基于单片机的烟雾报警器的设计实现分析

-编号航空航天大学金城学院毕业设计题 目基于单片机的烟雾报警器的设计与实现学生学 号系 部专 业班 级指导教师二一五年五月航空航天大学金城学院本科毕业设计论文诚信承诺书本人重声明：所呈交的毕业设计论文题目：基于单片机的烟雾报警器的设计与实现是本人在导师的指导下独立进展研究所取得的成果。尽本人所知，除了毕业设计论文中特别加以标注引用的容外，本毕业设计论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。作者签名： 2015年5月10日 *：. z.-基于单片机的烟雾报警器的设计与实现摘要人们的生活变得越加智能化，电器使用越加频繁，消防工作就越加重要。为了防止和减少火灾带来的巨大损失，需开发一种构造简单，经济适用的家用烟雾报警器并配合完善的监控报警系统。本报警器由单片机最小系统、温度、烟雾传感器两局部构成，加上其他设备可实现检测环境温度、烟雾等气体浓度并声光报警。本设计中选择STC89C52单片机作为控制元件，由于需要探测围广、高灵敏度和优秀的稳定性的特点，应选用了MQ-2烟雾传感器。报警器主要由烟雾信号采集，烟雾报警器模拟 - 数字转换电路，微处理器控制电路，显示电路，声光报警电路和平安电路组成，设计合理，操作简单易懂，性价比高。烟雾报警器能够及时反映周围环境情况，发现温度烟雾异常和实时发出警报，从而降低火灾的危险性和各类损失。 关键词：烟雾报警器，单片机，传感器Design and implementation of smoke alarmbased on microcontrollerAbstractWith the social and economic development, peoples lives bee increasingly intelligent use of electrical appliances has bee increasingly frequent, so the fire service has bee increasingly important. To prevent fires and reduce fire caused casualties and financial losses, so we need to develop a means simple, affordable home smoke alarms and with a sound alarm and monitoring systems, in order to meet market demand. Smoke alarms for the home-based microcontroller should have the basic design and function, we design and e*plain a smoke alarm.The alarm system is mainly posed of MCU and temperature, smoke sensors in two parts, plus other equipment to achieve the implementation of the gas concentration detection ambient temperature, smoke, etc. and only sound and light alarms. This design choice STC89C52 microcontroller as a control element, the need for a wide range of detection characteristics of high sensitivity and e*cellent stability I chose MQ-2. Mainly by the smoke alarm signal acquisition and pre-amplifier, the smoke alarm analog - digital conversion circuit, microprocessor control circuit, display circuit, sound and light alarm circuit and safety circuit, reasonable design, easy to understand, ine*pensive, its high cost. The main part of this paper for the alarm function of various ponents and systems for a detailed description and interpretation software design and system analysis and interpretation.I wish every family a home smoke alarm is installed, it