【基于多传感器的粮仓火灾报警系统设计与实现（论文）14000字】

基于多传感器的粮仓火灾报警系统设计与实现摘要粮食对人民的生活是至关重要的,粮食的安全也是国家安全问题的重要基础。时代在快速发展变迁，人们的思想也在渐渐转化中，但是粮食的安全问题永远都不能忽视。从古至今，粮食一直作为中国的战略物资,同时也作为中国人民生活的必需品。2020年，东北粮食主产区在短时间内接连遭受台风“巴威”和“美莎克”还有“海神”的打击，使得农作物出现大面积倒伏的情况，结果造成了玉米等农作物的减产。所以，粮食的储存比以前变得更加重要。粮仓一旦发生火灾事故，就会带来无法挽回的经济损失。根据现有技术，设计低成本的粮仓防火系统显得十分必要且意义重大。现如今，大多数火灾报警器都是为一些大型建筑而研发的，诸如粮仓这种关乎国计民生的重要场所的防火系统却略显陈旧。利用单片机技术，设计和研发一种低成本、可靠性高、具有较高效率的智能火灾报警系统非常具备可行性。以AT89C51单片机作为控制器件,同时结合烟雾传感器、温度传感器和湿度传感器设计出一个实用的火灾报警系统,当温度或烟雾浓度超过设定的固定值时,报警器做出反应，实现声光报警,阻止火灾的发生.关键词：AT89C51火灾报警传感器目录第1章概述 11.1选题背景 1第2章方案设计 32.1方案一串级报警电路设计 32.2方案二区域报警电路设计 42.3方案三单片机报警电路设计 42.4方案选择 4第3章电路设计 63.1电路总体设计 63.2各模块电路设计 7第4章软件的设计 214.1软件介绍 21第5章设计结果及结论 265.1调试 265.2结论 26参考文献 27附录1:原理图 29附录2：仿真图 45第1章概述据相关消息，2013年5月31日下午，中国粮食储备局林甸直仓发生重大火灾事故。据统计，共有78个储粮仓库发生火灾，涉及储粮4.7万吨。其中包括60个玉米仓库，34,000吨储备;大米库存18个，储备1.3万吨。事件发生后，应急人员迅速赶到应急救援现场，最终火势被扑灭，无人员伤亡记录。火灾发生后，当地安监部门临时组成调查组进入现场进行调查。6月1日中午，国家粮食局工作人员也赶到了林甸直属粮库参与调查。因此，中国粮油黑龙江分公司暂停了林甸直接法定代表人的职务，有关人员正在接受处理和调查。最后发现事故是由配电箱短路点火引起的，发生短路或与设备随堆垛的连续搬运存在关联。1.1选题背景1.1.1目的与意义现代中国，例如水稻、小麦和玉米等粮食，已然成为人民生活的不可缺少物品，如此看来，粮食安全很是要紧，为保护粮食安全，我们要抓住重要因素。通过大数据，我们针对了如粮食储存时的温度、湿度和其他气体浓度这些项因素作出分析。与此相关的是，我国在加入世贸组织后，我国的粮食开放售出，经济形势越来越好，主要粮食的安全储存发挥出色，对稳定发展国民经济有很强的积极影响，意义非凡。与此同时，我们国家在科学技术投入越来越大，相关产业得以快速发展，相关技术有所发展。北方地区作为产粮主力军，农业自动化技术突破技术壁垒，做出了我们自己的机器，提升了自动化程度，粮仓管理和储存技术研究也在进步中。自然物理因素含义如湿度，一项说明大气或空气中干燥程度的物理量。在温度不变时，在固定的体积的大气或空气内部，含水汽量越少,就说明了空气越干燥;反之,含水汽量越多,就说明了空气越潮湿。即湿度表示的是空气的水汽含量多少，即空气干燥程度。正常粮仓一般较大,仓库库房数数量较多,传感器数量同时也会有一定程度的增加。对与粮仓温度和湿度的测量，不仅要从测量方法和技术上做功课，同时也要对单片机控制做粮食保存的一个课题研究。粮食一定也是国家的战略物资,粮食的储存就十分重要,一般情况下,储存粮食的含水量在12%以下是安全的,温度上也要检测以防止局部温度过高使粮食发生霉变。此外，根据有关统计，我国由于小麦变质，每年损失数亿公斤小麦，造成的直接经济损失令人震惊。影响谷物储存安全性的最重要因素是谷物堆中的天气状况，即相互关联的温度和相对湿度的每日和季节性变化。为了确保存储在谷仓中的谷物不会腐烂，变质并不会引起火灾，必须将谷仓中的技术指标保持在一定范围内。总而言之,研究一种基于多传感器的粮仓火灾报警系统具有很强的实用价值,对社会有重要意义。1.1.2国内外发展现状当今世界，我们所学习的相关技术进步明显，如传感器技术、单片机技术和集成电路技术。技术应用变化多样，产品多元化，工业上如监控系统，农业上像自动化机械。粮仓火灾报警器属于工业，所以监控技术的研究涉及面广，所需技术较多。但技术发展飞速，软件上算法进步很大，硬件上无论结构还是质量都有所提高。

