基于Arduino廚房報(bào)警器的設(shè)計(jì)與制作

湖南商務(wù)職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)

目錄

1產(chǎn)品功能分析...........................................................................................................1

2設(shè)計(jì)方案遴選...........................................................................................................1

2.1開發(fā)板的選擇................................................................................................1

2.2傳感器的選擇................................................................................................1

2.2.1煙霧傳感器............................................................................................1

2.2.2火焰?zhèn)鞲衅?..........................................................................................2

2.3通訊方式的選擇............................................................................................2

2.4系統(tǒng)框圖設(shè)計(jì)................................................................................................2

3硬件電路設(shè)計(jì)...........................................................................................................3

3.1硬件系統(tǒng)電路原理圖....................................................................................3

3.2系統(tǒng)接線圖....................................................................................................3

3.3ArduinoNano開發(fā)板..................................................................................4

3.4火焰?zhèn)鞲衅髂K...........................................................................................4

3.5煙霧傳感器模塊............................................................................................5

4產(chǎn)品軟件設(shè)計(jì)...........................................................................................................6

4.1主程序流程圖................................................................................................6

4.2程序代碼........................................................................................................8

5產(chǎn)品使用說明...........................................................................................................9

5.1產(chǎn)品裝配圖....................................................................................................9

5.2產(chǎn)品操作說明................................................................................................9

6產(chǎn)品設(shè)計(jì)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn).................................................................................................13

參考資料.....................................................................................................................14

附錄.............................................................................................................................15

附錄1元器件清單............................................................................................15

附錄2電路原理圖.............................................................................................16

附錄3PCB設(shè)計(jì)圖.............................................................................................17

I

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附錄4產(chǎn)品實(shí)物圖.............................................................................................18

附錄5主程序代碼.............................................................................................19

II

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基于Arduino廚房報(bào)警器的設(shè)計(jì)與制作

1產(chǎn)品功能分析

此產(chǎn)品以ArduinoNano開發(fā)板作為主體部分，另通過煙霧傳感器對甲

烷，一氧化碳等危險(xiǎn)氣體的靈敏反應(yīng)和火焰?zhèn)鞲衅鲗鹧娴撵`敏反應(yīng)來檢測環(huán)

境中可能存在的危險(xiǎn)氣體和火源。當(dāng)發(fā)生火災(zāi)或煤氣泄漏時(shí)，火焰?zhèn)鞲衅骰驘?/p>

霧傳感器就會感知到，同時(shí)將危險(xiǎn)氣體的信息傳輸?shù)紸rduino主控板，Arduin

o主控板控制蜂鳴器進(jìn)行報(bào)警，從而提醒人們有火災(zāi)和煤氣泄漏的危險(xiǎn)。

2設(shè)計(jì)方案遴選

2.1開發(fā)板的選擇

方案一：選擇STC89C51單片機(jī)，51單片機(jī)是非常經(jīng)典的一款單片機(jī)，非

常容易上手，雖然I/O口簡單，但是高電平無輸出能力，運(yùn)行速率慢，保護(hù)芯

片能力較差，容易燒壞芯片，目前在教學(xué)場合和對性能要求不高的場合可以大

量被采用。

方案二：選擇ArduinoNano作為開發(fā)板，是因?yàn)锳rduino的編程語言更

簡潔明了，相比于其他開發(fā)板來說，ArduinoNano開發(fā)板更加物美價(jià)廉，學(xué)習(xí)

