可燃?xì)怏w報警系統(tǒng)開題報告

1、學(xué)號：常州大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文）開題報告（2013屆）題目基于單片機(jī)和GSM的可燃?xì)怏w報警系統(tǒng)設(shè)計學(xué)生學(xué)院專業(yè)班級電子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報警系統(tǒng)設(shè)計、前言課題研究的意義，國內(nèi)外研究現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢在世界范圍內(nèi)，展中具有劃時代的意義，安防市場發(fā)展較快。以美國為例，近二十五年中防盜報警發(fā)展突飛猛進(jìn)，已深入美國社會各個角落。中國的安防市場不僅被國內(nèi)企業(yè)所青睞，也為國際投資者所垂涎。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，在我國覆蓋面廣，是用戶最多的數(shù)字蜂窩移動通信系統(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)實現(xiàn)無線報警與監(jiān)控具有明顯優(yōu)勢。研究的意義：隨著我國燃?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均有不少事例。更有因為室內(nèi)煤氣濃度過高引起煤氣爆炸的事故。所以，人們對可燃?xì)怏w的檢測及監(jiān)控的需求很大，家用燃?xì)鈭缶鞲菚r下所需，基于GSM短信息和

3、單片機(jī)的可燃?xì)怏w報警系統(tǒng)充分利用GSM短信息覆蓋范圍廣，可靠性高，價格低廉，隨時在線等優(yōu)點，形成了集實時數(shù)據(jù)采集和遠(yuǎn)程監(jiān)控于一體的安全報警系統(tǒng)，實時準(zhǔn)確測量周圍環(huán)境中的可燃?xì)怏w，有毒有害氣體泄漏，對保護(hù)人民的身體健康和財產(chǎn)安全有重要意義。國內(nèi)外研究現(xiàn)狀：國外從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，一方面是因為人們安全意識增強(qiáng)，對環(huán)境安全性和生活舒適性要求提高；另一方面是因為傳感器市場增長受到政府安全法規(guī)的推動。據(jù)有關(guān)統(tǒng)計，美國1996年2002年氣體傳感器年均增長率為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，使得氣體檢測儀器的體積也逐漸變小

4、，提高了氣體檢測儀器的便攜性，更加利于生產(chǎn)、運(yùn)輸及市場推廣。我國在70年代初期開始研制可燃性氣體報警器，生產(chǎn)型號多樣、品種較齊全，應(yīng)用范圍也由單一的煉油系統(tǒng)擴(kuò)展到幾乎所有危險作業(yè)環(huán)境的各種類型報警器，產(chǎn)品數(shù)量也在不斷增加。但主要是在引進(jìn)國外先進(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)鈭缶骺煞譃槊裼每扇細(xì)怏w報警器、工業(yè)用可燃性氣體報警器、有毒有害氣體報警器三大系列產(chǎn)品。發(fā)展趨勢：可燃性報警裝置不僅具有報警限制設(shè)定、聲光報警、控制輸出功能，而且具有時鐘、氣體濃度顯示、故障自診斷功能。報警儀應(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報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。所以對可燃?xì)怏w報警儀的設(shè)計要求中不但要考慮技術(shù)原理，還要從研制報警儀本身所用材料著手，那樣就會避免很多因為氣體腐蝕性造成報警儀失效的問題。無論是對家庭還是公司企業(yè)來說，最重要的還包括可燃性報警儀的價格，價格合理，對于公司企業(yè)才能談經(jīng)濟(jì)效益，這樣家庭也很容易接受?？傊?，具有先進(jìn)的的科學(xué)技術(shù)、操作簡單顯示清楚、具有長時間的使用能力、能達(dá)到廣大使用者的理想價格的檢測報警裝置才是未來報警系統(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)實現(xiàn)對室內(nèi)可燃?xì)怏w的聲光報警，同時通過GSM無線傳輸模塊發(fā)送短信給指定人手機(jī)，實現(xiàn)遠(yuǎn)程報警。內(nèi)容：本設(shè)計采用單片機(jī)作為控制核心。可燃?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)置報警值檢測氣體濃度是否在設(shè)定范圍以達(dá)到聲光報警功能，并通過GSM無線模塊把信息傳輸?shù)接脩羰謾C(jī)。設(shè)計內(nèi)容：選擇一種可燃?xì)怏w泄漏傳感器，實現(xiàn)警情檢測及放大。選擇單片機(jī)作為控制處理模塊檢測有無報警信號、是否布防，能及時處理報警信息和觸發(fā)聲光報警裝置實現(xiàn)定點報警。選擇一種GSM/GPRS模塊，實現(xiàn)與單片機(jī)通信。當(dāng)單片機(jī)檢測到報警信號后，通過GSM模塊以短信形