can reflect the environmental conditions around more sensitive than the human senses. Temperature anomalies found smoke, real alerts and phone alarm. Can help people ran out of the danger zone in time, reduce the risk of fire and types of lossesKey words:The smoke alarm; MCU; sensor目录摘要iAbstractii第一章 绪论1 1.1设计概述1 1.2烟雾报警器的现状及开展1 1.3课题研究的目的和意义2 1.4毕业设计根本容2 第二章 系统的总体方案设计4 2.1系统总体功能介绍4 2.2报警系统工作原理4 2.3烟雾传感器和单片机的选择5 2.3.1 烟雾传感器介绍与选择5 2.3.2 stc89c52单片机简介5 2.3.3 单片机的引脚功能描述6 2.4 温度传感器选择7 2.5 本章小结第三章 系统硬件电路8 3.1单片机最小系统8 3.1.1 复位电路8 3.1.2 晶振电路9 3.1.3 电源选择9 3.2 烟雾检测AD采集电路10 3.4 声光报警控制电路设计11 3.5 按键控制电路12 3.6 温度传感器DS18B20电路12 3.6.1DS18B20简单介绍12 3.6.2 DS18B20的工作原理13 3.6.3 DS18B20供电方式电路图14第四章 系统软件的设计16 4.1 系统主程序初始化流程图16 4.2 系统烟雾采集设计及流程图16 4.3 报警子程序设计及流程图 17 4.4 控制按键子程序设计及流程图18 第五章 软硬件调试及结果分析20 5.1软硬件调试：20 5.2调试中的问题和解决方法：20 5.3 结果分析21 5.3.1 仿真电路及结果分析21 5.3.2 实物电路及结果分析21 第六章 设计总结及心得体会25 6.1 设计总结25 6.2 心得体会25 致26 参考文献27 附件一：总体原理设计图27 附件二：程序源代码29 附件三：实物图41 . z.-第一章 绪论1.1设计概述 随着时代的进步，高科技行业的带动，在人们智能化的生活和工业生产中出现了越来越来多的隐患比方火灾。则及时的发现和报警火灾对减少财产损失和保护人身平安显得尤为重要。烟雾报警器刚刚具有实时监测报警，灵敏度高，稳定性强的特点，并且构造简单的它方便适用于人们日常生活和工业生产的监控中。烟雾报警器主要由两个核心部件：烟雾温度传感器和单片机。传感器可以将实时监测到的温度和烟雾浓度经过单片机控制系统传递到报警系统，系统会及时做出应答声光和报警。单片机又称微控制器，它巧妙将中央处理器、存储器、定时/计数器、各种输入输出接口集成在一块集成电路芯片上。主要特点表现在体积小、可靠性强、控制功能高、处理信息快，便于生产和携带。传感器能够将感受到的信息转变成电信号输出满足了处理存储和控制要求，它对自动检测和自动控制有着无可替代的地位。本课题研究中选用了stc89c52单片机和MQ-2型烟雾传感器。MQ-2对易燃气体具有特别好的灵敏度在较大的浓度差之间，比方液化气、丙烷、氢气、酒精和烟雾等气体。另外具有易于其他传感器的稳定性和使用寿命，较快的响应速度，只需要简单易懂的驱动电路即可工作，通常用于家庭住宅和工厂车间的可燃气体和烟雾浓度的监测。从这些优点中不难看出它非常适宜应用在家庭智能烟雾报警系统。stc89c52是一种只需要低量功耗却能获得强大性能的单片机，完美的兼容性和灵活性使它轻而易举的运用于各个领域。目前房地产开发商都会选择安装烟雾报警系统，它能够实时监测室温度烟雾浓度，如发现异常能立即应答，实现声光报警，更高级的会短信报警消防队智能发送火灾地点，给了屋主强烈的平安感，人们也可以镇定秩序的撤退，更加有利于消防官员的工作，减少不必要的损失。1.2烟雾报警器的现状及开展火的创造促进了人类物质文明的开展但是火又给人类带来了破坏性的伤害，多少家庭支离破碎，多少建筑财物灰飞烟灭。火灾是由于各种可燃气体和固体燃烧爆炸所造成的，而烟雾报警器可以监测到这些燃烧时产生的物质做出应答，实现报警。最近几年我国消防自动报警技术取得了很大的进步，但是在各地的实际运用当中我们所运用的制度不尽一样，所以我国的自动报警水平较国外水平低些。我觉得存在一些问题：使用围仅限于一些易发地区和高级小区；智能化还不到位像元器件不够灵敏，软件处理信息速度较慢，不能报警报警系统不健全的算法无法计算出烟雾的浓度、温度等等，有时候报警系统错报和漏报重要信息。另外我国是用铜芯绝缘导线个电缆将控制器和传感器连接在一起，并且还有接线的限制存在本钱高施工复杂，并且铜线怕高温发生火灾时对监测有影响。对于上面这几个比拟明显的问题，我觉得烟雾报警技术必须加快开展步伐，使用全新的工艺和材料，加强软件支持让我国的技术变的更加可靠、智能、灵活、系统、低误和无误。运用计算机技术将119报警中心与报警器通过协议连接起来，实现远程控制，对室进展网络监控，这样信息的共享会及时准确的被收集到报警中心，同意调配人员进展营救扑灭。