【基于单片机的无线家用多功能报警器设计7400字（论文）】

第1章概述1.1设计背景在现在的生活中，自身安全是每个人第一要守卫的东西，如果自己遭到危险，就没有办法为社会贡献出自己的力量。危及到日常生活安全的常见问题有火灾烟雾、入室盗窃，每天消防员都需要外出紧急救火，每天警察局都会需要处理由于入室盗窃或抢劫产生的事件。所以此次我想根据这两方面，进行一个单片机的设计。烟雾在日常生活中处处可见，它产生于燃烧之后。如果浓度超标，很可能使人中毒甚至窒息死亡，还会污染空气，危及到动物和植物的生存环境，城市经济也会停滞，长期积累甚至会影响人类后代的生活。根据这些情况，我认为预防和实时监测烟雾的浓度，并通过及时的预警采取相应的措施来应对解决危险的发生，这对每个人来说都十分紧迫，更是十分重要。如今烟雾排放主要发生在燃烧大量可燃物、煤炭的同时，大多数车辆在行驶过程中也需要排放烟雾。尽管全世界都提倡节能和减排，不过由于生活节奏越来越快，汽车已经越来越流行，每户一辆几乎已经成为了标配，出行的使用率非常高，路上也频遇堵车塞车。这个现状虽然代表了如今每个城市的经济都越来越发达，人民生活水平越来越高，但也提醒着我们每个人过着低碳，生态友好的生活的重要性。当今政府为了响应绿色生活的号召，出台了对摩托车甚至汽车的限制，公共交通和共享自行车也非常普及，每个城市都正在想各种方式控制烟雾排放并降低大气中烟雾浓度。如果当烟雾的浓度超过一定值，必然会引起人中毒。因为烟雾能够进入人体血液，然后与人体血液中的血红蛋白发生反应。血红蛋白向身体的运输氧气受到阻碍。向人体提供的氧气不足，人体就会受到伤害。从上面的叙述中我们可以发现，烟雾对日常生活的影响非常大，我们不仅需要使用烟雾，也需要防范烟雾的高浓度。因此，设计出一种能够在人们所处环境中检测到烟雾浓度并在超出我们设定的安全值时及时发出警报的产品是非常有必要的。这可以提醒人们及时采取行动去避免火灾、中毒这些突发事件，这种产品对社会的经济提高也能起到作用。1.2研究内容及预期目标这款设计主要是用于家庭生活的智能化辅助工具，当在室内发现火灾、在外出时家里有人进入，它就会自动发出警报。它还具有液晶显示和声音报警以及发送短信的功能。关于火灾的报警器早已被开发来保护我们的生命和家庭及个人财产，很久以前的人们从来没有得到过这种保护，以前，由于全球贫困，火灾报警器只会出现在干燥或易燃物多的工厂中，在平民百姓家却无法预防火灾带来的伤害。时至今日，今非昔比，逐渐富裕小康的人民意识到这个问题越来越重要，因为现在的人们大多生活在很高的楼层，发生火灾时不容易谨慎逃脱，所以人们会使用到报警器来预防和提醒，并且在楼道里都会安置消防通道和消防栓，事发时可以用来消灭火源。无论社会的生产力到何阶段，生命永远是每个人最珍贵的财产，所以设计出可以保护人类生命安全的报警器显得尤为重要。此次的设计能够检测出烟雾浓度，同时显示屏上会有烟雾值的数值显示，如果观测值高于控制值，将发出警告信号。此设计完成了实物的制作，绘制PCB板和焊接工作，设计包括LM393修改器，警告设备等。1.3材料的总体设计该设计采用51单片机作为最主要的核心芯片进行控制，可称为单片机的最小系统。该设计使用MQ-2元件收集烟雾。毕业设计的总体过程可分为硬件设计，软件设计，整体设计等。整体设计过程如下：1）首先，对设计要求要明确了解，再选择相应的工具。2）绘制出整个设计的原理图。3）购买各个模块的所需元件，进行焊接、调试工作。4）组织设计材料并撰写论文。系统总体设计方案检测出超标浓度的烟雾是这个设计的最主要功能和内容，如图2-1。2-1就是检测电路，能够检测当前的温度和烟雾值。单片机单片机最小系统蜂鸣器报警LCD显示按键烟雾、温度、红外热释电图2-1烟雾检测主机报警系统结构框图2.1烟雾检测报警器设计思路虽然烟雾的类型各不相同，但是报警器可以检测到大多数种类的烟雾，并具有有效的预警功能。该设备包括基本和必要的组件：烟雾信息收集模块，模块转换模块和进气控制模块。