【正文】 電路采集外界溫度，將溫度數(shù)據(jù)直接發(fā)送到單片機中，對數(shù)據(jù)進行處理分析，如果溫度值高于設(shè)定的溫度報警上限或低于下限，蜂鳴器報警，紅色 LED 燈亮，綠色 LED 燈滅。數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)方面，可以使用結(jié)構(gòu)體和數(shù)組，能夠處理復(fù)雜的數(shù)據(jù)，可用于實時處理系統(tǒng) [14]。 陜西理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 第 16 頁 共 42 頁 4 軟件設(shè)計 軟件的設(shè)計采用模塊化設(shè)計，模塊 化設(shè)計的目的是以少變應(yīng)多變，以盡可能少的投入生產(chǎn)盡可能多的產(chǎn)品，以最為經(jīng)濟的方法滿足各種要求 [13]。這種模塊非常小巧，模塊通過 6個 間距的排針與外部連接，發(fā)射模塊電路如圖 所示。 鍵盤電路 報警數(shù)值用按鍵 S2， S3， S4 來設(shè)置， S2 為調(diào)整鍵，通過三個端口分別采集鍵盤信號，電路圖如 圖 所示。由于人眼的殘留效應(yīng)，這 4 個數(shù)碼管看上去幾乎是同時顯示。 多位 LED 顯示時，將所有數(shù)碼管的段選并聯(lián)在一起，由一個 8 位 I/O 口控制，每個數(shù)碼管的陰極或者陽極連在一起通過 8 位 I/O 口輸出控制信號控制每一個數(shù)碼管的顯示狀態(tài)。 顯示電路 顯示電路采用四位一體式共陰數(shù)碼管來實現(xiàn)數(shù)據(jù)的顯示，在采用單片機系統(tǒng)應(yīng)用時，通常采用價格低廉并且應(yīng)用靈活的數(shù)碼管來作為電路的顯示部分。煙霧采集電路圖如圖 所示。從第 4 個脈沖下降沿始由DO 端輸出 轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)最高位 DATA7，隨后每一個脈沖下沉 DO 端輸出下一位數(shù)據(jù)。當(dāng)讀取到的信息為“ 1”和“ 1”時，則選擇通道 CH1 進行 A/D 轉(zhuǎn)換。當(dāng)電路需要進行 A/D 轉(zhuǎn)換時，首先將 CS 引腳改為低電平使芯片有效，這時芯片做好了準(zhǔn)備工作，通過單片機 I/O 口向 CLK 端寫入脈沖時鐘， DO/DI 端則使用 DI 端輸入通道功能選擇的數(shù)據(jù)信號。 （ 7） GND— 電源地。 （ 3） DI— 兩路模擬輸入選擇輸入端。其主要特點如下： （ 1） 8 位分辨率，逐次逼近型，基準(zhǔn)電壓為 5V； （ 2） 5V 單電源供電； （ 3）輸入模擬信號電壓范圍為 0～ 5V； （ 4）輸入和輸出電平與 TTL 和 CMOS 兼容； （ 5）在 250KHZ 時鐘頻率時，轉(zhuǎn)換時間為 32us； （ 6）具有兩個可供選擇的模擬輸入通道； （ 7）功耗低， 15mW。其最高分辨可達 256 級，可以適應(yīng)一般的模擬量轉(zhuǎn)換要求。 煙霧采集電路及 AD 轉(zhuǎn)換 煙霧采集選用 MQ2 煙霧傳感器，煙霧傳感器 MQ2 將煙霧信號轉(zhuǎn)化為模擬的電壓信號，通過一個可變電阻來調(diào)節(jié)煙霧傳感器的靈敏度 [9]， 6 腳接 ADC0832的 CH0 端，通過 CH0 進行單通道數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換。該協(xié)議定義了幾種信號的時序：初始化時序、讀時序、寫時序。采用寄生電源供電方式時 VDD 端接地。其輸出用于修正減法計數(shù)器的預(yù)置值，只要計數(shù)器門仍未關(guān)閉就重復(fù)上述過程，直到溫度寄存器值大致等于被測溫度值。 