【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 “一線總線”的數(shù)字方式傳輸，大大提高了系統(tǒng)的抗干擾性。適合于惡劣環(huán)境的現(xiàn)場(chǎng)溫度測(cè)量，如：環(huán)境控制、設(shè)備或過程控制、測(cè)溫類消費(fèi)電子產(chǎn)品等。與前一代產(chǎn)品不同，新的產(chǎn)品支持 3V~ 的電壓范圍，使系統(tǒng)設(shè)計(jì)更靈活、方便。而且新一代產(chǎn)品更便宜，體積 更小。 DS18B20 的管腳排列如 圖 所示 : 圖 的管腳排列 a) 功能特點(diǎn) ① 單總線技術(shù)，與單片機(jī)通訊只要一根 IO 線； ② 比較系列號(hào)可以在一根線上掛接多個(gè) DS18B20； ③ 電壓供電范圍從 3V~5V，也可以直接從數(shù)據(jù)線上竊取電源； ④ 測(cè)溫范圍 550~1250 攝 氏度，在 100~850 攝氏度范圍內(nèi)誤差為177。 度； ⑤ 數(shù)據(jù)位可編程 9~12 位，轉(zhuǎn)換 12位溫度時(shí)間為 750ms(最大 )； ⑥ 用戶可自設(shè)定預(yù)警上下限溫度； ⑦ 報(bào)警搜索命令可識(shí)別和尋址那個(gè)器件的溫度至超出預(yù)定值。 煙霧傳感器 MQ2 是一種體電阻控制型的氣敏器件，其阻值隨被測(cè)氣體的濃度（成分）而變化。氣敏器件又是一種“氣 —— 電”傳感器件，它將被測(cè)氣體的濃度（成分）信號(hào)轉(zhuǎn)變成相應(yīng)的電信號(hào)。 MQ2 引腳結(jié)構(gòu)與常用連接電路圖如圖 圖 MQ2 引腳結(jié)構(gòu)與常用連接電路圖 選擇 MQ2 做為本設(shè)計(jì)的原因是， MQ2 價(jià)格便宜，而且市場(chǎng)采購(gòu)比較方便，便于使用，使用簡(jiǎn)單，只需將以上電路圖連接好就能對(duì)油煙濃度進(jìn)行檢測(cè)，輸出一個(gè) 0~5V 的模擬信號(hào)。從而達(dá)到將“氣”轉(zhuǎn)換為“電”的目的。 MQ2 檢測(cè)模塊電路 圖 MQ2 檢測(cè)模塊電路圖 時(shí)鐘設(shè)計(jì) DS1302 是美國(guó) DALLAS 公司推出的一種高性能、低功耗、帶 RAM 的實(shí)時(shí)時(shí)鐘電路，它可以對(duì)年、月、日、周日、時(shí)、分、秒進(jìn)行計(jì)時(shí)，具有閏年補(bǔ)償功能，工作電壓為 ～ 。采用三線接口與 CPU 進(jìn)行 同步通信。其引腳如圖 所示 圖 引腳圖 本設(shè)計(jì)中其應(yīng)用電路如圖 所示 圖 12864 液晶顯示屏 12864M1 是一種圖形點(diǎn)陣液晶顯示器，它主要由行驅(qū)動(dòng)器 /列驅(qū)動(dòng)器及 128X64 全點(diǎn)陣液晶顯示器組成，可完成圖形顯示，也可以顯示 8X4 個(gè)（ 16X16 點(diǎn)陣漢字，與外部 CPU 接口可采用串行或并行方式控制。主要技術(shù)參數(shù)和性能： ： VDD:+5V ： 128 （列） X64 （行）點(diǎn)。 。 4 ROM 總共提供 8192 個(gè)漢字（ 16X16 點(diǎn)陣）。 5 ROM (CGROM) 總共提供 128 個(gè)字符（ 16X8 點(diǎn)陣） ： 20℃∽ +70℃，存儲(chǔ)溫度： 30℃∽ +80℃ 本設(shè)計(jì)中其應(yīng)用電路如圖 圖 NRF24L01無線模塊 NRF24L01模塊的具體說明： 1) VCC腳接電壓范圍為 ~，不能在這個(gè)區(qū)間之外，超 過 。