室内环境检测器的设计 论文() )

1、室内环境检测器的设计摘要对于室内环境而言，主要指人类在室内活动所需要的场所，并且伴随人类的活动不断延伸和拓宽，而且渐渐变成了互相融入结合为整体的环境。并且，在当今的社会中，人类和环境之间的关系受到广泛的关注。室内环境检测也逐步走进我们的今天。而以往的传统的室内环境检测系统多数为有线方式，这种方式需要大量布线，影响室内美观，造成了资源浪费，如果线路老化发生了问题，修理也造成了不便。本文设计了一种室内环境检测系统，克服了传统方式的局限性，具有不破坏居室原有结构，连接线路数量少、布线简单，可以灵活安装，同时采用低功耗设计，节能等优点。关键词： 室内环境 室内环境检测器 室内环境检测系统Design

2、of indoor environment detectorABSTRACTThe indoor environment is the place which provides for the people's indoor activity, it expands with the people's life, and gradually develops into the mutually permeable and indivisible environmental whole, in the human society today, People pay more an

3、d more attention to the relationship between human and environment. Indoor environment inspection also step by step into our today. The traditional indoor environment detection system is mostly wired, which needs a large number of wiring, which affects the beauty of the room, resulting in a waste of

4、 resources. If the line aging problems, repair caused inconvenience.In this paper, an indoor environment detection system is designed, which overcomes the limitation of the traditional method and has the advantages of not destroying the original structure of the room, less connecting lines, simple w

5、iring, flexible installation, low power design, energy saving, and so on.Key words: indoor environment detector indoor environment detection system 目 录目 录 1第1章 绪论 2 1.1 问题的提出及研究目的和意义 1.2 室内环境检测的国内外发展状况 1.3 本课题的主要设计内容 1.4 内容安排简介 第2章 系统硬件说明 32.1 主控芯片 2.1.1 主控芯片发展历程 2.1.2 主控芯片平台特点 2.1.3 主控芯片功能 2.1.4 主控

6、芯片引脚图 2.2 传感器芯片 2.2.1MQ-135有害气体传感器 2.2.2MQ-9可燃气体传感器 2.2.3火焰传感器 2.2.4DHT11温湿度传感器 2.2.5光敏电阻 2.2.6蜂鸣器 2.3 显示芯片LCD1602 第3章 软件程序设计 43.1 编写语言的选择 3.2 编译软件介绍 3.3 灭火报警模块 3.4 液晶显示模块 3.5 传感器模块 3.5.1MQ-135有害气体传感器 3.5.2MQ-9可燃气体传感器 3.5.3DHT11温湿度传感器 3.5.4光敏电阻 第4章 实验过程及结果 54.1 硬件遇到的问题及解决 4.2 软件遇到的问题及解决 4.3 实验程序及结果

7、第五章 总结与展望 65.1 全文总结 5.2 未来展望 参考文献 7致谢 8 天津理工大学2018届本科毕业设计说明书第一章 绪 论1.1问题的提出及研究目的和意义在常温下，甲醛为气态的表现形式。它没有颜色，且拥有刺鼻的强烈气味。在水、醇、醚中，它都易溶。所谓的福尔马林是它的水溶液（37%的条件），福尔马林应用于标本的保存方面，不管是在医学部门，还是在科研部门，其都扮演着十分重要的角色。甲醛拥有非常快的挥发速度，这是因为其沸点低（19.5C）且伴随着温度容易发生剧烈变化导致的。在我们中国有毒化学品的行列中，甲醛占据着重要的地位（第二名）。如今，以世卫组织的观点看来，甲醛容止导致癌变。事实上，

8、作为一种有毒物质，甲醛来源于原料浆。一旦人体被甲醛（高浓度）入侵后，会造成严重的后果，例如支气管哮喘患者会出现头痛、水肿、呼吸道刺激。一旦人体皮肤接触到甲醛，轻则出现色斑、皮炎，重则出现皮肤坏死的结果。这是由于甲醛可以很容易的同蛋白质进行结合。不仅仅是大量吸入甲醛，人们吸入少量的甲醛也会带来相应的后果。即出现慢性中毒的症状，例如指甲无力、过敏性皮炎、粘膜充血、角化病等等。一旦少量甲醛被人们吸入，人们一般会出现以下情况，即自主神经紊乱、体重减轻、失眠、头痛等等。天然气。作为一种气体混合物，液化天然还有另一个名字，为气罐。其包括很多组成部分，其中烷烃占最主要的部分，还包不多的乙烷、丙烷和丁烷。此外

