《基于51單片機(jī)的火災(zāi)監(jiān)測控制設(shè)計與實現(xiàn)》13000字

穆金虎：無人值守變電站消防監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計基于51單片機(jī)的火災(zāi)監(jiān)測控制設(shè)計與實現(xiàn)摘要消防工作很重要，不管是針對社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展還是公民人身安全。但是目前國內(nèi)很多相關(guān)研究，以及其開發(fā)和實現(xiàn)，主要是在大中型場所的火災(zāi)報警系統(tǒng)，所以有必要設(shè)計和實現(xiàn)一種主要由煙霧和溫度傳感器構(gòu)成的小型火災(zāi)報警系統(tǒng)。認(rèn)識和掌握各種類型傳感器的基本結(jié)構(gòu)、工作原理和特點(diǎn)十分重要。為提高對傳感器的認(rèn)識和理解，特別是對煙霧傳感器及其使用和用途的深入研究，根據(jù)實用、廣泛和典型的原則設(shè)計了本系統(tǒng)。采用單片機(jī)與傳感器技術(shù)相結(jié)合的方法，研制了這種火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)。本文以電阻式煙霧傳感器為核心，采用單片機(jī)技術(shù)，結(jié)合其它電子相關(guān)技術(shù)，設(shè)計了一種技術(shù)水平比較高的火災(zāi)報警系統(tǒng)。選擇了MQ-2型煙霧傳感器，實現(xiàn)了對煙霧的檢測，具有靈敏度高，響應(yīng)快，抗干擾能力強(qiáng)，價格低，使用壽命長等優(yōu)點(diǎn)。所選STC89c52單片機(jī)集成了硬件倍增器、脈寬調(diào)制器等多種資源，具有速度快、功耗低、抗干擾能力強(qiáng)等特點(diǎn)，是目前同類技術(shù)中性價比最高的產(chǎn)品。采用STC89c52單片機(jī)和MQ-2型半導(dǎo)體電阻式煙霧傳感器設(shè)計的煙霧報警器，可以完成聲光報警、故、濃度顯示、報警限設(shè)定、延遲報警以及與上位機(jī)串口通訊等功能。該系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，性能穩(wěn)定，使用方便，價格低廉，具有智能化、及時化、穩(wěn)定化的特點(diǎn)。有較高的經(jīng)濟(jì)和社會價值。關(guān)鍵詞：火災(zāi)監(jiān)測；煙霧傳感器；溫度傳感器；單片機(jī)1 緒論 總體方案設(shè)計電源開關(guān)電路部分電源電路部分單片機(jī)部分AD采集電路部分顯示電路部分報警電路部分按鍵控制電路部分圖1.1總體設(shè)計框圖2.1本章小結(jié)3硬件方案設(shè)計3.1控制模塊設(shè)計3.1.1單片機(jī)選型該系統(tǒng)的主要核心部件顯而易見是單片機(jī)，主要用于接收火災(zāi)信號、啟動報警和發(fā)出報警。單片機(jī)提供的控制功能需要探測器和用戶在正常情況下及時觀察實時煙霧濃度和溫度水平，因為單片機(jī)對計算速度要求較高，您可以進(jìn)行相應(yīng)的處理。激活警報系統(tǒng)。同時，在同類微控制器中需要考慮一種低成本、輕量化的機(jī)型，能夠滿足報警系統(tǒng)的各方面功能要求。隨著單片機(jī)技術(shù)的不斷升級發(fā)展，其中C52系列單片機(jī)的優(yōu)點(diǎn)是成本低、I/O口多、可編程性強(qiáng)。因此，對于監(jiān)測系統(tǒng)，這類單片機(jī)是最理想的，本設(shè)計選用STC89C52。STC89C52是一款低功耗高性能的CMOS8位單片機(jī)，具有8K可編程閃存。采用高密度非易失性存儲技術(shù)制造，與80C51工業(yè)產(chǎn)品的指令和插針完全兼容。