推薦電壓 。 (2) 除電源 VCC和接地端，其余腳都可以直接和普通的 5V單片機(jī) IO口 直 接相連，無需電平轉(zhuǎn)換。當(dāng)然對(duì) 3V左右的單片機(jī)更加適用了。 (3) 硬件上面沒有 SPI的單片機(jī)也可以控制本模塊，用普通單片機(jī) IO 口模擬 SPI不需要單片機(jī)真正的串口介入，只需要普通的單片機(jī) IO口。 電路原理圖如圖 。 圖 單片機(jī)模塊的設(shè)計(jì) 系統(tǒng)的控制器選用 STC89C52RD+單片機(jī)， 8 位 STC89C52RD+單片機(jī)是 STC公司生產(chǎn)的一款 51 單片機(jī)，具有運(yùn)行穩(wěn)定、價(jià)格便宜等特點(diǎn)。其支持的最高時(shí)鐘為 40MHz，內(nèi)部包括 8 kB 的 Flash 程序存儲(chǔ)器 ROM 、 256B 的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器 RAM，具有 ISP 在線編程功能，大大減少了開發(fā)復(fù)雜度，同時(shí)可節(jié)省購(gòu)買編程器的額外投入。圖 為單片機(jī)控制模塊電路圖。 圖 單片機(jī)控制模塊 第三章．系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) 系統(tǒng)的軟件主要包括串口程序、存儲(chǔ)程序、短消息程序、采集控制程序和測(cè)試程序等。本系統(tǒng)軟件采用了前后臺(tái)的設(shè)計(jì)方式，前臺(tái)系統(tǒng)是主程序，后臺(tái)是由所有的中斷服務(wù)程序，如串口接收中斷服務(wù)程序，定時(shí)器中斷服務(wù)程序等功能模塊組成。 裝置的遠(yuǎn)程報(bào)警和開啟功能通過軟件控制實(shí)現(xiàn)，在使用裝置前需準(zhǔn)備好一張已開通的 GSM 網(wǎng) SIM 卡，并在手機(jī)終端上向 SIM 卡第一個(gè)電話本位置存入報(bào)警的目的手機(jī)號(hào)碼，此號(hào)碼也是用戶進(jìn)行遠(yuǎn)程開啟時(shí)的唯一 工作時(shí) 首先必須對(duì)單片機(jī)、系統(tǒng)變量等進(jìn)行初始化，然后通過拉低 IGT 啟動(dòng)TC35，并通過發(fā)送 AT 命令進(jìn)行模塊的初始化設(shè)置，初始化流程如圖 所示。單片機(jī)的初始化包括設(shè)置波特率、設(shè)置外部中斷 (電平觸發(fā)方式 )和串口中斷等， TC35的初始化包括設(shè)置短信到達(dá)時(shí)提醒方式、接收短信的存儲(chǔ)位置、電話薄的尋址位置等，初始化過程中用到的 AT 命令。 圖 TC35 初始化 主程序工作流程圖 按上述工作原理和硬件結(jié)構(gòu)分 析可知系統(tǒng)主程序工作流程圖 如 圖 主程序流程圖 顯示程序設(shè)計(jì) 本設(shè)計(jì)除了實(shí)現(xiàn)煤氣泄漏報(bào)警的功能外 ,實(shí)時(shí)日歷時(shí)鐘顯示的功能，如圖 所示為 LCD12864 顯示流程圖 A 0 是 否 為 高 電 平開 始L C D 參 數(shù) 初 始 化L C D 實(shí) 時(shí) 顯 示 時(shí) 鐘及 參 數(shù)返 回N OY E S 圖 LCD12864 顯示流程圖 GSM 模塊軟件設(shè)計(jì) 在本系統(tǒng)中， GSM 模塊軟件設(shè)計(jì)是通過串口發(fā)送 AT 指令給 GSM 模塊來實(shí)現(xiàn)發(fā)送短信的功能，其流程圖如圖所示。