【基于多傳感器的糧倉火災(zāi)報警系統(tǒng)設(shè)計與實現(xiàn)（論文）14000字】

基于多傳感器的糧倉火災(zāi)報警系統(tǒng)設(shè)計與實現(xiàn)摘要糧食對人民的生活是至關(guān)重要的,糧食的安全也是國家安全問題的重要基礎(chǔ)。時代在快速發(fā)展變遷，人們的思想也在漸漸轉(zhuǎn)化中，但是糧食的安全問題永遠都不能忽視。從古至今，糧食一直作為中國的戰(zhàn)略物資,同時也作為中國人民生活的必需品。2020年，東北糧食主產(chǎn)區(qū)在短時間內(nèi)接連遭受臺風(fēng)“巴威”和“美莎克”還有“海神”的打擊，使得農(nóng)作物出現(xiàn)大面積倒伏的情況，結(jié)果造成了玉米等農(nóng)作物的減產(chǎn)。所以，糧食的儲存比以前變得更加重要。糧倉一旦發(fā)生火災(zāi)事故，就會帶來無法挽回的經(jīng)濟損失。根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)，設(shè)計低成本的糧倉防火系統(tǒng)顯得十分必要且意義重大。現(xiàn)如今，大多數(shù)火災(zāi)報警器都是為一些大型建筑而研發(fā)的，諸如糧倉這種關(guān)乎國計民生的重要場所的防火系統(tǒng)卻略顯陳舊。利用單片機技術(shù)，設(shè)計和研發(fā)一種低成本、可靠性高、具有較高效率的智能火災(zāi)報警系統(tǒng)非常具備可行性。以AT89C51單片機作為控制器件,同時結(jié)合煙霧傳感器、溫度傳感器和濕度傳感器設(shè)計出一個實用的火災(zāi)報警系統(tǒng),當(dāng)溫度或煙霧濃度超過設(shè)定的固定值時,報警器做出反應(yīng)，實現(xiàn)聲光報警,阻止火災(zāi)的發(fā)生.關(guān)鍵詞：AT89C51火災(zāi)報警傳感器目錄第1章概述 11.1選題背景 1第2章方案設(shè)計 32.1方案一串級報警電路設(shè)計 32.2方案二區(qū)域報警電路設(shè)計 42.3方案三單片機報警電路設(shè)計 42.4方案選擇 4第3章電路設(shè)計 63.1電路總體設(shè)計 63.2各模塊電路設(shè)計 7第4章軟件的設(shè)計 214.1軟件介紹 21第5章設(shè)計結(jié)果及結(jié)論 265.1調(diào)試 265.2結(jié)論 26參考文獻 27附錄1:原理圖 29附錄2：仿真圖 45第1章概述據(jù)相關(guān)消息，2013年5月31日下午，中國糧食儲備局林甸直倉發(fā)生重大火災(zāi)事故。據(jù)統(tǒng)計，共有78個儲糧倉庫發(fā)生火災(zāi)，涉及儲糧4.7萬噸。其中包括60個玉米倉庫，34,000噸儲備;大米庫存18個，儲備1.3萬噸。事件發(fā)生后，應(yīng)急人員迅速趕到應(yīng)急救援現(xiàn)場，最終火勢被撲滅，無人員傷亡記錄?；馂?zāi)發(fā)生后，當(dāng)?shù)匕脖O(jiān)部門臨時組成調(diào)查組進入現(xiàn)場進行調(diào)查。6月1日中午，國家糧食局工作人員也趕到了林甸直屬糧庫參與調(diào)查。因此，中國糧油黑龍江分公司暫停了林甸直接法定代表人的職務(wù)，有關(guān)人員正在接受處理和調(diào)查。最后發(fā)現(xiàn)事故是由配電箱短路點火引起的，發(fā)生短路或與設(shè)備隨堆垛的連續(xù)搬運存在關(guān)聯(lián)。1.1選題背景1.1.1目的與意義現(xiàn)代中國，例如水稻、小麥和玉米等糧食，已然成為人民生活的不可缺少物品，如此看來，糧食安全很是要緊，為保護糧食安全，我們要抓住重要因素。通過大數(shù)據(jù)，我們針對了如糧食儲存時的溫度、濕度和其他氣體濃度這些項因素作出分析。與此相關(guān)的是，我國在加入世貿(mào)組織后，我國的糧食開放售出，經(jīng)濟形勢越來越好，主要糧食的安全儲存發(fā)揮出色，對穩(wěn)定發(fā)展國民經(jīng)濟有很強的積極影響，意義非凡。與此同時，我們國家在科學(xué)技術(shù)投入越來越大，相關(guān)產(chǎn)業(yè)得以快速發(fā)展，相關(guān)技術(shù)有所發(fā)展。北方地區(qū)作為產(chǎn)糧主力軍，農(nóng)業(yè)自動化技術(shù)突破技術(shù)壁壘，做出了我們自己的機器，提升了自動化程度，糧倉管理和儲存技術(shù)研究也在進步中。自然物理因素含義如濕度，一項說明大氣或空氣中干燥程度的物理量。在溫度不變時，在固定的體積的大氣或空氣內(nèi)部，含水汽量越少,就說明了空氣越干燥;反之,含水汽量越多,就說明了空氣越潮濕。即濕度表示的是空氣的水汽含量多少，即空氣干燥程度。正常糧倉一般較大,倉庫庫房數(shù)數(shù)量較多,傳感器數(shù)量同時也會有一定程度的增加。對與糧倉溫度和濕度的測量，不僅要從測量方法和技術(shù)上做功課，同時也要對單片機控制做糧食保存的一個課題研究。糧食一定也是國家的戰(zhàn)略物資,糧食的儲存就十分重要,一般情況下,儲存糧食的含水量在12%以下是安全的,溫度上也要檢測以防止局部溫度過高使糧食發(fā)生霉變。此外，根據(jù)有關(guān)統(tǒng)計，我國由于小麥變質(zhì)，每年損失數(shù)億公斤小麥，造成的直接經(jīng)濟損失令人震驚。影響谷物儲存安全性的最重要因素是谷物堆中的天氣狀況，即相互關(guān)聯(lián)的溫度和相對濕度的每日和季節(jié)性變化。為了確保存儲在谷倉中的谷物不會腐爛，變質(zhì)并不會引起火災(zāi)，必須將谷倉中的技術(shù)指標(biāo)保持在一定范圍內(nèi)。總而言之,研究一種基于多傳感器的糧倉火災(zāi)報警系統(tǒng)具有很強的實用價值,對社會有重要意義。1.1.2國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀當(dāng)今世界，我們所學(xué)習(xí)的相關(guān)技術(shù)進步明顯，如傳感器技術(shù)、單片機技術(shù)和集成電路技術(shù)。技術(shù)應(yīng)用變化多樣，產(chǎn)品多元化，工業(yè)上如監(jiān)控系統(tǒng)，農(nóng)業(yè)上像自動化機械。糧倉火災(zāi)報警器屬于工業(yè)，所以監(jiān)控技術(shù)的研究涉及面廣，所需技術(shù)較多。但技術(shù)發(fā)展飛速，軟件上算法進步很大，硬件上無論結(jié)構(gòu)還是質(zhì)量都有所提高。

