烟雾报警器课程设计实验报告

电气与电子信息工程学院《虚拟仪器课程设计》课程设计报告专业班级：XXXX学号：XXXXX姓名：皮修指导教师：XXX、XXX设计时间：2015年11月2日—2015年11月20日设计地点：K2—403《虚拟仪器课程设计》成绩评定表姓名xxx学号xxxxx专业班级xxxxx课程设计题目：虚拟仪器课程设计课程设计答辩或质疑记录：成绩类别考勤成绩（10%）答辩成绩（20%）报告成绩（50%）实物成绩(20%)总分（百分制）成绩最终评定成绩（以优、良、中、及格、不及格评定）指导教师签字：年月日目录一、绪论..............................................................31.1课题背景......................................................31.2设计任务分析..................................................3二、总体方案设计......................................................32.1烟雾检测传感器选型...........................................42.1.1烟雾传感器的介绍........................................42.1.2MQ-2半导体气体烟雾传感器...............................62.2单片机选型...................................................72.2.1STC89C52单片机简介.....................................82.2.2单片机的引脚功能描述...................................82.2.3温度采集模块............................................9三、系统的硬件电路...................................................103.1单片机最小系统..............................................103.2单片机的时钟电路与复位电路设计..............................113.3烟雾检测AD采集电路.........................................113.4显示模块....................................................113.5声音报警电路................................................123.6按键控制电路................................................133.7电源模块....................................................133.8温度传感器(DS18B20)电路.....................................133.8.1DSl8B20简介...........................................133.8.2DSl8B20具体参数及工作方式.............................163.8.318B20接口电路.........................................17四、系统软件的设计...................................................184.1系统主程序设计及流程图......................................18五、硬件调试及调试中遇到的问题.......................................195.1电路的调试...................................................195.2电路调试中遇到的问题.........................................19六、实验总结.........................................................19七、参考文献.........................................................21八、附录.............................................................22附件一：总体原理图设计...........................................22附件二：实物图...................................................22附件三：元器件清单...............................................23附件四：部分程序源代码...........................................23课程设计任务书2015～2016学年第1学期学生姓名：xxxxxx专业班级：xxxxxxxx指导教师：xxxxxx工作部门：电信教研室一、课程设计题目虚拟仪器课程设计二、课程设计目的为了提高虚拟仪器系统软件设计的应用能力，开始为期二周的虚拟仪器系统课程设计。本课程实验使学生更好理解和巩固课堂上所讲的理论知识，提高学生的动手能力，加强学生独立分析问题和解决问题的能力，为进一步学习专业课作好准备，并为今后从事专业方面的工作打下坚实基础。