最开始的阶段，技术还没有成熟，这个阶段技术人员用的都是比较基础的元器件，所需传感器都比较简单，原理也相对容易理解。主要为热敏传感器和光敏传感器。里面包含热敏电阻和光敏电阻。主要测量电阻的大小，这样掌握粮仓温湿度的变化情况，为火灾报警器数据分析材料。具体细节上还采用了人工检查、测试。测量数据人工抄录整理下来。然后经过人工管理，结合这些成为完整的系统的方法。如果温湿度不符合正常标准，就会采用晒干烘干的办法减小湿度，另外还要通风，注意药物防止。如操作失误会引起参数异常及病虫害，导致很多的人力与物力损耗，效率低下。然而，经过科研工作者的不懈坚持下，粮仓火灾报警系统渐渐完善、提高了许多。技术也日益精湛。多元化的报警系统越来越有保证，对安全和科学存储产生了积极影响。

目前，研制的粮仓火灾报警系统，国内的报警器多样化，系统结构样式各不相同，在检查位置内外的温湿度检测、分析、通风机械这些细节，与之前的报警系统相比更加精准。但是提升空间还有很大。在技术上，以单片机为主的电路系统居多，仍然还有很多问题困扰着我们，比如测量精度，环境控制和系统兼容等问题。

第2章方案设计2.1方案一串级报警电路设计设计好一个串级电路，先对首级设计。以气敏传感器电路作为开始部分，这部分电路作为启动，当粮仓发生火灾时，囤粮中烟雾气体会进入传感器中,从而产生感知，传出报警信号，使终端的接收装置接收信号。然后对末级设计，末级为接收报警电路，以接收装置为主题设计，首级产生信号会发射到接收装置，收到气敏传感器电路发出的信号，然后装置发出报警。如图2.1所示。目标气体首级:目标气体气敏传感器气敏传感器开关元件开关元件发射器发射器末级:接收装置接收装置报警装置报警装置图2.1串级报警电路设计思路框图

2.2方案二区域报警电路设计将一个区域报警电路设计成功，主体是要使用感知气体的报警器。将报警器放置于规定的区域内,一般为产生最好效果的区域。区域报警电路以四部分组成，分别为电源电路部分、稳压电路部分、气敏传感电路部分和触发报警电路部分。设计如图2.2所示。电源电路装置电源电路装置稳压电路装置稳压电路装置传感电路装置传感电路装置报警电路装置报警电路装置图2.2区域报警设计思路框图2.3方案三单片机报警电路设计用单片机设计粮仓火灾报警系统，使用单片机控制系统，传感器传出数据，单片机完成过程控制。数据处理已设定，并且用显示器实时显示。对单片机输入控制程序，能自主判断仪器是否报警。若超出或数据不在合理范围内，启动报警器电路。另外，实际单片机报警系统也要有可靠性。在硬件和软件上设置自动监测系统，已及时发现问题。通过报警解决问题。2.4方案选择串级报警电路的设计对人流量大，安全隐患分布广的地方非常适用，如卖场酒店，工厂等。本设计方法主要特征为监控面积广,通信方便。同时开启远程报警功能。设计也存在弊端，实施困难，实际成本因其线路复杂普遍较高。区域报警电路设计，顾名思义就是适合固定区域里的报警系统,像一些写字楼，办公室和住宅区等。此设计方案的优点是使用起来简便、实际成本较低，实现简单精确。同样也有其缺点，比如对控制能力较低，未设置自动功能。对使用者要求满足设计情况小，满意度低。单片机报警电路设计稳定度高，并且简易控制，能根据实际所需求情况进行编程设计。可以实现低成本的使用。与此之后还可以扩展其功能，这三种设计方案单片机性价比更合适。在选择粮仓火灾报警系统的设计方案时，除了其使用性能高,还要注意成本问题和功能的拓展。这次设计也是实际所需，需要监控范围广，且方便操作，随社会粮仓需求改进功能。可利用价值高。

