基于单片机的智能厨房报警系统

中北大学xxxx届毕业设计说明书第1页共36页1序言1.1课题背景及研究意义随着新技术的不断开发与应用，近年来单片机的发展十分迅速，一个以微机应用为主的新技术革命浪潮正在蓬勃兴起。如今单片机的应用已经渗透到电力、化工、建材、机械、食品、石油等各个行业，它所给人们带来的方便也是不可否认的，其中智能厨房就是一个典型的例子。随着人们物质生活水平的提高，厨房对生活的节奏与质量起着重要的作用。当代厨房设计首先提倡的宗旨就是“以人为本，既注重人性化，又要保证安全”[1]。在当今高速发展的社会中，随着人们生活水平日益的提高，人们对自身所处的环境越来越关心，家庭厨房安全已成为当今小康之家优先考虑的问题。历来火灾统计数据显示，居民住宅和宿舍火灾占有较大比重，约占到火灾总数的三分之一，而厨房又是家庭防火的重点。目前厨房火灾在家庭安全事故中占有很大比例,特别是煤气、天然气泄漏导致的窒息、爆炸日益增多,极大地威胁着人民的生命和财产安全。因此对于每个家庭来说，一个可靠性高、性能良好的厨房报警器系统是必不可少的。本设计提出一种新型的厨房报警系统，它通过单片机控制传感器网络，实现对厨房温湿度的显示并实时检测房间里是否有火焰和可燃气体,分析传感器传回的数据判断是否发生火灾或燃气泄漏,然后作出相应的动作(关闭燃气阀门,开排气扇,喷水),并使报警装置发出声音等信号提醒,从而实现了对厨房安全隐患的有效监控和报警[2]。从而使厨房成为家庭、朋友之间小型聚会的享乐空间，也变成能让人感受到家的温馨的温情港湾，更是朋友聚餐、休闲、娱乐的最佳场所[3]。本设计使用单片机作为核心进行控制。单片机具有集成度高，通用性好，功能强，特别是体积小，重量轻，功耗低，可靠性高，抗干扰能力强和使用方便等独特优点，在数字、智能化方面有广泛的用途[4]。1.2智能厨房报警系统的概述选用STC89C52作为主控制器件，用红外接收管作为火焰传感器，用MC114/114C催化燃烧式气敏元件作为瓦斯传感器[5]，用DHT11作为测温湿度传感器通过两个四位一体共阴极LED数码管显示温湿度。红外接收二极管能很好地接收红外发光二极中北大学xxxx届毕业设计说明书第2页共36页管发射的波长为940nm的红外光信号，而对于其他波长的光线则不能接收。因而保证了接收的准确性和灵敏度。MC114/114C的桥路输出电压呈线性，响应速度快，具有良好的重复性、选择性，原件工作稳定、可靠[6]。DHT11直接读取被测温湿度值，进行数据转换，该器件可直接向单片机传输数字信号，便于单片机处理及控制。1.3设计思路大多单片机接口输入的信号时数字信号，或有带A/D转换的高端单片机也可以输入模拟信号。本系统采用数字型温湿度传感器检测温湿度，并用比较器分别对火焰传感器和瓦斯传感器的输出量和参考量进行比较并输出数字0、1[7],从而避免了使用A/D转换电路将模拟量转换位数字量，这样不仅简化了硬件设计，方便单片机读取数据而且节约了成本[8]。设计单片机厨房报警系统需要考虑以4下个方面：（1）温湿度传感器、火焰传感器、瓦斯传感器的选择；（2）单片机和三类传感器的接口电路设计；（3）调节滑动变阻器设置比较电路；（4）控制温湿度传感器实现温湿度信息的采集。1.4设计要求本次设计的厨房报警系统需满足以下设计要求：（1）用四位一体共阴极LED数码管显示温湿度值；（2）温湿度测量范围：20－90％RH0－50℃；（3）用940nm波长的红外接收管；（4）可以设定温湿度的上下限报警功能；（5）可通过调节滑动变阻器改变检测电路的灵敏度。1.5系统说明及使用说明本系统的功能是对厨房内环境进行检测。用DHT11作为温湿度传感器，并设定温湿度上下限值，信息通过LED显示出来。如果实时温湿度超过上下限值，一方面由LED显示信息，另一方面点亮发光二级管，提示用户。分别用红外接收管和MC114检测火焰和瓦斯，当检测到火焰或瓦斯时一方面蜂鸣器发出报警声并伴随着发光二极管的闪烁，另一方面控制达灵顿管驱动步进电机打开窗户。