智能控制實(shí)訓(xùn)報(bào)告(2)

1、 智能控制實(shí)訓(xùn)報(bào)告實(shí)訓(xùn)題目 基于單片機(jī)的煙霧檢測(cè)儀設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)學(xué)生姓名 * * 學(xué) 號(hào) 14122201* 14122201* 專 業(yè) 電子信息工程技術(shù) 班 級(jí) 電信一班 指導(dǎo)教師 * 2016年 6月 26日目 錄摘 要3第一章 煙霧傳感器的介紹和設(shè)計(jì)要求4第二章 方案設(shè)計(jì)與硬件選擇5第三章 流程圖設(shè)計(jì)6第四章 程序13第五章 實(shí)訓(xùn)總結(jié)16附錄1819摘 要 隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展，各類傳感器在各個(gè)領(lǐng)域中都發(fā)揮著很大的作用。煙霧傳感器屬于氣敏傳感器，是氣-電變換器，它將可燃性氣體在空氣中的含量(即濃度)轉(zhuǎn)化成電壓或者電流信號(hào)，通過(guò)A/D轉(zhuǎn)換電路將模擬量轉(zhuǎn)換成數(shù)字量后送到單片機(jī)，進(jìn)而由單片機(jī)

2、完成數(shù)據(jù)處理、濃度處理及報(bào)警控制等工作。傳感器作為煙霧檢測(cè)報(bào)警器的信號(hào)采集部分，是儀表的核心組成部分之一。由此可見(jiàn)，傳感器的選型是非常重要的。本系統(tǒng)是基于STC89C52單片機(jī)的煙霧報(bào)警器，所選用的是MQ-2型煙霧傳感器。關(guān)鍵字： STC89C52 MQ-2 煙霧傳感器第1章 煙霧傳感器的介紹和設(shè)計(jì)要求1.1 煙霧傳感器的分類 煙霧傳感器種類繁多，從檢測(cè)原理上可以分為三大類： a、利用物理化學(xué)性質(zhì)的煙霧傳感器：如半導(dǎo)體煙霧傳感器、接觸燃燒煙霧傳感器等。 b、利用物理性質(zhì)的煙霧傳感器：如熱導(dǎo)煙霧傳感器、光干涉煙霧傳感器、紅外傳感器等。 c、利用電化學(xué)性質(zhì)的煙霧傳感器：如電流型煙霧傳感器、電勢(shì)型氣

3、體傳感器等。 1.2 煙霧傳感器的特點(diǎn) (a)能選擇性地檢測(cè)某種單一煙霧，而對(duì)共存的其它煙霧不響應(yīng)或低響應(yīng)； (b)對(duì)被測(cè)煙霧具有較高的靈敏度，能有效地檢測(cè)允許范圍內(nèi)的煙霧濃度； (c)對(duì)檢測(cè)信號(hào)響應(yīng)速度快，重復(fù)性好； (d)長(zhǎng)期工作穩(wěn)定性好； (e)使用壽命長(zhǎng)； (f)制造成本低，使用與維護(hù)方便。 1.3 設(shè)計(jì)要求能夠準(zhǔn)確無(wú)誤地測(cè)出有無(wú)吸煙現(xiàn)象，如果有且超出所標(biāo)定的設(shè)計(jì)值，就發(fā)出報(bào)警聲，否則LED顯示正常。第二章 硬件選擇與方案設(shè)計(jì)方案一： MP135型半導(dǎo)體空氣污染敏感元件，由加熱器以及微型Al2O3陶瓷基片上形成的金屬氧化物半導(dǎo)體材料構(gòu)成，用電極引線引出，封裝在金屬管座、管帽內(nèi)。當(dāng)有被檢

4、測(cè)氣體存在時(shí)，空氣中該氣體的濃度越高，傳感器的電導(dǎo)率就越高。使用簡(jiǎn)單的電路即可將這種電導(dǎo)率的變化轉(zhuǎn)換為與氣體濃度對(duì)應(yīng)的輸出信號(hào)。 優(yōu)點(diǎn)：靈敏度高，對(duì)污染空氣敏感。 缺點(diǎn)：價(jià)格高，驅(qū)動(dòng)電路復(fù)雜，對(duì)煙霧固體小顆粒靈敏度低。方案二： MQ-2煙霧傳感器，在可燃?xì)怏w或煙霧中MQ-2煙霧傳感器的電阻會(huì)有相應(yīng)的變化。MQ-2氣敏元件由微型AL2O3陶瓷管SnO2敏感層,測(cè)量電極和加熱器構(gòu)成的敏感元件固定在塑料或不銹鋼制成的腔體內(nèi)，加熱器為氣敏元件提供了必要的工作條件。優(yōu)點(diǎn)：靈敏度高，性能穩(wěn)定，對(duì)煙霧固體小顆粒靈敏度高，價(jià)格較低。而且驅(qū)動(dòng)電路簡(jiǎn)單。 缺點(diǎn)：只能測(cè)試煙霧少的時(shí)候，

