【基于STC89C52单片机的集成灶台控制系统设计5700字（论文）】

基于STC89C52单片机的集成灶台控制系统设计目录TOC\o"1-3"\h\u15283摘要： 245541绪论 242071.1课题的研究背景及意义 2261611.2发展现状 2129371.3设计的基本要求 2237062集成灶台系统方案概述 223802.1总体方案概述 3148352.2主要模块的选择及方案论证 375502.2.1主控模块的选择 313572.2.2液晶显示模块的选择 4321912.2.3电源模块的选择 438982.2.4烟雾传感器的选择 428232.2.5温度传感器的选择 4258113集成灶台系统硬件设计 456363.1单片机及其最小系统模块 451563.2显示模块电路设计 6154523.3按键电路的的设计 653363.4温度检测模块的设计 6115623.5烟雾传感器模块的设计 7325953.5.1MQ-2介绍 7302503.5.2ADC0832介绍 7198753.6蜂鸣器模块的设计 7182834集成灶台的软件设计 8319814.1主函数流程图的设计 8188244.2仿真调试 9233584.2.1测试步骤 9170814.2.2测试结果 11278795实物调试 14269255.1防火功能测试 15281195.2防煤气泄漏功能测试 1630105结论 18摘要：当前，人们的生活普遍好转，但是防火的意识还是不够高的，我国厨房发生火灾的几率还是比较高的，市面上还没有一款集成灶台能够对煤气泄漏和环境温度进行检测，本文主要介绍了一款能够进行检测当前环境的温度和烟雾值的集成灶台，数据处理器选择了型号为STC89C52的单片机，数据显示模块选择的是LCD1602显示模块，按键模块选择的是独立按键，烟雾检测模块选择的是MQ-2，温度检查模块使用的DS18B20，设计出来的系统能够在一定程度上进行预防火灾。关键词：单片机；温度传感器；烟雾传感器绪论课题的研究背景及意义在国内的各个城市中，平均每天都会有家庭火灾的事情发生，防火意识是每个家庭都需要注意问题，在家庭火灾发生之后，发生火灾的原因往往都是大意和没有及时采取预防的措施所造成的，在消防部门的统计中，国内所有发生火灾的比例中，家庭火灾占据了全部火灾比例的三分之一。家庭起火的各种原因中，可能在我们的注意范围之内或是不在注意范围之中的地方，为了防止火灾的频繁发生，必须要采用一定的预防措施，可以通过烟雾报警对现场进行实时的检测，在安全测试器的范围内，可以严格的控制烟雾的浓度，这样就可以避免火灾事故的发生，不论是对社会或是对家庭都具有一定的安全保证，因此一个能够进行检测温度和烟雾的集成灶台的系统研制发展就成为了当前一个重要性的课题[1-3]。发展现状集成灶是属于一种半智能化设备，其不仅能够进行做饭，还将油烟机和消毒柜等产品集成了进去，能够实现很多功能，集成灶最核心的就是灶具和油烟机，用户能够通过灶具来使用燃气进行生火做饭，吸油烟机能够在做饭的时候进行吸多余的油烟来使厨房达到一个相对干净的环境，但是随着科技的发展，国民把健康看的越来越重，集成灶也在进行元化的发展，一些大牌生产厂家生产出了一些环保型的集成灶来满足用户的需求，但是目前我国的集成灶市场占有率还是比较低的，有很广阔的发展前景[4-5]。设计的基本要求在有害气体或可燃气体对人体有害时，智能蜂鸣器报警，智能灯光报警，与此同时，风扇开始排气。在温度超过人体接受范围时，自动蜂鸣器报警，和灯光报警。在烟雾与温度都超过时，智能蜂鸣器报警，智能灯光报警，风扇开始排气，与此同时，水泵智能洒水。设计出来的系统能够保护人体健康，而且还能防止火灾，提前采取简单的措施，减少火灾的发生。集成灶台系统方案概述总体方案概述本设计主要是以单片机作为控制中心，通过辅助模块来实现检测温度和烟雾的功能，同时运用keil软件编写程序，可以使系统在检测到当前的温度和烟雾值异常的时候，可以自动进行报警，并且打开风扇和水泵，总体方案如图2-1所示。图2-1总体设计方案本次设计的集成灶台的核心处理器是STC89C52单片机，在单片机的内部带有8K的存储器，主要的核心处理器为八位处理器，在数据处理的方面主要是用过数字传感器DS18B20来实现，通过MQ-2烟物传感器实现数模的采集，实现逻辑判断，烟雾报警器可以通过显示器和蜂鸣器实现报警的功能。