基于STC89C52的室内火、气安全检测装置

1、 制作和调试（50分）设计报告（50分）评 定 等 级指 导 教 师湖州师范学院求真学院信息与工程系系统设计与实践总结报告题目：基于STC89C52的室内火、气安全检测装置专 业 电子信息工程 班 级 102834 姓 名 杨速杰 学 号 11 指导教师 胡文军、蔡志端 信息与工程系2012年11月25日参考文献4一、 系统总体设计方案5方案论证与选择51.1 输入模块51.2 温度传感器模块51.3 显示模块51.4 报警电路61.5 烟雾报警器电路6二、STC89C52的室内火、气安全检测装置的硬件结构设计62.1 DS18B20工作原理7三、软件系统分析与设计111.主程序112.读出温

2、度子程序113.温度转换命令子程序124.计算温度子程序135.显示数据刷新子程序13附录一：原理图14四、 系统仿真调试与参数测量16五、课程设计总结17课程设计任务书设计题目基于STC89C52的室内火、气安全检测装置设计类型应用型指导老师胡文军/蔡志端主要内容及目标使用温度传感器和烟雾传感器把环境温度和烟雾的浓度情况检测出来，再采用单片机进行温度的显示和烟雾显示，可设置温度报警和烟雾报警。要求进行硬件、软件系统设计。要求：位温度的显示；设置报警温度；烟雾报警。设计条件需要购买单片机、传感器.、蜂鸣器、电容电阻等电子元件一批。计划学生数任务参与人数1人独立完成计划设计进程1、第一阶段指导老

3、师给出课题并做了基本分析。2、第二阶段画出设计框图，制定设计方案3、第二三阶段电路调试和完善，同时编写设计报告参考文献参考文献1李光飞 ，楼苗然主编.51系列单片机.北京：北京航空航天大学出版社，20032 孙江宏、李良玉等Protel99电路设计与应用机械工业出版社200323 康华光 .邹寿彬. 电子技术基础（数字部分）M. 高等教育出版社. 1998.74 张毅刚. 单片机原理及应用M. 高等教育出版社. 20035 陈步月. 基于单片机的测试技术原理与应用M. 机械工业出版社. 2007.31、 系统总体设计方案方案论证与选择1.1 输入模块方案一：使用四个独立按键 这是最简单的按键模

4、块但是占用I/O口的数量太多。方案二：使用矩阵按键。选择方案一，对本设计来说选择方案一较简单 而且对设计没有影响。1.2 温度传感器模块方案一：用模拟温度传感器，比如普通的热敏电阻。热敏电阻的温度特性曲线是一条指数曲线，非线性度较大，因此在使用时要进行线性化处理，线性化处理虽然能改善热敏电阻的特性曲线，但比较复杂。为此常在要求不高的一般应用中，作出在一定的温度范围内温度与阻值成线性关系的假定，才能简化计算。另外，温度与输出电压量是非线性的，读出的是模拟量，需要A/D转换器进行转换才能送给数码管显示，从而增加了软硬件的负担。 方案二：采用数字温度传感器DS18B20作为温度传感器模块，它具有独特

5、的单总线接口方式，需一根总线就能实现控制模块与DS18B20之间的半双工通信。DS18B20是集传感元件和转换电路于一体的小芯片上。另外，DS18B20也支持一线总线接口，测量温度范围为-55C+125C，在-10+85C范围内，精度为0.5C。现场温度直接以一线总线的数字方式传输，大大提高了系统的抗干扰性。适合于恶劣环境的现场温度测量，如：环境控制、设备或过程控制、测温类消费电子产品等。与前一代产品不同，新的产品支持3V5.5V的电压范围，使系统设计更灵活、方便，体积更小。 综上分析，DS18B20大大节约了I/O口资源，且在软件结构上省去建查找表这一繁琐的步骤，且它有精确的转换电路直接送出

6、直观的数据，并且DS18B20拥有较高的温度分辨率0.0625度（采用默认的12位时），在价格方面，单个DS18B20市场价7元，与热敏电阻加A/D转换器ADC0809的组合价格相差不大。用它作为本设计传感器模块最恰当不过，固选择方案二。1.3 显示模块方案一：用LCD显示，要用LCD显示，需要学习其专用的驱动控制芯片，比如HD61203，软件实现较为复杂，且LCD的价格昂贵。方案二：采用LED数码管并行动态显示，电路简单，同样的功率驱动下，显示亮度不及静态显示，且占用I/O口较多。方案三：采用LED数码管串行静态显示，仅占用控制器串口的两个I/O口，软件实现简单，显示亮度高，成本低。综上所述