使用灵敏的传感器将火灾现场气体类别浓度、温度等模拟量通过AD转化实现数字化从而准确获得信息让消防人员做出正确快速有效的扑灭和营救。设计开发不能局限于开展烟雾报警器还要开展其他类别能监控火灾的报警器，这样才能更好的保护人民的平安和财产。1.3课题研究的目的和意义随着社会的进步和开展，各个领域的用火用电量急剧上升必然导致火灾发生频率升高，让人们防不胜防，手足无措。特别是居民区火灾居民遇灾情惊慌失措，逃离现场混乱阻碍消防员救援和扑灭工作，这样无形之中加大了工作的难度。可见防火显得日益重要。据统计进去90年代我国由火灾造成财产损失增加至年均十几亿元，死亡人数也打到年均2000多人。数据统计表达出消防工作的重要性。如果每个家庭里都有个智能烟雾报警器和强化消防意识和拓展火灾逃生知识，则悲剧就不会则容易上演了。特别是大城市的房屋建立如此密集，火灾发生率较高，灾情可能也比拟严重，如果我们能够及时检测到房屋烟雾异常，是不是可以免除许多无妄之灾，而烟雾报警器就具备这样直观而又智能的功能。可见烟雾报警器是防患火灾的必不可少的一局部。1.4毕业设计根本容本设计主要研究运用stc89c52单片机、MQ-2烟雾传感器和DS18B20温度传感器组成的各个模块设计达成烟雾检测并声光报警的功能，完成根本容如下：1.利用烟雾和温度传感器监测周围环境的烟雾浓度和温度的变化2.设置烟雾浓度和温度的报警值，紧急报警和取消紧急报警按键3.检测信息超过报警值，进展声光报警4.继电器驱动风扇降温和GSM信息报警第二章 系统的总体方案设计2.1系统总体功能介绍通常将烟雾温度传感器、信号采集分析器、单片机、报警器等器件组成烟雾报警系统，烟雾温度传感器实时监测现场的各种现象特殊气体、实时浓度、温度大小等数据。根据原理图看出烟雾传感器检测特殊气体、实时浓度信号并通过转换器将模拟信号转变成数字信号，而温度传感器直接输出数字信号，这样单片机通过软件运行做出报警应答，实现声光报警和进展风扇降温、降水灭火等功能。系统功能原理框图如图2.1所示。传感器放大大电路AD转换单片机调节阀LED状态指示灯蜂鸣器数码管字符显示换气扇图2.1 系统功能原理框图2.2报警系统工作原理整个报警系统由烟雾传感器将室采集到的气体种类浓度等信息通过放大电路转变成模拟信号，然后系统会自动通过AD转化电路将信号变成数字信号以便于单片机的识别，而温度传感器直接输出数字量不需要转化。控制器根据信息运算与我们事先设置的门限值比拟，看是否已经到达危险浓度和温度，从而进展判断是否声光报警、风扇降温、降水灭火等应答。在本次设计中出于对设计简单易操作的根本要求，使用数码管显示当前浓度和温度直观表现出实时室情况，并采用蜂鸣器和LED灯实现简单明显的声光报警简单实用双重保障。这样话在比拟聒噪慌乱的环境中人们可以轻易发现明显的强光以防危险，使得报警系统更加平安和全面。还可以加上继电器控制风扇和喷水阀门来实现排烟降温和灭火，更加智能的是设计中还可以载入GSM模块实现信息或连线119，播报气体种类，浓度等重要讯息。2.3烟雾传感器和单片机的选择2.3.1 烟雾传感器介绍与选择烟雾传感器能够检测到室气体的类别和浓度，并这种模拟信号通过放大电路和AD转换电路转路可以变成单片机能够识别的电信号，然后单片机进过软件运算得出信号的强弱从而得知气体在室的具体情况，各个报警器和继电器做出相应的应答，到达了检测、报警、灭火的自动控制要求，所以说烟雾传感器采集信息是整个报警系统的第一步骤也是重中之重。则传感器的准确性、稳定性、灵敏性显得尤为重要，换句话说传感器也是必不可少的核心器件，决定着本系统监测的各个重要指标。随着现代技术的不断提高，制造传感器的技术逐渐简单、密集度不断提高，烟雾传感器的体积也日益减小，为传感器的日常携带提供了方便。但是烟雾传感器通常工作得地方比拟复杂，比方引起火灾的烟雾种类众多，有时候可能是多种气体燃烧，火灾时工作环境的温度不断升高也会影响监测性能。所以作为日常使用的家用烟雾报警器必须要具备以下几个特点：1能够单一检测一种烟雾具体参数，不收其它烟雾的影响；2对监测的烟雾的具有极广的测量浓度围和极高的灵敏性；3监测信息的反映速度快，稳定性高；4使用寿命较长，构造简单本钱较低，易于量产和普及； (5) 检测出二氧化碳、一氧化碳和一些易燃气体。常见的烟雾传感器种类：电解质、半导体、接触式、高分子、热传导、电化学，但是本设计的报警器经常用于家庭、工厂等易燃场所，所以一般选用半导体和接触式传感器。而接触式的经常暴露在外面由于氧化作用和杂志附着都会极大影响传感器的灵敏度，每几个月都要修理维护，本钱也就比拟高了。与之相比的半导体传感器不仅具备灵敏度高、响应快，而且使用简单、修理本钱低。因此本设计选择了MQ-2半导体气体传感器，它具有探测围广、极好灵敏度、极快应答速度、高于一般的半导体传感器长寿命和稳定性、外接简单的驱动电路就能平安工作，操作简单，并且适用于液化气、丙烷、氢气、酒精和烟雾等易燃易爆气体，这些性能决定它对于工厂、车间、家庭烟雾渗漏监测非常适用。2.3.2 stc89c52单片机简介单片机是烟雾报警系统的核心枢纽，在单片机各项功能控制中，必须要有快速计算数据，这样才能做出及时监控反映当时烟雾浓度和种类，产生相应的应答。