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1、中原工学院信息商务学院课设论文机电综合应用题 目: 多传感器仪器设计 系部名称: 信息工程系 专业班级: 学生姓名: 学 号: 指导教师: 教师职称: 2011年12月23日I中原工学院信息商务学院课设论文摘 要 随着社会的高速进步传感器技术在发展经济、推动社会进步方面的重要作用,是十分明显的。世界各国都十分重视这一领域的发展。人们为了从外界获取信息,必须借助于感觉器官。而单靠人们自身的感觉器官,在研究自然现象和规律以及生产活动中它们的功能就远远不够了。为适应这种情况,就需要传感器。采用呼气酒精测试仪来对驾驶人员进行现场检测,这样来确保驾驶员的生命财产安全。温湿度的测量和控制在煤矿自动化生产和
2、安全监控中起着十分重要的作用。烟雾报警器就是通过监测烟雾的浓度来实现防火防灾的功能。 本文运用 DHT11数字温湿度传感器,MQ-2酒精浓度传感器,MQ-3烟雾浓度传感器,基于STC89C52单片机为控制芯片设计了一个温湿度、酒精浓度、烟雾浓度检测报警系统传感器,提出了多功能传感器的设计,认为它对人们的生活有很大的影响,要求采用单片机作为主控制器,采集温度、湿度、酒精浓度和烟雾浓度值并实时显示。按键可以调节报警参数值,采集值超出设定报警值时实现声光报警,得出了系统性能好、操作简单、测量精度高等优点。关键字:温湿度,烟雾浓度,酒精浓度,传感器The temperature and humidit
3、y, alcohol concentration, smog density detection alarm systemAbstract With the rapid advances in sensor technology community in economic development, promoting social progress an important role, is very clear. Countries attach great importance to the development of this area. People in order to obta
4、in information from the outside world, must be by means of sensory organs. And rely on peoples own sense organs, in the study of natural phenomena and laws, and production activities in their function is far from enough. To meet this situation, we need sensors. The use of breath alcohol tester to co
5、nduct on-site testing of drivers, so to ensure that the driver lives and property. Temperature and humidity measurement and control of production and automation in the coal mine safety monitoring plays an important role. Smoke alarm is by monitoring the concentration of smoke to achieve fire prevent
6、ion functions. In this paper, the DHT11 digital temperature and humidity sensors, MQ-2alcohol concentration sensor, MQ-3smoke concentration sensor, based on single chip microcomputer control chip design STC89C52 for a temperature and humidity, alcohol concentration, smog density detection sensor ala
7、rm system, and puts forward the design of the multi-functional sensor, think it to peoples lives have great influence, require the use of single chip microcomputer as the main controller, collect the temperature, humidity, alcohol concentration and smoke density and real-time display. Can adjust the