STC89C52具有以下標(biāo)準(zhǔn)功能：8k字節(jié)的Flash,256字節(jié)的RAM,32位I/O口線，2個數(shù)據(jù)指針，3個16位的定時器/計數(shù)器，一個6-2級中斷結(jié)構(gòu)，全雙工串行口，片內(nèi)晶振和時鐘電路。下面對STC89C52各引腳的功能進(jìn)行較為詳細(xì)的介紹：（1）電源引腳Vcc和Vss。1.Vcc(40腳)：電源端為+5V。2.Vss(20腳)：接地端。（2）時鐘電路管腳XTAL1和XTAL2。XTAL2：連接晶片外的晶體引線。在采用芯片內(nèi)時鐘時，兩個引線端分別連接石英晶體和電容。XTAL1：連接電容器端口。這是芯片內(nèi)部振蕩電路的反相放大器的輸入端。如果使用外部時鐘，則可以將其接地。（3）控制信號腳RSTALEPSEN和EA。復(fù)位信號：只有在高電平情況下才能起作用。該輸入端維持高電流平時，即可完成復(fù)位操作。ALE/PROG(30針)：地址鎖存器允許信號處理。在STC89C52上電正常工作后，ALE針持續(xù)輸出正脈沖信號。。PSEN(29腳)；外部程序存儲器中的開關(guān)信號。在從外部程序存儲器取指令的過程中，每臺機(jī)器運(yùn)行兩次PSEN，但是在訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時，這兩個有效的PSEN信號并沒有顯示出來。表3.1P3口的第二功能表引腳第二功能P3.0RXD（作為輸入口）P3.1TXD（作為輸出口）P3.2INT0（作為外部中斷0）P3.3INT1（作為外部中斷1）P3.4T0（作為定時器0外部中斷）P3.5T1（作為定時器1外部中斷）P3.6WR（作為存儲器寫選通）P3.7RD（作為存儲器讀寫通）EA/VPP(31腳)：當(dāng)EA處于低電流狀態(tài)時，無論是否有內(nèi)部程序存儲器，外部程序存儲器地址都是(0000H-FFFFH)。在FLASH編程過程中，該針還被用來安裝12V編程電源(VPP)。（4）I/O(P0,P1,P2,P3的輸入/輸出端口)P0口：P0口是一種開漏極的8位準(zhǔn)雙向I/O口。P1口：8位準(zhǔn)雙向I/O口。P2口：即可做地址總線輸出地址高8位，或正常I/O使用。P3口：雙功能口，即可做普通I/O口使用。3.1.2單片機(jī)最小系統(tǒng)單片機(jī)的最小系統(tǒng)非常重要，它是單片機(jī)能正常工作的前提，如下圖3.1。圖3.1單片機(jī)最小系統(tǒng)該單片機(jī)最小系統(tǒng)由單片機(jī)部分、復(fù)位電路部分和時鐘電路部分組成。微控制器內(nèi)部有一個高增益反相放大器，構(gòu)成一個振蕩器。使用P1端口P1.0。P1.3設(shè)置四個獨(dú)立按鍵S2~S5。當(dāng)按下按鈕時，端口P1上的相應(yīng)引腳變?yōu)榈碗娖?，此時與按鈕相連的發(fā)光二極管將會亮起。時鐘電路是單片機(jī)的核心部分，是控制單片機(jī)工作節(jié)奏的電路，與振蕩電路相對應(yīng)。其中，XTAL1和XTAL2分別用作反相放大器的輸入和輸出，反相放大器可配置為片內(nèi)振蕩器。如果您使用外部時鐘源來驅(qū)動設(shè)備，請不要連接XTAL2。由于機(jī)器周期包含6個狀態(tài)周期，每個狀態(tài)周期有2個振蕩周期。即機(jī)器周期有12個振蕩周期。如果外接晶振的振蕩頻率為12MHz，則振蕩周期為1/12us。內(nèi)置時鐘電路，如下圖3.1.1所示。它采用上電自復(fù)位電路，如下圖3.1.2所示。圖3.1.1時鐘電路圖 圖3.1.2復(fù)位電路圖3.2檢測電路設(shè)計3.2.1煙霧檢測電路（1）煙霧傳感器介紹煙霧感應(yīng)電路是測量儀器和控制系統(tǒng)的重要組成部分，煙霧探測器的主要功能是完成對煙霧警報信號的采集。煙霧探測器將氣體濃度的信息轉(zhuǎn)換為電信號，并根據(jù)這些電信號的強(qiáng)度獲得待測氣體在環(huán)境中的狀態(tài)信息。