第3章电路设计3.1电路总体设计3.1.1单片机系统总体设计粮仓火灾报警器中采用AT89C51为主要核心的系统来进行设计，运用了单片机最低功耗系统。第一步是自己设计检验控制电路。先考虑一下温湿度的传感装置，我通过一些书籍资料找到了DHT11数字式的传感器。DHT11湿度传感器的温湿度检测指标是20~90%，本检测仪使用了DS18B20数字式温度传感器元件。烟雾传感器元器件繁多。本次设计选择了MQ－２类型烟雾传感器元件。再加上复位电路，显示电路和声光报警带电路。整个系统如图3.１所示：温度检测温度检测湿度检测LED显示电路声光报警电路复位电路烟雾检测单片机时钟电路3.1框图结构3.1.2单片机简介单片机确实为自然界的伟大发明。不仅与半导体硅片有关，还在上面汇集了定时装置计数装置、中央微处理单元（CPU）、小型的存储器（RAM、ROM）、并串行输入输出端口、中断系统、时钟检验电路和系统总体线路。一般在测量控制这些点有效果的单片微型计算机，简称单片机。单片机按照其用途可分为通用性单片机和专用型单片机基本实际的成品。本次设计由于通用，89C51单片机就很常用，为低成本的51单片机.单片机的功能细节分布图为如图3.2.图3.2单片机功能细节分布每种引脚功能的作用：电源引脚及位置Vcc（40脚）：接＋5V电源。Vss（20脚）：接数字地。时钟引脚及位置XATL1、XATL2分别在18和19引脚。分别作为片内时钟振荡器的反相放大器的输入端和输出端。当用外部时钟信号时，XATL1引脚接独立时钟振荡器的输出信号。I/O口引脚：P0口：引脚为P0.0-P0.7，为漏极开路的8位并行双向I/O口。作为通用I/O口使用时，需要加上拉电阻，这时未准双向口；P1口：引脚为P1.0-P1.7，准双向I/O口。具有内部上拉电阻，可驱动4个LS型TTL负载；P2口：引脚为P2.0-P2.7，准双向I/O口。具有内部上拉电阻，可驱动4个LS型TTL负载；P3口：引脚为P3.0-P3.7，引脚内部接有上拉电阻。可驱动4个LS型TTL负载；控制引脚及位置：RST为复位信号输入端，高电平有效。引脚位置为9引脚。在此位置上加持续大于2个机械周期的逻辑1，才能够让单片机恢复开始状态；ALE或者-PROG为地址锁存控制信号端，在30引脚；-PSEN访问片外程序存储器的读选通信号，低电平有效。在29引脚；-EA/Vpp为外部程序存储器访问允许控制端。位置为31引脚；这些组成了MSC-51的控制总线。3.2各模块电路设计3.2.1电源电路设计设计出一款供电系统要符合大多数人员的需要，我们所用的51单片机的工作电压很小，一般在5V左右，所以对这种电源来说，5V的供电方式有很多种选择。可以买干电池，也可以用仪器的USB口，还能寻找利用变压器元件。考虑到使用的便利，我会用计算机的USB端口的电源，它能使我们的设计测试更加简易。由于我们使用5V的电压，为了使报警器工作更加稳定。我设计了加上电容后的稳压电源。我使用电容滤波电路。本设计的滤波电路设计如图3.3。图3.3滤波电路3.2.2温度检测电路设计要查出温度信号转换的装置为DS18B20。它们所指的也就是德国Dallas公司自己发明和销售发行的各种科学仪器设备。它为一种数字的温度传感器。其封装的具体动作方式主要是用到了3脚TO-92小体积密封。温度技术指标为-55℃~+125℃，DS18B20可编程9~12位A/D转换精度。它有着高达0.0625℃的分辨率。同时测量温度能串行输出，所用符号扩展的16位数字。同时成本低。供电电源满足引入远端的条件，如果不满足使用寄生电源也可。单片机仅仅通过一条含多个端口的引线来和一定数量的传感装置通信，这样利于大大减少微处理器端口而且一定问题是减少一个传感器的引线检查。该电路主要由以下项目设计一起组成：他们分别用到为64位数的ROM、温度驱动信号调制转换器、非挥发性能的温度报警器触发器TH和TL两项、配置信号寄存器。DS18B20的各个管脚根据其作用排列和表示方式如图3.4所示，数字信号线的I/O口DQ引脚；GND为外部给出逻辑1数字电源地；VDD引脚是外部信号接受收集电源接口（信号寄生电源接线注意接地非断开）。图3.4DS18B20的管脚排列本元器件为数字式传感装置，引脚分布为1引脚接数字地，2引脚为数字信号的单片机通信端，3引脚作为电源引脚。具体的设计电路如图3.5.图3.518B20的接口与MCS电路3.2.3湿度检测电路设计查湿度选用DHT11数字温湿度转换器。这个仪器是一款温湿度复合信号感知测试装置。其内部已经用到包括有已经准备无误数字信号发射源。元件本身大大利用到了有自己特别性能的数字模块装置的收集技术，不仅如此，温湿度的自动感知响应技术。