火灾报警器中期报告

河北工业大学本科毕业设计（论文）中期报告河北工业大学2013届本科毕业设计（论文）中期报告毕业设计（论文）题目：可燃气体检测及报警系统设计专业（方向）：电子信息工程学生信息：学号：姓名：班级：指导教师信息：教师号姓名：职称：报告提交日期：2013年4月24日一、课题简介本课题为设计一个基于单片机的可燃气体检测及报警系统，利用气体传感器实现可燃气体浓度的测量，并在高于设定浓度阈值时产生报警。具体要求为:能够显示测量结果在低于阈值的时候，显示浓度，高于设定阈值，产生报警报警阈值可以设定该系统主要由以下主要功能模块构成：本系统结构由单片机ATC89C52，A\D转换电路ADC0832，气体传感器MQ-2，按键四个，LCD显示电路（浓度温度显示），报警电路，温度传感器DS18B20二、课题进展情况与实施方案严格按照任务书中的过程安排一步步实现方案的设计，结果的分析等。我已经为本课题基本制定了几大模块。其中包括1.AT89C52单片机模块2.温度传感模块4.液晶显示模块5.独立按键模块6.浓度采样模块7.AD转换模块。这七大模块之间的联系可以又下图2.1展示。1.温度传感模块温度传感器的主要作用是对外部环境的温度进行检测，然后将数据传回主控芯片进行处理后在显示电路显示。温度传感器采用DS18B20，DS18B20是单线温度传感器，引脚少，只有三个引脚，与单片机连接电路简单。此芯片的温度检测与数据处理功能集中于一个芯片之上，图2.1系统硬件结构框按键单片机控制电路A\D转换电路LCD显示电路声光报警气体传感器温度传感器河北工业大学本科毕业设计（论文）中期报告这种集合式结构使芯片的抗干扰能力变的更强，DS18B20的工作周期可以分为俩个部分：温度检测与数据处理，当芯片完成一个周期后，将数据传送给单片机，由单片机控制显示。电路中VCC外接+5V供电电压，I/O接单片机的管脚P3.4。温度传感电路如图2.3所示图2.3温度传感模块2.单片机模块图2.4AT89C52引脚图此模块是整个电路的核心模块，在本系统中运用的单片机模块为美国ATMEL公司生产的AT89C52单片机，AT89C52为40脚双列直插封装的8位通用微处理器，我们介绍一下AT89C52单片机的外部引脚结构。引脚图如图2.4所示。AT89C52有40个引脚。VCC和VSS：接供电电源，分别接正负5v。GND:接地。P0口：P0口是一组8位漏极开路型双向I/O口，也即地址/数据总线复用口。P1口:P1是一个带内部上拉电阻的8位双向I/O口，P1的输出缓冲级可驱动（吸收或输出电流）4个TTL逻辑门电路。对端口写“1”，此时可作输入口。作输入口使用时，某个引脚被外部信号拉低时会输出一个电流(IIL)。河北工业大学本科毕业设计（论文）中期报告与AT89C51不同之处是，P1.0和P1.1还可分别作为定时/计数器2的外部计数输入（P1.0/T2）和输入（P1.1/T2EX），Flash编程和程序校验期间，P1接收低8位地址。P2口：P2是一个带有内部上拉电阻的8位双向I/O口，对端口P2写“1”，通过内部的上拉电阻把端口拉到高电平，此时可作输入口，作输入口使用时，因为内部存在上拉电阻，某个引脚被外部信号拉低时会输出一个电流(IIL)。P3口:P3口是一组带有内部上拉电阻的8位双向I/O口。对P3口写入“1”时，它们被内部上拉电阻拉高并可作为输入端口。此时，被外部拉低的P3口将用上拉电阻输出电流（IIL）。P3口除了作为一般的I/O口线外，更重要的用途是它的第二功能。P3口还接收一些用于Flash闪速存储器编程和程序校验的控制信号。RST：复位输入。当振荡器工作时，RST引脚出现两个机器周期以上高电平将使单片机复位。ALE/PROG：当访问外部程序存储器或数据存储器时，ALE（地址锁存允许）输出脉冲用于锁存地址的低8位字节。PSEN：程序储存允许（PSEN）输出是外部程序存储器的读选通信号，当AT89C52由外部程序存储器取指令（或数据）时，每个机器周期两次PSEN有效，即输出两个脉冲。