毕业设计（论文）-基于单片机的多点无线烟雾浓度监测系统设计.doc

陕西理工学院毕业设计题 目 基于单片机的多点无线烟雾浓度监测系统设计 学生姓名 学号 所在学院 物理与电信工程学院 专业班级 电子1203班 指导教师 完成地点 物理与电信工程学院实验室 2016 年 6 月 5 日毕业论文设计任务书院(系) 物理与电信工程学院 专业班级 电子 学生姓名 一、毕业论文设计题目 基于单片机的多点无线烟雾浓度监测系统设计 二、毕业论文设计工作自 2016 年 1 月 10 日 起至 2016 年 6 月 5 日止三、毕业论文设计进行地点: 陕西理工学院 四、毕业论文设计的内容要求： 在工业生产中，电流、电压、温度、烟雾浓度、压力、流量、流速和开关量等都是常用的主要被控参数。其中，控制温度、烟雾浓度变得越来越重要。在生活、工业生产等很多领域中，对温度、烟雾浓度的采集并进行检测和控制。采用单片机对烟雾浓度进行控制具有控制方便、简单和灵活性大等优点。 本课题要求利用单片机作为核心控制器件，设计一种基于单片机的烟雾浓度及温度监测系，对环境的温度及烟雾浓度实现多点采集，通过无线传感器网络传输并实时显示，具备采集数据超限报警功能。在仿真电路基础上制作硬件，完成样机的调试。撰写毕业设计论文。（应包括方案设计、比较与论证、分析与计算、电路图与相关设计文件以及心得体会等）。 五、毕业论文设计应收集资料及参考文献： 收集传感与检测、单片机编程与控制等方面的专业资料，阅读和学习下列参考文献： 1 童诗白,华成英.模拟电子技术基础（第四版）M.北京:高等教育出版社,2006. 2 李建忠.单片机原理及应用（第三版）M.西安:西安电子科技大学出版社,2013. 3 谭浩强.C程序设计(第二版)M.北京:清华大学出版社,1999. 4 张敏菊.基于单片机的校园多点温度监控系统设计.J. 无线互联科技. 2013(9):92-93 5 窦新宇.基于PIC单片机的煤与瓦斯突出检测系统的设计.J.制造业自动化 2013, 35(7):48-49 六、毕业论文设计的进度安排： 1月10日3月20日：查阅资料，完成外文翻译原文和开题报告。 3月21日4月20日：完成系统硬件电路的设计并提交中期检查报告。 4月21日5月20日：完成整体设计并调试，准备作品验收。 5月21日6月5日：撰写、修改毕业设计论文，准备并完成答辩。 指导教师签名 系(教研室)主任签名 专业负责人签名 批准日期 基于单片机的多点无线烟雾浓度监测系统设计 （陕西理工学院物理与电信工程学院电子信息工程专业1203班，陕西 汉中 723000）指导老师：摘要设计以传感器和单片机作为烟雾报警器设计的核心器件，配合其它器件即可实现声光报警、自动排烟换气和消防灭火等功能。选用STC89C52作为控制器件，MQ-2型半导体可燃气体敏感元件烟雾传感器实现烟雾的检测。主要由烟雾信号采集及前置放大电路、模数转换电路、单片机控制电路、显示电路、声光报警电路和安全保护电路构成。论文主要针对烟雾报警系统中的各个组成部分及功能进行了详细的介绍和说明，并对其主控电路和外围设备电路之间的接口连接方式，以及系统软件设计进行了重点的分析和讲解。关键词MQ-2；单片机；报警 Design of monitor the smoke concentration system based on MCU Yuxi Mao（Class 1203,Major Electronics and Information Engineering，College of Physics and Telecom Engineering，Shaanxi University of Technology，Hanzhong 723000，Shaanxi）Tutor: Wenyang WangAbstract:The design of the sensor and single-chip microcomputer as the core device smoke alarm