以其精确的技术可以使原先本身具有的报警元器件可靠性大大提高，并且稳定性能强大的特征。传感器有三部分元件：第一种为电阻式感湿元器件，第二种为NTC测温元器件，第三种为8位单片机接线端口。这种产品有着稳定的电源、动作时间短、具有高品质等特点。它的防干扰能力也表现不错。这些优点使其广受电子朋友的喜爱。不仅如此，每个DHT11装置都有精确湿度的校准效果。并且可在随时随地进行。存在一定的效果根据系数决定，校准系数能够存放在OTP内存中，当需要时，此装置内部信号会以其应用程序是一种形式进行自动化式的处理，在调试并且处理信号的过程中，这些校准系数能够自己从内存中释放出来。一种质量高的单线制数据串行接口，能可以让全部系统数据的集成过程变得更加简单且快速。极小的体积、不浪费电力，信号传输距离已经可以达到20米外，让这种类型传感元器件成为首选。应用甚广。高质量的产品密封配有为4针单排的引脚。不仅仅连接具有便捷性，而且若出现特殊的密封形式，也可供应。DHT11传感器具体结构和元件原理图如下图3.6所示：图3.6DHT11传感器实物结果图（1）引脚作用：其装置有4个不同功能的解析端口第1引脚为VDD，它是一种电源，一般提供电压指标在3~5.5V之间；第2引脚是DATA，其具体地作用为作为哦串行的数据总体接线；第3引脚是NC，其表示了一种悬浮的接线；还以第4引脚为结尾，名为VDD，信号传感接地脚，作用作为电源负极。（2）端口连线说明：主要有两种情况，第一种为若为短于20米的接线时要用5K上拉电阻。第二种若连接线长度大于20米时，上拉电阻的阻止应取决于实际具体情况。其器件详细应用电路系统结构如下图3.7所示：图3.7DHT11应用电路（3）应用数据帧：名为DATA的作用为数据帧，在对单片机电路端口与DHT11接受收集信号之间的通讯和同步解析负责,DATA还有单条总线的格式作为其数据格式,每经过一次4ms左右时间长度，即完成一次通信。当然，分析数据要用其固定格式进行分析。下面解释其结构，像数学的小数部分和整数部分，数据帧的组成也一样有着两部分结构。在下面明确了这种结构的细化后的格式,确确实实，小数部分有着扩展现在出现的数据的作用,现在数据结构释放出为零.具体操作如下:当数据帧数据传输无误后，每次传输长度为40bit,高位首先行进作输出帧。数据的格式首选为前8bit湿度的整数的数据显示加上后8bit湿度的小数的数据行进加上前8bit温度的整数的数据输出再加上后8bit温度的小数的数据结果。还要注意校验数据，它为结果有无错误进行检验。（4）电气特征：当T=25℃，VDD=5V。表3.1DHT11的电气特点参数条件Mintypmax单位供电DC355.5V供电电流测量0.52.5mA平均0.21mA待机100150uA采样周期秒1次注:采样周期间隔不得低于1秒钟。（5）时序的描述：我们所用的此种元器件的具体时序与单片机密切关联。其存在着两种工作方式，即动作与非动作状态。而此两种方式的选择在于我们对单片机程序的控制。通过单片机来让其自动进行选择。程序为输出逻辑1时，我们可以理解为元件受到控制，它的状态就会有所改变。开机阶段，等待此器件向单片机发送数据的过程。此数据就是上面所说的数据帧，在发送信号的同时，其一直保持着动作，随时准备着收集单片机传送过来的程序命令。而且非常自动化。其能识别和选择各种数据帧。动作和非动作状态也就是其主从性质的体现。当整体总线电源保持一个非动作状态后，表现为逻辑1的输入，这相当于其与单片机响应之间的开路。直到其有所动作才恢复并重新选择，其超过18毫秒时长后，我们就断定了其发现收集到了单片机的程序命令。其与单片机进行双向交流后，因此收集到一次逻辑动作信号一次改变工作方式，应为逻辑0，这时其工作可以自动切换方式。使其所连接的上拉电阻被拉高，自己放置于逻辑1，重复上面流程。当整体电源总线保持在动作工作方式时，即表示单片机对其程序输入逻辑0.其对每个用户设备传输这个信号，以起到控制作用。与上面原理一样，使其等待大约18毫秒的时长。把开路状态关闭，这时其可以与单片机互相交流，也同时读取了所需命令，数据帧也顺应一起出去。如果最后一位数据被其自动输出后，它的时隙长度就会改变。单片机也会以此来判断其是否动作完成。从而发送程序指令使其恢复到非工作状态逻辑1。如此循环。下面介绍端口线的通讯连接。其连接AT89C51单片机没有难度。将其连接51单片机的P2.0口。其来连接的端口为2引脚。经常应用实际范围电路时，不好超过20米，为保证安全和效果，需要焊接负载，即5K型号的上拉电阻。接着把2引脚连电阻上。电源和电源地也与单片机一一对应。图3.8为DHT11传感装置内部原件的电路原理基本结构图：图3.8DHT11电路原理图3.2.4MQ-2烟雾检查和测试电路MQ-2型号的气体传感装置使用有一定的要求。