基于单片机的烟雾检测设计说明书

中国矿业大学银川学院基于单片机的传感器说明书题目:基于单片机的烟雾报警系统系别：班级：成员：1摘要科学技术的飞速发展与进步给人们的生活带来了前所未有的便利，使人们的衣食住行条件得到了极大的改善。然而其负面的作用也随之凸显出来，易燃装饰材料等我们身边经常接触到的一些普通生活用品，为火灾的发生埋下了巨大的隐患。人们在享受科技带来的便利之外无时不在受到潜在的火灾的威胁。我们必须设计和完善火灾自动报警系统，提高火灾的预警与早期处理水平，将火灾消灭在萌芽状态，最大限度地减少社会财富的损失。关键词：烟雾；温度；报警器；传感器；单片机21章绪论1.1设计的背景和意义在各种灾害中，火灾是最经常、最普遍地威胁到公众安全和社会发展的主要灾害之一。它威胁着人们的健康、生命和财产安全，一旦引发火灾，就能使成千上万的财产瞬间变为灰烬，其所造成的损失约为地震的5倍，仅次于干旱和洪涝灾害。火灾自动报警系统能迅速监测火情，可发现人们不易发觉的火灾早期特征，可将火灾带来的生命财产损失降到最低限度。智能型火灾报警系统是一个集信号检测、传输、处理、报警于一体的系统。基于社会和经济方面的需求，本课设计为了在开发一个能够实时监控、报警的智能火灾报警系统。1.2火灾发生时的特点普通可燃物在燃烧时表现为以下形式：首先是产生燃烧气体，然后是烟雾，在氧气充足的条件下才能达到全部燃烧，产生火焰，发出可见光和不可见光，并散发出大量的热，使环境温度升高。起火过程中，起初和阴燃两个阶段所占的时间比较长，虽然产生大量的烟雾，但是环境温度不太高，若探测器就应该从此阶段开始进行探测，就可以火灾损失控制在最小限度。火焰燃烧后，迅速蔓延，产生大量的热使得环境温度升高，如果能将这时能够探测到有效地温度值，就可以比较及时地控制火灾。第2章系统总体方案设计2.1设计要求(1)熟悉51单片机集成开发环境，运用C语言编写工程文件；(2)熟练应用所选用单片机的内部结构、资源，以及软硬件调试设备的基本方法；(3)构建基于单片机的最小系统，完成相关硬件电路的设计实现；(4)理解火灾报警系统的原理和掌握实现方法。2.2单片机的选择采用单片机作为系统控制器。单片机具有可靠性强、性价比搞、电压低、功耗低等优点得到迅猛发展和大范围推广，单片机算术运算功能强，软件编程灵活，自由度大，可用软件编程实现各种逻辑功能，本身带有定时器、计数器，可以用来定时和计数，并且其功耗低，体积小，计数成熟和成本低等优点。用STC89C52单片机作为控制器。32.3显示器的选择采用LCD液晶显示屏，液晶显示屏的显示功能强大，可显示大量文字、图形。显示多样、清晰可见，对于本设计而言，一个1602的液晶屏即可，价格也还实惠，所以此设计中采用LCD1602液晶显示屏作为显示模块。第3章系统硬件设计3.1整体方案设计3.1.1系统概述整个系统以STC89C52单片机为核心器件，配合电阻电容晶振等器件，构成单片机的最小系统。其它个模块围绕着单片机最小系统展开。其中包括，烟雾采集传感器选用MQ-2，由于该传感器输出的是模拟信号，因此需要模数转换芯片ADC0832，把模拟信号转为数字信号再传给单片机；温度采集使用DS18B20数字传感器，该传感器通过单总线和单片机相连；显示设备使用1602液晶，可以在屏幕上显示实时烟雾浓度值、温度值、报警浓度等信息；报警模块则采用蜂鸣器和LED灯组成，两个LED分别代表了烟雾报警指示和温度报警指示，无论哪个因素超标，蜂鸣器都会鸣叫报警；本设计还有3个按键作为操作输入设备，可以用来调节报警阈值的大小；最后是供电采用常用的USB5V进行供电。