表 一部分溫度對應(yīng)值表 溫度 /℃ 二進制表示 十六進制表示 +125 0000 0111 1101 0000 07D0H +85 0000 0101 0101 0000 0550H + 0000 0001 1001 0000 0191H + 0000 0000 1010 0001 00A2H + 0000 0000 0000 0010 0008H 0 0000 0000 0000 1000 0000H 1111 1111 1111 0000 FFF8H 1111 1111 0101 1110 FF5EH 1111 1110 0110 1111 FE6FH 55 1111 1100 1001 0000 FC90H DS18B20 的測溫原理是這樣的 ,器件中低溫度系數(shù)晶振的振蕩頻率受溫度的影響很小，用于產(chǎn)生固定頻率的脈沖信號送給減法計數(shù)器 1；高溫度系數(shù)晶振隨溫度變化其振蕩頻率明顯改變，所產(chǎn)生的信號作為減法計數(shù)器 2 的脈沖輸入。轉(zhuǎn)換完成后的溫度值就以 16 位帶符號擴展的二進制補碼形式存儲在高速暫存存儲器的第 2 字節(jié)。 DS18B20 采用 3 腳 PR— 35 封裝或 8 腳 SOIC 封裝。開漏單總線接口引腳。 DS18B20 的性能特點如下： （ 1）獨有的單線接口只需要一個端口引腳便可進行通信； （ 2）多個 DS18B20 測 量多路數(shù)據(jù)時無需分開接線，將所有傳感器的數(shù)據(jù)端口接在一起就可以實現(xiàn)多點測量； （ 3）不需要外圍器件； （ 4）供電電壓范圍廣，適合 ～ ，也可以使用 USB 供電； （ 5）待機時功耗幾乎為零； （ 6）溫度一般為 9 位數(shù)據(jù)或者 12 位數(shù)據(jù)； （ 7）用戶可以對它定義報警設(shè)置； （ 8）能識別報警的搜索命令，并且可以標(biāo)志超過預(yù)設(shè)溫度的器件； （ 9）負電壓特性，電源極性接反時，溫度計不會因發(fā)熱而燒毀，但不能正常工作 [8]。 (1)開機復(fù)位： STC89C52 單片機復(fù)位電平為高電平，復(fù)位引腳接在電阻和電容串聯(lián)的節(jié)點處，電阻的另一端接地將 RST 拉向低電平，電容的另一端接高電平，電容和電阻共同組成了一個 RC 充放電回路，單片機在加上電源的瞬間 RST 端因為電容的充放電過程產(chǎn)生一段時間的高電平使單片機復(fù)位，電容放完電后 RST 恢復(fù)為低電平，復(fù)位電阻和復(fù)位電容通常取 10K 和 10uF。當(dāng)復(fù)位電平持續(xù)兩個機器周期以上時復(fù)位有效。晶振通常與鎖相環(huán)電路配合使用，以提供系統(tǒng)所需的時鐘頻率。晶振用一種能把電能和機械能相互轉(zhuǎn)化的晶體在共振的狀態(tài)下工作，以提供穩(wěn)定，精確的單頻振蕩。 晶振電路 單片機系統(tǒng)里都有晶振，在單片機系統(tǒng)里晶振作用非常大，全程叫晶體振蕩器，他結(jié)合單片機內(nèi)部 電路產(chǎn)生單片機所需的時鐘頻率，單片機晶振提供的時鐘頻率越高，那么單片機運行速度就越快，單片接的一切指令的執(zhí)行都是建立在單片機晶振提供的時鐘頻率，其電路圖如圖 所示。 (7)ISP（在系統(tǒng)可編程） /IAP（在應(yīng)用可編程），無需專用編程器，無需專用仿真器，可通過串口（ RxD/,TxD/）直接下載用戶程序，數(shù)秒即可完成一片 (8)具有 EEPROM 功能 (9)具有看門狗功能 (10)共 3 個 16 位定時器 /計數(shù)器。在單芯片上，擁有靈巧的 8 位 CPU 和在系統(tǒng)可編程 Flash，使得 STC89C52 為眾多嵌入式控制應(yīng)用系統(tǒng)提供高靈活、超有效的解決方案。 