對于檢測、監(jiān)控和報警功能，沒有準(zhǔn)確可靠的傳感器，就沒有準(zhǔn)確可靠的自動化檢測、控制和報警系統(tǒng)。煙霧傳感器是報警系統(tǒng)不可或缺的核心部件，決定了所采集的煙霧濃度信號的準(zhǔn)確性和可靠性。煙霧探測器從類型上來說是一種模擬探測器，即氣體探測器。將空氣中可燃?xì)怏w的濃度轉(zhuǎn)換為電信號，并通過A/D轉(zhuǎn)換電路將模擬量轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號量，并進(jìn)行密集數(shù)據(jù)處理的氣電轉(zhuǎn)換器。對于處理和報警控制，可以將空氣中煙塵濃度的變量轉(zhuǎn)換成具有特定對應(yīng)關(guān)系的輸出信號。煙氣傳感器監(jiān)測環(huán)境中煙氣的濃度并提供防火保護(hù)。當(dāng)感煙探測器遇到煙霧時，會隨著感煙探測器內(nèi)阻的變化產(chǎn)生并感應(yīng)一個模擬值。無論你做什么樣的煙霧探測器，國產(chǎn)產(chǎn)品都能以高靈敏度和易于安裝的方式探測到火災(zāi)的發(fā)生。但是，它們生產(chǎn)的設(shè)備是通用的、獨(dú)立的，因此不能相互交換或通信。用戶對許多制造商生產(chǎn)的煙霧探測器感到困惑。這是國內(nèi)產(chǎn)品市場的一大缺陷。煙感元件的分類是根據(jù)組成煙感元件的物質(zhì)的形態(tài)，一般分為干式和濕式煙感元件，下面介紹一些常用的煙感元件。主要分為以下類型：1.半導(dǎo)體感煙傳感器2.觸點(diǎn)式燃燒式傳感器3.電化學(xué)傳感器4.聚合物煙霧傳感器5.E型離子感煙器（2）MQ-2型半導(dǎo)體感煙器MQ-2半導(dǎo)體傳感器是一種N型半導(dǎo)體氣敏元件，它以金屬氧化物SnO2為主體，在清潔空氣中具有較低的導(dǎo)電性。隨著煙氣濃度的增加，當(dāng)傳感器所在環(huán)境中存在煙氣時，傳感器的電導(dǎo)率會隨著煙氣濃度的增加而增加。當(dāng)設(shè)計警報時，只需用一個簡單的電路就可以把電導(dǎo)率的變化轉(zhuǎn)換成相應(yīng)于氣體濃度的輸出信號。這種傳感器具有一般半導(dǎo)體煙霧傳感器的高靈敏度，電導(dǎo)變化大，響應(yīng)和恢復(fù)時間短，抗干擾能力強(qiáng)，輸出信號大，壽命長，工作穩(wěn)定等優(yōu)點(diǎn)，在市場上得到了廣泛的應(yīng)用。SnO2半導(dǎo)體氣敏元件(SnO2)主要特性有：SnO2材料具有優(yōu)良的物理和化學(xué)穩(wěn)定性。與其他類型的氣體傳感器相比，SnO2氣體傳感器具有更長的壽命、更高的穩(wěn)定性和更好的耐腐蝕性；SnO2氣體傳感器可逆檢測氣體，吸附/分離時間短，可長期連續(xù)使用；SnO2氣體傳感器結(jié)構(gòu)簡單，價格低廉，工作可靠，各方面性能表現(xiàn)良好。半導(dǎo)體氣體煙霧傳感器MQ-2適用于檢測煙氣、天然氣、煤氣、氫氣、烷烴、汽油、煤油、乙炔、氨氣等可燃?xì)怏w(CH4、C4H10、H2等)。該傳感器對煙氣具有很好的靈敏度，能在很寬的濃度范圍內(nèi)檢測多種可燃?xì)怏w，非常適用于家用漏氣報警裝置。它是一種非常方便攜帶的氣體探測儀器，非常適用于各種低成本的傳感器。它的個小技術(shù)指標(biāo)見下表。表3.2MQ-2的技術(shù)指標(biāo)指標(biāo)說明加熱電壓（Vh）回路電壓（Vc）負(fù)載電陰（Rl）清潔空氣中電阻（Ra）靈敏度（S=Ra/Rdg）響應(yīng)時間(trec)恢復(fù)時間(trec)元件功耗檢測范圍使用壽命AC或DC5±0.2V最大DC24V2KΩ≤2000KΩ≥4(在1000ppmC4H10中)≤10S≤30S≤0.7W50—10000ppm2年傳感器的機(jī)理和結(jié)構(gòu)也因物理量和范圍的不同而不同。煙霧傳感器的輸出通常是模擬電信號。