毕业答辩-基于单片机的烟雾报警系统设计.ppt

烟雾报警系统设计,电子指导老师：,设计背景,随着现代家庭用火、用电量的增加，家庭火灾发生的频率越来越高。家庭火灾一旦发生，很容易出现扑救不及时、灭火器材缺乏及在场人惊慌失措、逃生迟缓等不利因素，最终导致重大生命财产损失。现今使用火灾报警器的家庭用户在我国比例较低，其原因是针对小户型的火灾报警器并未得到广泛的发展和宣传，所以本文基于AT89S52单片机设计的烟雾报警器就是面向普通的家庭用户。,发展历程,二十多年来，中国的消防报警产品刚刚起步，无论产品技术含量、产品系列完整性、使用性，还是社会影响程度都相当的低。经过了几十年的更新换代和单片机技术等先进的现在电子技术应用，国内的火灾报警器紧紧跟上了国际水平。较二十年前，除了技术上的革新，还有火灾报警器越来越广泛的应用。火灾预警的概念，也随着火灾报警器的发展越来越深入人心。作为火灾报警器的主要部件探测器的发展进一步拓展了火灾探测领域，为一些传统探测器无法胜任的环境监测提供了有效手段。相关技术的研究也促进了传统探测技术的改进，使得传统的探测器在技术和性能方面有了显著的提高。火灾探测向多传感式复合探测和探测器小型化、智能化方向发展迈出了更快的步伐。单片机是一种常用的IC，用以组建各种控制系统。近几年来，单片机已经逐步深入应用到工农业生产和城市生活的各个领域，各种类型的单片机根据社会需求而开发而来。单片机是器件级的计算机系统，确切的说，它是一种微型控制器或微型处理器，由于它功能齐全、体积小、价格低廉，因此它可以应用到任何电子系统中去。同样，单片机也广泛应用于报警技术领域，使各类报警装置的功能更加完善，可靠性也大大提高，以满足社会发展的需求。,本文重点对烟雾报警系统的硬件和软件进行设计研究。在硬件上对各部分电路依次进行了理论分析与方案论证和设计制作。本课题的设计采用的是AT89S52单片机，通过集成温度传感器DS18B20，实现对室内温度信息的采集、放大和A/D转换，通过程序固定对温度及烟雾浓度报警值的设定，防止人为误操作导致报警错误。当温度和烟雾浓度超过上限时，单片机通过软件程序驱动与单片机相连的蜂鸣器进行报警提示，而对于温度的显示，是采用LCD1602液晶由单片机直接控制显示。烟雾报警系统为了适应家庭用户的需求，必须具备以下的几个特点：1）价格低廉；2）使用方便；3）体积小巧；4）易于使用；5）性能稳定；6）使用寿命长。,本文研究内容,设计概述,本系统以单片机技术为核心并与其它电子技术相结合，设计出一种烟雾报警器单片机为核心控制模块，通过DS18B20温度传感器和MQ-2烟雾传感器构成的温烟信息采集模块实现温度和烟雾信号的采集，并进行显示与报警。总体设计分为硬件设计和软件设计两大部分。,1、硬件部分：以单片机为核心，通过研究硬件、分析需求选取相应元件，并利用专业软件protel，proteus实现对系统原理图和PCB板的设计和系统仿真，最后再制作PCB板和焊接电路，完成整体硬件的设计和调试。,2、软件部分：运用C语言完成控制程序的设计。最后综合软、硬件设计，将编译完成的程序写入到单片机中，通过反复的调试和改进，实现一种可测温、显示和报警的室内温度控制系统。,设计方案简介,本系统的设计采用了单片机AT89S52，利用数字温度传感器DS18B20及MQ-2烟雾传感器对环境进行测量，经过信号条例电路和AD转换后，反馈给单片机，通过程序对温度、烟雾报警值进行设定，用蜂鸣器和LED对超过温限和烟雾浓度上限的环境进行超限报警。同时采用LCD1602液晶显示模块，由单片机控制显示。