在一些城市煤气、天然气、液化石油的测量中，主要组成成分为氢气，适宜使用。其对外部敏感程度小，基本不受其他成分的影响。MQ-2型号的半导性能传感装置有两种。MQ-2型对于烟雾等减光型有害气体测量较精确。MQ-2A型号的一般对城市煤气、石油液化气、天然气测试比较准确。MQ-2型号的传感器元件具有以下特征：（1）限较长，稳定性好。（2）供电系统，功耗仅在0.7W左右。（3）在较大的测量范围内对所测试的气体的灵敏度和信噪比较高。（4）成本较低，使用简易，方便。其感应程度有很多，一般S=Ro/Rx为10~30。其电路基本结构如图3.9所示：图3.9烟雾ＭＱ－２下面为该器件的主要技术指标响应的时长：Tr在10s以内；恢复的时长：Tn在60s以外；加热的电压：一般在5V左右为最佳；加热的功率：本次设计所需基本在0.7W。外界的影响：丁烷不超0.2%时和室温下，影响低。工作的环境：室温，适宜湿度下。图3.10是组件结构的示意图。底座由耐高温酚醛塑料制成，销钉由镀镍铜线制成，顶盖由致密的双层不锈钢网制成，具有很高的强度和防爆能力。图3.10MQ-2型元件外形结构图MQ-2气体式气压传感器的基本设计结构和外观如图3.10所示。由一个AL2O3陶瓷微加热管，SnO2敏感层，测量敏感电极和高压加热器等多个部分组成的测量传感装置。将其固定于在一层塑料或不锈钢的腔体内。工作技术指标的影响源为加热装置。封装的气体传感器具有6个针形针，其中里面4个恢复信号的通信有作用，剩下2个作电流源适宜使用。图3.11MQ-2型元件一般气体浓度测试特征曲线上图3.11是MQ-2型的装置一般气体的浓度范围测试的曲线，图像浓度不到0.6%时性能效果最好。图3.12MQ-2型元件的通电时间曲线上图3.12是MQ-2型装置通电时长的曲线。我们发现，通电时长在60~90s之间时，装置性能效果差距不大。3.2.5报警电路如图3.13为灯光报警电路：图3.13灯光报警电路LED（LightEmittingDiode），发光二极管的元件名称表示，它是以半导体做的二极管的一种产品。二极管是一种简称，它是由封装后的PN结外壳和电极引线两部分构成。它能将电能转化成可见光。由P区引出的电极作为阳极，由N区引出作为阴极。其半导体的形状为为固态，它能够把电能的信号转成为光的表示。LED因为亮度高，热量的下调，动作的时长大，无毒害，可反复利用等优点备受欢迎。在大量的资料中，分析出来了灯光是因为它的原理简单。钨丝的改变很是重要，其次源光的三原色也很重要。当代的无污染产业中，LED前景巨大。研究人员对光源材料也很重视。我国在上个世纪开始投入精力。现在成果明显，对灯具的进出口数目庞大。我国制造的灯具使用寿命长，性能尤其稳定。随着投入力度的加大，其类型和样式也在同时快速地增加。本次设计的使用会用到不同的彩色LED来区分不同的警报。如图3.14为声音的报警的电路图3.14声音报警电路蜂鸣器是本电路的重要装置。它的结构是很整体归一的。它也叫电子声音的响应仪器。直流电压对它供电。其有着应用范围大的特征，在计算机，打印机，常见电子产品中经常会有它的身影。还有警示设备中是必不可少的。其主要的类型分为两种：有压电的蜂鸣器和电磁的蜂鸣器。下面简单说明一下，压电式的蜂鸣器主要由多谐的振荡器，有阻抗的适配器，加上音箱和外壳组成。记为H，更有加上发光二极管的。另一种有晶体管和集成的电路组成了多谐的振荡器。当给其供电后,多谐振荡器动作,输出音频信号，频率一般为1.5-2.5KHZ，通过加上阻抗的匹配器动作，这样发声的蜂鸣片作用。压电蜂鸣片基本结构是锆钛酸铅和铌镁酸铅的物质做成的压电的陶瓷源。然后经过银电极的添加，再有就是极化和老化的后序测试，最后成品加上铜片。同理电磁式的蜂鸣器构造也差不多，很常见的振荡器和电磁线圈，在让其与磁铁、振动膜片相连，加上包装就完成了。其与电源相连接后，有出现了音频信号电流，这就是振荡器的作用。物理上通过电流形式传给电磁线圈，使其周围产生电磁场发生振动，膜片发声。蜂鸣器的电路驱动控制电路一般具有简单而又复杂的部件结构,它一般是由一个自动三极管、一个自动蜂鸣器、一个自动限流器和电阻等多个部件综合组成。蜂鸣器通常是一种指在诸如电子信息器一类的电子元件中可以作为一种发声器的仪器,如果它们的主机两端被天线接通。可以直接添加直流工作电压(使用有源直流蜂鸣器)或者方波(使用无源直流蜂鸣器)后,即可直接使得耳机发声,它的主要通用发声技术指标主要包括是发声结构部件构造、发声频率范围、工作电压、频率、电流、驱动装置方法(直流/方波)等。而且这些选定指标均指的是用户可以按照自己的实际需求而来进行正确选定。本系统设计按照所列设需要求在进行时可选择采用相应的新型有源噪声蜂鸣器。

