基于51單片機的火災(zāi)監(jiān)測控制設(shè)計與實現(xiàn)13000字

基于51單片機的火災(zāi)監(jiān)測控制設(shè)計與實現(xiàn)消防工作很重要，不管是針對社會經(jīng)濟發(fā)展還是公民人身安全。但是目前國內(nèi)很多相關(guān)研要由煙霧和溫度傳感器構(gòu)成的小型火災(zāi)報警系統(tǒng)。認(rèn)識和掌握各種類型傳感器的基本結(jié)構(gòu)、工作原理和特點十分重要。為提高對傳感器的認(rèn)識和理解，特別是對煙霧傳感器及其使用和用途的深入研究，根據(jù)實用、廣泛和典型的原則設(shè)計了本系統(tǒng)。采用單片機與傳感器技術(shù)相結(jié)合的本文以電阻式煙霧傳感器為核心，采用單片機技術(shù)，結(jié)合其它電子相關(guān)技術(shù)，設(shè)計了一種技術(shù)水平比較高的火災(zāi)報警系統(tǒng)。選擇了MQ-2型煙霧傳感器，實現(xiàn)了對煙霧的檢測，具有靈術(shù)中性價比最高的產(chǎn)品。采用STC89c52單片機和MQ-2型半導(dǎo)體電阻式煙霧傳感器設(shè)計的煙功能。該系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，性能穩(wěn)定，使用方便，價格低廉，具有智能化、及時化、穩(wěn)定化的特 2 2 3 4 4 5 1 1 2 2 2 3 4 4 7 4軟件方案設(shè)計 13 20 23 24目前，隨著人們精神和文化生活水平的不斷提高，越來越多的場所開始使用天然氣和液化氣作燃料。盡管這些燃料無時無刻不在給我們的生活帶來方便，但它們同時也給我們的生活帶來了安全隱患。以前，經(jīng)常發(fā)生家中忘記關(guān)掉液化氣閥門而引發(fā)的火災(zāi)事故。另外，據(jù)統(tǒng)計，因為火災(zāi)造成的直接經(jīng)濟損失巨大，并且間接經(jīng)濟損失更是巨大，為有效控制和減少此類火災(zāi)事故的發(fā)生，應(yīng)采取科學(xué)的方法，對此類事故及時進(jìn)行防治。因此，早發(fā)現(xiàn)、早預(yù)防、早報警、早采取措施已成為火災(zāi)防控技術(shù)的重要組成部分。近幾年來，我國對火災(zāi)自動報警技術(shù)的應(yīng)用取得了很大的發(fā)展，但是由于在實際應(yīng)用中，火災(zāi)自動報警系統(tǒng)的通信協(xié)議并不統(tǒng)一，使得火災(zāi)自動報警的技術(shù)水平還相對落后，并且還有一些急需改變的問題，比如智能水平低下等。盡管國內(nèi)采用的火災(zāi)探測器均采用了智能設(shè)計，但由于感測裝置檢測的參數(shù)較少，支撐系統(tǒng)軟件開發(fā)不夠成熟，各種算法的準(zhǔn)確性缺乏足夠的驗證，火場參數(shù)數(shù)據(jù)庫不夠完善，使得火災(zāi)自動報警系統(tǒng)很難準(zhǔn)確判斷微粒(煙氣)的濃度，現(xiàn)場溫度，光波的強度，易燃?xì)怏w的濃度，電磁輻射等指標(biāo)。網(wǎng)絡(luò)水平較低。目前正興起一股“通用物聯(lián)網(wǎng)”的熱潮，吸引著各領(lǐng)域的科研人員把物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)引進(jìn)各自的行業(yè)，推動行業(yè)的創(chuàng)新發(fā)展。而早在1999年就有人提出物聯(lián)網(wǎng)的概念。實際上，物聯(lián)網(wǎng)在當(dāng)任何地點、任何場合的物、機、人的互聯(lián)交流，有效地推動著各個領(lǐng)域的智能化。在基于互聯(lián)網(wǎng)的無限擴張和發(fā)展中，實現(xiàn)萬物之間的信息互聯(lián)。為了實現(xiàn)大范圍的信息交換，需要具有一定功能的信息傳感器，能夠感知物理世界、計算并執(zhí)行物理世界，并通過網(wǎng)絡(luò)設(shè)備進(jìn)行分組后的信息數(shù)據(jù)的傳輸和處理?？偟膩碚f，物聯(lián)網(wǎng)具有三個重要環(huán)節(jié)，即感知、通信和處理。錯誤!未找到引用源。知覺層作為物聯(lián)網(wǎng)的底層，主要是利用相關(guān)技術(shù)獲取、捕捉和識別外部信息。作為物聯(lián)網(wǎng)的中間層，網(wǎng)絡(luò)層就包括了接入層和核心層，主要完成物聯(lián)網(wǎng)上下層之間的信息傳輸與通信。