基于单片机的烟雾检测设计说明书

1、中国矿业大学银川学院 基于单片机的传感器基于单片机的传感器 说明书说明书 题目:基于单片机的烟雾报警系统 系别： 班级： 成员： 摘要摘要 科学技术的飞速发展与进步给人们的生活带来了前所未有的便利，使 人们的衣食住行条件得到了极大的改善。然而其负面的作用也随之凸显出 来，易燃装饰材料等我们身边经常接触到的一些普通生活用品，为火灾的 发生埋下了巨大的隐患。人们在享受科技带来的便利之外无时不在受到潜 在的火灾的威胁。我们必须设计和完善火灾自动报警系统，提高火灾的预 警与早期处理水平，将火灾消灭在萌芽状态，最大限度地减少社会财富的 损失。 关键词：关键词：烟雾烟雾；温度；温度；报警器报警器；传感器；

2、单片机；传感器；单片机 1 章章 绪论绪论 1.1 设计的背景和意义设计的背景和意义 在各种灾害中，火灾是最经常、最普遍地威胁到公众安全和社会发展的主要灾害之 一。它威胁着人们的健康、生命和财产安全，一旦引发火灾，就能使成千上万的财产 瞬间变为灰烬，其所造成的损失约为地震的 5 倍，仅次于干旱和洪涝灾害。 火灾自动报警系统能迅速监测火情，可发现人们不易发觉的火灾早期特征，可将火 灾带来的生命财产损失降到最低限度。智能型火灾报警系统是一个集信号检测、传输、 处理、报警于一体的系统。基于社会和经济方面的需求，本课设计为了在开发一个能 够实时监控、报警的智能火灾报警系统。 1.2 火灾发生时的特点火

3、灾发生时的特点 普通可燃物在燃烧时表现为以下形式：首先是产生燃烧气体，然后是烟雾，在氧 气充足的条件下才能达到全部燃烧，产生火焰，发出可见光和不可见光，并散发出大 量的热，使环境温度升高。起火过程中，起初和阴燃两个阶段所占的时间比较长，虽 然产生大量的烟雾，但是环境温度不太高，若探测器就应该从此阶段开始进行探测， 就可以火灾损失控制在最小限度。火焰燃烧后，迅速蔓延，产生大量的热使得环境温 度升高，如果能将这时能够探测到有效地温度值，就可以比较及时地控制火灾。 第第 2 章章 系统总体方案设计系统总体方案设计 2.1 设计要求设计要求 (1)熟悉 51 单片机集成开发环境，运用 C 语言编写工程

4、文件； (2)熟练应用所选用单片机的内部结构、资源，以及软硬件调试设备的基本方法； (3)构建基于单片机的最小系统，完成相关硬件电路的设计实现； (4)理解火灾报警系统的原理和掌握实现方法。 2.2 单片机的选择单片机的选择 采用单片机作为系统控制器。单片机具有可靠性强、性价比搞、电压低、功耗低等 优点得到迅猛发展和大范围推广，单片机算术运算功能强，软件编程灵活，自由度大， 可用软件编程实现各种逻辑功能，本身带有定时器、计数器，可以用来定时和计数， 并且其功耗低，体积小，计数成熟和成本低等优点。 用 STC89C52 单片机作为控制器。 2.3 显示器的选择显示器的选择 采用 LCD 液晶显示

5、屏，液晶显示屏的显示功能强大，可显示大量文字、图形。显 示多样、清晰可见，对于本设计而言，一个 1602 的液晶屏即可，价格也还实惠，所以 此设计中采用 LCD1602 液晶显示屏作为显示模块。 第第 3 章章 系统硬件设计系统硬件设计 3.1 整体方案设计整体方案设计 3.1.1 系统概述系统概述 整个系统以 STC89C52 单片机为核心器件，配合电阻电容晶振等器件，构成单片机 的最小系统。其它个模块围绕着单片机最小系统展开。其中包括，烟雾采集传感器选 用 MQ-2，由于该传感器输出的是模拟信号，因此需要模数转换芯片 ADC0832，把模拟 信号转为数字信号再传给单片机；温度采集使用 DS

6、18B20 数字传感器，该传感器通过 单总线和单片机相连；显示设备使用 1602 液晶，可以在屏幕上显示实时烟雾浓度值、 温度值、报警浓度等信息；报警模块则采用蜂鸣器和 LED 灯组成，两个 LED 分别代表 了烟雾报警指示和温度报警指示，无论哪个因素超标，蜂鸣器都会鸣叫报警；本设计 还有 3 个按键作为操作输入设备，可以用来调节报警阈值的大小；最后是供电采用常 用的 USB 5V 进行供电。 3.1.2 系统框图系统框图 3-1 系统框图 单片机 最小系统 烟雾传感器模数转换 液晶模块 温度传感器 电源模块 报警模块 按键模块 P10 1 P11 2 P12 3 P13 4 P14 5 P1