9、，除去水、氮气、二氧化碳和硫化氢以外，还称为烷烃。还有氩气和氦气等等少量的惰性气体。甲烷与丁烷在标准情况下存在状态为气体,且烷烃高于液体。当燃烧天然气时，对人呼吸系统造成伤害的东西几乎没有产生，仅仅产生煤的40%的二氧化碳。且二氧化硫产出更是少之又少。但是天然气燃烧的条件为同易燃、易爆、空气混合时,且高达550C的温度。当天然气混合物达到5%15%的浓度。天然气将大约达到850010000 kCal/m 3的热值。相比于城市燃气，燃烧天然气将会达到其2.5倍的热量。本课题研究的是一种基于Arduino开发板设计室内环境检测系统，将传感器检测的数据通过无线通信的方式进行传输，如：温、湿度，光照强

10、度，有害气体，可燃气体等情况的检测，实现检测数据的传输，并及时向用户进行环境情况的反馈，对突如其来的危险进行预警，让用户及时做出相应的处理。传统的室内环大多数环境检测系统都是有线的,需要大量的布线,这会影响室内的外观,造成资源的浪费。如果线路老化发生了问题,修理也造成了不便。本系统采用无线通信技术设计了一种室内环境检测系统。它克服了传统方法的局限性。它不损坏起居室原有的结构,连接线数量少,布线简单,安装灵活。同时采用低功耗设计,节能等优点。1.2国内外发展历史所谓室内环境，它的含义是民众开展室内活动的区域。由于日常生活的存在，所以其得到了逐步的扩展，并且慢慢变成了1个不可分割的整体。在当今人类

11、社会中,人与环境的关系越来越受到人们的关注。甲醛气体传感器检测已成为最近甲醛检测的重要内容。1983年，压电甲醛传感器首次出现在公众的视野。这个传感器不用对任何样品开展相关的处理，就能够获得测量结果，不过很大程度上会得到水分子的作用，从而造成晶体漂移具备更多的振动频率,不实用。为了满足室内空气甲醛快速检测的要求,研制了一批快速甲醛测定仪。这个一起能够对田间甲醛含量进行检测，获知其浓度，并且能够给公共场所以及室内的甲醛测验提供极大的便捷。它还能够在试验舱法测定人造板甲醛释放量的场景下得到很好的运用。不过上述仪器在很多方面都存在不同，包括适用区间、响应性能、以及工作机制等，G公司和北京本达绿色科技

12、有限公司生产的甲醛等被抑制了308。上述仪器能够对有害气体进行检测，在一些较为专业的实验研究所得到了很多的运用。就能够检验甲醛等有害气体的设备而言，它需要耗费超过2万元的资金,例如英国PPM公司制造的PPM400甲醛仪。它需要特别多的测量时长,在不同的时间阶段里，都需要进行再一次的测验。专业人员操作难度大,难以连续测量。目前,国内外产品的设计差异主要集中在监控传感器和控制芯片的选型、操作上,国外产品操作界面方便、功能较为齐全。1.3 本课题的主要设计内容（1）针对室内环境检测系统进行模块化设计。对有害气体的检测采用MQ-135有害气体传感器进行;对于可燃气体的检测可以使用MQ-9可燃气体传感器

13、;使用火焰传感器检测火焰;当发生火灾时,蜂鸣器工作;同时灭火电机工作,将火源扑灭;利用光敏电阻对光照强度进行检测，通过LED灯从侧面显示光照强度的大小，从而达到对光强的检测。（2）搭建基于Anduino的室内环境检测系统的硬件电路。由于用到的传感器较多，所以合理的分配接口是一个需要解决的问题，同时保证接口数量够用，接线的同时保证每一个传感器不互相影响。再通过合理的规划线路，来保障每一个传感器能正常显示正常工作。（3）基于Anduino开发模块化传感器软件编程设计。通过给每一个传感器模块编程，然后汇总到一个程序里，再配合着硬件电路，使接口与程序一一对应，保证每一个传感器程序准确无误。第二章 整体

14、硬件结构说明2.1 主控芯片2.1.1 主控芯片发展历程在意大利利伊维利亚的某个设计学校中有一名叫做Massimo Banzi的任课老师，他的学生常常埋怨到没有廉价其好用的微控制器。于是在2005年的年末，Massimo Banzi和David Cuartielles一起探讨了学生遇到了困境，其中David Cuartielles是西班牙的芯片专家，并且刚好他访问该设计学校。在激烈的探讨后，两人一致认为可以按照自己的要求自行设计电路，此外安排学生David Mellis进行电路的编程设计工作，在两天的时候后，该学生便完成了密码编写工作，经过了三天，该学生便完成了电路的编写工作。Massimo