最開始的階段，技術(shù)還沒有成熟，這個階段技術(shù)人員用的都是比較基礎(chǔ)的元器件，所需傳感器都比較簡單，原理也相對容易理解。主要為熱敏傳感器和光敏傳感器。里面包含熱敏電阻和光敏電阻。主要測量電阻的大小，這樣掌握糧倉溫濕度的變化情況，為火災(zāi)報警器數(shù)據(jù)分析材料。具體細節(jié)上還采用了人工檢查、測試。測量數(shù)據(jù)人工抄錄整理下來。然后經(jīng)過人工管理，結(jié)合這些成為完整的系統(tǒng)的方法。如果溫濕度不符合正常標(biāo)準(zhǔn)，就會采用曬干烘干的辦法減小濕度，另外還要通風(fēng)，注意藥物防止。如操作失誤會引起參數(shù)異常及病蟲害，導(dǎo)致很多的人力與物力損耗，效率低下。然而，經(jīng)過科研工作者的不懈堅持下，糧倉火災(zāi)報警系統(tǒng)漸漸完善、提高了許多。技術(shù)也日益精湛。多元化的報警系統(tǒng)越來越有保證，對安全和科學(xué)存儲產(chǎn)生了積極影響。

目前，研制的糧倉火災(zāi)報警系統(tǒng)，國內(nèi)的報警器多樣化，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)樣式各不相同，在檢查位置內(nèi)外的溫濕度檢測、分析、通風(fēng)機械這些細節(jié)，與之前的報警系統(tǒng)相比更加精準(zhǔn)。但是提升空間還有很大。在技術(shù)上，以單片機為主的電路系統(tǒng)居多，仍然還有很多問題困擾著我們，比如測量精度，環(huán)境控制和系統(tǒng)兼容等問題。

第2章方案設(shè)計2.1方案一串級報警電路設(shè)計設(shè)計好一個串級電路，先對首級設(shè)計。以氣敏傳感器電路作為開始部分，這部分電路作為啟動，當(dāng)糧倉發(fā)生火災(zāi)時，囤糧中煙霧氣體會進入傳感器中,從而產(chǎn)生感知，傳出報警信號，使終端的接收裝置接收信號。然后對末級設(shè)計，末級為接收報警電路，以接收裝置為主題設(shè)計，首級產(chǎn)生信號會發(fā)射到接收裝置，收到氣敏傳感器電路發(fā)出的信號，然后裝置發(fā)出報警。如圖2.1所示。目標(biāo)氣體首級:目標(biāo)氣體氣敏傳感器氣敏傳感器開關(guān)元件開關(guān)元件發(fā)射器發(fā)射器末級:接收裝置接收裝置報警裝置報警裝置圖2.1串級報警電路設(shè)計思路框圖

2.2方案二區(qū)域報警電路設(shè)計將一個區(qū)域報警電路設(shè)計成功，主體是要使用感知氣體的報警器。將報警器放置于規(guī)定的區(qū)域內(nèi),一般為產(chǎn)生最好效果的區(qū)域。區(qū)域報警電路以四部分組成，分別為電源電路部分、穩(wěn)壓電路部分、氣敏傳感電路部分和觸發(fā)報警電路部分。設(shè)計如圖2.2所示。電源電路裝置電源電路裝置穩(wěn)壓電路裝置穩(wěn)壓電路裝置傳感電路裝置傳感電路裝置報警電路裝置報警電路裝置圖2.2區(qū)域報警設(shè)計思路框圖2.3方案三單片機報警電路設(shè)計用單片機設(shè)計糧倉火災(zāi)報警系統(tǒng)，使用單片機控制系統(tǒng)，傳感器傳出數(shù)據(jù)，單片機完成過程控制。數(shù)據(jù)處理已設(shè)定，并且用顯示器實時顯示。對單片機輸入控制程序，能自主判斷儀器是否報警。若超出或數(shù)據(jù)不在合理范圍內(nèi)，啟動報警器電路。另外，實際單片機報警系統(tǒng)也要有可靠性。在硬件和軟件上設(shè)置自動監(jiān)測系統(tǒng)，已及時發(fā)現(xiàn)問題。通過報警解決問題。2.4方案選擇串級報警電路的設(shè)計對人流量大，安全隱患分布廣的地方非常適用，如賣場酒店，工廠等。本設(shè)計方法主要特征為監(jiān)控面積廣,通信方便。同時開啟遠程報警功能。設(shè)計也存在弊端，實施困難，實際成本因其線路復(fù)雜普遍較高。區(qū)域報警電路設(shè)計，顧名思義就是適合固定區(qū)域里的報警系統(tǒng),像一些寫字樓，辦公室和住宅區(qū)等。此設(shè)計方案的優(yōu)點是使用起來簡便、實際成本較低，實現(xiàn)簡單精確。同樣也有其缺點，比如對控制能力較低，未設(shè)置自動功能。對使用者要求滿足設(shè)計情況小，滿意度低。單片機報警電路設(shè)計穩(wěn)定度高，并且簡易控制，能根據(jù)實際所需求情況進行編程設(shè)計。可以實現(xiàn)低成本的使用。與此之后還可以擴展其功能，這三種設(shè)計方案單片機性價比更合適。在選擇糧倉火災(zāi)報警系統(tǒng)的設(shè)計方案時，除了其使用性能高,還要注意成本問題和功能的拓展。這次設(shè)計也是實際所需，需要監(jiān)控范圍廣，且方便操作，隨社會糧倉需求改進功能。可利用價值高。