design, with other devices can achieve sound and light alarm, automatic exhaust ventilation and fire extinguishing function.Design of single chip STC89C52 is selected as the control device, the selection of sensor for detection of MQ-2 type semiconductor gas sensitive element smoke sensor smoke.The smoke alarm is mainly composed of smoke signal acquisition and the preamplifier circuit, analog-digital conversion circuit, single-chip microcomputer control circuit, display circuit, alarm circuit and protection circuit.The main thesis of the smoke alarm system for the various components and functions are introduced and explained, and the connection mode of the main control circuit and peripheral equipment circuit interface, and the software design of the system is analyzed and the explanation of the key. Key words: MQ-2; MCU; alarm目 录1.绪论11.1研究背景与发展现状11.2研究主要内容2 2.方案选择32.1总体方案论述32.2方案一的论述32.3方案二的论述42.4方案的选择4 3.系统软件设计53.1系统流程分析53.2温度、烟雾浓度采集及函数处理63.3 LG3641BH显示函数83.4蜂鸣器报警函数8 4.硬件电路设计114.1单片机最小系统114.2单片机时钟电路与复位电路114.3烟雾浓度和温度采集模块124.4显示模块134.5声音报警模块134.6按键模块144.7实现结果15 5.总结195.1问题与处理195.2展望19 致谢20 参考文献21 附录221.绪论1.1研究背景与发展现状随着现代社会的发展，我们的生活中出现了越来越多的安全隐患时刻危害着人们的生命安全。其中，火灾对于人类生活安全的影响尤为严重，世界各国都对火灾的监测和控制十分看重。因此，制作一款低廉有效的火灾烟雾检测系统尤为重要。烟雾报警器的两个重要核心是单片机和烟雾传感器，单片机就像桥梁一样，起着连接传感器和烟雾报警器的作用，是十分重要的核心模块。尤其近几年，单片机的应用已经普及到了农业、工业等多个常见领域，在社会生活中起着越来越重要的地位，在社会的需求下各种各样功能不一的单片机也被开发了出来1。单片机是器件级计算机系统，它的实质就是一个微控制器（微处理器）。因为功能齐全，体积小，成本低廉的优点，它在当今几乎所有的电子领域里都起着重要的角色。所以，将单片机应用于报警领域中也是一个热门的方向2。同时，作为为各类信息技术系统的重要器件，传感器来是十分重要的部分。不论是什么系统或机器，如果没有“感官”感受信息，或者“感官”迟钝，都难以形成高精度、高速度的控制系统3。二十世纪八十年代曾被人称为是“传感技术时代”，日本更是将传感技术的发展和应用列为十大重要技术之首。所以，去选择一个价格低廉，灵敏度高，误差小的传感器模块是十分重要要的4。结合多方面考虑，在这次设计中我选用了最为实用、常见的STC89C52单片机、MQ-2半导体气体烟雾传感器和DS18B20温度传感器5。