煙霧濃度無線報警器設(shè)計

1、煙霧濃度無線數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)設(shè)計摘 要：隨著科技的開展，生活中的火災(zāi)隱患也越來越多，如何盡早發(fā)現(xiàn)火災(zāi)隱患，提前做好預(yù)警是減少火災(zāi)損失的一個重要課題。鑒于無線數(shù)據(jù)傳輸?shù)拈_展，無線網(wǎng)絡(luò)對于預(yù)警火災(zāi)有著更多的優(yōu)點和便利，煙霧濃度無線數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)能夠節(jié)約本錢，更加快速地預(yù)警火災(zāi)發(fā)生，減少火災(zāi)帶來的人生和財產(chǎn)損失，所以對于煙霧濃度無線數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)的研究有著重要的意義。本系統(tǒng)主要是實現(xiàn)檢測煙霧濃度并且通過無線數(shù)據(jù)傳輸將煙霧濃度數(shù)據(jù)采集傳輸?shù)浇邮斩?，從而對煙霧濃度進行監(jiān)控和報警。本系統(tǒng)主要以單片機為核心，系統(tǒng)由電源模塊、傳感器模塊、數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊、數(shù)據(jù)采集模塊、無線傳輸與接收模塊、報警模塊、液晶屏顯示模塊組成。本

2、設(shè)計將使用STC12C5A60S2單片機，該單片機自帶A/D轉(zhuǎn)換功能，比普通單片機能夠?qū)崿F(xiàn)的功能更多，使用更加方便。設(shè)計的系統(tǒng)中，煙霧濃度檢測傳感器那么使用MQ-2傳感器模塊，這是一種離子式煙霧傳感器，靈敏度高，能夠更快地預(yù)警火災(zāi)發(fā)生。作為無線數(shù)據(jù)傳輸那么使用NRF24L01無線數(shù)據(jù)模塊，以實現(xiàn)無線數(shù)據(jù)的通信與傳輸。關(guān)鍵詞：煙霧濃度檢測；無線數(shù)據(jù)傳輸；單片機；傳感器Design of Smoke Density Wireless Data Transmission System Abstract: With the development of technology, more and mor

3、e fire hazards in our life. fire hazards how early detection , early warning is to reduce fire losses do an important topic . Given the development of wireless data transmission , wireless network for early warning of fire and has a little more convenient , smoke density wireless data transmission s

4、ystem to reduce costs and more quickly alert the fire, reduce the loss of life and property caused by fire , so the smoke concentration of wireless data transmission system study has important significance.資料個人收集整理，勿做商業(yè)用途The system is mainly to achieve the detection of smoke concentration and wirele

5、ss data transmission through the smoke concentration data collection and transmission to the receiver, thus the smoke concentration monitoring and alarms. The system microcontroller as the core , the system from the power module , sensor module , digital to analog conversion module , data acquisitio

6、n modules, wireless transmission and reception modules , alarm modules, LCD display module. This design will use STC12C5A60S2 microcontroller, the microcontroller comes with A / D conversion, more and more convenient to use than conventional single-chip functionality can be achieved . Design system,

7、 the smoke density detection sensor using the sensor module MQ-2 , which is an ionic -type smoke sensor , a high sensitivity , can alert the fire faster . As NRF24L01 wireless data transmission using wireless data modules to communicate with a wireless data transmission .個人收集整理 勿做商業(yè)用途Key Words: Smok

8、e concentration detection;Wireless data transmission; MUC; Sensor鹽城工學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計說明書( 2021)目 錄1. 概 述32.總體方案設(shè)計52.1方案比擬與選擇52.2方案總結(jié)52.3 總體方案設(shè)計53.硬件設(shè)計53.1 無線模塊簡介53.1.1 紅外傳輸53.1.2 藍牙無線技術(shù)53.1.3 GSM無線傳輸模塊63.1.4 wifi無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)63.1.5無線傳輸模塊63.2 煙霧濃度傳感器簡介73.2.1 煙霧濃度傳感器的分類73.2.2 MQ-2煙霧濃度傳感器模塊73.3單片機的選取83.3.1 單片機介紹83.3.

9、2 單片機引腳介紹93.3.3 單片機的選擇103.4電路原理圖設(shè)計113.4.1 電路設(shè)計框圖113.4.2 煙霧濃度檢測模塊設(shè)計113.4.3 無線數(shù)據(jù)模塊電路設(shè)計133.4.4 液晶顯示屏模塊電路設(shè)計143.4.5 蜂鳴器報警電路153.4.6串口電路設(shè)計163.4.7總體電路原理圖設(shè)計174.煙霧報警程序194.1 程序設(shè)計方案194.2 程序的燒寫步驟214.3 模塊程序設(shè)計225. 實物調(diào)試266.結(jié)束語29參考文獻30致 謝31附 錄32附錄1：程序清單33附錄2：設(shè)計圖紙54附錄3：元器件目錄表58附錄3.1 煙霧濃度無線傳輸系統(tǒng)元器件目錄表58煙霧濃霧無線數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)設(shè)計1.

10、 概 述 隨著科技的開展，生活中的平安隱患也越來越多，火災(zāi)和燃氣爆炸便是生活中最大的平安隱患。吉林寶源豐禽業(yè)在2021年6月3日發(fā)生火災(zāi)，此次火災(zāi)中有121人死亡，76人受傷。事后調(diào)查火災(zāi)原因，是因為主廠房局部電氣線路短路引發(fā)火災(zāi)，然后高溫導(dǎo)致氨設(shè)備和管道發(fā)生爆炸。逝者安息，生者長思，是什么原因?qū)е铝巳绱吮瘎?？又該采取怎樣的方法和手段來防止如此事故再次發(fā)生？據(jù)不完全統(tǒng)計，2021年第一季度便有70余起燃氣爆炸事故，大小火災(zāi)更是事故頻發(fā)，我們需要利用現(xiàn)代化的科技來保障我們的人生財產(chǎn)平安?；馂?zāi)報警器便是很好的一種及早發(fā)現(xiàn)火災(zāi)隱患，防止火災(zāi)發(fā)生的一種科技產(chǎn)物。有線火災(zāi)報警器一般由檢測單元、報警單元、

