【正文】 想接近，接固定電平的引腳端是否符合設(shè)計所需的電平。 作者：舒?zhèn)? 第 14 頁 共 38 頁 第二步為萬用表測試，先用萬用表再 一次檢查目測中認(rèn)為可能存在錯誤的連線或接點，查看它們的通斷狀態(tài)是否跟設(shè)計狀態(tài)相對應(yīng)，再檢查各種線與線之間的連接是否有短路現(xiàn)象。 5 系統(tǒng)調(diào)試、測試與分析 硬件調(diào)試 第一步為目測階段，單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)電路全部需要手工焊接在洞洞板上，這個時候?qū)附有枰欢ǖ氖煜ざ?，而且還要對每一個焊點都要進(jìn)行仔細(xì)的檢查。主程序還包括報警濃度設(shè) 定功能、LED 八段式數(shù)碼管濃度字符顯示功能、手動報警功能、中斷子程序等，這些程序使報警器功能更加全面和完善，給用戶帶來更大的便利和體驗 [17]。程序初始化結(jié)束后，系統(tǒng)就會進(jìn)入監(jiān)控狀態(tài)，對整個電路和環(huán)境進(jìn)行一個監(jiān)控作用。 主程序流程圖如圖 11 所示。軟件是硬件能夠運動起來的重要支撐部分，控制著整個硬件系統(tǒng)的運行。 DS18B20 被主機(jī)控制之后完成溫度轉(zhuǎn)換就必須經(jīng)過 3 個步驟： 1，初始化； 2， ROM 操作指令； 3，存儲器操作指令。實行寄生電源供電方式則 VDD 和 GND 端均需要連接地端。本設(shè)計采用電源供電方式， 口連單線總線為保證在有效的 DS18B20 時鐘周期內(nèi)提供足夠的電流，可用一個上拉電阻和 STC89C52的 。 圖 10 溫度傳感器接口電路圖 （ 1） DS18B20 控制方法 DS18B20 有六條控制命令： 作者：舒?zhèn)? 第 12 頁 共 38 頁 溫度變化： 44H 開動 DS18B20 進(jìn)行溫度轉(zhuǎn)換 讀暫存器： BEH 僅僅占了暫存器 9 個字節(jié)內(nèi)容 寫暫存器：數(shù)據(jù)被 4EH 放入暫存器的 TH、 TL 字節(jié) 復(fù)制暫存器：暫存器的 TH、 TL 字節(jié)被 48H 送到 E2RAM 中 再一次調(diào) E2RAM B8H 把 E2RAM 中的 TH、 TL 字節(jié)放到暫存器 TH、 TL 字節(jié) 讀電源供電方式 B4H 開啟 DS18B20 把電源供電方式的信號發(fā)送給主 CPU （ 2） DS18B20 供電方式 DS18B20 可以采用兩種方式供電： 1 是采用電源供電方式，此時 DS18B20 的 1 腳連到地端， 2 腳變作信號線， 3 腳連接電源。 圖 8 聲音報警電路圖 作者：舒?zhèn)? 第 11 頁 共 38 頁 按鍵控制模塊 圖 9 消音按鍵連接電路圖 本電路設(shè)計了四個按鍵，一個設(shè)置鍵、一個加鍵、一個減鍵、一個緊急報警鍵，當(dāng)遇到緊急情況時，可按下緊急報警鍵，蜂鳴器進(jìn)行報警，消音按鍵連接如圖 9 所示[16]。 聲音報警模塊 電路通過三極管基極串連一個電阻與單片機(jī) 端口連接從而達(dá)到控制蜂鳴器是否報警。 本系統(tǒng)采用內(nèi)部方式的時鐘電路和加電自復(fù)位的復(fù)位電路，分別如圖 5 和圖 6 所示： 圖 5 時鐘電路 圖 6 復(fù)位電路 由于單片機(jī)為高阻態(tài)， PO 口內(nèi)部不含上拉電阻，不能正常地輸出高 /低電平，因而該組 I/O 口在使用時必須外接上拉電阻。 單片機(jī)的時鐘電路與復(fù)位電路設(shè)計 本系統(tǒng)采用 STC 系統(tǒng)列單片機(jī)，相對于其他系列單片機(jī)來說的話，它具有更多的優(yōu)點。但是如果采用外部時鐘源驅(qū)動器件，就不需 作者：舒?zhèn)? 第 9 頁 共 38 頁 要外接 XTAL2。