【文章內(nèi)容簡介】 樣蜂鳴器的電流形成回路，發(fā)出聲音。用戶可以通過程序控制 PD7 管腳的置低和置高來使蜂鳴器發(fā)出聲音和關閉。 顯示電路設計顯示可用普通數(shù)碼管顯示，顯示內(nèi)容靈活可變，但顯示內(nèi)容簡單，樣式單一，電路焊接設計復雜。本小組應用LCD1602液晶顯示，電路設計簡單，功耗低，顯示數(shù)字內(nèi)容靈活多變，足以滿足顯示要求，并且程序較為簡單。所以選擇LCD1602液晶作為該作品顯示模塊。LCD1602液晶顯示模塊（圖52）具有體積小、功耗低、電路設計 （圖53）簡單等特點，現(xiàn)在字符型液晶顯示模塊已經(jīng)是單片機應用設計中最常用的信息顯示器件了。PNPQ9012R31PD7SpeakerVCC天津職業(yè)技術師范大學 2022 屆本科生畢業(yè)設計16圖52 LCD1602液晶顯示模塊GNDVCCVOLCD1602RS RW EN DB0DB1DB2DB3DB4DB5DB6DB7VCCGNDGNDGNDVCC VOVCCPD3PD4PD5PA0PA1PA2PA3PA4PA5PA6PA7圖53 LCD1602液晶原理圖天津職業(yè)技術師范大學 2022 屆本科生畢業(yè)設計176 數(shù)據(jù)通信模塊 數(shù)據(jù)通信模塊選型方案一：采用CC2430芯片實現(xiàn)無線（Zigbee）傳輸，軟件編程自由度大，可用編程實現(xiàn)各種控制算法和邏輯算法。但支持Zigbee的單片機價格比較昂貴，程序較為復雜，電路設計比較麻煩。如CC2430的天線設計部分使用單級不平衡天線，為了增加天線的性能還需增加巴倫電路，其最佳阻抗、最高抗干擾能力比較難調(diào)試。方案二：采用 NRF24L01 模塊實現(xiàn)無線傳輸，價格便宜，單片軟件編程自由度大，也可編程實現(xiàn)各種控制算法和邏輯算法。NRF24L01 是一款新型單片射頻收發(fā)器件,工作于 GHz～ GHz ISM 頻段。內(nèi)置頻率合成器、功率放大器、晶體振蕩器、調(diào)制器等功能模塊,并融合了增強型 ShockBurst 技術，其中輸出功率和通信頻道可通過程序進行配置。NRF24L01 功耗低,在以6dBm 的功率發(fā)射時，工作電流也只有 9 mA。接收時，工作電流只有 mA，多種低功率工作模式(掉電模式和空閑模式)使節(jié)能設計更方便?？垢蓴_能力強特別適合工業(yè)控制場合，軟件編程十分方便。綜合以上方案和論證，我們確定使用方案二。 NRF24L01 工作原理NRF24L01 是 無線射頻收發(fā)模塊，具有地址及 CRC 監(jiān)測功能，數(shù)據(jù)傳輸率1 至 2Mbps（SPI 接口傳輸速率 0 至 8Mbps）工作電壓在 至 伏， VCC 腳接電壓范圍為 至 之間，不能在這個區(qū)間之外，超過 將會燒毀模塊。推薦電壓 左右（） 。 除電源 VCC 和接地端，其余腳都可以直接和普通的 5V 單片機 IO 口直接相連，無需電平轉換。當然對 3V 左右的單片機更加適用了。當工作在發(fā)射模式下發(fā)射功率為6dBm 時電流消耗僅為 9mA，接收模式時為。掉電和待機模式時更低。發(fā)射數(shù)據(jù)時，首先將 NRF24L01 配置為發(fā)射模式：接著把地址 TX_ADDR 和數(shù)據(jù)TX_PLD 按照時序由 SPI 口寫入 NRF24L01 緩存區(qū)，TX_PLD 必須在 CSN 為低時連續(xù)寫入，而 TX_ADDR 在發(fā)射時寫入一次即可，然后 CE 置為高電平并保持至少 10μs，延遲 130μs 后發(fā)射數(shù)據(jù)；若自動應答開啟，那么 NRF24L01 在發(fā)射數(shù)據(jù)后立即進入接收模式，接收應答信號。