第3章電路設(shè)計3.1電路總體設(shè)計3.1.1單片機系統(tǒng)總體設(shè)計糧倉火災(zāi)報警器中采用AT89C51為主要核心的系統(tǒng)來進行設(shè)計，運用了單片機最低功耗系統(tǒng)。第一步是自己設(shè)計檢驗控制電路。先考慮一下溫濕度的傳感裝置，我通過一些書籍資料找到了DHT11數(shù)字式的傳感器。DHT11濕度傳感器的溫濕度檢測指標(biāo)是20~90%，本檢測儀使用了DS18B20數(shù)字式溫度傳感器元件。煙霧傳感器元器件繁多。本次設(shè)計選擇了MQ－２類型煙霧傳感器元件。再加上復(fù)位電路，顯示電路和聲光報警帶電路。整個系統(tǒng)如圖3.１所示：溫度檢測溫度檢測濕度檢測LED顯示電路聲光報警電路復(fù)位電路煙霧檢測單片機時鐘電路3.1框圖結(jié)構(gòu)3.1.2單片機簡介單片機確實為自然界的偉大發(fā)明。不僅與半導(dǎo)體硅片有關(guān)，還在上面匯集了定時裝置計數(shù)裝置、中央微處理單元（CPU）、小型的存儲器（RAM、ROM）、并串行輸入輸出端口、中斷系統(tǒng)、時鐘檢驗電路和系統(tǒng)總體線路。一般在測量控制這些點有效果的單片微型計算機，簡稱單片機。單片機按照其用途可分為通用性單片機和專用型單片機基本實際的成品。本次設(shè)計由于通用，89C51單片機就很常用，為低成本的51單片機.單片機的功能細節(jié)分布圖為如圖3.2.圖3.2單片機功能細節(jié)分布每種引腳功能的作用：電源引腳及位置Vcc（40腳）：接＋5V電源。Vss（20腳）：接數(shù)字地。時鐘引腳及位置XATL1、XATL2分別在18和19引腳。分別作為片內(nèi)時鐘振蕩器的反相放大器的輸入端和輸出端。當(dāng)用外部時鐘信號時，XATL1引腳接獨立時鐘振蕩器的輸出信號。I/O口引腳：P0口：引腳為P0.0-P0.7，為漏極開路的8位并行雙向I/O口。作為通用I/O口使用時，需要加上拉電阻，這時未準(zhǔn)雙向口；P1口：引腳為P1.0-P1.7，準(zhǔn)雙向I/O口。具有內(nèi)部上拉電阻，可驅(qū)動4個LS型TTL負載；P2口：引腳為P2.0-P2.7，準(zhǔn)雙向I/O口。具有內(nèi)部上拉電阻，可驅(qū)動4個LS型TTL負載；P3口：引腳為P3.0-P3.7，引腳內(nèi)部接有上拉電阻。可驅(qū)動4個LS型TTL負載；控制引腳及位置：RST為復(fù)位信號輸入端，高電平有效。引腳位置為9引腳。在此位置上加持續(xù)大于2個機械周期的邏輯1，才能夠讓單片機恢復(fù)開始狀態(tài)；ALE或者-PROG為地址鎖存控制信號端，在30引腳；-PSEN訪問片外程序存儲器的讀選通信號，低電平有效。在29引腳；-EA/Vpp為外部程序存儲器訪問允許控制端。位置為31引腳；這些組成了MSC-51的控制總線。3.2各模塊電路設(shè)計3.2.1電源電路設(shè)計設(shè)計出一款供電系統(tǒng)要符合大多數(shù)人員的需要，我們所用的51單片機的工作電壓很小，一般在5V左右，所以對這種電源來說，5V的供電方式有很多種選擇?？梢再I干電池，也可以用儀器的USB口，還能尋找利用變壓器元件。考慮到使用的便利，我會用計算機的USB端口的電源，它能使我們的設(shè)計測試更加簡易。由于我們使用5V的電壓，為了使報警器工作更加穩(wěn)定。我設(shè)計了加上電容后的穩(wěn)壓電源。我使用電容濾波電路。本設(shè)計的濾波電路設(shè)計如圖3.3。圖3.3濾波電路3.2.2溫度檢測電路設(shè)計要查出溫度信號轉(zhuǎn)換的裝置為DS18B20。它們所指的也就是德國Dallas公司自己發(fā)明和銷售發(fā)行的各種科學(xué)儀器設(shè)備。它為一種數(shù)字的溫度傳感器。其封裝的具體動作方式主要是用到了3腳TO-92小體積密封。溫度技術(shù)指標(biāo)為-55℃~+125℃，DS18B20可編程9~12位A/D轉(zhuǎn)換精度。它有著高達0.0625℃的分辨率。同時測量溫度能串行輸出，所用符號擴展的16位數(shù)字。同時成本低。供電電源滿足引入遠端的條件，如果不滿足使用寄生電源也可。單片機僅僅通過一條含多個端口的引線來和一定數(shù)量的傳感裝置通信，這樣利于大大減少微處理器端口而且一定問題是減少一個傳感器的引線檢查。該電路主要由以下項目設(shè)計一起組成：他們分別用到為64位數(shù)的ROM、溫度驅(qū)動信號調(diào)制轉(zhuǎn)換器、非揮發(fā)性能的溫度報警器觸發(fā)器TH和TL兩項、配置信號寄存器。DS18B20的各個管腳根據(jù)其作用排列和表示方式如圖3.4所示，數(shù)字信號線的I/O口DQ引腳；GND為外部給出邏輯1數(shù)字電源地；VDD引腳是外部信號接受收集電源接口（信號寄生電源接線注意接地非斷開）。圖3.4DS18B20的管腳排列本元器件為數(shù)字式傳感裝置，引腳分布為1引腳接數(shù)字地，2引腳為數(shù)字信號的單片機通信端，3引腳作為電源引腳。具體的設(shè)計電路如圖3.5.圖3.518B20的接口與MCS電路3.2.3濕度檢測電路設(shè)計查濕度選用DHT11數(shù)字溫濕度轉(zhuǎn)換器。這個儀器是一款溫濕度復(fù)合信號感知測試裝置。其內(nèi)部已經(jīng)用到包括有已經(jīng)準(zhǔn)備無誤數(shù)字信號發(fā)射源。元件本身大大利用到了有自己特別性能的數(shù)字模塊裝置的收集技術(shù)，不僅如此，溫濕度的自動感知響應(yīng)技術(shù)。以其精確的技術(shù)可以使原先本身具有的報警元器件可靠性大大提高，并且穩(wěn)定性能強大的特征。傳感器有三部分元件：第一種為電阻式感濕元器件，第二種為NTC測溫元器件，第三種為8位單片機接線端口。這種產(chǎn)品有著穩(wěn)定的電源、動作時間短、具有高品質(zhì)等特點。