MQ-2烟雾警报器的感应头能够帮助我们用于收集烟雾信息，并在烟雾收集周期内将烟雾信号转换为模仿信息。电路会将模仿信号转化成核心芯片可以识别的数字信号，然后将数字信号输入核心芯片。核心芯片对电信号进行滤波并分析电信号以获得稳定的高低电平信号。经过软件测试，识别和控制等关卡之后，就有可能在正确的时间生成烟雾警报信号。您可以在此设计上自行设置>=某个预警值。当浓度大于预警值，设计将发出警报声。如果浓度低，警报将不会响起。2.2单片机的选型本系统最重要的部分是选择适合的核心控制模块，开发小型智能控制系统时无需考虑结构复杂的嵌入式芯片，因此在选择控制芯片时以当前市场上应用较多的为主，大多数电子发烧友，尤其是善于研究电路稍微复杂的电路设计爱好者，他们一定会用最核心的按键控制芯片或板来控制整个电路，人类的大脑可以比作单片机的核心芯片。如今，PLC已广泛用于工业生产中。它的使用在大型机器中非常重要，但是家用的辅助设备通常很小且很智能，不能容纳这么大的控制中心板。因此，绝大多数家用电器或电子设备都会使用到单片机来进行控制。由于它非常便宜并且尺寸小，所以才能够被广泛使用。本设计使用SDC制造的SDC89C52。2.3DS18B20温度传感器选择方案一：采用模拟温度传感器测温经考虑，本设计是温度测量电路，因此可以使用热敏电阻和其他器件利用其感温效应，用其对温度敏感的效果来收集随测量温度而变化的电压或电流。经过A/D转换后，单片机就会来处理数据。在显示电路中，可以显示测得的温度。这种设计需要一个A/D替换电路，温度敏感电路更为复杂。方案二：采用数字温度传感器DS18B20数字温度传感器使用数字通信方式与单片机控制器间传输数据，可确保数据传输的可靠性与稳定性，向设计驱动器带来便捷性。DS18B20传感器上集成的组件有温度，温度收集模块上连接一个小型温度探头，该探头对温度变化敏感性强，选择负温度系数测量的精准度达到要求标准。本系统设计遵循的基本原理是使用度敏感性强的电阻元件当作测量体，可体现出各种度特征，且采集精准度较高的度数据。DS18B20传感器的创新在于集成温度传感器为一个单片机，可收集设备上的所有数据，保持系统操作具有较强的稳定性。详细地说，很容易看出，使用第二种选择，电路相对简单，软件设计也相对简单，因此可以接受第二种选择。2.4本章小结本章是一种智能报警器，主要从整个设计的结构，功能，技术指标等方面介绍设计。根据设计的要求，选择液晶显示屏1602、烟雾传感器MQ2、单片机STC89C52、DS18B20传感器、蜂鸣器报警传感器等。系统的硬件电路弄清楚要用什么使我们设计电路的首要任务，需要为原理画一张图。原理的软件是AD10，原理图如3-1所示：图3-1整个设计的步骤如下：绘制图纸的第一步就是熟练的掌握绘图软件的使用，首先将软件从网站下载下来，破解以后方能继续使用。根据设计尺寸选择适合自己使的图纸尺寸进行作业，并以合理的方式排列设计，然后进行电路图线路的相接。封装使用好的器件，如果检查没有问题，那么就能够操作导入，生成PCB。为了使得实物使用更加的灵活，在生成PCB图之后要合理的进行手动的布线，正确的将器件摆放到最后板子打出的位置。3.1单片机最小系统电路本设计采用的芯片是STC89C52进行设计的，其一共有40引脚，其具体的设计的引脚图如下所示：如图所示，单片机共有40个端口，其中P1、P2、P3、P0可以直接连接外部端口，共32个。P3口具有第二功能，其第二功能的表格如下表所示：I/O引脚名称第二功能引脚名称第二功能P3^0串口RXD串口通信接收端P3^1串口TXD串口通信发射端P3^2外部中断INT0外部中断0P3^3外部中断INT1外部中断1P3^4定时器T0定时/计数器0P3^5定时器T1定时/计数器1P3^6外部写引脚WR外部写选择信号端P3^7外部读引脚RD外部读选择信号端除去上面提到的32个外接的控制引脚之外，其还有一些控制的引脚，它们具体的功能如下所示：单片机的电源的引脚有VCC和GND两个，其中单片机的20引脚是是接地点，40引脚的是VCC端。