基于单片机的烟雾检测设计说明书.pdf

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1、-.中国矿业大学学院基于单片机的传感器基于单片机的传感器成员：.说明书说明书:基于单片机的烟雾报警系统系别：班级：-可修编-.题目-.摘要摘要科学技术的飞速开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；单片机关键词：烟雾；温度；报警器；传

2、感器；单片机1 1 章章 绪论绪论1.11.1 设计的背景和意义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平安和社会开展的主要灾害之一。它威胁着人们的安康、生命和财产平安，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，可发现人们不易觉察的火灾早期特征，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。1.21.2 火灾发生时的特点火灾发生时的特点

3、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到达全部燃烧，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拟长，虽然产生大量的烟雾，但是环境温度不太高，假设探测器就应该从此阶段开场进展探测，就可以.-可修编-.-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，就可以比拟及时地控制火灾。第第 2 2 章章 系统总体方案设计系统总体方案设计2.12.1 设计要求设计要求(1)熟悉 51 单片机集成开发环境，运用 C 语言编写工程文件

4、；(2)熟练应用所选用单片机的部构造、资源，以及软硬件调试设备的根本方法；(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。2.22.2 单片机的选择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开展和大围推广，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，计数成熟和本钱低等优点。用 STC89C52 单片机作为控制器。2.32.3 显示器的选择显示器的选择采用 LCD 液晶显示屏，液晶显示屏的显

5、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。第第 3 3 章章 系统硬件设计系统硬件设计3.13.1 整体方案设计整体方案设计3.1.13.1.1 系统概述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.z.-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

6、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 USB 5V 进展供电。3.1.23.1.2 系统框图系统框图温度传感器电源模块3-1 系统框图烟雾传感器模数转换按键模块液晶模块单片机最小系统报警模块3.23.2 最小系统模块最小系统模块3.2.1 STC89C523.2.1 STC89C52 简介简介1

7、概述STC89C52 是一个低电压，高性能 CMOS 8 位单片机，片含 8k bytes 的可反复擦写的 Flash 只读程序存储器和 256 bytes 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。.z.-STC89C52 有 PDIP、PQFP/TQFP 及 PLCC 等三种封装形式，以适应不同产品的需求。28051 单片机的引脚MCS-51 系列单片机一般采用

8、 40 个引脚，双列直插式封装，用 HMOS 工艺制造，其外部引脚排列如下图STC89C52 引脚图3.2.23.2.2 最小系统电路最小系统电路STC89C52 的最小系统如下图，整个最小系统由三个局部组成，晶振电路局部、复位电路局部、电源电路等三个局部组成。单片机复位电路就好比电脑的重启局部，当电脑在使用中出现死机，按下重启按钮电脑部的程序从头开场执行。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，按下复位按钮部的程序自动从头开场执行。电源局部是采用 5V 的 USB 直接供电，可采用手机充电器、电脑 USB 口、移动电源等设备进展供电。特别注意的是，对于 31 脚(

9、EA),当接高电平时,单片机在复位后从部 ROM 的 0000H开场执行；当接低电平时,复位后直接从外部 ROM 的 0000H 开场执行。由于我们的程序存储在了单片机部，所以 EA 要接高电平，保证单片机是从部读取程序去执行的。3.33.3 液晶显示电路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

10、，因此被称为字符型显示装置。.z.-1602 液晶分为带背光和不带背光两种，基控制器大局部为 HD44780，带背光的比不带背光的厚，是否带背光在应用中并无差异，两者尺寸差异如下列图图 3-4所示：图 3-4 液晶尺寸说明3.43.4 烟雾检测模块烟雾检测模块MQ-2MQ-2 型烟雾传感器的工作原理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，属于外表离子式N 型半导体。当处于 200300C 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到该烟雾的调制而变化，就会引起表而电导率

11、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3.5 DS18B203.5 DS18B20 传感器电路传感器电路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3.63.6 按键输入模块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、K1加键，故采用了独立键盘的方式。按键的连接图 3-12 所示：KEY1K2图 3-12 按键电路KEY23.73.7 报警模块报警

12、模块GNDK3KEY3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，蜂鸣器开场鸣叫，LED 指示灯点亮，到达声光报.z.-警的效果。3.83.8 蜂鸣器的介绍蜂鸣器的介绍蜂鸣器是一种一体化构造的电子讯响器，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、机、定时器等电子产品中作发声器件。蜂鸣器电路如下图。由于蜂鸣器工作时，需要的电流比拟大，单片机的 IO 口输出的电流又比拟小， 本设计选用的蜂鸣器属于有源蜂鸣器， 即在蜂鸣器部已经置了震荡电路，单片机无需连续发出上下电平来驱动它，而只要输出高或低电平

13、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。VCC蜂鸣器电路3.93.9 报警模块电路报警模块电路BEEPR21KQ18550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BEEP1VCC该 LED 灯。R51KR7D1LEDGNDLED1图 3-14 LED 灯电路D2LEDLED24.04.0 总体程序流程图总体程序流程图1K最开场先进展液晶的初始化，包括液晶功能初始化和液晶显示容初始化，接着就进展报警值

14、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，是的话则进展声光报警。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。然后开场新一轮的检测、显示、判断。.z.-开场液晶初始化报警值初始化读取烟雾浓度显示烟雾浓度读取温度值大于报警值？显示温度值是否声光报警设置按键是按下？否调节报警值大小完毕图 4-1 主函数流程图4.14.1 液晶程序设计液晶程序设计否液晶初始化数据显图 4-2 液晶显示流程图示完？定位行列坐标4.24.

15、2 模数转换程序设计模数转换程序设计发送起始信号显示一个字符选择转换通道第一次读取第二次读取图 4-3返回读取结果模数转换流程图是4.34.3 温度传感器程序设计温度传感器程序设计初始化 DS18B20.z.-发跳过 ROM 命令发温度转换命令初始化 DS18B20发跳过 ROM 命令发温度读取命令读取温度值温度传感器程序流程图第第 5 5 章章 系统调试系统调试5.15.1 电路的调试电路的调试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1档进展检查, 或是用数字万用表档的蜂鸣器来测量，而且要尽可能直接测量元器件

16、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翻开电路的电源开关。但接通电源后不要立即进展电路功能的测试，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。.z.-5.25.2 利用利用 proteusproteus 进展仿真进展仿真第第 6 6 章章 总结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， 但从中能表到达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时机。随着社会和经济的开展，防火工作越来越重要，因此，我们就有必要研制一种构造简单、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 *种程度的帮助。附录三附录三 PCB PCB 图图.z.