基于STC89C52的室內(nèi)火、氣安全檢測裝置

1、 制作和調(diào)試（50分）設(shè)計報告（50分）評 定 等 級指 導(dǎo) 教 師湖州師范學(xué)院求真學(xué)院信息與工程系系統(tǒng)設(shè)計與實踐總結(jié)報告題目：基于STC89C52的室內(nèi)火、氣安全檢測裝置專 業(yè) 電子信息工程 班 級 102834 姓 名 楊速杰 學(xué) 號 11 指導(dǎo)教師 胡文軍、蔡志端 信息與工程系2012年11月25日參考文獻(xiàn)4一、 系統(tǒng)總體設(shè)計方案5方案論證與選擇51.1 輸入模塊51.2 溫度傳感器模塊51.3 顯示模塊51.4 報警電路61.5 煙霧報警器電路6二、STC89C52的室內(nèi)火、氣安全檢測裝置的硬件結(jié)構(gòu)設(shè)計62.1 DS18B20工作原理7三、軟件系統(tǒng)分析與設(shè)計111.主程序112.讀出溫

2、度子程序113.溫度轉(zhuǎn)換命令子程序124.計算溫度子程序135.顯示數(shù)據(jù)刷新子程序13附錄一：原理圖14四、 系統(tǒng)仿真調(diào)試與參數(shù)測量16五、課程設(shè)計總結(jié)17課程設(shè)計任務(wù)書設(shè)計題目基于STC89C52的室內(nèi)火、氣安全檢測裝置設(shè)計類型應(yīng)用型指導(dǎo)老師胡文軍/蔡志端主要內(nèi)容及目標(biāo)使用溫度傳感器和煙霧傳感器把環(huán)境溫度和煙霧的濃度情況檢測出來，再采用單片機(jī)進(jìn)行溫度的顯示和煙霧顯示，可設(shè)置溫度報警和煙霧報警。要求進(jìn)行硬件、軟件系統(tǒng)設(shè)計。要求：位溫度的顯示；設(shè)置報警溫度；煙霧報警。設(shè)計條件需要購買單片機(jī)、傳感器.、蜂鳴器、電容電阻等電子元件一批。計劃學(xué)生數(shù)任務(wù)參與人數(shù)1人獨立完成計劃設(shè)計進(jìn)程1、第一階段指導(dǎo)老

3、師給出課題并做了基本分析。2、第二階段畫出設(shè)計框圖，制定設(shè)計方案3、第二三階段電路調(diào)試和完善，同時編寫設(shè)計報告參考文獻(xiàn)參考文獻(xiàn)1李光飛 ，樓苗然主編.51系列單片機(jī).北京：北京航空航天大學(xué)出版社，20032 孫江宏、李良玉等Protel99電路設(shè)計與應(yīng)用機(jī)械工業(yè)出版社200323 康華光 .鄒壽彬. 電子技術(shù)基礎(chǔ)（數(shù)字部分）M. 高等教育出版社. 1998.74 張毅剛. 單片機(jī)原理及應(yīng)用M. 高等教育出版社. 20035 陳步月. 基于單片機(jī)的測試技術(shù)原理與應(yīng)用M. 機(jī)械工業(yè)出版社. 2007.31、 系統(tǒng)總體設(shè)計方案方案論證與選擇1.1 輸入模塊方案一：使用四個獨立按鍵 這是最簡單的按鍵模

4、塊但是占用I/O口的數(shù)量太多。方案二：使用矩陣按鍵。選擇方案一，對本設(shè)計來說選擇方案一較簡單 而且對設(shè)計沒有影響。1.2 溫度傳感器模塊方案一：用模擬溫度傳感器，比如普通的熱敏電阻。熱敏電阻的溫度特性曲線是一條指數(shù)曲線，非線性度較大，因此在使用時要進(jìn)行線性化處理，線性化處理雖然能改善熱敏電阻的特性曲線，但比較復(fù)雜。為此常在要求不高的一般應(yīng)用中，作出在一定的溫度范圍內(nèi)溫度與阻值成線性關(guān)系的假定，才能簡化計算。另外，溫度與輸出電壓量是非線性的，讀出的是模擬量，需要A/D轉(zhuǎn)換器進(jìn)行轉(zhuǎn)換才能送給數(shù)碼管顯示，從而增加了軟硬件的負(fù)擔(dān)。 方案二：采用數(shù)字溫度傳感器DS18B20作為溫度傳感器模塊，它具有獨特