如果信號與A/D轉(zhuǎn)換器的輸入電平不匹配，則需要使用放大放大器，反之，如果信號與A/D轉(zhuǎn)換器的輸入電平匹配，則不需要使用放大放大器。因此，如果要將MQ-2半導(dǎo)體煙霧傳感器采集到的煙霧濃度的模擬信號傳輸?shù)絾纹瑱C(jī)控制器，需要將模擬信號轉(zhuǎn)換成A/D轉(zhuǎn)換器能夠識別的無線電信號并傳送它。圖3.2.1煙霧濃度采集電路當(dāng)煙霧傳感器開啟后，這個時候它的內(nèi)阻會變得很小，但過一段時間可能會恢復(fù)到之前的穩(wěn)定狀態(tài)。所以，為避免誤報的情況發(fā)送，MQ-2傳感器在使用前應(yīng)先開啟幾分鐘進(jìn)行“預(yù)熱”。（3）煙霧檢測的AD采集電路MQ-2傳感器用于煙霧探測。通過采集ADC0832，可以得到各種煙霧濃度下的電壓值。因此，這樣可以確定了理想的煙霧報警數(shù)值。如上圖3.2.1所示。3.2.2溫度檢測電路溫度傳感器是該電路主要的組成部分。其中PT100是用于溫度測量電路的傳感器。PT100傳感器用于溫度測量，具有隨著組織變化而改變溫度的能力。具有抗振、穩(wěn)定、準(zhǔn)確、耐高壓等特性。但是，使用起來比較復(fù)雜。而DS18B20同樣可用作溫度傳感電路中的溫度傳感器。由于其獨(dú)特的單線接口，DS18B20溫度傳感器的溫度輸出只需要單口通訊。它允許多個DS18B20組件組成一個傳感器網(wǎng)絡(luò)，允許系統(tǒng)建立和組合。與其他溫度傳感器相比，該傳感器在測溫精度、轉(zhuǎn)換時間、傳輸距離、分辨率等方面均表現(xiàn)優(yōu)異，為用戶提供更方便、更滿意的測量結(jié)果。DS18B20直接輸出數(shù)字溫度值，所以不需要再進(jìn)行校正操作。（1）DS18B20簡介通過獨(dú)特的接口，它的溫度輸出僅需單口通訊。它能使多個DS18B20組件組成傳感器網(wǎng)絡(luò)，為系統(tǒng)的建立與組合提供了可能。與其它溫度傳感器相比，該傳感器在溫度測量精度、轉(zhuǎn)換時間、傳輸距離、分辨率等方面都有較大的提高，為用戶提供了更方便、更滿意的測量結(jié)果。本文對基于DS18B20的測溫控制系統(tǒng)的組成、設(shè)計方案、電路原理及程序設(shè)計進(jìn)行了系統(tǒng)的介紹。以AT89C52單片機(jī)為控制核心，DS18B20為控制對象，采用數(shù)字管顯示和C語言編程，實現(xiàn)了DS18B20智能溫度傳感器的多種功能。通過設(shè)計，實現(xiàn)了冷庫溫度監(jiān)測、報警等功能。DSl8B20采用了3腳PR35或8腳SOIC封裝技術(shù)，內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖如3.2.2所示：圖3.2.2DSl8B20的內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖DS18B20其內(nèi)部主要由四部分組成：64位光刻ROM，溫度傳感器，不揮發(fā)性溫度報警觸發(fā)器，配置寄存器。圖3.2.3所示DS18B20的管腳排列：圖3.2.3DS18B20的管腳DS18B20的引腳說明如下：GND:地DQ：數(shù)據(jù)I/OVDD:電源本系統(tǒng)介紹了基于DS18B20的多點(diǎn)測溫控制系統(tǒng)的配置、設(shè)計方案、電路原理、程序設(shè)計和系統(tǒng)仿真過程。采用AT89C52單片機(jī)為控制核心，DS18B20為智能溫度傳感器，DS18B20采用數(shù)碼管顯示，通過C語言編程實現(xiàn)系統(tǒng)各項功能，使DS18B20成為冷藏溫度監(jiān)測報警器系統(tǒng)，我會的。溫度測量，設(shè)置上下限溫度報警值。使用Keil進(jìn)行編程調(diào)試，并根據(jù)電路仿真圖完成電路焊接調(diào)試，可以很好的完成相關(guān)目標(biāo)。