15、Banzi给这个电路取了一个名称，叫做Arduino，这是该老师常去的酒吧，也是意大利国王的名字。在此之后，班齐、Cuartielles和Mellis通过互联网公布了相关的设计图纸。由于在版权法的规定下，能够监督开源的软件，但是基本难以在硬件上使用。基于确保设计处于开源思想的下，他们决定使用创作共享(CC)授权进而使得硬件设计能够进行。在上述的授权模式下，每个人均可复制电路板的设计图进而生产电路板，还可以在此基础上进行重新设计。以至于可以不用支付费用，而且也不需要获得阿杜诺团队的同意。但是，假如使用公布的设计图纸，那么在自己的作品中应当声明Arduino团队所做出的贡献。加入在原来的设计上进行

16、了相应的调整，那么该设计成果需要采取类似的或者完全一致的创作共享(CC)的授权途径，进而保证修改调整过后的Arduino电路板图纸同样为免费获得以及开放。其中只有阿杜诺这个名字得到了保存，它已经成为了一个经过注册的商标，只有获得了授权才能使。从该电路板的出现到现在，经过长期的发展，发布了许多模型和许多导数控制器。2.1.2 主控芯片平台特点对于Arduino而言，该平台具有便捷、灵活、开源的特性，主要由硬件(各种类型的Arduino板)与软件(Arduino IDE)组成。在欧洲于2005年的第四季度被开发团队设计出来。其成员包括Massimo Banzi、David Cuartielles、

17、Tom Igoe、Gianluca Martino、David Mellis、Nicholas Nicholas等。该平台的构建基础为开源的I/O接口，并且在处理以及布线方面拥有和java和c语言相似的开发环境。Arduino平台拥有两个构成部分，即硬件部分与软件部分，其中硬件指在电路连接中使用的Arduino电路板，另一个指Arduino IDE 也就为相关程序的开发环境。用户可以将编写的程序录入到电路板中，然后程序便会给电路板发出指令。Arduino能够利用不同的传感器进而收集环境参数，例如改变灯光大小以及相关设备的反应进而改变环境。在单片机上能够利用Arduino进行程序编写，然后以二进

18、制的形式烧录到单片机中。Arduino的实现的编程过程是利用Arduino编程语言(布线)以及Arduino开发环境进行的。基于ARDUIO开发的软件，例如Arduino以及其它在个人电脑上工作的元件，而且它们可以进行数据交流(如Flash、处理、MXMSP)。对于Arduino UNO而言，Arduino平台开发参考的标准之一，也是采用USB接口中Arduino平台的最新的版本，其中ATMEGA328处理芯片是UNO的关键部件,其数字输入/输出端口的通道多大14个，即PWM输出端口由6个， 6个模拟输入端口、1路ICSPheader、16MHz的体振荡器、电源插座、USB接口和复位按钮。图2

19、.1 Arduino UNO开发板许多单片机和MCU平台设计采用交互系统。例如,视差基本、邮票、PHIDGET、麻省理工学院的Handyboard等等。对于这些工具,工程师不必在意单芯片的具体编写过程以及其中繁琐的细节之处，此外还由一些列简单的工具方便程序员查看包。与之相似的是，Arduino能够最大程度使得芯片的工作次序得到简化，Arduino在一些地方与其它的开发平台比较起来，拥有某些优势。此外，Arduino编程环境能够很好的和Macintosh OSX、Windows和Linux系统能后完全兼容，然而相当多的其它SCM系统仅能够在Windows系统中使用。并且，Arduino电路板的价

20、格较低，也可以用户自行组装，同时也能够买到完整的一套产品。此外，软件为开源软件并且可以拓展，即Arduino软件具有开源的特性，程序员能够完全拓展其功能，也可以利用C+语言库进行编程。对于Arduino编程环境而言，它与处理编程环境是相当类似的，其编程环境相当简单，所以程序员学习的难度很小，可以相当容易使用Arduino开发环境。Arduino是在AVR平台上进行开发的，并且对AVR库进行了两次封装和编译，因此端口均进行了打包处理，可以不用占用寄存器等资源。然而Arduino进行了两次编译以及封装工作，因此不能直接通过AVR代码进行编写，此外代码的运行效率以及容量均不是由AVR直接编写的。2.

