《zigbee无线网络原理》课程设计报告基于zigbee的烟雾检测系统本科论文.docx
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《zigbee无线网络原理》课程设计报告基于zigbee的烟雾检测系统本科论文
计算机科学与技术学院
《zigbee无线网络原理》课程设计报告
设计题目：
基于zigbee的烟雾检测系统
设计人员：
学号：
学号：
学号：
学号：
指导教师：
2015年5月
10参考文献................................................................................................................15
摘要
在当前社会的发展之下，无线网络发展的越来越快，作为无线网络中的zigbee也是大受关注。
全民防火已成了生活中的话题，但是目前许多设计都是围绕大型火灾报警来建设，如商圈，会场，公共场所。
因此，我们就很有需要去研制一种相对简单、且经济实用的家用烟雾检测系统来适应市场的需求。
该设计是采用了烟雾传感器的实验火灾检测，传感器采用MQ-2型半导体可燃气体敏锐元件烟雾传感器完成烟雾的检测。
烟雾报警器是由烟雾信号采集，32芯片内部A/D转换，以及显示电路。
该设计主要是针对烟雾报警系统中的各个模块及各模块的功能连接方式，以及系统软件怎么设计作了简单的分析和解答。
关键字：
烟雾报警器；ZigBee；无线控制
Abstract
Underthecurrentsocialdevelopment,thedevelopmentofthewirelessnetworkismoreandmorequickly,asthezigbeewirelessnetworkisalsoabigconcern.
Thenationalfirepreventionhasbecomeanissueoflife,butnowmanyofthedesignisbuiltaroundalargefirealarmto,suchasbusiness,conference,publicplaces.Asaresult,weitisnecessarytodeveloparelativelysimple,andtheeconomicandpracticalhouseholdsmokedetectionsystemtoadapttothedemandofthemarket.
Thisdesignistousethesmokesensorexperimentoffiredetection,sensoradoptsMQ-2typesemiconductorgassensitiveelementsmokesensorcompletesmokedetection.Smokealarmismadeupofsmokesignalacquisition,32chipinternalA/Dconversion,anddisplaycircuit.Thisdesignismainlyaimedatthesmokealarmsystemfunctionmodulesandthemodulesofconnectionmode,andhowtodesignasimpleanalysissystemsoftwareandsolutions.
Keywords:
smokealarm;ZigBee;wirelesscontrol
1设计意义与目的
1.1目的
设计一个由ZigBee控制的烟雾报警器，可以对房间的烟雾进行检测，如果超过设定的浓度，采取相应措施。
PC端控制软件可以用VB语言，对VB串口控件熟悉的掌握。
同时要求学生对CC2530芯片编程和ZigBee协议栈有相当程度的理解与熟练的应用，熟悉ZigBee串口及中断的使用。
1.2意义
火灾已经成为生活中常常反复发作和毁灭性的灾害，中国最强的冲击。
随着社会和经济的发展，防火工作越来越重要，但是目前国内的许多研发都侧重于大型场所的火灾报警。
因此，我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，设计了一种比较适合的烟雾报警器。
2设计内容
2.1烟雾报警器的工作原理
烟雾报警器能够检测到烟雾的环境中的浓度，并发出报警设备。
报警系统的最基本组成部分应该包括：
信号采集数字到模拟转换电路，单片机控制电路，电路，声光报警电路和安全保护电路等组成字符显示部分。
为了满足家庭和工业烟尘等地的易燃，易爆的安全要求，设计烟雾报警器报警状态。
报警器带延时工作，烟雾探测报警器，以STM32F103VET6为核心，采用MQ-2半导体气体传感器烟雾烟密度信息的收集，配合外围电路构成烟雾报警系统。
本设计有硬件设计和软件编程两个部分。
2.2设计方案
（1）了解烟雾传感器工作原理，根据原理画好PCB原理图。
（2）根据PCB原理图自制PCB板电路，将液晶屏，烟雾传感器，ZigBee开发板等相关元件设备进行集成。
