畢業(yè)論文-基于ARM的甲烷檢測報警系統(tǒng)設(shè)計與實現(xiàn)

1、大連東軟信息學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計（論文）論文題目論文題目：基于ARM的甲烷檢測報警系統(tǒng)設(shè)計與實現(xiàn) 系 所： 電子工程系 專 業(yè)： 電子信息工程（嵌入式系統(tǒng)工程方向） 學(xué)生姓名： 學(xué)生學(xué)號： 指導(dǎo)教師： 導(dǎo)師職稱： 講師 完成日期： 2014年 5月 2日 大連東軟信息學(xué)院Dalian 大連東軟信息學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 摘要 IV基于ARM的甲烷檢測報警系統(tǒng)設(shè)計與實現(xiàn)摘 要無論科技如何的快速發(fā)展，但安全問題不可避免的一直是人們最關(guān)注的重點問題之一。而甲烷中毒或爆炸事件屢見不鮮,更成為威脅人們生命和財產(chǎn)安全的主要危害之一。如何有效的檢測甲烷等有害的可燃性氣體并及時有效的報警也一直作為人們注重的關(guān)鍵。檢

2、測甲烷氣體的工具很多，并不罕見，但如何更有效的報警則是該問題研究的熱點。整體設(shè)計是基于ARM(Advanced RISC Machines)的甲烷檢測與報警，并通過藍(lán)牙通信技術(shù)，與用戶的安卓手機客戶端進(jìn)行交互，使用戶得知報警信息。ARM平臺采用Cortex-M0這一高集成度、低功耗的32位處理器內(nèi)核，配合MQ-2傳感器進(jìn)行對甲烷氣體的檢測。通過HC06藍(lán)牙模塊（從機），與手機藍(lán)牙進(jìn)行通訊，以達(dá)到與在Android平臺上開發(fā)的客戶端進(jìn)行互動的目的。通過ARM平臺與Android客戶端的有效結(jié)合，使用戶能更及時有效的得知甲烷氣體的警報消息，更安全，更實用。關(guān)鍵詞：藍(lán)牙通信，ARM，MQ-2，And

3、roid大連東軟信息學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） AbstractDesign and Implementation of Systemto DetectMethane and Alarm Based onARM AbstractNo matter how fast the technology develops, security issue is always one of the matters people are most concerned about. The explosion and poisoning of methane have been one of the major ha

4、zards which are a threat to peoples life and property, since theyre common occurance. How to alarm more effectively is the hotspot research of this issue, though there are many tools to detect methane.The whole design is based on ARM (Advanced RISC Machines) of the methane detection and alarm, it ca

5、n interact with Android mobile clients to make users know the alarm information though the bluetooth communication technology. The ARM platform detects methane gas with the use of Cortex-M0 which is a high integration density and low power consumption 32-bit processor core and MQ-2 transducer. To co

6、mmunicates with mobile phone bluetooth through using HC06 bluetooth module (slave) to achieve its goal of interaction with the clients on Android mobile.By effectively combining ARM platform with Android client, user can get the alarm information of methane gas more timely and effectively. It is saf

7、er and more practical.Key words: Bluetooth, ARM, MQ-2, Android大連東軟信息學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 目錄目 錄 TOC o 1-3 u 摘 要 PAGEREF _Toc386003440 h IAbstract PAGEREF _Toc386003441 h II第1章緒 論 PAGEREF _Toc386003442 h 11.1 課題研究背景與意義 PAGEREF _Toc386003443 h 11.2 課題研究內(nèi)容與方法 PAGEREF _Toc386003444 h 11.3 課題研究現(xiàn)狀 PAGEREF _Toc386003

8、445 h 1第2章關(guān)鍵技術(shù)介紹 PAGEREF _Toc386003446 h 32.1 藍(lán)牙通信技術(shù) PAGEREF _Toc386003447 h 32.2 MQ-2傳感器的使用 PAGEREF _Toc386003448 h 32.3 Eclipse上Android手機客戶端的開發(fā) PAGEREF _Toc386003449 h 3第3章系統(tǒng)需求分析 PAGEREF _Toc386003450 h 53.1 系統(tǒng)設(shè)計目標(biāo) PAGEREF _Toc386003451 h 53.2 系統(tǒng)功能需求 PAGEREF _Toc386003452 h 53.3 系統(tǒng)非功能需求 PAGEREF _T

9、oc386003453 h 63.4 系統(tǒng)開發(fā)環(huán)境 PAGEREF _Toc386003454 h 63.5 系統(tǒng)可行性分析 PAGEREF _Toc386003455 h 63.5.1 技術(shù)可行性 PAGEREF _Toc386003456 h 63.5.2 經(jīng)濟可行性 PAGEREF _Toc386003457 h 6第4章系統(tǒng)設(shè)計 PAGEREF _Toc386003458 h 74.1 系統(tǒng)設(shè)計指導(dǎo)原則 PAGEREF _Toc386003459 h 74.2 體系結(jié)構(gòu)設(shè)計 PAGEREF _Toc386003460 h 74.3 硬件設(shè)計 PAGEREF _Toc386003461

