煙霧報(bào)警器和基于CC2541的藍(lán)牙酒精傳感器

1、學(xué) 號(hào)天津城建大學(xué)實(shí)習(xí)報(bào)告（生產(chǎn)實(shí)習(xí)）起止日期： 2015年6月29日 至 2015年7月24日學(xué)生姓名班級(jí)12電信2班成績(jī)指導(dǎo)教師(簽字)計(jì)算機(jī)與信息工程學(xué)院2015年 7 月 24 日1天津城建大學(xué)生產(chǎn)實(shí)習(xí)任務(wù)書(shū)20142015學(xué)年第2學(xué)期計(jì)算機(jī)與信息工程學(xué)院電子信息工程專業(yè)班級(jí) 12電信2班學(xué)號(hào)設(shè)計(jì)題目：基于CC2541的藍(lán)牙酒精傳感器 完成期限：自 2015 年 6 月 29 日至 2015 年 7 月 24 日共 4 周設(shè)計(jì)依據(jù)、要求及主要內(nèi)容：一設(shè)計(jì)的目的1.進(jìn)一步熟悉和掌握單片機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)和編程原理。2.掌握單片機(jī)的接口技術(shù)及相關(guān)外圍芯片的外特性、控制方法。3.通過(guò)設(shè)計(jì)，掌握以單片

2、機(jī)核心的電路設(shè)計(jì)的基本方法和技術(shù)。4.通過(guò)實(shí)際程序設(shè)計(jì)和調(diào)試，掌握模塊化程序設(shè)計(jì)方法和調(diào)試技術(shù)。5.通過(guò)完成一個(gè)包括電路設(shè)計(jì)和程序開(kāi)發(fā)的完整過(guò)程，了解開(kāi)發(fā)單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的全過(guò)程，為今后從事相應(yīng)開(kāi)發(fā)打下基礎(chǔ)。二設(shè)計(jì)的基本要求1.認(rèn)真認(rèn)識(shí)設(shè)計(jì)的意義，掌握設(shè)計(jì)工作程序，學(xué)會(huì)使用工具書(shū)和技術(shù)參考資料，并培養(yǎng)科學(xué)的設(shè)計(jì)思想和良好的設(shè)計(jì)作風(fēng)。2.提高模型建立和設(shè)計(jì)能力，學(xué)會(huì)應(yīng)用相關(guān)設(shè)計(jì)資料進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算的方法。3.提高獨(dú)立分析、解決問(wèn)題的能力，逐步增強(qiáng)實(shí)際應(yīng)用訓(xùn)練。4.設(shè)計(jì)的說(shuō)明書(shū)要求簡(jiǎn)潔、通順，電路圖內(nèi)容完整、清楚、規(guī)范。三設(shè)計(jì)主要內(nèi)容a) 設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)功能用MSP430F149作為主控芯片，設(shè)計(jì)藍(lán)牙酒精傳感

3、器，實(shí)現(xiàn)功能：1.可利用傳感器進(jìn)行酒精檢測(cè)，并將檢測(cè)到的濃度顯示在手機(jī)或LCD上。2.同時(shí)利用蜂鳴器報(bào)警，濃度越高，蜂鳴器報(bào)警頻率越快。b) 原理圖設(shè)計(jì)1.原理圖設(shè)計(jì)要符合項(xiàng)目的工作原理，連線要正確。2.圖中所使用的元器件要合理選用，電阻、電容等器件的參數(shù)要正確標(biāo)明。3.原理圖要完整，CPU、外圍器件、外擴(kuò)接口、輸入/輸出裝置要一應(yīng)俱全。c) 程序調(diào)計(jì)1.根據(jù)要求，將總體功能分解成若干個(gè)子功能模塊，每個(gè)功能模塊完成一個(gè)特定的功能。2.根據(jù)總體要求及分解的功能模塊，確定各功能模塊之間的關(guān)系，設(shè)計(jì)出完整的程序流程圖。d) 程序調(diào)試1.編寫相關(guān)程序，并進(jìn)行仿真。2.將程序下載到單片機(jī)，進(jìn)行運(yùn)行調(diào)試。