如果收到應答，則認為此次通信成功，TX_DS 置高，同時TX_PLD 從發(fā)送堆棧中清除；若未收到應答，則自動重新發(fā)射該數(shù)據(jù)(自動重發(fā)已開啟)，若重發(fā)次數(shù)(ARC_CNT)達到上限，MAX_RT 置高，TX_PLD 不會被清除；MAX_RT或 TX_DS 置高時，使 IRQ 變低，以便通知 MCU。最后發(fā)射成功時,若 CE 為低則NRF24L01 進入空閑模式 1；若發(fā)送堆棧中有數(shù)據(jù)且 CE 為高，則進入下一次發(fā)射；若發(fā)送堆棧中無數(shù)據(jù)且 CE 為高，則進入空閑模式 2。接收數(shù)據(jù)時,首先將 NRF24L01 配天津職業(yè)技術師范大學 2022 屆本科生畢業(yè)設計18置為接收模式，接著延遲 130μs 進入接收狀態(tài)等待數(shù)據(jù)的到來。當接收方檢測到有效的地址和 CRC 時，就將數(shù)據(jù)包存儲在接收堆棧中，同時中斷標志位 RX_DR 置高，IRQ 變低，以便通知 MCU 去取數(shù)據(jù)。若此時自動應答開啟，接收方則同時進入發(fā)射狀態(tài)回傳應答信號。最后接收成功時，若 CE 變低，則 NRF24L01 進入空閑模式 1。CECSNSCKMOSIMISOIRQ VDDVSS XC2XC1VDD_PAVSSVDDANT2IREFANT1VDDVSS VSSDVDDnRF24L011 216MHzX11nFC822pFC133nFC710nFC9 11622KR2A1 161MR1AVDD123456 7 8 9 10111213141516171820 1922pFC2 HL1 HL2L3C5C6圖 61 NRF24L01 工作原理圖天津職業(yè)技術師范大學 2022 屆本科生畢業(yè)設計197 軟件流程圖及軟件設計 系統(tǒng)軟件流程圖開始時，需要對其初始狀態(tài)復位，由煙霧傳感器 MQ2 檢測可燃氣體或煙霧濃度，當達到濃度范圍之內(nèi)，由無線傳輸模塊把數(shù)據(jù)傳給接收部分由單片機處理，并且發(fā)出報警及顯示。火災報警器具有實時監(jiān)測功能，實時監(jiān)測環(huán)境中的可燃氣體濃度并且每隔一段時間監(jiān)測一下所放空間內(nèi)的溫度并在顯示屏上實時溫度顯示。MCU 和 NRF24L01初始化MCU 檢測主機發(fā)送給從機蜂鳴器報警并顯示主機不發(fā)送給從機YN開始結束圖71 系統(tǒng)軟件流程圖天津職業(yè)技術師范大學 2022 屆本科生畢業(yè)設計20 軟件程序設計火災報警系統(tǒng)軟件程序設計主要包括兩塊主機模塊和從機模塊，運用 C 語言進行編程，主機程序主要是傳感器檢測到得數(shù)據(jù)，并由無線模塊發(fā)送；從機程序是對無線傳輸模塊接收到的數(shù)據(jù)進行判斷，報警顯示。下面是截取從機的部分程序： main() { char i,j。 int h = 0。 char RxBuf[32]={0}。 DDRB = 0x2e。 PORTA=0XFF。 DDRA =0X00。 PORTC=0X7F。 DDRC =0X80。 PORTD=0XFF。 DDRD =0Xff。 LCD_init()。 LCD_clear()。init_NRF24L01() 。 SetRX_Mode()。LCD_write_str(0,0,Temperature:)。//出示顯示內(nèi)容LCD_write_str(1,1,A Qu wei xian!)