它的防干擾能力也表現(xiàn)不錯。這些優(yōu)點使其廣受電子朋友的喜愛。不僅如此，每個DHT11裝置都有精確濕度的校準(zhǔn)效果。并且可在隨時隨地進行。存在一定的效果根據(jù)系數(shù)決定，校準(zhǔn)系數(shù)能夠存放在OTP內(nèi)存中，當(dāng)需要時，此裝置內(nèi)部信號會以其應(yīng)用程序是一種形式進行自動化式的處理，在調(diào)試并且處理信號的過程中，這些校準(zhǔn)系數(shù)能夠自己從內(nèi)存中釋放出來。一種質(zhì)量高的單線制數(shù)據(jù)串行接口，能可以讓全部系統(tǒng)數(shù)據(jù)的集成過程變得更加簡單且快速。極小的體積、不浪費電力，信號傳輸距離已經(jīng)可以達到20米外，讓這種類型傳感元器件成為首選。應(yīng)用甚廣。高質(zhì)量的產(chǎn)品密封配有為4針單排的引腳。不僅僅連接具有便捷性，而且若出現(xiàn)特殊的密封形式，也可供應(yīng)。DHT11傳感器具體結(jié)構(gòu)和元件原理圖如下圖3.6所示：圖3.6DHT11傳感器實物結(jié)果圖（1）引腳作用：其裝置有4個不同功能的解析端口第1引腳為VDD，它是一種電源，一般提供電壓指標(biāo)在3~5.5V之間；第2引腳是DATA，其具體地作用為作為哦串行的數(shù)據(jù)總體接線；第3引腳是NC，其表示了一種懸浮的接線；還以第4引腳為結(jié)尾，名為VDD，信號傳感接地腳，作用作為電源負極。（2）端口連線說明：主要有兩種情況，第一種為若為短于20米的接線時要用5K上拉電阻。第二種若連接線長度大于20米時，上拉電阻的阻止應(yīng)取決于實際具體情況。其器件詳細應(yīng)用電路系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如下圖3.7所示：圖3.7DHT11應(yīng)用電路（3）應(yīng)用數(shù)據(jù)幀：名為DATA的作用為數(shù)據(jù)幀，在對單片機電路端口與DHT11接受收集信號之間的通訊和同步解析負責(zé),DATA還有單條總線的格式作為其數(shù)據(jù)格式,每經(jīng)過一次4ms左右時間長度，即完成一次通信。當(dāng)然，分析數(shù)據(jù)要用其固定格式進行分析。下面解釋其結(jié)構(gòu)，像數(shù)學(xué)的小數(shù)部分和整數(shù)部分，數(shù)據(jù)幀的組成也一樣有著兩部分結(jié)構(gòu)。在下面明確了這種結(jié)構(gòu)的細化后的格式,確確實實，小數(shù)部分有著擴展現(xiàn)在出現(xiàn)的數(shù)據(jù)的作用,現(xiàn)在數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)釋放出為零.具體操作如下:當(dāng)數(shù)據(jù)幀數(shù)據(jù)傳輸無誤后，每次傳輸長度為40bit,高位首先行進作輸出幀。數(shù)據(jù)的格式首選為前8bit濕度的整數(shù)的數(shù)據(jù)顯示加上后8bit濕度的小數(shù)的數(shù)據(jù)行進加上前8bit溫度的整數(shù)的數(shù)據(jù)輸出再加上后8bit溫度的小數(shù)的數(shù)據(jù)結(jié)果。還要注意校驗數(shù)據(jù)，它為結(jié)果有無錯誤進行檢驗。（4）電氣特征：當(dāng)T=25℃，VDD=5V。表3.1DHT11的電氣特點參數(shù)條件Mintypmax單位供電DC355.5V供電電流測量0.52.5mA平均0.21mA待機100150uA采樣周期秒1次注:采樣周期間隔不得低于1秒鐘。（5）時序的描述：我們所用的此種元器件的具體時序與單片機密切關(guān)聯(lián)。其存在著兩種工作方式，即動作與非動作狀態(tài)。而此兩種方式的選擇在于我們對單片機程序的控制。通過單片機來讓其自動進行選擇。程序為輸出邏輯1時，我們可以理解為元件受到控制，它的狀態(tài)就會有所改變。開機階段，等待此器件向單片機發(fā)送數(shù)據(jù)的過程。此數(shù)據(jù)就是上面所說的數(shù)據(jù)幀，在發(fā)送信號的同時，其一直保持著動作，隨時準(zhǔn)備著收集單片機傳送過來的程序命令。而且非常自動化。其能識別和選擇各種數(shù)據(jù)幀。動作和非動作狀態(tài)也就是其主從性質(zhì)的體現(xiàn)。當(dāng)整體總線電源保持一個非動作狀態(tài)后，表現(xiàn)為邏輯1的輸入，這相當(dāng)于其與單片機響應(yīng)之間的開路。直到其有所動作才恢復(fù)并重新選擇，其超過18毫秒時長后，我們就斷定了其發(fā)現(xiàn)收集到了單片機的程序命令。其與單片機進行雙向交流后，因此收集到一次邏輯動作信號一次改變工作方式，應(yīng)為邏輯0，這時其工作可以自動切換方式。使其所連接的上拉電阻被拉高，自己放置于邏輯1，重復(fù)上面流程。當(dāng)整體電源總線保持在動作工作方式時，即表示單片機對其程序輸入邏輯0.其對每個用戶設(shè)備傳輸這個信號，以起到控制作用。與上面原理一樣，使其等待大約18毫秒的時長。把開路狀態(tài)關(guān)閉，這時其可以與單片機互相交流，也同時讀取了所需命令，數(shù)據(jù)幀也順應(yīng)一起出去。如果最后一位數(shù)據(jù)被其自動輸出后，它的時隙長度就會改變。單片機也會以此來判斷其是否動作完成。從而發(fā)送程序指令使其恢復(fù)到非工作狀態(tài)邏輯1。如此循環(huán)。下面介紹端口線的通訊連接。其連接AT89C51單片機沒有難度。將其連接51單片機的P2.0口。其來連接的端口為2引腳。經(jīng)常應(yīng)用實際范圍電路時，不好超過20米，為保證安全和效果，需要焊接負載，即5K型號的上拉電阻。