【文章內(nèi)容簡介】 節(jié)點(diǎn)發(fā)送信息 ?各從節(jié)點(diǎn)控制它上面的傳感器和執(zhí)行裝置 ?各傳感器收集到現(xiàn)場的環(huán)境數(shù)據(jù) ,及時(shí)的將信息傳送給主節(jié)點(diǎn) ,主節(jié)點(diǎn)將各從節(jié)點(diǎn)的信息顯示在顯示屏上 ,以便工作人員進(jìn)行觀測和控制 ? 江蘇科技大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 7 第三 章 火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì) 本章任務(wù)是對火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)的硬件進(jìn)行設(shè)計(jì) ,主要闡述了主節(jié)點(diǎn)和從節(jié)點(diǎn)的硬件設(shè)計(jì) ?在從節(jié)點(diǎn)的設(shè)計(jì)中 ,根據(jù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求的分析 ,即通過傳感器采集到現(xiàn)場環(huán)境的數(shù)據(jù) ,實(shí)時(shí)的實(shí)現(xiàn) CAN 通信傳輸?shù)街鞴?jié)點(diǎn)上 ,設(shè)計(jì)出相應(yīng)模塊的實(shí)際功能 ,主要包括從節(jié)點(diǎn)上信息采集模塊 ?CAN 電路模塊以及其他功能模塊的設(shè)計(jì) ? 主節(jié)點(diǎn)的功能模塊由微控制器 MCU(單片機(jī) )?CAN 通信電路以及時(shí)鐘電路 ?報(bào)警電路 ?液晶顯示屏等外圍電路組成 ?各模塊具體的硬件電路設(shè)計(jì)如下一一作出詳細(xì)的闡述 ? 主節(jié)點(diǎn)和從節(jié)點(diǎn) ,都用 80C51 單片機(jī)作為微處理器 ?80C51 單片機(jī) 是 MCS51 的系列其中一種 單片機(jī) ,由英特爾公司開發(fā) ,其結(jié)構(gòu)是 8048 的一個(gè)延伸 ,更加優(yōu)化 8048的性能 ,改善了它的缺點(diǎn) ,除 此之外 ,還增加了一系列的指令 ,比如比較 (CMP)?乘 (MUL)?減 (SUBB)?除 (DIV)?布爾代數(shù)運(yùn)算 ?16位數(shù)據(jù)指針等等指令 ?與此同時(shí) ,5 個(gè) 中斷源 和串行通信能力也被增加到了其中 [4]? 以下是 51單片機(jī)開發(fā)板上 單片機(jī)彈簧座及擴(kuò)展排針電路 圖 圖 31 單片機(jī)彈簧座及擴(kuò)展排針電路 圖 江蘇科技大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 8 LCD1602 顯示器電路設(shè)計(jì) 液晶顯示的原理是利用了液晶的物理特性 ,通過電壓對其顯示區(qū)域進(jìn)行控制 ,有電就可以顯示 ,因此就可以顯示出了圖形 ?液晶顯示器具有很多優(yōu)點(diǎn) ,比如厚度比較薄?方便實(shí)現(xiàn)全彩色顯示以及適用于大規(guī)模集成電路直接驅(qū)動(dòng)的特點(diǎn) ,目前液晶顯示已經(jīng)廣泛應(yīng)用于 PDA 移動(dòng)通信工具 ?數(shù)字?jǐn)z像機(jī) ?便攜式電腦等很多的領(lǐng)域 ? 1602LCD 分為不帶背光和帶背光兩種 ,基控制器大部分都是 HD44780,不帶背光的比帶背光的薄 ,是否帶背光在應(yīng)用中并沒有什么差別 [5]? 1602A 與單片機(jī)的以總線方式連接 ,其硬件連接圖如圖所示 : 圖 34 LCD 硬件連接圖 時(shí)鐘電路設(shè)計(jì) 為了方 便人們可隨時(shí)查詢火災(zāi)事故發(fā)生的時(shí)間 ,本系統(tǒng)設(shè)計(jì)了時(shí)鐘電路主要用以記錄相關(guān)時(shí)間信息 ?隨著人們對實(shí)時(shí)時(shí)鐘的要求不斷地提高 ,且在很多數(shù)據(jù)的記錄方面需要提供對應(yīng)的時(shí)間等相關(guān)的信息 ,因 此實(shí)時(shí)時(shí)鐘 (RealTime Clock)被廣泛的應(yīng)用于各種系統(tǒng) ?在沒有 系統(tǒng)電源的情況下 ,時(shí)鐘芯片也能保持時(shí)間的走動(dòng) ,因此可以給系統(tǒng)提供準(zhǔn)確的時(shí)間 ,來滿足系統(tǒng)對時(shí)間各種各樣的要求 ?