【正文】 食住行等各個方面都要依靠農業(yè)來提供需求，農業(yè)的發(fā)展關系到全國人民的生活。通常指小麥、水稻、玉米、薯類、油料、棉花、甘蔗和其它農作物在收獲籽實后的剩余部分。據統(tǒng)計，我國目前耕地面積有 15 億畝，每年產出的農作物秸稈多達 6 億噸，其中稻草約占 億噸，玉米 億噸，小麥 億噸，還有甘薯蔓、油菜秸、大豆秸、甘蔗梢、高粱秸、花生秧及殼等農作物產出的秸稈都超過千萬噸，而在每年大約有 80％的秸稈都被直接焚燒，農作物秸稈得不到 有效利用反而成為一大公害。根據研究表明，秸稈焚燒的過程中，產生的二氧化硫、二氧化氮、可吸入顆粒物會嚴重影響空氣質量，使空氣中這三種有害氣體的含量嚴重超標，被污染的空氣會刺激人的眼睛、鼻子和咽喉等器官，使人出現咳嗽、胸悶、流淚等不適，嚴重時可能誘發(fā)支氣管炎等呼吸道病變，對老年人和少年兒童危害最大。焚燒秸稈產生大量的煙霧，煙霧彌漫會降低空氣能見度，使司乘人員的可見視野范圍下降，使交通事故的發(fā)生率大大增加。因此，研究煙霧的檢測方法與研制煙霧報警器就成為傳感器技術發(fā)展領域的一個重要課題。 1963 年 5 月，日本成功開發(fā)并完成了第一臺接觸燃燒式家用燃氣泄漏報警器，同年 12 月將此產品做了改進，改進的報警器可以檢測一氧化碳等可燃氣體，最多應用于家庭廚房中 [3]。 報警系統(tǒng)由硬件和軟件兩個部分組成。 本文的第一章主要介紹課題的研究意義，介紹了秸稈禁燒無線監(jiān)測系統(tǒng)的發(fā)展狀況。 設計完成的秸稈禁燒無線監(jiān)測系統(tǒng)應該具有以下功能： (1)環(huán)境數據實時顯示功能，顯示環(huán)境當前的溫度和煙霧濃度。 方案設計 (1)方案一：基于單片機的系統(tǒng)設計 本設計方案主要由單片機最小系統(tǒng)、顯示電路、按鍵電路、傳感器電路、報警電路、無線數據傳輸電路和上位機系統(tǒng)等模塊組成，其中采用 STC89C52 單片機為主控制系統(tǒng)來控制各模塊并且將各模塊功能組合在一起形成秸稈禁燒無線監(jiān)測系統(tǒng)，設計思路如圖 所示。通過采用圖像的邊緣檢測的方法對秸稈焚燒的火焰圖像進行邊緣檢測，根據邊緣檢測的結果來判斷是否發(fā)生秸稈焚燒。將圖像數據采集到之后，經過顏色空間相應的轉換，然后將轉換完成的圖像數據傳送給 SDROM 并進行存儲，通過圖像數據獲得相應信息而實現秸稈焚燒的檢測，最后將檢測到的數據信息傳給輸出控制模塊而顯示出監(jiān)測數據。系統(tǒng)通過 COMS 圖像傳感器來采集環(huán)境信息，并且對圖像進行處理獲得有效信息，通過基于 FPGA 的硬件電路識別圖 像信息并控制外圍電路實現相關功能，通過 CMOS 傳感器獲得數據信息會更加準確，并且穩(wěn)定性很高。從前必須由模擬電路或數字電路實現的大部分功能，現在已能用單片機通過軟件方法來實現了。單片機是秸稈禁燒無線監(jiān)測系統(tǒng)的心臟，用來接收 秸稈焚燒信號并啟動報警裝置顯示和執(zhí)行相應的保護和預防動作。由于其微小的體積和極低的成本，開發(fā)環(huán)境要求較低，軟件資源十分 豐富，開發(fā)工具和編程語言也大大簡化，因此被廣泛應用于家用電器、機器人、儀器儀表、工業(yè)控制單元、辦公自動化設備以及通信產品中，成為現代電子系統(tǒng)中最重要的智能化工具 [6]。 STC89C52 使用經典的 MCS51 內核，但做了很多的改進使得芯片具有傳統(tǒng) 51 單片機不具備的功能。 X T A L 1X T A L 2A L EP 0 . 0 / A D 0P 0 . 1 / A D 1P 0 . 2 / A D 2P 0 . 3 / A D 3P 0 . 4 / A D 4P 0 . 5 / A D 5P 0 . 6 / A D 6P 0 . 7 / A D 7P 2 . 0 / A 8P 2 . 1 / A 9P 2 . 2 / A 1 0P 2 . 3 / A 1 1P 2 . 4 / A 1 2P 2 . 5 / A 1 3P 2 . 6 / A 1 4P 2 . 7 / A 1 5E AR S TP 1 . 0 / T 2P 1 . 1 / T 2 E XP 1 . 2P 1 . 3P 1 . 4P 1 . 5P 1 . 6P 1 . 