時鐘電路在另一方面來講也可以說是振蕩電路，它需要向單片 機(jī)提供一個正弦波信號作為基準(zhǔn)，用來決定單片機(jī)的執(zhí)行速度。本設(shè)計在兩者之間采用的是外部手動按鍵復(fù)位電路，不過選擇這個以后，則需要接上拉電阻來提高輸出高電平的值。這種復(fù)位一般有兩種方式，上電自動復(fù)位和外部按鍵手動復(fù)位。如果 單片機(jī)系統(tǒng)在運行的過程中，受到外界環(huán)境的干擾并且出現(xiàn)程序跑飛的現(xiàn)象時。 復(fù)位電路則是用來確定單片機(jī)的工作起始狀態(tài)，而單片機(jī)的啟動過程就需要復(fù)位電路來實現(xiàn)。 而在 STC89C52 單片機(jī)中，它的工作電壓范圍在 4V到 之間，所以就需要給單片機(jī)外接一個 5V 的直流電源。 單片機(jī)最小系統(tǒng) 單片機(jī)如果需要工作起來，構(gòu)成為單片機(jī)最小系統(tǒng)的基本構(gòu)成如圖 4 所示。 方案 2：采用 4 節(jié) V 干電池共 做電源，經(jīng)過實驗驗證系統(tǒng)工作時，單片機(jī)、傳感器的工作電壓穩(wěn)定能夠滿足系統(tǒng)的要求，而且電池更換方便。但是蓄電池的體積過于龐大，在報警器上使用極為不方便。 方案 1：采用 5V 蓄電池為系統(tǒng)供電。驅(qū)動蜂鳴器及報警指示燈報警 [13]。設(shè)置在監(jiān)測點上的煙霧檢測探頭將檢測到的煙霧變換成電信號，送出模擬信號，給 AD采集電路采集。電路總體設(shè)計框圖如圖 2 所示： 圖 2 總體設(shè)計框圖 處理器采用 51 系列單片機(jī) STC89C52。本設(shè)計包括硬件和軟件設(shè)計兩個部分。 為適應(yīng)家庭和工業(yè)等場所對可燃性易爆煙霧安全性要求，設(shè)計的煙霧報警器具有顯示報警狀態(tài)。 作者：舒?zhèn)? 第 6 頁 共 38 頁 3 系統(tǒng)概述與硬件方案的設(shè)計 系統(tǒng)總體框架 煙霧報警器是能夠檢測環(huán)境中的煙霧濃度， 并具有報警功能的儀器。它在傳輸距離、轉(zhuǎn)換時間、測溫精度、分辨率等方面相較于其他溫度傳感器有了更大的進(jìn)步，相對于用戶來講使用更方便，而且效果也更加令人滿意 [12]。 方案 2：采用 DS18B20 作為本次設(shè)計的溫度傳感器。 PT100 傳感器是利用鉑電阻的特性來進(jìn)行測溫的，鉑電阻具有這樣的特性，它的阻值隨溫度變化而變化、并呈一定函數(shù)關(guān)系的特性，并且 PT100 傳感器具有抗振動、穩(wěn)定性好、準(zhǔn)確度高、耐高壓等優(yōu)點。這是一個以單片機(jī)為中心的模塊，把程序代碼燒進(jìn)去以后，然后在外圍接上振蕩電路、復(fù)位電路、 LED 顯示電路、 LED顯示電路、報警電路等子模塊 [11]。在空閑模式條件下， CPU 開始停止工作，允許 RAM、定時器 /計數(shù)器、串口、中斷繼續(xù)工作。 STC89C52 還具備以下標(biāo)準(zhǔn)功能： 256 字節(jié) RAM， 32 位 I/O 口線， 8k 字節(jié) Flash 定時器， 2 個數(shù)據(jù)指針，一個 6 向量 2 級中斷結(jié)構(gòu)，全雙工串行口，三個 16 位定時器 /計數(shù)器，片內(nèi)晶振及時鐘電路。片上 Flash 適于常規(guī)編程器，亦允許程序存儲器在線可編程。因此，在測控操作系統(tǒng)中，使用 51 系列單片機(jī)是最理想的選擇，因此本次畢業(yè)設(shè)計采用 STC89C52 作為設(shè)計用的單片機(jī) [10]。 由于單片機(jī)技術(shù)在各個領(lǐng)域里面應(yīng)用的越來越廣泛，所以世界上許多集成電路生產(chǎn)廠家相繼推出了各種類型的單片機(jī)，在眾多類型的單片機(jī)之中， MCS 系列單片機(jī)以其成熟的技術(shù)、優(yōu)越的性能、高可靠性和高性能價格比，迅速占領(lǐng)了工業(yè)測控、自動化工程應(yīng)用等大多數(shù)主流市場，成為國內(nèi)單片機(jī)應(yīng)用領(lǐng)域中的翹楚。