【正文】 Environment Monitoring。最后，我要感謝各位老師在百忙之中抽出時間來審閱我的論文，并祝老師們身體健康，工作順利！ 致謝人： 日 期：2015年6月5日參考文獻[1] William ,Thomas Cleary and Michelle Sensor Signals to Analyze Fires[J].Fire ,39(4):295308. 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謝經(jīng)過幾個月的忙碌和工作，本次畢業(yè)設(shè)計已經(jīng)接近尾聲。如果有機會對此系統(tǒng)做進一步完善，我會首先對它實現(xiàn)基于ZigBee的無線傳感網(wǎng)，從而可以對監(jiān)測地點進行大面積的監(jiān)測，并且對上位機做進一步的優(yōu)化，使它可以實現(xiàn)多種方式顯示數(shù)據(jù)信息以及數(shù)據(jù)變動趨勢，并且對數(shù)據(jù)進行分類存數(shù)。（2）火災(zāi)報警系統(tǒng)沒有聯(lián)網(wǎng)，當發(fā)生火災(zāi)時不能通過電話網(wǎng)絡(luò)向消防指揮中心報警。在這次的畢業(yè)設(shè)計中，有時遇到問題思路不夠清晰，不知道從哪里著手解決問題，走了許多彎路，我想原因在于平時對自己的學習要求不夠嚴格，不注意細節(jié)方面的處理，才造成遇到問題顯得驚慌失措。本設(shè)計采用煙霧和溫度兩種傳感器與單片機相結(jié)合的方式，采集兩種參數(shù)判定是否發(fā)生秸稈焚燒，可以在更大程度上準確判斷節(jié)點狀態(tài)。在系統(tǒng)軟件設(shè)計上，先采集外界煙霧濃度和溫度，判斷是否滿足報警條件，從而控制外圍顯示電路及報警電路，通過按鍵設(shè)置系統(tǒng)報警限值，成功的實現(xiàn)了煙霧檢測報警功能。在硬件電路設(shè)計上，最重要的部分是STC89C52單片機控制內(nèi)核，所有的數(shù)據(jù)處理都由單片機完成。根據(jù)任務(wù)書的要求，本次設(shè)計實現(xiàn)了利用無線傳輸技術(shù)進行數(shù)據(jù)的遠程傳輸，同時系統(tǒng)具有溫度和煙霧的檢測和數(shù)據(jù)實時顯示以及越界報警功能，但本系統(tǒng)并未實現(xiàn)基于ZigBee的無線傳感網(wǎng)，僅僅是對單一節(jié)點進行無線監(jiān)測。既使得程序結(jié)構(gòu)清晰，又便于以后進一步擴展其功能，也便于系統(tǒng)的維護。系統(tǒng)在采集溫度煙霧信號時，采用多次采集，多次判斷的方法，降低了誤報率。本設(shè)計拋棄了傳統(tǒng)的使用單一傳感器探測報警，采用了溫度傳感器DS18B20和煙霧傳感器MQ2相結(jié)合的多傳感器探測方法，使系統(tǒng)靈敏度高、響應(yīng)時間短，在秸稈焚燒的早期就能準確的報警。這樣就讀取到穩(wěn)定的按鍵信息?？梢宰鲞@樣一種檢測：檢測到按鍵輸入為0之后，延時5ms～10ms，再次檢測，如果按鍵還為0，那么就認為有按鍵輸入。通常情況下，軟件消抖的具體辦法是重復(fù)讀取按鍵值，進而讀取到有效信息。通常我們都會采用軟件消抖的方法，即檢測出鍵閉合后執(zhí)行一個延時程序，5ms～10ms的延時，讓前沿抖動消失后再一次檢測鍵的狀態(tài)，如果仍保持閉合狀態(tài)電平，則確認為真正有鍵按下。硬件檢測初期，我發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)常處于不穩(wěn)定狀態(tài)，經(jīng)過多次排查發(fā)現(xiàn)在單片機上電時電源線上要串聯(lián)一個10uF電容來濾除電源中的交流電，從而可以獲得穩(wěn)定的5V電源，這樣就可以避免因電源的不穩(wěn)定而導致系統(tǒng)故障。 