3.2.6LCD1602显示电路图3.15液晶显示电路设计LCD1602其作为工业字符显示液晶装置，它的作用不言而喻，它通常可以同时用来表达16x02即32位的每个字符。(16列2行)。在我们家的周围环境里,我们往往总是可以清晰地直接看到一个个的液晶电视显示屏。液晶电视显示电路模块的技术用途非常广泛,已经被广泛用于许多其他消费电子产品上的通过电路元器件,平时主要用于移动计算机、仪表显示、电子表和大多数家用电子产品中都有它的身影,显示的主要有数字、图形、还有许多特殊的中国专用汽车标志。在与数字单片机的人工数据通信中,一般主要选择采用以下几种数字显示控制技术:数字发光管、lede等数字信号发射管及其他新型液晶数字显示器。其连接到单片机电路进行交互时，液晶显示作为输出器件，以下优势被开发出来：由于LCD的每一个颜色点位在接收接受到激光信号后后它都会自动继续不断保持其原有颜色与光的亮度并且不断地进行发光,这与目前传统的激光阴极红外射线管(crt)彩色显示器不同,后者必须不断地进行更新新的颜色亮点。因此,lcd系列具有高标准质量的视频图像并且没有灯光闪烁。LCD的显示屏的显示及内容是数字的显示，其与单片机的端口接线更简单可靠，方便具体的操作。这种液晶显示器是通过在显示屏上用一个电极检测出液晶元件中分子在各个方面的运动状态,从而实现了显示的目标,并且比传统的显示器轻得多,它具有相同的观看范围和面积。功耗更低于一般的显示类器件（1）引脚功能的介绍：第1引脚作用：VSS的端口接电源地。第2引脚作用：VDD的端口接+5V逻辑电源。第3引脚作用：VEE为液晶显示偏压，可调节。第4引脚作用：RS为寄存器的选择，逻辑1为数据寄存器、逻辑0为指令寄存器。第5引脚作用：R/W为读写信号线，若为逻辑1进行读操作，若为逻辑0进行写操作。例如,在RS与R/W共同是一个低电平的时候就可以将其作为一个指令进行写入或者是显示出来。若RS为逻辑0,R/W为逻辑1时,它就可以被用来读忙的信号,但是当RS为逻辑1,R/W为逻辑0时,它就可以被用来写入一个数据。第６引脚作用：仪器E端为使能端，会发出使能的信号。当E的逻辑1转换0时，液晶模块读取控制程序。第7－14引脚作用：表现三态为D0～D7的8位双向的数据总线口。第15引脚作用：背光调节板电源，通常为+5V，串联一个可变电阻器。第16引脚作用：背光调节板电源地。（2）1602LCD的ROM的字符库的具体内容LCD1602液晶模块内部有160个字符，里面主要是数字字母和符号。每一个字符与之各个对应的代码恰好为美国信息交换标准代码的编码，比如大写的英文字母“A”通过编码表我们可以知道，其代码是01000001B（41H），当写入到DDRAM中时，接着发生动作，把地址41H中“Ａ“图形显示出来，我们就可以在显示装置看到字母。1602内部显示地址如图3.16所示：图3.161602内部显示具体位置液晶控制显示器的字符工作电压原理主要指的是一种利用这些数字液晶控制显示器的各种化学和其他物理催化性质,并通过一定的工作电压值来控制其主体所在的字符显示工作部位,并且当它们完全连接通电后才开始能够正常进行文字显示,从而可以观看图形。液晶显示器具有厚度薄的特点,适合直接使用驱动各种类型大规模的数字集成电路及各种易于加工制造的彩色显示器。它已被广泛用于笔记本电脑，数码相机，PDA移动通信工具等许多领域。3.2.7按键电路当按键与低电平相连时，才会使单片机自动通信，然后进行读写。将单片机初始化，这是为高电平，当有按键动作时，它会自动产生低电平，最后由单片机起到了处理效果，按键输入信号数据进入到了单片机中。在单片机和键盘的相连接中，输入的设备是键盘，它可以进行对单片机内部数据和命令的编写。键盘接口设计是人机对话的主要方式。键盘是以一定规则组成的按键电路。各个按键相当于与之相对应的按钮开关。按键可以分两种类型，以有无触点开关按键分类。如常使用的触摸式键盘、薄膜键盘、导电橡胶和按键式键盘等属于有触点开关；而像电容式键盘和光电式键盘，还有磁感应键盘属于无触点开关按键。通常情况下键盘会以判断按键是否按下、对按下按键的识别和键号与程序相连接口的处理三部分进行动作。使用键盘连接单片机的过程中，我们可以把它分成独立式键盘和矩阵式键盘，顾名思义，独立式的键盘就是各个独立的键子，而且它们相互也是独立的。每一个按键仅仅连接一个端口，为了使其效果明显，我们连接的时候要注意按键接电源地。其所用的驱动程序简单且按键系统更趋于稳定。若按键数目需求量大，就会使I/O口增多，从而增加复杂度成本，它适用于少量按键数目的设计；第二种为矩阵式键盘。键盘主要通过行线和列线组成，通过其交叉点选择按键位。如16键位由4*4的行列结构组成。较为麻烦的矩阵式的接法和程序是它的缺陷，但使用的I/O大大减少，优势在于可节省的空间与成本。由于报警器的需要，我感觉很适合独立式的键盘接法。独立式识别键盘系统采用一个单片机根据每个i/o端口识别等级对其按键进行识别读取以便于判断它们之间是否存在哪些识别按键。将常用的打开接地按钮的其中两个一端分别进行同时接地,然后把另外的其中一端分别同时连接至cpu和i/o两个端口,在驱动程序正常启动时,将该i/o两个端口的接地电平分别设置成一个高电平。通常,当不按任何一次控制键时,i/o输出端口便可能会一直处于一种非常高电平的静态保护。当用户按下一个高压键时,i/o输入端口就会发生电流短路或高压接地以从而迫使整个i/o输入端口朝下;而在释放这个键之后,微控制器内部的一个个向上或下拉稳压电阻把整个i/o输入端口电路维持在一个好的高电平。我们首先通常需要想到做的一件事情就是在一个应用程序中手动去正确查找此i/o应用端口的一个等级操作状态,以便能够了解我们对该一个端口是否进行了如何否定该按钮键的操作。我们常常在使用的单片机操作键盘时，发现的问题和这个过程很是必要，即键盘去除抖动。机械的抖动主要是我们所找出来的。通常的现象是，当不按此键时，键盘电平将不稳定。这是我们无法避免的事情，只是在按下按钮时要小心。我们发现的10到200毫秒之间的抖动是很小的数，而且难以发现且我们会觉得很低的稳定性在发生。微处理器或者说是单片机的感应是很快的。这种现象会对实验的效果有着很大的影响。我们消除其不好的影响。因为键盘的抖动可避免的概率不高，而且不好处理，我们选择将有效的命令避开抖动部分。其余加上无效的命令。这样可以实现软件去除异常抖动的影响。处理时注意程序。硬件电路如图3.17所示：图3.17按键电路