7、5 6 P16 7 P17 8 RESET 9 P30/RXD 10 P31/TXD 11 P32/INT0 12 P33/INT1 13 P34/T0 14 P35/T1 15 P36/WR 16 P37/RD 17 XTAL2 18 XTAL1 19 GND 20 P20 21 P21 22 P22 23 P23 24 P24 25 P25 26 P26 27 P27 28 PSEN 29 ALE 30 EA 31 P07 32 P06 33 P05 34 P04 35 P03 36 P02 37 P01 38 P00 39 VCC 40 3.2 最小系统模块最小系统模块 3.2.1 ST

8、C89C52 简介简介 （1）概述 STC89C52 是一个低电压，高性能 CMOS 8 位单片机，片内含 8k bytes 的可反复 擦写的 Flash 只读程序存储器和 256 bytes 的随机存取数据存储器（RAM），功能 强大的 STC89C52 单片机可为您提供许多较复杂系统控制应用场合。 STC89C52 有 40 个引脚，32 个外部双向输入/输出（I/O）端口，同时内含 2 个 外中断口，3 个 16 位可编程定时计数器,2 个全双工串行通信口，2 个读写口线。 STC89C52 有 PDIP、PQFP/TQFP 及 PLCC 等三种封装形式，以适应不同产品的需求。 （2）8

9、051 单片机的引脚 MCS-51 系列单片机一般采用 40 个引脚，双列直插式封装，用 HMOS 工艺制造， 其外部引脚排列如图所示 STC89C52 引脚图 3.2.2 最小系统电路最小系统电路 STC89C52 的最小系统如图所示，整个最小系统由三个部分组成，晶振电路部分、 复位电路部分、电源电路等三个部分组成。 单片机复位电路就好比电脑的重启部分，当电脑在使用中出现死机，按下重启按 钮电脑内部的程序从头开始执行。单片机也一样，当单片机系统在运行中，受到环境 干扰出现程序跑飞的时候，按下复位按钮内部的程序自动从头开始执行。 电源部分是采用 5V 的 USB 直接供电，可采用手机充电器、电

10、脑 USB 口、移动电源 等设备进行供电。 特别注意的是，对于 31 脚(EA),当接高电平时,单片机在复位后从内部 ROM 的 P10 1 P11 2 P12 3 P13 4 P14 5 P15 6 P16 7 P17 8 RESET 9 P30/RXD 10 P31/TXD 11 P32/INT0 12 P33/INT1 13 P34/T0 14 P35/T1 15 P36/WR 16 P37/RD 17 XTAL2 18 XTAL1 19 GND 20 P20 21 P21 22 P22 23 P23 24 P24 25 P25 26 P26 27 P27 28 PSEN 29 ALE

11、30 EA 31 P07 32 P06 33 P05 34 P04 35 P03 36 P02 37 P01 38 P00 39 VCC 40 U1 12 X1 12M C2 30pF C3 30pF GND GND VCC VCC 1 2 3 4 5 6 7 8 9 R1103 C1 10uF R4 10K GND VCC D0 D1 D2 D3 D4 D5 D6 D7 RS RW EN BEEP KEY1 KEY2 LED2 CS CLK DAT DQ KEY3 LED1 0000H 开始执行；当接低电平时,复位后直接从外部 ROM 的 0000H 开始执行。由于我们 的程序存储在了单片机

12、内部，所以 EA 要接高电平，保证单片机是从内部读取程序去执 行的。 3.3 液晶显示电路液晶显示电路 本系统显示采用了工业字符型液晶模块 1602，可显示 2 行 16 个字符，能方便显示 英文字母大小写、阿拉伯数字、常用符号等。通过自定义还可显示简单的汉字。 1602 是一款物美价廉的液晶显示屏，可以显示 2 行标准字符，每行共有 16 个字符。 在通信系统，智能操作仪表和办公设备的自动化中被广泛的应用，主要功能是显示 ASCII 字符，因此被称为“字符型显示装置”。 1602 液晶分为带背光和不带背光两种，基控制器大部分为 HD44780，带背光的比不 带背光的厚，是否带背光在应用中并无

13、差别，两者尺寸差别如下图（图 3-4）所示： 图 3-4 液晶尺寸说明 3.43.4 烟雾检测烟雾检测模块模块 MQ-2MQ-2 型烟雾传感器的工作原理型烟雾传感器的工作原理 MQ-2 型烟雾传感器属于二氧化锡半导体气敏材料，属于表面离子式 N 型半导体。 当处于 200300C 温度时，二氧化锡吸附空气中的氧，形成氧的负离子吸附，使半导 GND 1 DQ 2 VCC 3 U1DS18B20 R3 4.7K GND VCC DQ K1 K2 GND KEY2 KEY1 K3 KEY3 体中的电子密度减少，从而使其电阻值增加。当与烟雾接触时，如果晶粒间界处的势 垒受到该烟雾的调制而变化，就会引起