在此期间，当访问外部数据存储器，将跳过两次PSEN信号。EA/VPP：外部访问允许。欲使CPU仅访问外部程序存储器（地址为0000H—FFFFH），EA端必须保持低电平（接地）。需注意的是：如果加密位LB1被编程，复位时内部会锁存EA端状态。如EA端为高电平（接Vcc端），CPU则执行内部程序存储器中的指令。XTAL1：振荡器反相放大器的及内部时钟发生器的输入端。XTAL2：振荡器反相放大器的输出端。3.液晶显示模块液晶显示的原理是利用液晶的物理特性，通过电压对其显示区域进行控制，有电就有显示，这样即可以显示出图形。液晶显示器具有厚度薄、适用于大规模集成电路直接驱动、易于实现全彩色显示的特点，目前已经被广泛应用在便携式电脑、数字摄像机、PDA移动通信河北工业大学本科毕业设计（论文）中期报告工具等众多领域。在这里我现在基本决定选用的是常用字符液晶显示芯片1602。此芯片是我们曾接触过的液晶芯片，并且是字符型的。它和C51单片机的组合比较简单且稳定，比较适合我的设计要求。图2.5液晶显示模块1602LCD采用标准的14脚（无背光）或16脚（带背光）接口，各引脚说明如表2-1表2-1编号符号引脚说明编号符号引脚说明1VSS电源地9D2数据2VDD电源正极10D3数据3VL液晶显示偏压11D4数据4RS数据选择12D5数据5R/W读/写选择13D6数据6E使能信号14D7数据7D0数据15BLA背光源正极8D1数据16BLK背光源负极第1脚：VSS为地电源。第2脚：VDD接5V正电源。第3脚：VL为液晶显示器对比度调整端，接正电源时对比度最弱，接地时对比度最高，对比度过高时会产生“鬼影”，使用时可以通过一个10K的电位器调整对比度。第4脚：RS为寄存器选择，高电平时选择数据寄存器、低电平时选择指令寄存器。河北工业大学本科毕业设计（论文）中期报告第5脚：R/W为读写信号线，高电平时进行读操作，低电平时进行写操作。当RS和R/W共同为低电平时可以写入指令或者显示地址，当RS为低电平R/W为高电平时可以读忙信号，当RS为高电平R/W为低电平时可以写入数据。第6脚：E端为使能端，当E端由高电平跳变成低电平时，液晶模块执行命令。第7～14脚：D0～D7为8位双向数据线。第15脚：背光源正极。第16脚：背光源负极单片机与LCD的接口电路如图2.5所示。3.气体传感器和AD转换模块图2.6气体传感器和AD转换模块气体传感器和AD转换图如图2.6所示。气体传感器是可燃气体检测报警装置的核心。气体传感器按照原理可分为半导体式气体传感器，电化学式气体传感器，催化燃烧气体传感器，热导式气体传感器，红外线式气体传感器。MQ-2传感器使用的气敏材料为二氧化锡(SnO2)。当传感器所在的环境中的气体存在可燃气体成分时，传感器的电导率（即电阻值随着浓度的增加而减小）随空气中可燃气体的浓度的增加而增大。设计比较简单的电路既可实现将电导率转换为气体浓度相应变化的输出信号。MQ-2气体传感器对丙烷、液化气、氢气的灵敏度很高，对天然气和其它可燃蒸汽的检测也很理想。这种传感器可检测多种可燃性气体，是一款适合多种应用的低成本传感器。故本设计中选用MQ-2气体传感器。河北工业大学本科毕业设计（论文）中期报告表2-1QM-2的技术指标加热电压（Vh）AC或DC5±0.2V回路电压（Vc）负载电阻（Rl）加热电阻（Rh）响应时间(trec)恢复时间(trec)元件功耗检测范围使用寿命标准工作条件最大DC15V可调31Ω±3Ω≤10S≤30S≤900mw100—10000ppm2年温度：20℃±2℃Vc:5.0V±0.1V相对湿度：65%±5%Vh:5.0V±0.1V灵敏度特性曲线如图2.7所示。图2.7MQ-2灵敏度特性曲线由于物理量和测量范围的不同，传感器的工作机理和结构就不同。通常烟雾传感器输出的电信号是模拟信号（已有许多新型传感器采用数字量输出）。