和創(chuàng)作成本較低；Arduino是一款便捷靈活、方便上手的開源硬件產(chǎn)品，擁有

豐富的接口，沒有比較復(fù)雜的單片機(jī)底層代碼，沒有比較拗口的匯編，只有簡

單且實(shí)用的功能而且擁有相對簡便的編程環(huán)境IDE，可拓展性能也相當(dāng)好。

綜上所述，我選擇了ArduinoNano作為開發(fā)板，它可以直接用杜邦線連

接傳感器，不用去焊接其他模塊，編程可通過圖形化編程直接生成代碼。

2.2傳感器的選擇

2.1.1煙霧傳感器

我選用MQ負(fù)二系列煙氣感應(yīng)器,因?yàn)樗鼘γ簹?、液化石油氣的煙有很大?/p>

敏感性,特別是烷類煙霧比較靈敏,而且?guī)в袕?qiáng)大的抗干擾能力,能準(zhǔn)確消除有

刺激性或非可燃性煙霧的干擾信號。同時(shí)具備優(yōu)秀的工作重復(fù)性和持久的穩(wěn)定

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性。工作初始平穩(wěn),響應(yīng)時(shí)較短,因此可以長期穩(wěn)定工作環(huán)境,確保性能。但是

需要注意的是：在使用之前必須加熱一段時(shí)間，否則其輸出的電阻和電壓不準(zhǔn)

確。其檢測可燃?xì)怏w與煙霧的范圍是100~10000ppm。

2.1.2火焰?zhèn)鞲衅?/p>

選擇火焰?zhèn)鞲衅髂K-3線，因?yàn)樵搨鞲衅鲗Ω浇募t外波長非常敏感，易

檢測到火源，價(jià)格實(shí)惠。

2.3通訊方式的選擇

方案一：藍(lán)牙模塊。它的功耗非常低，可以保證電池供電設(shè)備工作，而且

非常便宜，就成本上來說對一些低成本設(shè)備還是非常友好的。藍(lán)牙模塊還可以

同時(shí)管理數(shù)據(jù)和聲音傳輸，延時(shí)也比較低，在一些需要大量傳輸數(shù)據(jù)的設(shè)備上

使用效果是非常好的。

方案二：WiFi模塊。靈活性和移動(dòng)性強(qiáng)，安裝便捷，但是成本過高，易受

到信號干擾，還需自己配置對應(yīng)的IP地址。

綜上所述，藍(lán)牙模塊價(jià)格實(shí)惠，延時(shí)較低，因此選擇藍(lán)牙模塊作為通訊工

具。

2.4系統(tǒng)框圖設(shè)計(jì)

產(chǎn)品系統(tǒng)框圖如下：

圖2.1系統(tǒng)框圖

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3硬件電路設(shè)計(jì)

3.1硬件系統(tǒng)電路原理圖

此產(chǎn)品的硬件系統(tǒng)電路原理圖如下：

圖3.1硬件系統(tǒng)電路原理圖

3.2系統(tǒng)接線圖

此產(chǎn)品的系統(tǒng)接線圖如下：

圖3.2系統(tǒng)接線圖

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3.3ArduinoNano開發(fā)板

ArduinoNano開發(fā)板是一款非常小巧便捷的開發(fā)板，通過VCC和GND連接

好電源，通過D3連接火焰?zhèn)鞲衅髂K和A0連接煙霧傳感器模塊檢測信號并發(fā)

送給ArduinoNano開發(fā)板，開發(fā)板通過D13連接蜂鳴器，高電平控制輸出給

蜂鳴器，從而實(shí)現(xiàn)蜂鳴器報(bào)警。

圖3.3ArduinoNano開發(fā)板電路圖

3.4火焰?zhèn)鞲衅髂K

工作原理：火焰?zhèn)鞲衅骼眉t外線對火焰非常敏感的特點(diǎn)，使用特制的紅

外線接收管來檢測火焰，然后把火焰的亮度轉(zhuǎn)化為高低變化的電平信號，輸入

到中央處理器，中央處理器根據(jù)信號的變化做出相應(yīng)的程序處理。

實(shí)驗(yàn)原理：在有火焰靠近和沒有火焰靠近兩種情況下，模擬口讀到的電壓

值是有變化的，在沒有火焰靠近時(shí)，模擬口讀到的電壓值為0.3V左右；當(dāng)有

火焰靠近時(shí)，模擬口讀到的電壓值為1.0V左右，當(dāng)火焰靠近距離越近電壓值

越大。

火焰?zhèn)鞲衅鞯脑韴D如下：

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圖3.4火焰?zhèn)鞲衅髟韴D

3.5煙霧傳感器模塊

工作原理：MQ-2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。利用這一點(diǎn)就可以獲得這種煙霧存在的信息，煙霧濃度越大導(dǎo)

