糧倉溫度與防火防盜檢測系統(tǒng)的設(shè)計

第頁共46頁糧倉溫度與防?防盜檢測系統(tǒng)的設(shè)計摘要：糧食存儲是國家重要事情，這關(guān)系到國家對于戰(zhàn)亂，災(zāi)難以及其他突發(fā)事件的應(yīng)急處理。所以，關(guān)于糧食的存儲，糧倉的安全必須得到高度的重視。這些都是關(guān)系到人民生計國家安全的重要事情。而對于糧倉儲藏糧食，高溫，失火和偷盜是主要危害糧油儲藏的原因。所以設(shè)計一款糧倉溫度與防火防盜檢測系統(tǒng)具有重要的意義。本系統(tǒng)還進(jìn)行設(shè)計了一個糧倉溫度控制和防火防盜的監(jiān)測與控制系統(tǒng)，本設(shè)計是以STC89C52單片式微型計算機為控制系統(tǒng)的核心，并采用了煙霧感應(yīng)器和溫度傳感器以及熱釋紅外傳感器來實現(xiàn)糧倉內(nèi)的防火防盜功能以及防溫度過高功能，當(dāng)系統(tǒng)檢測到溫度過高或者是有煙霧的時候，會控制蜂鳴器報警，同時，如果檢測到有人進(jìn)入，也會進(jìn)行蜂鳴器的報警，整個系統(tǒng)采用液晶LCD1602進(jìn)行顯示，提高了系統(tǒng)的交互性。信息系統(tǒng)工程設(shè)計人員提供了詳盡的信息系統(tǒng)方案研究、軟硬件基礎(chǔ)設(shè)計和開發(fā)等流程，對系統(tǒng)的基本原理和設(shè)計流程都做出了深入分析，并系統(tǒng)設(shè)計了實體，求證了信息系統(tǒng)的正確性和可信度。最終實現(xiàn)糧倉的防火防盜。關(guān)鍵詞：單片機；溫度采集；煙霧采集；液晶顯示；報警；按鍵設(shè)置1引言1.1研究背景與意義糧食存儲是國家重要事情，這關(guān)系到國家對于戰(zhàn)亂，災(zāi)難以及其他突發(fā)事件的應(yīng)急處理。因此，對于糧食的存儲，糧倉的安全必須得到高度的重視。這些都是關(guān)系到人民生計國家安全的重要事情。而對于糧倉存儲糧食，溫度，火災(zāi)以及偷盜是主要影響糧食存儲的因素。通過查閱相關(guān)的資料發(fā)現(xiàn)，糧食在糧倉進(jìn)行存儲的過程中，糧食的含水量是低于10％，這樣糧食能夠長期存儲，但是如果在存儲的過程中，糧倉內(nèi)的溫度過高，就會造成存儲的糧食新陳代謝加快，造成糧食變質(zhì)加快，對于糧食的存儲是極為不安全的。這樣就會造成糧食發(fā)霉，無法使用，造成巨大的浪費和存儲安全。另一方面，由于糧食都是易燃物品，所以一旦發(fā)生火災(zāi)，很難實現(xiàn)大批的搶救，所以火災(zāi)對于糧食的存儲也是一大隱患[1]。同時，由于糧食的存儲也會引起不法分子的注意，糧倉中糧食也會存在被盜的風(fēng)險。在存儲的過程中，無論是溫度，火災(zāi)，盜竊，都對糧食的存儲是一大考驗。本系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計了一個糧倉溫度與防火防盜檢測系統(tǒng)，本課題是以STC89C52單片機作為系統(tǒng)的核心，使用煙霧傳感器與溫度傳感器還有熱釋紅外傳感器進(jìn)行糧倉的防火防盜還有防高溫，用戶在使用的時候，可以設(shè)置一個溫度上限，煙霧上限，當(dāng)系統(tǒng)檢測到溫度過高或者是有煙霧的時候，會控制蜂鳴器報警，同時，系統(tǒng)設(shè)防之后，如果檢測到有人進(jìn)入，也會用蜂鳴器來進(jìn)行報警，我們使用液晶LCD1602顯示數(shù)據(jù)。糧倉內(nèi)參數(shù)檢測系統(tǒng)方面。國內(nèi)外的系統(tǒng)較多，隨著經(jīng)濟的發(fā)展和科學(xué)的進(jìn)步，科技運用于各個領(lǐng)域中，高科技數(shù)字式傳感器廣泛應(yīng)用于糧倉檢測系統(tǒng)。傳感器使用半導(dǎo)體集成電路和微控制器。一個管芯上集聚半導(dǎo)體溫度檢測芯片、數(shù)據(jù)信號轉(zhuǎn)換芯片、計算機接口芯片，存儲芯片等。并且完成溫度檢測之外，還可以進(jìn)行預(yù)置范圍溫度、火災(zāi)報警、人員檢測的實施，許多的A/D轉(zhuǎn)換、溫度補償功能都能夠?qū)崿F(xiàn)。因為數(shù)字溫度傳感器會直接有數(shù)字量，會解決溫度信號長距離傳輸困境。并且如果傳輸過程中由于干擾和衰減導(dǎo)致的精度變低?，F(xiàn)在，我國出現(xiàn)了許多數(shù)字傳感器產(chǎn)品，像一些遠(yuǎn)程控制模塊、中繼器、接插器、分線器等，我國的技術(shù)也比較成熟。單片機，計算機成為當(dāng)今信息技術(shù)重要組成部分，信息化監(jiān)控技術(shù)也被許多人所關(guān)注。通過此設(shè)計之后，可以實時的讓糧倉管理人員了解到當(dāng)前糧倉內(nèi)的溫度情況和煙霧情況，并且能夠?qū)崿F(xiàn)防盜功能和報警功能，一旦出現(xiàn)異常的時候，系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)第一時間報警，進(jìn)而有效的提高糧倉的安全，維護國家財產(chǎn)安全。