第4章软件的设计4.1软件简介4.1.1KEIL简介KeilSoftware公司是一家美国的公司，其研制发明了KeilC51。此产品为一种高效的开发系统，是用C语言软件开发，它能和51单片机联合。它可以对汇编与C语言进行兼容但与汇编有很大不同，C语言重在用法与结构，可读性和可兼容性还有后期处理修复方面具有明显的长处，常常被学习。其很方便快捷地对编写的单片机程序进行编译，它的调试效果强大，其还具有丰富的库文件，可以将代码保存。它的界面效果和平常相同。Keil软件界面图如图4.1所示：图4.1Keil_c软件界面4.1.2protel99se简介Protel99se是ProtelTechnology公司研究出来的全新的电路设计软件，在上个世纪就已经发行，并且受到了电子使用者的欢迎。具体时间为1999年4月。这款软件的属性为EDA软件。Protel99se为32位的集成设计系统。它提供了原理图设计、元器件设计、PCB设计和库设计。除此以外仿真时可自动设计布线和保持电气连接规则、提供文件等电路系统设计所需求的资料。3种技术特征的Protel99se很高效：SmartTeam、SmartTool和SmartDoc。这些部分非常实用，将设计人员、建立文件的工具仪器和设计文件联合使用。Protel99se具备很好的特性，具体如下：灵活的文档管理；多样的模板；、原理图元件库和PCB封装库；优越的混合信号电路仿真；优化的手动布线方式；优化的布线倒角风格；优化的元件布局工具；增强的PCB设计规则复合的规则；简便的同步设计；(10)自然语言帮助系统；(11)良好的兼容性。在进行原理图设计之前，通常需要对设计环境进行设置。如对原理图环境参数进行设置，可以使用户在设计过程中能够按照自己的习惯操作，从而提高工作效率；而对工作平面进行定义，可以让用户选择合适的图纸大小、方向、图纸颜色、标题栏类型和栅格大小等；图纸模板制作可以使用户按照各自的要求设计专用的图纸样式。然后即可进行元器件的载入与编辑，包括元器件库的增删、“PLACE”命令、元件属性编辑、元件移动、复制和删除等。在原理图纸中放置并编辑元件后，下一步工作就是将各个元器件用不同的连线连接起来，即原理图的布线工作。在对原理图进行布线之前，需要先掌握原理图布线工具以及不同工具的使用方法，然后再深入体会导线的绘制、节点的放置、电源与接地符号的放置、I/O端口的制作、总线与总分支线的绘制、网络标号的制作等。除了元件、导线和总线等具有电气的含义的元素外，电路原理图中还需要放置一些说明性的文本标注或图形，如边框、表格、曲线图形、信号波形等。这些图形和文本标注不具有电气含义，但可使原理图增加美观性和可读性，使原理图更加完整。层次原理图设计是用PROTELL99SE设计电路的进阶知识，从单张原理图设计提升到了项目设计的高度。可以自上而下设计，也可以自下而上设计。当设计完成电路图后，通常要进行一项非常重要的工作，即电气设计规则检查。通过对原理图中多项设计规则的检查，可检查出设计的电路中是否有错误和遗漏。如电气连接上是否有错误、节点是否有遗漏、是否有重复标注或未标注的元件等。如果无错误即可进行PCB板子的设计。图4.2Protel99SE工作界面如图4.2所示为一种标准的Windows界面，即为Protel99SE的工作界面，具体由标题栏、主菜单、标准工具栏、绘图工具栏、状态栏、对象选择按钮、预览对象方位控制按钮、仿真进程控制按钮、预览窗口、对象选择器窗口、图形编辑窗口组成。4.1.3protues简介除了KEILC51，Protel99SE，还需要Proteus软件，它是一款利用EDA工具的软件。这款软件是由英国Labcenter