5、在火災(zāi)時(shí)起不了多大作用。綜上所述，我們選擇方案二為最佳方案。第3章 流程圖設(shè)計(jì)1、 MQ-2煙傳感器的應(yīng)用領(lǐng)域 可用于家庭和工廠的氣體泄漏監(jiān)測(cè)裝置，適宜于氣、笨、烷、酒精、氫氣、煙霧等的監(jiān)測(cè)。因此，MQ-2可以說(shuō)是一個(gè)多種氣體探測(cè)器。MQ-2的探測(cè)范圍極其的廣泛。它的優(yōu)點(diǎn)：靈敏度高、響應(yīng)快、穩(wěn)定性好、壽命長(zhǎng)、驅(qū)動(dòng)電路簡(jiǎn)單。2、 MQ-2的的工作原理MQ-2型煙霧傳感器屬于二氧化錫半導(dǎo)體氣敏材料，屬于表面離子式N型半導(dǎo)體。處于200到300攝氏度時(shí)，二氧化錫吸附空氣中的氧，形成氧的負(fù)離子吸附，使半導(dǎo)體中的電子密度減少，從而使其電阻值增加。當(dāng)與煙霧接觸時(shí)，如果晶粒間界處的勢(shì)壘收到煙霧的調(diào)至而變化，

6、就會(huì)引起表面導(dǎo)電率的變化。利用這一點(diǎn)就可以獲得這種煙霧存在的的信息，煙霧的濃度越大，導(dǎo)電率越大，輸出電阻越低，則輸出的模擬信號(hào)就越大。3、 MQ-2的特性1. MQ-2型傳感器對(duì)天然氣、液化石油氣等煙霧有很高的靈敏度，尤其對(duì)烷類煙霧更為敏感。具有良好的抗干擾性，可準(zhǔn)確排除有刺激性非可燃性煙霧的干擾信息。2. MQ-2型傳感器具有良好的重復(fù)性和長(zhǎng)期的穩(wěn)定性。初始穩(wěn)定，響應(yīng)時(shí)間短，長(zhǎng)時(shí)間工作性能好。需要注意的是：在使用之前必須加熱一段時(shí)間，否則其輸出的電阻和電壓不準(zhǔn)確3、 其檢測(cè)可燃?xì)怏w與煙霧的范圍是100到10000ppm.4、 電路設(shè)計(jì)電壓范圍寬，24V以下均可，加熱電壓5V左右。需要注意：加

7、熱電壓如果過(guò)高，會(huì)導(dǎo)致內(nèi)部的信號(hào)線熔斷，從而器件報(bào)廢。MQ-2的外觀圖 由LM393比較器 與 滑動(dòng)變阻器構(gòu)成可輸出數(shù)字信號(hào)，可以直接和單片機(jī)相連的。正常情況是輸出高電平，一旦檢測(cè)到煙霧將會(huì)輸出低電平。單片機(jī)直接檢測(cè)。該模塊具有可調(diào)比較電壓和輸出電壓。四調(diào)試儀器（1） 數(shù)字萬(wàn)用表（2） 函數(shù)信號(hào)發(fā)生器（3） 示波器（4） 直流穩(wěn)壓電源（5） 電烙鐵五 系統(tǒng)總體框圖 本設(shè)計(jì)煙霧報(bào)警器由單片機(jī)控制系統(tǒng)、煙霧傳感器模塊及電源三個(gè)模塊組成。當(dāng)發(fā)生火災(zāi)或可燃?xì)怏w泄漏，傳感器遇到煙霧或可燃?xì)怏w時(shí)，將產(chǎn)生電信號(hào)。信號(hào)通過(guò)A/D數(shù)模轉(zhuǎn)換電路轉(zhuǎn)換成為數(shù)字信號(hào)傳入單片機(jī)，再通過(guò)單片機(jī)邏輯處理模塊判斷輸入值大小，過(guò)