系统设计框图如下：,主要模块概述,主控模块LCD1602液晶显示模块温烟采集模块AD转换模块,主控模块,本模块有AT89S52单片机构成，AT89S52具有以下标准功能：8k字节Flash，256字节RAM，32位I/O口线，看门狗定时器，2个数据指针，三个16位定时器/计数器，一个6向量2级中断结构，全双工串行口，片内晶振及时钟电路。P0口：P0口是一个8位漏极开路的双向I/O口。作为输出口，每位能驱动8个TTL逻辑电平。对P0端口写“1”时，引脚用作高阻抗输入。当访问外部程序和数据存储器时，P0口也被作为低8位地址/数据复用。在这种模式下，P0具有内部上拉电阻。在flash编程时，P0口也用来接收指令字节；在程序校验时，输出指令字节。程序校时，需要外部上拉电阻。P1口：P1口是一个具有内部上拉电阻的8位双向I/O口，p1输出缓冲器能驱动4个TTL逻辑电平。P1.0和P1.2分别作定时器/计数器2的外部计数输入（P1.0/T2）和定时器/计数器2的触发输入（P1.1/T2EX）。P2口：P2口是一个具有内部上拉电阻的8位双向I/O口，P2输出缓冲器能驱动4个TTL逻辑电平。在访问外部程序存储器或用16位地址读取外部数据存储器（例如执行MOVXDPTR）时，P2口送出高八位地址。P3口：P3口是一个具有内部上拉电阻的8位双向I/O口，p2输出缓冲器能驱动4个TTL逻辑电平。P3口亦作为AT89S52特殊功能复用（第二功能）。,RST:复位输入。晶振工作时，RST脚持续2个机器周期高电平将使单片机复位。XTAL1:振荡器反相放大器和内部时钟发生电路的输入端。XTAL2:振荡器反相放大器的输出端。器件引脚图如下图所示：,BACK,LCD1602液晶显示模块,本模块主要由LCD1602液晶显示构成，显示数据直接由单片机P0口控制，其性能和主要参数如下表所示：,LCD1602硬件接口,LCD1602基本操作时序,读状态：输入：RS=0，RW=1，E=1；输出:D0-D7=状态字。写指令：输入：RS=0，RW=0，D0-D7=指令码，E=高脉冲；输出：无。读数据：输入：RS=0，RW=1，E=1；输出：D0-D7=数据。写数据：输入：RS=0，RW=0，D0-D7=数据，E=高脉冲；输出:无。,LCD1602指令说明,BACK,温烟采集模块,DS18B20是美国Dallas半导体公司生产的世界上第一片数支持“1-Wire总线”接口的数字化温度传感器。它小小的类似三极管的封装集成了温度采集、放大和转换模块，便于使用软件实现对温度测量。它可以程序设定912位的分辨率，测量温度范围为-55+125，在-10+85范围内，精度为+0.5，可选用更小的封装方式，更宽的电压适用范围。本文实际过程中，温度采集模块如图3-2所示，硬件设计简单，只要在DQ端加个大约4.7K的上拉电阻就可以了。,DS18B20,DS18B20温度传感器的特性,DS18B20可以程序设定912位的分辨率，测量温度范围为-55+125，在-10+85范围内，精度为+0.5，可选用更小的封装方式，更宽的电压适用范围，新的产品支持35.5V的电压范围。分辨率设定及用户设定的报警温度存储在EEPROM中的，掉电后依然保存。温度及单总线的数字方式传输，大大提高了系统的抗干扰性9。适合于恶劣环境的现场温度测量，如环境控制、设备或过程控制、测温类消费电子产品等，使系统设计更灵活、方便。,DS18B20的封装,DS18B20的封装：DS18B20的引脚定义：GND：电源地。DQ：数字信号输入/输出端。VDD：外接供电电源输入端。,DS18B20配置寄存器,配置寄存器位定义分辨率配置,MQ-2烟雾传感器,MQ-2可用于家庭和工厂的气体泄漏监测装置，适用于液化气、甲、乙、丙、丁烷酒精、氢气、烟雾的探测。