【《单片机控制的火灾预警的硬件电路的设计案例》1900字】

PAGE11单片机控制的火灾预警的硬件电路的设计案例目录TOC\o"1-3"\h\u4975单片机控制的火灾预警的硬件电路的设计案例 1236991.1硬件系统的总体设计 1321651.2环境数据采集模块 1274881.2.1DHT11温湿度传感器 171741.2.2烟雾传感器 257631.2.3蜂鸣器 3214871.3微控制器控制系统 3241771.4LCD1602接口电路 4231151.5GSM模块通信原理 51.1硬件系统的总体设计所研究的内容基于STM32的火灾预警系统。该系统主要由STM32单片机为主控模块、电源模块、传感器模块、显示模块、GSM通信模块、蜂鸣器模块、外围电路（水泵）等组成。通过传感器模块采集数据信息经过STM32单片机处理工作后发送指令到GSM通信模块和外围电路，实现火灾预警功能。硬件系统框图如图3-1所示。图3-1硬件系统框图1.2环境数据采集模块1.2.1DHT11温湿度传感器DHT11是一种精度高的温湿度传感器，是能够把环境的温度和湿度的量转换为单片机可以识别、处理的数字量，其内部是已校准的温湿度采集寄存器，该传感器有很强抗干扰性和优越的耐用性。和单片机通信只需要一根线就够了，每次与单片通信则是发送40位数据。高16位先发送。40位数据分别有温度16位和湿度16位外加8位校验位。检验位是用于判断数据是否正确。数据接口接单片机的PB5，用来和单片机通信数据。DHT11模块引脚功能表如表3-1所示。表3-1DHT11模块引脚功能表Pin管脚说明4GND接地，电源负极3NC空脚2DATA串行数据，单总线1VDD供电3－5.5VDC1.2.2烟雾传感器 烟雾传感器MQ-2模块的具体参数如表3-2，引脚功能如表3-3：表3-2MQ-2模块参数型号MQ-2测试样品浓烟雾干扰颗粒PM10\PM2.5等颗粒数据输出方式TLL串口电平耐压1.7~5V初始化时间≤3分钟初始响应时间≤60秒完整一次工作时间≤60秒表3-3MQ-2模块引脚功能表管脚名称管脚说明Pin4Vin（输入5V电压）Pin3GNDPin2Data(数据输出)Pin1NC(悬空)此模块内部有一个数据处理电路，能够将烟雾浓度信号转换成电信号再转换成数据信号，最终能够实现串口(UART)数据的输出；MQ-2模块亦可ADC输出，由表3-2可知，引脚2可输出模拟信号0-2V电压信号，连接至单片机ADC转换引脚，实现模拟信号的转化。使用UART时，其波特率固定为9600。此外，MQ-2模块UART亦分为主动上传式与问答式，出厂默认主动上传,每间隔1S发送一次浓度值，气体浓度计算：气体浓度值=气体浓度高位*256+气体浓度低位。本设计采用的是UART与单片机通信，模块的UART(RXD)，UART（TXD）分别对接单片机的PC12、PD2引脚。即单片机的UART3。1.2.3蜂鸣器蜂鸣器分为有源蜂鸣器和无源蜂鸣器两种，在上一章节中，根据实际和功能参数的比较，选用了无源蜂鸣器，无源蜂鸣器编程逻辑简单，只需要接通5V电源即可发出蜂鸣的响声，蜂鸣器额定电流≤30Ma,而对于一般的单片机而言，IO口的电灌出为15mA,由此可见，仅靠单片机的IO口电流是不能驱动蜂鸣器的，必须使用晶体管放大电路，为了使单片机的功率更小，所以使用NPN型晶体管,当外部环境的温度或者湿度超过预设值的时候，基级变为低电平，蜂鸣器导通鸣叫。其原理图如图3-4所示。图3-4蜂鸣器电路1.3微控制器控制系统微控制器芯片是本设计的主要核心，它是担起整个系统正常工作的桥梁，强大而出色的运算能力使得整个设计能够稳定的运行，其微控制器的性能也是评判系统稳定的重要条件之一。微软的STM32系列的主控芯片，其拥有着Cortex-M3的强大内核，能够存储数据的容量也很大，他能够引出很多外设，能够联通多种通信方式。在工业电子应用上，可以分别选择多种不同系列的芯片，其内部资源和存储数据的大小也各有区别。能够在不同的场景分别使用。此次设计采用的是STM32F103芯片、他有64K的闪存，多个UART串口，基本可以满足本设计的需要。主控电路原理图如3-5所示。图3-5主控电路原理图1.4LCD1602接口电路该系统采用的是LCD1602A字符型液晶显示模块是专门用于显示字母、数字元、符号等的点阵型液晶显示模块。有4bit的传输方式和8bit的数据传输方式。同时它还具有35+的游标的显示模式。提供了DDRAM显示数据缓冲区、字符发生器CGROM和字符发生器CGRAM，可以使用CGRAM来存储自己定义的最多8个40点阵的图形字符的外加电源电压超过4.5V时，自动对模块进行初始化操作，将模块设置为默认字模数据。提供了丰富的指令设置：清显示；游标回原点；显示开/关；游标开/关;显示字符闪烁；游标移位显示移位元等。提供内部上电自动复位电路，当的显示工作状态。他的1pin为GND，2pin为VDD，4号pin为指令/数据选择信号，5pin为读写选择信号，6pin为使能信号，7pin到14pin都是数据传输引脚。其内部集成了多个寄存器，能够通过操作寄存器对LCD1进行编程和控制显示字符等数据，其原理图接口电路如图3-6所示。图3-6LCD_1602接口原理图1.5GSM模块通信原理GSM无线模块和微处理器的通信方式是UART，STM32微控制器通过串口向SIM800L模块发送相对应的AT指令，通过串口助手观察GSM模块返回到单片机的数据进行查看，判断他们之间的通信是否正常，GSM短信模块是否工作正常等。部分重要的AT指令含义如下。AT+CGSN1=1//查看模组的卡号AT+CSQ//反馈SIM卡的信号AT+CEREG=1//查询SIM卡是否组网成功，正常注册网络AT+CIMI//查询IMSI号AT+CGDCONT=1,//‘IP’