（3）测试PCB电路，检查相关电路能否正常工作，以及ZigBee核心板的能否正常调试。
（4）在完成电路调试后，用下载器下载调试程序成功完成程序对相关元件的驱动
（5）实验完成后做好相应的实验总结。
2.3结构组成
从设计的功能来分析该系统须包括以下结构：
图1总体设计框图
2.4实验所需器材
1.ZigBee核心板9保险座
2.烟雾传感器（MQ-2）10.散热器
3.LED发光二极管11.电阻
4.贴片三极管12.贴片三极管
5.变压器13.电容
6.稳压集成块（L7805）14.电位器
7.整流桥15.排座
8.电解电容16.液晶屏模块
3实验电路图
图3.1烟雾传感器原理图
图3.2PCB图
图3.3协调器原理图
4相关模块的性能参数
4.1ZigBee核心板相关简介
一．高性能、低功耗的8051微控制器内核
二．电源电压范围宽（2.0V~3.6V）
三．具有八路输入8~14位ADC
四．2个支持多种串行协议的USART
五．一个通用的16位和2个8位定时器
4.2烟雾传感器性能参数
一、尺寸：
32mmX22mmX27mm长X宽X高
二、主要芯片：
LM393、ZYMQ-2气体传感器
三、工作电压：
直流5伏
四、特点：
1、具有信号输出指示。
2、双路信号输出（模拟量输出及TTL电平输出）
3、模拟量输出0~5V电压，浓度越高电压越高。
4、对液化气，天然气，城市煤气，烟雾有较好的灵敏度。
5、具有长期的使用寿命和可靠的稳定性
6、快速的响应恢复特性
五、应用：
适用于家庭或工厂的气体泄漏监测装置，适宜于液化气、丁烷、丙烷、甲烷、酒精、氢气、烟雾等监测装置。
符号
参数名称
技术条件
备注
Vc
回路电压
≤15V
ACorDC
VH
加热电压
5.0V±0.2V
ACorDC
RL
负载电阻
可调
RH
加热电阻
31Ω±3Ω
室温
PH
加热功耗
≤900mW
表4.1标准工作条件
符号
参数名称
技术条件
备注
Tao
使用温度
-10℃-50℃
Tas
储存温度
-20℃-70℃
RH
相对湿度
小于 95%RH
O2
氧气浓度
21%（标准条件）
氧气浓度会影响灵敏度特性
最小值大于２％
表4.2.环境条件
符号
参数名称
技术参数
备注
Rs
敏感体表面电阻
3KΩ-30KΩ
（1000ppm异丁烷）
探测浓度范围
100ppm-10000ppm
液化气和丙烷
300ppm-5000ppm丁烷
5000ppm-20000ppm甲烷
300ppm-5000ppm氢气
100ppm-2000ppm酒精
α（3000/1000）
异丁烷
浓度斜率
≤0.6
标准工作条件
温度：
20℃±2℃Vc:
5.0V±0.1V
相对湿度：
65%±5%Vh:
5.0V±0.1V
预热时间
不超过1小时
表4.3性能参数
5系统主程序设计及流程图
主程序流程图如下图所示。
首先，要预热传感器，MQ-2烟雾半导体电阻式传感器不通电一段时间储存后，再通电时，烟雾传感器不能立即妥善收集的信息，需要一些时间来热身。
初始化之后，系统进入监视状态。
6软件程序功能实现模块
6.1基于VB语言上位机程序控制
voidSampleApp_MessageMSGCB（afIncomingMSGPacket_t*pkt）//此函数是将zigbee模块的收到的信息发送给PC
{
uint16flashTime;
switch（pkt->clusterId）
{uint8i,len;
caseSAMPLEAPP_WANGPENG_ID:
//王鹏组
HalUARTWrite（0,&pkt->cmd.Data[0],8）;
HalUARTWrite（0,"\n",1）;
break;
caseSAMPLEAPP_CHENGNIAN_ID:
//程念组
HalUARTWrite（0,&pkt->cmd.Data[0],5）;
HalUARTWrite（0,"\n",1）;
break;
caseSAMPLEAPP_GUANG_ID:
//谢金光组
HalUARTWrite（0,&pkt->cmd.Data[0],8）;
HalUARTWrite（0,"\n",1）;
break;
caseSAMPLEAPP_JING_ID:
//王静组
HalUARTWrite（0,&pkt->cmd.Data[0],4）;
HalUARTWrite（0,"\n",1）;
break;
caseSAMPLEAPP_COM_CLUSTERID:
//如果是串口透传的信息杨平组
if（pkt->cmd.Data[1]=='G'）
{
Go（）;
}
elseif（pkt->cmd.Data[1]=='B'）
{
Back（）;
}
elseif（pkt->cmd.Data[1]=='S'）
{
Stop（）;
}
elseif（pkt->cmd.Data[1]=='R'）
{
Right（）;
}
elseif（pkt->cmd.Data[1]=='L'）
{
Left（）;
}
for（i=0;iHalUARTWrite（0,&pkt->cmd.Data[i+1],1）;//发给PC机