21、1.3 主控芯片功能我们可以快速使用Arduino和Adobe Flash、处理、Max、MSP、纯数据、超级对撞机等软件进行交互工作。Arduino完全可以利用当前的电子元件，例如开关、传感器以及其它控制元件，还有LED灯源、步进电机以及其它相关的输出元件。Arduino能够独立运行并且和其它的软件进行数据交互，例如Macromedia Flash、另外处理、Max、MSP、纯数据或其他交互式软件。此外，ARDUIO的IDE接口使用开源代码进行设计的，下载是完全不用花费任何费用的。2.1.4 主控芯片程序语言及引脚图图2.2 Arduino UNO开发板引脚图2.2 传感器芯片2.2.1 M

22、Q-135有害气体传感器MQ-135型有害气体传感器特点:对有害气体的敏感度很宽,对氨气、硫化物、等相关的气体，能够实现高灵敏度的测量。而且，传感器同时具有成本低，功耗少的特点，给升级带来方便。 图2.3 MQ-135有害气体传感器示意图 图2.4 MQ-135有害气体传感器元件外形结构图 从MQ-135型传感器可以发现，对于气体敏感材料的选择，主要是根据空气中的电导率，因此，氧化锌SnO2成为了最优的方案。如果环境中的污染空气已经具备了一定浓度，就会造成电导率的增加，并且形成一定的信号触发。从电路的基本构成可以得到相对应的转换形式，并且在具体的输出信号上得到规定的数值。从传感器的应用范围来看

23、，硫化物、氨等都会形成更敏感的信号，因此，对于吸烟和其它的有害污染唔得监控的效果也是相当有效的。在这个传感器的作用下看，能够监控有害气体，其使用的范围相当广泛。下图2.5是传感器典型的灵敏度特性曲线。 图2.5 传感器典型的灵敏度特性曲线从图中的坐标分析中可以进一步传感器作用，电阻的比值是重要的临界点，即Rs/Ro，在纵轴上显示。Rs表示传感器在不同浓度气体中的电阻值Ro表示传感器在100ppm氦气中的电阻值图中所有测试都是在标准试验条件下完成的。进一步分析其它要素，包括温度、湿度等，可以得到如图2.6所示的曲线： 图2.6 传感器典型的温度、湿度特性曲线图中纵坐标是传感器的电阻比(Rs/Ro

24、)。Rs表示在含100ppm氨气、不同温/湿度下传感器的电阻值。Ro表示在含100ppm氨气，20/65 %RH环境条件下传感器的电阻值。传感器的基本电路测试是重要的应用前提，具体电路如图2.7所示。可以看出，两个电压是必须的，即Vx和Vc，分别对应加热器电压和测试电压。前者提供了特定的温度，后者与串联负载电阻密切相关。考虑具体的极性状态，Vc并不需要交流电源的加载。如果整个电路都可以在有效载荷状态下工作，那么这两个电压就可以又一个电源提供。需要对电路中的RL值进行挖掘，以便进一步提高传感器的性能。 图2.7 传感器的基本测试电路进一步分析传感器的结构，得到MQ-135气敏元件示意图，从图2.

25、8中可以看出。整个结构包括了陶瓷管、敏感曾，测量电极等要素，并且利用不同的材料进行组合和控制。在进行气敏元件加热的过程中，测量腔体的温度，并且得到相关的数值。从具体的组成上可以看出，6个管脚中得到了不同的信号，其中四个用于输出，另外两个用于加热。 图2.8 从内部构造角度观测MQ-135气敏元件MQ-135有害气体传感器在Arduino Uno开发板上的接线方式及引脚说明：VCC5V接电源GNDGND接地DO空D-OUTAOA0A-OUT2.2.2 MQ-9可燃气体传感器从众多传感器的适应性上来分析，MQ-9是重要的一款，主要对液化石油气、甲烷等有重要的感知效果。它可以被应用于许多CO等可燃气

26、探测的场景。通过与Arduino的开源制作平台相结合，用户可以制作出许多低成本的探测方案。 图2.9 MQ-9可燃气体传感器 考虑一氧化碳的检测，仍然要考虑器件的导电率，并选用MQ-9气体传感器。在温度循环方式上，不同的电导率对应不同的浓度。如果已经达到了比较高的温度，就会形成更多的检测功能，不仅能检测出一氧化碳，也能检测出甲烷等气体。从电路的角度进行变换，会得到相对应的敏感性信号。所以，MQ-9可以有效的检测出多中气体，包括甲烷，液化气等。这些气体都是可燃性气体，如果检测不准可能带来潜在的危险。所以，利用这些气敏材料，不仅要考虑成本，更要考虑安全性。 图2.10 MQ-9可燃气体传感器元件外