接著把2引腳連電阻上。電源和電源地也與單片機一一對應(yīng)。圖3.8為DHT11傳感裝置內(nèi)部原件的電路原理基本結(jié)構(gòu)圖：圖3.8DHT11電路原理圖3.2.4MQ-2煙霧檢查和測試電路MQ-2型號的氣體傳感裝置使用有一定的要求。在一些城市煤氣、天然氣、液化石油的測量中，主要組成成分為氫氣，適宜使用。其對外部敏感程度小，基本不受其他成分的影響。MQ-2型號的半導(dǎo)性能傳感裝置有兩種。MQ-2型對于煙霧等減光型有害氣體測量較精確。MQ-2A型號的一般對城市煤氣、石油液化氣、天然氣測試比較準(zhǔn)確。MQ-2型號的傳感器元件具有以下特征：（1）限較長，穩(wěn)定性好。（2）供電系統(tǒng)，功耗僅在0.7W左右。（3）在較大的測量范圍內(nèi)對所測試的氣體的靈敏度和信噪比較高。（4）成本較低，使用簡易，方便。其感應(yīng)程度有很多，一般S=Ro/Rx為10~30。其電路基本結(jié)構(gòu)如圖3.9所示：圖3.9煙霧ＭＱ－２下面為該器件的主要技術(shù)指標(biāo)響應(yīng)的時長：Tr在10s以內(nèi)；恢復(fù)的時長：Tn在60s以外；加熱的電壓：一般在5V左右為最佳；加熱的功率：本次設(shè)計所需基本在0.7W。外界的影響：丁烷不超0.2%時和室溫下，影響低。工作的環(huán)境：室溫，適宜濕度下。圖3.10是組件結(jié)構(gòu)的示意圖。底座由耐高溫酚醛塑料制成，銷釘由鍍鎳銅線制成，頂蓋由致密的雙層不銹鋼網(wǎng)制成，具有很高的強度和防爆能力。圖3.10MQ-2型元件外形結(jié)構(gòu)圖MQ-2氣體式氣壓傳感器的基本設(shè)計結(jié)構(gòu)和外觀如圖3.10所示。由一個AL2O3陶瓷微加熱管，SnO2敏感層，測量敏感電極和高壓加熱器等多個部分組成的測量傳感裝置。將其固定于在一層塑料或不銹鋼的腔體內(nèi)。工作技術(shù)指標(biāo)的影響源為加熱裝置。封裝的氣體傳感器具有6個針形針，其中里面4個恢復(fù)信號的通信有作用，剩下2個作電流源適宜使用。圖3.11MQ-2型元件一般氣體濃度測試特征曲線上圖3.11是MQ-2型的裝置一般氣體的濃度范圍測試的曲線，圖像濃度不到0.6%時性能效果最好。圖3.12MQ-2型元件的通電時間曲線上圖3.12是MQ-2型裝置通電時長的曲線。我們發(fā)現(xiàn)，通電時長在60~90s之間時，裝置性能效果差距不大。3.2.5報警電路如圖3.13為燈光報警電路：圖3.13燈光報警電路LED（LightEmittingDiode），發(fā)光二極管的元件名稱表示，它是以半導(dǎo)體做的二極管的一種產(chǎn)品。二極管是一種簡稱，它是由封裝后的PN結(jié)外殼和電極引線兩部分構(gòu)成。它能將電能轉(zhuǎn)化成可見光。由P區(qū)引出的電極作為陽極，由N區(qū)引出作為陰極。其半導(dǎo)體的形狀為為固態(tài)，它能夠把電能的信號轉(zhuǎn)成為光的表示。LED因為亮度高，熱量的下調(diào)，動作的時長大，無毒害，可反復(fù)利用等優(yōu)點備受歡迎。在大量的資料中，分析出來了燈光是因為它的原理簡單。鎢絲的改變很是重要，其次源光的三原色也很重要。當(dāng)代的無污染產(chǎn)業(yè)中，LED前景巨大。研究人員對光源材料也很重視。我國在上個世紀(jì)開始投入精力。現(xiàn)在成果明顯，對燈具的進出口數(shù)目龐大。我國制造的燈具使用壽命長，性能尤其穩(wěn)定。隨著投入力度的加大，其類型和樣式也在同時快速地增加。本次設(shè)計的使用會用到不同的彩色LED來區(qū)分不同的警報。如圖3.14為聲音的報警的電路圖3.14聲音報警電路蜂鳴器是本電路的重要裝置。它的結(jié)構(gòu)是很整體歸一的。它也叫電子聲音的響應(yīng)儀器。直流電壓對它供電。其有著應(yīng)用范圍大的特征，在計算機，打印機，常見電子產(chǎn)品中經(jīng)常會有它的身影。還有警示設(shè)備中是必不可少的。其主要的類型分為兩種：有壓電的蜂鳴器和電磁的蜂鳴器。下面簡單說明一下，壓電式的蜂鳴器主要由多諧的振蕩器，有阻抗的適配器，加上音箱和外殼組成。記為H，更有加上發(fā)光二極管的。另一種有晶體管和集成的電路組成了多諧的振蕩器。當(dāng)給其供電后,多諧振蕩器動作,輸出音頻信號，頻率一般為1.5-2.5KHZ，通過加上阻抗的匹配器動作，這樣發(fā)聲的蜂鳴片作用。壓電蜂鳴片基本結(jié)構(gòu)是鋯鈦酸鉛和鈮鎂酸鉛的物質(zhì)做成的壓電的陶瓷源。然后經(jīng)過銀電極的添加，再有就是極化和老化的后序測試，最后成品加上銅片。同理電磁式的蜂鳴器構(gòu)造也差不多，很常見的振蕩器和電磁線圈，在讓其與磁鐵、振動膜片相連，加上包裝就完成了。其與電源相連接后，有出現(xiàn)了音頻信號電流，這就是振蕩器的作用。物理上通過電流形式傳給電磁線圈，使其周圍產(chǎn)生電磁場發(fā)生振動，膜片發(fā)聲。蜂鳴器的電路驅(qū)動控制電路一般具有簡單而又復(fù)雜的部件結(jié)構(gòu),它一般是由一個自動三極管、一個自動蜂鳴器、一個自動限流器和電阻等多個部件綜合組成。蜂鳴器通常是一種指在諸如電子信息器一類的電子元件中可以作為一種發(fā)聲器的儀器,如果它們的主機兩端被天線接通?？梢灾苯犹砑又绷鞴ぷ麟妷?使用有源直流蜂鳴器)或者方波(使用無源直流蜂鳴器)后,即可直接使得耳機發(fā)聲,它的主要通用發(fā)聲技術(shù)指標(biāo)主要包括是發(fā)聲結(jié)構(gòu)部件構(gòu)造、發(fā)聲頻率范圍、工作電壓、頻率、電流、驅(qū)動裝置方法(直流/方波)等。而且這些選定指標(biāo)均指的是用戶可以按照自己的實際需求而來進行正確選定。本系統(tǒng)設(shè)計按照所列設(shè)需要求在進行時可選擇采用相應(yīng)的新型有源噪聲蜂鳴器。