在單片機(jī)實現(xiàn)的控制功能中，對單片機(jī)的運算速度具有較高的要求，使檢測人員和用戶在報警器系統(tǒng)正常工作時能夠及時地觀測到實時的煙霧濃度等級，并進(jìn)行相應(yīng)處理。因此，本設(shè)計中的煙霧傳感器采用方案 2，選用 MQ2半導(dǎo)體氣體煙霧傳感器 [8]。 有時候根據(jù)報警器檢測煙霧種類的不同要求，在使用條件的各種考慮下，半導(dǎo)體煙霧傳感器對于各種場合都比較適合，在眾多煙霧傳感器的應(yīng)用特性的對比之下，發(fā)現(xiàn)半導(dǎo)體煙霧傳感器的優(yōu)點更加突出。 光電式感煙探測器發(fā)展的速度非?？?，種類也在不斷增多，除了在大型建筑物內(nèi)部應(yīng)用之外，還特別適用于電氣火災(zāi)危險性較大的場所，如儀器儀表室、隧道、計算機(jī)房和電纜溝等處。但是一旦有煙霧從中阻隔光的照射，就會導(dǎo)致到達(dá)光敏元件上的光減少，這個時候光敏元件就把光強(qiáng)的變化轉(zhuǎn)化成電的變化，在火災(zāi)產(chǎn)生的初期利用光散射原理對煙霧進(jìn)行探測，并及時發(fā)出報警信號。 第四種方案：光電式感煙傳感器 光電式感煙傳感器包含三個部分：光源、光敏元件和電子開關(guān)。在正常的情況下，內(nèi)外電離室的電流、電壓都是穩(wěn)定的。它在內(nèi)外電離室里面有放射源镅 241。該傳感器己成為世界上產(chǎn)量最大、使用最廣的煙霧傳感器之一。 自 1962 年半導(dǎo)體金屬氧化物煙霧傳感器問世以來，由于具有靈敏度高、響應(yīng)快、輸出信號強(qiáng)、耐久性強(qiáng)、結(jié)構(gòu)簡單、體積小、維修方便、價格便宜等諸多優(yōu)點，得到了廣泛的應(yīng)用。按照敏感機(jī)理分類，半導(dǎo)體煙霧傳感器可分為電阻式和非電阻式。 方案二：半導(dǎo)體煙霧傳感器（半導(dǎo)體氣敏傳感器）半導(dǎo)體煙霧傳感器包括用氧化物半導(dǎo)體陶瓷材料作為敏感體制作的煙霧傳感器，以及用單晶半導(dǎo)體器件制作的煙霧傳感器。一般在連續(xù)使用兩個月后應(yīng)對該傳感器進(jìn)行維護(hù)。接觸燃燒式氣體傳感器的檢測元件一般為鉑金屬絲（也可表面涂鉑、鈀等稀有金屬催化層），使用時對鉑絲通以電流，保持 300℃ ～ 400℃ 的高溫，此時若與可燃性氣體接觸，可燃性氣體就會在稀有金屬催化層上燃燒，因此鉑絲的溫度會上升，鉑絲的電阻值也上升；通過測量鉑絲的電阻值變化的大小，就知道可燃性氣體的濃度。 作者：舒?zhèn)? 第 3 頁 共 38 頁 方案一：接觸燃燒式傳感器?？梢哉f，沒有精確可靠的傳感器，就沒有精確可靠的自動檢測、控制和報警系統(tǒng)。而煙霧報警器的信號采集由煙霧傳感器負(fù)責(zé)。在程序的編寫過程中，同時又加入了詳細(xì)的文字注釋，以便于后期的修改與維護(hù)。系統(tǒng)硬件電路主要分為數(shù)碼管顯示電路、狀態(tài)指示燈電路、聲音報警電路、數(shù)據(jù)收集等四大部分。 本設(shè)計對系統(tǒng)進(jìn)行一個整體規(guī)劃，還有結(jié)構(gòu)設(shè)計，以 STC89C52 單片機(jī)為中央處理器，對硬件電路進(jìn)行設(shè)計和改進(jìn)，使其功能更加完善。設(shè)計的煙霧報警器具有顯示報警狀態(tài)，為適應(yīng)家庭和工業(yè)等場所對可燃性易爆煙霧安全性等要求。 2 設(shè)計思路與方 案的選擇 整體設(shè)計思路 本次設(shè)計是基于 STC89C52 的煙霧報警器，能夠檢測環(huán)境中的煙霧濃度，并具有報警功能。