5、的單總線接口方式，需一根總線就能實現(xiàn)控制模塊與DS18B20之間的半雙工通信。DS18B20是集傳感元件和轉(zhuǎn)換電路于一體的小芯片上。另外，DS18B20也支持一線總線接口，測量溫度范圍為-55C+125C，在-10+85C范圍內(nèi)，精度為0.5C?，F(xiàn)場溫度直接以一線總線的數(shù)字方式傳輸，大大提高了系統(tǒng)的抗干擾性。適合于惡劣環(huán)境的現(xiàn)場溫度測量，如：環(huán)境控制、設(shè)備或過程控制、測溫類消費電子產(chǎn)品等。與前一代產(chǎn)品不同，新的產(chǎn)品支持3V5.5V的電壓范圍，使系統(tǒng)設(shè)計更靈活、方便，體積更小。 綜上分析，DS18B20大大節(jié)約了I/O口資源，且在軟件結(jié)構(gòu)上省去建查找表這一繁瑣的步驟，且它有精確的轉(zhuǎn)換電路直接送出

6、直觀的數(shù)據(jù)，并且DS18B20擁有較高的溫度分辨率0.0625度（采用默認(rèn)的12位時），在價格方面，單個DS18B20市場價7元，與熱敏電阻加A/D轉(zhuǎn)換器ADC0809的組合價格相差不大。用它作為本設(shè)計傳感器模塊最恰當(dāng)不過，固選擇方案二。1.3 顯示模塊方案一：用LCD顯示，要用LCD顯示，需要學(xué)習(xí)其專用的驅(qū)動控制芯片，比如HD61203，軟件實現(xiàn)較為復(fù)雜，且LCD的價格昂貴。方案二：采用LED數(shù)碼管并行動態(tài)顯示，電路簡單，同樣的功率驅(qū)動下，顯示亮度不及靜態(tài)顯示，且占用I/O口較多。方案三：采用LED數(shù)碼管串行靜態(tài)顯示，僅占用控制器串口的兩個I/O口，軟件實現(xiàn)簡單，顯示亮度高，成本低。綜上所述

7、，采用方案三串行靜態(tài)顯示是本設(shè)計最佳顯示方案。LED數(shù)碼管顯示器由7個發(fā)光二極管組成，因此也稱之為7段LED顯示器，其排列形狀如上。 1.4 報警電路充分利用最小系統(tǒng)板上資源，用蜂鳴器作報警提示音，為了使其更加可視化，再加個發(fā)光二極管，聲光結(jié)合充分突出了緊急提示信號的特點。1.5 煙霧報警器電路 選擇MQ-2價格便宜，接線簡單。單片機(jī)STC89C52氣體傳感器MQ-2煙霧濃度顯示器DS18B20溫度傳感器 溫度按鍵 二、STC89C52的室內(nèi)火、氣安全檢測裝置的硬件結(jié)構(gòu)設(shè)計元器件原理分析2.1 DS18B20工作原理DS18B20采用3腳PR-35封裝或8腳SOIC封裝，其內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖如圖3所

8、示。 64位ROM的位結(jié)構(gòu)如圖4所示。開始8位是產(chǎn)品類型的編號，接著是每個器件的惟一的序號，共有48位，最后8位是前面56位的CRC檢驗碼，這也是多個DS18B20可以采用一線進(jìn)行通信的原因。非易失性溫度報警器觸發(fā)器TH和TL，可通過軟件寫入戶報警上下限。圖4 64位ROM結(jié)構(gòu)圖DS18B20溫度傳感器的內(nèi)部存儲器還包括一個高速暫存RAM和一個非易失性的可擦除的EERAM。高速暫存RAM的結(jié)構(gòu)為8字節(jié)的存儲器，結(jié)構(gòu)如圖5所示。頭2個字節(jié)包含測得的溫度信息，第3和第4字節(jié)是TH和TL的拷貝，是易失的，每次上電復(fù)位時被刷新。第5個字節(jié)為配置寄存器，它的內(nèi)容用于確定溫度值的數(shù)字轉(zhuǎn)換分辨率。DS18B