27、形结构 下图2.11是传感器典型的灵敏度特性曲线。 图2.11 传感器典型的灵敏度特性曲线进一步考虑灵敏度的关系，得到传感器电阻比值，作为纵轴输出。Rs表示传感器在不同浓度气体中的电阻值Ro表示传感器在100ppm氦气中的电阻值图中所有测试都是在标准试验条件下完成的。对于温度和湿度的敏感性，可以从图2.12中观察得到。图2.12 传感器典型的温度、湿度特性曲线 考虑电阻比，并设定横坐标的步长。Rs表示在含100ppm氨气、不同温/湿度下传感器的电阻值。Ro表示在含100ppm氨气，20/65 %RH环境条件下传感器的电阻值。对当前传感器的测试电路进行分析，如图2.13所示。两个电压是必要施加的

28、，报错加热器电压和测试电压，这样就可以保证整个器件都是在正常的工作条件下。传感器上串联了电阻，使得Vc仅提供直流电压就可以满足要求。如果整个器件都在额定状态下工作，是要串联的电阻比较合适，那么就可以通过一个电源进行供电。这样既能保证传感器的工作效率，也能保证器件的合理性。 图2.13 传感器的基本测试电路MQ-135气敏元件是系统的重要组成，具体的结构可以从2.14观察出来。在多个元器件共同作用下，实现了测试必备的条件，包括Al205陶瓷管，Sn02敏感层等。同样的原理，对6个针状管脚进行封装，其中的四个作为信号输出的管脚，另外两个是电流传送的管脚。 图2.14 MQ-9气敏元件的内部构造 2

29、.2.3 火焰传感器远红外火焰传感器，其主要用来检测到波长为700nm到1000nm内的红外线,且其探测角度的度数为60度。经研究表明，远红外火焰传感器的灵敏度当且仅当在880nm时最佳。同时，此传感器的探头可以探测到外界的红外光的强度，并经过一些转换，会输出一定大小的电流,这些电流变化最后通过模数转换器，反映在数值上为0到255内的数字变化。若红外光越强,则反映的数值越小，反之则反。紫外火焰传感器，其主要用来检测波长小于400 nm以下的紫外线。紫外-可见吸收材料可以利用紫外光,可以根据实际情况设置检测角度,在350纳米附近用紫外光探测时,灵敏度最佳。同时，次传感器的探头可以探测到外界紫外光

30、的强度，并经过一系列转换，也会输出一定大小的电流, 这些电流变化最后通过模数转换器，反映在数值上为0到255内的数字变化。若紫外光越弱,其值越大，反之则反。图2.15 YS-17 火焰传感器及电路图2.2.4 DHT11温湿度传感器DHT11温湿度传感器，其是一种具备能校准由数字信号输出的温度和湿度的传感器。为了使得DHT11温湿度传感器能够长时间的安全可靠工作，其使用了较为先进的温湿度传感技术、数字集成模块技术以及数据获取技术。DHT11温湿度传感器其内部主要由两部分组成，分别是NTC温度计和电阻湿度传感元件。并且它还由8位微型控制器进行机密控制。图2.16 DHT11温湿度传感器内部结构示

31、意图该传感器连接的ARM芯片相对其他传感器而言更为简单。ARM芯片的I/O数字接口2是数据端口，其可以获取输入的串行数据，此口并与DHT11温湿度传感器的Pin 2相连接。考虑到操作的电路总长比20m小，故此应当加上5000大小左右的电阻，DHT11温湿度传感器的Pin1和Pin2分别与ARM芯片的电源口和接地口相连。Pin3则无需连接任何部分，并做悬浮处理。DHT11型温湿度传感器通过精密湿度测试在精密校准实验室进行校准。校准的系数结果将以OTP中的程序数据的形式被存贮下来，在DHT11温湿度传感器的运行期间其信号会自动使用这些程序数据。DHT11温湿度传感器最大优点之一，在于其占积小，功耗