同时在满足运算速度和控制功能我们还要考虑到报警器的量产化和工作环境的复杂，就使得设计选择本钱较低、体积较小、构造简单、稳定性和抗干扰性好的。在单片机的学习和实验中了解到一般正常使用的都是STC系列和8051系列的单片机，8051系列的虽然应用广泛、简单易懂、价格廉价但是运行速度缓慢、高消耗不适用于工业制造行业。在stc系列单片机凭借低功耗、高效率、廉价、稳定性能霸占了国单片机主要市场。本设计中选用了增强版51单片机stc89c52，具有较大区间的可编程存储器，能够完美兼容8051系列的各种指令代码，处理速率也是传统51单片机的10倍左右。Stc89c52是由宏晶科技公司推出的一款加强版8051单片机，它强大的抗骚扰、运算能力、低消耗的特点令人撑舌。它主要构造组成局部有中央处理器、程序和数据存储器、8组I/O接口、定时器/计数器、看门狗和EEPROM、片晶体振荡时钟电路等。另外它还有三种工作模式分别为：正常、掉电和空闲。2.3.3 单片机的引脚功能描述单片机stc89c52的引脚图如图2.2所示。 图2,2 单片机stc89c52的引脚图电源：VCC：5V电源输入端；VSS:与地连接。I/O引脚：P0：可作为8位双向接口，当它作为总线时相当于A0到A7的低8位地址总线和D0到D7的数据线，自带上啦电阻无需外接；P1:正常的8位双向接口；P2:不仅正常的8位双向接口，而且对应P1口时作为总线时可接收高位地址相当于A8到A15；P3：除了作为寻常的双向接口，还有一些特殊功能比方串行的输入输出口，定时器0、1的外部输入还有外部中断0、1，有的时候还拿它用于读写数据存储器的选通信号。时钟：*TAL1：使用外部时钟时，可作为时钟发生电路的输入端；片振荡放大器输入端；*TAL2;片振荡放大器输出端。控制线：ALE/PROG:当单片机访问外部程序存储器时，输出锁存低8位地址信息。PSEN:作为读片外程序存储器的选通信号。EA/VPP:与PSEN对应的控制信号，决定了是否访问片外程序。RST：复位端，两个机器周期高电平完成电路复位操作。2.4 温度传感器选择温度传感器根本上有三种：模拟集成温度传感器、控制器和智能温度传感器， 一开场决定采用模拟集成温度传感器LM135，AD741、AD590等。但这些传感器都输出的是模拟信号需要AD转换电路才能用单片机识别运用，增加软件编写的难度和硬件电路搭建的复杂性。而控制器比方LM56、AD22105虽然不需要AD转换但是不受单片机控制与本设计不符合，最后就是智能温度传感器比方DS1722、DS1620、DS18B20等等，DS18B20直接输出数字信息，广围的承受电压和测温，与正常智能传感器更好的是只需一条线即可实现与单片机双向通信，测量结果直接用数字显示非常简洁明了。异于普通温度传感器的体积小、价格低、传输距离远、运算时间快等优点更加符合家用烟雾报警器的量产携带方便的要求，并且多种类的封装形式适用于各种场合和领域，因此本系统采用DS18B20芯片。第三章 系统硬件电路3.1单片机最小系统一般把运用最少元器件组成可以正常工作的单片机系统称为单片机最小系统，其组成局部一般有单片机、部晶振电路、RST电路和外接供电电路。单片机最小系统原理图如图3.1所示。图3.1 单片机最小系统原理图系统说明：stc89c52正常工作电压为3-5V,所以正常接5V外电源电路即可。电路如图3.1所示，VCC接电源正极，VSS接地线，RST接上复位电路模块，而*TAL1和*TAL2连接部时钟振荡电路。3.1.1 复位电路单片机的复位电路如图3.2所示，其用途相当于各类电器的重启功能，比方在使用电脑和手机突然死机了就可以通过重启键钮让一切恢复原状，单片机也是一样的道理。在运行单片机系统时，难免会会出现单片机运算失常，程序编译错误，这时候就需要复位键钮来重新运行单片机系统。从图3.2中不难看出复位电路主要由电容电阻串联而成，并利用了电容充放电电压不能突变的特性，复位电路连接在RST引脚上，前面的引脚功能介绍知道了RST引脚上只要出现两个机器周期或以上的高电平就可复位。本设计中采用了两种方法复位一个是外部手动开关复位和开机复位两种。由图中RC元件的数值我们可以算出电容充电时间为0.1S,单片机启动的0.1S时电容开场不断充电电压从零开场逐渐增加，则电阻两端电压是从5V开场减小，则不难看出在这0.1SRST引脚是处于高电平的，所以开时机使单片机系统自动复位。另外一种就是手动开关复位了，当电容完全充满电的时候，电阻两端电压为0即RST引脚为低电平，单片机正在正常工作。这时我们按下开关，电容相当于导线被短路了，处于放电过程电压不断减小这是电阻两端电压则变成高电压，因此RST引脚又处于高电平系统也随之复位。图3.2 复位电路3.1.2 晶振电路单片机时钟振荡电路分为外部时钟振荡电路和部时钟振荡电路，分别如图3.3a、b所示。如图3.3a可知，当使用外部时钟时，*TAL1可作为时钟发生电路的输入端，*TAL2不接线；如图3.3b可知，当使用部振荡电路时，*TAL1，2可分别作为片振荡放大器的输入输出端。每当出现一个机器周期，定时器工作计一个数，又因为12个振荡周期相当于一个机器周期，所以计数频率是振荡频率1/12。