11、顯示單元和火災(zāi)報警控制單元幾個局部組成?；馂?zāi)報警器的數(shù)據(jù)通信是通過總線傳輸?shù)?，現(xiàn)在常用的是兩總線控制系統(tǒng)，兩條總線既發(fā)送電源信號也發(fā)送數(shù)據(jù)信號。然而伴隨著人們的家庭和工廠電路的愈加復(fù)雜，這種有線火災(zāi)報警器的一些弊端也逐漸顯露出來。例如：線路設(shè)計復(fù)雜、報警不夠及時等等，如果報警線路首先被燒毀，那么火災(zāi)報警器便形同虛設(shè)。面對有線報警器的這些缺乏，我們必須要采用新的技術(shù)與方法來進行解決。在此，我想到了無線數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)在當今開展迅猛并且日益成熟。無線網(wǎng)絡(luò)在我們的生活中可謂是無處不在，所以我嘗試著利用無線傳輸?shù)谋憬菪院涂焖傩詠碜鳛榇舜卧O(shè)計的課題：煙霧濃度的無線數(shù)據(jù)傳輸，也可以說是無線火災(zāi)報警器。用無線傳

12、輸數(shù)據(jù)可以精簡線路，防止不必要的意外產(chǎn)生。無線數(shù)據(jù)傳輸具有低本錢、傳輸速度快、傳輸范圍廣等優(yōu)點，適合預(yù)警電路的設(shè)計。美國是第一個進行無線火災(zāi)報警器的，利用無線通信的便捷性，可以減少對建筑的損壞。這種無線煙霧傳感器是依靠現(xiàn)場煙霧檢測，利用無線進行數(shù)據(jù)的發(fā)送?？墒怯捎谝恍┛陀^原因，導(dǎo)致的無線煙霧系統(tǒng)所能使用的頻率和功率都有限制，所以阻礙了其進一步的開展?？墒请S著電子信息技術(shù)的日益成熟，無線通信的迅速開展為無線報警裝置的深入研究提供了便捷。作為另外考慮到煙霧的產(chǎn)生是火災(zāi)的一個重要特點，所以采用煙霧濃度檢測來實現(xiàn)對場所的監(jiān)控?，F(xiàn)場控制對于煙霧傳感器的種類很多，根據(jù)不同地方的不同需要可以靈活使用傳感器類

13、型，實現(xiàn)對不同煙霧的檢測和監(jiān)控。文檔來自于網(wǎng)絡(luò)搜索無線煙霧報警器與有線相比，能夠大大降低制造本錢。在現(xiàn)場控制中，能夠更加快速、精準地進行數(shù)據(jù)的采集和發(fā)送。作為無線系統(tǒng)，其安裝方式更加靈活，通信方式也可以采用多種通信方式結(jié)合，這樣更加方便使用。尤其是在一些古代建筑中，安裝無線報警器可以消除布線帶來的損壞。本設(shè)計想要通過煙霧傳感器對現(xiàn)場進行控制，然后將采集到的現(xiàn)場信號通過無線發(fā)送到控制現(xiàn)場，進行故障分析。當系統(tǒng)接收到故障信號之后會通過單片機發(fā)送到報警電路，發(fā)生報警。在系統(tǒng)設(shè)計當中，需要考慮到對現(xiàn)場信號采集的及時性和準確性，并且要保證無線信號的快速性，這樣才能使報警器發(fā)揮其最正確功能。本設(shè)計說明書首

14、先對方案的整體設(shè)計進行了比照和選擇，確定方案之后對各個功能模塊進行選擇和設(shè)計。系統(tǒng)設(shè)計主要是從硬件設(shè)計和軟件設(shè)計兩個方面進行介紹的，對于硬件的主電路圖進行設(shè)計和說明，對各個功能段的軟件設(shè)計也進行了詳細的說明。之后進行軟硬件調(diào)試，將程序燒進電路當中，運行調(diào)試程序。在本設(shè)計說明書之中會詳細介紹燒寫程序的過程。 本設(shè)計是基于51單片機的煙霧濃度檢測無線數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)。以51單片機為核心，通過煙霧傳感器檢測煙霧濃度，經(jīng)過A/D轉(zhuǎn)換之后傳送給單片機數(shù)據(jù)，然后通過無線進行發(fā)送和接收，最終完成煙霧濃度的檢測與報警。本設(shè)計使用Altium Designer10軟件設(shè)計電路圖，該軟件功能強大，具有很全的元件庫。也

15、可以使用該軟件畫出所需元件進行封裝，使用方便。電路原理圖設(shè)計出來之后進行PCB板的封裝。 本設(shè)計使用的是MQ-2煙霧濃度檢測模塊，能夠檢測一氧化碳等氣體濃度。其檢測到煙霧濃度之后通過MUC自帶的A/D轉(zhuǎn)換功能將模擬量信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字量信號，并且由NRF24L01無線發(fā)射模塊發(fā)送到無線接收端。無線模塊接收端收到數(shù)據(jù)之后通過單片機發(fā)送給液晶屏顯示模塊，從而顯示煙霧濃度。當煙霧濃度超過設(shè)定值時，蜂鳴器將報警，提醒用戶有火災(zāi)危險。 對煙霧濃度無線數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)的研究是基于現(xiàn)今無線傳輸技術(shù)的開展，無線傳輸具有方便、簡捷等優(yōu)點，是未來信息傳輸技術(shù)研究的重點。所以本設(shè)計通過無線數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)，使傳統(tǒng)的煙霧濃度檢測