8、大則報(bào)警，過(guò)小則不報(bào)警來(lái)實(shí)現(xiàn)煙霧報(bào)警功能。 煙霧信號(hào)采集電路一般由煙霧傳感器，將煙霧信號(hào)轉(zhuǎn)化為模擬電信號(hào)。模數(shù)轉(zhuǎn)換電路將從煙霧檢測(cè)電路送出模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成單片機(jī)可識(shí)別的數(shù)字信號(hào)后送入單片機(jī)。單片機(jī)對(duì)該數(shù)字信號(hào)進(jìn)行濾波處理，并對(duì)處理后的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，是否大于或等于某個(gè)預(yù)設(shè)值，如果大于則啟動(dòng)報(bào)警電路發(fā)出警報(bào)聲音，反之則為正常狀態(tài)。電源供電 led燈單片機(jī)煙霧傳感器蜂鳴器圖5.1 系統(tǒng)總框圖 利用MQ2傳感器采集環(huán)境中存在可燃?xì)怏w ，檢測(cè)傳感器阻值變化，轉(zhuǎn)化為電壓值輸入LM393芯片INT口，經(jīng)過(guò)A/D轉(zhuǎn)換成數(shù)字量輸入單片機(jī)，由學(xué)習(xí)板上的數(shù)碼管顯示濃度值，設(shè)置門(mén)限閾值，超過(guò)門(mén)閾限值啟動(dòng)報(bào)警，提示燈亮蜂

9、鳴器響鈴。六 系統(tǒng)的硬件的設(shè)計(jì) （1）煙霧傳感器系統(tǒng)框圖 在報(bào)警儀的設(shè)計(jì)中， 煙霧采集電路碰到煙霧時(shí)，產(chǎn)生一個(gè)電信號(hào)傳到A/D數(shù)模轉(zhuǎn)換電路，電信號(hào)由模擬信號(hào)轉(zhuǎn)成數(shù)字信號(hào)，通過(guò)單片機(jī)控制電路判斷信號(hào)并且控制報(bào)警提示電路。單片機(jī)是其核心部件。它一方面要接收來(lái)自傳感器送來(lái)的煙霧濃度對(duì)應(yīng)的模擬信號(hào)和故障檢測(cè)信號(hào)，另一方面要兩種信號(hào)分別進(jìn)行處理，控制后續(xù)電路進(jìn)行相應(yīng)動(dòng)作；與此同時(shí)查詢是否有鍵按下的請(qǐng)求。在單片機(jī)完成這些的工作中，尤其是信號(hào)處理中，比較濃度值后送入顯示的軟件實(shí)現(xiàn)。煙霧采集電路單片機(jī)控制 報(bào)警提示電路 圖6.1.1 煙霧傳感器系統(tǒng)框圖根據(jù)以上分析，參考模擬電子技術(shù)課本與網(wǎng)上查找資料，設(shè)計(jì)出原

10、理圖，并畫(huà)出傳感器模塊及蜂鳴器模塊原理圖，如下圖： 單片機(jī)控制系統(tǒng)（1） 單片機(jī)控制系統(tǒng)框圖 蜂鳴器報(bào)警 LED單片機(jī)控制系統(tǒng)煙霧傳感器電源模塊 圖6.1.2單片機(jī)控制系統(tǒng)框圖根據(jù)以上分析，畫(huà)出單片機(jī)控制電路.如下圖2.3.1。2. 軟件設(shè)計(jì)2.1 軟件框圖本次的軟件設(shè)計(jì)共包括了AD采集、煙霧傳感器及蜂鳴器報(bào)警個(gè)三部分。軟件在接收到由煙霧傳感器及溫度傳感器的數(shù)據(jù)后，由單片機(jī)采集，若發(fā)生火災(zāi)蜂鳴器進(jìn)行報(bào)警，且數(shù)碼管顯示溫度傳感器檢測(cè)的實(shí)時(shí)溫度。開(kāi)始初始化設(shè)置煙霧傳感器判斷是否為高點(diǎn)平V蜂鳴器結(jié)束圖6.2.1 軟件系統(tǒng)框圖 (4) 調(diào)試方法 做好電路板之后，需要用數(shù)字萬(wàn)用表檢測(cè)各線路是否導(dǎo)通，如若

11、有線路斷裂，需要使用焊錫補(bǔ)上;檢測(cè)完電路后，需要焊接元器件，此時(shí)需要非常細(xì)心，焊接前必須要檢測(cè)元件的好壞。第四章 程序#include <REGX51.H> sbit led1=P10; /定義兩個(gè)led引腳sbit led2=P11; sbit speak=P13; /定義蜂鳴器引腳 bit flag=0; /有煙霧標(biāo)志位 /主函數(shù) void main() IT1 = 1;/設(shè)置INT1的中斷類型 下降沿觸發(fā)中斷 EX1 = 1;/使能INT1中斷 EA = 1; /使能總中斷TMOD=0x11;/兩個(gè)定時(shí)器工作在16位，方式1模式 TL0 = (65536-50000)%256