8、 alarm button parameter value, the collection value beyond set alarm value achieve sound and light alarm, concludes that the system performance is good, simple operation, high precision of measurement advantages. Key word: temperature and humidity smoke concentration alcohol concentration sensor ala
9、rm 目 录摘 要I1 绪论11.1 温湿度检测报警器系统研究的意义11.2 酒精浓度检测报警系统研究的意义11.3 烟雾浓度检测报警系统研究的意义12系统总体方案设计22.1 设计思路22.2 烟雾传感器MQ322.3酒精传感器MQ232.4 单片机STC89C5232.4.1 时钟电路42.4.2 复位及复位电路53 系统硬件介绍及设计83.1单片机与温湿度传感器之间的通信83.2 酒精浓度采集电路93.3烟雾浓度传感器的数据采集电路93.4模数转换113.4.1 TLC2543 模数转换器113.4.2 TLC2543 引脚说明123.5显示模块设计133.6 LCD显示设计143.7时
10、钟芯片DS1302设计153.8声光报警电路设计164 软件设计174.1 编译语言的选择174.2 系统总体流程图184.2.1中断服务程序工作流程图194.2.2温度检测模块204.2.3酒精浓度监测子程序流程图214.2.4烟雾浓度监测子程序流程图22总结23致谢24参考文献25附录27IV 1 绪论1.1 温湿度检测报警器系统研究的意义在工农业生产、气象、环保、国防、科研、航天等部门,经常需要对环境湿度进行测量及控制。但在常规的环境参数中,湿度是最难准确测量的一个参数。用干湿球湿度计或毛发湿度计来测量湿度的方法,早已无法满足现代科技发展的需要。这是因为测量湿度要比测量温度复杂的多,温度
11、是个独立的被测量,而湿度却受其他因素(大气压强、温度)的影响。此外,湿度的标准也是一个难题。国外生产的湿度标定设备价格十分昂贵。 近年来,国内外在温湿度传感器研发领域取得了长足进步。温温湿度传感器正从简单的湿敏元件向集成化、智能化、多参数检测的方向迅速发展,为开发新一代湿度/温度测控系统创造了有利条件,也将湿度测量技术提高到新的水平。1.2 酒精浓度检测报警系统研究的意义 随着人类社会的不断进步,科学技术的突飞猛进,给我们的生活带来了日新月异的变化,汽车已成为现代社会必不可少乃至无可取代的产物,所以我国汽车的总数不断增加,目前空气检测领域,各式各样的气敏传感器层出不穷,而各式各样的酒精检测设备
12、也应运而生,因此,开发一个实时性高、性能稳定、经济实用得酒精浓度检测报警器是设计的最终目标。1.3烟雾浓度检测报警系统研究的意义 现在很多公共场合因为人们吸烟而导致空气质量不好,影响人们的身体健康,某些环境里对室内烟雾也由一些限制。本次系统能够检测烟雾浓度,并显示烟雾等级,系统根据烟雾等级发出报警。2系统总体方案设计2.1 设计思路 多传感器总体设计方案如图2-1所示。主要包括:单片机、温湿度采集模块、烟雾采集模块、酒精采集模块、A/D转换模块、报警模块、串口通信模块、LCD显示模块、时钟模块、电源模块、设置模块。A/DTLC2543STC89C52图2-1总体设计图使用STC89C52单片机
13、,选用烟雾传感器作为敏感元件,利用ADTLC2543转换器和声光报警电路,开发了可用于家庭或小型单位火灾报警的烟雾报警器。整个设计由4大部分构成:烟雾、酒精、温湿度传感器、A/D转换电路、STC89C52单片机、声光报警电路。其中,传烟雾感器是将现场温度、烟雾等非电信号转化为电信号;转换电路是将完成将烟雾传感器输出的模拟信号到数字信号的转换。声光报警模块由单片机和报警电路组成,由单片机控制实现不同的声光报警功能。2.2 烟雾传感器MQ-3在较宽的浓度范围内对可燃气体有良好的灵敏度对液化气、丙烷、氢气 的灵敏度较高,长寿命、低成本,简单的驱动电路即可 。MQ-3/MQ-3S气体传感器所使用的气敏
14、材料是在清洁空气中电导率较低的二氧化锡(SnO2)。当传感器所处环境中存在可燃气体时,传感器的电导率随空气中可燃气体浓度的增加而增大。使用简单的电路即可将电导率的变化转换为与该气体浓度相对应的输出信号。MQ-3/MQ-3S气体传感器对液化气、丙烷、氢气的灵敏度高,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。2.3酒精传感器MQ-2用于机动车驾驶人员及其他风险作业人员的酒后监督检测和其他场所乙醇蒸汽的探测。1、具有信号输出指示。2、双路信号输出(模拟量输出及TTL电平输出)3、TTL输出有效信号为低电平。(当输出低电平时信号灯亮,可直接