3.1.2系统框图3-1系统框图单片机最小系统烟雾传感器模数转换液晶模块温度传感器电源模块报警模块按键模块4P101P112P123P134P145P156P167P178RESET9P30/RXD10P31/TXD11P32/INT012P33/INT113P34/T014P35/T115P36/WR16P37/RD17XTAL218XTAL119GND20P2021P2122P2223P2324P2425P2526P2627P2728PSEN29ALE30EA31P0732P0633P0534P0435P0336P0237P0138P0039VCC403.2最小系统模块3.2.1STC89C52简介（1）概述STC89C52是一个低电压，高性能CMOS8位单片机，片内含8kbytes的可反复擦写的Flash只读程序存储器和256bytes的随机存取数据存储器（RAM），功能强大的STC89C52单片机可为您提供许多较复杂系统控制应用场合。STC89C52有40个引脚，32个外部双向输入/输出（I/O）端口，同时内含2个外中断口，3个16位可编程定时计数器,2个全双工串行通信口，2个读写口线。STC89C52有PDIP、PQFP/TQFP及PLCC等三种封装形式，以适应不同产品的需求。（2）8051单片机的引脚MCS-51系列单片机一般采用40个引脚，双列直插式封装，用HMOS工艺制造，其外部引脚排列如图所示STC89C52引脚图3.2.2最小系统电路STC89C52的最小系统如图所示，整个最小系统由三个部分组成，晶振电路部分、复位电路部分、电源电路等三个部分组成。单片机复位电路就好比电脑的重启部分，当电脑在使用中出现死机，按下重启按钮电脑内部的程序从头开始执行。单片机也一样，当单片机系统在运行中，受到环境干扰出现程序跑飞的时候，按下复位按钮内部的程序自动从头开始执行。电源部分是采用5V的USB直接供电，可采用手机充电器、电脑USB口、移动电源等设备进行供电。特别注意的是，对于31脚(EA),当接高电平时,单片机在复位后从内部ROM的0000H5P101P112P123P134P145P156P167P178RESET9P30/RXD10P31/TXD11P32/INT012P33/INT113P34/T014P35/T115P36/WR16P37/RD17XTAL218XTAL119GND20P2021P2122P2223P2324P2425P2526P2627P2728PSEN29ALE30EA31P0732P0633P0534P0435P0336P0237P0138P0039VCC40U112X112MC230pFC330pFGNDGNDVCCVCC123456789R1103C110uFR410KGNDVCCD0D1D2D3D4D5D6D7RSRWENBEEPKEY1KEY2LED2CSCLKDATDQKEY3LED1开始执行；当接低电平时,复位后直接从外部ROM的0000H开始执行。由于我们的程序存储在了单片机内部，所以EA要接高电平，保证单片机是从内部读取程序去执行的。3.3液晶显示电路本系统显示采用了工业字符型液晶模块1602，可显示2行16个字符，能方便显示英文字母大小写、阿拉伯数字、常用符号等。通过自定义还可显示简单的汉字。1602是一款物美价廉的液晶显示屏，可以显示2行标准字符，每行共有16个字符。在通信系统，智能操作仪表和办公设备的自动化中被广泛的应用，主要功能是显示ASCII字符，因此被称为“字符型显示装置”。1602液晶分为带背光和不带背光两种，基控制器大部分为HD44780，带背光的比不带背光的厚，是否带背光在应用中并无差别，两者尺寸差别如下图（图3-4）所示：图3-4液晶尺寸说明3.4烟雾检测模块MQ-2型烟雾传感器的工作原理MQ-2型烟雾传感器属于二氧化锡半导体气敏材料，属于表面离子式N型半导体。当处于200~300°C温度时，二氧化锡吸附空气中的氧，形成氧的负离子吸附，使半导体中的电子密度减少，从而使其电阻值增加。当与烟雾接触时，如果晶粒间界处的势垒受6GND1DQ2VCC3U1DS18B20R34.7KGNDVCCDQK1K2GNDKEY2KEY1K3KEY3到该烟雾的调制而变化，就会引起表而电导率的变化。利用这一点就可以获得这种烟雾存在的信息。