基于单片机的烟雾检测设计说明书.docx

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基于单片机的烟雾检测设计说明书

中国矿业大学**学院

基于单片机的传感器

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

科学技术的飞速开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：

烟雾；温度；报警器；传感器；单片机

1章绪论

1.1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平安和社会开展的主要灾害之一。

它威胁着人们的**、生命和财产平安，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，可发现人们不易觉察的火灾早期特征，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 

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到达全部燃烧，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拟长，虽然产生大量的烟雾，但是环境温度不太高，假设探测器就应该从此阶段开场进展探测，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，就可以比拟及时地控制火灾。

第2章系统总体方案设计

2.1设计要求

（1）熟悉51单片机集成开发环境，运用C语言编写工程文件；

（2）熟练应用所选用单片机的内部构造、资源，以及软硬件调试设备的根本方法；

（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

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开展和大范围推广，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，计数成熟和本钱低等优点。

用STC89C52单片机作为控制器。

2.3显示器的选择

采用LCD液晶显示屏，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3章系统硬件设计

3.1整体方案设计

3.1.1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DS18B20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；报警模块那么采用蜂鸣器和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USB5V进展供电。

3.1.2系统框图

烟雾传感器

模数转换

按键模块

报警模块

电源模块

3-1系统框图

3.2最小系统模块

3.2.1STC89C52简介

〔1〕概述

STC89C52是一个低电压，高性能CMOS8位单片机，片内含8kbytes的可反复擦写的Flash只读程序存储器和256bytes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〕8051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，其外部引脚排列如下图

STC89C52引脚图

3.2.2最小系统电路

STC89C52的最小系统如下图，整个最小系统由三个局部组成，晶振电路局部、复位电路局部、电源电路等三个局部组成。

单片机复位电路就好比电脑的重启局部，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场执行。

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场执行。

电源局部是采用5V的USB直接供电，可采用手机充电器、电脑USB口、移动电源等设备进展供电。

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0000H开场执行；当接低电平时,复位后直接从外部ROM的0000H开场执行。

由于我们的程序存储在了单片机内部，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

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，基控制器大局部为HD44780，带背光的比不带背光的厚，是否带背光在应用中并无差异，两者尺寸差异如下列图〔图3-4〕所示：

图3-4液晶尺寸说明

3.4烟雾检测模块

MQ-2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，属于外表离子式N型半导体。

当处于200~300°C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

3.5DS18B20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

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：

图3-12按键电路

3.7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，蜂鸣器开场鸣叫，LED指示灯点亮，到达声光报警的效果。

3.8蜂鸣器的介绍

蜂鸣器是一种一体化构造的电子讯响器，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、机、定时器等电子产品中作发声器件。

蜂鸣器电路如下图。

由于蜂鸣器工作时，需要的电流比拟大，单片机的IO口输出的电流又比拟小，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上下电平来驱动它，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

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3-14LED灯电路

4.0总体程序流程图

最开场先进展液晶的初始化，包括液晶功能初始化和液晶显示内容初始化，接着就进展报警值的初始化。

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，是的话那么进展声光报警。

再往下就是判断设置按键是否被按下，是的话那么调整报警值的大小。

然后开场新一轮的检测、显示、判断。

液晶初始化

报警值初始化

读取烟雾浓度

显示烟雾浓度

读取温度值

显示温度值

是

大于报警值？

否

声光报警

是

设置按键

按下？

否

调节报警值大小

完毕

图4-1主函数流程图

4.1液晶程序设计

数据显

示完？

否

图4-2液晶显示流程图

4.2模数转换程序设计

发送起始信号

选择转换通道

第一次读取

第二次读取

返回读取结果

图4-3模数转换流程图

4.3温度传感器程序设计

初始化DS18B20

发跳过ROM命令

发温度转换命令

初始化DS18B20

发跳过ROM命令

发温度读取命令

读取温度值

温度传感器程序流程图

第5章系统调试

5.1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"Ω×1〞档进展检查,或是用数字万用表"Ω〞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翻开电路的电源开关〕。

但接通电源后不要立即进展电路功能的测试，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。

5.2利用proteus进展仿真

第6章总结

本次设计的任务——基于单片机的烟雾报警系统已经全部完成。

虽然这个设计题目并不是新的，但从中能表到达一个系统开发设计的过程，足于让我们受益。

能够从设计、编程到最终的调试成功。

完成整个系统的设计，这是一次难得的实践时机。

随着社会和经济的开展，防火工作越来越重要，因此，我们就有必要研制一种构造简单、经济实用的家庭烟雾报警器以适应市场的需求。

通过本次设计，应该可以提供某种程度的帮助。

附录三PCB图