3.2.6LCD1602顯示電路圖3.15液晶顯示電路設(shè)計LCD1602其作為工業(yè)字符顯示液晶裝置，它的作用不言而喻，它通常可以同時用來表達16x02即32位的每個字符。(16列2行)。在我們家的周圍環(huán)境里,我們往往總是可以清晰地直接看到一個個的液晶電視顯示屏。液晶電視顯示電路模塊的技術(shù)用途非常廣泛,已經(jīng)被廣泛用于許多其他消費電子產(chǎn)品上的通過電路元器件,平時主要用于移動計算機、儀表顯示、電子表和大多數(shù)家用電子產(chǎn)品中都有它的身影,顯示的主要有數(shù)字、圖形、還有許多特殊的中國專用汽車標(biāo)志。在與數(shù)字單片機的人工數(shù)據(jù)通信中,一般主要選擇采用以下幾種數(shù)字顯示控制技術(shù):數(shù)字發(fā)光管、lede等數(shù)字信號發(fā)射管及其他新型液晶數(shù)字顯示器。其連接到單片機電路進行交互時，液晶顯示作為輸出器件，以下優(yōu)勢被開發(fā)出來：由于LCD的每一個顏色點位在接收接受到激光信號后后它都會自動繼續(xù)不斷保持其原有顏色與光的亮度并且不斷地進行發(fā)光,這與目前傳統(tǒng)的激光陰極紅外射線管(crt)彩色顯示器不同,后者必須不斷地進行更新新的顏色亮點。因此,lcd系列具有高標(biāo)準(zhǔn)質(zhì)量的視頻圖像并且沒有燈光閃爍。LCD的顯示屏的顯示及內(nèi)容是數(shù)字的顯示，其與單片機的端口接線更簡單可靠，方便具體的操作。這種液晶顯示器是通過在顯示屏上用一個電極檢測出液晶元件中分子在各個方面的運動狀態(tài),從而實現(xiàn)了顯示的目標(biāo),并且比傳統(tǒng)的顯示器輕得多,它具有相同的觀看范圍和面積。功耗更低于一般的顯示類器件（1）引腳功能的介紹：第1引腳作用：VSS的端口接電源地。第2引腳作用：VDD的端口接+5V邏輯電源。第3引腳作用：VEE為液晶顯示偏壓，可調(diào)節(jié)。第4引腳作用：RS為寄存器的選擇，邏輯1為數(shù)據(jù)寄存器、邏輯0為指令寄存器。第5引腳作用：R/W為讀寫信號線，若為邏輯1進行讀操作，若為邏輯0進行寫操作。例如,在RS與R/W共同是一個低電平的時候就可以將其作為一個指令進行寫入或者是顯示出來。若RS為邏輯0,R/W為邏輯1時,它就可以被用來讀忙的信號,但是當(dāng)RS為邏輯1,R/W為邏輯0時,它就可以被用來寫入一個數(shù)據(jù)。第６引腳作用：儀器E端為使能端，會發(fā)出使能的信號。當(dāng)E的邏輯1轉(zhuǎn)換0時，液晶模塊讀取控制程序。第7－14引腳作用：表現(xiàn)三態(tài)為D0～D7的8位雙向的數(shù)據(jù)總線口。第15引腳作用：背光調(diào)節(jié)板電源，通常為+5V，串聯(lián)一個可變電阻器。第16引腳作用：背光調(diào)節(jié)板電源地。（2）1602LCD的ROM的字符庫的具體內(nèi)容LCD1602液晶模塊內(nèi)部有160個字符，里面主要是數(shù)字字母和符號。每一個字符與之各個對應(yīng)的代碼恰好為美國信息交換標(biāo)準(zhǔn)代碼的編碼，比如大寫的英文字母“A”通過編碼表我們可以知道，其代碼是01000001B（41H），當(dāng)寫入到DDRAM中時，接著發(fā)生動作，把地址41H中“Ａ“圖形顯示出來，我們就可以在顯示裝置看到字母。1602內(nèi)部顯示地址如圖3.16所示：圖3.161602內(nèi)部顯示具體位置液晶控制顯示器的字符工作電壓原理主要指的是一種利用這些數(shù)字液晶控制顯示器的各種化學(xué)和其他物理催化性質(zhì),并通過一定的工作電壓值來控制其主體所在的字符顯示工作部位,并且當(dāng)它們完全連接通電后才開始能夠正常進行文字顯示,從而可以觀看圖形。液晶顯示器具有厚度薄的特點,適合直接使用驅(qū)動各種類型大規(guī)模的數(shù)字集成電路及各種易于加工制造的彩色顯示器。它已被廣泛用于筆記本電腦，數(shù)碼相機，PDA移動通信工具等許多領(lǐng)域。3.2.7按鍵電路當(dāng)按鍵與低電平相連時，才會使單片機自動通信，然后進行讀寫。將單片機初始化，這是為高電平，當(dāng)有按鍵動作時，它會自動產(chǎn)生低電平，最后由單片機起到了處理效果，按鍵輸入信號數(shù)據(jù)進入到了單片機中。在單片機和鍵盤的相連接中，輸入的設(shè)備是鍵盤，它可以進行對單片機內(nèi)部數(shù)據(jù)和命令的編寫。鍵盤接口設(shè)計是人機對話的主要方式。鍵盤是以一定規(guī)則組成的按鍵電路。各個按鍵相當(dāng)于與之相對應(yīng)的按鈕開關(guān)。按鍵可以分兩種類型，以有無觸點開關(guān)按鍵分類。如常使用的觸摸式鍵盤、薄膜鍵盤、導(dǎo)電橡膠和按鍵式鍵盤等屬于有觸點開關(guān)；而像電容式鍵盤和光電式鍵盤，還有磁感應(yīng)鍵盤屬于無觸點開關(guān)按鍵。通常情況下鍵盤會以判斷按鍵是否按下、對按下按鍵的識別和鍵號與程序相連接口的處理三部分進行動作。使用鍵盤連接單片機的過程中，我們可以把它分成獨立式鍵盤和矩陣式鍵盤，顧名思義，獨立式的鍵盤就是各個獨立的鍵子，而且它們相互也是獨立的。每一個按鍵僅僅連接一個端口，為了使其效果明顯，我們連接的時候要注意按鍵接電源地。其所用的驅(qū)動程序簡單且按鍵系統(tǒng)更趨于穩(wěn)定。若按鍵數(shù)目需求量大，就會使I/O口增多，從而增加復(fù)雜度成本，它適用于少量按鍵數(shù)目的設(shè)計；第二種為矩陣式鍵盤。鍵盤主要通過行線和列線組成，通過其交叉點選擇按鍵位。如16鍵位由4*4的行列結(jié)構(gòu)組成。較為麻煩的矩陣式的接法和程序是它的缺陷，但使用的I/O大大減少，優(yōu)勢在于可節(jié)省的空間與成本。由于報警器的需要，我感覺很適合獨立式的鍵盤接法。獨立式識別鍵盤系統(tǒng)采用一個單片機根據(jù)每個i/o端口識別等級對其按鍵進行識別讀取以便于判斷它們之間是否存在哪些識別按鍵。將常用的打開接地按鈕的其中兩個一端分別進行同時接地,然后把另外的其中一端分別同時連接至cpu和i/o兩個端口,在驅(qū)動程序正常啟動時,將該i/o兩個端口的接地電平分別設(shè)置成一個高電平。通常,當(dāng)不按任何一次控制鍵時,i/o輸出端口便可能會一直處于一種非常高電平的靜態(tài)保護。當(dāng)用戶按下一個高壓鍵時,i/o輸入端口就會發(fā)生電流短路或高壓接地以從而迫使整個i/o輸入端口朝下;而在釋放這個鍵之后,微控制器內(nèi)部的一個個向上或下拉穩(wěn)壓電阻把整個i/o輸入端口電路維持在一個好的高電平。我們首先通常需要想到做的一件事情就是在一個應(yīng)用程序中手動去正確查找此i/o應(yīng)用端口的一個等級操作狀態(tài),以便能夠了解我們對該一個端口是否進行了如何否定該按鈕鍵的操作。我們常常在使用的單片機操作鍵盤時，發(fā)現(xiàn)的問題和這個過程很是必要，即鍵盤去除抖動。機械的抖動主要是我們所找出來的。通常的現(xiàn)象是，當(dāng)不按此鍵時，鍵盤電平將不穩(wěn)定。這是我們無法避免的事情，只是在按下按鈕時要小心。我們發(fā)現(xiàn)的10到200毫秒之間的抖動是很小的數(shù)，而且難以發(fā)現(xiàn)且我們會覺得很低的穩(wěn)定性在發(fā)生。微處理器或者說是單片機的感應(yīng)是很快的。這種現(xiàn)象會對實驗的效果有著很大的影響。我們消除其不好的影響。因為鍵盤的抖動可避免的概率不高，而且不好處理，我們選擇將有效的命令避開抖動部分。其余加上無效的命令。這樣可以實現(xiàn)軟件去除異常抖動的影響。處理時注意程序。硬件電路如圖3.17所示：圖3.17按鍵電路