從表3.3可以看出，假如給定分辨率越大，所需要的溫度數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換的時間也就越久。因此，對于分辨率和轉(zhuǎn)換時間這兩個數(shù)值要根據(jù)實際情況進(jìn)行配置。通過一系列的配置就可以用來保證通訊的有效性。表3.3數(shù)據(jù)分辨率和轉(zhuǎn)換時間R1R0分辨率溫度最大轉(zhuǎn)換時間/ms00994.230110184.211011232.151112756.23DS18B20傳感器在收到溫度轉(zhuǎn)換命令時開始轉(zhuǎn)換，如表3.4所示。轉(zhuǎn)換完成后，溫度值以16位有符號二進(jìn)制補(bǔ)碼擴(kuò)展格式存儲在1,2字節(jié)快速臨時存儲器中。單片機(jī)可以通過單線接口讀取數(shù)據(jù)。讀取時，低位在前，高位在后。數(shù)據(jù)格式表示為0.0625°C/LSB并計算相應(yīng)的溫度。如果符號位S=0，則二進(jìn)制系統(tǒng)直接轉(zhuǎn)換為十進(jìn)制系統(tǒng)。如果S=1，則將補(bǔ)碼轉(zhuǎn)換為原始碼，然后計算十進(jìn)制值。表3.4碼制轉(zhuǎn)換溫度低位溫度高位THTL配置保留保留保留8位CRC當(dāng)它完成溫度轉(zhuǎn)換后，溫度值與TH、TL內(nèi)儲存的觸發(fā)值比較，由于這些寄存器只有8位，因此在比較時忽略0.5℃位。最大有效位TH或TL直接對應(yīng)于6位符號位。若測溫得到的結(jié)果高于TH或低于TL時，設(shè)備內(nèi)部報警標(biāo)志將被放置。這個標(biāo)志在每次溫度測量時更新。DSl8B20會在報警信號被設(shè)置后，對報警搜索命令做出回應(yīng)。這樣，在測量溫度的同時，可以將多個DSl8B20并聯(lián)。當(dāng)某一溫度超過某一限度時，就能識別正在報警的裝置，并能立即讀取，此時，就不需要讀取非報警裝置。（2）DS18B20具體參數(shù)及工作方式DS18B20的部分溫度轉(zhuǎn)換值如表3.5所示表3.5部分溫度轉(zhuǎn)換值溫度輸入（2進(jìn)制）輸出（16進(jìn)制）+125℃000001111101000007D0H+85℃00000101010100000550H+25.0625℃00000001100100010191H+10.125℃000000001010001000A2H+0.5℃00000000000010000008H0℃00000000000000000000H-0.5℃1111111111111000FFF8H-10.125℃1111111101011110FF5EH-25.0625℃1111111101011110EE6FH-55℃1110111001101111FE90H（3）接口電路接口電路的電路圖如圖3.2.4所示圖3.2.4溫度傳感器接口電路圖DS18B20有6條控制命令：溫度轉(zhuǎn)換44H啟動DS18B20溫度轉(zhuǎn)換，BEH讀取寄存器，BEH讀取9字節(jié)寄存器，寫入寄存器4。復(fù)制暫存器48H，將暫存器TH和TL字節(jié)寫入E2RAM，重新調(diào)整E2RAMB8H，將E2RAMTH和TL字節(jié)寫入臨時文件TH和TL字節(jié)，設(shè)置功耗模式B4H。讀取并引導(dǎo)DS18B20發(fā)送到下一個電源模式信號。本設(shè)計采用DS18B20供電方式的功耗模式。3.3顯示和報警電路設(shè)計3.3.1顯示電路圖3.3.1顯示電路圖顯示電路使用用的4位陰極數(shù)碼管，其中數(shù)碼管由單片機(jī)控制，4位不同顯示，P2.4～P2.7是必須選擇的，P0.0～P0.7是不必須選擇的。如上圖所示。煙霧濃度顯示的前兩位數(shù)字表示0°~9°的溫度范圍，后兩位數(shù)字表示0°~99°的溫度范圍。3.3.2報警電路三極管基極上面電路通過串聯(lián)一個電阻與單片機(jī)P3.6端口來實現(xiàn)控制喇叭是否鳴叫。