上位機報警界面可以看到煙霧超標時煙霧濃度等級會實時顯示在界面上，并且方框變紅來預(yù)示參數(shù)超標，參數(shù)恢復(fù)時報警狀態(tài)也會恢復(fù)為正常狀態(tài)。 電路原理圖通過上述電路原理圖搭建硬件電路，然后把設(shè)計程序燒錄進單片機就完成了硬件電路的設(shè)計，其中包括了無線發(fā)送和接收兩個模塊電路，它們的協(xié)調(diào)工作是靠軟件協(xié)助完成的。 系統(tǒng)仿真圖單片機系統(tǒng)正常工作要依靠軟件和硬件的共同協(xié)作完成，因此首先要確保軟件的可行性，為了節(jié)省時間和硬件資源，利用Proteus仿真環(huán)境模擬單片機系統(tǒng)來工作，首先要在單片機開發(fā)板上組建硬件電路并燒錄程序，完成基本功能的測試，當基本功能實現(xiàn)后再選取相應(yīng)的元器件焊接電路板，最后將程序燒錄進單片機實現(xiàn)全部功能，可以看到當煙霧達到上限值時會報警。由于PROTEUS提供了實驗室無法相比的大量的元器件庫，提供了修改電路設(shè)計的靈活性、提供了實驗室在數(shù)量、質(zhì)量上難以相比的虛擬儀器、儀表，因而也提供了培養(yǎng)學生實踐精神、創(chuàng)造精神的平臺。這在相當程度上替代了傳統(tǒng)的單片機實驗教學的功能，例：元器件選擇、電路連接、電路檢測、電路修改、軟件調(diào)試、運行結(jié)果等。前者可在相當程度上得到實物演示實驗的效果，后者則是實物演示實驗難以達到的效果。在編譯方面，它也支持IAR、Keil和Matlab等多種編譯器。Proteus是世界上著名的EDA工具(仿真軟件)，從原理圖布圖、代碼調(diào)試到單片機與外圍電路協(xié)同仿真，一鍵切換到PCB設(shè)計，真正實現(xiàn)了從概念到產(chǎn)品的完整設(shè)計。它是目前比較好的仿真單片機及外圍器件的工具。 系統(tǒng)仿真仿真環(huán)境選用Proteus環(huán)境下的系統(tǒng)仿真，Proteus軟件是英國Lab Center Electronics公司出版的EDA工具軟件（該軟件中國總代理為廣州風標電子技術(shù)有限公司）。 上位機軟件設(shè)計流程圖首先設(shè)置發(fā)送機發(fā)送數(shù)據(jù)，然后接收端驗證數(shù)據(jù)無丟失后打開串口發(fā)送接收請求，如果發(fā)射端并未應(yīng)答那么繼續(xù)轉(zhuǎn)到執(zhí)行發(fā)送請求命令，如果發(fā)射機應(yīng)答了則完成一次數(shù)據(jù)傳輸，這樣PC就接收到了串口發(fā)送的數(shù)據(jù)信息。 上位機軟件設(shè)計上位機軟件的開發(fā)需要用到Visual Basic開發(fā)軟件，Visual Basic是一種由 Microsoft 公司開發(fā)出來的結(jié)構(gòu)化的、模塊化的、面向?qū)ο蟮目梢暬绦蛟O(shè)計語言。 報警程序設(shè)計當煙霧濃度超過報警設(shè)定值或者溫度超出一定范圍時，報警器發(fā)出一種近似警笛的鳴叫聲，對應(yīng)通道的紅燈閃亮，以提示操作人員采取安全對策或自動控制相關(guān)安全裝置，從而保障生產(chǎn)安全，避免火災(zāi)和爆炸事故的發(fā)生。按鍵的識別方法采用掃描法，不同的按鍵控制不同的功能。當系統(tǒng)采集2次溫度煙霧信號后，轉(zhuǎn)換好的數(shù)據(jù)存入單片機的寄存器中，系統(tǒng)再調(diào)用火災(zāi)判斷子程序。 數(shù)據(jù)采集子程序流程圖由于設(shè)計采用的是模塊化設(shè)計，系統(tǒng)實現(xiàn)報警功能是通過調(diào)用子程序?qū)崿F(xiàn)的。