16、報警變得更加便利，能夠?qū)崟r檢測煙霧濃度數(shù)據(jù)，并且可以提早預(yù)警，為人們的平安提供了保障。2.總體方案設(shè)計2.1方案比擬與選擇煙霧濃度的無線數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)需要實現(xiàn)多種功能。首先是煙霧濃度的檢測，然后是無線數(shù)據(jù)的傳輸，繼而是報警電路。關(guān)于此次設(shè)計，我制定了兩套設(shè)計方案：方案一：使用煙霧傳感器進行煙霧的檢測，利用放大電路和A/D轉(zhuǎn)換模塊，將模擬量信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字量信號。通過無線模塊接收到的發(fā)射端發(fā)送的數(shù)據(jù)，然后在LED數(shù)碼管上進行顯示。設(shè)定好給定值，當超過設(shè)定值時報警。方案二：利用煙霧濃度檢測模塊，模塊集成了比照電路和預(yù)熱電路，以此來完成對煙霧濃度的檢測，并且能夠使檢測值顯示在顯示屏上。采用LCD液晶顯示

17、屏，使其顯示更多的信息，并且顯示更加清晰。綜合來看以上兩個方案，大致思路都是差不多的。但是方案二使用的是集成模塊，在制作時更方便一些。如果運用放大電路，放大器的延時會比擬長，對于實際功能的實現(xiàn)會有一定的影響。使用比照電路，縮短了延時，能夠使檢測到的數(shù)值傳輸更加及時，減少不必要的誤差。2.2方案總結(jié)從上面的比擬可以看出來，方案二從靈敏度、準確性和便捷性都要優(yōu)于方案一。方案一中的放大電路延時較長，難以將采集到的信號及時傳送到單片機進行處理。并且放大器與A/D芯片會占用更多的引腳，為實物制作帶來不便。方案二那么能夠節(jié)省更多引腳，是電路變得簡潔，而且具有更高的穩(wěn)定性與及時性。所以經(jīng)過比擬，最終我決定選

18、用方案二作為本次設(shè)計的設(shè)計思路。2.3 總體方案設(shè)計 本設(shè)計的思路是以單片機為核心，搭建煙霧濃度檢測模塊、A/D轉(zhuǎn)換模塊、無線數(shù)據(jù)傳輸與接收模塊、液晶屏顯示模塊及蜂鳴器報警模塊。3.硬件設(shè)計3.1 無線模塊簡介3.1.1 紅外傳輸紅外傳輸技術(shù)是較早開始使用的無線傳輸方式，在家電遙控器當中有著廣泛的使用，所以大家對其認識比擬早。紅外無線傳輸方式是依靠紅外線作為介質(zhì)的，利用的電磁波的波長為750nm1mm。而在我們使用的紅外線中，一般使用的紅外波長在850900nm之間。然而紅外線對于障礙物的衍射能力差，所以難以實現(xiàn)長距離無線通信，一般使用在短距離無線數(shù)據(jù)傳輸當中。早期 也是使用過紅外進行數(shù)據(jù)的傳

19、輸和交換，但是后來逐漸被另一項技術(shù)替代，那便是我們下面要介紹的藍牙無線技術(shù)。3.1.2 藍牙無線技術(shù)早起提出藍牙概念的是愛立信公司，后來由愛立信公司聯(lián)合英特爾、IBM、諾基亞以及東芝等公司共同開展了研究。藍牙技術(shù)現(xiàn)在的用處可謂十分廣泛，尤其是在移動電子設(shè)備當中，從 藍牙的應(yīng)用，衍生出了藍牙耳機、藍牙智能手表、藍牙智能手環(huán)等一系列的智能設(shè)備。藍牙技術(shù)以其低本錢、高可靠性等優(yōu)點，成為了電子產(chǎn)品的寵兒。藍牙的傳輸范圍大概在十米左右，所以也適用于短距離數(shù)據(jù)傳輸當中。3.1.3 GSM無線傳輸模塊說起大家比擬熟知的無線傳輸技術(shù)，GSM也是尤為常見的。該技術(shù)主要應(yīng)用于移動 當中。 在手，走遍全球，正是GS

20、M技術(shù)的出現(xiàn)，使這一想法得以實現(xiàn)。GSM以其穩(wěn)定性強、信息靈敏、網(wǎng)絡(luò)容量大等優(yōu)點在移動通信中獲得了廣泛應(yīng)用。3.1.4 wifi無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)Wifi無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)以其分布范圍廣、傳輸速度快、傳輸距離遠等優(yōu)點得到了現(xiàn)代人的親睞。WiFi技術(shù)廣泛應(yīng)用于工業(yè)計算機網(wǎng)絡(luò)和家庭網(wǎng)絡(luò)當中，是一種全新的無線網(wǎng)絡(luò)傳輸技術(shù)，使人們能夠享受到更加快捷方便的無線網(wǎng)絡(luò)。3.1.5無線傳輸模塊無線傳輸模塊在單片機的無線傳輸系統(tǒng)設(shè)計中也是比擬常用的，因為其與單片機的電路連接設(shè)計更簡單，具有簡單、方便等優(yōu)點?，F(xiàn)在許多公司也開始進行無線模塊的研發(fā)，在技術(shù)上也有了許多的創(chuàng)新，使我們的選擇也變得更加多樣化，可以根據(jù)需要選擇不同的無

21、線模塊進行設(shè)計，常用的無線模塊型號有nRF905、nRF2401AG、CC2500、BK2411和nRF24L01等。nRF905是挪威NORDIC公司研發(fā)的低于1GHz無線數(shù)傳芯片，該芯片是一種低功耗低本錢的無線芯片。nRF2401AG也是挪威的Nordic研發(fā)的的另一種型號的無線模塊，與nRF905的不同在于工作頻率的不同，其工作頻率范圍為2.4GHz,。該模塊傳輸數(shù)據(jù)的速度為高速率1Mbit/s,這樣一個傳輸數(shù)據(jù)是優(yōu)于藍牙的。其工作頻率和發(fā)射頻率等都可以通過軟件設(shè)定。其工作電壓為1.93.6V低電壓,是一種低功耗的傳輸模塊。CC2500無線模塊是由美國TI公司進行研發(fā)并投入生產(chǎn)使用的，其