定时时间就是N个机器周期。本系统选用部时钟振荡电路。 a外部时钟振荡电路 b部时钟振荡电路 图3.3 时钟电路3.1.3 电源选择一般运用到单片机上的外接电源有两种：USB接口和电池供电两种方式。首先选择了电池供电，然而电池的选择也有分类比方5V的蓄电池和用三节1.5V的干电池组成的电压为4.5V的电源。蓄电池拥有稳定的电压和电流，但是由于他体型过于笨重和体积偏大，在本设计的家用烟雾报警器构造简单的特点相违背，所以放弃这种电池电源。然而干电池电池更换简单，携带方便并且在试用整个报警系统时，系统中各个元器件都能有稳定足量的电压正常工作，可见干电池作为外接电源是最适宜本次设计烟雾报警器。所以本设计选择外接干电池电源电源接口如图3.4所示其中SW1是电源开关，D1电源信号灯，P1为干电池接口。电池盒接口图3.4 外接干电池电源电路图3.2 烟雾检测AD采集电路设计使用的stc89c52单片机没有自带的A/D转换功能，所以加上ADC0832与传感器串联，将采集到的不同气体不同浓度通过AD转换器变成不同电压值。MQ-2中六个引脚其中2和5是加热丝分别接电源和地，另外两对引脚用于信息取出分别接电源和地，烟雾检测浓度AD转换采集电路原理图如图3.5所示。在进展AD转化时必须要先将CS使能端置于低电平，单片机通过P3.3向CLK输入时钟脉冲，通过DI输入通道选择CH0通道转换，DO输出信号。VCC AD采集芯片烟雾传感器图3.5 烟雾检测浓度AD转换采集电路3.3 数码管显示模块本设计中数码管显示电路用的是4位共阳数码管采用接三极管驱动，单片机的P1口分别接数码管a，b，c，d，e，f，g，dp，第28管角P2.7、27管脚P2.6、26管脚P2.5、25管脚P2.4)与三极管基极相连控制数码管灯的开关，而数码管的四个位选择管脚与三极管集电极相连。因为是共阳极数码管，当与基极相连的P2口管脚时低电平时三级管导通，数码管亮。数码管驱动电路原理图如图3.6所示。图3.6 数码管驱动电路原理图3.4 声光报警控制电路设计利用单片机的P3.6引脚控制电路通断，当室温度或者烟雾浓度超过我们预设的戒备值，则与三极管基极相连的P3.6是低电平，三级管导通，这时蜂鸣器发出声音警报和LED灯发光警报。声光报警电路如图3.7所示。P3.6GND GND图3.7 声光报警电路3.5 按键控制电路设计中运用独立按键设计控制电路，系统中设立了四个按键开关，每个开关对应着不同的功能，也对应着不同的输出管脚。按键控制电路原理图如图3.8所示,下面给出四个按键的定义和功能：1s5设置键：按下开关系统进入设置戒备值状态包括温度和烟雾浓度；2s3加号按键：每按一次可以让烟雾浓度提高一个量级或温度提高一个度数；3s4减号按键：每按一次可以让烟雾浓度降低一个量级或温度提高降低度数；4s2紧急报警键：当系统有时候来不及反响，我们遇到了危急情况，按下紧急键就能实现即时报警。P2.0P2.1P2.2P2.333图3.8 按键控制电路原理图3.6 温度传感器DS18B20电路DS18B20简单介绍数字温度传感器DS18B20构造简单只有三个VCC、VDD、DQ引脚，测量结果非常简洁明了的数字显示，9到12位的高准确度测量水准，还有一百多摄氏度的测量区间，另外只需要单独一根I/O接口就可以与单片机形成通信。温度传感器电路图如图3.9所示。图3.9 温度传感器电路引脚说明：DQ:数据传输接口；寄生供电电源工作方式的电源线；GND:地线；VDD:外接电源供电方式的电源线；寄生供电电源工作方式时必须接地。3.6.2 DS18B20的工作原理本次设计温度测量系统时由stc89c52作为控制主机，DS18B20温度传感器是负责采集信息的从机，经过AD转换电路数据在数码管上显示，单片机根据得出的为温度大小做出各种应答。该传感器有两个温度系数，低温度系数中温度变化对晶振频率影响不大，可以产生稳定频率的脉冲信号给计数器1，与之相反的高温度系数晶振频率容易受到温度的影响，产生的脉冲信号送给计数器2，传感器中的温度存放器中有一个预设值。每当低温度系数晶振发出一个脉冲信号，计数器1则减一直到预设值变成零为止，相反的温度存放器的值加一，接着预设值会自动重新被载入到计数器1中，并开场重新计数，按照这种工作方式循环往复，计数器二中数字变成零食，温度存放器停顿自加，此时存放器中的数字就是室及时的温度大小。DS18B20测温原理框图如图3.10所示。图3.10 DS18B20测温原理框图3.6.3 DS18B20供电方式电路图DS18B20有两种供电方式，分别为寄生电源供电方式和外接电源供电方式。 1.寄生电源供电方式：图3.11 温度转换期间强上拉供电寄生电源寄生电源供电方式电路图如图3.11所示。因为所需要温度测量数据必须要准确，而在温度转换期间，为了确保DS18B20的测量准确接口就必须流通着足够稳定的电流强度，仅仅靠一个4.7欧姆的上拉电阻是远远不够的，会造成极大的误差。我们必须制造强上拉的环境拥有足够电压产生电流，只需要将I/O接口和场效应管连上VCC就可切换到强上拉环境，同时VDD和GND端口要同时接地。 2. 