7P 3 . 0 / R X DP 3 . 1 / T X D P 2 . 2 / I N T 0P 3 . 3 / I N T 1P 3 . 4 / T 0P 3 . 5 / T 1P 3 . 6 / W RP 3 . 7 / R DP S E N3 93 83 73 63 53 43 33 22 12 22 32 42 52 72 81 01 11 21 31 41 51 61 71 91 892 93 03 112345678 陜西理工學院畢業(yè)設計 第 7 頁 共 42 頁 圖 STC89C52 單片機管腳圖 STC89C52 單片機主要特性如下： (1)增強型 8051 單片機， 6 時鐘 /機器周期和 12 時鐘 /機器周期可以任意選擇，指令代碼完全兼容傳統(tǒng) 8051. (2)工作電壓： ～ （ 5V 單片機） /～ （ 3V 單片機） (3)工作頻率范圍： 0～ 40MHz，相當于普通 8051 的 0～ 80MHz，實際工作頻率可 48MHz (4)用戶應用程序空間為 8K 字節(jié) (5)片上集成 512 字節(jié) RAM (6)通用 I/O 口（ 32 個），復位后為： P1/P2/P3/P4 是準雙向口 /弱上拉， P0 口是漏極開路輸出，作為總線擴展用時，不用加上拉電阻，作為 I/O 口用時，需加上拉電阻。 51 單片機雖然使用時間最早、應用范圍最廣，但是在實際使用過程中，一個和典型的問題就是相比其他系列的單片機， 51 單片機更容易受到干擾而出現程序跑飛的現象，克服這種現象出現的一個重要手段就是為單片機系統(tǒng)配置一個穩(wěn)定可靠的電源供電模塊。有些晶振還可以由外加電壓在一定范圍內調整頻率，稱為壓控振蕩器 (VCO)。有些通訊系統(tǒng)的基頻和射頻使用不同的晶振，而通過電子調整頻率的方法保持同步。 單片機復位電路原理是在單片機的復位引腳 RST 上外接電阻和電容，實現上電復位。 1 K1 0 u F1 0 KS 2R S TV c c 圖 復位電路圖 復位電路由按鍵復位和上電復位兩部分組成。 DS18B20 是常用的溫度傳感器，具有體積小，硬件開銷低，抗干擾能力強，精度高的特點，相比傳統(tǒng)的熱敏電阻制成的溫度傳感器它不需要模數轉換，可以直接讀取出溫度數據，并且是以數字信息讀取到的，具有使用方便的特點。 表 DS18B20 引腳功能詳細描述 序號 名稱 引腳功能描述 1 GND 地信號 2 DQ 數據輸入 /輸出引腳。當工作于寄生電源時，此引腳必須接地。 陜西理工學院畢業(yè)設計 第 10 頁 共 42 頁 當 DS18B20 接收到溫度轉換命令后，開始啟動轉換。表 是一部分溫度值對應的二進制 溫度數據。 減法計數器 1 對低溫度系數晶振產生的脈沖信號進行減法計數，當減法計數器 1 的預置值減到0 時，溫度寄存器的值將加１，減法計數器 1 的預置值將重新被裝入，減法計數器 1 重新開始對低溫度系數晶振產生的脈沖信號進行計數，如此循環(huán)直到減法計數器 2 計數到 0 時，停止溫度寄存器的 累加，此時溫度寄存器中的數值就是所測溫度值。 陜西理工學院畢業(yè)設計 第 11 頁 共 42 頁 D S 1 8 B 2 0VCCGNDDO4 .7 K V C CD Q 圖 DS18B20 溫度傳感器接線圖 當 DS18B20 處于寫存儲器操作和溫度 A/D 轉換操作時，總線上必須有強的上 拉，上拉開啟時間最大為 10us。DS18B20 有嚴格的通信協(xié)議來保證各位數據傳輸的正確性和完整性。數據和命 令的傳輸都是低位在先。 AD 轉換選用 AD0832 芯片實現煙霧信 號的數模轉換， ADC0832 是 NS(National Semiconductor)公司生產的串行接口 8 位 A/D 轉換器，通過三線接口與單片機連接，功耗低，性能價格比較高，適宜在袖珍式的智能儀器儀表中使用。通過 DI 數據輸入端，可以輕易的實現通道功能的選擇。 （ 2） CH0， CH—— 兩路模擬信號輸入端。 （ 6） Vcc/REF— 正電源端和基準電壓輸入端。 ADC0832 芯片的 CS引腳為片選端，片選段為高電平時，芯片被禁止， CLK 和 DI 的的電平變化共同控制著 ADC0832。 