22、有多種調(diào)制方式，包括ASK/OOK/2-FSK/MSK等，可根據(jù)需要的不同選擇不同調(diào)制方式，這樣使其工作小籠包大大提高。但是與nRF2401AG相比，其傳輸速度為500kbit/s，低于nRF2401AG，但是如果對傳輸速度要求不是太高，可以考慮選擇。BK2411是國產(chǎn)研發(fā)的，由上海博通生產(chǎn)研發(fā)并投入使用的。其傳輸速度可以高達1Mbit/s甚至2Mbit/s。該模塊具有價格低廉的優(yōu)點，但是在同等誤碼的情況下，距離具有明顯的缺乏、nRF24L01也是Nordic公司研發(fā)的，是在nRF2401AG的根底上進行升級的產(chǎn)品。該模塊具備較低的功耗，與藍牙無線傳輸相比，具有更高的傳輸速度，是新型的無線傳輸

23、模塊。其也具有價格低廉的優(yōu)點，在現(xiàn)在的一些無線傳輸系統(tǒng)中應(yīng)用中比擬廣泛。綜合比擬以上幾種無線傳輸模塊，本設(shè)計選擇的是NRF24L01無線模塊。在本設(shè)計說明書的后面將會主要介紹該模塊的功能。3.2 煙霧濃度傳感器簡介3.2.1 煙霧濃度傳感器的分類煙霧濃度傳感器的研究由來已久，而且在技術(shù)上取得了很多的創(chuàng)新與突破，煙霧濃度傳感器現(xiàn)在比擬常用的有三種：離子式煙霧傳感器、光電式煙霧傳感器和氣敏式煙霧傳感器。離子式傳感器是現(xiàn)在比擬先進，在消防報警系統(tǒng)中應(yīng)用比擬廣泛的一種煙霧濃度傳感器，并且工作穩(wěn)定，性能優(yōu)于氣敏電阻類的傳感器。光電式煙霧傳感器那么是靠內(nèi)部的光學(xué)迷宮根據(jù)紅外光的折射反射來智能檢測煙霧的濃度

24、。氣敏式煙霧傳感器那么主要用于檢測一些特定氣體，根據(jù)它的特點，其中應(yīng)用較多的是半導(dǎo)體技術(shù)。在本設(shè)計中選擇的是MQ-2型號的煙霧濃度傳感器模塊，該傳感器模塊主要用于檢測丁烷、甲烷、酒精、液化氣等濃度的檢測，適合家庭生活中的煙霧濃度檢測。3.2.2 MQ-2煙霧濃度傳感器模塊在設(shè)計中比擬常用的煙霧傳感器一般是MQ系列的，主要包括MQ-2、MQ-3、MQ-7、MQ-9等。這幾款產(chǎn)品都有自己特定的檢測氣體。例如MQ-3一般用于檢測酒精氣體，MQ-7主要用于檢測一氧化碳氣體的濃度，MQ-9也是主要用于一氧化碳氣體濃度的檢測。而MQ-2是一種根底性的氣體濃度傳感器，能夠檢測一氧化碳、酒精、氨氣等多種氣體濃

25、度的檢測。在本設(shè)計中將使用的是MQ-2傳感器，他是一種電化學(xué)傳感器。MQ-2煙霧濃度傳感器具有廣泛的探測范圍，而且其還有靈敏度高、穩(wěn)定性強、驅(qū)動電路簡單等優(yōu)點，適合在家庭和工廠的煙霧濃度檢測中使用。MQ-2煙霧濃度傳感器模塊能夠通過電壓的改變來實現(xiàn)對檢測到煙霧濃度的傳達，由于本設(shè)計要將煙霧濃度值顯示在液晶屏上，所以使用了MQ-2煙霧濃度傳感器模塊，模塊結(jié)構(gòu)與引腳如圖3-1。 圖3-1 MQ-2傳感器模塊內(nèi)部電路引腳圖由圖可以看出，該模塊由預(yù)熱電路和比照電路組成。MQ-2要想實現(xiàn)煙霧濃度的AD轉(zhuǎn)換，必須要進行預(yù)熱，這便是預(yù)熱電路的作用。而比照電路那么是為了實現(xiàn)信號的放大，使我們觀測到的數(shù)據(jù)更加準

26、確，讓報警更加及時。圖中1端口接電源正極，供5V電源；4端口是接地端，與單片機的GND端口連接即可；2端口是DOUT端口，輸出電平信號。隨著煙霧濃度的增加，DOUT端口輸出的電壓降低，范圍0-5V之間。AOUT那么是模擬量信號輸出端口，輸出模擬量信號，此端口與單片機的P1口連接。 3.3單片機的選取3.3.1 單片機介紹單片機在先今生活中應(yīng)用廣泛，從電子設(shè)備如MP3、MP4到家用電器如電冰箱、全自動洗衣機，再到工業(yè)現(xiàn)場的自動化設(shè)備，單片機的身影無處不在。首先介紹一下單片機，簡單的說單片機就是一種微型的計算機，在單片機中有存放器、計數(shù)器和處理器等?？梢耘e個簡單的例子，我們來看一下我們接觸最多的智

27、能 。如今的安卓 功能堪比計算機，仔細研究一下可以發(fā)現(xiàn)智能機也是由存放器、處理器、計數(shù)器等組成的。解剖一下智能 ，可以發(fā)現(xiàn) 內(nèi)部有許多分區(qū)，常見的分區(qū)有DATA數(shù)據(jù)分區(qū)和system系統(tǒng)分區(qū)，這兩個分區(qū)是來存儲數(shù)據(jù)和系統(tǒng)應(yīng)用的。而我們比擬關(guān)注的 的處理器，也就是用來處理 數(shù)據(jù)的。單片機也可以類比于智能機，地址和數(shù)據(jù)存放器用來存儲地址和數(shù)據(jù)。對于地址與數(shù)據(jù)的作用與關(guān)系，我們再舉一個簡單地例子，現(xiàn)在我們要去找一個朋友，那么首先我們要知道他的地址，這其中包括直行、左轉(zhuǎn)、右轉(zhuǎn)，在什么地方進行什么樣的動作，這也就是地址與數(shù)據(jù)。下面介紹一下單片機的作用，我們還是用智能機來做例子，我們?nèi)绾巫屩悄軝C具有藍牙傳