首先串口發(fā)送字符串“ AT+CMGF=1\r”給 GSM 模塊，設(shè)置短信為 TXT 模式；然后發(fā)送“ AT+CMGS=18750816973\r”，設(shè)置收信方的手機(jī)號(hào)碼；接著將待發(fā)送短信的內(nèi)容發(fā)給 GSM 模塊；最后發(fā)送十六進(jìn)制的 0x1A（回車）確認(rèn)發(fā)送，這樣就能通過 GSM 模塊最終實(shí)現(xiàn)報(bào)警通知用戶的功能。系統(tǒng)框圖如 程序見附錄。 圖 GSM 系統(tǒng)框圖 信息采集控制程序設(shè)計(jì) 模擬量采集模塊主要是單片機(jī)通過 A/D 通道采集來自傳感器的信號(hào)，并將信號(hào)進(jìn)行處理。 A/D 轉(zhuǎn)換有幾種模式，比如序列通道單次轉(zhuǎn)換、 序列通道多次轉(zhuǎn)換?？紤]到有 8 路采集，因此選用序列通道單次轉(zhuǎn)換，當(dāng)然也可以采用序列通道多次轉(zhuǎn)換，關(guān)于轉(zhuǎn)換模式的選擇主要設(shè)置相應(yīng)的 A/D 轉(zhuǎn)換的寄存器來實(shí)現(xiàn)。數(shù)據(jù)采集的時(shí)間間隔則通過定時(shí)器 A 來完成，就是在每次定時(shí)器 A 中斷到來時(shí)讀取 A/D 采集得到的數(shù)據(jù)，在讀數(shù)據(jù)之前先停止 A/D 轉(zhuǎn)換，當(dāng)讀取數(shù)據(jù)完畢后啟動(dòng) A/D 轉(zhuǎn)換，如果得到數(shù)據(jù)，則設(shè)置一個(gè)標(biāo)志位通知主程序，告訴主程序已經(jīng)得到新的數(shù)據(jù)。整個(gè)模塊采用中斷服務(wù)程序的結(jié)構(gòu)。如圖 所示為該模塊的程序流程圖。該模塊主要涉及 A/D 轉(zhuǎn)換和定時(shí)器 A 的操作。 開始 初始化串口 發(fā)送 AT+CMGF=1 發(fā)送 AT+CMGS=18750816973 發(fā)送短信內(nèi)容 發(fā)送 0X1A 結(jié)束 圖 第 四章．系統(tǒng)測(cè)試及分析 系統(tǒng)測(cè)試 整個(gè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)完成后，要進(jìn)行運(yùn)行調(diào)試，排除軟件和硬件的故障，同時(shí)驗(yàn)證系統(tǒng)的可靠性及穩(wěn)定性，使系統(tǒng)符合設(shè)計(jì)要求。本系統(tǒng)的調(diào)試主要分兩個(gè)步驟：?jiǎn)纹瑱C(jī)系統(tǒng)調(diào)試及整個(gè)控制系統(tǒng)運(yùn)行調(diào)試。 結(jié)合系統(tǒng)軟件測(cè)試，利用硬件平臺(tái)進(jìn)行功能性檢測(cè)，即驗(yàn)證系統(tǒng)軟硬件綜合測(cè)試正常。主要包括了溫度傳感器電路、 MQ6 氣體傳感器電路、鍵盤輸入、液晶顯示等 ， 并實(shí)現(xiàn)各部分功能的綜合測(cè)試。 該綜合測(cè)試主要在系統(tǒng)調(diào)試正常的情況下，驗(yàn)證煤氣氣體綜合測(cè)試情況。首先對(duì)調(diào)整 MQ6 的靈敏度，在液晶上顯示，通過一些特殊手段，改變環(huán)境的液化氣氣體含量，看液晶上氣體靈敏度是否會(huì)改變。