中北大学xxxx届毕业设计说明书第3页共36页在这次的设计中使用的开发工具是Protel99SE,由于该开发工具稳定，而且操作方便，股故选择了此开发工具。编程软件使用Keil，打开Keil，输入所编写的源程序并对程序进行编译，在软件的帮助下检查其中的错误并进行反复修改，直到编译正确后运行，确保没有错误以后对正确的源代码进行保存。本系统具有较强的实用价值，使用时只需将其固定在厨房墙壁上，接通电源就能正常工作。使用时应将LED接在随时都可以看见的地方，便于随时掌握实时温湿度。红外接收管和瓦斯传感器应安置在适宜的环境下，以免将其损毁。中北大学xxxx届毕业设计说明书第4页共36页2开发工具Protel99SE与Keil2.1Protel99SE软件2.1.1Protel99SE简介Protel99SE是ProklTechnology公司开发的基于Windows环境下的EDA设计软件，采用设计库管理模式，可以进行联网设计，具有很强的数据交换能力和开放性及3D模拟功能，是一个32位的设计软件，可以完成电路原理图设计，印制电路板设计和可编程逻辑器件设计等工作，可以设计32个信号层，16个电源--地层和16个机加工层。2.1.2Protel99SE的系统组成按照系统功能来划分，Protel99SE主要包含以下两大部分和6个功能模块。1、电路工程设计部分（1）电路原理设计部分（AdvancedSchematic99）：电路原理图设计部分包括电路图编辑器（简称SCH编辑器）、电路图零件库编辑器（简称Schlib编辑器）和各种文本编辑器。本系统的主要功能是：绘制、修改和编辑电路原理图了；更新和修改电路零件库；查看和编辑有关电路图和零件库的各种报表。（2）印刷电路板设计系统（AdvancedPCB99）：印刷电路板设计系统包括印刷电路板编辑器（简称PCB编辑器）、零件封装编辑器（简称PCBLib编辑器）和电路板组件管理器。本系统的主要功能是：绘制、修改和编辑电路板；更新和修改零件封装；管理电路板组件。（3）自动布线系统（AdvancedRoute99）：本系统包含一个基于形状（Shape-based）的无栅格自动布线器，用于印刷电路板的自动布线，以实现PCB设计的自动化。2、电路仿真与PLD部分（1）电路模拟仿真系统（AdvancedSIM99）：电路模拟仿真系统包含一个数字/模拟信号仿真器，可提供连续的数字信号和模拟信号，以便对电路原理图进行信号模拟仿真，从而验证其正确性和可行性。中北大学xxxx届毕业设计说明书第5页共36页（2）可编程逻辑设计系统（AdvancedPLD99）：可编程逻辑设计系统包含一个有语法功能的文本编辑器和一个波形编辑器（Waveform）。本系统的主要功能是；对逻辑电路进行分析、综合；观察信号的波形。利用PLD系统可以最大限度的精简逻辑部件，使数字电路设计达到最简化。（3）高级信号完整性分析系统（AdvancedIntegrity99）：信号完整性分析系统提供了一个精确的信号完整性模拟器，可用来分析PCB设计、检查电路设计参数、实验超调量、阻抗和信号谐波要求等。2.1.3电路原理图设计1、电路原理图编辑器进入DesignProtel99SE后在Documents中通过右键“New”建立“SchematicDocument”文件，打开后即可进行电路原理图的编辑。先按照已画好的电路草图将所有元件找到拖放到编辑框里。将编辑框缩小，将元件照电路的样子搭好，整体上排列匀称。接下来就可以进行局部的连线了。或者可以先将电路的各个模块先搭好，再通过框定各模块平移组合成完整的电路，取消框定要通过Edit－DeSelect－InsideArea－再用鼠标框定以前选中的模块，就可以解除，表现为模块由黄色变成普通颜色。对某个工程的操作是对一个数据库的操作，因此不同的数据库会在不同的窗口中打开，通过最小化可看高各个数据库的窗口。