時(shí)鐘芯片的接口分為并行江蘇科技大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 9 和串行 ,不同的芯片要根據(jù)不同的情況進(jìn)行設(shè)計(jì) ? 本 系統(tǒng)主節(jié)點(diǎn)采用的是 DS1302 時(shí)鐘芯片 ? DS1302 是 達(dá)拉斯 公司 推出的涓流充電 時(shí)鐘芯片 ,里面有一個(gè)實(shí)時(shí)時(shí)鐘和日歷以及 31 字節(jié)靜態(tài) RAM,可以通過串行接口和單片機(jī)進(jìn)行通信 ?DS1302 工作時(shí) ,將復(fù)位腳(RST)置為高電平 ,與此同時(shí)將命令信息和 8 位地址裝入移位寄存器 ,這樣就可以對任何傳送的數(shù)據(jù)進(jìn)行初始化 ?數(shù)據(jù)在時(shí)鐘 (SCLK)的上升沿串行輸入 ,前 8位指定訪問地址 ,命令字裝入移位寄存器后 ,在之后的時(shí)鐘周期 ,讀操作時(shí)輸出數(shù)據(jù) ,寫操作時(shí)輸出數(shù)據(jù) [6]? DS1302 時(shí)鐘電路 ,主節(jié)點(diǎn)時(shí)鐘芯片工作原理圖如圖 圖 35 主節(jié)點(diǎn)時(shí)鐘芯片電路圖 CAN 模塊通信電路設(shè)計(jì) CAN 通信協(xié)議主 要是通過 CAN 控制器完成的 ?實(shí)現(xiàn)微處理器接口部分和實(shí)現(xiàn) CAN總線協(xié)議部分的電路組成了 CAN 控制器 ?對于不同型號的 CAN 總線通信的控制器 ,實(shí)現(xiàn) CAN 協(xié)議部分電路的功能和結(jié)構(gòu)大部分一樣 ,但是和微處理器接口部分的方式和結(jié)構(gòu)還是有所差異的 ? CAN 模塊與單片機(jī)電路通信電路如下 :江蘇科技大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 10 圖 36 CAN 模塊與單片機(jī)電路連接圖 從節(jié)點(diǎn)硬件設(shè)計(jì) 從節(jié)點(diǎn)的功能模塊由微控制器 MCU(單片機(jī) )?CAN 通信電路以及可燃?xì)怏w及煙霧傳感器電路 ?溫度傳感器電路等電路組成 ?各模塊具體的硬件電路設(shè)計(jì)如下一一作出詳細(xì)的闡述 ? DSl8B20 是美國 DALLAS 公司生產(chǎn)的單總線數(shù)字溫度傳感器 ,它具有很多優(yōu)點(diǎn) ,比如它體積比較小 ?功耗比較低 ,而且性能有很高 ,具有很強(qiáng)的抗干擾能力強(qiáng) ,除此之外 ,它很容易和微處理器接口 ,以及適合各種不同的溫度測控系統(tǒng)等優(yōu)點(diǎn) ? DSl8B20 功能特點(diǎn)如下 :(1)采用單總線技術(shù) ,與單片機(jī)通信只要一根 I/O 線 ,在一根線上掛接多個(gè) DSl8B20? (2)測溫范圍為 55℃ 到 +125℃, 在 10℃ 到 85℃ 范圍內(nèi)誤差為 177。℃ ? (3)用戶可自設(shè)定報(bào)警上下限溫度 ? (4)每只 DSl8B20具有一個(gè)獨(dú)有的 ?不可修改的 64位序列號 ,根據(jù)序列號訪問對應(yīng)的器件 ? (5)低壓供電 ,電源范圍從 3V到 5V,可以直接從數(shù)據(jù)線上進(jìn)行竊取電源 (寄生式供電 ),也可以本地供電 ? (6)報(bào)警搜索命令可識(shí)別和尋址哪個(gè)器件的溫度超出預(yù)定值 ? 江蘇科技大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 11 (7)DSl8B20 可將檢測到的溫度值直接轉(zhuǎn)化數(shù)字量 ,并通過串行通信的方式與主控制器進(jìn)行數(shù)據(jù)通信 ? (8)DSl8B20 的分辨率可由用戶通過 E2PROM 設(shè)置為 9~12 位 [11]? DSl8820 的內(nèi)部結(jié)構(gòu)主要包括 :64 位激光 ROM?溫度傳感器 ?單總線接口和寄生電源 ?8位 循環(huán)冗余校驗(yàn)碼 (CRC)發(fā)生器 ?用于存儲(chǔ)用戶設(shè)定溫度上下限值的 TH和 Tl 觸發(fā)器 ?存放中間數(shù)據(jù)的高速暫存器 RAM?存儲(chǔ)與控制邏輯等 7 部分 [7]? DSl8B20 測量溫度時(shí)使用特有的溫度測量技術(shù) ,將被測溫度轉(zhuǎn)換成數(shù)值信號 ,測量結(jié)果存入溫度寄存器中 ?溫度 和數(shù)字量的關(guān)系如表所示 ? 