不過從發(fā)展的角度來看，我們大都是在引進(jìn)國外先進(jìn)的傳感器技術(shù)，并且在國外先進(jìn)的生產(chǎn)工藝基礎(chǔ)之上，對其進(jìn)行研究從而大力開發(fā)屬于自己的特色火災(zāi)報警器。 1963 年 5 月，日本開發(fā)完成第一臺接觸燃燒式家用燃?xì)庑孤﹫缶?，次?12 月其改良產(chǎn)品問世，改良的報警器可以檢測燃?xì)?、一氧化碳等氣體，可以安裝在浴室或者采用集中監(jiān)視 [2]。據(jù)有關(guān)統(tǒng)計，美國 1996 年 ~20xx 年煙霧傳感器年均增長率為 27%~30%[1]。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(shù)發(fā)展領(lǐng)域的一個重要課題。在早期時候，防止和發(fā)現(xiàn)火災(zāi)，保護(hù)人身和財產(chǎn)安全，減少經(jīng)濟(jì)損失，是必須要做的一個重要事情。 sensor 目 錄 1 緒論 .................................................................... 1 選題背景與研究現(xiàn)狀 .............................................. 1 2 設(shè)計思路與方案的選擇 ................................................... 1 整體設(shè)計思路 ..................................................... 1 設(shè)計方案的選擇 ................................................... 2 煙霧檢測傳感器選型 .......................................... 2 溫度采集模塊 ............................................... 5 3 系統(tǒng)概述與硬件方案的設(shè)計 ............................................... 6 系統(tǒng)總體框架 ..................................................... 6 電源模塊 ......................................................... 7 單片機(jī)最小系統(tǒng) ................................................... 7 單片機(jī)的時鐘電路與復(fù)位電路設(shè)計 ................................... 9 OLED 顯示模塊 ..................................................... 9 聲音報警模塊 .................................................... 10 按鍵控制模塊 .................................................... 11 DS18B20 接口電路 ................................................. 11 4 系統(tǒng)軟件方案的設(shè)計 .................................................... 12 系統(tǒng)主程序設(shè)計及流程圖 ........................................... 12 5 系統(tǒng)調(diào)試、測試與分析 .................................................. 13 硬件調(diào)試 ..............................................