參考論文-基于單片機的可燃氣體報警器

單片機和MQ2可燃氣體傳感器，系統(tǒng)先將傳感器輸出的信號通過A/D2 31.1可燃性氣特濃度檢測儀的背景 31.2可燃性氣體濃度檢測儀現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢 31.3本課題實現(xiàn)目標 3二、設計方案和元器件選擇 4 4 4 52.3、MQ-2傳感器 5 5 6 72.4數(shù)模轉(zhuǎn)換器 7 82.5.11602介紹 8 三、系統(tǒng)硬件設計 193化學)、半導體型、氣體色譜分析型、紅外線型、比技術(shù)的家庭可燃氣體濃度檢測儀在市面上是一個空缺，我們彌補了這一塊的空只是對結(jié)果進行預警、低報、高報三限報警點設置。并不適用于家庭，在LCD45P10P30EA/2.3傳感器2.3.1MQ-2的概述6HB0B2.3.3MQ-2的計算7阻值R與空氣中被測氣體的濃度C的計算關(guān)系式常數(shù)n:與氣體檢測靈敏度有關(guān)，除了隨傳感器材料和氣體種類不同而變化常數(shù)m:表示隨氣體濃度而變數(shù)的傳感器的靈敏度(也稱作為氣體分離率)。對于可燃性氣體來說，m的值多數(shù)介于1/2至1/3之間。實現(xiàn)A/D轉(zhuǎn)換的基本方法很多，有計數(shù)法、逐轉(zhuǎn)換法。由于逐次逼近式A/D轉(zhuǎn)換具有速度，分辨率高等優(yōu)點，而且包括1個比較器、一個模數(shù)轉(zhuǎn)換器、1個逐次逼近寄存器(SAR)和1個邏輯控制單元。逐次逼近型是將采樣信號和已知電壓不斷進行比較，一個時鐘周期完成1率是相互牽制的，優(yōu)點是分辨率低于12位時，價格較低，采樣速率也很好。STC89C52模數(shù)轉(zhuǎn)換器具有8位分辨率、雙通道A/D轉(zhuǎn)換、輸入輸出電平與816*1,16*2,20*2和40*2行等的模塊。本設計采用的液晶顯示器為1602字符型液晶顯示第7～14腳：D0～D7為8位雙向數(shù)據(jù)線。9圖2.101602液晶顯示器尺寸圖每8列對應1字節(jié)的8位，即每行由16字節(jié)，共16×8=128個點組成，屏上64×16個顯(00FH)=00H時，則在屏幕的頂部顯示一條由8段亮線和8條暗線組成的虛線。這就是表3.21602液晶模塊控制指令表序號指令100000000012光標返回000000001*300000001S4顯示開/關(guān)控制0000001DCB5000001**600001NF冰*700018001顯示數(shù)據(jù)存貯器地址90110要寫的數(shù)據(jù)內(nèi)容11指令1:清顯示，指令碼01H,光標復位到地址00H位置。指令2:光標復位，光標返回到地址00H。指令6:功能設置命令DL:高電平時為4位總線，低電平時為8位總線N:低電平時指令8:DDRAM地址設置。指令10:寫數(shù)據(jù)。指令11:讀數(shù)據(jù)。圖3.12讀操作時序?qū)懖僮鲿r序如圖3.13所示：圖3.13寫操作時序液晶顯示器電路如圖3.14所示：1602字符型LCD通常有14條引腳線或16條引腳線的LCD,多出來的2條線是背光電源線vCC(15腳)和地線GND(16腳),其控制原理與14腳的LCD完全一樣，其中：引腳功能說明123影”,使用時可以通過一個10K的電位器調(diào)整對比度)。4RS為寄存器選擇，高電平1時選擇數(shù)據(jù)寄存器、低電平0時選擇指令寄存器。5R/W為讀寫信號線，高電平(1)時進行讀操作，低電平(0)時進行寫操作。6EE(或EN)端為使能(enable)端7底4位三態(tài)、雙向數(shù)據(jù)總線0位(最低位)89高4位三態(tài)、雙向數(shù)據(jù)總線7位(最高位)(也是busyflag)操作說明00寫入指令寄存器(清除屏等)0110寫入數(shù)據(jù)寄存器(顯示各字型等)11A壓9V以下，最好選用LDO。