7、式發(fā)送報警信息到指定用戶手機(jī)。關(guān)鍵問題：通過傳感器檢測到的氣體濃度信號是模擬信號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)，并且檢測到的濃度信號需要通過放大器放大到足夠單片機(jī)讀取的幅度。要實現(xiàn)聲光報警功能必須要通過設(shè)計鍵盤電路來設(shè)置上下限報警值，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，立即發(fā)出聲光報警以提醒用戶采取安全措施。當(dāng)發(fā)出聲光報警時，為了防止發(fā)生爆炸、火災(zāi)等事故，必須啟動排風(fēng)扇進(jìn)行通風(fēng)，然后啟動電磁閥供給煤氣，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。如果檢測到可燃?xì)怏w泄漏，用戶又不在現(xiàn)場，就要啟動GSM短消息模塊，向用

8、戶手機(jī)發(fā)送短消息及時告知用戶情況異常，以便采取相應(yīng)的安全措施。當(dāng)濃度回到正常范圍的時候，關(guān)閉報警器，同時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)計方案的確定方案的原理、特點與選擇依據(jù)基于單片機(jī)和GSM的可燃?xì)怏w報警系統(tǒng)設(shè)計應(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，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應(yīng)的輸出信號。MQ-2/MQ-2S氣體傳感器對液化、丙烷、氫氣的靈敏度高，對天然氣和其他可燃蒸汽的檢測也很理想。這種傳感器可檢測多種可燃性氣體，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采集器件，采集到的信號通過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造成敏感特性下降，無論是佛偶通電，在高濃度氣體中長期放置，都會影響傳感器特

10、性，而且經(jīng)長期不通電儲存的傳感器，在使用前需要長時間通電才能使其達(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)計并不需要那么多資源，這也正是方案二不足的地方，會造成資源浪費。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)計要求了，而且8為單片機(jī)軟件操作更簡單，價格也比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。同時可以將RS-232電平轉(zhuǎn)成CMOS/TTL電平。但是本設(shè)計只是GPS單向往單片機(jī)發(fā)數(shù)據(jù)，所以用一個芯片來完成單向電平轉(zhuǎn)化太浪費。方案二：用三極管完成電平轉(zhuǎn)換考慮到設(shè)計中單片機(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，而且電路簡單易于實現(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，硬件上易于實現(xiàn)。穩(wěn)定性上方案一更好。綜合考慮設(shè)計需求。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，就視為TTL高電平；當(dāng)輸入小于0.8V時，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)計步驟查找資料，熟悉GSM和可燃?xì)怏w報警系統(tǒng)的原理與組成；查找相關(guān)文獻(xiàn)，提出幾套系統(tǒng)設(shè)計方案；比較各種方案，綜合考慮設(shè)計需求，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)仿真軟件對系統(tǒng)方案仿真；制作并調(diào)試硬件電路；功能測試與實驗結(jié)果；(6)撰寫論文。三、階段性設(shè)計計劃、設(shè)計目標(biāo)與應(yīng)用價值1.設(shè)計計劃周次工作內(nèi)容預(yù)定目標(biāo)1-

15、2畢業(yè)設(shè)計調(diào)研實習(xí)調(diào)研相關(guān)背景資料，寫實習(xí)報告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)計方案3撰寫文獻(xiàn)綜述，提出GSM和可燃?xì)怏w報警系統(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)計方案系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計和電路原理圖、印制板設(shè)計6-10軟件功能設(shè)計設(shè)計主程序(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)計論文設(shè)計結(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、軟件設(shè)計及聯(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間、經(jīng)度、緯度、水平高度、捕獲衛(wèi)星數(shù)目和運(yùn)動軌跡;可以考慮影響GPS測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)計與實現(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)計實例指導(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J.微計算機(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J儀器儀表標(biāo)準(zhǔn)化與計量，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