1.2國內(nèi)外研究現(xiàn)狀發(fā)現(xiàn)在糧倉內(nèi)參數(shù)檢測系統(tǒng)方面，尤其是溫度，煙霧以及人防檢測方面。國內(nèi)外的系統(tǒng)都是非常多的，這些系統(tǒng)從原始時期的人員進(jìn)行巡邏，到后來隨著計算機技術(shù)、超大規(guī)模集成電路技術(shù)的發(fā)展，利用智能傳感器進(jìn)行檢測，這種方式省時省力而且檢測的精度高，系統(tǒng)的自動報警功能可以隨時提醒糧倉管理人員。糧食的存儲是極為不安全的。這樣就會造成糧食發(fā)霉，無法使用，造成巨大的浪費和存儲安全。另一方面，由于糧食都是易燃物品，所以一旦發(fā)生火災(zāi)，很難實現(xiàn)大批的搶救。糧食保護檢測核心是我國科技大力發(fā)展的核心之一。隨著科技的進(jìn)步，計算機技術(shù)的普及，計算機應(yīng)用人群越來越多。糧倉科技保護的初步形成于糧倉的的溫度濕度。剛開始時，以熱敏電阻作為傳感器，用來檢測電阻的變換，反應(yīng)糧食的真實情況，但是由于人工成本過高，效率也不高，測量的精度也不夠，在全社會共同的支援下，各界人才的共同奮斗下，糧倉的檢測技術(shù)不斷的完善，為我國的經(jīng)濟效應(yīng)提高了很多，創(chuàng)造了很大的財富，不斷地提高了大家的工作的效率[2]。糧倉檢測系統(tǒng)傳感器的選擇，一般都是選擇熱敏電阻傳感器或者數(shù)字式溫度傳感器。我們通常選擇的熱敏傳感器，它的工作原理時由于溫度的變化導(dǎo)致電阻值發(fā)生變化。熱敏傳感器的有優(yōu)點有他的成本較低，體積不大，操作性強，反應(yīng)的速度很快，因此，它被許多的領(lǐng)域所使用。一個管芯上集聚半導(dǎo)體溫度檢測芯片、數(shù)據(jù)信號轉(zhuǎn)換芯片、計算機接口芯片，存儲芯片等。并且完成溫度檢測之外，還可以進(jìn)行預(yù)置范圍溫度、火災(zāi)報警、人員檢測的實施，許多的A/D轉(zhuǎn)換、溫度補償功能都能夠?qū)崿F(xiàn)。因為數(shù)字溫度傳感器會直接有數(shù)字量，會解決溫度信號長距離傳輸困境。煙霧傳感器與溫度傳感器還有熱釋紅外傳感器進(jìn)行糧倉的防火防盜還有防高溫，用戶在使用的時候，可以設(shè)置一個溫度上限，煙霧上限，當(dāng)系統(tǒng)檢測到溫度過高或者是有煙霧的時候，會控制蜂鳴器報警。因此本課題根據(jù)國內(nèi)外的研究現(xiàn)狀，可以實時的讓糧倉管理人員了解到當(dāng)前糧倉內(nèi)的溫度情況和煙霧情況，并且能夠?qū)崿F(xiàn)防盜功能和報警功能。1.3本設(shè)計研究內(nèi)容本設(shè)計研發(fā)的糧倉溫度控制以及防火防盜監(jiān)測控制系統(tǒng)。它是一個人工智能管理的綜合控制系統(tǒng)，并且它的檢測系統(tǒng)是由一個單片機主控模塊和一個溫度監(jiān)測模塊、煙霧采集模塊、人防探測模塊，以及液晶顯示功能、告警模塊所組成。根據(jù)我們所學(xué)習(xí)的單片機技術(shù)和控制技術(shù)，設(shè)計出一整套的糧倉溫度與防火防盜檢測系統(tǒng)，在進(jìn)行研究設(shè)計時主要研究了溫度檢測模塊的采集精度及頻率、煙霧檢測的精度，用戶設(shè)置的閾值，人防檢測，液晶顯示精度和刷新頻率，系統(tǒng)檢測的可靠性和穩(wěn)定性。最后我們通過實施系統(tǒng)電路、整機電路、單片機內(nèi)部運行程序，我們就可以做出來全部的檢測商品。本課題的論文中，實施了整體的硬件電路、系統(tǒng)的軟件流程設(shè)計。最后才完成系統(tǒng)的實物。我們在電路設(shè)計方面，我們選擇大眾所常見的電路設(shè)計軟件AltiumDesigner，并根據(jù)自己的需要設(shè)計了原理圖。我們在軟件的設(shè)計方面，我們采取的是C語言來編程開發(fā)。整個檢測系統(tǒng)的控制核心是STC89C52單片機，同時設(shè)計了DS18B20傳感器、MQ-2煙霧檢測模塊、人防模塊，液晶LCD1602模塊的硬件電路及其軟件程序。在實際應(yīng)用時，可將設(shè)備置于糧倉內(nèi)，以進(jìn)行對當(dāng)前環(huán)境中的高溫，煙霧，等人防監(jiān)測;在電源方面，系統(tǒng)采用了二百二十伏的市電進(jìn)行供電，并采用了電壓轉(zhuǎn)換模塊，實現(xiàn)對單片機系統(tǒng)的供電[5]。