作為物聯(lián)網(wǎng)的最高層，應(yīng)用層包含了監(jiān)控服務(wù)、智能電網(wǎng)、智能家居等多個應(yīng)用領(lǐng)域，針對不同的應(yīng)用場合和方向進(jìn)行研究。在物聯(lián)網(wǎng)方面，歐美國家起步較早，技術(shù)力量相對雄厚。最初，物聯(lián)網(wǎng)的研發(fā)范圍還沒有現(xiàn)在這么廣，主要是研究條形碼和RFID等技術(shù)，通過標(biāo)簽和掃碼來完成零售和物流領(lǐng)域的工作。近幾年來，隨著傳感器技術(shù)、通信技術(shù)等的發(fā)展，經(jīng)過各方面學(xué)者的不斷深入研究，它已經(jīng)應(yīng)用到很多領(lǐng)域。雖然國內(nèi)在這方面起步較早，但我國大力發(fā)展物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，在傳感網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的研究上已逐漸趕上發(fā)達(dá)國家的發(fā)展步伐，并將物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展成為“傳感網(wǎng)”,對此進(jìn)行了不斷的探索和研究。近幾年，隨著國外的相關(guān)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)提出，我國響應(yīng)領(lǐng)域的研究報告中也提出了物聯(lián)網(wǎng)和傳感器的相關(guān)理論，并決定將其列為重點課題。隨著“知識創(chuàng)新工程”,在項目方案指導(dǎo)下開展了項目部署，構(gòu)建了傳感網(wǎng)絡(luò)平臺，經(jīng)過大量的投入和研究，已有部分成果具有了實際應(yīng)用價值錯誤!未找到引用源。物聯(lián)網(wǎng)能夠應(yīng)用于各個領(lǐng)域，使應(yīng)用取得質(zhì)的飛躍，這一特點吸引了許多國外學(xué)者對其進(jìn)行研究探索，通過不懈努力，國外在物聯(lián)網(wǎng)方面取得的成績微乎其微，其應(yīng)用領(lǐng)域正在不斷擴大，其中，火災(zāi)監(jiān)測控制系統(tǒng)中各個單一輔助系統(tǒng)的技術(shù)已經(jīng)比較成熟。較早地，如德國和美國，已經(jīng)實現(xiàn)了物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在火災(zāi)遠(yuǎn)程監(jiān)測中的應(yīng)用，它們把用戶終端或相關(guān)采集器連接到上位機，對自動報警的設(shè)備進(jìn)行實時監(jiān)測，并對故障信息進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸；法國、新加坡等國家，通過制定節(jié)能自動化程序，在節(jié)能方面取得了比較突出的成果，研究設(shè)計了自動化系統(tǒng)，實現(xiàn)了照明與日出日落相關(guān)聯(lián)，不僅節(jié)省了人力資源，而且節(jié)能效果顯著錯誤!未找到引用源。本論文以單片機為系統(tǒng)的核心，設(shè)計并實現(xiàn)了一個火檢測電路模塊、顯示和報警模塊以及按鍵控制和電源電路模塊等幾個部分。針對系統(tǒng)的功能要求，本文進(jìn)行了如下的準(zhǔn)備和工作：在閱讀大量相關(guān)國內(nèi)外文獻(xiàn)的基礎(chǔ)上，在宏觀上了解到了火災(zāi)監(jiān)測控制系統(tǒng)的國內(nèi)外研究現(xiàn)狀及發(fā)展方向。對火災(zāi)監(jiān)測控制系統(tǒng)的設(shè)計要求進(jìn)行了理論分析，并對其總體方案進(jìn)行了詳細(xì)的闡述。設(shè)計了火災(zāi)監(jiān)測控制系統(tǒng)的基于傳感器的檢測節(jié)點及控制硬件，主要包括電源模塊(Powersupplymodule)、單片機模塊(singlechipmicrocomputermodule)、DS18B20溫度檢測模塊(DS18B20temperaturedetectionmodule)、按鍵控制模塊(buttoncontrol等，并詳細(xì)分析了各電路的工作原理?；馂?zāi)監(jiān)測控制系統(tǒng)設(shè)計采用C語言編程，并且火災(zāi)監(jiān)測控制系統(tǒng)各功能模塊的軟件實現(xiàn)方法，并進(jìn)行了主要實現(xiàn)和各個功能模塊的程序流程圖。