32、低，这也使得DHT11温湿度传感器能让信号传输距尺度大于20m以上,这也成为了各种实验室用、商用工用，以及更为复杂环境中的最佳选择。（1）引脚介绍：Pinl:(VDD)，电源引脚，供电电压为35.5V。Pin2:(DATA)，单总线，串行数据通信。Pin3:(NC)，空脚，请悬浮。Pin4:(VDD)，电源负极，接地端。（2）接口说明：注意，当接线的尺度如果在20m以内，为了保护电路，是务必要接上一个5000欧姆大小左右的上拉电阻,但当尺度大于20m时，则需根据具体的实操情况来进一步确定选择多大的上拉电阻。表2.1 DHT11的电气特性参数条件mintypmax单位供电电压DC355.5V供电

33、电流测量0.51.82.5mA平均0.20.81mA待机100120150uA采样周期秒135次（3） 数据帧的描述：数据通信接口的主要作用是和DHT11温湿度传感器、控制器之间对单总线数据进行同步和通信。据资料显示，一次同步和通信T大概是4ms。单总线数据也分为两部分，分别是整数和十进制,而小数部分则是用作展开,读数为零。实现顺序如下:一旦完成数据传输40位,高优先级先出。若单总线数据未发送错误数据,后续获得的校验和数据结果就是最后输出结果的末8位,其也被成为8位温度分数。DHT11的序列图如下:图2.17 DHT11时序图2.2.5 光敏电阻光敏电阻器，其工作原理即依赖于电阻内部的光电效应

34、。光敏电阻一般采用半导体光敏材料，常见的材料有如硫化物、硒化物和碲化物，然后在这些材料的两端会被焊接上电极引线，该半导体感光材料被封装在具有透明窗口的管中以形成光敏电阻器。为进一步提高精度,一般会使得两端的电极制造成梳子形。在加工制造过程中，利用涂覆、喷涂、烧结等技术，在绝缘基底上能够产生出厚度很小的光敏电阻和梳子状的两个电极。电极引线也会通过使用透光透镜安装在密封壳体中,以避免水分对其灵敏度的影响。图2.18 光敏电阻在光强越弱的地方，光敏电阻的阻值就越大。当有光子发射到光敏电阻上时，若光子的能量比该光敏电阻材料中的带隙要大,那么价带中的光子能量就会到导带上去,并且在价带中产生正的电荷，根据

35、电荷守恒定律，此时光子生成的空穴就会留在光敏电阻中，而电子空穴就会增加载流子的数量，因此减少了光敏电阻的电阻率,导致光敏电阻值的降低。光越强,电阻越低。若没有光入射时，其阻值又会恢复原样。当光敏电阻被光照射时,电流大小和光强大小呈正大,从而实现光电转换。光敏电阻器没有极性。在实际操作时,光敏电阻两端既可以加直流电，也可以加交流电。半导体光敏电阻的导电能力主要依赖于半导体导带中载流子的数目多少。2.2.5 蜂鸣器蜂鸣器是一种通过运用直流电压源，形成的集成电子信号一种机械构件，全面用作计算机，打印机，复印机，闹钟，各种电动玩具，汽车电子，手机移动通讯，定时器和其他电子设备的声音机器设备。 这种机器

36、有两种类别：压电式蜂鸣器和电磁式蜂鸣器。 蜂鸣器在电路中显示为字母“H”或“HA”（以前称为“FM”，“ZZG”，“LB”，“JD”等）。 图2.19 蜂鸣器因为激励蜂鸣器通过直流电位压力差这个动力进行工作的，因此在使用这个机器的时候，是用不到交流电压的讯号通知的。总之，蜂鸣器发声的原理是驱使驱动接口的装置加之三极管扩大电流的驱动这两个环节来产生声音的。可以通过驱动驱动器端口的驱动电平并通过三极管提升驱动电流来发声。所以，这并不能解释自我激励的蜂鸣器，这里，方波信号表明蜂鸣器是1/2占空比。有两种方法可以使用微控制器驱动蜂鸣器。一个是直接驱动PWM输出端口，另一个是通过I / O时序反转电平使

37、得蜂鸣器运转工作，从而来形成驱动波形。 PWM这个机械输出的办法是使用蜂鸣器产生的直接驱动蜂鸣器而制成的特定的方波。当单片机的软体和程序设置和装备的时候，其中部分体系的存储器件的功能是为了制定PWM端口的输出，这时，你将能够对占空比或一个运转时间的循环进行制定和设定。当该存储器件设定完成，只有波形发生蜂鸣器要求可能导致PWM输出打开，PWM输出端口风扇频率丢失。当然，该特定声波或方波的形状曲线将能够使得这个蜂鸣器开始运转工作。举例子来说，一个500到蜂鸣器开始运转工作的频率，仅PWM一个循环使用期限内在2000Hz的设定为500秒，期间，就此，它被设置为250占空比（S），并且可以生成在200