為了增強模塊電源抗干擾能力(主要抗浪涌，脈沖群，靜電等),不至于在外界環(huán)境比較惡劣的情況下導致模塊供電異常，建議根據(jù)實際應用在外部電源輸入端加一些壓敏電阻、共模電感、TVS管等器件，在VBAT供電芯片輸出端加一些nf、pf級電容，濾除干擾。在電源設計中一定要保證不能使VBAT跌落至3.1V以下。因此，VBAT設計會影響整個模塊的工作穩(wěn)定性，比如常見問題模塊開機幾秒鐘就關(guān)機、TCP/IP傳輸數(shù)據(jù)頻繁大數(shù)據(jù)量、信號強度不好的情況，都可能會產(chǎn)生模塊關(guān)機或重啟現(xiàn)象。PWRKEY引腳PWRKEY引腳內(nèi)部通過100K電阻上拉到3V電壓，所以客戶設計時候要注意模塊端的電平。為了防止PWRKEY與I0直連導致串電，增強開關(guān)機可靠性，建議客戶使用如下設計，在模塊與MCU的I0間加三極管隔離，注意不要在集電極加上拉：模塊開關(guān)機時序如下：對于SIM800、SIM800A、SIM800D模塊，可以通對于SIM800B、SIM800S模塊，可以通過VDD_EXT(下面會提到改引腳設計注意事項)引腳判斷模塊是否開關(guān)機。2.6.2串口部分串口部分：一般ARM系統(tǒng)的串口都不需要上拉的，即便上拉也要上拉到系統(tǒng)內(nèi)部(比如VEXT引腳),模塊串口部分電平2.8V左右，因此客戶可以根據(jù)MCU串口電平進行電平匹配，以保證電壓匹配；當MCU端和模塊端的電平不匹配時，建議在MCU和模塊使用levelshifter芯片或者三極管進行電平匹配。當MCU端和模塊端的電平差別不是很大時，比如MCU的電平為3V,簡單的設計可以直接串接電阻進行電平匹配，但這可能會使MCU端的電流串至模塊，導致模塊開機不正常。因此在設計中串接的電阻值應根據(jù)實際電路調(diào)試得般推薦值為300R.2)DTR引腳置高電平//滿足以上兩個條件可以進入Sleep模式啟硬件流控需要設置“AT+IFC=2,2“,默認0,0_9SIM800C模塊控制操作是通過AT指令控制完成通訊的，所以該系統(tǒng)我們通過單片機的串口通訊來完成對SIM800C模塊的AT指令操作，將模塊與單片機的串口通訊連接即可。支持BT功能(需要軟件版本支持)(需要軟件版本支持)說明供電電壓范圍：3.4V-4.4V省電四頻：GSM850、EGSM900、DCS1800、過AT命令來設置頻段。GSM類型小型移動臺發(fā)射功率Class1(1W):DCS1800溫度范圍GPRS數(shù)據(jù)下行傳輸：最大85.6kbpsGPRS數(shù)據(jù)上行傳輸：最大85.6kbps支持通常用于ppp連接的PAP(密碼驗證協(xié)議)協(xié)議內(nèi)嵌TCP/IP協(xié)議支持分組廣播控制信道(PBCCH)非結(jié)構(gòu)化補充數(shù)據(jù)業(yè)務(USSD)支持非結(jié)構(gòu)化補充業(yè)務數(shù)據(jù)短消息(SMS)SIM卡接口天線接口天線焊盤半速率(ETS06.20)全速率(ETS06.10)增強型全速率(ETS06.50/06.60/06.80)自適應多速率(AMR)回音消除噪聲抑制串口和USB接口串口：默認支持一路標準的全功能串口可以通過串口發(fā)送AT命令和數(shù)據(jù)打開或者關(guān)閉流控功能支持符合GSM0.710協(xié)議的串口復用功能軟件升級用于軟件調(diào)試和軟件升級實時時鐘(RTC)定時功能軟件升級用USB接口升級軟件)1個時隙2個時隙功能正常工作降到最低，模塊仍能接收尋呼信息和SMSGSM空閑軟件正常運行，模塊已經(jīng)注冊到收數(shù)據(jù)。下模塊的功耗和網(wǎng)絡及模塊的配置有關(guān)種情況下，功耗取決于網(wǎng)絡狀況和GPRS配置。