28、輸功能呢？首先我們要在 主板上接上一個藍牙，然后通過軟件系統(tǒng)來控制藍牙的使用。單片機也是一樣，當我們想要做一個藍牙模塊的時候，我們只需要將藍牙接入單片機，然后通過程序來實現(xiàn)藍牙的功能。3.3.2 單片機引腳介紹我學(xué)習(xí)的主要是C51系列的單片機，這也是我們比擬常見的單片機，該系列單片機具有內(nèi)部處理器和存放器，由四十個引腳組成，其中包括電源、時鐘、并行I/O口、ALE/PROG、PSEN、EA/VPP。VCC、GND：這兩個引腳是用于供電的，可以將它們接在5v電源的兩極，為單片機提供電源。P0口：P0口具有八個引腳P0.0P0.7，P0口具有數(shù)據(jù)總線口和分時復(fù)用8位地址總線兩個功能。在接該口時需要

29、接上拉電阻。P1口：具有P1.0P1.7八個引腳，該口可以用做位處理，可用來數(shù)據(jù)的輸入和輸出。P1口內(nèi)部具有上拉電阻，所以在連接該口時不需要接上拉電阻。P2口：具有P2.0P2.7八個引腳，該口可以用做通用I/O端口，也可以在擴展外部存儲器時用做高八位地址線。P3口：該口和上面三個I/O串行口差不多，但是其具有第二功能，其第二功能可以參考表3-1。表3-1 單片機P3口第二功能引腳I/O引腳名稱第二功能引腳名稱第二功能P3.0RXD串行通信接收P3.1TXD串行通信發(fā)送P3.2/INT0外部中斷0P3.3/INT1外部中斷1P3.4T0定時/計數(shù)器0P3.5T1定時/計數(shù)器1P3.6/WR外部

30、寫選通信號P3.7/RD外部讀選通信號RST：復(fù)位功能引腳。ALE/PROG：可以作為地址鎖存使能端口，也可以作為編程脈沖輸入端口。PSEN：其是單片機在訪問外部程序存儲器時的讀選通信號端口。EA/VPP：該引腳也具有兩個功能，它可以作為訪問內(nèi)部或外部程序存儲器的選擇信號，也為編程提供電壓。3.3.3 單片機的選擇綜合該設(shè)計所要使用到的單片機的功能，本設(shè)計采用的是STC12C5A60S2單片機。該單片機與普通的C51單片機根本相似，具有40個引腳。其中包括兩個電源引腳VCC、GND，兩個時鐘引腳XTAL1、XTAL2，三十二個個并行I/O引腳P0、P1、P2、P3各八個引腳，ALE/PROG引

31、腳，PSEN引腳，EA/VPP引腳。對于常見的單片機的引腳以上介紹過了，這里主要講一下STC12C5A60S2的新功能引腳。單片機引腳如圖3-2所示。圖3-2 單片機引腳圖由圖可見，該單片機增加了P4口，而且自帶AD轉(zhuǎn)換模塊。將模擬量輸出口接到單片機的P1端口即可使用單片機自帶的A/D轉(zhuǎn)換模塊，實現(xiàn)模擬量到數(shù)字量的轉(zhuǎn)換。這方便了用戶的使用，不必再去外接擴展口和外接A/D轉(zhuǎn)換芯片。該單片機內(nèi)部自帶復(fù)位電路，當時鐘頻率低于12MHz時可以直接將RST口連接1K的電阻接地。本設(shè)計那么是利用第二復(fù)位功能較進行復(fù)位電路的設(shè)計。對于晶振電路，本設(shè)計那么是采用外接有源晶振，晶振頻率為12MHz。由于煙霧傳感

32、器采集到的是模擬量信號，在數(shù)據(jù)顯示的時候顯示的是數(shù)字量信號，所以中間有一個A/D轉(zhuǎn)換的過程，我們采用該型號的單片機可以實現(xiàn)A/D轉(zhuǎn)換功能，所以使用起來更方便一些。所以我們選用該型號的單片機。3.4電路原理圖設(shè)計3.4.1 電路設(shè)計框圖 本設(shè)計的思路是以單片機為核心，搭建煙霧濃度檢測模塊、A/D轉(zhuǎn)換模塊、無線數(shù)據(jù)傳輸與接收模塊、液晶屏顯示模塊及蜂鳴器報警模塊，設(shè)計流程圖如圖3-3和圖3-4所示。 圖3-3 無線數(shù)據(jù)發(fā)射端圖3-4 無線數(shù)據(jù)接收端 其中放大電路利用的是MQ-2模塊自帶的比照電路，A/D轉(zhuǎn)換模塊那么是利用單片機自帶的A/D轉(zhuǎn)換。3.4.2 煙霧濃度檢測模塊設(shè)計 MQ-2煙霧濃度傳感器

33、模塊引腳圖如圖3-5所示，四個引腳分別為VCC、AOUT、DOUT和GND。其中AOUT接單片機的P1端口，作為模擬量的輸入端。VCC、GND分別與單片機的VCC和GND連接，作為電源端口。DOUT與P2.6口連接，來輸入電平信號。 圖3-5 MQ-2煙霧濃度檢測模塊引腳圖對于MQ-2煙霧傳感器的一些特性，可以見下列圖3-6：圖3-6 MQ-2靈敏度特性曲線由圖可以看出，在溫度20、相對濕度65%、氧氣濃度21%的條件下，RL=5K。其中Rs是元件在不同氣體、不同濃度下的電阻值；R0是元件在潔凈空氣中的電阻值。MQ-2與單片機連接電路圖如圖3-7所示： 圖3-7 MQ-2電路連接圖 從圖中可以