外接电源供电方式：图3.12 外接电源供电电路图外接电源供电电路图如图3.12所示。外部供电的工作方式下，传感器的电源是从VDD引脚引入5V电压，就不会存在工作电压不够产生不稳定电流的问题，温度的测量良好的准确度，但是有个小缺点就是GND引脚必须接地，不然传感器温度转换就不能是实现。本设计选择外部供电方式。第四章 系统软件的设计4.1 系统主程序初始化流程图这局部主程序流程主要为存放器的初值、I/O输入输出形式初始确定还有定时器初值实现中断所设计的。首先初始换过程就是选定哪个定时器并设置它的工作方式和定时时间，接下来就是响应中断程序，传感器收集温度和气体浓度，最后关上蜂鸣器警报，将预先准备的戒备值设置好返回中断在与所测数据比拟单片机作出应答。主程序初始化流程图如图4.1所示。图4.1主程序初始化流程图4.2 系统烟雾采集设计及流程图主程序流程如下图，由于设计中采用的MQ-2烟雾传感器是半导体电阻式的，立即通电时传感器没有进入工作状态不能立即工作，所以必须在系统开场之前要有一个预热传感器几分钟的动作，烟雾传感器将测到的烟雾浓度信息通过AD转换电路变成电信号，单片机stc89c52对电信号与预先设置的戒备值比拟，如果超过则执行报警子程序，如果没有则回到烟雾传感器采集模块中，另外程序中还包括温度传感器采集温度，并和烟雾浓度一起在数码管显示，按键子程序，LED灯显示程序，各种中断响应程序。主程序设计非常智能完善，给用户简单保障的体检。烟雾采集流程图如图4.2所示。图4.2 烟雾采集设计流程图4.3 报警子程序设计及流程图将及时采集到的烟雾浓度和室温度与预先设置的戒备值相比拟，如果没有超过则继续监控，假设超过戒备值蜂鸣器发出声音报警，LED灯光报警，提示人们做出紧急救护工作，继电器控制的风扇和喷水阀门也会翻开，有效预防和挽救火灾和爆炸事故的发生，最大程度的保障了人们的生命和财产平安。但是为了防止信息的错报漏报现象出现，设计编写的子程序实现了对气体浓度和温度及时快速和反复的测量，并采用了延时报警的方法来检测出是哪里出了故障导致烟雾采集数据不正确，比方是烟雾自己的泄露或者是检测设备和储藏气体设备故障等等原因。报警子程序流程图如图4.3所示。图4.3 报警子程序流程图4.4 控制按键子程序设计及流程图因为按键设计中使用的是轻触按键，由于按键有轻量的弹性作用，按下和松开按键的时候会出现轻微抖动的现象，电压值也会随着按键的抖动也会出现不稳定的颤抖变化，设计按键程序解决抖动现象。控制按键子程序流程图如图4.4所示。图4.4 控制按键子程序流程图第五章 软硬件调试及结果分析5.1软硬件调试：在KEIL中调试源程序1翻开KEIL软件，新建一个工程文件取名烟雾报警，不用加后缀。2选择STC89C52芯片作为控制芯片3在文件选项中新建一个空白文件，并输入源程序。4检查原文件无误，点击另存为在刚刚建立的工程文件中，如果是C语言编写，加后缀*.c，如果是汇编语言编写加后缀*.asm。5在左面的窗口中点击Add Files to ，选择刚刚的创立的文件点击Add，完成了将源程序文件添加到已建立的工程工程中的操作。6在工具选项中设置晶振频率，创立he*.文件，debug中选择仿真等 7最终编译，如果编译结果出现错误，那点击错误鼠标即可找到程序错误位置，重新修改程序检查无误保存编译。 首先在Proteus绘制好设计的电路原理图，将编译无误的源程序载入原理图中的单片机中进展仿真，看能否实现功能。制成万能板实物，实际操作按键检验功能标准。硬件电路调试：先检查元器件是否损坏。对照电路原理图连接实物，连接成功之后按模块检查电路准确性，比方电源、二极管的正负极；电源与地线是否短接，有没有虚焊等等。通电检查看是否有元器件因短路烧坏，如果有立即断掉电源换掉元器件；如果没有则用万用表测量每个模块每个元器件的两端电压是否正确。5.2调试中的问题和解决方法： 1定义变量类型错误和定义变量的位置不对，有的变量甚至没有定义； 2经常会把字母O和数字0相混淆还有在编写程序时切换输入法时会造成一些标点符号的改变比方句号和分号等等； 3有的时候需要补充指定位置的分号，比拟看运气感觉； 4插入元器件将正负极靠的太近； 5实物搭建的时候一开场操作不熟练经常虚焊，烙铁温度过高导致焊盘烧焦。5.3 结果分析5.3.1 仿真电路及结果分析仿真结果电路图如图5.1所示。图5.1仿真结果电路图戒备值预设：温度30摄氏度，烟雾等级4。仿真结果：数码管显示温度32摄氏度，烟雾等级4，蜂鸣器报警LED灯亮。5.3.2 实物电路及结果分析本次设计的智能家用烟雾报警器采用STC89C52单片机、MQ-2烟雾传感器、DS18B20温度传感器、ADC0832模数转换器、数码管、LED灯和蜂鸣器组成。设立了四个按键分别是加减键、紧急报警键和设置戒备值键，并且还有手动取消紧急报警功能。设计里设定的测量围在烟雾是0-9级，温度在0-99度，传感器将收集到的烟雾浓度和温度通过数模转换在数码管上显示，根据单片机程序运算只要有一个信息超过戒备值，蜂鸣器和LED立即声光报警。第一次按设置键进入温度设置，再按一次是烟雾浓度设置，再按一次是正常显示画面。如果发生紧急情况可以按下紧急报警键，要消除警报只需按下加减随便哪个键。实物结果图如图5.2所示。 