单片机烟雾传感器课设

1、燕山大学课程设计说明书题目： 烟雾传感器学院（系）： 电气工程学院 年级专业： 13 级仪表二班 学 号：学生：指导教师： 淑清教师职称： 教授燕山大学课程设计（论文）任务书院（系）：电气工程学院 基层教学单位：自动化仪表学号学生专业（班级）自动化仪表 2 班设计 题目烟雾传感器设计技术参数采用烟雾传感器完成烟雾检测， 采集烟雾数据通过串口发送到电脑上 位机。设 计 要 求1、熟悉烟雾传感器的基本原理和操作方法。2、熟悉 USART的串行通信功能和使用方法。3、掌握 ADC的使用方法。工 作 量设计的容满足课程设计的教学目的与要求， 设计题目的难度和工作量适合学生的知识和能力状况，工作量饱满。

2、工 作 计 划查阅资料进行设计准备、设计硬件电路、编制程序，编制程序、验证 设计、撰写任务书。参 考 资 料嵌入式 STM32 设计及应用 淑清 国防工业指导教师签字基层教学单位主任签字说明：此表一式四份，学生、指导教师、基层教学单位、系部各一份。2015 年 12 月 29 日燕山大学课程设计评审意见表指导教师评语：成绩：指导教师：2015 年 12 月 29 日答辩小组评语：成绩：评阅人：2015 年 12 月 29 日课程设计总成绩： 答辩小组成员签字：2015 年 12 月 29 日摘要随着社会和经济的发展，防火工作越来越重要，但是目前国的许多研发都侧重于大 型场所的火灾报警。因此，我

3、们就有必要研制一种结构简单、经济实用的家庭烟雾报警 器以适应市场的需求。基于供家庭使用的烟雾报警器应该具备的基本要求和功能，文章 设计了一种比较适合的烟雾报警器。 本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等功能。 设计中单片机选用 STM32 作为控制器 件，传感器选用 MQ-2 型气体传感器实现对烟雾的检测。烟雾报警器主要由烟雾信号采 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，设计 合理、简单易懂、价格低廉，使单片机在烟雾报警系统的控制中得到充分应用，具有一 定的实用价值。论文主要针对烟雾报警系统中的各个组成部分及功能进

4、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 ：烟雾报警器 单片机 传感器目录摘要1 绪论 31.1 概述 31.2 设计烟雾报警器的目的及意义 42 系统的方案设计 52.1 传感器的选型 52.2 系统的主要功能 62.3 系统的结构与工作流程 63 系统硬件模块设计 73.1 单片机选型 73.2 模数转换电路设计 93.3Syn6288 语音合成模块 103.4 蓝牙串口模块 104 系统软件程序设计 114.1 系统主程序设计 124.2 系统流程图 12结论 13参考文献 14基于单片机的烟雾报警器设计一、

5、绪论1.1 概述单片机及烟雾传感器是烟雾报警器系统的两大核心。单片机好比一个桥梁，联系着传 感器和报警电路设备。近几年来，单片机已逐步深入应用到工农业生产各部门及人们生 活的各个方面。各种类型的单片机也根据社会的需求而开发出来。单片机是器件级计算 机系统，实际上它是一个微控制器或微处理器。由于它功能齐全，体积小，成本低，因 此它可以应用到所有电子系统中。同样，它也可以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，可靠性大大提高，以满足社会发展的需要。而传感器作为信息 技术系统的“感官”器件，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。美国曾把二十

6、世纪八十年代称为传感技术时代，日本更 是把传感技术列为十大技术之首。所以，根据报警器功能的需要，选择合适、精确、经 济的烟雾传感器和单片机芯片是至关重要的。在本论文中的最主要的设计是选STM32单片机和 MQ-2半导体气体烟雾传感器为核心器件。STM32 单片机，功能强大，可供许多高性价比的场合应用，能够灵活应用于各种控制领域。 MQ-2半导体气体烟雾传感器在较宽的浓度围对可燃气体有良好的灵敏度，寿命长，成本低，非常适用于家庭使用的气体泄漏报警器。由这两个核心器件设计而成的整个烟 雾报警器系统可实现声光报警、报警状态字符显示、换气扇排烟和喷水灭火等烟雾报警 器应有的功能，是一种结构简单、性能稳

7、定、使用方便、价格低廉、智能化的烟雾报警 器，具有一定的实用价值。目前，现代建筑都会有选择地安装不同功能的火灾自动报警系统。因为火灾自动报警 系统是建筑物的神经系统，它能够感受、接收着发生火灾的早期信号并及时报警，发出 警报同时告知用户和周边居民。它就像是一个个称职的更夫，给居住、忙碌或是休息在 家庭中的人们以极大的安全感。在火灾的早期阶段，准确的探测到火情并迅速报警，对 于及时组织有序快速疏散、积极有效地控制火灾的蔓延、快速灭火和减少火灾对居住人 群的损失都具有重要的意义。1.2 设计烟雾报警器的目的及意义随着社会和经济的发展，家庭火灾防不胜防，防火工作也就越来越重要。据美国消防 学会统计，