34、看出，D0口輸出的電平信號通過P1.5口，根據(jù)其電平大小計算出所測得的煙霧濃度，并且顯示在液晶顯示屏上。3.4.3 無線數(shù)據(jù)模塊電路設(shè)計NRF24L01無線數(shù)據(jù)模塊引腳圖如圖3-8所示。圖3-8 NRF24L01無線數(shù)據(jù)模塊NRF24L01無線模塊共有八個引腳，其中兩個是電源引腳。CE口是發(fā)送或接收模式選擇端，CSN是SPI片選信號選擇端，SCK是SPI時鐘，MOSI是從無線模塊向單片機發(fā)送數(shù)據(jù)，MISO是單片機端口向無線模塊發(fā)送數(shù)據(jù)，IRQ是可屏蔽中斷請求低電平有效。 極低的電流消耗：當工作在發(fā)射模式下發(fā)射功率為0dBm 時電流消耗為11.3mA ，接收模式時為12.3mA，掉電模式和待機模

35、式下電流消耗更低。值得注意的是，NRF24L01無線模塊是3.3V供電，電壓過大將燒毀芯片，所以在連接電路的時候需要加一個5V轉(zhuǎn)3.3V的芯片AMS1117。在設(shè)計電路中本設(shè)計使用AMS1117芯片來轉(zhuǎn)換電壓，為無線模塊供電。NRF24L01與單片機的接線圖如下列圖3-9所示。 圖3-9 NRF24L01電路接線圖 無線發(fā)射端與接收端的連線方式相同，各引腳與單片機的P1口連接，控制無線模塊的發(fā)送與接收。對于單片機的P1口，其內(nèi)部已經(jīng)自帶了上拉電阻，所以不需要外加電阻，可以直接將NRF24L01的各引腳與其連接，方便實物的焊接與使用。當POW-UP=1，POW-RX=1，CE=1時NRF24L0

36、1處于接收模式；當POW-WP=1，POW-RX=0，CE=1時，NRF24L01處于發(fā)射狀態(tài)。在發(fā)射狀態(tài)下，如果CE=10，那么NRF24L01一直處于發(fā)射模式，直到數(shù)據(jù)全部發(fā)射完成為止。另外，NRF24L01還有待機模式和節(jié)電模式，這兩種模式可以使系統(tǒng)在不需要運行的時候處于待機或節(jié)電狀態(tài)，減少了損耗。3.4.4 液晶顯示屏模塊電路設(shè)計本設(shè)計使用的是QC12864B-1液晶顯示屏用于顯示，其引腳圖如圖3-10所示。圖3-10 液晶顯示屏模塊引腳圖本設(shè)計使用到的引腳為VSS、VDD、V0、RS、RW、E、PSB、A、K，其中VSS、VDD為電源接口，V0用于亮度調(diào)節(jié)，A、K為背光燈的電源端，P

37、SB是串口方式，可以將其固定為低電平，在本設(shè)計電路中采取將其接地。RS、RW、E是三個使能端，RS是指令和數(shù)據(jù)選擇端，R/W是讀寫選擇端，E是信號使能端。通過圖中的滑動變阻器可以調(diào)節(jié)液晶顯示屏的亮度，讓顯示屏能夠處于最正確顯示狀態(tài)。RS、RW、E與單片機P2口連接，用來控制顯示屏的顯示內(nèi)容。液晶顯示屏的電路接線圖如圖3-11所示：圖3-11 QC12864B-1液晶屏電路接線圖從圖上可以看出來，該液晶屏是串行口，一次接收一個數(shù)據(jù)。RS、R/W、E三個使能端與單片機的P2口連接，由P2口的電平信號對顯示屏進行控制。通過調(diào)節(jié)變頻器的大小，可以調(diào)節(jié)顯示屏的顯示亮度。3.4.5 蜂鳴器報警電路當檢測到

38、的煙霧濃度超過給定值時，本設(shè)計將產(chǎn)生報警，以預(yù)防火災(zāi)發(fā)生。其報警由蜂鳴器來完成，原理圖如圖3-12所示。圖3-12 報警器接線圖3.4.6串口電路設(shè)計本設(shè)計為了完成與上位機的通信，使用的是MAX232芯片，該芯片引腳如圖3-13所示：圖3-13 MAX232引腳圖其電路設(shè)計接線圖如圖3-14所示：圖3-14 MAX232電路接線圖3.4.7總體電路原理圖設(shè)計 本設(shè)計使用的是Altium Designer10進行電路原理圖的設(shè)計，該軟件具有豐富的元件庫，繪圖方便，能夠自動生成PCB板并且自動布局布線。本設(shè)計的總體電路設(shè)計原理圖如圖3-15和3-16所示： 圖3-15 無線發(fā)射電路總原圖3-16

39、無線接收端電路總原理圖設(shè)計本設(shè)計由無線發(fā)射和接收兩個局部組成，在接收端接有煙霧濃度傳感器用于檢測煙霧濃度，并且根據(jù)D0口發(fā)送給單片機的電平來計算煙霧濃度，然后將數(shù)據(jù)傳輸給無線發(fā)射端。當無線數(shù)據(jù)接收端接收到數(shù)據(jù)之后會通過單片機再將數(shù)據(jù)發(fā)送給液晶顯示屏，用于數(shù)據(jù)的顯示。當煙霧濃度值超過設(shè)定值時蜂鳴器產(chǎn)生報警信號，提示煙霧濃度值過量。4.煙霧報警程序4.1 程序設(shè)計方案 該程序設(shè)計當中主要分為以下幾個局部：煙霧檢測及A/D轉(zhuǎn)換、無線數(shù)據(jù)傳送與接收、顯示與報警。在程序設(shè)計中我采用由簡入難的方式，先使各個模塊能夠?qū)崿F(xiàn)簡單的功能。煙霧濃度傳感器檢測到數(shù)據(jù)的時候DO腳將輸出低電平，然后通過無線傳輸數(shù)據(jù)產(chǎn)生報