2系統(tǒng)方案設(shè)計2.1單片機方案的選擇51系列：選擇8位的STC89C51/STC89C52單片機，STC系列單片機是國產(chǎn)單片機，在一些相對簡單的系統(tǒng)中比較常用。51系列單片機也是應(yīng)用比較廣泛的單片機，使用者的使用心得也是相對較多，在網(wǎng)上可以看見一些常見項目的資料分享，對于初學(xué)者使用STC單片機是非常友好的。對于STC系列單片機的程序接口我們只要UART接口就可以實現(xiàn)單片機的程序書寫。總體來說STC系列單片機具有使用簡單、價格便宜、資料多、應(yīng)用廣泛的特點[6]。STM32單片機，程序空間與運行速度相對來說較快。STM32單片機使用也是非常多，在網(wǎng)上的資料也是相對較多，遇到問題在網(wǎng)上都可以找到相關(guān)的參考。STM32具有很高的集成度，具有非常多的資源集合到單片機中包括了自帶的ADC模塊、UART模塊、PWM模塊等。在一些比較復(fù)雜的系統(tǒng)中應(yīng)用比較常見，總體來說STM32具有運行速度快、功能多等特點。相對來說STM32單片機的開發(fā)需要掌握一定的基礎(chǔ)，具有一定的門檻[7]。最終，本課題采用STC89C52作為系統(tǒng)的核心處理器。2.2溫度檢測方案選擇DS18B20是美國Dallas公司生產(chǎn)的一種常用的溫度傳感器，其測試的準(zhǔn)確度較高，價格便宜，開發(fā)難度低，所以得到了廣泛的使用。通過集成的溫度傳感器能夠快捷高效準(zhǔn)確的實現(xiàn)對溫度的采集，缺點是溫度采集范圍低，通常為-55度到125度。而在本系統(tǒng)中，主要是對環(huán)境中的溫度進(jìn)行采集，所以，采用DS18B20更加合適[8]。2.3煙霧檢測方案選擇本設(shè)計中，采用MQ-2煙霧傳感器。該傳感器是一款專門用于進(jìn)行室內(nèi)煙霧采集的傳感器，并且其輸出方式為模擬信號，本設(shè)計中，再輔以ADC0832就可以完成對糧倉內(nèi)煙霧的采集[9]。2.4人體檢測方案選擇人體感應(yīng)模塊本設(shè)計采用了HC—SR501自動控制模塊，該模塊有自動感應(yīng)封鎖時間，檢測人體的原理是在于高低電平的變化，其特點是持續(xù)時間長，靈敏度較強，反應(yīng)速度快，可廣泛用于各類自動檢測裝置[10]。2.5報警方案選擇采用蜂鳴器進(jìn)行報警，當(dāng)系統(tǒng)出現(xiàn)異常的時候，單片機通過控制蜂鳴器進(jìn)行發(fā)聲報警。與此同時的話，系統(tǒng)還增加了一個LED燈。所以在蜂鳴器響起的時刻，LED燈就會進(jìn)行閃動，實施聲光報警[11]。2.6系統(tǒng)的總體設(shè)計框圖本次設(shè)計的總體設(shè)計框圖和部分工作原理見圖2.1：圖2.1系統(tǒng)總體設(shè)計框圖溫度采集所用的DS18B20水質(zhì)傳感器擁有自己的單線端口，僅需一個接口引腳就可以通訊。所用的器件降從單線的通信線獲得到電力之后，在有效時鐘周期內(nèi)，它可以將電能儲存到內(nèi)部所擁有的電容器里，而且它將在單信號線為高電平的在單信號線為低電平有效的時鐘期內(nèi)進(jìn)行切斷它的電力，這種狀況將直至信號接收器為高電平并重新接通寄生電容電源為止。其實DS18B20也可用外部電源供電，將他的外接電源在溫度變化期間可使線保持高電平。人體紅外感應(yīng)器系統(tǒng)采用了全自主傳感器，當(dāng)人走進(jìn)其傳感器區(qū)域時則手動提供高電平，人離去則自動延時手動切斷高電平，并手動提供低電平。煙氣采集利用的原理是MQ-2煙氣傳感器對煙塵具有很高的靈敏度，能準(zhǔn)確排除含有強烈刺激性非易燃成分煙氣產(chǎn)生的干擾信號。因為它的輸出信號形式是模擬信號，所有STC89C52單片機的內(nèi)部是沒有AD轉(zhuǎn)換的，因此我們可以增加了一個數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊，我們就可以用模擬量變換成數(shù)字信號，這樣單片機就可以繼續(xù)運行下去。[12]。

3系統(tǒng)硬件設(shè)計3.1STC89C52單片機及其最小系統(tǒng)設(shè)計3.1.1功能特性概述STC89C52RC單片機是臺灣宏晶公司進(jìn)行設(shè)計和生產(chǎn)的單片機產(chǎn)品。它的內(nèi)部是采用通用的CMOS工藝技術(shù)生產(chǎn)的8位單片機處理器。該處理器性能強大，功耗不高，價格低，開發(fā)難度小，所以在市場上的應(yīng)用較為廣泛。其內(nèi)部集成了40個常用的高速IO，內(nèi)部集成了3個定時器，1個UART串口，同時有8K的Flash和2K的掉電存儲模塊，所以其內(nèi)部資源豐富，有助于用戶進(jìn)行系統(tǒng)的開發(fā)。STC89C52RC是一款功能強大的51單片機，它延續(xù)的MCS-51系列的內(nèi)核，能夠?qū)崿F(xiàn)匯編語言和C語言兩種方式的編程。作為一款中低端的單片機，為大量的嵌入式系統(tǒng)提供了核心控制器。他使用靈活，因此得到了眾多工程師的使用。對于初學(xué)者而言，只需要掌握C語言的基礎(chǔ)知識和單片機模塊開發(fā)的基礎(chǔ)知識即可，就能夠?qū)崿F(xiàn)對STC89C52RC單片機的系統(tǒng)開發(fā)。利用專業(yè)的單片機開發(fā)工具，實現(xiàn)hex文件的生成并下載，就能夠?qū)崿F(xiàn)對單片機程序的開發(fā)。單片機的實物圖如圖3.1所示。圖圖3.1STC89C52實物圖3.1.2主要性能參數(shù)STC89C52一共有40個管腳，他們都有著不同的功能：VCC和GND引腳，他們共同構(gòu)成單片機的供電引腳，其中VCC接電源的正極，GND接電源的負(fù)極，供電電壓5V。