。//出示顯示內(nèi)容while(1) { if(nRF24L01_RxPacket(RxBuf)) //判斷是否收到數(shù)據(jù) { 天津職業(yè)技術師范大學 2022 屆本科生畢業(yè)設計21if(RxBuf[0]==0x02) { if(RxBuf[1]==0x01) { LCD_write_str(1,1,A Qu wei xian!)。//出示顯示內(nèi)容 PORTD=0X00。 } } if(RxBuf[0]==0x01) { LCD_write_char(11,0,RxBuf[1])。LCD_write_char(12,0,RxBuf[2])。LCD_write_char(13,0,RxBuf[3])。LCD_write_char(15,0,RxBuf[4])。i=RxBuf[2]0x30。j=RxBuf[3]0x30。h=i*10+j。if(h=32){ PORTD=0X00。} }天津職業(yè)技術師范大學 2022 屆本科生畢業(yè)設計228 系統(tǒng)調(diào)試與改進為保證火災報警與自動滅火系統(tǒng)能安全可靠地投入運行，性能達到設計的技術要求，要進行一系列的調(diào)整試驗工作。調(diào)試前準備：1）按設計要求查驗設備的規(guī)格、型號、數(shù)量、配件等，查驗應用的儀表、儀器應經(jīng)計量部門檢驗合格，并在有效期內(nèi)。2）查對各種記錄的文件表格是否齊全。3）檢查系統(tǒng)線路是否有錯線、開路、虛焊、短路。檢查無誤后給電路板提供＋5V 的直流電壓，觀察電路板上的電源指示燈是否正常工作，然后把單片機芯片、液晶顯示屏插入插槽中，下載線連接到電路板上，先下載簡單可行的測試程序到單片機中，觀察芯片工作是否正常，驗證顯示屏、按鍵、執(zhí)行部件能否正常工作，如果芯片正常工作則說明系統(tǒng)板正常，不正常則說明軟件或者系統(tǒng)硬件可能存在某些問題，則需耐心查找原因，從根本上一一解決。本設計通過 KeiluVision2 軟件對軟件進行測試，通過 PROGISP 軟件將程序下載到系統(tǒng)實物進行調(diào)試。KeiluVision2 是一個集成開發(fā)環(huán)境，它集程序的編輯、編譯、鏈接、調(diào)試等功能為一體。具有友好的交互界面、下拉菜單、快捷鍵和快速訪問命令列表等，使程序設計工作更加方便、快捷、高效。本系統(tǒng)使用的軟件開發(fā)環(huán)境是 KeiluVision2。在 KeiluVision2 中，源代碼的輸入，編譯通過之后就可以進行軟件調(diào)試了。在軟件編程實現(xiàn)過程中，跟隨自己事先整理好的思路，先定好整體框架，然后對每個要實現(xiàn)的功能實現(xiàn)從簡單開始一步步到最終實現(xiàn)為止，最后把最終程序經(jīng)過編譯確認無誤之后，把編譯產(chǎn)生的 hex 文件，下載到實物板中，軟硬件調(diào)試時，首先要檢查電源指示燈是否亮，觀察 LCD 查看顯示是否正確，按鍵是否起到相應的作用。調(diào)試過程中，要不斷分析問題存在的可能原因，針對具體問題找尋具體解決辦法，在硬件和軟件程序間不斷改進調(diào)試，從簡單開始一步步進行下去直到最終功能實現(xiàn)為止。運用 KeiluVision2 軟件，對所編寫程序進行調(diào)試，在其調(diào)試過程中發(fā)現(xiàn)程序錯誤，對其修改直至完善。通過 PROGISP 軟件將程序下載到系統(tǒng)實物進行調(diào)試。對溫度進行初設值，看是否正確顯示，對系統(tǒng)進行調(diào)試。