本論文從總體方案設(shè)計，硬件方案設(shè)計，軟件方案設(shè)計等三個方面完整的設(shè)計了火災(zāi)監(jiān)測控制系統(tǒng)，并在理論上對該系統(tǒng)進(jìn)行了分析，論文的章節(jié)結(jié)構(gòu)如下：第一章，緒論。主要介紹了本設(shè)計論文的研究背景及意義以及國內(nèi)外的研究現(xiàn)狀，并且探討了本論文的總體研究內(nèi)容，以及本論文的組織結(jié)構(gòu)。第二章，總體方案設(shè)計。由于系統(tǒng)的復(fù)雜性，在這章對火災(zāi)監(jiān)測控制系統(tǒng)作一個總體的設(shè)計方案介紹，使全文更加清晰明了。第三章，硬件方案設(shè)計。在總體方案設(shè)計的基礎(chǔ)上，具體設(shè)計了一套硬件電路，并對各個電路的工作原理進(jìn)行了詳細(xì)的說明和分析。第四章，軟件方案設(shè)計。在硬件方案設(shè)計的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步的進(jìn)行軟件方案的設(shè)計，它主要是為了保障火災(zāi)監(jiān)測控制系統(tǒng)的可靠性和及時性。第五章，調(diào)試方案設(shè)計。為了保證火災(zāi)監(jiān)測控制系統(tǒng)的可靠性和及時性，對該系統(tǒng)進(jìn)行大量的模擬調(diào)試，主要分為目測、萬能表檢測、充電檢查、聯(lián)機檢查。第六章，總結(jié)和提升。對本次畢業(yè)設(shè)計做的工作和取得的成果進(jìn)行總結(jié)，討論本設(shè)計在其他方面和領(lǐng)域還可以進(jìn)行的研究和工作。1.5本章小結(jié)本章主要從研究背景及意義、國內(nèi)外研究現(xiàn)狀、論文的研究內(nèi)容和組織形式等四個方面進(jìn)行闡述，本章是本論文的基石部分，下一章將詳細(xì)介紹火災(zāi)監(jiān)測控制系統(tǒng)的總體方案設(shè)計。12總體方案設(shè)計該系統(tǒng)的傳感器方面，主要使用煙霧傳感器裝置和溫度傳感器裝置，它們能檢測出周圍環(huán)境的煙霧濃度和溫度，并具有報警通知功能。系統(tǒng)最基本的組成部分包括：單片機核心控制反應(yīng)電路、AD轉(zhuǎn)換電路、數(shù)值顯示電路、報警通知處理電路等。該系統(tǒng)要求設(shè)計的報警器能夠顯示報警狀態(tài)。其中，報警裝置采用延遲的工作方式，以STC89C52單片機為控制核心，利用MQ-2型半導(dǎo)體氣體煙霧傳感器獲取相關(guān)煙霧濃度的信息，利用溫度傳感器獲取相關(guān)溫度的信息，配合相關(guān)電路組成報警系統(tǒng)。該系統(tǒng)的總體方案設(shè)計包括硬件方案設(shè)計和軟件方案設(shè)計。總體方案主要部分如下圖所示。圖1.1顯示了電路的總體設(shè)計框圖：51系列的STC89C52單片機是最終采用方案。首先檢測模塊將煙霧濃度和溫度轉(zhuǎn)換為電子信號，然后發(fā)送模擬信號給AD采集電路。最后通過軟件控制等環(huán)節(jié)，在單片機中實時發(fā)出煙霧和溫度報警狀態(tài)的異常報警信號，帶動風(fēng)扇轉(zhuǎn)動的同時也會帶動報警器和指示燈?；馂?zāi)監(jiān)測控制系統(tǒng)的原理是基于當(dāng)煙霧濃度或溫度達(dá)到設(shè)定值時，由ADC0832對煙霧傳感器和溫度傳感器感應(yīng)到的信號進(jìn)行處理模塊轉(zhuǎn)換，然后由單片機對其進(jìn)行處理，喇叭發(fā)出蜂鳴聲，同時風(fēng)扇啟動，旋轉(zhuǎn)排煙。23硬件方案設(shè)計可編程性強。因此，對于監(jiān)測系統(tǒng)，這類單片機是最理想的，本設(shè)計選用STC89C52。下標(biāo)準(zhǔn)功能：8k字節(jié)的Flash,256字節(jié)的RAM,32位I/0口線，2個數(shù)據(jù)指針，3個未找到引用源。(1)電源引腳Vcc和Vss。1.Vcc(40腳):電源端為+5V。2.Vss(20腳):接地端。(2)時鐘電路管腳XTAL1和XTAL2。XTAL2:連接晶片外的晶體引線。在采用芯片內(nèi)時鐘時，兩個引線端分別連接石英晶體和電容錯誤!未找到引用源。XTAL1:連接電容器端口。這是芯片內(nèi)部振蕩電路的反相放大器的輸入端。如果使用外部時鐘，則可以將其接地錯誤!未找到引用源。(3)控制信號腳RSTALEPSEN和EA。3復(fù)位操作錯誤：未找到引用源ALE/PROG(30針):地址鎖存器允許信號處理。在STC89C52上電正常工作后，ALE針持續(xù)輸出正脈沖信號。錯誤!未找到引用源。PSEN(29腳);外部程序存儲器中的開關(guān)信號。