晶振端接入口是18和19引脚，其可以接入22UF的电容实现给整个电路输出稳定的频率。编程端口的控制端，其主要就是RST复位电路、EA使能端、ALE引脚、PSE程序调用端口。RST是复位端，只要给其端口输入高电平，其就会使得单片机整个电路实现复位，只要电平触发一次就会复位一次。EA端是使能端，在很多的特殊的比如中断、定时器中都要用到。PAEN是单片机程序的选择端口，当其端口是高电平的时候，其直接选取单片机内部的程序实现，当其是低电平的时候会选择优先读取外部的程序。可以那个单片机正常运行的最小的结构体系叫做单片机的最小系统。其结构如下图所示：单片机输入/输出设备时钟电路供给电力装置复位电路图3.2单片机最小系统.电源单片机工作的电压是5V，可以使用USB电源线直接供电，也可以使用电池进行供电，本设计采用的是5VUSB电源线实现的，其可以直接插到电脑端的USB口就可以实现本次设计。连接端口的电路图如下所示：图3.3电源输入原理图2）时钟振荡电路时钟电路是为整个设计提供震荡的，其实现的是心脏的核心的处理器，在整个电路里面非常的重要，使得整个系统可以实现完整有序的工作。其引脚的接下图如下所示：接法如下所示：图3.4时钟振荡电路复位电路复位系统就是在电子系统程序跑偏或者程序卡死的情况下，实现的一种重新启动的装置，在这个时候，往往单片机需要重启才能正常的进行复位。复位系统分为两种，一种就是通过按键进行复位的，另外一种是采用断电的方式进行复位的。其都可以实现系统的自动重启。复位之后系统就会自动重启，实现程序的初始化。其接口图如下所示：3.2烟雾信号采集及A/D转换电路ADC0832是具有8个BIT的可转换芯片，其用途是将模仿消息变成数字消息。同时，它可增加到256分辨率，可以执行绝大多数切换任务,它的工作电压也等于单片机接入的电压，都是0~5V，其交流速度为32μS，这个速度可以认为是相当的快，此时相当于250KHZ。可以进行实时的转换信息，它可以实时传输信息。该芯片是一个独立的芯片，可以供不同电路使用。它的主要特征如下所示：●8P、逐次迫近；●14P-DIP●5V的基准工作电压；●0～5V是可以让模仿信号的通过范围；●使用的温度范围，0-70是个体，-40-85是工业（单位：摄氏度）；●只有15mW的功耗。外部引脚及其说明如果两个端口都很高，当两个数据位都好电平时，在单个通道上，CH1被重定向到一个独立的通道。仅当两个数据位均弱时，IN+才表示CH0的纯条目的输入符号，而CH1的负条目的IN表示符号。通常只有两个数据位是低位和高位产生的，因此负值对应于CH0，而in+输入对应于CH1。在第三次向下充气之后，接收阶段反转，并且耕till从DO/DI转到耕read，读取读取的Dos。消息在第四个下侧发送，消息在d7-0中对齐，效果分别接收一个x字，该字在x轴上执行。8位数据的创建必须在第11个脉冲数据0之前。将激活该条目，然后搜索下一个八位数字的数据。data0条目从第11个字节的低端开始。具有最后一位消息的第19个脉冲，这也预示着A/D转换的结束。转换后，将保存选定的字段（它可以生成非常高的分布），并且如果以这种方式运行收集的信息，则芯片可以处理该信息。3.3温度采集电路1.温度传感器DS18B20的特点及选择原因DS18B20的设计的特性如下：存储器与逻辑控制 存储器与逻辑控制6464位ROM温度传感器位ROM温度传感器和单线接口8位CRC发生器和单线接口8位CRC发生器高速缓存配置寄存器配置寄存器高温触发器高温触发器低温触发器低温触发器图3-7DS18B20内部结构图DS18B20是单线接口的温度传感器，其与单片机进行一条线接口就可以显示温度的读取功能。内部结构如图3-7所示：2.DS18B20的测温原理温度传感器的实际温度计算方法如下。