设计是以火灾的实时监测及自动报警技术为核心的多用消防系统，可以有效的监测并预防火灾的发生。我国的火灾报警监测技术虽然在局部上得到了较大的发展，但其实在实际应用中，火灾烟雾监测和自动报警系统彼此间的通讯协议不一致，火灾报警技术也还存在着许多待攻克的缺陷6。简单的总结一下，目前我国的火灾报警技术缺点主要有如下几点。（1）适用范围依然很小。我国火灾自动报警系统技术相比于英、美等发达国家起步要晚很多，目前为止安装范围仅仅是高层民用建筑设计防火规范、建筑设计防火规范等规定的特定场所和部位，而在一些容易造成群体死伤的许多非大型公众聚集场所和社区居民家庭甚至部分高层住宅都没有按照相关规定安装稳定、灵敏的烟雾浓度监测报警系统。总体来说我国的报警技术依然存在适用范围过小，防范措施不到位的缺点7。（2）智能化程度低。虽然我国大多数的火灾检测器都进行了智能化处理，但由于目前市面上的传感器探测相关参数较少、相关对于系统支持的软件开发并不成熟、很多相关算法的准确性也并没有得到很好的验证、火灾现场相关重要参数的数据库尚且还不健全，火灾报警器无法正确判断烟雾浓度真实情况且现场温度、光波的强度以及各类可燃气体的浓度、有害电磁辐射等的监测也存在较大误差，因此造成的迟报、漏报、误报等情况不在少数8。（3）网络化程度低。我国目前应用的自动火灾119报警系统在其形式基本还是以区域火灾自动报警、集中火灾自动报警系统和控制中心火灾自动报警系统为主安装的形式依然是集散式，多数报警系统自我封闭自成一体，距离成型的区域化网络化报警系统依然有较大差距，有待改善9。（4）组件间的连接方式有待改善。目前我国主流的火灾报警系统还是以多线制和总线制连接方式为主，探测器和报警器及控制器之间是由多条的铜芯绝缘导线或铜芯电缆穿管相接。这种连接方式存在很在很多问题，其中多耗材、高成本、相对较低的抗干扰能力是其主要的缺点。另外，采用的这种铜制导线耐高温性能差、易磨损，系统出现问题后相关的维修十分复杂，严重影响了主流火灾报警器的实用性和安全性10。（5）火灾检测系统普遍存在较多误报。生活中我们遇到的火灾环境往往是很复杂的，另一方面我国的各类火灾传感器依然存在较大的不足，容易出现对现场的温度、烟雾浓度、各类有害气体监测的误判，最终造成了火灾检测及自动报警技术的整体不成熟11。 考虑到以上的问题，结合于目前的国际发展总趋势，我国应该加快相关的改进工作，增加对新材料、新技术的应用，改进系统中的漏洞，使火灾检测在未来能够变得更稳定、少误报、网络化、更加智能化。当前，欧美等发达国家在火灾报警方面的都有着明显的网络化、智能化、多样化、小型化、社区化、蓝牙化、高灵敏化发展趋势，同时这也是全世界火灾烟雾浓度监测及报警应用技术的总体发展趋势12。1.2研究主要内容利用单片机AT89C52作为核心控制器件，设计一种基于单片机的多点无线烟雾浓度监测系统，实现各种场景下的烟雾浓度及温度监测报警，当出现危险情况时可以出现报警作用，增强公共安全。要求通过对空气中烟雾浓度及温度信息采集，当烟雾浓度或温度低于设定初值时，单片机将发出指令进行报警，指示灯变亮，蜂鸣器发出报警声，当温度及浓度再次低于设定值时，由单片机发出指令停止报警，指示灯不再亮，同时蜂鸣器停止报警声。在此基础上，设计系统还具有手动报警功能，使工作人员在特殊情况下依然可以手动报警，以便防止意外的发生。2. 方案选择2.1总体方案论述 烟雾报警器是能够检测环境中的烟雾浓度，并具有报警功能的仪器。该报警系统的最基本组成部分应包括：信号采集模数转换电路、单片机控制电路、字符显示电路、声光报警电路和安全保护电路等部分组成。 这里涉及了两种方案，分别是利用HC-05蓝牙实现的无线传输型烟雾浓度报警器和利用MQ-2半导体气体烟雾传感器实现的非无线报警装置，一下对这两种方案展开了详细的对比和论述。2.2方案一的论述2.2.1方案一的设计框图本方案由几大功能模块组成的：微型控制器MCU（STC89C52）、信息采集模块（温度传感器DS18B20、MQ-2半导体电阻式气敏烟雾传感器）、A/D模数转换模块（AD0832）、蓝牙模块（HC-05）、显示模块（LCD1602液晶显示屏）、报警模块（LED灯、蜂鸣器）。