图5.2 实物结果图戒备值预设：烟雾浓度等级2，温度30摄氏度。温度报警实物图如图5.3所示；烟雾报警实物图如图5.4所示；温度烟雾报警实物图如图5.5所示。 图5.3 温度报警实物图图5.4烟雾报警实物图图5.5 温度烟雾报警实物图表5.6 浓度值设定与距离对报警的影响数据表表5.6展现的烟雾报警结果是报警器处于在不同浓度戒备值和距离情况下的结果分析：本毕业设计进过反复实验操作和调试修改根本上可以实现一开场的毕业设计的根本容，能够良好的监测周围特殊和可燃气体，超过戒备值时声光报警。但是设计本身还是有很多缺点的，最大的问题就是在实际生活运用中传感器的测试围比拟小，这就会影响预先报警的速度，导致火势到达比拟危险程度时才能够报警，人们也可能错了最好的撤离时间。第六章 设计总结及心得体会6.1 设计总结虽然本设计监测、转换、报警、灭火这些构成一个完善的报警系统，完成了毕业设计中的根本容，整个报警器设计的也是构造简单，体型轻巧，操作简易、功能全面完全符合家用的要求，但是缺点还是有的，比方监测平方围比拟小、灭火力度不够、大型场所不适用等等。希望以后的研究能过更加深入，多方面多层次的考虑设计；比方换取更大电源、风扇、喷水器，想方法提高烟雾传感器监测围大小来增强系统的灵敏度和平安性。6.2 心得体会终于临近毕业了，毕业设计总算完成了，在这拿到设计题目的几个月里自己的艰辛努力也有了回报，有种说不出的冲动和喜悦，大学生涯的最后一项工作也要宣布告终，与同学们相聚的时光也很少。写这些话时难免有点伤感，天下无不散之宴席，好似再过几年大学欢乐的时光。毕业设计是对自己大学四年学习的检测也是对自我设计能力的实践。一开场拿到设计题目的时候一片茫然不知道如何下手，平时考试成绩不错总觉得自己学的不错眼高手低，但大学四年学的东西有点杂并且理解尚浅，不能融会贯穿对设计一点帮助都没有，根本没有突破点。但是在教师和有科创经历的同学那里得到了帮助，他们帮我梳理了设计的根本原理和各个模块，介绍一些书籍、原理图和源程序，自己课后也查找不少资料，在自我设计的过程中有实在自己解决不了的问题请教了教师，提高了自我学习和独立工作的能力。整个毕业设计的过程让我这个即将步入社会的学生知道了纸上得来终觉浅，绝知此事要躬行的道理，学习过程中要时刻保持一颗虚心好学，脚踏实地的心，理论与实践的结合非常重要，学到的知识要不断使用和稳固才能转化为自己的东西。在工作中也要做好时间安排，按时完成工作。随着人们生活质量的提高，家用电器的增多，每年发生的火灾越来越多，人员伤亡和财产损失也日益严重，如果我们设计的家用智能烟雾报警器能够量产和使用则对及时监测和报警以及灭火工作，增强社会安定是有着巨大作用的。致这次毕业设计的圆满成功，我想感大学四年里我的任课教师为我讲解专业知识和身边同学的问题探讨和解答。其中特别感我的班主任也是我毕设的指导教师王中海教师和班主任朱海霞教师，课后安排答疑;王教师在毕业设计中从选题，排版、格式、容编写、疑问解答都非常认真负责。并对论文工作的定期检查和提出意见，让我快速抓住要点，目标完成论文。朱教师在学习中给了我很多正确的建议和鼓励，端正了我对学习的态度和提高学习的热情，在平时的学习中积极备课，耐心讲解，另外朱教师也时常帮我联系有科创经历的人交流问题，大学四年的学习真的很朱教师的帮助。回首大学四年的光阴，有过快乐有过烦恼也有过遗憾和懊悔。即将步入社会的我，仍会不断努力学习与工作，借鉴大学生活的长处和摘除短处，为社会奉献自己的力量，实现人生价值。最后真诚感四年给予我帮助的亲人、教师、同学和朋友们。参考文献1华.MCS一51系列单片机实用接口技术M.：航空航天大学，1993.2毅坤等.单片微型计算机原理及应用M.：电子科技大学，2006.3新民.微型计算机控制技术M.：电子工业.2011.4伟人.MCS一51系列单片机实用子程序集锦M.：清华大学.1993.5乔瑞萍，林欣. Lab VIEW7实用教程M.：电子工业.2005.6朱明程，昆华.一氧化碳传感器MGS1100原理及应用电子技术J.电子技术1998，251).3940.7MQ-2气体传感器规格书Z.8STC89C51RC/RD系列单片机器件手册Z.9迎春.传感器原理设计及应用M.：国防科技大学.2004.10保板岩男.数据通信系统入门M.：人民邮电.1985.11肖忠祥主编.数据采集原理M.：西北工业大学.200112广玉.新型传感器技术及应用M.：航空航天大学.1995.13毅刚.新编MCS一51单片机应用设计M.：工业大学1990.14何立民.单片机实用文集M.：航空航天大学出版.1991.15余成波.传感器与自动检测技术M.中国：高等教育.2012.