RESET引腳是單片機的復(fù)位引腳，高電平有效。當(dāng)該引腳從低電平變?yōu)楦唠娖降臅r候，系統(tǒng)實現(xiàn)復(fù)位。XTAL1和XTAL2兩個引腳是單片機的晶振引腳，可以接12M的晶振或者是11.05926M的晶振。P0.0-P0.7引腳是單片機的P0IO口，能夠?qū)崿F(xiàn)高速輸入和輸出。P1.0-P1.7引腳是單片機的P1IO口，能夠?qū)崿F(xiàn)高速輸入和輸出。P2.0-P2.7引腳是單片機的P2IO口，能夠?qū)崿F(xiàn)高速輸入和輸出。P3.0-P3.7引腳是單片機的P3IO口，能夠?qū)崿F(xiàn)高速輸入和輸出。同時P3IO還具有其他復(fù)用功能。單片機引腳圖如圖3-2所示。圖3-2STC89C52引腳圖3.1.3單片機最小系統(tǒng)設(shè)計對于STC89C52RC單片機的使用需要設(shè)計一個單片機最小系統(tǒng)，通過外圍輔助電路之后，才能夠?qū)崿F(xiàn)單片機的功能。通過對STC89C52RC單片機IO的了解，可以看到，RST引腳是復(fù)位引腳，并且高電平有效，所以設(shè)計了一個復(fù)位電路，如圖3-1所示。包含一個電容，一個電阻和一個按鍵，當(dāng)按下按鍵的時候，系統(tǒng)進(jìn)行復(fù)位。XTAL1引腳和XTAL1引腳，通過手冊可以得出，接晶振。由于STC8952RC單片機的P0IO內(nèi)部是沒有上拉電阻的，所以設(shè)計了一個上拉電阻。最終設(shè)計的單片機最小系統(tǒng)如圖3-2所示。圖3-2STC89C52單片機最小系統(tǒng)（1）復(fù)位電路復(fù)位電路是當(dāng)系統(tǒng)運行異常的時候，通過按下按鍵，控制器返回主程序的開頭。（2）晶振和時鐘電路 單片機根據(jù)晶振的脈沖信號來執(zhí)行一次指令周期。單片機使用的晶振越大，單片機的指令周期就越短，需要根據(jù)實際的應(yīng)用場景來保證單片機的運行穩(wěn)定。單片機晶振電路連接單片機的XTAL1與XTAL2兩個引腳，兩個30PF的電容一端接到晶振的引腳，另一端接入地，這樣就可以得到晶振標(biāo)稱的諧振頻率。3.2防火檢測電路設(shè)計本系統(tǒng)中，需要對糧倉中的煙霧濃度進(jìn)行檢測，以此來判斷糧倉內(nèi)煙霧是否超標(biāo)，進(jìn)而判斷出是否有火災(zāi)，在本設(shè)計中，使用的是MQ-2氣敏型煙霧傳感器，在該系統(tǒng)中，用戶在使用的時候，不需要做其他的動作，只需要將該傳感器放置到室內(nèi)即可，這樣就能夠?qū)崿F(xiàn)對室內(nèi)煙霧的檢測。由于（SnO2）對氣體敏感程度較高，煙霧傳感器使用二氧化錫作為煙霧傳感器的原材料，由于二氧化錫的特殊屬性在空氣中的導(dǎo)電率幾乎為零。MQ-2傳感器只針對煙霧進(jìn)行檢測，進(jìn)而能夠在復(fù)雜的環(huán)境中靈敏的識別出室內(nèi)是否有煙霧泄露，這樣就大大的降低了其他氣體對檢測的干擾性。MQ-2煙霧傳感器具有較高的測試分辨率和測試的靈敏度，進(jìn)而能夠有效的準(zhǔn)確的檢測出煙霧濃度[9]。本傳感器使用的壽命非常的長，具有非常強的可靠性和穩(wěn)定性。在MQ-2煙霧傳感器的內(nèi)部，是由A12O3微型器件，陶瓷管，半導(dǎo)體元件SnO2敏感層以及測試電極和加熱器件共同構(gòu)成的。在封裝方面，MQ-2傳感器是通過塑料形式和不銹鋼的腔體共同組成的。封裝的氣體傳感器具有6個針形針，其中4個用于信號提取，另外2個用于提供加熱電流[8]，其實物圖如圖3-3所示。圖3-3MQ-2煙霧傳感器特點：適用氣體：易燃性氣體、煙霧等。探測范圍：400—1200ppm。響應(yīng)、恢復(fù)時間分別為：小于等于10S、小于等于30S。測量電壓：小于等于24V。適用環(huán)境見表3-1：表3-1適用環(huán)境表符號參數(shù)名稱技術(shù)條件備注Tao使用溫度-10℃-50℃最小值大于２％Tas儲存溫度-20℃-70℃RH相對濕度小于95%RHO2氧氣濃度21%(標(biāo)準(zhǔn)條件)氧氣濃度會影響靈敏度特性在本設(shè)計中，對于煙霧參數(shù)的采集是采用煙霧傳感器的。煙霧傳感器在輸出方面是采用模擬信號進(jìn)行輸出的，其輸出的范圍是0-5V。而對于STC89C52單片機而言，由于其內(nèi)部是不具有ADC模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊的。所以，在進(jìn)行電路設(shè)計的時候，需要額外添加一個ADC轉(zhuǎn)換模塊，以此來實現(xiàn)模擬信號到數(shù)字信號的轉(zhuǎn)換。進(jìn)而單片機能夠?qū)ζ溥M(jìn)行處理。在本設(shè)計中，選擇的是ADC0832模式轉(zhuǎn)換芯片。ADC0832一職中8位分辨率的模數(shù)轉(zhuǎn)換器，它能夠?qū)崿F(xiàn)最高256級的電壓識別，也就是將測試的電壓分為256分，然后可以識別到的最小電壓為1/256。