4、e) 設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)1.原理圖設(shè)計(jì)說(shuō)明簡(jiǎn)要說(shuō)明設(shè)計(jì)目的，原理圖中所使用的元器件功能及在圖中的作用，各器件的工作過(guò)程及順序。2.程序設(shè)計(jì)說(shuō)明對(duì)程序設(shè)計(jì)總體功能及結(jié)構(gòu)進(jìn)行說(shuō)明，對(duì)各子模塊的功能以及各子模塊之間的關(guān)系作較詳細(xì)的描述。3.畫(huà)出工作原理圖，程序流程圖并給出相應(yīng)的程序清單。指導(dǎo)教師（簽字）： g 才風(fēng)教研室主任（簽字）： g批準(zhǔn)日期： 2015 年 6 月 29 日目 錄第一部分煤氣報(bào)警器1第1章器件電路介紹11.1主要器件11.1.1MQ-K1 空氣污染傳感器11.1.2音樂(lè)芯片11.1.3集成電路 LM32411.2報(bào)警電路圖2第2章焊接過(guò)程3第3章調(diào)試過(guò)程4第4章總結(jié)5第二部分單片機(jī)部分

5、6第1章總體設(shè)計(jì)方案61.1 基本方案及原理框圖61.1.1 基本方案61.1.2 原理框圖6第2章單元模塊原理72.1 電路原理圖72.2 單元電路的設(shè)計(jì)9第3章軟件編寫流程103.1 軟件編寫103.2 軟件流程圖10第4章調(diào)試過(guò)程114.1 藍(lán)牙及AD程序11第5章結(jié)果分析125.1 調(diào)試結(jié)果12第6章總結(jié)13第一部分 煤氣報(bào)警器第1章器件、電路介紹1.1主要器件煤氣報(bào)警電路用到的器件有：空氣污染傳感器MQ-K1、音樂(lè)芯片、運(yùn)算放大器LM324主要器件及電阻、電容、三極管、蜂鳴器、電位器等常用器件。1.1.1MQ-K1 空氣污染傳感器主要用于當(dāng)傳感器所處環(huán)境中存在污染氣體，如氨氣、硫化物

6、、苯系蒸汽，對(duì)煙霧和其它有害氣體的進(jìn)行監(jiān)測(cè)，該傳感器可檢測(cè)多種有害氣體。1.1.2音樂(lè)芯片音樂(lè)芯片外形和管腳說(shuō)明如圖1-1所示，觸發(fā)音樂(lè)芯片工作，音樂(lè)芯片上電就由 2 腳輸出音頻信號(hào)（一般有 110 聲、119 聲、120 聲）。圖1-1 音樂(lè)芯片外形和管腳說(shuō)明1.1.3集成電路 LM324LM324 是四運(yùn)放集成電路，電路符號(hào)與管腳圖如圖1-2所示。它內(nèi)部包含四組形式完全相同的運(yùn)算放大器，除電源共用外，四組運(yùn)放相互獨(dú)立。11 腳接負(fù)電源，4 腳接正電源。圖1-2 LM324 電路符號(hào)與管腳圖1.2報(bào)警電路圖“煤氣泄漏檢測(cè)器”電路原理圖如圖1-3所示：圖 1-3 電路原理圖電源指示燈電路：當(dāng)電

7、路通電后，電源 VCC 通過(guò) R9 給電容 C2 充電，當(dāng) C2 的正極（U1C 的 10 腳）電位高于 U1C 的 9 腳電位后，U1C 的 8 腳輸出高電平，使三極管 Q4 導(dǎo)通，電源指示燈 LED1 點(diǎn)亮。有害氣體檢測(cè)、報(bào)警電路：當(dāng)傳感器 Y1 檢測(cè)到有有害氣體后 U1A 的 3 腳電壓升高，當(dāng) 3 腳電壓高于 2 腳電壓（RW1 可以調(diào)節(jié)電路檢測(cè)的靈敏度） ，U1A 的 1 腳輸出高電平，經(jīng)過(guò) U1B 跟隨器，使 Q1 導(dǎo)通，使語(yǔ)音芯片 U2 得電，其 2 腳輸出信號(hào)，該信號(hào)經(jīng) Q2、Q3 組成的達(dá)林頓管放大及三腳電感 L1提升電壓，使蜂鳴片 Y2 發(fā)出報(bào)警聲。第2章 焊接過(guò)程焊接是根