TCP或者UDP)。在這種情況下，功耗取決于網(wǎng)絡狀況，上下行數(shù)據(jù)置關(guān)機模式可以使用“AT+CPOED=1”命令或使用PERKEY引腳關(guān)機。在不斷電的情況下，可以使用“AT+CFU卡部分不工作，或者RF部分和SIM部分都不工作，單串口仍可以使用，此時功耗非常低由可燃性氣體傳感器對待測氣體(液體)進行檢測，轉(zhuǎn)換成輸出電壓信號，以單片機為核心的控制、聲光報警電路發(fā)送短信以及顯示、排氣電路。測試儀進行氣體檢測的基本步驟是單片機先采集MQ-2傳感器的響應信號，然后進行轉(zhuǎn)換，儲存在數(shù)據(jù)儲存器中，最后單片機通過特定的算法進行氣體濃度的識別，同時將分析的值與設定值進行對比，對超出設定值進行報警發(fā)送短信，并且將結(jié)果輸出到LED顯示屏幕上。本系統(tǒng)由煙霧傳感器，單片機，聲音報警，GSM短信，排氣扇以及LCD顯示等部分組成，在這次的整體設計中詳細涉及下面幾個方面，其原理框圖如圖3-1所示：單片機控制電路系統(tǒng)總設計框圖單片機工作的過程中各指令的微操作在時間上有嚴格的次序，這種微操作的時間次序稱作時序。單片機的時鐘信號用來為單片機芯片內(nèi)部各種微操作提供時間基準。STC89C52的時鐘產(chǎn)生方式有兩種，一種是內(nèi)部時鐘方式，一種是外部時鐘方式。內(nèi)部時鐘方式即在單片機的外部接一個晶振電路與單片機里面的振蕩器組合作用產(chǎn)生時鐘脈沖信號。外部時鐘方式是把外部已有的時鐘信號引入到單當氣體濃度超過上限值之后，啟動風扇，減小氣體的濃度。在未報警的狀態(tài)下風扇處于靜止狀態(tài)，超過上限之后才會啟動。電路部分如下圖所示：3.2.3按鍵設計在設計中可以通過按鍵調(diào)節(jié)上限值的大小，k2是上限值加，k3是上限值減。上下值的加減是有掉電存儲功能的，設置的數(shù)值重新上電之后可以保留之前的數(shù)據(jù)。電路部分如下圖所示：K2-采集MQ-2檢測到的數(shù)據(jù)NY按鍵設置警報值Y圖3.1.1發(fā)送端主程序流程圖復位電路時鐘電路下載程序接口報警電路報警電路按鍵5電機電路#defineuintunsign#defineucharunsigned//風扇//----->Uart1AndGSMDefinitionunsignedcharxdataUart1_Buff[50];//串口1緩沖數(shù)組unsignedcharUart1_Count=0;//串口1累加變量unsignedintGSM_Send_Time=0unsignedcharGunsignedcharGSM_Senbyte_write(0x2000,temp_h/25byte_write(0x2001,temp_h%25byte_write(0x2100+q,phone[q}}temp_h=byte_read(0x2000)*256+byte_read(0xphone[q]=byte_read(0x2100+q}//定時器0,方式1LCD1602_writebyte("N{{}{LCD1602_write(1,0'+temp%}LCD1602_write(1,0'+t}{LCD1602_write(1,0'+teLCD1602_write(1,0'+temp%LCD1602_write(1,0'+t}LCD1602_writebyte("WAR{}{LCD1602_write(1,0'+temp_h%}LCD1602_write(1,0+temp}{LCD1602_write(1,0+tempLCD1602_write(1,0'+temp_h%LCD1602_write(1,0+temp}式，標志位的方式--->按鍵松開的時候，將標志位置一，按鍵按下之后，不進行延時消抖而是判斷標志位是否為1,如果是1,就說明在你按下