對于**傳感器輸出的0-5V而言，其能夠識別最小分辨率0.0195V的電壓，所以其分辨率是非常高的，能夠識別傳感器輸出的微弱信號，這對于整個系統(tǒng)測試過程中的精度還是非常重要的。同時，該信號的轉(zhuǎn)換時間僅為32μS，轉(zhuǎn)換速度非?？?。單片機[11]在對其進(jìn)行采用的時候，需要四個個IO，一個是時鐘信號，一個是片選信號，另外兩個是數(shù)據(jù)輸入和輸出引腳，如圖3-4所示為設(shè)計的ADC0832與單片機進(jìn)行通信的電路圖，本設(shè)計中，使用P2.4與ADC0832的CS進(jìn)行連接，P2.3與CLK進(jìn)行連接，P2.2與DO進(jìn)行連接，P2.2與DI進(jìn)行連接。通過這四個IO的共同協(xié)作，進(jìn)而實現(xiàn)了單片機對ADC0832的操作。讀取電壓轉(zhuǎn)換值。圖3.4煙霧采集電路設(shè)計單片機通過讀取ADC0832的數(shù)值，就能夠測試出是否有煙霧，進(jìn)而判斷出是否有火災(zāi)發(fā)生。3.3溫度檢測電路設(shè)計在本設(shè)計中，需要對溫度進(jìn)行采集。目前對于溫度的采集常用的有兩種方式。方式一是采用熱敏電阻的方式來進(jìn)行溫度的采集，此種方式采集精度低，相應(yīng)速度反，需要配合AD轉(zhuǎn)換一起使用才能完成溫度采集，但是通過熱敏電阻能夠?qū)崿F(xiàn)高溫的采集，而且成本較低。另一種方式是采用集成的溫度傳感器，以DS18B20為代表。通過集成的溫度傳感器能夠快捷高效準(zhǔn)確的實現(xiàn)對溫度的采集，缺點是溫度采集范圍低，通常為-55度到125度。而在本系統(tǒng)中，主要是對環(huán)境中的溫度進(jìn)行采集，所以，采用DS18B20更加合適。DS18B20實物圖如圖3.5所示。圖3.5DS18B20實物圖DS18B20性能：1.電壓范圍為：2.0?5.5V左右，數(shù)據(jù)線供電方式被采用；2.測溫范圍為：-40?+110℃；3.三條線上并聯(lián)連接可用在多個DS18B20，用來達(dá)到所需要的功能和期待的目的；4.無待機功耗；5.報警設(shè)置值可以被自定義設(shè)置；6.對超過自定義的溫度進(jìn)行標(biāo)識并進(jìn)行警報響應(yīng)以回復(fù)；在寄生電源模式下，DS18B20獲得信號能量的方式會變?yōu)閱尉€獲取：當(dāng)信號線的DQ較高時，DS18B20內(nèi)部轉(zhuǎn)化為存儲能量。電容器在運行期間在信號周期內(nèi)的功耗低，其次對寄生電源（電容器）進(jìn)行充電，直到信號值為高電平停止。特別的寄生電源方法優(yōu)點如下：（1）距離如果太遠(yuǎn)的話，它不需要考慮電源所產(chǎn)生的問題（2）ROM值不需要電源就能讀出（3）電路使用一個端口就能測量，所以電路更為簡單便捷。DS18B20的體積相比較其他的傳感器要小一些，而且是直插的封裝，這樣在進(jìn)行安裝的時候就方便很多。而且其供電的電壓范圍較大，能夠?qū)崿F(xiàn)多點同時測溫。因此在實際的使用中得到了很大的推廣。無論是消費類電子，工業(yè)控制中，都有廣泛的使用。通過DS18B20的內(nèi)部如可以看到，DS18B20集成了溫度傳感器，高低溫以及緩沖模塊和ROM模塊，這種結(jié)構(gòu)設(shè)計使得單片機在操作DS18B20的時候特別簡單，只需要發(fā)送指令，啟動轉(zhuǎn)換，就能夠?qū)崿F(xiàn)溫度的獲取。DS18B20內(nèi)部邏輯圖如圖3.6所示。圖3.6DS18B20內(nèi)部邏輯通過DS18B20的數(shù)據(jù)手冊可以得出，在電路設(shè)計中，對于DS18B20溫度采集電路的設(shè)計，只需要外加一個上拉電阻即可，在這個課題中，我們所用的是10K的上拉電阻，然后與單片機的P0.0接口進(jìn)行連接，再對DS18B20供電即可，其電路設(shè)計如圖3.7所示。圖3.7DS18B20溫度檢測電路設(shè)計同時特別的指出，用戶在使用DS18B20溫度傳感器的時候，一共要主要三個引腳的方向，一旦使用錯誤，就會造成傳感器的損壞。3.4液晶顯示電路設(shè)計在本設(shè)計中，對于采集到的溫度數(shù)據(jù)和煙霧數(shù)據(jù)以及操作過程中的設(shè)置，都需要進(jìn)行顯示，以此來提高整個系統(tǒng)的交互能力。通過查閱相關(guān)的資料發(fā)現(xiàn)，在單片機系統(tǒng)中，應(yīng)用最為廣泛的就是液晶顯示和數(shù)碼管顯示。采用液晶作為系統(tǒng)的顯示器件，目前常用的液晶顯示方式有LCD1602，LCD12864，OLED顯示屏等。他們按照尺寸的不同可以分為多種，但是其核心也是一種集成形式的點陣電路，不同尺寸的顯示屏內(nèi)部集成了不同數(shù)量的顯示器件，然后由單片機進(jìn)行控制。在操作上，有的液晶跟單片機之間采用并行通信方式，有的是串行或者是IIC形式通信，價格上相對于數(shù)碼管而言也是偏貴一點，但是可以顯示的數(shù)據(jù)量較多，可以顯示數(shù)字，字母，字符以及漢字或者是特定圖形。