系統(tǒng)延時50ms，進行第二次溫度煙霧信號采集，將轉(zhuǎn)換好的數(shù)據(jù)存入寄存器中。每次采集溫度煙霧數(shù)據(jù)后，將數(shù)據(jù)存入單片機的寄存器，然后在火災(zāi)判斷程序中，將采集的數(shù)據(jù)與設(shè)定的閾值進行比較，判斷現(xiàn)場是否發(fā)生火災(zāi)。 數(shù)據(jù)采集程序設(shè)計數(shù)據(jù)采集是火災(zāi)報警系統(tǒng)中的重要環(huán)節(jié)。這部分實現(xiàn)的功能包括各種I/O口輸入輸出狀態(tài)的設(shè)定、寄存器初始化、允許某些中斷源和設(shè)置中斷優(yōu)先級等。在整個報警器系統(tǒng)工作中，煙霧傳感器檢測到的煙霧濃度信號進行A/D轉(zhuǎn)換處理，溫度傳感器讀取溫度，由單片機進行分析處理，判斷系統(tǒng)是否啟動聲光報警。首先要給傳感器預(yù)熱三分鐘，因為MQ2型半導體電阻式煙霧傳感器在不通電存放一段時間后，二氧化錫會吸附空氣中的水蒸氣，再次通電時，傳感器不能立即正常采集煙霧信息，需要一段時間預(yù)熱，使水蒸氣蒸發(fā)后，氣敏電阻才能正常工作。為方便調(diào)節(jié)濃度和溫度報警的上下限，還加入了三個按鍵，因此主程序在不斷地采集信號然后顯示并判斷是否需要報警，我們把初始化完成后的這幾步操作放入一個死循環(huán)中實現(xiàn)功能。 主程序流程圖溫度信號采集電路采集外界溫度，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。本系統(tǒng)的軟件編程使用Keil編程環(huán)境開發(fā)軟件，它可以支持C語言編程并且編譯出來的軟件與單片機完美兼容[15]，下面對軟件分為以下幾個模塊來進行具體設(shè)計。因為C語言的描述由函數(shù)組成，是一種結(jié)構(gòu)化的程序設(shè)計語言，所以更容易實現(xiàn)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。由于模塊具有不同的組合可以配置生成多樣化的滿足用戶需求的產(chǎn)品的特點，同時模塊又具有標準的幾何連接接口和一致的輸入輸出接口，如果模塊的劃分和接口定義符合企業(yè)批量化生產(chǎn)中采購、物流、生產(chǎn)和服務(wù)的實際情況，這就意味著按照模塊化模式配置出來的產(chǎn)品是符合批量化生產(chǎn)的實際情況的，從而使定制化生產(chǎn)和批量化生產(chǎn)這對矛盾得到解決。 基于ATKHC05藍牙模塊的接收電路圖通過CH340模塊實現(xiàn)串口到TTL電平的轉(zhuǎn)換之后，即接收模塊可以直接與PC端進行串行通信，實現(xiàn)接收數(shù)據(jù)并且傳送給PC端，使電路實現(xiàn)功能的同時結(jié)構(gòu)更加簡單。 基于ATKHC05藍牙模塊的發(fā)射電路圖發(fā)射模塊通過串口與單片機直接實現(xiàn)通信，供電與單片機一致使用5V電壓，單片機直接把數(shù)據(jù)傳送給發(fā)送模塊，發(fā)送模塊將數(shù)據(jù)發(fā)送出去。 無線收發(fā)電路系統(tǒng)采用一對ATKHC05藍牙模塊實現(xiàn)數(shù)據(jù)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，可以很方便的與其他產(chǎn)品進行連接。 鍵盤電路圖按一下調(diào)整煙霧報警限值，按第二下調(diào)整溫度報警下限值，按第三下調(diào)節(jié)溫度報警上限值，按第四下取消光標顯示，屏幕恢復(fù)正常顯示。當檢測到火災(zāi)隱患時，三極管工作在放大狀態(tài)，電路導通，蜂鳴器報警。 