溫度和數(shù)字量的對應(yīng)關(guān)系 溫度 數(shù)字輸出 (二進(jìn)制數(shù) ) 數(shù)字輸出 (十六進(jìn)制 ) +125℃ 0000011111010000B 07D0H +85℃ 0000010101010000B 0550H +℃ 0000000110010001B 0191H +℃ 0000000010100010B 00A2H +℃ 0000000000001000B 0008H 0℃ 0000000000000000B 0000H ℃ 1111111111111000B FFF8H ℃ 1111111101011110B FF5EH ℃ 1111111001101111B FE6FH 55℃ 1111110010010000B FC90H 在下圖中 ,DSl8B20 的 1腳接地 ?3腳接電源 ,2 腳 DQ 是數(shù)據(jù)線引腳 ?數(shù)據(jù)以串行通信的方式與 口進(jìn)行數(shù)據(jù)通信 ,將檢測到的信號送給單片機(jī) ? 江蘇科技大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 12 圖 37 DS18B20與 80C51的連接圖 可燃?xì)怏w及煙霧傳感器電路設(shè)計(jì) MQ2氣體傳感器 ,具有比較廣泛的探測范圍 ,除此之外 ,它還具有靈敏度高 ,響應(yīng)恢復(fù)反應(yīng)快速 ,同時(shí) ,還具有穩(wěn)定性強(qiáng) ,壽命長 ,以及驅(qū)動(dòng)電路比較簡單等優(yōu)點(diǎn) ? 因此 ,它可以應(yīng)用于家庭和工廠的氣體泄漏情況的監(jiān)測裝置 , 對一些可燃性氣體 ,比如家庭常用的液化氣 ,甲烷 ?丁烷 ?丙烷 ?氫氣 ?以及酒精 ?煙霧等等都具有良好的探測效果 [8]? MQ2可燃?xì)怏w及煙霧傳感器模塊原理圖如下 :江蘇科技大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 13 圖 38 MQ2 氣體傳感器原理圖 MQ2氣體傳感器相關(guān)規(guī)格參數(shù) : A. 標(biāo)準(zhǔn)工作條件 B. 環(huán)境條件 C. 靈敏度特性 江蘇科技大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 14 本系統(tǒng)使用步進(jìn)電機(jī)進(jìn)行驅(qū)動(dòng)滅火裝置 ,當(dāng)主節(jié)點(diǎn)收到由從節(jié)點(diǎn)傳輸回來的數(shù)據(jù)的時(shí)候 ,進(jìn)行判斷 ,如果氣體和煙霧的濃度或者溫度大于系統(tǒng)設(shè)定的閥值的時(shí)候 ,系統(tǒng)就會(huì)報(bào)警 ,對滅火裝置進(jìn)行驅(qū)動(dòng) ? 本系統(tǒng)所使用的是 28BYJ48步進(jìn)電 機(jī) ,28BYJ48步進(jìn)電機(jī)是永磁式的減速步進(jìn)電機(jī) ,減速比為 1:64?步進(jìn)電機(jī)如下圖所示 , 圖 39 28BYJ48 步進(jìn)電機(jī)示意圖 這個(gè)步進(jìn)電機(jī)一共有五根引線 ,他們分別是 :紅色 ?橙色和黃色以及粉色和藍(lán)色等五種顏色 ?其中橙色與黃色 ,以及粉色和藍(lán)色四根接線依次是 A?B?C?D繞組的一端 ,紅色引線是四個(gè)繞組的公共端 ? 步進(jìn)電機(jī)有很多它的優(yōu)勢 ,比如通常不需要任何反饋就可以實(shí)現(xiàn)對速度以及位置的控制 。不僅有能力和數(shù)組設(shè)備進(jìn)行兼容 , 可以對數(shù)字信號進(jìn)行直接的接收 ,而且位置誤差也不會(huì)積累起來 ?除此之外 ,還可以 實(shí)現(xiàn)快速啟停等等 [9]? 步進(jìn)電機(jī)的品種規(guī)格十分豐富 , 按照它們不同的工作原理和結(jié)構(gòu)可以劃分為以江蘇科技大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 15 下四種主要型式 ,分別是特種電機(jī) ,磁阻式電機(jī) ,永磁式電機(jī)和混合式電機(jī) ?它不使用位移傳感器就可以實(shí)現(xiàn)定位的精確 , 因此被廣泛的應(yīng)用到精確定位系統(tǒng)中 ?目前很多領(lǐng)域 ,比如說傳真機(jī) ?數(shù)控機(jī)床 ?打字機(jī)等設(shè) 備中都大量使用了步進(jìn)電機(jī) [16]? 本系統(tǒng)中使用 L298N 雙 H 橋直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)板的目的是 ,為了提高系統(tǒng)的 I/O口的載流量 ?