由于單片機技術(shù)在各個領(lǐng)域正得到越來越廣泛的應(yīng)用，世界上許多集成電路生產(chǎn)廠家相繼推出了各種類型的單片機，在單片機家族的眾多成員中， Atmel 公司單片機以其優(yōu)越的性能、成熟的技術(shù)及高可靠性和高性能價格比，迅速占領(lǐng)了工業(yè)測控和自動化工程應(yīng)用的主要市場，成為國內(nèi)單片機應(yīng)用領(lǐng)域中的主流。 在單片機實現(xiàn)的控制功能中，需要單片機有較快的運算速度，使檢測人員和用戶在報警器系統(tǒng)正常工作時能夠及時地觀測到實時的溫度值和煙霧濃度等級，并進行相應(yīng)處理。這種軟件代替硬件的控制技術(shù)也稱為微控制技術(shù)，是傳統(tǒng)控制技術(shù)的一次革命。 相比方案一來講，方案二采用的 COMS 圖像傳感器雖然獲取數(shù)據(jù)更準(zhǔn)確穩(wěn)定一些，但比起溫度煙度傳感器來說成本要高很多，而且考慮到傳感器要布置在無人看守的田地里，采用更廉價的傳感器更現(xiàn)實一些，加上基于 FPGA 的圖像采集技術(shù)比較復(fù)雜，因此選用方案一更貼切實際，而且容易實現(xiàn)。通過 FPGA 實現(xiàn)的硬件系統(tǒng)處理速度快而且實 時性比較高。 當(dāng)上述的檢測取得較好的結(jié)果后，可以模擬秸稈焚燒的場景進行檢測，系統(tǒng)的整體設(shè)計通過硬陜西理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 第 5 頁 共 42 頁 件實現(xiàn)。 S TC 89 C 52晶振電路復(fù)位電路模數(shù)轉(zhuǎn)換器溫度傳感器煙霧傳感器報警電路顯示電路鍵盤電路無線傳輸上位機系統(tǒng)電源 圖 基于單片機的系 統(tǒng)框圖 單片機是整個監(jiān)測系統(tǒng)的核心，系統(tǒng)的工作原理是：先通過傳感器 (包括溫度傳感器和煙度傳感器 )將田地溫度、煙霧等非電信號轉(zhuǎn)化為電信號，經(jīng)由模數(shù)轉(zhuǎn)換器將傳感器輸出的模擬信號轉(zhuǎn)換為單片機可以直接處理的數(shù)字信號 ,完成將溫度傳感器和煙霧傳感器輸出的模擬信號到數(shù)字信號的轉(zhuǎn)換 [5]，單片機處理采集到的信號控制顯示電路顯示溫度和煙度參數(shù)并判斷現(xiàn)場是否發(fā)生秸稈焚燒，如果發(fā)生秸稈焚燒，系統(tǒng)將控制報警電路報警，在整個過程中利用無線收發(fā)模塊將采集到的數(shù)據(jù)發(fā)送給 PC 端上位機系統(tǒng)。 (2)報警上限值調(diào)節(jié)功能，設(shè)置溫度和煙度的報警上限值。此外，還介紹了論文的主要內(nèi)容及章節(jié)安排；第二章介紹了秸稈焚燒探測的實現(xiàn)方法，給出秸稈禁燒無線監(jiān)測系統(tǒng)的總體設(shè)計構(gòu)架，并且介紹了設(shè)計應(yīng)用到的基本技術(shù)；第三章介紹了秸稈禁燒無線監(jiān)測系統(tǒng)硬件設(shè) 計，詳細介紹了傳感器信號采集電路、單片機處理電路及報警電路，并給出相應(yīng)模塊的設(shè)計原理圖；第四章介紹了秸稈禁燒無線監(jiān)測系統(tǒng)程序設(shè)計，介紹數(shù)據(jù)采集子程序、火災(zāi)判斷與報警子程序等；第五章主要介紹本設(shè)計方案的具體實現(xiàn)及調(diào)試，其中包括故障監(jiān)測和檢測和功能分析。本設(shè)計在硬件設(shè)計方面主要對單片機芯片 、煙霧傳感器和溫度傳感器的功能和使用方法進行研究并掌握，并且選擇合適的型號應(yīng)用在本設(shè)計中。