本設(shè)計中，由于需要顯示的數(shù)據(jù)較多，采用數(shù)碼管不能夠完全顯示出來，所以采用液晶來進(jìn)行顯示，具體型號為液晶LCD1602。液晶LCD1602是一種在電子技術(shù)開發(fā)中被工程師所廣泛使用的一種能夠顯示字符，數(shù)字以及字符的顯示模塊。液晶LCD1602通常由顯示屏，驅(qū)動單元以及擴展接口組成。在本系統(tǒng)中，LCD1602的數(shù)據(jù)輸入管腳與單片機的P0接口進(jìn)行連接，RS，RW，EN引腳分別與單片機的P2.3，P2.4和P2.5進(jìn)行連接。單片機通過RS，RW，EN引腳發(fā)送指令，通過P0接口輸入數(shù)據(jù)進(jìn)行顯示。原理圖如圖3.8所示。圖3.8液晶顯示電路設(shè)計本設(shè)計中所選擇使用的顯示模塊是LCD1602顯示屏，1602通過其命名我們可以看出，是指顯示的內(nèi)容為兩行，分為上下兩行。同時對應(yīng)的每行可以進(jìn)一步的顯示十六個字符。通過書寫程序，操作不同的寄存器，即可以完成對液晶LCD1602數(shù)字，字母，以及特殊字符的顯示。同時，通過調(diào)整其內(nèi)部的寄存器，可以實現(xiàn)對液晶的顯示控制，比如常見的閃爍動畫，也可以完成移位，反相顯示等動作。3.5防盜檢測電路設(shè)計在防盜檢測方面，人體檢測模塊是紅外技術(shù)的衍生的一種技術(shù)。感應(yīng)模塊是運用雙元探頭，當(dāng)檢測范圍里有人提進(jìn)行無規(guī)則移動時，紅外光譜就會檢測到利用和雙元的差值來觸發(fā)報警。人體檢測模塊可以廣泛應(yīng)用于各種檢測設(shè)備。本設(shè)計中使用的是熱釋紅外人體感應(yīng)模塊，該模塊可以感應(yīng)到3-8米的距離，而且其靈敏度的感應(yīng)距離是可以調(diào)節(jié)的，是一款專門用于人體檢測的模塊，系統(tǒng)采用HC-SR501人體紅外感應(yīng)模塊。當(dāng)危險情況發(fā)生時，該模塊不僅能及時且快速地輸出相應(yīng)的信號，并且安裝位置較為隱蔽，不會被人輕易發(fā)現(xiàn)[15]。其實物圖如圖3.9所示。圖3.9人體紅外傳感器HC-SR501是基于紅外線感應(yīng)技術(shù)和自動控制技術(shù)設(shè)計的傳感器，其探頭部分采用德國的LHI778人體感應(yīng)探頭，其測試的靈敏度高，可靠性強，抗干擾能力強。該模塊采用5V進(jìn)行供電，廣泛的應(yīng)用在各類人體自動感應(yīng)電路中，如白熾燈，自動門，防盜系統(tǒng)中，是一種高科技的傳感器。該模塊能夠感應(yīng)到3-8m的距離，用戶在使用的時候，可以通過調(diào)節(jié)背面的電位器，調(diào)節(jié)感應(yīng)靈敏度和輸出延時時間。該模塊具以下特點。1.自動感應(yīng)，當(dāng)有人進(jìn)入范圍內(nèi)時，輸出高電平，沒有人時，輸出低電平。2.多種感應(yīng)方式進(jìn)行選擇。a、不可重復(fù)觸發(fā)方式:當(dāng)傳感器感應(yīng)到人之后，輸出高電平后，延時一段時間之后，輸出的高電平，自動變?yōu)榈碗娖?，在延時時間內(nèi)，不再進(jìn)行感應(yīng);b、可重復(fù)觸發(fā)方式:即感應(yīng)到人之后，傳感器輸出高電平后，在延時時間段內(nèi)，如果傳感器檢測到有人，在輸出一直為高電平，直到感應(yīng)不到人之后，系統(tǒng)采輸出低電平。3.工作電壓范圍非常的寬:默認(rèn)傳感器的工作電壓DC4.5V-20V。適合大部分的嵌入式系統(tǒng)。4.微功耗功能，在靜態(tài)下，傳感器的電流<50微安，進(jìn)而可以大大延遲系統(tǒng)的使用時間。電路設(shè)計如圖3.10所示。使用的是單片機的P1.1接口。圖3.10人體紅外檢測電路設(shè)計感應(yīng)模塊采用雙元探頭，探頭的窗口為長方形，雙元（A元B元）位于較長方向的兩端，當(dāng)人體從左到右或從右到左走過時，紅外光譜到達(dá)雙元的時間、距離有差值，差值越大，感應(yīng)越靈敏，當(dāng)人體從正面走向探頭或從上到下或從下到上方向走過時，雙元檢測不到紅外光譜距離的變化，無差值，因此感應(yīng)不靈敏或不工作；所以安裝感應(yīng)器時應(yīng)使探頭雙元的方向與人體活動最多的方向盡量相平行，保證人體經(jīng)過時先后被探頭雙元所感應(yīng)。為了增加感應(yīng)角度范圍，本模塊采用圓形透鏡，也使得探頭四面都感應(yīng)，但左右兩側(cè)仍然比上下兩個方向感應(yīng)范圍大、靈敏度強，安裝時仍須盡量按以上要求。感應(yīng)范圍：3.6閾值設(shè)置及設(shè)防電路設(shè)計在本系統(tǒng)，用戶在使用之前，用戶可以設(shè)置一個溫度的上限和煙霧的上限，如果系統(tǒng)采集到的數(shù)值大于設(shè)定值，則會進(jìn)行報警。而這個數(shù)值的設(shè)置較為簡單，所以采用獨立按鍵的方式進(jìn)行設(shè)置。其電路圖如圖3.11所示。