具有探测范围广、高灵敏度/快速响应恢复、稳定性优异、寿命长、驱动电路构成简单的特点。传感器特点：广泛的探测范围高灵敏度/快速响应恢复优异的稳定性和寿命驱动电路简单,MQ-2烟感探测范围,可用于家庭和工厂的气体泄漏监测装置，适用于液化气、甲、乙、丙、丁烷、酒精、氢气、烟雾的监测其探测浓度范围为：液化气和丙烷：100ppm-10000ppm丁烷：300ppm-5000ppm氢气：300ppm-5000ppm酒精：100ppm-2000ppm敏感表面电阻：3K-30K,MQ-2灵敏特性曲线,MQ-2温湿度特性曲线,BACK,AD转换模块,本模块由AD芯片ADC0832构成。ADC0832是美国国家半导体公司生产的一种8位分辨率、双通道A/D转换芯片。由于它体积小，兼容性强，性价比高而深受单片机爱好者及企业欢迎，其目前已经有很高的普及率。学习并使用ADC0832可是使我们了解A/D转换器的原理，有助于我们单片机技术水平的提高。,ADC0832特点,8位分辨率；双通道A/D转换；输入输出电平与TTL/CMOS相兼容；5V电源供电时输入电压在05V之间；工作频率为250KHZ，转换时间为32S；一般功耗仅为15mW；,ADC0832封装及芯片接口,芯片接口说明：CS_：片选使能，低电平有效CH0：模拟输入通道0，或作为IN+/-使用。CH1：模拟输入通道1，或作为IN+/-使用。GND：芯片参考0位（地）。DI：数据信号输入，选择通道控制。DO：数据信号输出，转换数据输出。CLK：芯片时钟输入。Vcc/Ref：电源输入及参考电压输入（复用）ADC0832封装图：,单片机对ADC0832的控制原理,典型的单片机与ADC0832应用连接图,ADC0832工作原理,ADC0832为8位分辨率A/D转换芯片，其最高分辨可达256级，可以适应一般的模拟量转换要求。其内部电源输入与参考电压的复用，使得芯片的模拟电压输入在05V之间。芯片转换时间仅为32S，据有双数据输出可作为数据校验，以减少数据误差，转换速度快且稳定性能强。独立的芯片使能输入，使多器件挂接和处理器控制变的更加方便。通过DI数据输入端，可以轻易的实现通道功能的选择。正常情况下ADC0832与单片机的接口应为4条数据线，分别是CS、CLK、DO、DI。但由于DO端与DI端在通信时并未同时有效并与单片机的接口是双向的，所以电路设计时可以将DO和DI并联在一根数据线上使用。当ADC0832未工作时其CS输入端应为高电平，此时芯片禁用，CLK和DO/DI的电平可任意。当要进行A/D转换时，须先将CS使能端置于低电平并且保持低电平直到转换完全结束。此时芯片开始转换工作，同时由处理器向芯片时钟输入端CLK输入时钟脉冲，DO/DI端则使用DI端输入通道功能选择的数据信号。在第1个时钟脉冲的下沉之前DI端必须是高电平，表示启始信号。在第2、3个脉冲下沉之前DI端应输入2位数据用于选择通道功能，当这两位数据为“1”,“0”时，只对CH0进行单通道转换。当这两位数据为“1”,“1”时，只对CH1进行单通道转换。当为“0”,“0”时，将CH0作为正输入端IN+，CH1为负输入端IN-，当为“0”,“1”时，将CH0作为正输入端IN-，CH1为负输入端IN+。作为单通道模拟输入信号输入时ADC0832输入电压是0到5V且8位分辨率时的电压精度为19.53mV，如果作为由IN+与IN-输入的输入时，可是将电压值设定在某一个较大的范围之内，从而提高转换的宽度。但值得注意的是，在进行IN+与IN-输入时，如果IN-的电压大于IN+的电压则转换数据始终为00H。