8、據(jù)原理圖、分清器件、電路板的分析等步驟，焊接順序先低后高。對(duì)于電阻，通過(guò)色環(huán)法辨認(rèn)電阻阻值進(jìn)行焊接。表2.1 元器件清單序號(hào)參數(shù)代號(hào)封裝/備注數(shù)量11KR2、R3、R7、R12424.7R6134.7KR51410R11510KR4、R8、R10361MR917470R1118220K片上電阻（音樂(lè)芯片）19104C1、C321010UFC4111100UFC21128050Q1、Q3、Q43139014Q2114100K電位器RW1115發(fā)光二極管LED1116三腳電感L1117煤氣傳感器MQ-K1Y1沒(méi)有底座118蜂鳴片（大）Y2119LM324U112014腳底座U1的IC座121音樂(lè)芯

9、片U2122接9V直流電J1123二極管4007D0124電路板125外殼1第3章 調(diào)試過(guò)程經(jīng)過(guò)多次的調(diào)試，最后發(fā)現(xiàn)音樂(lè)芯片是壞的，通過(guò)更換芯片解決問(wèn)題。通過(guò)用萬(wàn)用表將LM324的2腳和11腳的電壓值調(diào)到2.2伏左右，即閾值電壓。上電預(yù)熱2分鐘，指示燈變亮，當(dāng)3腳和11腳之間的電壓值超過(guò)閾值電壓時(shí)蜂鳴片會(huì)發(fā)出報(bào)警聲。圖3-1 實(shí)物焊接圖在煙霧報(bào)警器的LM324運(yùn)算放大器的3腳和11腳分別焊接兩根引線分別接stc12c5a60s2的P1.7 腳和GND管腳相接。然后通過(guò)單片機(jī)的A/D轉(zhuǎn)換，測(cè)得濃度的值，然后在1602液晶上顯示出來(lái)，如圖3-2所示。圖3-2液晶顯示第4章 總結(jié) 通過(guò)四個(gè)星期的學(xué)習(xí)

10、，我覺(jué)得自己在以下幾個(gè)方面與有收獲： 一、對(duì)電子工藝的理論有了初步的系統(tǒng)了解。我們了解到了焊接普通元件與電路元件的技巧、焊接的基本方法、電烙鐵的使用、萬(wàn)用表工作原理與組成元件的作用等。這些知識(shí)不僅在課堂上有效，對(duì)以后的電子工藝課的學(xué)習(xí)有很大的指導(dǎo)意義，在日常生活中更是有著現(xiàn)實(shí)意義。 二、對(duì)自己的動(dòng)手能力是個(gè)很大的鍛煉。實(shí)踐出真知，縱觀古今，所有發(fā)明創(chuàng)造無(wú)一不是在實(shí)踐中得到檢驗(yàn)的。沒(méi)有足夠的動(dòng)手能力，就奢談在未來(lái)的科研尤其是實(shí)驗(yàn)研究中有所成就。在實(shí)習(xí)中，我鍛煉了自己動(dòng)手技巧，提高了自己解決問(wèn)題的能力。比如做萬(wàn)用表組裝與調(diào)試時(shí)，好幾個(gè)焊盤的間距特別小，稍不留神，就焊在一起了，有的甚至將元件裝錯(cuò)，但

