng)期不通電儲(chǔ)存的傳感器，在使用前需要長(zhǎng)時(shí)間通電才能使其達(dá)到穩(wěn)定。方案二：傳感器選擇TGS813氣體傳感器。TGS813氣體傳感器本方案GPS信息通過串口送入單片機(jī)，單片機(jī)處理信息并送至顯示器顯示。原理同方案一相同，本方案的優(yōu)點(diǎn)在于CPU是16位的，處理速度相比較快。加上硬件乘法器，處理GPS數(shù)據(jù)就更加容易。而且MP430F149內(nèi)部資源較多，但是本設(shè)計(jì)并不需要那么多資源，這也正是方案二不足的地方，會(huì)造成資源浪費(fèi)。比較方案一和方案二可知，盡管STC89C54RD+運(yùn)算能力不及MP430，可是已經(jīng)可以滿足設(shè)計(jì)要求了，而且8為單片機(jī)軟件操作更簡(jiǎn)單，價(jià)格也比16位的便宜。綜合各方面考慮CPU

11、選擇方案一。(2)、GPS模塊方案選擇本設(shè)計(jì)中GPS信息是以串行數(shù)據(jù)方式發(fā)送到單片機(jī)，但是不同的GPS模塊輸出電平并不相同。GARMIN公司的GPS輸出電平是RS-232電平，HOLUXM-87GPS則輸出CMOS電平。這里所提到的GPS模塊方案主要指GPS與單片機(jī)連接方式。若系統(tǒng)選用的是GARMIN公司的GPS25-LVSGPS模塊，系統(tǒng)設(shè)計(jì)提出了以下兩種方案一：用MAXIM公司的MAX232芯片連接RS232輸出電平的GPS與單片機(jī)RS-232的邏輯電平以公共地對(duì)稱，其邏輯0電平規(guī)定在+3+25V之間，邏輯1電平則在-3-25V之間，要使用正負(fù)極性的雙電源。傳統(tǒng)的CMOS/TTL電平邏輯電

12、平以地為標(biāo)準(zhǔn)不對(duì)稱設(shè)置，其邏輯0電平規(guī)定小于0.7V，邏輯1電平規(guī)定大于3.2V。方案圖如圖4所示。圖4用MAX232芯片方案圖本方案中MAX232芯片能將+5V或者更低的電壓變換成RS-232所需的+10V以上的電壓，然后再用電壓反轉(zhuǎn)電路(芯片內(nèi)部電路)將+10V變成-10V，這樣就可以得到RS-232所需的電壓。同時(shí)可以將RS-232電平轉(zhuǎn)成CMOS/TTL電平。但是本設(shè)計(jì)只是GPS單向往單片機(jī)發(fā)數(shù)據(jù)，所以用一個(gè)芯片來完成單向電平轉(zhuǎn)化太浪費(fèi)。方案二：用三極管完成電平轉(zhuǎn)換考慮到設(shè)計(jì)中單片機(jī)只需接收GPS發(fā)來的數(shù)據(jù)，不用向GPS發(fā)數(shù)據(jù)。只需將GPS輸出的RS-232電平通過簡(jiǎn)易模擬電路轉(zhuǎn)成TT

13、L電平即可。運(yùn)用三極管特性設(shè)計(jì)本方案如圖5所示。本方案借助三極管特性將10V電壓轉(zhuǎn)成TTL的土5V，不僅成本低，而且電路簡(jiǎn)單易于實(shí)現(xiàn)。但是電路的穩(wěn)定性不如方案一的芯片。比較方案一與方案二可知，方案二成本低，硬件上易于實(shí)現(xiàn)。穩(wěn)定性上方案一更好。綜合考慮設(shè)計(jì)需求。當(dāng)系統(tǒng)選用的是GPS25-LVSGPS模塊的話，GPS模塊選擇方案二更好。串.口上位機(jī)GPS電阻卜NMEA+5VGND電阻TTL圖5用三極管方案圖若系統(tǒng)選用的是HOLUXM-87GPS模塊的話，需要注意的是HOLUXM-87GPS輸出是CMOS電平，CMOS輸出的高電平可達(dá)VCC,低電平約等于GND。單片機(jī)的工作電平是TTL電平。在輸入電