蜂鳴警報電路圖如下圖。圖3.3.2蜂鳴報警電路圖此外，三極管基極上串聯(lián)一個電阻與單片機(jī)P3.6端口相連，來控制風(fēng)扇是否轉(zhuǎn)動排煙。風(fēng)扇的轉(zhuǎn)動電路圖見圖3.3.2。圖3.3.2風(fēng)扇轉(zhuǎn)動電路圖3.4按鍵控制和電源設(shè)計圖3.4按鍵控制和電源電路圖如上圖，一共有四個按鍵。即一個設(shè)置鍵，可以進(jìn)入設(shè)置狀態(tài)。一個加鍵，進(jìn)行數(shù)值的增加。一個減鍵，進(jìn)行一個數(shù)值的減少。一個立即報警鍵，可以再遇到緊急情況時，按下它，喇叭會立即蜂鳴，并且風(fēng)扇同時轉(zhuǎn)動排煙。3.5本章小結(jié)

4軟件方案設(shè)計4.1總體系統(tǒng)設(shè)計MQ-2有一段時間沒有上電，所以需要先先開啟一段時間進(jìn)行初始化。程序初始化完成后，傳感器進(jìn)行預(yù)熱處理，然后進(jìn)行信號采集，并通過AD轉(zhuǎn)換，進(jìn)行單片機(jī)判定處理，最后才會進(jìn)入報警子程序。下圖是總體系統(tǒng)設(shè)計的流程圖。程序初始化程序初始化傳感器預(yù)熱處理開始單片機(jī)處理，判斷否超過設(shè)定報警值A(chǔ)/D轉(zhuǎn)換進(jìn)入報警子程序信號采集YN 圖4.1總體系統(tǒng)設(shè)計流程圖ADC0832的轉(zhuǎn)換過程對整個系統(tǒng)的運(yùn)行過程進(jìn)行分析處理，判斷系統(tǒng)是否發(fā)出告警。主程序包括LED8段數(shù)碼管密度字符顯示功能、手動報警功能、報警濃度設(shè)置功能、中斷子程序等，使報警功能更加完善、方便。預(yù)熱后，程序?qū)⒈怀跏蓟＝酉聛?，定時器0中斷使能位1，定時器0開啟，蜂鳴器關(guān)閉，綠燈亮，報警限制設(shè)置。4.2濾波設(shè)計在信號采集過程中，傳感器會遇到一些脈沖干擾現(xiàn)象。這種干擾通常會影響單個采樣點(diǎn)的數(shù)據(jù)，導(dǎo)致數(shù)據(jù)與其他采樣點(diǎn)的數(shù)據(jù)存在顯著差異。對于這種問題，大致的解決方法是使用中值均值濾波先比較X個樣本數(shù)據(jù)，去掉最大值和最小值，然后對剩下的X-2個樣本數(shù)據(jù)進(jìn)行算術(shù)運(yùn)算，可以計算出平均值。 流程如圖4.2所示，開始設(shè)置采樣次數(shù)N=10，然后調(diào)用AD采樣，如果采用已經(jīng)達(dá)到10次，則對這10次的采樣數(shù)值進(jìn)行排序，并且得到2到9采樣值的和，得到和之后，將其除以8，最后將得到的值寫入寄存器中。這種方法可以消除脈沖干擾和小的隨機(jī)干擾。能夠保證了報警裝置對煙霧濃度檢測的準(zhǔn)確性，減少了誤報的可能性。求2到9采樣值的和求2到9采樣值的和設(shè)置采樣次數(shù)N=10開始已采樣10次調(diào)用A/D采樣將10次采樣值排序值寫入寄存器和除以8NY圖4.2濾波流程圖4.3線性化處理設(shè)計應(yīng)用于火災(zāi)監(jiān)測控制系統(tǒng)時，必須進(jìn)行靜態(tài)校準(zhǔn)，得到測量信號之間關(guān)系的輸出曲線，作為測量的度量標(biāo)準(zhǔn)。然而，在校準(zhǔn)過程中，輸出曲線往往不是一條理想的直線。因此，將校準(zhǔn)曲線線性化并用匹配線代替輸出曲線是智能電表的典型特征。警報主要用于檢測煙霧和溫度。軟件線性化后，基于傳感器對煙霧和溫度的響應(yīng)曲線。對于MQ-2傳感器，當(dāng)煙霧濃度的增加，其阻值減小，MQ-2傳感器的輸入電壓降低。所以電壓值與煙霧濃度呈非線性關(guān)系。為了實時顯示廢氣濃度，需要對廢氣濃度進(jìn)行線性化處理。根據(jù)校準(zhǔn)曲線的形狀和單片機(jī)的處理能力，在誤差范圍內(nèi)將其分成若干小段，對每個小段進(jìn)行線性化處理。