40、警。在簡單的功能調(diào)試成功之后，再進行所需功能的調(diào)試工作。具體的程序設(shè)計流程圖如圖4-1所示。圖4-1 程序設(shè)計流程圖在進行程序編寫時，需要注意無線模塊的工作模式的選擇。無線模塊工作模式在切換時需要進行延時處理。我們要了解無線的幾種工作方式和可能遇到的問題。因為無線在發(fā)射時，也許會有多個接收端在接收數(shù)據(jù)。好比我們聽的收音機，就是由一個發(fā)射臺發(fā)射，然后很多用戶一起接收，所以這種發(fā)射方式也稱為：無線播送Radio。還有一種就是在數(shù)據(jù)接收時，也許會接收到其它的發(fā)射信號，這就好似我們在上網(wǎng)時正在瀏覽網(wǎng)頁，突然彈出了其它的一些垃圾廣告，這種通信方式被稱為RFID。在本設(shè)計中要盡量防止其它發(fā)射和接收信號的干

41、擾，保證點對點的通信的完成。另外就是對煙霧濃度傳感器進行軟件控制，無線煙霧濃度傳感器接收到的模擬量信號，我們要通過軟件實現(xiàn)從模擬量到數(shù)據(jù)量的轉(zhuǎn)換，進而才能顯示數(shù)據(jù)在液晶顯示屏上。 對于報警電路，要通過程序控制其在什么樣的情況下才進行報警，以提高報警的準確性和及時性。4.2 程序的燒寫步驟程序完成之后就要考慮將程序燒寫進單片機中，以實現(xiàn)硬件的功能調(diào)試，具體步驟如下：首先，我們要使用keil軟件編寫程序。在新建工程文件的時候選擇我們所用的單片機型號，然后新建一個txt文本文件進行程序的編寫。編寫完成之后要注意的是我們還要生成一個hex文件，因為燒入單片機的程序?qū)⑹莌ex格式的。如何生成hex文件呢

42、？翻開keil完成之前的工作，然后點擊project，選擇里面的option fortagret，然后翻開output選項，進行設(shè)置，設(shè)置如圖4-2所示。圖4-2生成hex文件設(shè)置 接下來，我們用程序燒寫器接入單片機對應(yīng)的位置。主要有四個接口，兩個電源接口，還有RXD、TXD接口，對應(yīng)接入。然后通過程序燒寫器連接電腦，進行程序下載。 以上工作完成之后，我們要做的就是將該文件燒入單片機當中。我選擇使用的燒寫工具是STC_IPS。翻開該工具，進行設(shè)置，選擇對應(yīng)的hex文件。特別注意的是要選擇對應(yīng)的端口，端口查看在電腦的設(shè)備管理器。設(shè)置如圖4-3。 圖4-3 程序下載器設(shè)置全部設(shè)置完成之后，然后點擊

43、下載就可以將程序下載到單片機當中去了。4.3 模塊程序設(shè)計本設(shè)計的局部程序如下：A. 無線模塊子程序設(shè)計： 對于無線模塊子程序的設(shè)計流程圖如圖4-4所示：圖4-4 無線模塊子程序設(shè)計流程圖對于無線模塊進行程序編寫時要注意，發(fā)射和接收端的存放器地址是相同的，而且本地地址和接收地址要相同，這樣才能保證接收與發(fā)送能夠?qū)?yīng)。nRF24L01的SPI時序圖如圖4-5所示：圖4-5 無線模塊SPI時序圖B.液晶顯示模塊程序設(shè)計液晶顯示模塊子程序設(shè)計流程圖如圖4-6所示：圖4-6 液晶屏顯示程序設(shè)計流程圖QC12864B-1液晶顯示屏是串行口通信，一次接收一幀數(shù)據(jù)，所以要依次從存放器中讀取數(shù)據(jù)，然后顯示在液

44、晶屏上。在程序中可以設(shè)定顯示數(shù)字的位置，利用坐標確定其位置所在。C.報警子程序設(shè)計報警子程序設(shè)計流程圖如圖4-7所示：圖4-7 報警子程序設(shè)計流程圖D.煙霧濃度檢測模塊程序設(shè)計對煙霧檢測模塊的程序設(shè)計要注意，首先設(shè)定八位計數(shù)器，在檢測到信號之后再將數(shù)據(jù)發(fā)送出去，將數(shù)據(jù)發(fā)送給單片機。煙霧濃度檢測模塊程序設(shè)計流程圖如圖4-8所示：圖4-9 煙霧濃度檢測模塊程序設(shè)計流程圖5. 實物調(diào)試 完成以上硬件設(shè)計和軟件調(diào)試之后，進行實物的制作。在制作過程中考慮到元件的大小和數(shù)量，無線發(fā)射和接收端都使用90cm*15cm的通用板。實物的制作與原理圖的設(shè)計不同，需要考慮更多的實際情況。對于單片機、煙霧傳感器、無線

45、模塊、液晶顯示模塊的焊接都使用底座焊接，然后用排針連接，這樣可以減少電路出現(xiàn)問題后的損失。在實物焊接完成之后，通過程序燒寫器將程序燒寫進單片機中，使其能夠運行程序。燒寫時將燒寫器的四個引腳分別通過杜邦線與單片機的電源、RX、TX引腳連接，這樣可以將程序順利燒寫進單片機中。設(shè)計實物完成后如圖5-1所示：圖5-1 煙霧濃度無線數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)實物圖 與上位機通信串口調(diào)試顯示數(shù)據(jù)如圖5-2所示：圖5-2 串口通信上位機界面6.結(jié)束語 以上是本設(shè)計的內(nèi)容與步驟。本設(shè)計主要利用了單片機的強大性能與實用功能來完成的，其中運用了所學(xué)過的單片機、傳感器、工業(yè)計算機網(wǎng)絡(luò)等多門課程的知識。本設(shè)計的主要價值在于對無線通