38、0Hz的方波的频率，蜂鸣器可以由方形WA来驱使运转工作。在这种情况之下，我们开始运用方波。它使用I / O时序，用于通过使用该波形转换生成所述驱动波形必须测量的时间很多麻烦的产生以产生用于定时水平所需的蜂鸣器蜂鸣器频率所需的定时电平的电平你可以开车。举个例子来说，2500赫兹的蜂鸣器驱动，间隔为每200微秒只有I / O端口用于驱动蜂鸣器单个电平，使得它能够更起来便旋转，所以被称为400微秒2500赫兹的频率和空间比为1/2。波可以通过三极管由BEEP驱动。放大器。蜂鸣器的发声原理由振动装置和谐振装置组成，而蜂鸣器又分为无源他激型与有源自激型。无源他激型蜂鸣器的工作发声原理是：方波信号输入谐振

39、装置转换为声音信号输出，无源他激型蜂鸣器的工作发声原理图如下： 图2.20 无源他激型蜂鸣器 有源自激型蜂鸣器的工作发声原理是：直流电源输入经过振荡系统的放大取样电路在谐振装置作用下产生声音信号，有源自激型蜂鸣器的工作发声原理图如下：图2.21 有源自激型蜂鸣器2.3 显示芯片LCD1602是一款16x2工业级液晶显示器，可一次显示32个字符。 LCD1602液晶显示器原理LCD1602 LCD显示器的原理是通过调节液晶显示器的电压来显示图案，以利用液晶的物理特性。 图2.22 显示芯片LCD1602 1602采用标准的16脚接口，其中:第1引脚:GND为电源地第2引脚:VCC接5V电源正极第

40、3引脚：V0是调整LCD对比度的结端。 当开通电源时，对比度最弱。 连接的电源具有最高对比度，如果差度过高，可能会出现“重影”，并且在使用过程中可以使用电位计10K调整对比度。引脚4：RS是一种寄存器选择寄存器。 当数据寄存器和低电平（0）被选择为高电平（1）时，指令寄存器被选中。引脚5：读取和写入RW信号线和高读取（1）。引脚6：终端EN（或E）读取验证和高级信息（1）即数字逻辑电路为1时，并在跳数为零值以下值时进行这个指令。 第714脚：D0D7是8位双向数据终端。第15到第16脚：空pin（不对地也不传输任何信号或作为电压脚）或背光的向电子设备提供功率的装置即电源。第15引脚背光正极，第

41、16引脚背光负极。接口说明：1、 两组电源是电源模块,一组背光电源一般由5V供电,此测试背光也可与3.3V电源一起工作。2、 VL是调节对比度的PIN,该系列不大于5K欧姆电位器来调节。该实验采用1K欧姆的电阻来设置对比度。该连接分为高电位连接和低电位连接。这种低电压连接方法用于连接1K系列电阻器到GND。3、RS是许多LCD引脚是命令/数据选择引脚时,脚水平是高的,当数据操作将被执行;对于低时间,命令操作。4、RW也是很多LCD引脚的读写选择端,脚的电平是高的,是指示液晶读取操作;对于低写入时间做操作。5，E脚高电平，而且当讯息实时获得正脉冲的及时消息后，并总线信号也在一个较为平稳的状态的时

42、候，此时总线将不允许改变，往往这时引脚数目很多。6.D0-D78位双向并行总线的主要功能就是对于计算机给出的指令以及一些信息进行传递和输送。7、BLA是背光源正极，BLK是背光源负极。1602 LCD模块的内部字符存储器（LCD）可存160个各布一样的点阵字符，如阿拉伯数字，英文的大小程度，日用标点注释和日文笔名。 每个字符都有一个固定的符号记录，比如大写英文。 字母“a”是0100000 01b（41h）。 显示部分在地址41h显示的数字符并可看到字母“A”。你也可以在微控制器的编程中分配数字符号形式常用量或变动量，例如“A”。 由于存储在CGROM中的数字记录符号与PC的数字记录符号大致一