4.4報警設(shè)計報警大致思路為，在煙霧濃度和溫度超過設(shè)定值時，報警器發(fā)出近似于警笛的呼嘯聲，同時風(fēng)扇轉(zhuǎn)動，相應(yīng)指示燈亮起，進(jìn)而提示操作人員采取安全措施或自動控制相關(guān)安全裝置，以保證生命財產(chǎn)安全，可以很大程度的避免火災(zāi)事故的發(fā)生。為了防止誤報，在報警程序的設(shè)計上，采用了煙霧濃度和溫度的快速重復(fù)檢測和延遲報警兩種方法，這樣可以很大程度的避免誤報。具體流程見圖4.4。返回上電狀態(tài)返回上電狀態(tài)返回監(jiān)控狀態(tài)啟動故障報警是否大于20%讀取處理后的空氣濃度值開始延遲20秒采集一組濃度數(shù)據(jù)是否大于20%傳感器故障自診斷傳感器有問題啟動報警消音鍵是否按下YNNY N圖4.4報警流程圖4.5按鍵控制設(shè)計本系統(tǒng)采用自鎖復(fù)位開關(guān)的方式進(jìn)行調(diào)整設(shè)置值，從而再達(dá)到超出設(shè)定值時能觸發(fā)報警功能，按鍵處于活躍狀態(tài)，開始掃描鍵值，當(dāng)有鍵值按下時，則觸發(fā)10ms抖動，否則繼續(xù)進(jìn)行掃描檢測。當(dāng)抖動過后，還是有鍵值按下，則會獲取鍵值，然后調(diào)用鍵盤子程序。其按鍵控制設(shè)計流程圖如圖4.5所示。獲取鍵值獲取鍵值結(jié)束調(diào)用鍵盤子程序是否有鍵按下延時10ms去抖動是否有鍵按下掃描鍵值開始NYNY圖4.5按鍵控制流程圖4.5本章小結(jié)

5調(diào)試方案設(shè)計總體調(diào)試方案主要分為以下部分：感官上的測量。即憑借經(jīng)驗和實際物品進(jìn)行測量。因為單片機(jī)系統(tǒng)的電路都是手工焊接，所以每一個焊接點(diǎn)都要仔細(xì)檢查并且核對，著重檢查是否存在虛焊等現(xiàn)象。使用儀器測試。即使用萬用表檢查目測可疑的連接或連接點(diǎn)，看是否符合系統(tǒng)設(shè)計要求，然后用萬用表檢查電源和地面有無短路等現(xiàn)象。使用加電檢測。當(dāng)系統(tǒng)加上電后，首先就是要檢查所有插座或裝置的插頭的電源端，是否有符合要求的電壓值，接地端的電壓值是否接近于零，接通固定電平的插頭端的電平。使用在線測試。在硬件電路的調(diào)試過程中，也遇到了不少的問題，第一次焊完所有的元件后，都要進(jìn)行調(diào)試，才能發(fā)現(xiàn)正負(fù)極的插針離得太近，難以接通電源，這些錯誤本來就不該發(fā)生，這些都是自己的疏忽造成的，因此說做任何事情都要“三思而后行”，不要有半點(diǎn)馬虎，否則會浪費(fèi)時間和精力。最后，經(jīng)過多次和多步驟的測試，實現(xiàn)的功能主要有：可設(shè)定報警值，可進(jìn)行立即緊急報警，也可手動取消立即緊急報警，可按應(yīng)急報警鍵進(jìn)行報警，并具有斷電保存，設(shè)定參數(shù)保存于單片機(jī)EEPOM內(nèi)。探頭檢測到火災(zāi)報警，信號經(jīng)ADC0832處理后轉(zhuǎn)換成單片機(jī)處理，當(dāng)檢測到濃度超標(biāo)時，蜂鳴器發(fā)出嘀嗒聲，同時風(fēng)扇旋轉(zhuǎn)。同時，該系統(tǒng)還可以探測到火災(zāi)發(fā)生時，環(huán)境溫度會隨之升高。如果發(fā)現(xiàn)溫度超過了設(shè)定的報警溫度，蜂鳴器也會發(fā)出報警信號，同時風(fēng)扇轉(zhuǎn)動。系統(tǒng)按鍵操作非常方便，進(jìn)入設(shè)定界面后，如果不按按鈕的狀態(tài)過了30秒后，系統(tǒng)也會自動退出設(shè)定界面。經(jīng)過多次和多步驟的測試和不斷的調(diào)試，很好的達(dá)到了設(shè)計要求，具備火災(zāi)監(jiān)測控制，能很好的完成使命。