11、是我還是完成了焊接。 三、對(duì)自己的專業(yè)的發(fā)展的方向有了更深的了解。電子信息工程這個(gè)專業(yè)和我們生活秘密聯(lián)系，而且在各個(gè)行也都有用，比如在安防、建筑、城市規(guī)劃等。這也提醒我自己多掌握一門知識(shí)的重要性，自己可以更好的把握就業(yè)的方向。第二部分 單片機(jī)部分第1章 總體設(shè)計(jì)方案1.1 基本方案及原理框圖1.1.1 基本方案 總體設(shè)計(jì)方案分為五大部分組成，分別是電源、酒精傳感器、微處理器、藍(lán)牙及手機(jī)接收終端。 原理框圖如下圖4-1 所示。電源采用3.3V 供電，微處理器、傳感器，藍(lán)牙供電。傳感器用MQ-3探頭，將檢測(cè)的酒精濃度轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?hào)，送給微處理器處理。藍(lán)牙4.0將處理的結(jié)果發(fā)送給手機(jī)終端。電源采用LM

12、1117-3.3V 5V轉(zhuǎn)3.3V供電，微處理器采用TI公司的msp430f149,具有低功耗，內(nèi)部資源豐富等優(yōu)點(diǎn)。傳感器采用MQ-3酒精傳感器，具有價(jià)格低廉，原理簡(jiǎn)單，將檢測(cè)的酒精濃度轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?hào)，送給微處理器處理。藍(lán)牙4.0是將處理的結(jié)果發(fā)送給手機(jī)終端，建立微處理器與手機(jī)的連接。1.1.2 原理框圖圖 4-1 藍(lán)牙酒精傳感器原理框圖第2章 單元模塊原理2.1 電路原理圖 總體電路圖按照系統(tǒng)框圖分為四部分，分別為msp430f149最小系統(tǒng)電路圖，如圖4-2所示，MQ-3 電路圖如圖4-3所示，藍(lán)牙4.0電路圖和電源電路圖分別為圖4-4、4-5所示。圖 4-2 msp430f149最小系統(tǒng)電

13、路圖圖4-3 藍(lán)牙4.0 電路圖圖4-4 MQ-3酒精傳感器電路圖圖4-5 電源電路2.2 單元電路的設(shè)計(jì) 最小系統(tǒng)的電路由晶振電路，電源電路及復(fù)位電路組成，構(gòu)成了該系統(tǒng)的微處理器電路，設(shè)計(jì)參考了TI公司的MSP430系列的數(shù)據(jù)手冊(cè)。MSP430是德州公司新開(kāi)發(fā)的一類具有 16位總線的帶 FLASH 的單片機(jī),由于其性價(jià)比和集成度高,受到廣大技術(shù)開(kāi)發(fā)人員的青睞.它采用 16位的總線,外設(shè)和內(nèi)存統(tǒng)一編址,尋址范圍可達(dá)64K,還可以外擴(kuò)展存儲(chǔ)器.具有統(tǒng)一的中斷管理,具有豐富的片上外圍模塊,片內(nèi)有精密硬件乘法器、兩個(gè) 16位定時(shí)器、一個(gè) 14路的 12位的模數(shù)轉(zhuǎn)換器、一個(gè)看門狗、6路 P口、兩路 U

14、SART通信端口、一個(gè)比較器、一個(gè) DCO內(nèi)部振蕩器和兩個(gè)外部時(shí)鐘,支持 8M 的時(shí)鐘.由于為 FLASH型,則可以在線對(duì)單片機(jī)進(jìn)行調(diào)試和下載,且 JTAG口直接和 FET(FLASH EMULATION TOOL)的相連,不須另外的仿真工具,方便實(shí)用,而且,可以在超低功耗模式下工作,對(duì)環(huán)境和人體的輻射小,測(cè)量結(jié)果為 100mw左右的功耗(電流為 14mA左右),可靠性能好,加強(qiáng)電干擾運(yùn)行不受影響，適應(yīng)工業(yè)級(jí)的運(yùn)行環(huán)境,適合與做手柄之類的自動(dòng)控制的設(shè)備. BLE-CC41-A藍(lán)牙模塊采用TI公司的CC2541芯片，配置256KB空間，遵循V4.0BLE藍(lán)牙規(guī)范。支持AT指令，用戶可根據(jù)需要更改