系统设计框图如图2.2.1所示。图2.2.1系统框图2.2.2方案一的设计方法 方案由两个温度传感器DS18B20收集周围环境的温度数据和两个MQ-2半导体电阻式气敏烟雾传感器采集周围环境的烟雾以及敏感气体的浓度，经过电路的处理转换出数据，然后由MCU处理读取周围环境的实时温度以及各类敏感气体或烟雾所造成的空气浓度变化。同时，从机通过HC-05蓝牙模块向主机发送对应工作点的温度和敏感气体的浓度数据，主机通过蓝牙所接收到的数据信息，经过单片机STC89C52处理，实时将温度、敏感气体浓度显示在LCD1602液晶显示屏上。假如周围环境的温度或浓度达到或超过所设定的警报阈值，则主机、从机将发出警报，同时主机将亮起对应的指示灯，等到温度或浓度自行下降，则停止报警，主机则显示绿灯。温度超过上限则显示红灯；环境烟雾或敏感气体浓度超过上限则显示黄灯。2.2.3方案一的优缺点基于单片机AT89C52制作的传感器报警器能够较好的检测空气中的烟雾浓度和温度，且实现了无线传输、多点测量的功能。但在制作中，发现HC-05蓝牙模块难以调试，成本偏高且在实际应用中有较大延迟，而延迟在烟雾火灾监测中会造成严重影响，最终效果想要完美实现难度较大。2.3方案二的论述2.3.1方案二的设计框图方案二的设计主体包含如下结构：烟雾检测部分、STC89C52单片机主控部分、报警部分，AD采集四大部分，此外还加有按键部分，报警部分及显示部分。设计总题框图如图2.3.1所示： 温度采集 显示电路 单 片 机 报警电路AD转换 烟雾浓度采集图2.3.1系统框图2.3.2方案二的设计方法 方案设计的烟雾报警器具有显示报警状态。报警器采用延时的工作方式，烟雾检测报警器以STC89C52单片机为控制核心，选用MQ-2半导体气体烟雾传感器采集烟雾浓度信息，配合外围电路构成烟雾报警系统。处理器采用51系列单片机STC89C52。整个系统是在系统软件控制下工作的。设置在监测点上的烟雾检测探头将检测到的烟雾变换成电信号，送出模拟信号，给AD采集电路采集。在单片机内，经软件查询、识别判决等环节实时发出烟雾报警状态控制信号。驱动蜂鸣器及报警指示灯报警。2.3.3方案二的优缺点方案二具有高精度，低成本，易操作的特点。所选用的材料成本较低且精度较高，使用寿命也长。因为取消了无线蓝牙部分，使得传输的延迟程度大有减少，且各传感器反应也灵敏。2.4方案的选择通过对方案一和方案二优缺点的比较，因为火灾、烟雾气体浓度监测报警的特殊性，认为方案二比方案一更加适合。首先，方案一中出现了较大的延迟，而这在火灾现场的报警工作中是十分危险的，相比之下方案二的方式几乎可以说是无延迟且传感器灵敏度也很高。其次，方案二的元器件成本较低，所以可以批量制作，在同一场合安装多个报警器，能够更加好的实现多点检测而不失灵敏。会使安全度大大上升。且方案二的制作过程并没有方案一那么繁琐。考虑到以上原因，设计采用方案二。3.系统软件设计编程软件采用keil uvision2软件，设计程序采用C语言进行编写。软件部分可成功编译，并在proteus中仿真实现预期功能。3.1设计流程分析主程序流程图如下图所示。再开始采集前应先将传感器预热,因为MQ-2烟雾传感器是气敏元件，内阻较小。程序初始化结束后，系统就会进入监控状态。总流程图如图3.1程序初始化传感器预热处理开始 是否超过设定报警值A/D转换 报警 信号采集是否 图3.1 主程序流程图 在整个报警系统工作中，烟雾浓度信息经因为是模拟信号，需先经ADC0832转换处理后，由单片机进行分析处理，判断系统是否启动报警。主程序还包括LG3641BH数码管浓度字符显示功能、手动报警功能、报警浓度设定功能，中断子程序等.