通过实践环节使学生在巩固所学各门专业基础课与专业课知识，增强学生对所学知识的实际应用能力和以及与当前专业的前沿知识结合，达到对系统的学习和理解，为以后工作的研究和开发打好基础。三、课程设计内容（1）基于LABVIEW的叠加定理设计1.学会使用LABVIEW设计叠加原理实验。2.学会NIELVSII平台的使用。（2）基于LABVIEW的同步二进制计数器设计1.学会使用数字电路设计。2.回顾DMM以及DigWriter的使用方式。3.利用NI提供的软硬件平台，学习数字时钟，数字计数器，逻辑状态分析。4.熟悉555芯片的使用方式及其工作原理。（3）基于LABVIEW的二阶电路设计1.学会使用三线电流电压分析仪。2.回顾二线电流电压分析仪、FGEN、示波器、DigWriter的使用。3.掌握二阶电路设计与分析。(4)学生自选设计题目1．要求难度适中，与应用和工程实际相关，与LABVIEW上位机相结合。四、进度安排序号设计内容所用时间1布置任务，学习ELVISII实验平台3天2进行电路，数电，模电模型的建立3天3设计电路，数电，模电实验软件3天4软件的测试和修改3天5答辩、撰写设计报告书3天合计15天五、基本要求1、设计电路，数电，模电实验模型。2、软件进行设计建模。3、开发LABVIEW代码。4、对系统的进行综合和调试，通过移植实验成功的标志。6、除过能完成最基本的实验功能，每个同学根据自己的特长开发出应用系统。7、编写课程设计的总结．六、设计报告课程设计报告的基本内容至少包括封面、正文、附录三部分。课程设计报告要求统一格式，字体工整规范。1、封面封面包括“《虚拟仪器课程设计》课程设计报告”、班级、姓名、学号以及完成日期等。2、正文正文是实践设计报告的主体，具体由以下几部分组成：①不少于3000字，封面、课程设计任务书②方案选择，方案论证③系统功能及原理。（系统组成框图、电路原理图）④各模块的功能，原理，器件选择⑤结果分析⑥设计小结3、附录---参考文献统一复印封面并用Ａ4纸写出报告一、绪论1.1课题背景随着科技的发展，越来越多的巨大的隐患由于工业生产和人们的日常生活而产生。为了早期发现和通报火灾，防止和减少火灾危害，保护人身和财产安全。保卫社会主义现代化建设，防止火灾引起燃烧、爆炸等事故，造成严重的经济损失，甚至危及生命安全。为了减少这类事故的发生，就必须对烟雾进行现场实时检测，采用先进可靠的安全检测仪表，严密监测环境中烟雾的浓度，及早发现事故隐患，采取有效措施，避免事故发生，才能确保工业安全和家庭生活安全。因此，研究烟雾的检测方法与研制烟雾报警器就成为传感器技术发展领域的一个重要课题。1.2设计任务分析本篇论文是烟雾报警器的研制：(1)对系统进行整体规划和结构设计。(2)选STC89C52单片机和MQ-2半导体气体烟雾传感器为核心器件，对硬件电路进行设计和改进，使其功能更加完善。系统硬件电路主要分为数据收集、声音报警电路、状态指示灯电路、数码管显示电路部分。(3)系统的软件编制。按照软件实现的功能，主要分为主程序、初始化子程序、浓度显示子程序、报警子程序、报警限值设置子程序。(4)硬件电路和软件的综合调试。二、总体方案设计烟雾报警器是能够检测环境中的烟雾浓度，并具有报警功能的仪器。该报警系统的最基本组成部分应包括：信号采集模数转换电路、单片机控制电路、字符显示电路、声光报警电路和安全保护电路等部分组成。为适应家庭和工业等场所对可燃性易爆烟雾安全性要求，设计的烟雾报警器具有显示报警状态。报警器采用延时的工作方式，烟雾检测报警器以STC89C52单片机为控制核心，选用MQ-2半导体气体烟雾传感器采集烟雾浓度信息，配合外围电路构成烟雾报警系统。本设计包括硬件和软件设计两个部分。从设计的要求来分析该设计须包含如下结构：烟雾检测部分、STC89C52单片机主控部分、报警部分，AD采集四大部分。电路总题框图如图1所示：图1总体设计框图处理器采用51系列单片机STC89C52。整个系统是在系统软件控制下工作的。设置在监测点上的烟雾检测探头将检测到的烟雾变换成电信号，送出模拟信号，给AD采集电路采集。在单片机内，经软件查询、识别判决等环节实时发出烟雾报警状态控制信号。驱动蜂鸣器及报警指示灯报警。2.1烟雾检测传感器选型烟雾传感器是测量装置和控制系统的首要环节。而烟雾报警器的信号采集由烟雾传感器负责。烟雾传感器能够将气体的种类及其浓度有关的信息转换为电信号，根据这些电信号的强弱就可以获得与待测气体在环境中存在的情况有关的信息，从而达到检测、监控、报警的功能。可以说，没有精确可靠的传感器，就没有精确可靠的自动检测、控制和报警系统。烟雾传感器作为报警器中不可缺少的核心器件，它决定了所采集的烟雾浓度信号的准确性和可靠性。烟雾传感器内部结构如图2所示。图2烟雾传感器及其结构图2.1.1烟雾传感器的介绍电源开关电源STC89C52单片机AD采集电路显示电路报警电路按键控制烟雾传感器是模拟传感器。它能将空气中的烟雾浓度变量转换成有一定对应关系的输出信号的装置。烟雾传感器就是通过监测环境中烟雾的浓度来实现火灾防范的。当烟雾探头碰到烟雾或某些特定的气体，烟雾探头内部阻值发生变化，产生一个模拟值，从而对其进行控制。烟雾传感器利用烟雾敏感元件的电阻受烟雾（主要是可燃颗粒）浓度影响阻值变化的原理向单片机发送烟雾浓度相应的模拟信号。（1）烟雾传感器的分类从构成气体传感器材料的形态上通常将它们分为干式和湿式气体传感器。由于对不同气体的检测方法不尽相同，目前主要的方法有：利用半导体气体器件检测的电气法；使用电极和电解液对气体进行检测的电化学法；利用气体对光的折射率或光吸收等特性来检测气体的光学法。（2）烟雾传感器应满足的基本条件一个烟雾传感器可以是单功能的，也可以是多功能的；可以是单一的实体，也可以是由多个不同功能传感器组成的阵列。但是，任何一个完整的烟雾传感器都必须具备以下条件：(a)能选择性地检测某种单一烟雾，而对共存的其它烟雾不响应或