实际温度等于0.5的T值传感器的数据收集由多个温度传感器组成，DS18B20的关键功能是直接输入数字的温度传感器，温度传感器的精度可由用户设置9、10、11或12.尽管是数字，但将其分别增加到0.5度，0.25度，0.125度和0.0625度，在通电状态下，基本精度为12位，是超高速技术之后的结果。激活18b20后，将保持低功耗的待机状态，在执行温度测量和AD转换时，总线控制器必须发出[44h]命令，然后将生成的温度数据存储在高电平的温度寄存器中。速度接收器为两个字节。焊接的时候将多路温度分开焊接分别表示多个点的温度。I/O口接单片机的P2.4口。实际温度来自T实际计算=（T完成-0.25度）+（M-m剩余）/M出售。该设计电路主要用于STC89C52电路和设定温度传感器，它们连接在一起。读取数据，接收器数据采集电路主要是指温度传感器ds18b20与微机的连接部分，该温度传感器有3根小枝，地的一侧，信号线的两侧，与三根的连接角度就是力量。3.4LCD显示电路本项目的状态显示模块使用LCD1602液晶显示器。本文采用LCD液晶显示屏，通过该屏幕可以将测量的数据全部直观显示，选取的本显示器型号为1602，可将两行字符显示，限制字符长度最长为16个，该长度已经达到实际显示要求，可以直观的将室内的湿度与数据显示，让用户一目了然。LCD模块在运行时的电压为5V，下图3.8为驱动电路与外围电路。以下为LCD1602液晶显示模块引脚的主要功能：（1）VSS：共同点；（2）VDD：与正极电压为5V的电源连接；（3）VL：以改变电压值的方式对屏幕对比度调节，此处还有一个电位器；（4）RS：向控制模块内部寄存器写入数据，选取发送的数据为显示数据或者命令；（5）R/W：对读取与写入数据控制，本文在此设置该模式为写入；（6）E：使能端口，处于高电平下可读取数据，下降时顺着控制模块运行主控制模块输入功能；（7）D0〜D7：全双工数据传输端口；（8）BLA：表示屏幕背光电源上的正极，可依据实际环境选取；（9）BLK：表示屏幕背光电源上的负极。3.5蜂鸣器报警电路蜂鸣器是一中常用的报警元件，其经常被使用到直流系统中，实现了具有很多的功能。其几乎在大多数的电子产品上都会用到，比如经常可见的冰箱、洗衣机、电视、空调等，气内部都有集成的蜂鸣器，其作为一种警报器，用来提醒故障或者警告。蜂鸣器可以分为很多种，经常可见的有有源蜂鸣器、无源蜂鸣器等。本次设计采用的是有源蜂鸣器，其实现的主要的功能就是，通过单片机进行驱动器内部的电流使得其发出报警声。由于单片机的端口驱动能力很弱，因此我在设计过程中使用到了三极管来进行放大驱动，三极管能够使得其电流增加。图3.11所示为蜂鸣器报警的原理图：图3.6蜂鸣器电路图软件设计除了硬件设计之外，还包括软件设计部分。软件代码的编写可以使用C语言或者汇编语言来编写。相对而言，C语言编写的代码面向过程，逻辑上更加清晰易懂，而且能够通过嵌入汇编代码解决代码高时效的代码，开发的时间成本也低，所以在本次设计的代码编写中就使用C语言来进行逻辑编写。编写程序的最开始阶段如图4-1所示：图4-1因为我经验比较少，所以编写程序的时候我反复修改了很多次，一直在调试和收集资料的过程中，最后终于能够达到预期。下面是编译成功的HEX文件图片：再接下来我需要把生成的HE文件通过数据线传输到我的板子中，我用isp软件将程序烧进去。如图所示是我的下载界面：按照流程，我将程序下载到了我的单片机里面，然后通过测试发现能够正常工作。4.1主程序初始化流程图开始开始设置定时初值50ms检测当前的温度和烟雾值接收板子显示数据设定报警的上下限采集的数据大于设定值Y结束Y报警图4-1-1主程序初始化流程图图4-1-1所示为主程序，一旦电子设备通了电，整个程序就会启动，液晶显示屏1602首先会进行初始化，这部分内容主要用于对更端口进行输入输出的处理、定时器和中断优先级的处理。4.3按键控制子程序流程图按钮是在按