主要模块的选择及方案论证主控模块的选择主控模块在一般情况下可以分为两种控制系统进行控制，一种是以单片机为控制中心，第二种控制方式是以PLC为主控方式进行控制，以下是两种方案的分析：方案一：STC89C52单片机所应用的比较广泛，其具有低电压和高性能等特点，在单片机的应用过程中，主要可以实现的功能是与MCS51具有一定的兼容性，其次可以实现单片机反复擦除内存，最后可以通过输入输出端口实现双向控制，并且有32个工作端口，第四种功能是单片机可以实现三位可编程定时器的中断。单片机还具有数据存储的功能，以及外部接口进行模块化和棘手按键信息等功能。方案二：使用西门子公司生产的PLC，也是目前使用机型最为多的PLC，在其中PLC的型号主要包括s7-200系列和C7-620系列等，相对于这两种为小型的PLC装置，S7-4000M7-400则是大型的可编程控制器，西门子公司为自动化产品的未来发展的主流。在上述两个方案的叙述过程中，两个方案进行对比，在选择控制模块的方面，从体积大小以及携带方面，相对于PLC为主控模块，方案一在应用过程中，可适用于日常生活的使用，所以相对于方案二，方案一更适用于本设计中。液晶显示模块的选择LCD的中文全称是液晶显示器，液晶本身是不能够发光的，但是在外加电场的情况下改变液晶内部排列结构来改变光线的折射方向，从而在显示器上面出现亮暗分明的区域达到显示信息的目的。方案一：LCD12864

是以阵点的显示方式为主，显示的方式是以液晶显示的形式进行实现的，通过128*64个液晶阵点实现显示部分的组成，可以通过二进制进行显示点，当数字为0时，表示的灯灭，当数字为1时，表示灯亮，将所对应的储存模块，可以将阵点信息显示在相应的阵点之中。方案二：LCD1602型号的显示器，主要是应用在工业符号中的液晶显示，LCD1602的液晶显示可以显示两行，在每行的显示过程中，可以实现十六个字符的显示，在整个显示器的表示中，主要是有两行进行显示，所以整个显示器的字符一共可以显示为32个字符，其中LCD1602的分辨率是5×7，不论是每行的间距或者是每一字符间距都需要有一个固定的间隔，这样可以更清楚的显示，与此同时也是因为这些功能阵点的显示没办法自由变换显示图形。在上述两种方案的论述中，第一种方案的功能比较强大，但在本设计中需要显示报警，所以在显示模块的应用中，第二种方案就足够本次设计的显示模块的使用。电源模块的选择在电源模块的设计选型的应用中，有很多不同的电源设备可以进行选择，以下是电源模块的两个方案的解析：方案一：在供电的电池方面，以蓄电池为主，5伏的蓄电池具有很强得电流驱动的能力，可以实现稳定的电压的输出，但蓄电池的体积较大，在报警器的应用中并不便捷，所以不适合于报警器的使用中。方案二：通过干电池作为整个装置的主要电源，通过系统实验可以证明，在单片机以及传感器的工作方面可以使整个装置处于稳压的状态，在电池的更换过程中更为容易。在两个方案的对比中，本次设计所需要干电池就可以运行，所以选择方案二更为适合本次的电源模块的选择。烟雾传感器的选择烟雾传感器是通过MQ-2半导体来进行测试的，主要可以适用于烟雾的检测以及各类气体的检测，主要可以检测的气体有天然气、煤气、氢气等，对较为可燃性气体可以实现很理想的检测方式，在烟雾报警器的应用中，可以广泛的应用于烟雾的检测过程中，有良好的的灵敏性。温度传感器的选择温度检测使用的是型号为DS18B20的传感器来进行当前环境的温度值，DS18B20是一款敏感材料制作而成的传感器，在使用的过程当中，温度越高其电阻值就越大，在测量温度方面精度非常高，并且误差非常小。集成灶台系统硬件设计单片机及其最小系统模块STC89C52单片机作为主控模块。可以实现低耗能和8K的可编程存储器的功能，Flash可以实现在线的编程方式，也就相当于常规的编程器，在芯片中可以实现八位的中央处理器的应用，所以STC89C52更多的应用于嵌入式的控制，可以提高很强的灵活性的而控制，所以在主控模块的设计中，以下是STC89C52的引脚的介绍电源引脚Vcc和VssVcc(40脚)：电源端为+5VVss(20脚)：接地端。时钟电路引脚XTAL1和XTAL2：XTAL2(18脚)：接外部晶体和微调电容的一端。在单片机内部它是振荡电路反向放大器的输出端，振荡电路的频率就是晶体固有频率。若需采用外部时针电路时，该引脚输入外时钟脉冲。XTAL1(19脚)：接外部晶体和微调电容的另一端。在片内，它是振荡电路反向放大器的输入端。在采用外部时钟时，该引脚必须接地。I/O（输入/输出端口，P0，P1，P2，P3）P0口：P0口是一个漏极开路的8位准双向I/O端口。P1口：8位准双向I/O端口。P2口：即可以做地址总线输出地址高8位，也可以做普通I/O用。P3口：双功能口，即可以做普通I/O口用。