HalUARTWrite（0,"\n",1）;//回车换行
break;
6.2ZigBee核心板下位机烟雾传感器程序
voidSampleApp_Init（uint8task_id）
{
SampleApp_TaskID=task_id;
SampleApp_NwkState=DEV_INIT;
SampleApp_TransID=0;
MT_UartInit（）;//串口初始化
MT_UartRegisterTaskID（task_id）;//登记任务号
HalUARTWrite（0,"HelloWorld\n",12）;//（串口0，'字符'，字符个数。
）
/******烟雾传感器电路初始化******/
P2SEL&=~0X01;//设置P0.0为普通IO口
P2DIR&=~0X01;//在P0.0口，设置为输入模式
P2INP&=~0x01;//打开P0.0上拉电阻
voidSampleApp_MessageMSGCB（afIncomingMSGPacket_t*pkt）
{
uint16flashTime;
switch（pkt->clusterId）
{
caseSAMPLEAPP_POINT_TO_POINT_CLUSTERID:
if（pkt->cmd.Data[0]）
HalUARTWrite（0,"GotbadAir\n",12）;//有烟雾
else
HalUARTWrite（0,"NobadAir\n",11）;//有烟雾
break;
caseSAMPLEAPP_FLASH_CLUSTERID:
flashTime=BUILD_UINT16（pkt->cmd.Data[1],pkt->cmd.Data[2]）;
HalLedBlink（HAL_LED_4,4,50,（flashTime/4））;
break;
}
}
voidSampleApp_SendPointToPointMessage（void）
{
uint8L;
if（AIR==1）
{
L=1;//没烟雾
HalUARTWrite（0,"GotbadAir\n",12）;//串口
HalLcdWriteString（"GotbadAir",HAL_LCD_LINE_3）;//LCD
}
else
{
L=0;//有烟雾
HalUARTWrite（0,"NobadAir\n",11）;//串口
HalLcdWriteString（"NobadAir",HAL_LCD_LINE_3）;//LCD
}
if（AF_DataRequest（&Point_To_Point_DstAddr,
&SampleApp_epDesc,
SAMPLEAPP_POINT_TO_POINT_CLUSTERID,
1,
&L,
&SampleApp_TransID,
AF_DISCV_ROUTE,
AF_DEFAULT_RADIUS）==afStatus_SUCCESS）
{
}
else
{
//Erroroccurredinrequesttosend.
}
}
7作品实物图展示
图7.1图7.2
图7.3
8实验小组成员分工
姓名
课程设计中承担的任务
负责画PCB电路图，编写调试程序，组织小组成员分工合作
制作电路板，并打好电路板上的元器件焊接洞孔
根据原理图焊接实物元器件，并测试电路是否正常工作
查找相关资料文献，总结完成实践报告
9实验总结
通过这次课程实践，我们学会了如何画一个好的电路图，对DXP电路画图软件有了更深刻的了解，已经能够熟练地制作自己的元件库和画好电路图。
在这次的实验中，我们自己做集成电路板，根据原理图实物焊元器件，检测电路是否有问题等等一系列的实践让我们的动手能力有了很大的提高。
在完成电路板的制作之后，然后检查电路焊接的完整性以及电路是否合格通过，然后边写程序边调试，这些都是学习的过程，当实验做成功之后，你会发现学习的过程虽然辛苦，但是结果还是很令人开心的。
在这次课程实践中，我们小组分工明确，互相合作，也是我们可以成功完成的关键因素，在大家的共同努力下我们完成了这次课程设计，所以让我们知道了合作意识对一个团队的重要性。
最大的收获是，我们都学会并了解了在物联网邻域一项重要的无线通信技术ZigBee，了解如何运用此项技术进行运用开发。
10参考文献
【1】无线龙ZigBee无线网络原理冶金工业出版社
【2】李晓卉，方康玲，张亮基于ZigBee的室内气体检测系统湖南工业大学出版社
【3】吴灿阳ZigBee的技术实践教程北京航空航天大学出版社
【4】王春张良栋基于ZigBee的焊接环境有毒气体检测
【5】王延年穆文静基于ZigBee的无线信号采集传输系统的研究西安工程大学学报
【6】范志国基于ZigBee的无线传感器网络节点的设计与通信实现现代电子技术
【7】黄浩忠火灾自动报警检测系统中国建材工业出版社
11.小组成员评分
学号
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指导老师签字：
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