,硬件电路设计,主控模块设计温烟信息采集与处理模块报警模块报警值显示模块,主控模块设计,单片机主控模块是整个系统实现的核心，是完成温度和烟雾浓度采集、处理与显示，温烟值限制的设定及超限报警提示的基本条件。本模块有AT89S52单片机构成，AT89S52具有以下标准功能：8k字节Flash，256字节RAM，对于所有单片机而言，其主模块必须的两部分是：时钟模块和复位模块。对于时钟电路的设计采用内部时钟方式。该单片机内部有一个用于构成振荡器的高增益反相放大器，该高增益反相放大器的输入端为XTAL1，输出端为XTAL2。这两个引脚跨接石英晶体振荡器和微调电容就可构成稳定的自激振荡器。电路中的电容C1和C2典型值为30pF左右。对于晶振和电容应尽可能安装得与单片机芯片靠近，以减少寄生电容，更好地保证振荡器稳定、可靠的工作。复位电路采用按钮复位方式。而按键复位有电平复位和脉冲复位。本设计采用电平复位。电平复位是通过RST端经电阻与电源Vcc接通而实现的。而加在该引脚上的高电平的持续时间至少要大于2个机器周期才能完成复位操作。,主控模块设计图,温烟信息采集与处理模块,由于温度传感器是集成了AD的数字温度传感器，其为三端元件，烟雾传感器信号经过ADC0832的某端子进行AD转换，之后从某端子输出进入单片机输入到单片机。示意图如右图,报警值显示模块,本模块采用LCD1602来显示采集的温度和烟雾浓度值，AT89S52的P0口从低位到高位分别连接到LCD1602的D0-D7，由于使用P0口，故外部有接上拉电阻组。数据采集后，经程序处理，送LCD显示。Vss=0，Vdd=1.Vee连接到可变电阻器，调整液晶屏背光亮度。RS,RW,E分别连接到AT89S52的P2.0-P2.2，实现对LCD1602工作过程的控制。整个模块如大图所示：,（报警模块设计较为简单，此处不再赘述，仅附小图）,系统软件设计,温烟信息采集模块报警温度、烟雾浓度显示模块超限报警模块,温烟信息采集模块,烟雾MQ-2输入ADC0832转换程序,典型程序:ADC0832初始化/使能芯片AD0832_CLK=0;/时钟置低平AD0832_DI=1;/开始信号为高电平AD0832_CS=0;/片选信号置低，启动AD转换芯片/输入开始信号（构成一个正脉冲）_nop_();AD0832_CLK=1;/时钟上升沿，输入开始信号_nop_();AD0832_CLK=0;/时钟下降沿/模拟信号输入模式选择（1：单模信号，0：双模差分信号）AD0832_DI=1;_nop_();AD0832_CLK=1;/时钟上升沿，输入开始信号_nop_();AD0832_CLK=0;/时钟下降沿/模拟信号输入通道选择（1：通道CH1，0：通道CH0）AD0832_DI=0;/选择通道0_nop_();AD0832_CLK=1;/时钟上升沿，输入开始信号_nop_();AD0832_CLK=0;/时钟下降沿AD0832_DO=1;/数据线置高，准备接收数据,DS18B20温度采集程序：,典型程序uintReadTemperature(void)uchara=0;ucharb=0;uintt=0;floattt=0;Init_ds18b20();/初始化ds18b20WriteOneChar(0 xCC);/跳过读序号列号的操作WriteOneChar(0 x44);/启动温度转换Init_ds18b20();WriteOneChar(0 xCC);/跳过读序号列号的操作WriteOneChar(0 xBE);/读取温度寄存器a=ReadOneChar();/读低8位b=