之前按鍵是松開的，將標志位清零，所要執(zhí)行的操作，下面就算你按鍵是一直按著不松開的，因為標志位是0,他也不會再次{if(key1_flag)1//按鍵標志為為1if(sec==0)//當這個數(shù)據(jù)為0的時候說明按鍵一直處于按下的狀態(tài)，也就keyl_flag=1;//按鍵沒有按下的時候這個數(shù)據(jù)是2S}{}}}}}}{unsignedcharG_Tab[20]if(Quest_flag==1)//開始查詢GSM狀態(tài)//此時還沒有初始化完成，首先，先初始化，發(fā)AT,能夠響應上，關(guān)回顯，設置短信處理方式{case0:UartData_Byte("AT\r\n");break;case2:UartData_Byte("AT+CNMI=3,2,2,0,1\r\n");break;//case4:UartData_Byte("AT+COPS?\r\n");break;//查case5:Quest_flag=0;GSM_Num=}{if(GSM_Send_Num==0)//Num是短信編號，就是發(fā)送哪條短信，這個是返回SetEnd的case0:UartData_Byte("AT+UartData_Byte("\"\rbreak;//AT+CMGS="133438517case2:UartData_Byte("Setcase4:GSM_Num=0;GSM_Send=0;break;case0:UartData_Bytecase2:UartData_Byte("0011000D9168");UartData_Byte("0008A91A");//末尾兩位數(shù)是發(fā)送的短信長度，每個漢字占兩個字節(jié)(18個字節(jié)轉(zhuǎn)16進制為12)UartData_Byte("67095BB36C144F536D535EA68FC79AD8FFOC8BF76CE8610FFF01");//有害氣體濃度過高，請注意!case3:G_Tab[0]=0UartlData(G_Tab[0]);break;}}}}{if(Send_flag==1)1/短信發(fā)送的標志位為1if(GSM_Send==0&&GSM_Num==0)//在綁定手機的狀態(tài)下觸發(fā)報警會導致發(fā)送綁定成功的}if(flag)1/短信的標志位flag=0;1/保證在報警狀態(tài)下短信只發(fā)送一條{}//液晶1602初始化Value+=A_D();//將得到的AD值進行累加}temp=temp*0.5+(Value/80)*0.5;/累加之后的AD值在經(jīng)過均值處理會得到一個//濃度值各取百分之50都是為了保證數(shù)據(jù)的}if(GSM_Send_Time==0)GS{TH0=0x3c;//定時器定時50msif(GSM_Send_Time!=0)GSM_Seif(ms%10==0)//每500ms執(zhí)行一次if(ms%20==0)//每秒執(zhí)行一次{if(sec!=0)sec--;1/數(shù)據(jù)每秒減一}Uart1_Buff[Uart1_Count]=SUart1_Count=(Uart1_Count+1Uart1_Buff[Uart1_Countif(GSM_Num==0||GSM_Num==1||GSM_Num==21|IGSM_Num==3)//這里都是返{if(Uart1_Count>=4&&Uart1_Buff[Uart1_Count-1]==\n'&&Uart1_Buff[Uart1_CoUart1_Buff[Uart1_Count-3]=='K'&&Uart1_Buff[Uart1_Count-4]}elseif(GSM_Num==4)//+COPS:0,0,"CHINAMOBILE"{if(Uart1_Count>=25&&Uart1_Buff[Uart1_Count-1]