通過測(cè)量當(dāng)液化氣濃度達(dá)到1000ppm 時(shí)，系統(tǒng) GSM 發(fā)出“煤氣泄漏”英文短信報(bào)警到用戶手機(jī)；當(dāng)室內(nèi)溫度高于 設(shè)定的的溫度時(shí) ， 系統(tǒng) GSM 發(fā)出“火災(zāi)報(bào)警”英文短信到用戶手機(jī) . 測(cè)試數(shù)據(jù)及分析 溫度測(cè)試 本系統(tǒng)通過用 DS18B20 測(cè)試溫度高低，實(shí)現(xiàn)火災(zāi)報(bào)警功能。開始設(shè)定一個(gè)初值如 70℃，當(dāng)溫度傳感器測(cè)得值超過這個(gè)初值時(shí)則系統(tǒng)進(jìn)行語(yǔ)音報(bào)警和遠(yuǎn)程短信報(bào)警。調(diào)試的過程中，為了更方便調(diào)試及測(cè)量，設(shè)計(jì)中使 用了電吹風(fēng)加熱，同時(shí)通過與四位半高精確溫度測(cè)量?jī)x器相比較，多次測(cè)量，判斷出誤差。并記錄表421： 表 421：溫度傳感器測(cè)得的溫值與高靈敏度 溫度測(cè)量?jī)x 測(cè)出室溫值記錄表 次數(shù) 溫度 /℃ 1 2 3 4 5 6 7 8 傳感器溫度值/℃ 70 71 71 70 71 70 70 71 高靈敏度 溫度測(cè)量?jī)x/℃ 分析：當(dāng)電吹風(fēng)加熱到 70℃左右的時(shí)候，系統(tǒng)發(fā)出遠(yuǎn)程短信報(bào)警，但有時(shí)可能因?yàn)橄到y(tǒng)響應(yīng)較慢，所以當(dāng)溫度檢測(cè)到 71℃ 時(shí)才開始發(fā)出報(bào)警。由實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)所得本系統(tǒng)所使用的 DS18B20 測(cè)得的數(shù)值在精度上和準(zhǔn)確度上都比高精度的溫度測(cè)量?jī)x低，但是相差不是很大，因而使用 DS18B20 作為火災(zāi)溫度檢測(cè)是具有一定的可行性的，同時(shí)其較低的價(jià)格，也可以降低設(shè)計(jì)成本。 氣體測(cè)量 因?yàn)榧矣妹簹庵兄饕煞譃榧淄?，所以本?shí)驗(yàn)在煙霧標(biāo)定時(shí)，選用甲 烷煙霧。如若設(shè)煙霧濃度分成 7 段。 直線方程 f(x) = f(xi) + (xxi )f(xi )f(xi )/（ xi– xi） i =1,2,3L,7(51) 其中， f (x)為實(shí)際 煙霧檢測(cè) LEL 濃度， x 為實(shí)際煙霧檢測(cè)濃度對(duì)應(yīng) 的電壓值，xi 是區(qū)間的下限濃度對(duì)應(yīng)電壓值， xi 是區(qū)間的上限濃度對(duì)應(yīng) 電壓值， f (xi)為區(qū)間下限點(diǎn)煙霧 LEL 濃度值， f (xi )為區(qū)間上限點(diǎn)煙霧 LEL 濃度值，根據(jù)公式51 計(jì)算出 7 個(gè)直線方程式，如下： (1) 0%~10%LEL f (x) = ? + (2) 10%~20%LEL f (x) = + （ 3) 20%~40%LEL f (x) = + (4) 40%~50%LEL f (x) = + (5) 50%~60%LEL f (x) = + (6) 60%~80%LEL f (x) = + (7) 80%~100%LEL f (x) = + 經(jīng)實(shí)驗(yàn)的標(biāo)定，實(shí)際煙霧濃度與顯示濃度誤差對(duì)比如表 所示： 濃度（ %