9、20工作時按此寄存器中的分辨率將溫度轉(zhuǎn)換為相應(yīng)精度的數(shù)值。該字節(jié)各位的定義熱圖6所示。低5位一直為1，TM是測試模式位，用于設(shè)置DS18B20在工作模式還是在測試模式。在DS18B20出廠時該位被設(shè)置為0，用戶不要改動，R1和R0決定溫度轉(zhuǎn)換得精度位數(shù)，即用來設(shè)置分辨率，定義方法見表1。圖5 高速暫存RAM結(jié)構(gòu)圖圖6 配置寄存器表1 DS18B20分辨率的定義規(guī)定 由于DS18B20單線通信功能是分時完成的,它有嚴(yán)格的時隙概念,因此讀寫時序很重要,系統(tǒng)對DS18B20的各種操作必須按協(xié)議進(jìn)行.操作協(xié)議為:初始化DS18B20發(fā)ROM功能命令發(fā)存儲器操作命令處理數(shù)據(jù).圖8 DS18B20測溫原理

10、圖 DS18B20可以采用兩種方式供電,一種是采用電源供電方式,此時DS18B20的1腳接地,2腳作為信號線,3腳接電源.另一種是寄生電源供電方式,如圖9所示.單片機(jī)端口接單線總線,為為保證有效DS18B20時鐘周期內(nèi)提供足夠的電流,可用一個MOSFET管來完成對總線的上拉.圖9 DS18B20采用寄生電源的電路圖當(dāng)DS18B20處于寫存儲器操作和溫度A/D轉(zhuǎn)換操作時,總線上必須有強(qiáng)的上拉,上拉開啟時間最大為10us.采用寄生電源供電方式時Vdd和GND端均接地.由于單線制只有一根線,因此發(fā)送接口必須是三態(tài)的 圖3 DS18B20內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖2.3 STC89C2 單片機(jī)89C51是一種高性能低

11、功耗的采用CMOS工藝制造的8位微控制器，它提供下列標(biāo)準(zhǔn)特征：4K字節(jié)的程序存儲器，128字節(jié)的RAM,32條I/O線，2個16位定時器/計數(shù)器, 一個5中斷源兩個優(yōu)先級的中斷結(jié)構(gòu)，一個雙工的串行口, 片上震蕩器和時鐘電路。STC89C52管腳功能圖2.4 信號調(diào)理及放大整形模塊, LM358芯片 LM358 內(nèi)部包括有兩個獨立的、高增益、內(nèi)部頻率補(bǔ)償?shù)碾p運算放大器，適合于電源電壓范圍很寬的單電源使用，也適用于雙電源工作模式，在推薦的工作條件下，電源電流與電源電壓無關(guān)。它的使用范圍包括傳感放大器、直流增益模塊和其他所有可用單電源供電的使用運算放大器的場合。特性：內(nèi)部頻率補(bǔ)償直流電壓增益高(約1

12、00dB)單位增益頻帶寬(約1MHz)電源電壓范圍寬：單電源(330V)；雙電源(1.5 一15V)低功耗電流，適合于電池供電，低輸入偏流低輸入失調(diào)電壓和失調(diào)電流共模輸入電壓范圍寬，包括接地差模輸入電壓范圍寬，等于電源電壓范圍輸出電壓擺幅大(0 至Vcc-1.5V)2.5 氣體傳感器MQ-2MQ-2氣體傳感器所使用的氣敏材料是在清潔空氣中電導(dǎo)率較低的二氧化錫(SnO2)。當(dāng)傳感器所處環(huán)境中存在可燃?xì)怏w時，傳感器的電導(dǎo)率隨空氣中可燃?xì)怏w濃度的增加而增大。使用簡單的電路即可將電導(dǎo)率的變化轉(zhuǎn)換為與該氣體濃度相對應(yīng)的輸出信號。MQ-2氣體傳感器對液化氣、丙烷、氫氣的靈敏度高，對天然氣和其它可燃蒸汽的檢