electronics公司出版的。这款软件可以在原理图布局到PCB设计方面简洁快速地绘制出来，后续过程也成功研制出了从代码调试到单片机和外围扩展电路的协同仿真。其是从概念开始，以设计产品的高效结束。直到今天，电路仿真软件部分做到世界唯一，还有PCB设计软​​件部分和虚拟模型部分仿真软件部分相对出彩。高效地将其结合在一起。该软件的三合一设计平台及其处理器模型支持8051，HC11，PIC，AVR，ARM，8086和MSP430等。同时它还添加了Cortex和DSP系列处理器，并继续添加了其他系列处理器模型。Proteus软件主要具有以下功能：

①优化的原理图绘制功能。

②实现且优化了单片机和SPICE电路仿真相结合过程。比如它主要包含了对外围模拟集成电路的自动仿真、数字电路的自动仿真、单片机与其他外围集成电路的动态系统自动仿真、rs232动态系统仿真、iclc调试器、spipc调试器、键盘和rclcd盘等系统自动仿真的各种主要功能;除此之外,它还为企业用户本身提供了各种类型的数字虚拟仿真仪表,例如模拟逻辑信号分析仪、示波器和模拟信号谐波发生器。③可以支持主流单片机系统的仿真。以目前看来，68000系列、8051系列、AVR系列、PIC12系列、PIC16

系列、PIC18

系列、Z80系列、HC1l系列微处理器以及各种外围芯片都可以实现。

④具有并且优化软件调试功能。

4.2系统程序流程图软件系统流程图如图4.3所示开始开始初始化初始化读取AD转换烟雾值和温湿度值读取AD转换