電率越大，其輸出電阻越低，則輸出的模擬信號就越大。

煙霧傳感器原理圖：

圖3.5煙霧傳感器原理圖

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4產(chǎn)品軟件設(shè)計(jì)

4.1主程序流程圖

圖4.1主程序流程圖

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圖4.2藍(lán)牙調(diào)試流程圖

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4.2程序代碼

編譯上傳代碼到ArduinoNano板子上

圖4.3程序編譯上傳圖

利用sscom5.13配置藍(lán)牙的名字和PIN碼

圖4.4藍(lán)牙串口調(diào)試圖

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5產(chǎn)品使用說明

5.1產(chǎn)品裝配圖

圖5.1產(chǎn)品裝配圖

5.2產(chǎn)品操作說明

第一步：接通電源。

圖5.2實(shí)物操作圖1

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第二步：打火機(jī)點(diǎn)火靠近火焰報(bào)警器，蜂鳴器報(bào)警；關(guān)閉打火機(jī)，則停止

蜂鳴器報(bào)警。

圖5.3實(shí)物操作圖2

第三步：釋放打火機(jī)內(nèi)的有害氣體靠近煙霧傳感器，超出煙霧傳感器設(shè)置

的閾值，蜂鳴器報(bào)警；關(guān)閉打火機(jī)，停止釋放有害氣體，低于煙霧傳感器的閾

值，則停止蜂鳴器報(bào)警。

圖5.4實(shí)物操作圖3

第四步：用手機(jī)打開藍(lán)牙串口調(diào)試apk，點(diǎn)擊搜索設(shè)備，找到自己設(shè)置的藍(lán)

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牙名，填寫PIN碼連接藍(lán)牙，連接成功后，在發(fā)送區(qū)發(fā)送’a’，蜂鳴器報(bào)警1s后

停止，接收區(qū)顯示“CareFire!”，在發(fā)送區(qū)發(fā)送’b’，蜂鳴器報(bào)警1s后停止，

接收區(qū)顯示“CareSmoke!”

圖5.5藍(lán)牙串口調(diào)試圖1

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圖5.6藍(lán)牙串口調(diào)試圖2

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6產(chǎn)品設(shè)計(jì)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)

[1]J-STD-001E電氣與電子組件的焊接要求

[2]IPC-A-610D(中文版)，IPC-A-610E電子組件的可接受性要求

[3]IPC-7711/21電子組件和電路板的返工&返修

[4]GB/T11457-2006信息技術(shù)軟件工程術(shù)語

[5]GB/T8566-2007信息技術(shù)軟件生存周期過程標(biāo)準(zhǔn)

[6]GB/T8567-2006計(jì)算機(jī)軟件文檔編制規(guī)范

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參考資料

[1]余靜，DFRobot.《Arduino入門基礎(chǔ)教程》[M].人民郵電出版社，2020.3

[2]陳杰，李巖.《Arduino+3D打印創(chuàng)新電子制作》[M].人民郵電出版社，2016.9

[3]陳呂洲.《Arduino程序設(shè)計(jì)基礎(chǔ)》[M].北京航天航空出版社，2014

[4]劉國成.《Arduino嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用開發(fā)》[M].西南交通大學(xué)出版社,2021.4

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附錄

附錄1元器件清單

附表1.1元器件清單1

附表1.2元器件清單2

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附錄2電路原理圖

附圖2.1電路原理圖1

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附圖2.2電路原理圖2

附錄3PCB設(shè)計(jì)圖

附圖3.1PCB設(shè)計(jì)圖

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附錄4產(chǎn)品實(shí)物圖

附圖4.1產(chǎn)品實(shí)物圖正面