14、表而电导率的变化。利用这一点就可以 获得这 种烟雾存在的信息。 MQ-2 型传感器的外观 3.5 DS18B20 传感器电路传感器电路 DS18B20（图 3-8）是美国 DALLAS 半导体公司推出的第一片支持“一线总线”接口 的温度传感器，它具有微型化，低功耗，高性能，抗干扰能力强，易配微处理器等优 点，可直接将温度转化成数字信号处理器处理。 DS18B20 图 3.6 按键输入模块按键输入模块 本设计中由于采用的按键数量较少，只有 3 个按键，分别是“设置键”“减键”、 “加键”，故采用了独立键盘的方式。按键的连接图 3-12 所示： Q1 8550 GND VCC BEEP1 BEEP

15、 R2 1K D1 LED R5 1K VCC LED1 D2 LED R7 1K LED2 图 3-12 按键电路 3.7 报警模块报警模块 本设计不但具有检测功能，还具有报警功能。可以给本系统设定烟雾和温度的报警 阈值，当测量到的结果大于报警值时，蜂鸣器开始鸣叫，LED 指示灯点亮，达到声光 报警的效果。 3.8 蜂鸣器的介绍蜂鸣器的介绍 蜂鸣器是一种一体化结构的电子讯响器，采用直流电压供电，广泛应用于计算机、 打印机、复印机、报警器、电子玩具、汽车电子设备、电话机、定时器等电子产品中 作发声器件。 蜂鸣器电路如图所示。由于蜂鸣器工作时，需要的电流比较大，单片机的 IO 口输 出的电流又比

16、较小，本设计选用的蜂鸣器属于有源蜂鸣器，即在蜂鸣器内部已经内置 了震荡电路，单片机无需连续发出高低电平来驱动它，而只要输出高（或低）电平即 可。由于选用的是 PNP 型而单片机上电 IO 口默认是高电平的，所以上电时蜂鸣器是 不会发出鸣叫的。 蜂鸣器电路 3.9 报警模块电路报警模块电路 对于 LED 报警电路如图 3-14 所示，LED 的正极串联一个 1K 的电阻后接到了电源的 正极，负极连到了单片机的 IO 口上。因此只要单片机对应的 IO 口输出低电平即可点 亮该 LED 灯。 图 3-14 LED 灯电路 4. 0 总体程序流程图总体程序流程图 最开始先进行液晶的初始化，包括液晶功能

17、初始化和液晶显示内容初始化，接着 就进行报警值的初始化。然后就进入了一个循环处理的过程，包括先读取传感器检测 到的烟雾浓度，然后在 1602 液晶上面显示出来，接着读取温度值，同样的显示到 1602 液晶上面。然后判断读取到的烟雾浓度和温度值是否大于设定的报警值，是的话则进 行声光报警。再往下就是判断设置按键是否被按下，是的话则调整报警值的大小。然 后开始新一轮的检测、显示、判断。 开始 液晶初始化 报警值初始化 读取烟雾浓度 大于报警值？ 声光报警 否 是 结束 显示烟雾浓度 设置按键 按下？ 调节报警值大小 是 否 读取温度值 显示温度值 是 显示一个字符 定位行列坐标 液晶初始化 选择转

18、换通道 发送起始信号 第一次读取 第二次读取 返回读取结果 图 4-1 主函数流程图 4.1 液晶程序设计液晶程序设计 图 4-2 液晶显示流程图 4.2 模数转换程序设计模数转换程序设计 图 4-3 模数转换流程图 数据显 示完？ 否 初始化 DS18B20 4.3 温度传感器程序设计温度传感器程序设计 温度传感器程序流程图 第第 5 章章 系统调试系统调试 5.1 电路的调试电路的调试 （1）通电前检查 电路焊接完毕后, 不要急于通电，首先要根据原理电路认真对照检查电路中的接接 线是否正确，查线时最好用指针式万用表“1”档进行检查, 或是用数字万用表 “”档的蜂鸣器来测量，而且要尽可能直接测量元器件引脚，这样同时可以发现接 触不良的地方。 （2）通电观察 在电路安装没有错误的情况下接通电源（先关断电源开关，待接通电源连线之后再 打开电路的电源开关）。但接通电源后不要立即进行电路功能的测试，首先要充观察 整个电路有无异常现象，电路中元器件是否有发热烧坏等现象，是否有漏电现象，电 源是否有短路和开路现象等。 读取温度值 发跳