在從外部程序存儲器取指令的過程中，每臺機器運行兩次PSEN,但是在訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時，這兩個有效的PSEN信號并沒有顯示出來錯誤!未找到引用源。引腳RXD(作為輸入口)TXD(作為輸出口)INTO(作為外部中斷0) INT1(作為外部中斷1)TO(作為定時器0外部中斷)T1(作為定時器1外部中斷) WR(作為存儲器寫選通)RD(作為存儲器讀寫通)EA/VPP(31腳):當(dāng)EA處于低電流狀態(tài)時，無論是否有內(nèi)部程序存儲器，外部程序存儲器地址都是(0000H-FFFFH)。在FLASH編程過程中，該針還被用來安裝12V編(4)I/O(PO,P1,P2,P3的輸入/輸出端口)PO口：PO口是一種開漏極的8位準(zhǔn)雙向I/O口。P1口：8位準(zhǔn)雙向I/O口。P2口：即可做地址總線輸出地址高8位，或正常I/O使用。P3口：雙功能口，即可做普通I/O口使用。單片機的最小系統(tǒng)非常重要，它是單片機能正常工作的前提，如下圖3.1。4該單片機最小系統(tǒng)由單片機部分、復(fù)位電路部分和時鐘電路部分組成。微控制器內(nèi)部有一個高增益反相放大器，構(gòu)成一個振蕩器。使用P1端口P1.0。P1.3設(shè)置四個獨立按鍵S2~S5。當(dāng)按下按鈕時，端口P1上的相應(yīng)引腳變?yōu)榈碗娖?，此時與按鈕相連的發(fā)光二極管將會亮起。振的振蕩頻率為12MHz,則振蕩周期為1/12us。內(nèi)置時鐘電路，如下圖3.1.1所示。它采用上電自復(fù)位電路，如下圖3.1.2所示。EE3.2檢測電路設(shè)計(1)煙霧傳感器介紹煙霧感應(yīng)電路是測量儀器和控制系統(tǒng)的重要組成部分，煙霧探測器的主要功能是完5成對煙霧警報信號的采集。煙霧探測器將氣體濃度的信息轉(zhuǎn)換為電信號，并根據(jù)這些電信號的強度獲得待測氣體在環(huán)境中的狀態(tài)信息。對于檢測、監(jiān)控和報警功能，沒有準(zhǔn)確可靠的傳感器，就沒有準(zhǔn)確可靠的自動化檢測、控制和報警系統(tǒng)。煙霧傳感器是報警系統(tǒng)不可或缺的核心部件，決定了所采集的煙霧濃度信號的準(zhǔn)確性和可靠性。煙霧探測器從類型上來說是一種模擬探測器，即氣體探測器。將空氣中可燃?xì)怏w的濃度轉(zhuǎn)換為電信號，并通過A/D轉(zhuǎn)換電路將模擬量轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號量，并進(jìn)行密集數(shù)據(jù)處理的氣電轉(zhuǎn)換器。對于處理和報警控制，可以將空氣中煙塵濃度的變量轉(zhuǎn)換成具有特定對應(yīng)關(guān)系的輸出信號。煙氣傳感器監(jiān)測環(huán)境中煙氣的濃度并提供防火保護(hù)。當(dāng)感煙探測器遇到煙霧時，會隨著感煙探測器內(nèi)阻的變化產(chǎn)生并感應(yīng)一個模擬值。無論你做什么樣的煙霧探測器，國產(chǎn)產(chǎn)品都能以高靈敏度和易于安裝的方式探測到火災(zāi)的發(fā)生。但是，它們生產(chǎn)的設(shè)備是通用的、獨立的，因此不能相互交換或通信。用戶對許多制造商生產(chǎn)煙感元件的分類是根據(jù)組成煙感元件的物質(zhì)的形態(tài)，一般分為干式和濕式煙感元件，下面介紹一些常用的煙感元件。主要分為以下類型：1.半導(dǎo)體感煙傳感器2.觸點式燃燒式傳感器3.電化學(xué)傳感器4.聚合物煙霧傳感器5.E型離子感煙器(2)MQ-2型半導(dǎo)體感煙器MQ-2半導(dǎo)體傳感器是一種N型半導(dǎo)體氣敏元件，它以金屬氧化物SnO2為主體，在清潔空氣中具有較低的導(dǎo)電性。隨著煙氣濃度的增加，當(dāng)傳感器所在環(huán)境中存在煙氣時，傳感器的電導(dǎo)率會隨著煙氣濃度的增加而增加。當(dāng)設(shè)計警報時，只需用一個簡單的電路就可以把電導(dǎo)率的變化轉(zhuǎn)換成相應(yīng)于氣體濃度的輸出信號。這種傳感器具有一般半導(dǎo)體煙霧傳感器的高靈敏度，電導(dǎo)變化大，響應(yīng)和恢復(fù)時間短，抗干擾能力強，輸出信SnO2半導(dǎo)體氣敏元件(SnO2)主要特性有：SnO2材料具有優(yōu)良的物理和化學(xué)穩(wěn)定性。與其他類型的氣體傳感器相比，SnO2氣體傳感器具有更長的壽命、更高的穩(wěn)定性和更好的耐腐蝕性；SnO2氣體傳感器可逆檢測氣體，吸附/分離時間短，可長期連續(xù)使用；SnO2氣體傳感器結(jié)構(gòu)簡單，價格低廉，工作可靠，各方面性能表現(xiàn)良好。