43、样，即使C51数字记录符号程序录入DDRAM，也可以直接使用P1 =“A”方法。 当PC被编程翻译时，首先将“A”转换为41H代码。数字记录符号0×000 *0F指的是使用该器的客户自身对于一些特殊图标和形状所做的特殊界定和说明。RAM(对于5×8点阵数字记录符号,能够贮藏8组,5×10点阵数字记录符号,并贮藏4组),即CGram。相对来说，0×200×7F这一组数据是很规范的ASCII码,0×A00 *FF的意思是日本语言数字记录符号和希腊地区的字符,剩下的数字记录符号(0×100×1F和0×800&#

44、215;9F)是一个很模糊的概念，没有一个较为清晰的认识。 图2.23 LCD1602液晶模块内部控制器的控制指令 第三章 软件程序设计3.1 编写语言的选择Arduino语言也就是基础的C语言，Arduino语言只不过把AVR单片机相关的一些参数设置都函数化，不需要我们去了解他的底层设计，是他的编写与设计更加简单方便。常量:LOW/HIGH：表示数字接口的电平高低，LOW代表低电平(0)，HIGH代表高电平(1)。OUTPUT/INPUT：表示数字I/O口的方向，OUTPUT表示输出，INPUT表示输入(高阻态)。true| false：true表示真(1)，false表示假(0)。程序结构

45、:声明变量及接口名称:Void setup()：放置在程序操作的起始位置,带有初始化变量,定义PIN模式,调用库函数和一系列函数。Void loop()：放在setup()函数之后，即初始化之后，loop()让程序循环地被执行。数字I/O :pinMode(pin，mode)：定义数字I/O端口的输入和输出模式的函数,引脚指向013个引脚,模式指示输出方向输入或输出。digitalWrite(pin，value)：定义数字I/O端口的输出电平函数,引脚指向013引脚,值是电平的高低。int digitalRead(pin，value)：定义数字I/O接口输入级功能,引脚点为013引脚,值为高电

46、平或低电平。模拟I/O:int analogRead(pin)：定义模拟I/O口读函数，pin指向为05引脚。analog Write(pin, value)PWM：数字I/O口PWM输出函数，Arduino 数字I/O口标注了PWM的I/O口可使用该函数，pin指向3，5，6，9，10，11引脚，value表示为0255。3.2 编译软件介绍Arduino开发工具(是一个用来编写Arduino程序的软件，将程序编写好检测无误后，通过该软件下载到Arduino开发板中进行烧录。安装完Arduino后，双击Arduino.exe打开主界面如下图：图3.1 Arduino开发主界面各按钮功能如下：

47、New（新建）：可新建一个程序文件。Open（打开）：打开一个已经编写好后缀名为.pde的程序文件。Save（保存）：保存当前的程序文件。Upload（上传）：在Arduino编程环境里编辑的程序，还不能让Arduino运行出希望的结果，还需要将编写的代码下载到到Arduino控制板中。Verify（校验）：在下载代码之前，对编好的代码进行检验。Serial Monitor（串口监视窗）：可观测开发环境中所使用的串口收发的数据变化情况。 3.3 灭火报警模块灭火报警模块主要由火焰传感器，蜂鸣器，灭火电机组成。先由火焰传感器将火焰检测到并将数据传回，蜂鸣器开始报警，同时灭火电机启动，达到检测，报

48、警，灭火的功能。此模块的数据如下： int flamebeep() int val=0;/定义数字变量 val=analogRead(flame);/读取火焰传感器的模拟值 Serial.println(val);/输出模拟值，并将其打印出来 if(val>=600)/当模拟值大于600时蜂鸣器鸣响 digitalWrite(Beep,HIGH); digitalWrite(motor,HIGH); if(val<600)/当模拟值小于600时蜂鸣器鸣停止 digitalWrite(Beep,LOW); digitalWrite(motor,LOW); delay(500); re

49、turn val;3.4 液晶显示模块LCD1602显示器是一个缓慢的显示元件。在运行任何命令之前,必须确保显示模块的忙标志指示它在低级别不忙。如果不是那么这条命令不可用如果要显示字符或图像,则必须首先输入字符图像的地址。LCD1602显示模块可以直接连接到Arduino控制板,不需要额外的驱动程序。显示程序如下:#include <LiquidCrystal.h>LiquidCrystal lcd(12, 11, 5, 4, 3, 2);SimpleDHT11 dht11;byte Tem=0;byte Hum=0;int pinDHT11 = 6;unsigned long Record = 0;unsigned long SetTime = 5000;void DHT11(byte &Tem,byte &Hum) int err = SimpleDHTErrSuccess; if (err