13、測也很理想。這種傳感器可檢測多種可燃性氣體，是一款適合多種應(yīng)用的低成本傳感器。 部件材料1氣體敏感層二氧化錫2電極金（Au）3測量電極引線鉑（Pt）4加熱器鎳鉻合金（Ni-Cr）5陶瓷管 三氧化二鋁6防爆網(wǎng)100目雙層不銹鋼（SUB316）7卡環(huán)鍍鎳銅材（Ni-Cu）8基座膠木或尼龍9針狀管腳鍍鎳銅材（Ni-Cu）MQ-2氣敏元件的結(jié)構(gòu)和外形如圖2-3-1所示(結(jié)構(gòu) A 或 B), 由微型Al2O3陶瓷管、SnO2 敏感層,測量電極和加熱器構(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。封裝好的氣敏元件有只針狀管腳，其中個用于信號取出，個用于提供加熱電流?；?/p>

14、本電路如圖2-3-2。圖2-3-1 結(jié)構(gòu)和外形圖2-3-2 MQ-2基本電路三、軟件系統(tǒng)分析與設(shè)計統(tǒng)程序主要包括主程序,讀出溫度子程序,溫度轉(zhuǎn)換命令子程序,計算溫度子程序,顯示數(shù)據(jù)刷新子程序等等.1.主程序主程序的主要功能是負(fù)責(zé)溫度的實時顯示,讀出并處理DS18B20的測量溫度值,溫度測量1s進(jìn)行一次,其程序流程圖見圖10.2.讀出溫度子程序讀出溫度子程序的主要功能是讀出RAM中的9個字節(jié),在讀出時需進(jìn)行CRC校驗,校驗有錯時不進(jìn)行溫度數(shù)據(jù)的改寫.其程序流程圖如圖11所示.圖10 DS18B20溫度計主程序流程圖圖11 讀出溫度子程序流程圖3.溫度轉(zhuǎn)換命令子程序 溫度轉(zhuǎn)換命令子程序主要是發(fā)溫度

15、轉(zhuǎn)換開始命令,當(dāng)采用12分辨率時轉(zhuǎn)換時間為750ms,在本程序設(shè)計中采用1s顯示程序延時法等待轉(zhuǎn)換的完成.溫度轉(zhuǎn)換命令子程序流程圖如圖12所示 .圖12 溫度轉(zhuǎn)換命令子程序流程圖4.計算溫度子程序計算溫度子程序?qū)AM中讀取值進(jìn)行BCD碼的轉(zhuǎn)換運算,并進(jìn)行溫度值正負(fù)的判斷,其程序流程圖如圖13所示.圖13 計算溫度子程序流程圖5.顯示數(shù)據(jù)刷新子程序顯示數(shù)據(jù)刷新子程序主要是對顯示數(shù)據(jù)進(jìn)行刷新操作,當(dāng)最高顯示位為0時將符號顯示位移入下一位.程序流程圖如圖14所示. 圖14 顯示數(shù)據(jù)刷新子程序流程圖附錄一：原理圖4、 系統(tǒng)仿真調(diào)試與參數(shù)測量調(diào)試：1、 萬用表測量元器件電阻值和電容值測量前要機(jī)械調(diào)零選

16、擇合適的量程，先選大，后選小量程或看銘牌值估算。當(dāng)使用最小量程測量，其讀數(shù)還不明顯時，可將被測導(dǎo)線繞幾匝，匝數(shù)要以鉗口中央的匝 數(shù)為準(zhǔn)，則讀數(shù)=指示值量程 / 滿偏匝數(shù)測量時，應(yīng)使被測導(dǎo)線處在鉗口的中央，并使鉗口閉合緊密，以減少誤差。測量完畢，要將轉(zhuǎn)換開關(guān)放在最大量程處。 2、Proteus 軟件a原理布圖bPCB自動或人工布線cSPICE電路仿真3、Protel99SE用Protel99SE設(shè)計軟件完成電路原理圖設(shè)計，印制電路板設(shè)計。故障分析與排除1、信號輸出不滿足要求，調(diào)節(jié)RP，使其滿足要求。2、報警時有光無聲音或聲音嘶啞當(dāng)傳感器報警時出現(xiàn)有光或聲音嘶啞現(xiàn)象時，首先應(yīng)檢查蜂鳴器的連接有無斷線，如無斷線則屬蜂鳴器故障。處理方法：可先用橡膠等彈性物對蜂鳴器片予以襯墊以排除嘶啞現(xiàn)象。如不行，則更換蜂鳴器片。3、報警時無光無聲如傳感器顯示已達(dá)報警值但傳感器仍無光無聲，經(jīng)檢查確定報警燈連接線無斷線時，請檢查傳感器電路板上的集成器件，必要時予以更換。五、課