8、最近十多年中，安装自动消防设施的建筑中发生火灾，消防设施的有效率高 达 96.1% ，确实起到了保证建筑物消防安全的作用。 这是因为火灾自动报警系统能够及时 将火灾迹象通知用户及有关管理人员，以便他们准备疏散或组织灭火，延长了建筑物可 供疏散的时间并通过联动系统启动其他消防设施。所以，设计一种能够在火灾刚刚发生 时或者有可燃气体堆积引起的火灾隐患时就能报警的报警器就能使人们能够及时发现火 灾，并及时采取有效措施，扑灭初期火灾，最大限度的减少或消除因火灾造成的生命危 害和财产的损失，是人们同火灾做斗争的有力工具。目前我国火灾自动报警系统只被安装在重要建筑上，而在美国、日本等发达国家，包 括许多居

9、民家庭都安装了火灾自动报警系统。近几年，国主要侧重于大型场所的大型火 灾报警系统的研发，而在居民住宅区等小型防火单位，却需要安装廉价实用的烟雾自动 报警装置。由于我国人口不断的增长，土地也开始的稀缺，所以为了缓解城市用地的紧， 居住的楼层不断加高，这不但便于集中供电、供热、供气，而且也可以集中控制和管理。 但是，人们在享受这些现代设施带来了便利的时候，却也增加了火灾隐患。楼层多、人 员密集，一旦发生火灾，疏散困难，容易造成经济和人员的损失。如果在家庭中没有安 装火灾自动报警器，一旦在家庭中发生火灾，火灾容易由不被发现的早期火灾而演变成 为更大、更严重的大型火灾。结果是由于一家的起火，而火势不能

10、得到有效控制，使得 火势迅速蔓延并很快出现大面积燃烧。这不仅使的用户本身遭受重大的损失，还容易形 成“火烧连营”的局面，给周边家庭和场所造成无法估计的损失和严重的影响。据公安 部消防局 2011统计，近年来，我国每年发生家庭火灾5万余起，死亡 800 余人，占火灾死亡人数的 70%以上。根据网络新闻报道可知， 英国每年发生 50000 起以上的严重家庭火 灾，其部分火灾造成伤亡和重大的家庭财产损失，甚至连累左邻右舍。由此可见：家庭 防火同样是现今社会的重要家庭安防问题，而且刻不容缓。家庭防火重在防患于未然， 因此，我们就有必要研制一种结构简单、价格低廉的烟雾自动报警器，以适应市场的需 求。二、

11、系统方案的设计2.1传感器的选型对于语音防火系统来说， 传感器的性能在整个系统的工作性能上有着举足轻重的作 用，因此传感器的选型尤为重要，根据本系统的设计要求，使用温度传感器，烟雾传感 器。设计中的这两种传感器均为模拟信号传感器，通过放大整形电路与 A/D 转换后作为 送入 CPU处理的数据。本设计中的传感器的性能有着如下要求：?烟雾检测： 0-5%英尺，误差 =10%;?温度检测： 0-200 ，误差 MQ-2型传感器对天然气、液化石油气等烟雾有很高的灵敏度，尤其对烷类烟雾更 为敏感具有良好的抗干扰性，可准确排除有刺激性非可燃性烟雾的干扰信息，例如酒精和烟雾等2MQ-2型传感器具有良好的重复

12、性和长期的稳定性。初始稳定，响应时间短，长时 间工作性能好3其检测可燃气体与烟雾的围是 100-10000ppm4电路设计电压围宽， 24V 以下均可；加热电压 50.2V 由上述性能指标可知该传感器符合设计性能要求，MQ-2传感器的生产制作符合国家标准，体积小，便于安装；稳定性高；响应时间短，适于防火系统中烟雾测量。2.2. 系统的主要功能本设计的语音防火系统具有以下几个功能：1 ）火灾检测：传感器返回的数据经过STM32判断为火灾时，发出语音信号，并显示在显示器上；2 ）语音播报： STM32根据传感器返回的环境信息，发出语音提示大家安全撤离；3）蓝牙传输： STM32 根据传感器返回的环

13、境信息，通过蓝牙向救援人员发出信 号，减小损失；2.3. 系统的结构与工作流程该语音防火系统由图 2-1 中所示的几个部分构成。传感器安装于检测现场，通过导 线连接到主板传感器驱动电路， 传感器返回的信号送到整形电路后转换为 0-5V 的电平信 号，由 A/D 转换芯片转换为数字信号送入 STM32。系统的其他部分均安装在主板上， STM32接收来自传感器的数据后将数值显示与液晶 屏，并且通过蓝牙传送给上位机，如果有火灾情况则将报警信号显示，同时驱动语音模 块发出语音提示，并可以在需要的情况下启动外部设备。图 2-1 语音防火系统整体机构图三、语音防火系统硬件模块设计3.1.单片机选型单片机的