報警電路本系統(tǒng)中采用蜂鳴器報警，通過單片機I/O口發(fā)出控制信號來控制蜂鳴器的響應(yīng)。 數(shù)碼管顯示電路圖顯示時，其數(shù)據(jù)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(shù)碼管，實現(xiàn)對數(shù)碼管LED1～LED4的位選控制，這樣，4個數(shù)碼管便以100ms的時間間隔輪流顯示。本設(shè)計的顯示是利用單片機的兩個I/O口實現(xiàn)4個LED數(shù)碼管的控制的簡要方法。本文對數(shù)碼管的顯示呈現(xiàn)了一種常用的顯示方法，應(yīng)用這種方法實現(xiàn)多位數(shù)碼管的動態(tài)顯示，其硬件電路結(jié)構(gòu)簡單很多，并且廉價和移植方法簡單，因此它在各種領(lǐng)域都有廣泛的應(yīng)用[10]。我們經(jīng)常應(yīng)用到的4～8位七段LED顯示數(shù)碼管器件，這里采用的是4位一體數(shù)碼管。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(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)結(jié)果始終為00H。 煙霧采集電路圖作為單通道模擬信號輸入時ADC0832的輸入電壓是0～。也正是從此位開始輸出下一個相反字節(jié)的數(shù)據(jù)，即從第11個字節(jié)的下沉輸出DATA0。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)。當讀取到的信息為“0”和“1”時，將CH0作為負輸入端IN，CH1作為正輸入端IN+進行輸入。當讀取到的信息為“1”和“1”時，則選擇通道CH1進行A/D轉(zhuǎn)換。在第3個脈沖下降沿DI端應(yīng)輸入2 位數(shù)據(jù)用來選擇通道功能。當電路需要進行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。但由于DO端與DI端在通信時并未同時有效并與單片機的接口是雙向的，所以在電路的具體應(yīng)用中可以把D0和D1連接在一起。（7）GND—電源地。（5）CLK—串行時鐘輸入端。（3）DI—兩路模擬輸入選擇輸入端。 ADC0832引腳圖各引腳說明如下：（1）CS—片選端，低電平有效。其主要特點如下：（1）8位分辨率，逐次逼近型，基準電壓為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。獨立的芯片使能輸入，使多器件連接和處理器控制變得更加方便。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。ADC0832開始進行模數(shù)轉(zhuǎn)換。數(shù)據(jù)和命令的傳輸都是低位在先。所有時序都是將主機作為主設(shè)備，單總線器件作為從設(shè)備。DS18B20有嚴格的通信協(xié)議來保證各位數(shù)據(jù)傳輸?shù)恼_性和完整性。由于單線制只有一根線，因此發(fā)送接口必須是三態(tài)的。 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(zhuǎn)換操作時，總線上必須有強的上拉，上拉開啟時間最大為10us。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。計數(shù)門的開啟時間由高溫度系數(shù)振蕩器來決定，每次測量前，首先將－55℃所對應(yīng)的一個基數(shù)分別置入減法計數(shù)器溫度寄存器中，計數(shù)器1和溫度寄存器被預(yù)