：3-1单片机的最小系统显示模块电路设计显示模块使用的是能够显示英文、字母、数字的LCD1602显示器，在电压为5伏的情况下，可以使LCD1602启动，LCD1602显示模块内部自动带有复位电路，可以给各个模块发送控制指令。LCD1602通常是通过液晶显示的方式来实现，主要是由液晶分子的重量来决定，耗能比较少，有很强的的驱动能力，其电路图如图3-2所示。图3-2LCD1602显示电路按键电路的的设计按键模块的设计中，主要是用过4个按键为主要的控制按键，来实现本设计所需要的功能，其中每一个按键都是相对独立的按键，在工作的时候都不可能对别的I/O口线产生影响，并且所有的按钮都独自占据了一根I/O口线。独立按键的工作的方式，主要是通过电平触发的方式为主，当整个电路是低电平的情况下是有效的，在按键模块的设计中，每一个独立按键都代表着不同的功能，首先第一个按键是温度上限＋按键，第二个按键温度上限－加键，第三个按键是烟雾上限＋按键，最后一个按键烟雾上限－按键，当紧急报警按键被按下的情况下，蜂鸣器会响起。按键模块的电路设计如图3-3所示。图3-3按键电路设计温度检测模块的设计温度显示模块是主要是通过测温电路DS18B20来实现的，这是一款体积小适用范围广的测温电路，一般情况下可以测量的温度为零下五十五度到零上一百二十五度，DS18B20的引脚主要是通过DQ作为数字信号来实现的，其中引脚1作为电源线接地，引脚3可以外接电源进行电源输入，具体的测温电路的电路图设计如图3-4所示。图3-4温度检测模块设计烟雾传感器模块的设计MQ-2介绍烟雾传感器使用的是MQ-2，MQ-2是一种气敏性材料，能够检测到空气当中的烟雾值，其工作原理就是通过检测当前环境的烟雾浓度生成相关的模拟信号然后经过处理转换后生成电信号来实现检测气体浓度的，烟雾传感器如图3-5所示。图3-5烟雾传感器模块设计ADC0832介绍ADC0832是一款高精度并且具有双通道的模数转换器，其特点就是体积小、成本低，在工业领域当中备受工程师的喜爱，并且其能够在任何场合进行使用而且稳定性非常好，因为其内部具有双通道，在进行模数转换的时候误差非常小。ADC0832电路如下图3-6所示图3-6ADC0832电路图蜂鸣器模块的设计蜂鸣器报警电路使用三极管和喇叭进行组和的一个电路，当单片机引脚发出信号的时候，三极管导通，系统会进行报警，当单片机引脚没有信号产生的时候，三极管截止，系统不会进行报警。报警模块如图3-7所示。图3-8蜂鸣器模块设计集成灶台的软件设计主函数流程图的设计在主流程的设计中，需要控制的部分需要重复很多次，所以在程序的编写的方面是一个任务量很大的工序，按照控制执行的重复规律，实现一个整体的循环程序，循环程序主要是用过两种基本结构进行组成，可以实现先判断的方式，也可以实现后判断的方式，在本设计中，主要是应用于先判断的主要方式，在整个程序执行前，需要进行整个系统的初始化的设置，通过单片机控制传感器的烟雾检测，实现信号的传输以及数模转换的过程，在通过液晶显示屏和按键来设置限值，当超过所设置的限值的情况下，蜂鸣器会进行报警，烟雾报警器的浓度值会送进显示器中，当当前烟雾值没有超过限值，传感器会进行实时的检测，具体的流程设计如图4-1所示。图4-1主程序流程图仿真调试测试步骤本次编程使用的软件的是Keil软件进行编写程序的，使用的C语言，主要是编写mian.c、1602.C和DS18B20.C的函数，编好的程序如图4-2所示。图4-2编写完成的程序函数根据图4-2可见，程序已经编写完成，现在对编写完成的程序进行测试，如图4-3所示。图4-3程序测试图从图4-3可见，编写好的程序在运行过程当中没有出现错误和警告。在程序编译完成后，在编写好的程序文件夹当中找到相对应的程序.HEX文件，然后将程序.HEX文件烧录到仿真当中的单片机芯片当中。程序.HEX文件如图4-4所示。图4-4程序.HEX文件测试结果打开proteus软件，画好相对应的仿真电路原理图，如图4-5所示。图4-5仿真电路原理图将HEX文件加入单片机当中，如图4-6所示图4-6添加HEX文件开始运行仿真，仿真和我们预期预期效果一样。LCD1602屏幕上显示，如图4-7所示。图4-7仿真正常运行通过按键来设置温度和烟雾参数的阈值范围，我们将温度设置在20-30摄氏度，烟雾设置在10到15的范围内，设置完成图如图4-8所示。图4-8阈值设置图当系统检测到当前室内的温度和烟雾超我们设置的阈值的时候，系统的风扇和水泵都会自动运行，进行降温和换气。如图4-9所示、图4-9风扇和水泵运行图经过一系列的仿真测试，仿真能够实现我们所需要设计的功能，但是仿真局限性很大，很多的功能都是没办法实现的，只能够通过实物来进行测