15、串口波特率、設(shè)備名稱、配對(duì)密碼等參數(shù)，使用靈活。 由上圖原理圖可以分析，當(dāng)傳感器檢測(cè)到被測(cè)氣體時(shí)，比較器LM393管腳2點(diǎn)的電壓值，跟傳感器檢測(cè)到氣體的濃度成正比，當(dāng)濃度值超過(guò)電位器RP設(shè)定的閥值時(shí)，比較器2腳的點(diǎn)位高于3腳的點(diǎn)位，這個(gè)時(shí)候，比較器1腳輸出低電平，LED燈亮，R3為L(zhǎng)ED燈限流電阻，C1為濾波電容。傳感器輸出低電平，反之，當(dāng)沒(méi)有信號(hào)的時(shí)候，傳感器輸出高電平，等于電源電壓。如果選擇AOUT，模擬量輸出，那樣就不用管電位器了，直接將AOUT腳接AD轉(zhuǎn)換的輸入端或者，帶有AD功能的單片機(jī)。對(duì)于電源電路采用了線性穩(wěn)壓芯片LM1117-3.3V，具有穩(wěn)壓性好，價(jià)格低廉，體積小的優(yōu)點(diǎn)，第3

16、章 軟件編寫流程3.1 軟件編寫 F14X系列的軟件結(jié)構(gòu)也針對(duì)低功耗而設(shè)計(jì)。如從休眠模式喚醒MCU僅需6US。其中斷和子程序調(diào)用無(wú)層次限制，這種強(qiáng)大的中斷能力減少了系統(tǒng)查詢的需要，可以方便地設(shè)計(jì)出中斷結(jié)構(gòu)的數(shù)據(jù)采集程序。軟件將通過(guò)精密放大器來(lái)的傳感器信號(hào)進(jìn)行AD轉(zhuǎn)換，并把轉(zhuǎn)換后的數(shù)字量進(jìn)行一定處理，找出濃度信號(hào)平穩(wěn)后的最大值，再通過(guò)藍(lán)牙發(fā)送到手機(jī)。并且根據(jù)不同的要求，可鍵盤設(shè)置酒精濃度的閥值。該儀器軟件程序主要使用C語(yǔ)言編寫，采用了模塊化結(jié)構(gòu)程序設(shè)計(jì)方法。包括主程序、中斷子程序等。系統(tǒng)在開(kāi)機(jī)或復(fù)位后，首先進(jìn)行初始化，自檢，然后進(jìn)入中斷等待狀態(tài)。中斷子程序包括AD轉(zhuǎn)換子程序、數(shù)據(jù)處理、預(yù)設(shè)閥值、

17、顯示、報(bào)警。3.2 軟件流程圖圖5-1 程序流程圖第4章 調(diào)試過(guò)程4.1 藍(lán)牙及AD程序void main() WDTCTL=WDTPW+WDTHOLD; /關(guān)閉看門狗 P3DIR|=(rs|rw|e); /液晶控制口設(shè)置 P6DIR|=BLK; P6OUT|=BLK; /點(diǎn)亮液晶背光燈 P6SEL=0x01; /將P6.0口設(shè)置為模擬信號(hào)輸入通道 ADC12CTL0=SHT0_15|ADC12ON; /低八個(gè)通道采樣周期為1024個(gè)ADC時(shí)鐘 ADC12CTL1=SHP; /采用脈沖采樣方式 ADC12IE=0x0001; ADC12CTL0|=ENC; /使能ADC12 lcd_init(

18、); /液晶初始化 ADC12CTL0|=ADC12SC; /觸發(fā)ADC12 _EINT(); /使能全局中斷 LPM3; /進(jìn)入LPM3低功耗模式#pragma vector=ADC12_VECTOR_interrupt void ADC12_ISR() tempi+=ADC12MEM0; if(i=10) for(i=0;i<10;i+)ave+=tempi; ave/=10; /進(jìn)行10次采樣求平均 volt_display(); /電壓顯示 i=0; ave=0; ADC12IFG=0; /清除ADC中斷標(biāo)志位 ADC12CTL0|=ADC12SC; /再次觸發(fā)ADC12void main(void) WDTCTL=WDTPW+WDTHOLD; /關(guān)閉看門狗 U0MCTL=0x4a; /配置波特率為9600 U0ME|=(URXE0|UT