單獨運用 MQ2 傳感器對可燃氣體進行檢測，當達到濃度范圍之內(nèi)，由無線傳輸模塊把數(shù)據(jù)傳給接收部分由單片機處理，是否發(fā)出報警并顯示溫度和地址，對系統(tǒng)進行調(diào)試。運用 DS18B20 傳感器對溫度進行檢測，當溫度超過預設值是否會報警，對系統(tǒng)進行調(diào)試。直至系統(tǒng)能天津職業(yè)技術師范大學 2022 屆本科生畢業(yè)設計23夠正常運行，調(diào)試結束。在實際應用中，發(fā)現(xiàn)許多環(huán)節(jié)需要改進，能夠使系統(tǒng)更加完善，作品性能更加穩(wěn)定。在作品中是一對一無線傳輸，而在實際的環(huán)境需要多對一或多對多傳輸，那么就需要對系統(tǒng)進行改進。天津職業(yè)技術師范大學 2022 屆本科生畢業(yè)設計24結論煙霧檢測報警器可保障生產(chǎn)與生活的安全，避免火災和爆炸事故以及煤氣中毒的發(fā)生，它是防火、防爆和安全生產(chǎn)所必備的儀器，具有廣闊的市場空間與發(fā)展前景。 在對煙霧傳感器和無線通訊技術進行深入研究的基礎上，全面比較國內(nèi)外同類產(chǎn)品的技術特點，合理地確定系統(tǒng)的設計方案。根據(jù)設計要求、使用環(huán)境、成本等因素，選用 MQ2 型半導體電阻式煙霧傳感器。該傳感器是對以烷類煙霧為主的多種煙霧有良好敏感特性的廣譜型半導體敏感器件。它的靈敏度適中，具有響應與恢復特性好，長期工作穩(wěn)定性、重現(xiàn)性、不易受環(huán)境影響及抗溫濕度影響等優(yōu)點。 在系統(tǒng)單片機控制電路的設計上，采用了高性能、高整合度的 Atmegal16 單片機作為核心芯片，充分利用了其高速數(shù)據(jù)處理能力和豐富的片內(nèi)外設，實現(xiàn)了儀器的小型化和智能化。使儀器具有結構簡單、性能穩(wěn)定、體積小、成本低等優(yōu)點。為提高響應時伺，保證傳感器準確地、穩(wěn)定地工作，需要向煙霧傳感器持續(xù)供給 5V的加熱電壓。由煙霧傳感器 MQ2 檢測可燃氣體或煙霧濃度，當達到濃度范圍之內(nèi)，由無線傳輸模塊把數(shù)據(jù)傳給接收部分由單片機處理，并且發(fā)出報警?；馂膱缶骶哂袑崟r監(jiān)測功能，實時監(jiān)測環(huán)境中的可燃氣體濃度并且每隔一段時間監(jiān)測一下所放空間內(nèi)的溫度并在顯示屏上實時顯示。我們把溫度作為輔助報警條件，當監(jiān)測溫度達到預設溫度時即發(fā)生報警。 在研制的火災報警器的基礎上，可以再做適當?shù)墓δ軘U展，使火災報警器的功能更加完善，安全性更高，使用更加方便等。為了能夠進一步提高安全性，可以在自動報警的基礎上，實現(xiàn)滅火供能。在實際火災發(fā)生時，所面對復雜的環(huán)境將會更加復雜，那將會對報警系統(tǒng)造成很大程度的干擾，我們應全面考慮各方面的不利因數(shù)，運用所學知識解決各個問題。 應用程序可采用 C 語言，充分利用芯片資源，提高了測量精度和代碼執(zhí)行效率，減小了代碼容量，采用中位值平均數(shù)字濾波算法對經(jīng) A/D 轉換后的數(shù)字信號進行濾波處理。這種方法既可濾去脈沖干擾又可濾去小的隨機干擾，不但最大限度地排除現(xiàn)場噪聲干擾，降低煙霧報警器誤報概率，而且易于在單片機中實現(xiàn)。天津職業(yè)技術師范大學 2022 屆本科生畢業(yè)設計25參考文獻[1] 金春林，[M].北京：清華大學出版社，2022.[2] 沈文，[M].北京：清華大學出版社，2022.[3] 丁化成，李君凱等. AVR單片機應用設計[M].北京：北京航空航天