MQ-2型传感器的外观3.5DS18B20传感器电路DS18B20（图3-8）是美国DALLAS半导体公司推出的第一片支持“一线总线”接口的温度传感器，它具有微型化，低功耗，高性能，抗干扰能力强，易配微处理器等优点，可直接将温度转化成数字信号处理器处理。DS18B20图3.6按键输入模块本设计中由于采用的按键数量较少，只有3个按键，分别是“设置键”“减键”、“加键”，故采用了独立键盘的方式。按键的连接图3-12所示：图3-12按键电路7Q18550GNDVCCBEEP1BEEPR21KD1LEDR51KVCCLED1D2LEDR71KLED23.7报警模块本设计不但具有检测功能，还具有报警功能。可以给本系统设定烟雾和温度的报警阈值，当测量到的结果大于报警值时，蜂鸣器开始鸣叫，LED指示灯点亮，达到声光报警的效果。3.8蜂鸣器的介绍蜂鸣器是一种一体化结构的电子讯响器，采用直流电压供电，广泛应用于计算机、打印机、复印机、报警器、电子玩具、汽车电子设备、电话机、定时器等电子产品中作发声器件。蜂鸣器电路如图所示。由于蜂鸣器工作时，需要的电流比较大，单片机的IO口输出的电流又比较小，本设计选用的蜂鸣器属于有源蜂鸣器，即在蜂鸣器内部已经内置了震荡电路，单片机无需连续发出高低电平来驱动它，而只要输出高（或低）电平即可。由于选用的是PNP型而单片机上电IO口默认是高电平的，所以上电时蜂鸣器是不会发出鸣叫的。蜂鸣器电路3.9报警模块电路对于LED报警电路如图3-14所示，LED的正极串联一个1K的电阻后接到了电源的正极，负极连到了单片机的IO口上。因此只要单片机对应的IO口输出低电平即可点亮该LED灯。图3-14LED灯电路84.0总体程序流程图最开始先进行液晶的初始化，包括液晶功能初始化和液晶显示内容初始化，接着就进行报警值的初始化。然后就进入了一个循环处理的过程，包括先读取传感器检测到的烟雾浓度，然后在1602液晶上面显示出来，接着读取温度值，同样的显示到1602液晶上面。然后判断读取到的烟雾浓度和温度值是否大于设定的报警值，是的话则进行声光报警。再往下就是判断设置按键是否被按下，是的话则调整报警值的大小。然后开始新一轮的检测、显示、判断。图4-1主函数流程图开始液晶初始化报警值初始化读取烟雾浓度大于报警值？声光报警否是结束显示烟雾浓度设置按键按下？调节报警值大小是否读取温度值显示温度值9是显示一个字符定位行列坐标液晶初始化选择转换通道发送起始信号第一次读取第二次读取返回读取结果4.1液晶程序设计图4-2液晶显示流程图4.2模数转换程序设计图4-3模数转换流程图数据显示完？否10初始化DS18B204.3温度传感器程序设计温度传感器程序流程图第5章系统调试5.1电路的调试（1）通电前检查电路焊接完毕后,不要急于通电，首先要根据原理电路认真对照检查电路中的接接线是否正确，查线时最好用指针式万用表“Ω×1”档进行检查,或是用数字万用表“Ω”档的蜂鸣器来测量，而且要尽可能直接测量元器件引脚，这样同时可以发现接触不良的地方。（2）通电观察在电路安装没有错误的情况下接通电源（先关断电源开关，待接通电源连线之后再打开电路的电源开关）。但接通电源后不要立即进行电路功能的测试，首先要充观察整个电路有无异常现象，电路中元器件是否有发热烧坏等现象，是否有漏电现象，电源是否有短路和开路现象等。读取温度值发跳过ROM命令初始化DS18B20发温度转换命令发跳过ROM命令发温度读取命令115.2利用proteus进行仿真12第6章总结本次设计的任务——基于单片机的烟雾报警系统已经全部完成。虽然这个设计题目并不是新的，但从中能体现到一个系统开发设计的过程，足于让我们受益。能够从设计、编程到最终的调试成功。完成整个系统的设计，这是一次难得的实践机会。随着社会和经济的发展，防火工作越来越重要，因此，我们就有必要研制一种结构简单、经济实用的家庭烟雾报警器以适应市场的需求。通过本次设计，应该可以提供某种程度的帮助。1312122121211