7、，采用方案三串行静态显示是本设计最佳显示方案。LED数码管显示器由7个发光二极管组成，因此也称之为7段LED显示器，其排列形状如上。 1.4 报警电路充分利用最小系统板上资源，用蜂鸣器作报警提示音，为了使其更加可视化，再加个发光二极管，声光结合充分突出了紧急提示信号的特点。1.5 烟雾报警器电路 选择MQ-2价格便宜，接线简单。单片机STC89C52气体传感器MQ-2烟雾浓度显示器DS18B20温度传感器 温度按键 二、STC89C52的室内火、气安全检测装置的硬件结构设计元器件原理分析2.1 DS18B20工作原理DS18B20采用3脚PR-35封装或8脚SOIC封装，其内部结构框图如图3所

8、示。 64位ROM的位结构如图4所示。开始8位是产品类型的编号，接着是每个器件的惟一的序号，共有48位，最后8位是前面56位的CRC检验码，这也是多个DS18B20可以采用一线进行通信的原因。非易失性温度报警器触发器TH和TL，可通过软件写入户报警上下限。图4 64位ROM结构图DS18B20温度传感器的内部存储器还包括一个高速暂存RAM和一个非易失性的可擦除的EERAM。高速暂存RAM的结构为8字节的存储器，结构如图5所示。头2个字节包含测得的温度信息，第3和第4字节是TH和TL的拷贝，是易失的，每次上电复位时被刷新。第5个字节为配置寄存器，它的内容用于确定温度值的数字转换分辨率。DS18B

9、20工作时按此寄存器中的分辨率将温度转换为相应精度的数值。该字节各位的定义热图6所示。低5位一直为1，TM是测试模式位，用于设置DS18B20在工作模式还是在测试模式。在DS18B20出厂时该位被设置为0，用户不要改动，R1和R0决定温度转换得精度位数，即用来设置分辨率，定义方法见表1。图5 高速暂存RAM结构图图6 配置寄存器表1 DS18B20分辨率的定义规定 由于DS18B20单线通信功能是分时完成的,它有严格的时隙概念,因此读写时序很重要,系统对DS18B20的各种操作必须按协议进行.操作协议为:初始化DS18B20发ROM功能命令发存储器操作命令处理数据.图8 DS18B20测温原理

10、图 DS18B20可以采用两种方式供电,一种是采用电源供电方式,此时DS18B20的1脚接地,2脚作为信号线,3脚接电源.另一种是寄生电源供电方式,如图9所示.单片机端口接单线总线,为为保证有效DS18B20时钟周期内提供足够的电流,可用一个MOSFET管来完成对总线的上拉.图9 DS18B20采用寄生电源的电路图当DS18B20处于写存储器操作和温度A/D转换操作时,总线上必须有强的上拉,上拉开启时间最大为10us.采用寄生电源供电方式时Vdd和GND端均接地.由于单线制只有一根线,因此发送接口必须是三态的 图3 DS18B20内部结构图2.3 STC89C2 单片机89C51是一种高性能低

11、功耗的采用CMOS工艺制造的8位微控制器，它提供下列标准特征：4K字节的程序存储器，128字节的RAM,32条I/O线，2个16位定时器/计数器, 一个5中断源两个优先级的中断结构，一个双工的串行口, 片上震荡器和时钟电路。STC89C52管脚功能图2.4 信号调理及放大整形模块, LM358芯片 LM358 内部包括有两个独立的、高增益、内部频率补偿的双运算放大器，适合于电源电压范围很宽的单电源使用，也适用于双电源工作模式，在推荐的工作条件下，电源电流与电源电压无关。它的使用范围包括传感放大器、直流增益模块和其他所有可用单电源供电的使用运算放大器的场合。特性：内部频率补偿直流电压增益高(约1