表 ADC0832 通道選擇配置位 輸入形式 配置位 選擇通道 CH0 CH1 CHO CH1 差分輸入 0 0 + 0 1 + 單端輸入 1 0 + 1 1 + 如表 所示，當讀取到的信息為“ 1”和“ 0”時，則選擇通道 CH0 進行 A/D 轉換。到第 3 個脈沖的下降沿 DI 端的輸入電平就失去輸入作用，此后 DO/DI 端則開始利用數據輸出 DO 進行轉換數據的讀取。隨后輸出 8 位數據，到第 19 個脈沖時數據輸出完成，也標志著一次 A/D 轉換的結束。但值得注意的是，在進行 IN+與 IN的輸入時，如果 IN的電壓大于 IN+的電壓則轉換后的數據結果始終為 00H。本文對數碼管的顯示呈現了一種常用的顯示方法，應用這種方法實現多位數碼管的動態(tài)顯示，其硬件電路結構簡單很多，并且廉價和移植方法簡單，因此它在各種領域都有廣泛的應用 [10]。 VC CVC CP 0 . 3P 0 . 1P 0 . 0P 0 . 5P 0 . 7NP NP2.04 .7 KLED 數碼管4 .7 K 4 .7 K4 .7 K87 6 5 4 3 2 1P2.2P2.1P2.6P2.5P2.4P2.3P2.7NP NNP NNP NNP N4 .7 K1 K1 K1 K1 K1 K 圖 數碼管顯示電路圖 陜西理工學院畢業(yè)設計 第 14 頁 共 42 頁 顯示時，其數據信息會以并行傳輸方式從 STC89C52 的 P2 口輸出并且送給段選端的 8 個管腳，同時用 P0 口傳送位選信息給數碼管，實現對數碼管 LED1～ LED4 的位選控制，這樣， 4 個數碼管便以 100ms 的時間間隔輪流顯示。單片機的 口連接三極管基極，當檢測到火災隱患時， 輸出高電平，三極管工作在放大狀態(tài)，電路導通，蜂鳴器報警。 無線收發(fā)電路 系統(tǒng)采用一對 ATKHC05 藍牙模塊實現數據的無線收發(fā)， ATKHC05 是一款高性能的主從一體藍牙串口模塊，可以同各種藍牙功能的電腦、藍牙主機、手機、 PDA、 PSP 等智能終端配對，模塊兼 容陜西理工學院畢業(yè)設計 第 15 頁 共 42 頁 5V或 ，可以很方便的與其他產品進行連接。 V C CA T K H C 0 5VCCGNDTXD5RXDKEYLED6 4 3 2 1GNDRXDTXDVCCU S BC H 3 4 0 圖 基于 ATKHC05 藍牙模塊的接收電路圖 通過 CH340 模塊實現串口到 TTL 電平的轉換之后，即接收模塊可以直接與 PC 端進行串行通信，實現接收數據并且傳送給 PC 端，使電路實現功能的同時結構更加簡單。因為 C 語言的描述由函數組成，是一種結構化的 程序設計語言，所以更容易實現模塊化，而且具有可讀性好，易于移植等優(yōu)點，同時還有匯編語言一樣的位操作功能的硬件詳細控制指令。主程序流程圖如圖 所示。 煙霧采集電路的主要元件是煙霧傳感器，由煙霧傳感器采集煙霧信號，轉化為模擬的電信號，模數轉換電路將該模擬信號轉換成單片機可識別的數字信號進行數據分析，判斷是否大于或等于預陜西理工學院畢業(yè)設計 第 17 頁 共 42 頁 設值，如果大于等于則蜂鳴器報警，紅色 LED 燈亮，繼電器動作，帶動旁邊的紅色 LED 燈亮，綠色 LED 燈滅。 初始化程序設計 系統(tǒng)上電后，程序由主程序開始執(zhí)行，主程序執(zhí)行的第一步就是初始化，所謂初始化，是對將要用到 AT89S52 單片機內部部件或擴展芯片進行初始化工作狀態(tài)設定。 數據采集程序設計 數據采集是火災報警系統(tǒng)中的重要環(huán)節(jié)。系統(tǒng)延時 50ms，進行第二次溫度煙霧信號采集，將轉換好的數據存入寄存器中。在數據采集子程序中，一次溫度煙霧信號采集延時 10ms，是讓 ADC0809 準備好進行下一次信號轉換。 NN YY開 始掃 描 設 置 狀 態(tài)延 時 1 0 m s延 時 1 0 m s 結 束按 鍵 狀 態(tài) 更 新按 鍵 狀 態(tài) 更 新設 置 煙 度顯 示 煙 度設 置 煙 度顯 示 煙 度 圖 按鍵控制子程序流程圖 按鍵程序在實現掃描按鍵信息時要消除抖動，因此要在掃描到按鍵信息時延時 10ms 再掃描，兩次掃描都出現按下動作時才認為按鍵動作，然后提取鍵值調用按鍵處理子程序。 VB 被認為是世界上最流行的語言，程序員可以非常容易的利用 VB 中的組件創(chuàng)建應用程序 [1