6半導(dǎo)體氣體煙霧傳感器MQ-2適用于檢測煙氣、天然氣、煤氣、氫氣、烷烴、汽油、煤油、乙炔、氨氣等可燃?xì)怏w(CH4、C4H10、H2很好的靈敏度，能在很寬的濃度范圍內(nèi)檢測多種可燃?xì)怏w，非常適用于家用漏氣報警裝置。它是一種非常方便攜帶的氣體探測儀器，非常適用于各種低成本的傳感器。它的個小技術(shù)指標(biāo)見下表。說明加熱電壓(Vh)回路電壓(Vc)負(fù)載電陰(R1)清潔空氣中電阻(Ra)靈敏度(S=Ra/Rdg)響應(yīng)時間(trec)恢復(fù)時間(trec)檢測范圍AC或DC5±0.2V最大DC24V≥4(在1000ppmC4H10中)≤30S2年傳感器的機理和結(jié)構(gòu)也因物理量和范圍的不同而不同。煙霧傳感器的輸出通常是模擬電信號。如果信號與A/D轉(zhuǎn)換器的輸入電平不匹配，則需要使用放大放大器，反之，如果信號與A/D轉(zhuǎn)換器的輸入電平匹配，則不需要使用放大放大器。因此，如果要將MQ-2半導(dǎo)體煙霧傳感器采集到的煙霧濃度的模擬信號傳輸?shù)絾纹瑱C控制器，需要將模擬信號轉(zhuǎn)換成A/D轉(zhuǎn)換器能夠識別的無線電信號并傳送它。77653B21C4||1041234456圖3.2.1煙霧濃度采集電路鐘進(jìn)行“預(yù)熱”。(3)煙霧檢測的AD采集電路3.2.2溫度檢測電路準(zhǔn)確、耐高壓等特性。但是，使用起來比較復(fù)雜。換時間、傳輸距離、分辨率等方面均表現(xiàn)優(yōu)異，為用戶提供更方便、更滿意的測量結(jié)果。感器網(wǎng)絡(luò)，為系統(tǒng)的建立與組合提供了可能。與其它溫度傳感器相比，該傳感器在溫度8溫度傳感器高溫觸發(fā)器TH和單線接口配制寄存器存儲器與控制邏輯低溫觸發(fā)器TL高速緩存電源檢測DS18B20其內(nèi)部主要由四部分組成：64位光刻ROM,溫度傳感器，不揮發(fā)性溫度報底視987DS18B20的引腳說明如下：9DS18B20采用數(shù)碼管顯示，通過C語言編程實現(xiàn)系統(tǒng)各項功能，使DS18B20成為冷藏溫度監(jiān)測報警器系統(tǒng)，我會的。溫度測量，設(shè)置上下限溫度報警值。使用Keil進(jìn)行編程溫度最大轉(zhuǎn)換時間/ms009011011DS18B20傳感器在收到溫度轉(zhuǎn)換命令時開始轉(zhuǎn)換，如表3.4所示。轉(zhuǎn)換完成后，溫度值以16位有符號二進(jìn)制補碼擴展格式存儲在1,2字節(jié)快速臨時存儲器中。單片C/LSB并計算相應(yīng)的溫度。如果符號位S=0,則二進(jìn)制系統(tǒng)直接轉(zhuǎn)換為十進(jìn)制系統(tǒng)。如果S=1,則將補碼轉(zhuǎn)換為原始碼，然后計算十保留保留保留8位CRC當(dāng)它完成溫度轉(zhuǎn)換后，溫度值與TH、TL內(nèi)儲存的觸發(fā)值比較有8位，因此在比較時忽略0.5℃位。最大有效位TH或TL直接對應(yīng)于6位符號位。若測溫得到的結(jié)果高于TH或低于TL時，設(shè)備內(nèi)部報警標(biāo)志將被放置。這個標(biāo)志在每次在測量溫度的同時，可以將多個DS18B20并聯(lián)。當(dāng)某一溫度超過某一限(2)DS18B20具體參數(shù)及工作方式DS18B20的部分溫度轉(zhuǎn)換值如表3.5所示溫度輸入(2進(jìn)制)輸出(16進(jìn)制)+10.125℃-0.5℃(3)接口電路DS18B20有6條控制命令：溫度轉(zhuǎn)換44H啟動DS18B20溫度轉(zhuǎn)換，BEH讀取寄存復(fù)制暫存器48H,將暫存器TH和TL字節(jié)寫入E2RAM,重新調(diào)整E2RAMB8H,將E2RAMTH和TL字節(jié)寫入臨時文件TH和TL字節(jié)，設(shè)置功耗模式B4H。讀取并引導(dǎo)DS18B20發(fā)送到下一個電源模式信號。本設(shè)計采用DS18B20供電方式的功耗模式。3.3顯示和報警電路設(shè)計3.3.1顯示電路顯示電路使用用的4位陰極數(shù)碼管，其中數(shù)碼管由單片機控制，4位不同顯示，P2.4～P2.7是必須選擇的，P0.0～P0.7是不必須選擇的。如上圖所示。煙霧濃度顯示的前兩位數(shù)字表示0°~9°的溫度范圍，后兩位數(shù)字表示0°~99°的溫度范圍。3.3.2報警電路三極管基極上面電路通過串聯(lián)一個電阻與單片機P3.6端口來實現(xiàn)控制喇叭是否鳴叫。蜂鳴警報電路圖如下圖。