常用操作有：①调用画图工具View－Toolbars－Customize；②在移动元件时按空格可旋转元件；③找元件时要参照对元件库的描述，Converter含有AD、DA等；Analog是模拟器件如运放等；Memory是存储器件；④一个工程数据库中最好不要将所有文件都放在文件夹Documents中,因为这样会产生一些意想不到的小问题。而将文件直接放在数据库根目录下则不会出现这些问题。2、原理图元件库编辑器虽然Protel本身包含了庞大的元件库，但在实际应用中总会遇到找不到元件的情况，这时就需要根据元件资料自己动手在元件库中制作这个元件。还有一种情况是各种元件分散在各个公司的元件库中，不便与使用，所以要把常用元件集中到一个元件库中，这就要自己动手制作，将经常用到的元件复制到这个元件库中，方便以后的使用。中北大学xxxx届毕业设计说明书第6页共36页元件库文件（.LIB）也是基于数据库文件（.DDB）下的操作，同一个数据库下元件库中的元件才可以通过Tools-CopyComponent相互复制，不同数据库时可先用右键的copy将整个元件库复制到当前数据库，再在该数据库中进行单个元件的复制。在放置芯片引脚时大头指的是引脚外侧，引脚名称会嵌到芯片框里，引脚号在外侧。基本操作有：①在画芯片图时，如果用到画线的功能，则应将View-SnapGrid功能打开，可增加画线时的定位精度；②不同设计文件之间拷贝模块时，操作如下：先选中要拷贝的部分－拷贝，鼠标变成十字线后在选定的区域中间点击左键－切换到另一个设计文件，粘贴即完成了操作[9]。2.2Keil软件2.2.1Keil软件简介KeilC51是美国KeilSoftware公司出品的51系列兼容单片机C语言软件开发系统，与汇编相比，C语言在功能上、结构性、可读性、可维护性上有明显的优势，因而易学易用。用过汇编语言后在使用C语言来开发，体会会更加深刻。KeilC51软件提供丰富的库函数和功能强大的集成开发调试工具，全Windows界面。另外更重要的一点，只要看一下编译后生成的汇编代码，就能体会到KeilC51生成的目标代码效率非常之高，多数语句生成的汇编代码很紧凑，容易理解。在开发大型软件时更能体现高级语言的优势。KeilC51软件是一个基于32位Windows环境的应用程序，支持C语言和汇编语言编程，其6.0以上的版本将编译和仿真软件统一为μVision（通常称为μV2）。Keil提供包括C编译器、宏汇编、连接器、库管理和一个功能强大的仿真调试器等在内的完整开发方案，由以下几部分组成：μVisionIDE集成开发环境C51编译器、A51汇编器、LIB51库管理器、BL51连接/定位器、OH51目标文件生成器以及Monitor-51、RTX51实时操作系统。2.2.2Keil软件调试功能应用Keil进行软件仿真开发的主要步骤为：编写源程序并保存—建立工程并添加源文件—设置工程—编译/汇编、连接，产生目标文件—程序调试。Keil使用：“工程”（Project）的概念，对工程（而不能对单一的源程序）进行编译/汇编、连接等操作。工程的建立、设置、编译/汇编及连接产生目标文件的方法非常易于中北大学xxxx届毕业设计说明书第7页共36页掌握。首先选择菜单File-New...,在源程序编译器重输入汇编语言或C语言源程序（或选择File-Open...,直接打开已用其它编译器编辑好的源程序文档）并保存，注意保存时必须在文件名后加上扩展名.asm（.s51）或.c；然后选择菜单Project-NewProject...,建立新工程保存（保存时无需加扩展名，也可加上扩展名.uv2）；工程保存后会立即弹出一个设备选择对话框，选择CPU后点确定返回主界面。这时工程管理窗口的文件页（Files）会出现“Target”，将其前面+号展开，接着选择SourceGroup，右击鼠标弹出快捷键菜单，选择“AddFiletoGroup‘SourceGroup1’”，出现一个对话框，要求寻找并加入源文件（在加入一个源