46、信技術(shù)的研究。無線通信如今運用廣泛，是因為其具有布線簡單、傳輸不受距離限制、實時性好、穩(wěn)定性高等多種優(yōu)點。在今后的研究中，無線通信技術(shù)將是一個熱點和重點。如今 3G和4G網(wǎng)絡(luò)的開展，更是為無線通信技術(shù)帶來了良好的功能體驗。在今后，無線通信技術(shù)將越來越成熟，也將在人們的生活和工業(yè)生產(chǎn)上發(fā)揮更加巨大的作用。所以本設(shè)計有著廣泛的應(yīng)用價值與研究價值。本設(shè)計的優(yōu)點和特色在于將無線煙霧報警裝置與無線數(shù)據(jù)傳輸相結(jié)合，與傳統(tǒng)的煙霧報警裝置相比具有更廣泛的應(yīng)用意義。傳統(tǒng)的煙霧濃度報警裝置線路容易老化，也是火災(zāi)產(chǎn)生的一個原因。并且傳統(tǒng)煙霧報警器由于技術(shù)的局限性，在煙霧的報警和解決上沒有很好地穩(wěn)定性與實時性。而本設(shè)

47、計使用無線通信方式，將煙霧濃度實時傳送到監(jiān)控端，可以讓人們可以隨時注意到煙霧濃度的變化，能夠及早的完成對火災(zāi)的預(yù)防和報警。本設(shè)計所制作的報警器能夠?qū)崿F(xiàn)對煙霧濃度的監(jiān)控和火災(zāi)的預(yù)警，在性能上已經(jīng)根本上可以實現(xiàn)在家庭和工廠中的使用，平安性和穩(wěn)定性程度都很高。另外，本設(shè)計也不是十分完美的，其中還存在許多的問題。首先就是對于無線的傳輸速度，可以選擇更穩(wěn)定更快速地其它的無線傳輸模塊。并且該設(shè)計無線傳輸?shù)木嚯x不是很遠，在今后的改良中可以選擇使用wifi無線網(wǎng)絡(luò)或者最新的4G高速移動網(wǎng)絡(luò)來完成無線的傳輸，畢竟它們的傳輸速度和傳輸距離明顯高于無線傳輸模塊。在煙霧濃度顯示方面，在后續(xù)的研究中應(yīng)該在發(fā)射端和接收端

48、都要放上顯示屏，這樣方便對煙霧濃度的檢測。而報警電路還可以加上光聲配合，利用聲音和光線共同完成報警將會讓人們對于報警更加敏感?？梢栽谙到y(tǒng)中參加音樂播放模塊，使其可以選擇不同的鈴聲報警。另外，在發(fā)生危險時我們需要第一時間知道事故發(fā)生地，所以可以結(jié)合GPS定位系統(tǒng)，同時在顯示屏上顯示危險地區(qū)的坐標，方便快速鎖定目標，提前做好事故的預(yù)防與處理。以上便是我對本設(shè)計的研究總結(jié)與后續(xù)研究的建議。參考文獻1張?zhí)m紅，鄒華.單片機原理及應(yīng)用M.北京：機械工業(yè)出版社,2021.2劉同法，肖志剛，彭繼位.C51單片機C程序模板與應(yīng)用工程實踐M.北京：北京航空航天大學(xué)出版社,2021.3劉坤.51單片機應(yīng)用系統(tǒng)典型模

49、塊開發(fā)大全M.北京：中國鐵道出版社,2021(第2版).4南新志.無線數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)的實現(xiàn)J.電子設(shè)計應(yīng)用，2002，1：13-14.5吳景志.對當今無線數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)的研究J.電子測試，2021，6：153-154.6裴一帆，張輪.基于WiFi 的無線網(wǎng)狀網(wǎng)J.科技情報開發(fā)與經(jīng)濟，2005 ，(12：224-226.7陳榮耀，李曉琴.W24WiFi模塊編程及其應(yīng)用J.應(yīng)用奇葩，20212:93-95.8胡漢才單片機原理及其接口技術(shù)2 版M北京：清華大學(xué)出版社，2004.9王悅銘，岳敏，黃文.基于單片機的溫度及煙霧濃度報警設(shè)計J.工業(yè)控制計算機,2021，1：103-104.10李全利單片機原理與

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51、警中的應(yīng)用J. 電子技術(shù) , 1998,04(2):50-54.資料個人收集整理，勿做商業(yè)用途致 謝關(guān)于本設(shè)計的完成，我要感謝我的畢業(yè)設(shè)計指導(dǎo)老師輔老師，是他給予了我畢業(yè)設(shè)計的指導(dǎo)與幫助。此外我要感謝學(xué)校和學(xué)院對我畢業(yè)設(shè)計的各方面的支持，感謝各位老師含辛茹苦的培養(yǎng)。在此畢業(yè)設(shè)計完成之時，大學(xué)四年時光也將結(jié)束。感謝所有在生活上和學(xué)習(xí)上給我?guī)椭^的所有人。希望所有的老師、同學(xué)和各位領(lǐng)導(dǎo)能夠身體健康，萬事順利。在這個鳥語花香的季節(jié)，希望能夠永久保存在我的記憶當中。 手寫簽名、日期附 錄附錄1：程序清單附錄2：設(shè)計圖紙附錄3：元器件目錄表附錄1：程序清單附錄1.1 無線發(fā)送模塊程序清單#include

52、<reg52.h>#include<intrins.h>#include <stdio.h>#define uchar unsigned char#define uint unsigned int#define ulong unsigned long/*ADC*#define FOSC 18432000L#define BAUD 9600/*Define ADC operation const for ADC_CONTR*/#define ADC_POWER 0x80 /ADC power control bit#define ADC_FLAG 0x10 /

53、ADC complete flag#define ADC_START 0x08 /ADC start control bit#define ADC_SPEEDLL 0x00 /420 clocks#define ADC_SPEEDL 0x20 /280 clocks#define ADC_SPEEDH 0x40 /140 clocks#define ADC_SPEEDHH 0x60 /70 clockstypedef unsigned char BYTE;typedef unsigned int WORD;/*Declare SFR associated with the ADC */sfr ADC_CONTR = 0xBC; /ADC control registersfr ADC_RES = 0xBD; /ADC high 8-bit result registersfr ADC_LOW2 = 0xBE; /ADC low 2-bit result registersfr P1ASF = 0x9D; /P1 secondary function control register/*NRF24L01存放器指令*#define READ_REG 0x00 / 讀存放器指令#define WRITE_REG 0x20 /