同時，也可以通過按鍵來進(jìn)行設(shè)防。圖3.11按鍵設(shè)置電路圖其中，SW2表示設(shè)置按鍵，SW4為數(shù)據(jù)加，SW5為數(shù)據(jù)減，SW6為設(shè)防按鍵，這樣，用戶就可以根據(jù)自己的需要對閾值的上限進(jìn)行設(shè)置以及進(jìn)行系統(tǒng)的設(shè)防。3.7報警電路設(shè)計本系統(tǒng)是智能化的系統(tǒng)，如果感應(yīng)到溫度過高，煙霧濃度過高，熱釋紅外感應(yīng)到有人則會進(jìn)行蜂鳴器的報警。本系統(tǒng)的報警電路如圖3-12所示。本設(shè)計中，使用的蜂鳴器是駐極體的蜂鳴器，其正極連接5V，負(fù)極連接到GND之后，就會發(fā)出滴滴滴的聲響，進(jìn)而進(jìn)行報警。但是，蜂鳴器在工作的時候，需要的電流較大，單片機的IO無法直接驅(qū)動，所以，本設(shè)計中，采用了三極管驅(qū)動的方式來進(jìn)行報警處理，采用的是PNPN的三極管，型號為SS8550。該三極管的基極與單片機的P1.0IO進(jìn)行連接，當(dāng)單片機輸出低電平的時候，控制三極管導(dǎo)通，進(jìn)行報警，當(dāng)輸出高平的時候，三極管閉合，蜂鳴器停止發(fā)聲。同時，本設(shè)計中，還添加了一個LED燈來進(jìn)行指示，當(dāng)發(fā)聲的時候，LED燈亮起[13]。圖3.12報警電路設(shè)計3.8整機電路圖本課題的整機電路圖根據(jù)程序的運行鶴流程圖進(jìn)行繪制，如圖3.13所示。.圖3.13整機電路設(shè)計4系統(tǒng)軟件設(shè)計4.1編程軟件介紹本系統(tǒng)在設(shè)計完硬件之后，如果需要對系統(tǒng)的軟件進(jìn)行開發(fā)，采用的是Keil來實現(xiàn)的。Keil是一種常見的單片機編程軟件，能夠?qū)崿F(xiàn)C語言程序的編寫，并具有工程管理功能，能夠?qū)崿F(xiàn).c文件.h文件的引入，并進(jìn)行整合使用。Keil的人機界面如圖4-1所示。圖4.1Keil編譯界面4.2系統(tǒng)主程序設(shè)計系統(tǒng)上電之后，會進(jìn)行溫度傳感器，煙霧傳感器，人體紅外傳感器的初始化，然后對溫度，煙霧，人體紅外進(jìn)行采集，采集完成之后，通過液晶LCD1602將數(shù)據(jù)顯示出來，并進(jìn)行判斷，如果有異常，則進(jìn)行聲光報警[8]。其系統(tǒng)流程圖如圖4.2所示。圖4.2系統(tǒng)主流程圖系統(tǒng)上電之后，會進(jìn)行溫度傳感器，煙霧傳感器，人體紅外傳感器的初始化，然后對溫度進(jìn)行采集，采集完成之后，通過液晶LCD1602將數(shù)據(jù)顯示出來。如果溫度測量過高，進(jìn)行聲光報警，如果溫度正常進(jìn)行下一步操作。隨后進(jìn)行煙霧檢測，如果室內(nèi)煙霧濃度較高，進(jìn)行聲光報警，如果煙霧濃度正常，通過液晶LCD1602將數(shù)據(jù)顯示出來并進(jìn)行下一步流程。隨后進(jìn)行防盜檢測，當(dāng)糧倉處于封管狀態(tài)時，用紅外檢測是否有人，如果有進(jìn)行聲光報警，如果沒有通過液晶LCD1602將測量數(shù)據(jù)顯示出來。最后結(jié)束流程。其系統(tǒng)主程序如圖4.3所示。圖4.3系統(tǒng)主程序4.3煙霧采集程序設(shè)計本系統(tǒng)中，使用的煙霧傳感器，在輸出的時候采用的是模擬信號，本設(shè)計中，利用ADC0832進(jìn)行數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換。單片機上電之后，先進(jìn)行ADC00832的初始化，然后發(fā)送指令進(jìn)行啟動，ADC0832完成轉(zhuǎn)換之后，單片機發(fā)送指令進(jìn)行讀取。其程序流程圖如圖4.4所示。圖4.4煙霧采集程序設(shè)計在程序中，在設(shè)計的時候，單片機通過SCL，CS，DO，DI四個引腳的高低電平變化實現(xiàn)對ADC0832數(shù)據(jù)的讀取，讀取ADC0832寄存器中的數(shù)據(jù)。讀取完成之后，單片機進(jìn)行判斷，得出對應(yīng)的煙霧數(shù)據(jù)。4.4溫度采集程序設(shè)計單片機在對DS18B20操作的時候，只需要一個IO即可。通過查閱相關(guān)的資料，對程序進(jìn)行了開發(fā)，首先是單片機先初始化DS18B20,然后通過IO接口發(fā)送指令，對其內(nèi)部的寄存器進(jìn)行操作，讓DS18B20開始采集溫度并轉(zhuǎn)換，然后進(jìn)行溫度的讀取，讀取完成之后，單片機處理并顯示。其程序的設(shè)計如圖4.5所示。圖4.5溫度采集流程圖如程序所示，在讀取DS18B20的數(shù)據(jù)中，首先是發(fā)送指令，啟動溫度轉(zhuǎn)換，然后讀取字節(jié)的數(shù)據(jù)，將溫度以8字節(jié)的方式讀取出來，單片機進(jìn)行判斷之后，完成數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換。