12、;/賦初值15536，也就是定時(shí)50ms TH0 = (65536-50000)/256; TR0 = 1; /開(kāi)定時(shí)器0 ET0 = 1; /允許定時(shí)0器中斷 TL1 = (65536-500)%256;/定時(shí)0.5ms TH1 = (65536-500)/256; TR1 = 1; /開(kāi)定時(shí)器1 ET1 = 1; /允許定時(shí)1器中斷while(1) if(flag)led2=1; /如果煙霧傳感器標(biāo)志為1，檢測(cè)到有煙霧，led2滅 else led2=0; /如果煙霧傳感器標(biāo)志為0，沒(méi)有檢測(cè)煙霧，led2亮 /外部中斷服務(wù)程序 只要傳感器檢測(cè)到煙霧時(shí)，比較器的輸出就會(huì)輸出一個(gè)低電平 /單片

13、機(jī)的引腳中斷就得一個(gè)下降沿，就產(chǎn)生中斷，煙霧標(biāo)志位就為1void init0() interrupt 2 flag=1;/定時(shí)器1服務(wù)程序void timer0() interrupt 1 static unsigned char delay_count=0,count=0; TL0 = (65536-50000)%256;/重裝初值 TH0 = (65536-50000)/256;delay_count+; /50ms加一次if(delay_count>20)/加到20次，就夠一秒 delay_count=0; if(flag) /如果煙霧標(biāo)志位為1，一秒閃爍一次 led1=led1;

14、 else led1=1;speak=0; /如果標(biāo)志位為0，燈滅，蜂鳴器、不響if(flag) /在煙霧產(chǎn)生后，燈閃爍10秒 /50ms加一次，加到200，正好10s count+;if(count>200)count=0;flag=0;/定時(shí)器1服務(wù)程序void timer1() interrupt 3 static unsigned long count123=0; TL1 = (65536-500)%256; /定時(shí)器1賦初值 TH1 = (65536-500)/256; if(flag) /如果煙霧標(biāo)志位為1 count123+;if(count123<500)speak

15、=speak; /蜂鳴器響起，響2.5s 停2.5s else speak=0;if(count123>1000)count123=0; 第5章 實(shí)訓(xùn)總結(jié) 在三周的智能實(shí)訓(xùn)的課程中，不僅加強(qiáng)了我們對(duì)硬件的使用能力，還加強(qiáng)了軟件設(shè)計(jì)能力。在這個(gè)過(guò)程中有效的鞏固了本學(xué)期所學(xué)的傳感器知識(shí)，加強(qiáng)了電子實(shí)物制作的動(dòng)手能力。 在這次的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)中我們首先要做了就是畫(huà)原理圖和PCB，這是比較難的，一開(kāi)始我們毫無(wú)思路，后來(lái)在周老師的精心指導(dǎo)下最終成功的畫(huà)出。焊接是比較簡(jiǎn)單的，一般一個(gè)下午就可以完成，最重要的是焊接中很容易出現(xiàn)的虛焊問(wèn)題必須認(rèn)真對(duì)待。 最后是程序設(shè)計(jì)與調(diào)試，程序的話應(yīng)該說(shuō)是上學(xué)期學(xué)過(guò)的東西運(yùn)

16、用運(yùn)用而已，但是總是有些被遺忘了，在編程的時(shí)候會(huì)遇到或多或少的問(wèn)題，最后也是通過(guò)各種方式終于完成了調(diào)試。 經(jīng)過(guò)這次設(shè)計(jì)，我們認(rèn)識(shí)到自己還有很多的不足，只有將課本上的理論知識(shí)結(jié)合實(shí)踐不斷練習(xí)，不斷總結(jié)提煉，反復(fù)思考實(shí)踐中的經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)，才能更好的將課本知識(shí)化為自己的知識(shí)。 這次實(shí)訓(xùn)，我收獲了很多，一方面學(xué)習(xí)到了許多以前沒(méi)學(xué)過(guò)的專業(yè)知識(shí)與知識(shí)的應(yīng)用，另一方面還提高了自己動(dòng)手做項(xiàng)目的能力。本次實(shí)訓(xùn)，是對(duì)我能力的進(jìn)一步鍛煉，也是一種考驗(yàn)。從中獲得的諸多收獲，也是很可貴的，是非常有意義的。在實(shí)訓(xùn)中我學(xué)到了許多新的知識(shí)。是一個(gè)讓我把書(shū)本上的理論知識(shí)運(yùn)用于實(shí)踐中的好機(jī)會(huì)，原來(lái)，學(xué)的時(shí)候感嘆學(xué)的內(nèi)容太難懂，現(xiàn)在想來(lái)，有些其實(shí)并不難，關(guān)鍵在于理解。在這次實(shí)訓(xùn)中還鍛煉了我其他方面的能力，提高了我的綜合素質(zhì)。首先，它鍛煉了