14、类型为 STM32f103ze76，其功能如下：核： ARM 32位的 Cortex ?-M3 CPU- 最高 72MHz工作频率，在存储器的 0 等待周期访问时可达 1.25DMips/MHz- 单周期乘法和硬件除法存储器-从 256K至 512K字节的闪存程序存储器- 高达 64K 字节的 SRAM-带 4个片选的静态存储器控制器。支持CF卡、 SRAM、 PSRAM、NOR和 NAND存储器- 并行 LCD 接口，兼容 8080/6800 模式时钟、复位和电源管理- 2.0 3.6 伏供电和 I/O 引脚- 上电 / 断电复位 (POR/PDR)、可编程电压监测器 (PVD)- 4 16

15、MHz晶体振荡器- 嵌经出厂调校的 8MHz的 RC 振荡器- 嵌带校准的 40kHz 的 RC振荡器- 带校准功能的 32kHz RTC 振荡器低功耗- 睡眠、停机和待机模式- VBAT 为 RTC和后备寄存器供电3个12位模数转换器， 1 s转换时间 (多达 21个输入通道 )- 转换围： 0 至 3.6V- 三倍采样和保持功能- 温度传感器 2 通道 12位D/A转换器DMA：12 通道 DMA控制器- 支持的外设：定时器、 ADC、 DAC、 SDIO、I2S 、 SPI、 I2C 和 USART调试模式- 串行单线调试 (SWD)和 JTAG接口- Cortex-M3 嵌跟踪模块 (

16、ETM)多达 112 个快速 I/O 端口- 51/80/112 个多功能双向的 I/O 口，所有 I/O 口可以映像到 16 个外部中断； 几乎所 有端口均可容忍 5V 信号多达 11 个定时器多达 4 个 16 位定时器，每个定时器有多达 4 个用于输入捕获 / 输出比较 /PWM或脉冲计数的通道和增量编码器输入- 2 个16 位带死区控制和紧急刹车，用于电机控制的PWM高级控制定时器- 2 个看门狗定时器 （ 独立的和窗口型的 ）- 系统时间定时器： 24 位自减型计数器- 2 个16 位基本定时器用于驱动 DAC多达 13 个通信接口- 多达 2 个 I2C 接口 （ 支持 SMBus

17、/PMBus）- 多达 5 个 USART接口 （ 支持 ISO7816， LIN ，IrDA 接口和调制解调控制 ）- 多达 3个 SPI接口（18M位/秒） ，2个可复用为 I2S 接口- CAN 接口 （2.0B 主动 ）- USB 2.0 全速接口- SDIO 接口CRC计算单元， 96 位的芯片唯一代码ECOPACK封?装3.2.模数转换电路设计由上面的叙述可知， 系统中的各个传感器返回的信号均为模拟量，无法被 STM32直接接收和处理，所以需要将这些信号进行 A/D 转换，又因为各个传感器的参考电压并不完 全相同，因此不能简单使用多通道 A/D 转换芯片来统一处理，所以本设计中选择

18、 A/D 转 换转换电路，如图 3-1 。图 3-1原理A/D转换3.3.Syn6288语音合成模块图 3-2 Syn6288 语音合成模块电路图3.4. 蓝牙串口模块图 3-3 蓝牙模块电路图四、语音防火系统软件程序设计4.1 流程图：4.2 主程序如下：int nain(void)u8 t=i u32 ad=0j u8 i=0j float turn;short 悅2jdelay.init ：);廷时團数初菖犯NVICJ“cCtyG2upConfig(MV：C-PriorityGroup-2)5/ 注二.级分肋组2： 2位抢占优先级2位軸魅盘串初始比为115200畦化与连歩的硬杵接匚 勿始

19、化LCO呻()；uart_init(584de);LED_ 亍nit (齐LCDZlnitO； syn6288Jnit()5TIM3JntJnit(999,7999)iPOINTCOLOR=RED；/啜宣字仗为红色/ ww*zw*w*w 港度处理开中彳ft 中中中中中中丿LED0=6;motor = ljsyn6288_SpeakStr(-电气工程学院自动化仪裘烟雾报警弄统“ ,1)5 while ( DS18B20_Init ( )/DS18B20 初妬化LCD_ShowString(30,丄30，200,16,16,DS18B20 Error delay_ms(20e)jLCD_Fill(30,130,239,130+16,WHITE)j delay_ms(200);while(l)/printf(/每辽亦s读取次/temperature=DS18B20_Get_Temp()jif(temperature6