主程序解析：void main()beep = 0; /开机蜂鸣器叫一声delay_1ms(200);P0 = P1 = P2 = P3 = 0xff; /初始化IO口为高电平temperature = read_temp(); /读取温度值init_eeprom(); /开始初始化保存的数据delay_1ms(650);temperature = read_temp(); /读取温度值time_init();/初始化定时器 while(1)key();/独立按键程序if(key_can = 99)temperature = 99;dis_smg3=smg_dudengji; /显示烟物报警等级dis_smg2= 0xbf; / -dis_smg1=smg_dutemperature/10%10;/十位dis_smg0=smg_dutemperature%10; /个位ADC0832为8位ADC，数值为0255，我们将其分开放入l_tmpdate数组中显示 delay_1ms(1);3.2温度、烟雾浓度采集及处理函数温度采集及处理函数主要进行温度的采集和处理。首先，确认将DS18B20安装好，之后，启动电源，DS18B20会自动采集到当前温度，发出数字信号，将结果发送至单片机。然后将结果显示在LG3641BH数码管显示模块上。若判断此时温度大于最大设定值则会触发蜂鸣器报警。温度采集模块流程如图3.2（a）所示烟雾浓度采集及处理函数主要进行烟雾浓度的采集和处理。首先，确认将烟雾传感器MQ-2安装好，之后，启动电源，MQ-2会自动采集到当前浓度值，发出模拟信号，将该信号经过AD转换模块转换成数字信号，再将结果发送至单片机。然后将结果显示在LG3641BH数码管显示模块上。若判断此时温度大于最大设定值则会触发蜂鸣器报警。烟雾浓度采集模块如流程如图3.2（b）所示烟雾浓度的国际单位为ppm，是用每立方米的大气中含有污染物的体积数（立方厘米）或（ml/m3）来表示，即1ppm=1立方厘米/立方米=10-6。MQ-2测量大气中普通气体颗粒的范围约为100-10000ppm。因为所采用的LG3641BH数码管显示空间有限且ppm单位的数值都较大，所以在MQ-2范围内将所测量ppm值由最小到最大显示为0-9十个等级。 开始 DS18B20检测温度DS18B20发出数字信号，传送给单片机判断是否超过额定数值否是 报警 图3.2（a）温度采集模块流程图 开始MQ-2进行预热 MQ-2检测烟雾浓度MQ-2发出模拟信号，通过AD转换传送给单片机否判断是否超过额定数值是报警 图3.2（b）烟雾浓度采集模块流程图3.3 LG3641BH显示函数LG3641BH数码管显示函数先将其进行初始化，之后进入显示界面，之后便会显示当前温度，烟雾浓度数值。LG3641BH数码管显示函数流程如图3.3所示。 初始化LG3641BH数码管开始 显示当前温度 显示烟雾浓度 结束图3.3 LG3641BH显示函数流程图 数码显示函数：void display()uchar i;P1 = 0xff; /消隐 P2 = smg_wei; /位选P1 = dis_smgi; /段选 i +;if(i = 4)/4位数码管显示i = 0; 3.4蜂鸣器报警函数蜂鸣器报警函数的作用主要是同时对检测到的温度与烟雾浓度进行比较，判断是否发出报警。温度报警函数流程流程如图3.4（a）所示。单片机读取从温度传感器DS18B20传送过来的温度信息，将当前温度值与程序设定的限额进行对比，之后根据比较结果发出控制指令控制启动蜂鸣器。烟雾浓度报警函数流程流程如图3.4（b）所示。单片机读取从烟雾浓度传感器MQ-2传送过来的浓度信息，将当前浓度值与程序设定的限额进行对比，之后根据比较结果发出控制指令控制蜂鸣器发出报警声。开始读取温度信息将温度与设定限额进行对比控制蜂鸣器报警结束图3.4（a） 温度报警函数流程图开始读取烟雾浓度信息将浓度值与设定限额进行对比控制蜂鸣器报警结束图3.4（b） 烟雾浓度报警函数流程图报警程序：void clock_h_l()static uchar value;if(dengji = s_dengji) | (temperature = s_temp) | (shoudong = 1)/报警value +;if(value = 2)value = 10;beep = beep; /蜂鸣器报警else if(dengji s_dengji) & (temperature s_temp) & (shoudong = 0) /取消报警value = 0;beep = 1; /取消报警4.