附件一：总体原理设计图附件二：程序源代码#include /调用单片机头文件#define uchar unsigned char /无符号字符型 宏定义变量围0255#define uint unsigned int /无符号整型 宏定义变量围065535#include #include eeprom52.h/数码管段选定义 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9uchar code smg_du=0*c0,0*f9,0*a4,0*b0,0*99,0*92,0*82,0*f8,0*80,0*90, 0*88,0*83,0*c6,0*a1,0*86,0*8e,0*ff; /断码/数码管位选定义uchar code smg_we=0*7f,0*bf,0*df,0*ef;uchar dis_smg8 = 0*c0,0*f9,0*a4,0*b0,0*99,0*92,0*82,0*f8;sbit CS=P32;/CS定义为P3口的第2位脚，连接ADC0832CS脚 PCBsbit SCL=P33;/SCL定义为P3口的第3位脚，连接ADC0832SCL脚sbit DO=P34;/DO定义为P3口的第4位脚，连接ADC0832DO脚sbit dq = P35;/18b20 IO口的定义sbit beep = P36; /蜂鸣器IO口定义uint temperature,s_temp ; /温度的变量uchar dengji,s_dengji; /烟物等级uchar shoudong; /手动报警键bit flag_300ms = 1;uchar key_can; /按键值的变量uchar menu_1; /菜单设计的变量/*1ms延时函数*/void delay_1ms(uint q)uint i,j;for(i=0;iq;i+)for(j=0;j120;j+);/*小延时函数*/void delay_uint(uint q)while(q-);/*把数据保存到单片机部eeprom中*/void write_eeprom()SectorErase(0*2000);byte_write(0*2000, s_temp);byte_write(0*2001, s_dengji);byte_write(0*2060, a_a);/*把数据从单片机部eeprom中读出来*/void read_eeprom()s_temp = byte_read(0*2000);s_dengji = byte_read(0*2001);a_a = byte_read(0*2060);/*开机自检eeprom初始化*/void init_eeprom() read_eeprom();/先读if(a_a != 1)/新的单片机初始单片机问eeproms_temp = 50;s_dengji = 5;a_a = 1;write_eeprom(); /保存数据/*18b20初始化函数*/void init_18b20()bit q;dq = 1;/把总线拿高delay_uint(1); /15usdq = 0;/给复位脉冲delay_uint(80);/750usdq = 1;/把总线拿高 等待delay_uint(10);/110usq = dq;/读取18b20初始化信号delay_uint(20);/200usdq = 1;/把总线拿高 释放总线/*写18b20的数据*/void write_18b20(uchar dat)uchar i;for(i=0;i= 1;/*读取18b20的数据*/uchar read_18b20()uchar i,value;for(i=0;i= 1; /读数据是低位开场dq = 1; /释放总线if(dq = 1) /开场读写数据 value |= 0*80;delay_uint(5); /60us读一个时间隙最少要保持60us的时间return value; /返回数据/*读取温度的值 读出来的是小数*/uint read_temp()uint value;uchar low; /在读取温度的时候如果中断的太频繁了，就应该把中断给关了，否则会影响到18b20的时序init_18b20(); /初始化18b20write_18b20(0*cc); /跳过64位ROMwrite_18b20(0*44); /启动一次温度转换命令delay_uint(50); /500usinit_18b20(); /初始化18b20write_18b20(0*cc); /跳过64位ROMwrite_18b20(0*be); /发出读取暂存器命令EA = 0;low = read_18b20(); /读温度低字节value = read_18b20(); /读温度高字节EA = 1;value = 8; /把温度的高位左移8位value |= low; /把读出的温度低位放到value的低八位中value *= 0.0625; /转换到温度值 return value; /返回读出的温度 /*读数模转换数据*/请先了解ADC0832模数转换的串行协议，再来读本函数，主要是对应时序图来理解，本函数是模拟0832的串行协议进展的unsigned char ad0832read(bit SGL,bit ODD)unsigned char i=0,value=0,value1=0;SCL=0;DO=1;CS=0;/开场SCL=1;/第一个上升沿SCL=0;DO=SGL;SCL=1; /第二个上升沿SCL=0;DO=ODD;SCL=1; /第三个上升沿SCL=0; /第三个下降沿DO=1;for(i=0;i8;i+)