蜂鳴器此外，三極管基極上串聯(lián)一個電阻與單片機P3.6端口相連，來控制風(fēng)扇是否轉(zhuǎn)動排煙。風(fēng)扇的轉(zhuǎn)動電路圖見圖3.3.2。RMR19R風(fēng)扇如上圖，一共有四個按鍵。即一個設(shè)置鍵，可以進(jìn)入設(shè)置狀態(tài)。一個加鍵，進(jìn)行數(shù)值的增加。一個減鍵，進(jìn)行一個數(shù)值的減少。一個立即報警鍵，可以再遇到緊急情況時，按下它，喇叭會立即蜂鳴，并且風(fēng)扇同時轉(zhuǎn)動排煙。3.5本章小結(jié)本章是本論文的硬件設(shè)計部分，主要從控制模塊、檢測電路模塊、顯示和報警電路模塊以及控制按鍵電源電路模塊進(jìn)行闡述，這一章設(shè)計非常多的電路圖和原理圖，是需要重點研究的內(nèi)容。下一章將詳細(xì)介紹火災(zāi)監(jiān)測控制系統(tǒng)的軟件方案設(shè)計。4軟件方案設(shè)計MQ-2有一段時間沒有上電，所以需要先先開啟一段時間進(jìn)行初始化。程序初始化完成后，傳感器進(jìn)行預(yù)熱處理，然后進(jìn)行信號采集，并通過AD轉(zhuǎn)換，進(jìn)行單片機判定處理，最后才會進(jìn)入報警子程序。下圖是總體系統(tǒng)設(shè)計的流程圖。YNADC0832的轉(zhuǎn)換過程對整個系統(tǒng)的運行過程進(jìn)行分析處理，判斷系統(tǒng)是否發(fā)出告警。主程序包括LED8段數(shù)碼管密度字符顯示功能、手動報警功能、報警濃度設(shè)置功能、中斷子程序等，使報警功能更加完善、方便。預(yù)熱后，程序?qū)⒈怀跏蓟?。接下來，定時器0中斷使能位1,定時器0開啟，蜂鳴器關(guān)閉，綠燈亮，報警限制設(shè)置。4.2濾波設(shè)計在信號采集過程中，傳感器會遇到一些脈沖干擾現(xiàn)象。這種干擾通常會影響單個采樣點的數(shù)據(jù)，導(dǎo)致數(shù)據(jù)與其他采樣點的數(shù)據(jù)存在顯著差異。對于這種問題，大致的解決方法是使用中值均值濾波先比較X個樣本數(shù)據(jù)，去掉最大值和最小值，然后對剩下的X-2個樣本數(shù)據(jù)進(jìn)行算術(shù)運算，可以計算出平均值。流程如圖4.2所示，開始設(shè)置采樣次數(shù)N=10,然后調(diào)用AD采樣，如果采用已經(jīng)達(dá)到10次，則對這10次的采樣數(shù)值進(jìn)行排序，并且得到2到9采樣值的和，得到和之后，將其除以8,最后將得到的值寫入寄存器中。這種方法可以消除脈沖干擾和小的隨機干擾。能夠保證了報警裝置對煙霧濃度檢測的準(zhǔn)確性，減少了誤報的可能性。求2到9采樣值的和4.3線性化處理設(shè)計應(yīng)用于火災(zāi)監(jiān)測控制系統(tǒng)時，必須進(jìn)行靜態(tài)校準(zhǔn)，得到測量信號之間關(guān)系的輸出曲線，作為測量的度量標(biāo)準(zhǔn)。然而，在校準(zhǔn)過程中，輸出曲線往往不是一條理想的直線。因此，將校準(zhǔn)曲線線性化并用匹配線代替輸出曲線是智能電表的典型特征。警報主要用于檢測煙霧和溫度。軟件線性化后，基于傳感器對煙霧和溫度的響應(yīng)曲線。對于MQ-2傳感器，當(dāng)煙霧濃度的增加，其阻值減小，MQ-2傳感器的輸入電壓降低。所以電壓值與煙霧濃度呈非線性關(guān)系。為了實時顯示廢氣濃度，需要對廢氣濃度進(jìn)行線性化處理。根據(jù)校準(zhǔn)曲線的形狀和單片機的處理能力，在誤差范圍內(nèi)將其分成若干小段，對每個小段進(jìn)行線性化處理錯誤：未找到引用源。。4.4報警設(shè)計報警大致思路為，在煙霧濃度和溫度超過設(shè)定值時，報警器發(fā)出近似于警笛的呼嘯聲，同時風(fēng)扇轉(zhuǎn)動，相應(yīng)指示燈亮起，進(jìn)而提示操作人員采取安全措施或自動控制相關(guān)安全裝置，以保證生命財產(chǎn)安全，可以很大程度的避免火災(zāi)事故的發(fā)生。為了防止誤報，在報警程序的設(shè)計上，采用了煙霧濃度和溫度的快速重復(fù)檢測和延遲報警兩種方法，這樣可以很大程度的避免誤報。具體流程見圖4.4。讀取處理后的N是否大于20%NY延遲20秒采集N圖4.4報警流程圖4.5按鍵控制設(shè)計本系統(tǒng)采用自鎖復(fù)位開關(guān)的方式進(jìn)行調(diào)整設(shè)置值，從而再達(dá)到超出設(shè)定值時能觸發(fā)報警功能，按鍵處于活躍狀態(tài)，開始掃描鍵值，當(dāng)有鍵值按下時，則觸發(fā)10ms抖動，否則繼續(xù)進(jìn)行掃描檢測。當(dāng)抖動過后，還是有鍵值按下，則會獲取鍵值，然后調(diào)用鍵盤子程序。