硬件电路设计整个控制系统由单片机最小系统、单片机时钟电路以及复位电路、烟雾浓度和温度采集模块、显示模块、声音报警、按键部分组成。其中电源由实验室5V电源提供。4.1单片机最小系统 单片机最小系统就是要使单片机工作起来最基本的电路。如图4.1示。 图4.1单片机最小系统 单片机、时钟电路、复位电路共同组成了单片机最小系统。STC89C52 单片机的工作电压范围：4V-5.5V,因此我们通常给单片机外界5V直流电源。连接方式为将单片机中的40脚VCC接正极5V，而20脚VSS接电源地端。复位电路用来确定单片机的工作起始状态，完成单片机的启动过程。单片机在接通电源时会产生复位信号，用以完成单片机启动并确定起始工作状态。运行中的单片机系统如果受到外界环境干扰出现程序跑飞的时候，可以按下复位按键使内部的程序从头运行。复位有上电自动复位和外部按键手动复位，在时钟电路工作以后，在RESET端持续给出2个机器周期的高电平时就可以进行复位。此次设计中我采用了外部手动按键复位电路，需要接上拉电阻来提高输出高电平的值。 时钟电路在单片机中起到了重要的作用，它好比单片机的心脏，控制着单片机的工作节奏。时钟电路就是振荡电路，是向单片机提供一个正弦波信号作为基准，决定着单片机的执行速度。XTAL1和XTAL2是两个反向放大器的输入和输出，这个反向放大器可以配置成片内振荡器。若是要采用外部时钟源驱动器件时，XTAL2应不接。因为一个机器周期内有6个状态周期且每个状态周期为2个振荡周期，所以一个机器周期共有12个振荡周期，如果外接石英晶体振荡器的振荡频率为12MHZ，则一个振荡周期为1/12us。 4.2单片机时钟电路与复位电路 系统采用STC系统列单片机，相比其他系列单片机具有很多优点。一般STC单片机资源比其他单片机要多，而且执行速度快；STC系列单片机使用串口对单片机进行烧写,下载程序较为方便；STC89C52单片机内部集成了看门狗电路；且具有很强抗干扰能力。系统采用内部方式的时钟电路和加电自复位的复位电路，如下图4.2(a)图4.2(b)所示：由于单片机P0口内没有上拉电阻，是高阻态，无法正常输出高/低电平，因而该组I/O口在使用时需要外接上拉电阻。 图4.2(a) 时钟电路图4.2(b) 复位电路4.3烟雾浓度及温度采集模块 烟雾检测模块采用了MQ-2传感器。经过ADC0832采集后可以得到不同浓度下对应的电压值。然后可以设定出理想的烟雾浓度报警值。电路如图4.3(a)所示图4.3(a) 烟雾浓度采集电路温度的采集采用DS18B20传感器。DSl8B20温度传感器是美国著名DALLAS半导体公司在DSl820之后又推出的改进新型智能温度传感器。使用DSl8B20有系统结构更趋简单，可靠性更高的优点。在测温精度，转换时间，传输距离上DS18B20都有着巨大优势。电路图如图4.3（b） 图4.3（b） 温度传感器接口电路图4.4 显示模块 显示采用LG3641BH数码管显示，显示电路如图4.4（a）；4.4（b） 图4.4（a） 数码管显示图4.4（b） 数码管驱动电路4.5声音报警模块 电路通过三极管基极串连一个电阻与单片机P3.6端口连接从而达到控制蜂鸣器是否报警。如图4.5 图4.5 蜂鸣器指示灯报警电路4.6按键模块 电路设计了四个按键，一个设置键、一个加键、一个减键、一个紧急报警键，当遇到紧急情况时，可按下紧急报警键，蜂鸣器进行报警。如图4.6所示 图4.6 消音按键连接电路图4.7实现结果4.7.1系统仿真图仿真环境温度设定为32，烟雾浓度设定为0。仿真结果如图4.7.1（a）所示。