5.1本章小結(jié)本章主要是對整個系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)試，主要分為目測、萬用表檢測、充電檢測、在線聯(lián)機(jī)檢測等四個部分，調(diào)試過程會發(fā)現(xiàn)很多問題，通過一步一步的排查，最終還是得到了解決。6論文總結(jié)本篇論文在深入研究煙霧傳感器及報警技術(shù)的基礎(chǔ)上，綜合比較了國內(nèi)外同類產(chǎn)品的技術(shù)特點(diǎn)，合理確定了系統(tǒng)的設(shè)計方案。同時，對儀器的總體設(shè)計和各部分進(jìn)行了詳細(xì)的分析和設(shè)計。本次設(shè)計的煙霧溫度火災(zāi)報警系統(tǒng)，主要由煙霧信號采集電路，溫度信號采集電路和單片機(jī)控制電路幾大部分所組成。我之所以選擇MQ-2型半導(dǎo)體電阻式煙霧傳感器，是因為這個傳感器在較寬的較寬的濃度范圍內(nèi)對可燃?xì)怏w有良好的靈敏度，其中，對液化氣，丙烷，氫氣的識別靈敏度較高，可以有效地，及時的監(jiān)測。并且它的使用壽命較長，成本相比于其他煙霧傳感器也很低，不管是在家庭還是工業(yè)中都有很好的性價比。而作為溫度傳感器的DS18B20，我選擇它的原因是：體積很小，在很多場合都適合使用。并且，它的靈敏度也很高，可以及時監(jiān)測溫度的變化，同時也具有干擾能力強(qiáng)精度高的優(yōu)點(diǎn)。而且接線方便，在封裝之后適用很多場合。STC89C52單片機(jī)芯片具有高性能的特點(diǎn)，充分利用系統(tǒng)的高速數(shù)據(jù)處理能力和豐富的片內(nèi)外設(shè)，實現(xiàn)儀器的小型化、智能化。該儀器具有結(jié)構(gòu)簡單，性能穩(wěn)定，體積小，價格低廉等優(yōu)點(diǎn)。因為煙感傳感器需要在加熱狀態(tài)下工作，溫度越高，反應(yīng)速度越快，反應(yīng)和恢復(fù)時間越短。為了加快傳感器的響應(yīng)時間，并且保證傳感器能夠準(zhǔn)確、穩(wěn)定的工作，需要對煙霧傳感器連續(xù)提供5V加熱電壓。煙幕報警裝置可以在很寬的溫度范圍內(nèi)工作，煙幕濃度顯示采用LED數(shù)碼管。在煙氣濃度達(dá)到設(shè)定值時，進(jìn)行報警。本次設(shè)計的煙霧溫度報警系統(tǒng)以單片機(jī)為核心，可通過監(jiān)測周圍環(huán)境的煙霧濃度或者是環(huán)境溫度，只要是其中一個超過預(yù)設(shè)的值，就可以燈光，聲音報警，并且可以自動開啟風(fēng)扇進(jìn)行排煙功能，可以有效幫助火災(zāi)中的人群脫離危險。本報警器電路結(jié)構(gòu)簡單，維護(hù)相對容易，成本低，實現(xiàn)了煙霧和溫度的實時監(jiān)測，可以適用于居家家庭，工廠，人群密集的商場。但是也存在跟多不足，比如只能實現(xiàn)了排煙的功能，并不能對火情有很好的控制。因此，此系統(tǒng)還有很大的提升、改善空間參考文獻(xiàn)[1].劉婷.傳感器設(shè)計中應(yīng)用單片機(jī)技術(shù)的分析[J].數(shù)碼設(shè)計,2017,6(09):85.[2].張毅坤等.單片微型計算機(jī)原理及應(yīng)用.西安電子科技大學(xué)出版社,2006.[3].潘新民等.微型計算機(jī)控制技術(shù).電子工業(yè)科技大學(xué)出版社,2003.[4].陳偉.MCS一52系列單片機(jī)實用子程序集錦.清華大學(xué)出版社,1993.[5].吳佑壽.LabVIEW7實用教程.電子工業(yè)出版社,2007.[6].肖驍,戈文祺.電氣傳動系統(tǒng)中單片機(jī)技術(shù)的應(yīng)用解析[J].中國標(biāo)準(zhǔn)化,2017(22):250-252.

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