其按鍵控制設(shè)計流程圖如圖4.5所示。NY延時10ms去抖動N圖4.5按鍵控制流程圖4.5本章小結(jié)本章是本論文的軟件設(shè)計部分，主要包括總體系統(tǒng)的設(shè)計、濾波設(shè)計、線性化處理設(shè)計、報警設(shè)計以及按鍵控制設(shè)計等幾個方面進(jìn)行對軟件部分的設(shè)計。通過本章，對整個系統(tǒng)有一個較為完善的軟件實現(xiàn)，能實現(xiàn)所需要的功能，并且按照流程圖，能更加可視化、精確化的繪制相關(guān)圖。下一章將詳細(xì)介紹火災(zāi)監(jiān)測控制系統(tǒng)的調(diào)試方案設(shè)計。5調(diào)試方案設(shè)計總體調(diào)試方案主要分為以下部分：1.感官上的測量。即憑借經(jīng)驗和實際物品進(jìn)行測量。因為單片機系統(tǒng)的電路都是手工焊接，所以每一個焊接點都要仔細(xì)檢查并且核對，著重檢查是否存在虛焊2.使用儀器測試。即使用萬用表檢查目測可疑的連接或連接點，看是否符合系統(tǒng)設(shè)計要求，然后用萬用表檢查電源和地面有無短路等現(xiàn)象。3.使用加電檢測。當(dāng)系統(tǒng)加上電后，首先就是要檢查所有插座或裝置的插頭的電源端，是否有符合要求的電壓值，接地端的電壓值是否接近于零，接通固定電平的插頭端的電平。4.使用在線測試。在硬件電路的調(diào)試過程中，也遇到了不少的問題，第一次焊完所有的元件后，都要進(jìn)行調(diào)試，才能發(fā)現(xiàn)正負(fù)極的插針離得太近，難以接通電源，這些錯誤本來就不該發(fā)生，這些都是自己的疏忽造成的，因此說做任何事情都要“三思而后行”,不要有半點馬虎，否則會浪費時間和精力。最后，經(jīng)過多次和多步驟的測試，實現(xiàn)的功能主要有：1.可設(shè)定報警值，可進(jìn)行立即緊急報警，也可手動取消立即緊急報警，可按應(yīng)急報警鍵進(jìn)行報警，并具有斷電保存，設(shè)定參數(shù)保存于單片機EEPOM內(nèi)。2.探頭檢測到火災(zāi)報警，信號經(jīng)ADC0832處理后轉(zhuǎn)換成單片機處理，當(dāng)檢測到濃度超標(biāo)時，蜂鳴器發(fā)出嘀嗒聲，同時風(fēng)扇旋轉(zhuǎn)。3.同時，該系統(tǒng)還可以探測到火災(zāi)發(fā)生時，環(huán)境溫度會隨之升高。如果發(fā)現(xiàn)溫度超過了設(shè)定的報警溫度，蜂鳴器也會發(fā)出報警信號，同時風(fēng)扇轉(zhuǎn)動。4.系統(tǒng)按鍵操作非常方便，進(jìn)入設(shè)定界面后，如果不按按鈕的狀態(tài)過了30秒后，系統(tǒng)也會自動退出設(shè)定界面。經(jīng)過多次和多步驟的測試和不斷的調(diào)試，很好的達(dá)到了設(shè)計要求，具備火災(zāi)監(jiān)測控制，能很好的完成使命。本章主要是對整個系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)試，主要分為目測、萬用表檢測、充電檢測、在線聯(lián)機檢測等四個部分，調(diào)試過程會發(fā)現(xiàn)很多問題，通過一步一步的排查，最終還是得到了解決。6論文總結(jié)本篇論文在深入研究煙霧傳感器及報警技術(shù)的基礎(chǔ)上，綜合比較了國內(nèi)外同類產(chǎn)品的技術(shù)特點，合理確定了系統(tǒng)的設(shè)計方案。同時，對儀器的總體設(shè)計和各部分進(jìn)行了詳細(xì)的分析和設(shè)計。本次設(shè)計的煙霧溫度火災(zāi)報警系統(tǒng)，主要由煙霧信號采集電路，溫度信號采集電路和單片機控制電路幾大部分所組成。我之所以選擇MQ-2型半導(dǎo)體電阻式煙霧傳感器，是因為這個傳感器在較寬的較寬的濃度范圍內(nèi)對可燃?xì)怏w有良好的靈敏度，其中，對液化氣，丙烷，氫氣的識別靈敏度較高，可以有效地，及時的監(jiān)測。并且它的使用壽命較長，成本相比于其他煙霧傳感器也很低，不管是在家庭還是工業(yè)中都有很好的性價比。而作為溫度傳感器的DS18B20,我選擇它的原因是：體積很小，在很多場合都適合使用。并且，它的靈敏度也很高，可以及時監(jiān)測溫度的變化，同時也具有干擾能力強精度高的優(yōu)點。而且接線方便，在封裝之后適用很多場合。STC89C52單片機芯片具有高性能的特點，充分利用系統(tǒng)的高速數(shù)據(jù)處理能力和豐富的片內(nèi)外設(shè)，實現(xiàn)儀器的小型化、智能化。該儀器具有結(jié)構(gòu)簡單，性能穩(wěn)定，體積小，價格低廉等優(yōu)點。