当信号的数值符合A/D转换器的输入等级时，可以不用放大器放大；当信号的数值不符合A/D转换器的输入等级时，就需要放大器放大。本设计不采用放大电路。设计时应注意，气敏元件开机通电时，其内阻很小，但经过一段时间后，才能恢复到原来的稳定状态。因此，QM-N5气体传感器需开机预热几分钟，才可投入使用，以免造成误报。AD转换器件使用ADC0832ADC0832为8位分辨率A/D转换芯片，其最高分辨可达256级，可以适应一般的模拟量转换要求。其内部电源输入与参考电压的复用，使得芯片的模拟电压输入在0~5V之间。芯片转换时间仅为32μS，据有双数据输出可作为数据校验，以减少数据误差，转换速度快且稳定河北工业大学本科毕业设计（论文）中期报告性能强。独立的芯片使能输入，使多器件挂接和处理器控制变的更加方便。通过DI数据输入端，可以轻易的实现通道功能的选择。单片机对ADC0832的控制原理正常情况下ADC0832与单片机的接口应为4条数据线，分别是CS、CLK、DO、DI。但由于DO端与DI端在通信时并未同时有效并与单片机的接口是双向的，所以电路设计时可以将DO和DI并联在一根数据线上使用。当ADC0832未工作时其CS输入端应为高电平，此时芯片禁用，CLK和DO/DI的电平可任意。当要进行A/D转换时，须先将CS使能端置于低电平并且保持低电平直到转换完全结束。此时芯片开始转换工作，同时由处理器向芯片时钟输入端CLK输入时钟脉冲，DO/DI端则使用DI端输入通道功能选择的数据信号。在第1个时钟脉冲的下沉之前DI端必须是高电平，表示启始信号。在第2、3个脉冲下沉之前DI端应输入2位数据用于选择通道功能，当此2位数据为“1”、“0”时，只对CH0进行单通道转换。当2位数据为“1”、“1”时，只对CH1进行单通道转换。当2位数据为“0”、“0”时，将CH0作为正输入端IN+，CH1作为负输入端IN-进行输入。当2位数据为“0”、“1”时，将CH0作为负输入端IN-，CH1作为正输入端IN+进行输入。到第3个脉冲的下沉之后DI端的输入电平就失去输入作用，此后DO/DI端则开始利用数据输出DO进行转换数据的读取。从第4个脉冲下沉开始由DO端输出转换数据最高位DATA7，随后每一个脉冲下沉DO端输出下一位数据。直到第11个脉冲时发出最低位数据DATA0，一个字节的数据输出完成。也正是从此位开始输出下一个相反字节的数据，即从第11个字节的下沉输出DATA0。随后输出8位数据，到第19个脉冲时数据输出完成，也标志着一次A/D转换的结束。最后将CS置高电平禁用芯片，直接将转换后的数据进行处理就可以了。作为单通道模拟信号输入时ADC0832的输入电压是0~5V且8位分辨率时的电压精度为19.53mV。如果作为由IN+与IN-输入的输入时，可是将电压值设定在某一个较大范围之内，从而提高转换的宽度。但值得注意的是，在进行IN+与IN-的输入时，如果IN-的电压大于IN+的电压则转换后的数据结果始终为00H。ADC0832的引脚图如图2.8所示河北工业大学本科毕业设计（论文）中期报告图2.8ADC0832的引脚图4.声音报警即光显示模块如图2.9所示。光报警电路中。分为红绿蓝三种颜色。绿灯表示工作正常。红灯表示可燃气体浓度超标，黄灯表示温度超标。三个灯的点亮由单片机p0口控制。声音报警电路中，由三极管构成开关电路，由单片机p2.0控制。图2.9声音报警即光显示模块6.时钟和复位电路：AT89C52单片机芯片内部设有一个由反向放大器构成的振荡器，XTAL1和XTAL2分别为振荡电路的输入端和输出端，时钟可由内部或外部生成，在XTAL1和XTAL2引脚上外接晶体振荡器Y，内部振荡电路就会产生自激振荡。系统采用的定时元件为石英晶体和电容组成的并联谐振回路。晶振频率选择12MHZ，C1、C2的电容值取30pF，电容的大小起频率微调的作用。时钟电路如图3-3。图2.10时钟电路和复位电路图复位电路：河北工业大学本科毕业设计（论文）中期报告单片机有多种复位