此时，仿真温度低于程序设定温度限额最低值（额定温度为50），系统既不会报警也不会亮起指示灯；仿真烟雾浓度低于程序设定浓度最低限值（额定值为5），同样不会触发报警蜂鸣器和指示灯。 图4.7.1（a）仿真环境温度为32，烟雾浓度为0的仿真图仿真环境温度设定为78，烟雾浓度设定为0。仿真结果如图4.7.1（b）所示。此时，仿真温度高于额定温度值（额定温度为50），蜂鸣器开始报警且指示灯开始变亮；仿真烟雾浓度依然低于额定值（额定值为5），但因为温度已经超过设定所以依然会报警。 图4.7.1（b）仿真环境温度为78，烟雾浓度为0的仿真图仿真环境温度设定为18，烟雾浓度设定为9。仿真结果如图4.7.1（c）所示。此时，仿真温度虽低于额定温度值（额定温度为50），不会触发蜂鸣器报警及指示灯变亮；但仿真烟雾浓度已经高于额定值（额定值为5），所以依然会开始报警。 图4.7.1（c）仿真环境温度为18，烟雾浓度为9的仿真图4.7.2.硬件电路图硬件实物主要采用了单片机AT89C52，时钟芯片DS1302，数字式温湿度传感器AM2321以及LCD2004。实物图拍摄于2016年6月2日，12：30：34。此时的环境温度在29左右，烟雾浓度为1(拍摄于宿舍，周围有抽烟的同学)。此时，温度和烟雾浓度都没有达到预设值，所以蜂鸣器并没有报警，信号灯没有亮。硬件实物图如下图4.7.2所示。图4.7.2硬件电路图5. 总结5.1问题与处理课题要求利用单片机作为核心控制器件，设计一种基于单片机的烟雾浓度及温度监测系，对环境的温度及烟雾浓度实现多点采集，通过无线传感器网络传输并实时显示，具备采集数据超限报警功能。在仿真电路基础上制作硬件，完成样机的调试。撰写毕业设计论文。（应包括方案设计、比较与论证、分析与计算、电路图与相关设计文件以及心得体会等）设计基本上达到了任务书的要求，可以在多种环境下检测出当前温度，烟雾浓度，并且在收到报警信号后第一时间启动蜂鸣器发出警报声。系统具有很高的灵敏性，温度误差不超过1，烟雾浓度误差不超过1，基本可以做到实时监测当前各个数值。本设计可手动设置温度，烟雾浓度的最大值，一旦超过最大值，会发生报警，最大值可利用按键随意轻松改变。在任务书要求外，设计系统还具有手动报警功能，可以用来预防特殊情况的发生，使得报警工作安全性更大。设计系统也仍有一定的不足之处，相对于任务书具有一定的差距：(1) 任务书中要求报警器最好做到无线传输，因此我初始时准备使用蓝牙HC-05 模块达到无线传输功能，但在后期制作过程中发现蓝牙模块的延迟较大，考虑到烟雾报警工作的特殊性，高延迟可能会危害人类的生命安全，且添加该模块后成本上也有了较大的上升不适合批量生产，故决定抛弃之。(2) 任务书中要求实现多点监测，在无线模块中这很容易实现，但在有限模块中每个报警器的空间有限，所以没有额外安装多个报警器。所以针对以上两点情况，该报警器距离市面上最成熟，完善的多点无限报警装置任然有一些不同。不过我认为这样的报警器在市面上的应用、量产都是有很大优势的。在本次设计制作中出现了不少问题，后来在不断的检查和调整下解决了问题。主要遇到的困难如下：（1）在制作过程中，发现数码管亮度总不够，多次调试后发现应当添加一个三极管，否则单片机的电流小，无法使数码管正常发亮。后来加上了三极管放大后一切回归正常。（2）早先使用了杜邦线进行连接，后来发现在调试过程容易碰到线导致短路短路，而后均采用了焊锡方法，上述情况不再出现。（3）制作早期发现最小系统无法工作，查阅多方面资料并请教同学老师们们后，得知我原先在震荡电路的瓷片电容中使用了104pf的电容，而此处最佳的选择是使用30pf 。更正后发现最小系统运作正常，没有再出现任和问题。总体来讲，在制作过程中出现了很多大大小小的问题，不过依靠查阅资料，请教老师等方法后，遇到的困难都得到了解决。5.2展望现在的空气污染情况加剧，实时监测空气质量情况是一个热门的发展方向。所以我认为该烟雾报警器可以向以下两个方向发展：远程传输方向以及环保可再生能源方向。(1) 进行基于GPRS的远程智能烟雾报警系统控制，可以实现远程烟雾浓度传输控制管理。