14、平高于2V時(shí)，就視為TTL高電平；當(dāng)輸入小于0.8V時(shí)，就視為TTL低電平。相比CMOS的輸入輸出電平可以看出，CMOS輸出電平可以直接驅(qū)動(dòng)TTL工作電平的單片機(jī)。所以HOLUXM-87GPS模塊可以與單片機(jī)直接連接，無需電平轉(zhuǎn)換。設(shè)計(jì)步驟查找資料，熟悉GSM和可燃?xì)怏w報(bào)警系統(tǒng)的原理與組成；查找相關(guān)文獻(xiàn)，提出幾套系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案；比較各種方案，綜合考慮設(shè)計(jì)需求，確定系統(tǒng)的硬件方案與控制方案;根據(jù)硬件方案選擇氣體傳感器、單片機(jī)、GSM等硬件；用相關(guān)仿真軟件對(duì)系統(tǒng)方案仿真；制作并調(diào)試硬件電路；功能測(cè)試與實(shí)驗(yàn)結(jié)果；(6)撰寫論文。三、階段性設(shè)計(jì)計(jì)劃、設(shè)計(jì)目標(biāo)與應(yīng)用價(jià)值1.設(shè)計(jì)計(jì)劃周次工作內(nèi)容預(yù)定目標(biāo)1-

15、2畢業(yè)設(shè)計(jì)調(diào)研實(shí)習(xí)調(diào)研相關(guān)背景資料，寫實(shí)習(xí)報(bào)告2分析課題，查閱文獻(xiàn)，收集資料，調(diào)研論證，確定設(shè)計(jì)方案。理解課題任務(wù)，準(zhǔn)備文獻(xiàn)綜述素材，通過調(diào)研論證，提出合理的設(shè)計(jì)方案3撰寫文獻(xiàn)綜述，提出GSM和可燃?xì)怏w報(bào)警系統(tǒng)方案交英文翻譯，翻譯準(zhǔn)確；文獻(xiàn)綜述論述規(guī)氾，方案合理4-5提出系統(tǒng)詳細(xì)設(shè)計(jì)方案系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和電路原理圖、印制板設(shè)計(jì)6-10軟件功能設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)主程序(GPS接收處理、LCD液晶顯示程序等)，并經(jīng)過軟件調(diào)試11-13軟件、硬件聯(lián)調(diào)實(shí)現(xiàn)具有GPS定位及信息顯示的系統(tǒng)14-16撰寫畢業(yè)設(shè)計(jì)論文設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)嚴(yán)謹(jǐn)，邏輯性強(qiáng)，層次清晰，文字流暢，符合規(guī)范17答辯準(zhǔn)備充分，論述準(zhǔn)確，回答問題正確2.預(yù)期研究成

16、果單片機(jī)能夠正確讀取GPS數(shù)據(jù)；能夠?qū)崿F(xiàn)硬件設(shè)計(jì)、軟件設(shè)計(jì)及聯(lián)合調(diào)試；液晶顯示的內(nèi)容可以由鍵盤控制；液晶顯示器能夠顯示時(shí)間、經(jīng)度、緯度、水平高度、捕獲衛(wèi)星數(shù)目和運(yùn)動(dòng)軌跡;可以考慮影響GPS測(cè)量精度的因素及減少誤差影響。四、參考文獻(xiàn)蘇江福.基于網(wǎng)絡(luò)的智能家居監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)D.哈爾濱：哈爾濱工程大學(xué),2008.謝衛(wèi)華.基于單片機(jī)的家庭智能防火防盜系統(tǒng)D.哈爾濱：東北林業(yè)大學(xué)，2010.卓成軍.D.南京：南京理工大學(xué)，2007.李光飛，李良兒.單片機(jī)C程序設(shè)計(jì)實(shí)例指導(dǎo)M.北京：航空航天大學(xué)出版社，2004.10.楊永.基于GPS模塊與GSM模塊的雙CPU開發(fā)與應(yīng)用D.南京：東南大學(xué),2007.陳蕾，仇潤(rùn)鶴，薛冰雷一種應(yīng)用于車載系統(tǒng)的GPS接收機(jī)射頻前端的設(shè)計(jì)J.微計(jì)算機(jī)信息，2005，20(3)：25-277張惠，張健，梁興忠，張瑞峰.全球定位系統(tǒng)(GPS)技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀與未來發(fā)展趨勢(shì)J儀器儀表標(biāo)準(zhǔn)化與計(jì)量，2011，20(2)：1-6胡大可.MP430系列FLASH型超低功耗16位單片機(jī)M.北京：航空航天大學(xué)出版社，2001.11K.Zimmerman，“ExperimentsintheUseoftheGlobalPositioningSystemforSpaceVehicleRendezvousPh.D.Thesis，Stanf