15、接单片机) 4、模拟量输出05V电压,浓度越高电压越高。5、对乙醇蒸汽具有很高的灵敏度和良好的选择性。6、具有长期的使用寿命和可靠的稳定性7、快速的响应恢复特性8、高灵敏度 9、 快速响应恢复 10、 优异的稳定性11、长寿命 驱动电路简单12、大的电信号输出 13、优异的选择性2.4 单片机STC89C52 STC89C52是一种带8K字节闪烁可编程可檫除只读存储器(FPEROM-Flash Programable and Erasable Read Only Memory )的低电压,高性能COMOS8的微处理器,俗称单片机。该器件采用ATMEL搞密度非易失存储器制造技术制造,与工业标准的
16、MCS-51指令集和输出管脚相兼容。单片机总控制电路如下图22所示: 图22单片机总控制电路2.4.1 时钟电路STC89C52内部有一个用于构成振荡器的高增益反相放大器,引脚RXD和TXD分别是此放大器的输入端和输出端。时钟可以由内部方式产生或外部方式产生。内部方式的时钟电路如图23(a) 所示,外部方式的时钟电路如图23(b)所示。(a)内部方式时钟电路 (b)外部方式时钟电路图23时钟电路2.4.2 复位及复位电路(1)复位操作复位是单片机的初始化操作。其主要功能是把PC初始化为0000H,使单片机从0000H单元开始执行程序。除了进入系统的正常初始化之外,当由于程序运行出错或操作错误使
17、系统处于死锁状态时,为摆脱困境,也需按复位键重新启动。除PC之外,复位操作还对其他一些寄存器有影响,它们的复位状态如表一所示。表1寄存器的复位状态寄存器复位状态寄存器复位状态PC0000HTCON00HACC00HTL000HPSW00HTH000HSP07HTL100HDPTR0000HTH100HP0-P3FFHSCON00HIPXX000000BSBUF不定IE0X000000BPCON0XXX0000BTMOD00H(2)复位信号及其产生RST引脚是复位信号的输入端。复位信号是高电平有效,其有效时间应持续24个振荡周期(即二个机器周期)以上。若使用颇率为6MHz的晶振,则复位信号持续时
18、间应超过4us才能完成复位操作。产生复位信号的电路逻辑如图24所示:图24复位信号的电路逻辑图复位操作有上电自动复位相按键手动复位两种方式。上电自动复位是通过外部复位电路的电容充电来实现的,其电路如图25(a)所示。这佯,只要电源Vcc的上升时间不超过1ms,就可以实现自动上电复位,即接通电源就成了系统的复位初始化。按键手动复位有电平方式和脉冲方式两种。其中,按键电平复位是通过使复位端经电阻与Vcc电源接通而实现的,其电路如图25(b)所示;而按键脉冲复位则是利用RC微分电路产生的正脉冲来实现的。其电路如图25(c)所示:(a)上电复位 (b)按键电平复位 (c)按键脉冲复位图25复位电路上述
19、电路图中的电阻、电容参数适用于6MHz晶振,能保证复位信号高电平持续时间大于2个机器周期。本系统的复位电路采用图25(b)上电复位方式。STC89C52具体介绍如下: 主电源引脚(2根)外接晶振引脚(2根)控制引脚(4根)可编程输入/输出引脚(32根)STC89C52单片机有4组8位的可编程I/O口,分别位P0、P1、P2、P3口,每个口有8位(8根引脚),共32根。STC89C52主要功能如表二所示。表2 STC89C52主要功能主要功能特性兼容MCS51指令系统8K可反复擦写Flash ROM32个双向I/O口256x8bit内部RAM3个16位可编程定时/计数器中断时钟频率0-24MHz
20、2个串行中断可编程UART串行通道2个外部中断源共6个中断源2个读写中断口线3级加密位低功耗空闲和掉电模式软件设置睡眠和唤醒功能3 系统硬件介绍及设计3.1单片机与温湿度传感器之间的通信单片机与温湿度传感器之间的通信电路图3-1所示。 3-1温湿度检测电路由于 DHT11 只有一个串行通信接口,与单片机的连接电路非常简单,只需和单片机的一个 I/O 端口连接即可,本系统选择了接口接的是 P2.0 端口,其连接电路图如图 3-1所示。DHT11 的 I/O 口属于漏极开路输出,外接上拉电阻后常态下呈高电平。该器件内含寄生电源,其供电方式可以选择寄生电源方式,也可以选用外部电源。为方便起见,采用寄
21、生电源供电。 3.2 酒精浓度采集电路电路的前端部分 MQ-2传感器按照常规设计即可,如图 3-2所示。MQ-2外接+5V电压将时,可将电阻丝加热至 270300.电路将 MQ-2 的阻值变化转换成输出电压的变化,从而可以通过 A/D转换成数字信号供单片机处理。 在酒精浓度为 0 时,其输出电压为 3v。但由于其输出的电压范围超过了 STC89C52的输入电压范围,所以在本设计中加入了一个调整电路来使其输出的电压能够满足STC89C52 的输入要求。其调整电路的原理图如图3-2。采用 LM33625 作为一个 25 V的基准电压,采用差动输入使得 Vout=V酒精-2.5V从而使得传感器信号的
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