因為煙感傳感器需要在加熱狀態(tài)下工作，溫度越高，反應(yīng)速度越快，反應(yīng)和恢復(fù)時間越短。為了加快傳感器的響應(yīng)時間，并且保證傳感器能夠準(zhǔn)確、穩(wěn)定的工作，需要對煙霧傳感器連續(xù)提供5V加熱電壓。煙幕報警裝置可以在很寬的溫度范圍內(nèi)工作，煙幕濃度顯示采用LED數(shù)碼管。在煙氣濃度達(dá)到設(shè)定值時，進(jìn)行報警。本次設(shè)計的煙霧溫度報警系統(tǒng)以單片機為核心，可通過監(jiān)測周圍環(huán)境的煙霧濃度或者是環(huán)境溫度，只要是其中一個超過預(yù)設(shè)的值，就可以燈光，聲音報警，并且可以自動開啟風(fēng)扇進(jìn)行排煙功能，可以有效幫助火災(zāi)中的人群脫離危險。本報警器電路結(jié)構(gòu)簡單，維護(hù)相對容易，成本低，實現(xiàn)了煙霧和溫度的實時監(jiān)測，可以適用于居家家庭，工廠，人群密集的商場。但是也存在跟多不足，比如只能實現(xiàn)了排煙的功能，并不能對火情有很好的控制。因此，此系統(tǒng)還有很大的提升、改善空間[2].張毅坤等.單片微型計算機原理及應(yīng)用.西安電子科技大學(xué)出版社，2006.[3].潘新民等.微型計算機控制技術(shù).電子工業(yè)科技大學(xué)出版社，2003.[4].陳偉.MCS一52系列單片機實用子程序集錦.清華大學(xué)出版社，1993.[5].吳佑壽.LabVIEW7實用教程.電子工業(yè)出版社，2007.[9].劉豐年.單片機技術(shù)在物聯(lián)網(wǎng)電子產(chǎn)品中的應(yīng)用分析[J].信息與電腦(理論版),2018(08):169-173.[10].葉充.火災(zāi)自動報警及消防聯(lián)動控制設(shè)計芻議[J].建筑電氣，2015,10:30-35.[12].嚴(yán)格非.現(xiàn)代單片機技術(shù)的進(jìn)展[J].中國新通信，2018,20(08):237.[13].劉迎春.傳感器原理設(shè)計及應(yīng)用.哈爾濱工業(yè)大學(xué)出社，2006.[14].趙負(fù)圖.數(shù)據(jù)采集與控制系統(tǒng).北京科學(xué)技術(shù)出社，1987.[15].王若鯨.數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)入門.人民郵電出版社，[17].劉廣玉.新型傳感器技術(shù)及應(yīng)用.北京航空航天大學(xué)出版社，1989.[18].張毅剛.MCS一52單片機應(yīng)用設(shè)計，1990.[19].何立民.單片機實用文集.北京航空航天大學(xué)出版，1993.[20].余成波.傳感器與自動檢測技術(shù).高等教育出版社，2004.[21].胡偉，季曉衡.單片機C程序設(shè)計及應(yīng)用實例[M].人民郵電出版社，2003-07[22].張福學(xué).現(xiàn)代傳感器電路[M].中國計量出版社，2000[26].胡克滿，胡海燕.虛擬現(xiàn)實與仿真技術(shù)在單片機技術(shù)課程教學(xué)中的應(yīng)用研究[J].模具工[27].馮亞軍.單片機技術(shù)在電氣傳動系統(tǒng)中的應(yīng)用[J].現(xiàn)代制造技術(shù)與裝備，2017(03):160-161.[28].HuiWang.OptimalDesigbasedonSignalVerificationTechnology[J].InternationalJournalofIntelligentInforManagementScience,2020,[29].PhilipJ.Basford,StevenJ.JoPezaros,RobertD.Mullins,EikoYoneki,JeremySinger,SimonJ.Cox.Performcomputerclusters[J].FutureGene[30].Computers;ReportsfromUniversit(PerformanceAnalysisofSingleBoarCommunications,2020.[31].YunyuCao,JinjinDanofScientificResearchandReports,2019.BoardComputerArtificialNeuralNetworksforSmartSystems[J].InternationalJ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