第4章軟件的設(shè)計4.1軟件簡介4.1.1KEIL簡介KeilSoftware公司是一家美國的公司，其研制發(fā)明了KeilC51。此產(chǎn)品為一種高效的開發(fā)系統(tǒng)，是用C語言軟件開發(fā)，它能和51單片機聯(lián)合。它可以對匯編與C語言進行兼容但與匯編有很大不同，C語言重在用法與結(jié)構(gòu)，可讀性和可兼容性還有后期處理修復(fù)方面具有明顯的長處，常常被學(xué)習(xí)。其很方便快捷地對編寫的單片機程序進行編譯，它的調(diào)試效果強大，其還具有豐富的庫文件，可以將代碼保存。它的界面效果和平常相同。Keil軟件界面圖如圖4.1所示：圖4.1Keil_c軟件界面4.1.2protel99se簡介Protel99se是ProtelTechnology公司研究出來的全新的電路設(shè)計軟件，在上個世紀(jì)就已經(jīng)發(fā)行，并且受到了電子使用者的歡迎。具體時間為1999年4月。這款軟件的屬性為EDA軟件。Protel99se為32位的集成設(shè)計系統(tǒng)。它提供了原理圖設(shè)計、元器件設(shè)計、PCB設(shè)計和庫設(shè)計。除此以外仿真時可自動設(shè)計布線和保持電氣連接規(guī)則、提供文件等電路系統(tǒng)設(shè)計所需求的資料。3種技術(shù)特征的Protel99se很高效：SmartTeam、SmartTool和SmartDoc。這些部分非常實用，將設(shè)計人員、建立文件的工具儀器和設(shè)計文件聯(lián)合使用。Protel99se具備很好的特性，具體如下：靈活的文檔管理；多樣的模板；、原理圖元件庫和PCB封裝庫；優(yōu)越的混合信號電路仿真；優(yōu)化的手動布線方式；優(yōu)化的布線倒角風(fēng)格；優(yōu)化的元件布局工具；增強的PCB設(shè)計規(guī)則復(fù)合的規(guī)則；簡便的同步設(shè)計；(10)自然語言幫助系統(tǒng)；(11)良好的兼容性。在進行原理圖設(shè)計之前，通常需要對設(shè)計環(huán)境進行設(shè)置。如對原理圖環(huán)境參數(shù)進行設(shè)置，可以使用戶在設(shè)計過程中能夠按照自己的習(xí)慣操作，從而提高工作效率；而對工作平面進行定義，可以讓用戶選擇合適的圖紙大小、方向、圖紙顏色、標(biāo)題欄類型和柵格大小等；圖紙模板制作可以使用戶按照各自的要求設(shè)計專用的圖紙樣式。然后即可進行元器件的載入與編輯，包括元器件庫的增刪、“PLACE”命令、元件屬性編輯、元件移動、復(fù)制和刪除等。在原理圖紙中放置并編輯元件后，下一步工作就是將各個元器件用不同的連線連接起來，即原理圖的布線工作。在對原理圖進行布線之前，需要先掌握原理圖布線工具以及不同工具的使用方法，然后再深入體會導(dǎo)線的繪制、節(jié)點的放置、電源與接地符號的放置、I/O端口的制作、總線與總分支線的繪制、網(wǎng)絡(luò)標(biāo)號的制作等。除了元件、導(dǎo)線和總線等具有電氣的含義的元素外，電路原理圖中還需要放置一些說明性的文本標(biāo)注或圖形，如邊框、表格、曲線圖形、信號波形等。這些圖形和文本標(biāo)注不具有電氣含義，但可使原理圖增加美觀性和可讀性，使原理圖更加完整。層次原理圖設(shè)計是用PROTELL99SE設(shè)計電路的進階知識，從單張原理圖設(shè)計提升到了項目設(shè)計的高度?？梢宰陨隙略O(shè)計，也可以自下而上設(shè)計。當(dāng)設(shè)計完成電路圖后，通常要進行一項非常重要的工作，即電氣設(shè)計規(guī)則檢查。通過對原理圖中多項設(shè)計規(guī)則的檢查，可檢查出設(shè)計的電路中是否有錯誤和遺漏。如電氣連接上是否有錯誤、節(jié)點是否有遺漏、是否有重復(fù)標(biāo)注或未標(biāo)注的元件等。如果無錯誤即可進行PCB板子的設(shè)計。圖4.2Protel99SE工作界面如圖4.2所示為一種標(biāo)準(zhǔn)的Windows界面，即為Protel99SE的工作界面，具體由標(biāo)題欄、主菜單、標(biāo)準(zhǔn)工具欄、繪圖工具欄、狀態(tài)欄、對象選擇按鈕、預(yù)覽對象方位控制按鈕、仿真進程控制按鈕、預(yù)覽窗口、對象選擇器窗口、圖形編輯窗口組成。4.1.3protues簡介除了KEILC51，Protel99SE，還需要Proteus軟件，它是一款利用EDA工具的軟件。這款軟件是由英國Labcenter