因?yàn)?80c51 單片機(jī)的 P0?P1?P2?P3的口線 ,只有 10 毫安的輸出驅(qū)動(dòng)能力 ,但是 28BYJ48 步進(jìn)電機(jī)在工作的時(shí)候所需要的電流需要幾百毫安 ?所以在 I/O 口必須得增加功率驅(qū)動(dòng)芯片 ?L298N 芯片驅(qū)動(dòng)部分峰值電流 2021 毫安 ,完全符合設(shè)計(jì)的要求 ? L298N 雙 H 橋直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片的驅(qū)動(dòng)部分端子供電范圍 Vs:+5V~+35V 。 如果需要板內(nèi)取電 ,則供電范圍 Vs:+7V~+35V,驅(qū)動(dòng)部分峰值電流 Io:2A。邏輯部分端子供電范圍 Vss:+5V~+7V(可板內(nèi)取電 +5V)。邏輯部分工作電流范圍 :0~36mA?？刂菩盘栞斎腚妷悍秶?:低電平 :≤Vin≤, 高電平 :≤Vin≤Vss。 使能信號輸入電壓范圍 :低電平 :≤Vin≤( 控制信號無效 ),高電平 :≤Vin≤Vss( 控制信號有效 )。最大功耗 :20W(溫度 T=75℃ 時(shí) )。存儲(chǔ)溫度 :25℃~+130℃。 驅(qū)動(dòng)板尺寸 : 48mm*43mm*33mm(帶固定銅柱和散熱片高度 )。驅(qū)動(dòng)板重量 :33g。其他擴(kuò)展 :控制方向指示燈 ?邏輯部分板內(nèi)取電接口 [10]? 以下是步進(jìn)電機(jī)和 L298N 雙 H 橋直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)板的原理連接圖 : 圖 311 步進(jìn)電機(jī)和 L298N 雙 H 橋直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)板原理連接圖 江蘇科技大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 16 第四章 火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì) 本章工作主要圍繞基于 CAN 總線火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)軟件的設(shè)計(jì)展開 ?首先根據(jù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)所需要完成的整體實(shí)現(xiàn)的功能 ,從而開發(fā)出系統(tǒng)各個(gè)部分的設(shè)計(jì)軟件流程圖 ?然后根據(jù)各部分的流程圖 ,結(jié)合主節(jié)點(diǎn)和從節(jié)點(diǎn)所實(shí)現(xiàn)的功能再對主 ?從節(jié)點(diǎn)進(jìn)行詳細(xì)的軟件設(shè)計(jì) ,進(jìn)一步完善設(shè)計(jì)節(jié)點(diǎn)上各功能模塊以及 CAN 通信的軟件程序 ? 本系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì) ,主要分為主節(jié)點(diǎn)的軟件設(shè)計(jì) ?CAN模塊通信的軟件設(shè)計(jì) ?從節(jié)點(diǎn)的軟件設(shè)計(jì)等三大部分 ?整體實(shí)現(xiàn)從節(jié)點(diǎn)對現(xiàn)場相關(guān)數(shù)據(jù)的采集與傳送 ,主節(jié)點(diǎn)的顯示與報(bào)警 ,并控制執(zhí)行裝置工作等功能 ?為了確保系統(tǒng)能夠正常的工作 ,每次上電時(shí) ,需要對主節(jié)點(diǎn)和從節(jié)點(diǎn)進(jìn)行初始化 ?從節(jié)點(diǎn)將采集到的現(xiàn)場環(huán)境相關(guān)的數(shù)據(jù)信息通過CAN 通信傳輸?shù)街鞴?jié)點(diǎn) ,而主節(jié)點(diǎn)則通過從節(jié)點(diǎn)傳輸過來的信號數(shù)據(jù)是否超過傳感器的閾值 ,來判斷是否發(fā)生了火災(zāi) ?以此同時(shí) ,把發(fā)生火災(zāi)的相關(guān)信息顯示在顯示屏上 ,同時(shí)控制其執(zhí)行裝置進(jìn)行工作 ? 主節(jié)點(diǎn)軟件設(shè)計(jì) 設(shè)計(jì)主節(jié)點(diǎn)的整體軟件流程如下圖所示 : 接收從節(jié)點(diǎn)信息 開始 在 LCD 顯示相關(guān)信息 發(fā)生異常 顯示并保存相關(guān)信息 否 是 江蘇科技大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 17