12、00dB)单位增益频带宽(约1MHz)电源电压范围宽：单电源(330V)；双电源(1.5 一15V)低功耗电流，适合于电池供电，低输入偏流低输入失调电压和失调电流共模输入电压范围宽，包括接地差模输入电压范围宽，等于电源电压范围输出电压摆幅大(0 至Vcc-1.5V)2.5 气体传感器MQ-2MQ-2气体传感器所使用的气敏材料是在清洁空气中电导率较低的二氧化锡(SnO2)。当传感器所处环境中存在可燃气体时，传感器的电导率随空气中可燃气体浓度的增加而增大。使用简单的电路即可将电导率的变化转换为与该气体浓度相对应的输出信号。MQ-2气体传感器对液化气、丙烷、氢气的灵敏度高，对天然气和其它可燃蒸汽的检

13、测也很理想。这种传感器可检测多种可燃性气体，是一款适合多种应用的低成本传感器。 部件材料1气体敏感层二氧化锡2电极金（Au）3测量电极引线铂（Pt）4加热器镍铬合金（Ni-Cr）5陶瓷管 三氧化二铝6防爆网100目双层不锈钢（SUB316）7卡环镀镍铜材（Ni-Cu）8基座胶木或尼龙9针状管脚镀镍铜材（Ni-Cu）MQ-2气敏元件的结构和外形如图2-3-1所示(结构 A 或 B), 由微型Al2O3陶瓷管、SnO2 敏感层,测量电极和加热器构成的敏感元件固定在塑料或不锈钢制成的腔体内，加热器为气敏元件提供了必要的工作条件。封装好的气敏元件有只针状管脚，其中个用于信号取出，个用于提供加热电流。基

14、本电路如图2-3-2。图2-3-1 结构和外形图2-3-2 MQ-2基本电路三、软件系统分析与设计统程序主要包括主程序,读出温度子程序,温度转换命令子程序,计算温度子程序,显示数据刷新子程序等等.1.主程序主程序的主要功能是负责温度的实时显示,读出并处理DS18B20的测量温度值,温度测量1s进行一次,其程序流程图见图10.2.读出温度子程序读出温度子程序的主要功能是读出RAM中的9个字节,在读出时需进行CRC校验,校验有错时不进行温度数据的改写.其程序流程图如图11所示.图10 DS18B20温度计主程序流程图图11 读出温度子程序流程图3.温度转换命令子程序 温度转换命令子程序主要是发温度

15、转换开始命令,当采用12分辨率时转换时间为750ms,在本程序设计中采用1s显示程序延时法等待转换的完成.温度转换命令子程序流程图如图12所示 .图12 温度转换命令子程序流程图4.计算温度子程序计算温度子程序将RAM中读取值进行BCD码的转换运算,并进行温度值正负的判断,其程序流程图如图13所示.图13 计算温度子程序流程图5.显示数据刷新子程序显示数据刷新子程序主要是对显示数据进行刷新操作,当最高显示位为0时将符号显示位移入下一位.程序流程图如图14所示. 图14 显示数据刷新子程序流程图附录一：原理图4、 系统仿真调试与参数测量调试：1、 万用表测量元器件电阻值和电容值测量前要机械调零选

16、择合适的量程，先选大，后选小量程或看铭牌值估算。当使用最小量程测量，其读数还不明显时，可将被测导线绕几匝，匝数要以钳口中央的匝 数为准，则读数=指示值量程 / 满偏匝数测量时，应使被测导线处在钳口的中央，并使钳口闭合紧密，以减少误差。测量完毕，要将转换开关放在最大量程处。 2、Proteus 软件a原理布图bPCB自动或人工布线cSPICE电路仿真3、Protel99SE用Protel99SE设计软件完成电路原理图设计，印制电路板设计。故障分析与排除1、信号输出不满足要求，调节RP，使其满足要求。2、报警时有光无声音或声音嘶哑当传感器报警时出现有光或声音嘶哑现象时，首先应检查蜂鸣器的连接有无断线，如无断线则属蜂鸣器故障。处理方法：可先用橡胶等弹性物对蜂鸣器片予以衬垫以排除嘶哑现象。如不行，则更换蜂鸣器片。3、报警时无光无声如传感器显示已达报警值但传感器仍无光无声，经检查确定报警灯连接线无断线时，请检查传感器电路板上的集成器件，必要时予以更换。五、课