我國在 70年代初期也開始了對煙霧傳感器的研究，并且生產(chǎn)型號多樣、品種也更加齊全，從最初的單一對煉油系統(tǒng)開發(fā)的可燃氣體傳感器到應(yīng) 用于各種生產(chǎn)生活中的安全場所監(jiān)控，開始出現(xiàn)各種安全監(jiān)控報警器，每年的生產(chǎn)產(chǎn)量也在不斷上升，這些成就主要是在引用了國外先進的傳感器技術(shù)和先進的生陜西理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 第 3 頁 共 42 頁 產(chǎn)制造基礎(chǔ)之上，做進一步研究來開發(fā)出具有自己特色的產(chǎn)品技術(shù)。 研究現(xiàn)狀 國外從 20 世紀(jì) 30 年代開始研究及開發(fā)煙霧傳感器，使得煙霧傳感技術(shù)發(fā)展迅速，這一發(fā)展趨勢之快是因為隨著人們對火災(zāi)安全的意識增強，追求更高的生活舒適性和安全性 [1]。四是焚燒秸稈會改變土壤結(jié)構(gòu)，造成土壤孕育植物的能力下降。二是容易出現(xiàn)安全隱患， 比如火災(zāi)，會威脅到人們的生命財產(chǎn)安全。為了改善農(nóng)業(yè)生產(chǎn)帶來的害處，農(nóng)業(yè)部等國家六部聯(lián)合發(fā)布，提出了加強秸稈綜合利用和禁止禁燒的政策。人們現(xiàn)在對秸稈處理方式最直接的印象就是在田里大量焚燒，人們?yōu)榱思涌燹r(nóng)忙的進程，就地焚燒大量的秸稈，卻不知這樣做他們將會付出更為嚴(yán)重的代價。我們在從事農(nóng)業(yè)生產(chǎn)時往往會產(chǎn)生大量的秸稈，這些秸稈將 何去何從是我們應(yīng)該討論并解決的問題。 由于田地面積廣闊，看護和管理也十分不便，這就需要一種有效的手段來實時監(jiān)測田地的情況，并且可以將信息反映給管理者，節(jié)省人力資源。 白天不讓燒，鄉(xiāng)親們會晚上結(jié)伴點一把火，風(fēng)高月黑，火勢容易蔓延，人卻不易被抓，而守護的人也睜只眼閉只眼，畢竟都是鄉(xiāng)里鄉(xiāng)親，抬頭不見低頭見，誰也不會為了這禁令得罪人。每次到夏秋收獲的季節(jié)，鄉(xiāng)鎮(zhèn)里都要把能派出去的干部全撒出去，天天守在田間地頭，禁止鄉(xiāng)民焚燒秸稈。每年兩次，有些地方還有第三波，年年如此。有過親身體驗的人知道，秸稈焚燒后，空氣中彌漫著一股嗆人的味道，叫人喉嚨發(fā)癢，呼吸困難，全身不自在。該系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單、性 能穩(wěn)定、使用方便、價格低廉、具有一定的實用價值。 畢業(yè)設(shè)計時間安排： 1— 4 周：查閱相關(guān)資料，熟悉題目內(nèi)容，掌握設(shè)計原理，提交開題報告； 5— 10 周：根據(jù)設(shè)計原理，進行相應(yīng)軟、硬件設(shè)計； 11— 12 周：完善設(shè)計功能，整理資料并進行結(jié)果測試及分析； 13— 14 周： 畢業(yè)設(shè)計驗收； 15— 16 周：撰寫、修改、提交畢業(yè)論文，畢業(yè)答辯。 畢業(yè)設(shè)計成果要求： 程序代碼、硬件實物和論文，論文要求計算機打?。?A4 紙），論文有不少于 3000 詞的相關(guān)英文中文翻譯。系統(tǒng)對監(jiān)測信息采集并傳輸，通過監(jiān)測軟件觀察監(jiān)測點的溫度及煙霧濃度。換言之，包括焚燒秸稈者在內(nèi)的住在秸稈焚燒火點周圍的人是秸稈焚燒的最大受害者。 在我國的華北平原地區(qū)深受秸稈焚燒之苦，每年夏收秋收之際，每至傍晚，到處濃煙滾滾，甚者十米之外不能見人，口鼻喉嚨也被這煙 火氣撕扯著，呼吸都成難事，眼睛也被熏得疼痛不已。 基層政府為了平息眾怒，也下了大力氣整治。但是不管宣傳有多苦口婆心，措施多嚴(yán)厲，陣勢有多大，總沒多大用處。因此，這件事就成了死循環(huán)，政府年年強調(diào)，媒體年年報道，老百姓該燒 的卻一次都沒落下。人們在衣