electronics公司出版的。這款軟件可以在原理圖布局到PCB設(shè)計方面簡潔快速地繪制出來，后續(xù)過程也成功研制出了從代碼調(diào)試到單片機和外圍擴展電路的協(xié)同仿真。其是從概念開始，以設(shè)計產(chǎn)品的高效結(jié)束。直到今天，電路仿真軟件部分做到世界唯一，還有PCB設(shè)計軟??件部分和虛擬模型部分仿真軟件部分相對出彩。高效地將其結(jié)合在一起。該軟件的三合一設(shè)計平臺及其處理器模型支持8051，HC11，PIC，AVR，ARM，8086和MSP430等。同時它還添加了Cortex和DSP系列處理器，并繼續(xù)添加了其他系列處理器模型。Proteus軟件主要具有以下功能：

①優(yōu)化的原理圖繪制功能。

②實現(xiàn)且優(yōu)化了單片機和SPICE電路仿真相結(jié)合過程。比如它主要包含了對外圍模擬集成電路的自動仿真、數(shù)字電路的自動仿真、單片機與其他外圍集成電路的動態(tài)系統(tǒng)自動仿真、rs232動態(tài)系統(tǒng)仿真、iclc調(diào)試器、spipc調(diào)試器、鍵盤和rclcd盤等系統(tǒng)自動仿真的各種主要功能;除此之外,它還為企業(yè)用戶本身提供了各種類型的數(shù)字虛擬仿真儀表,例如模擬邏輯信號分析儀、示波器和模擬信號諧波發(fā)生器。③可以支持主流單片機系統(tǒng)的仿真。以目前看來，68000系列、8051系列、AVR系列、PIC12系列、PIC16

系列、PIC18

系列、Z80系列、HC1l系列微處理器以及各種外圍芯片都可以實現(xiàn)。

④具有并且優(yōu)化軟件調(diào)試功能。

4.2系統(tǒng)程序流程圖軟件系統(tǒng)流程圖如圖4.3所示開始開始初始化初始化讀取AD轉(zhuǎn)換煙霧值和溫濕度值讀取AD轉(zhuǎn)換