4.5紅外檢測程序設(shè)計本設(shè)計中，通過熱釋紅外來檢測是否有人，上電之后，熱釋紅外發(fā)射信號，如果有人，則會返回信息，熱釋紅外便接收到，如果沒有人，則無法接收到，視為沒有人。其流程圖如圖4.6所示。圖4.6紅外檢測流程圖在紅外程序中，由于紅外輸出僅僅是一個IO，所以單片機通過讀取該IO的電平，就能夠?qū)崿F(xiàn)判斷是否有人。其程序如圖4.7所示。圖4.7紅外檢測程序4.6液晶顯示程序設(shè)計通過閱讀液晶LCD1602的操作手冊，可以發(fā)現(xiàn)，對于單片機操作液晶LCD1602而言，只需要三個IO，即RW，RS以及EN接口，其中，RW為讀寫選擇，RS為數(shù)據(jù)命令選擇，EN為使能引腳。STC89C52在對其進(jìn)行操作的時候，首先是發(fā)送指令進(jìn)行初始化，然后發(fā)送指令確定要顯示的位置，是第一行第幾列，然后通過數(shù)據(jù)引腳發(fā)送數(shù)據(jù)，液晶LCD1602輸出刷新，完成顯示。如圖4.8所示。圖4.8液晶顯示流程圖在對LCD1602進(jìn)行操作的時候，首先是發(fā)送初始化指令然后發(fā)送數(shù)據(jù)，完成數(shù)據(jù)的顯示4.7蜂鳴器報警程序設(shè)計通過進(jìn)行程序設(shè)計之后，如果溫度過高，有煙霧，或者是有人闖入，都會進(jìn)行蜂鳴器報警。其軟件的流程圖如圖4.9所示?！?圖4.9蜂鳴器報警程序流程圖報警函數(shù)中，通過對于煙霧數(shù)據(jù)，溫度數(shù)據(jù)，以及是否有報警標(biāo)志位，如果有，則進(jìn)行報警，打開蜂鳴器。程序如圖4.10。圖4.10蜂鳴器報警程序

5系統(tǒng)實物設(shè)計5.1實物焊接在前面書寫的內(nèi)容中，本課題中分布的寫了系統(tǒng)的整體框圖設(shè)計、硬件設(shè)計、軟件設(shè)計。在老師的幫助下，進(jìn)行了實物的設(shè)計。我在在實物設(shè)計的整個過程中，我需要對所有的器件進(jìn)行一點點的焊接和調(diào)試，最后能夠?qū)⑺鼈兒附?。最后我開始了整體的調(diào)試和測試。在實物設(shè)計的過程中需要焊接器件，按鍵和元器件。本課題中，采用的是萬用板來進(jìn)行焊接的我的實物。焊接后的實物圖。如圖5.1所示。圖5.1焊接后的實物圖5.2最小系統(tǒng)功能測試本課題整個設(shè)計的核心在于單片機最小系統(tǒng)，因此在焊接完成之后，我首先將單片機最小系統(tǒng)開始它的功能測試。單片機最小系統(tǒng)測試圖。如圖5.2所示。圖5.2最小系統(tǒng)調(diào)試5.3煙霧采集調(diào)試實物通了電源之后，實物用MQ-2煙霧傳感器來收集當(dāng)前的厭惡，并且通過液晶顯示出來。我在設(shè)計的時候，通過點燃香煙的方式，可以看到，煙霧濃度有明顯的變化。當(dāng)其調(diào)試圖如圖5.3所示。圖5.3煙霧采集調(diào)試5.4溫度采集調(diào)試采用DS18B20，這是一款專用的溫度傳感器，其檢測精度較高，電路設(shè)計簡單。當(dāng)系統(tǒng)上電之后，系統(tǒng)通過DS18B20對溫度進(jìn)行采集，在調(diào)試的時候，可以用手按一下DS18B20，對應(yīng)的溫度就會有變化。當(dāng)其調(diào)試圖如圖5.4所示。液晶的第二行顯示溫度。圖5.4溫度采集調(diào)試5.5防盜調(diào)試當(dāng)系統(tǒng)上電之后，當(dāng)按下設(shè)防按鍵之后，系統(tǒng)通過人體紅外來對人體進(jìn)行檢修，如果檢測到人體，則進(jìn)行報警，在調(diào)試的是，用盒子蓋住，則不會檢測到。當(dāng)其調(diào)試圖如圖5.5所示。圖5.5防盜調(diào)試5.6閾值設(shè)置調(diào)試客戶在使用這個實物之前，他們可以用按鍵對煙霧和溫度的上限進(jìn)行設(shè)置數(shù)據(jù)，客戶可以按一下按鍵之后，本系統(tǒng)就能夠進(jìn)入到設(shè)置界面，最后客戶可以自己進(jìn)行設(shè)置想要的數(shù)值。最終調(diào)試圖如圖5.6所示。圖5.6閾值設(shè)置調(diào)試5.7報警調(diào)試如果系統(tǒng)出現(xiàn)異常，則會進(jìn)行聲光報警，其調(diào)試圖如圖5.7所示。圖5.7蜂鳴器報警5.8整機調(diào)試最終，我們在經(jīng)過了各個模塊的調(diào)試之后，進(jìn)行了整機的聯(lián)合調(diào)試，調(diào)試結(jié)果符合設(shè)計的需求，其調(diào)試結(jié)果如圖5.8所示。圖5.8整機實物圖

總結(jié)展望本系統(tǒng)采用單片機進(jìn)行設(shè)計，采用軟硬件結(jié)合的技術(shù)，通過MQ-2煙霧傳感器，ADC0832，DS18B20溫度傳感器，液晶顯示模塊，實現(xiàn)了系統(tǒng)的功能，最終設(shè)計出的糧倉溫度與防火防盜系統(tǒng)符合設(shè)計的需求。當(dāng)