随着现代无线通讯技术的发展，GRPS技术日渐成熟，具有覆盖面广，维护费低，安装方便，易于操作的特点。可利用GPRS无线通讯技术和报警器组成无线传感器监测的大范围远程数据烟雾浓度采集系统，实现一人监测多出地区烟雾浓度。而后可以在由智能的网络相关程序将多个地区的烟雾数据与Internet进行数据连接，把采集到的数据传送给互联网由又一个总端监控整个地区的烟雾情况。这样的技术一旦成熟，不建议用作火灾报警，因为火灾报警系统要求绝对的低延迟；但非常适合用来检测全国各地的空气质量，pm2.5等。(2) 利用太阳能作为系统的能源。太阳能是一种丰富的可再生资源，由太阳能作为能源能够有效的节约电能，减少生产成本。在多个室外地区安装该烟雾报警器，利用太阳能为其供电，然后再由上述的GPRS技术将数据上传，可以有效、节能地实时监测各地区环境烟雾浓度情况。致谢在设计过程中，我首先要感谢的是老师为我们辛苦的讲解，让我对该设计有了完善的认知和信心。其次，我要有为感谢一直为我解惑的同学们，我遇到过很多困难，没有他们的帮助我不可能完成这项毕业设计。在这么多天的设计中，我对单片机有了更深一步的认识。从前的知识都存在于书本上，这一次我终于系统、彻底地了解了单片机的很多东西。同时，在编程上，我也得到了很大的提升。只做毕业设计的过程本身就是学习的过程。我在这其中学到了很多的东西，他们远比作品本身宝贵！参考文献1 童诗白,华成英.模拟电子技术基础（第四版）M.北京:高等教育出版社,2006.2 李建忠.单片机原理及应用（第三版）M.西安:西安电子科技大学出版社,2013.3 谭浩强.C程序设计(第二版)M.北京:清华大学出版社,1999. 4 张敏菊.基于单片机的校园多点温度监控系统设计.J. 无线互联科技. 2013(9):92-93 5 窦新宇.基于PIC单片机的煤与瓦斯突出检测系统的设计.J.制造业自动化 2013, 35(7):48-49 6黄智伟全国大学生电子设计竞赛系统设计M北京航空航天大学出版社,2011.2月7张海.基于AT89C51和DS18B20的最简温度测量系统的设计J.陕西:现代电子技术,2007(9):85-898王海燕,高之圣.基于数字温度传感器DS18B20的智能温度控制器的设计J.山东科技信息,2007(13):263-2649贾应炜.基于STC89C52单片机的火灾报警系统设计J.机械与电子,2015,(第4期).505310李道龙,欧阳名三.基于单片机的蓝牙遥控窗帘设计J.安徽理工大学学报(自然科学版),2014,(第3期).646611 Zhijie Tang.Wang Shuai.Luo jun .Remote Alarm Monitor System Based On GSM and ARM J.2011. 656912 V. Yu. Teplov,A. V. Anisimov. Thermostatting System Using a Single-Chip Microcomputer and Thermoelectric Modules Based on the Peltier EffectJ .2002. 408411 附录附录1 原理图附录2 硬件电路附录3 元器件清单序号名称型号数量1单片机STC89C521个2AD采集芯片ADC08321个3蜂鸣器BELL1个4电容10uF1个5电容20pF个64位共阳数码管SMG04_11个7三极管90125个8电阻1K2个9电阻10K2个10大电阻4.71个11按键SW-PB5个12烟雾传感器MQ-21个13温度传感器DS18B201个14晶振12M1个附录4 源程序#include /调用单片机头文件#define uchar unsigned char /无符号字符型 宏定义变量范围0255#define uint unsigned int /无符号整型 宏定义变量范围065535#include #include eeprom52.h/数码管段选定义 0 1 2 3 4 5 6 7 8