10、h 84.3.1底層硬件電路設(shè)計 PAGEREF _Toc386003462 h 84.3.2 藍(lán)牙無線模塊電路設(shè)計 PAGEREF _Toc386003463 h 84.3.3 傳感器模塊電路設(shè)計 PAGEREF _Toc386003464 h 84.4 軟件設(shè)計 PAGEREF _Toc386003465 h 94.4.1 軟件架構(gòu) PAGEREF _Toc386003466 h 94.4.2 UI界面設(shè)計 PAGEREF _Toc386003467 h 94.4.3 功能模塊設(shè)計 PAGEREF _Toc386003468 h 10第5章系統(tǒng)實現(xiàn) PAGEREF _Toc38600346

11、9 h 125.1環(huán)境配置 PAGEREF _Toc386003470 h 125.2功能模塊實現(xiàn) PAGEREF _Toc386003471 h 12第6章系統(tǒng)測試 PAGEREF _Toc386003472 h 186.1 傳感器氣體檢測測試 PAGEREF _Toc386003473 h 186.2 藍(lán)牙通信測試 PAGEREF _Toc386003474 h 186.3 手機客戶端測試 PAGEREF _Toc386003475 h 196.3.1 手機客戶端界面跳轉(zhuǎn)及按鍵測試 PAGEREF _Toc386003476 h 196.3.2 手機客戶端聯(lián)機開關(guān)及集成警報測試 PAGER

12、EF _Toc386003477 h 20第7章結(jié)論 PAGEREF _Toc386003478 h 21參考文獻(xiàn) PAGEREF _Toc386003479 h 22致 謝 PAGEREF _Toc386003480 h 23附錄A PAGEREF _Toc386003481 h 24大連東軟信息學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文）- 第1章緒 論1.1 課題研究背景與意義現(xiàn)如今，嵌入式產(chǎn)品已經(jīng)深入人們的生活的各個角落，成為了生活中不可或缺的一部分，嵌入式產(chǎn)品提供了人們極大的安全與方便。人們試圖用嵌入式產(chǎn)品來完善生活的每一個部分。由可燃性氣體引發(fā)的爆炸或火災(zāi)一直是主要危害人們生命安全及財產(chǎn)安全的一大隱患，這

13、也是嵌入式產(chǎn)品應(yīng)挑戰(zhàn)的一大難點。隨著家庭中使用更多的電器，火災(zāi)事件發(fā)生的頻率更是大大的提升。全球每年都因火災(zāi)而釀成許多慘劇，這也是在提升我們對于火災(zāi)的警惕性，讓我們對于類似事件能有一個準(zhǔn)備。科技的進(jìn)步來源于人們的需求，可燃性氣體檢測報警裝置也正是在這樣的大環(huán)境之下產(chǎn)生的，許多廠商也都實現(xiàn)了這一需求，如GC210型便攜式可燃?xì)怏w報警儀、QB3000N型模塊化可燃?xì)怏w探測器等等，都實現(xiàn)了對于甲烷等可燃性氣體的檢測報警這一功能，但這些產(chǎn)品仍具有一個弊端，那就是需要人體接觸測試環(huán)境，這依然是具有一定的危險性的。但如果使用跨平臺的實時通訊，可以讓用戶遠(yuǎn)離被測環(huán)境，在可以得知被測環(huán)境相關(guān)情況的同時，也盡量

14、的保證了用戶的人身安全，避免了一些悲劇的發(fā)生，提升產(chǎn)品的安全系數(shù)。1.2 課題研究內(nèi)容與方法利用盡可能簡單的ARM平臺來實現(xiàn)已經(jīng)屢見不鮮的甲烷檢測報警裝置，利用藍(lán)牙通信技術(shù)將其與Android平臺的手機客戶端相連接，達(dá)到及時有效的報警的目的。使用簡單的MQ-2傳感器模塊，便可以有效的做到對于甲烷等可燃性氣體的檢測報警作用，通過HC-06藍(lán)牙模塊，將ARM平臺與Android手機平臺上的客戶端鏈接起來，做到實時通信。所研究的主要內(nèi)容便是MQ-2傳感器的使用方法，手機客戶端的開發(fā)已經(jīng)如何使用HC-06藍(lán)牙模塊對兩個平臺進(jìn)行連接，這三個是本課題的主要研究內(nèi)容以及最大的三個難點。1.3 課題研究現(xiàn)狀現(xiàn)

15、如今的類似的甲烷檢測警報系統(tǒng)已經(jīng)有許多了，而且隨著時間的推移，技術(shù)的進(jìn)步，很多產(chǎn)品都會有越來越完善的系統(tǒng)架構(gòu)。但是，根據(jù)作者對于資料的查閱，發(fā)現(xiàn)，絕大多數(shù)的設(shè)計都有一個弊端，那就是使用者需要設(shè)身處地的在被測環(huán)境內(nèi)進(jìn)行檢測，但如果這時候的被測環(huán)境內(nèi)已經(jīng)有較大濃度的甲烷等可燃性氣體，那么對于使用者的人身安全將造成巨大的威脅。因此，作者想到了如今幾乎人人都要使用的一款嵌入式產(chǎn)品智能手機。通過檢測警報系統(tǒng)與用戶手機的交互，可以讓使用者不在被測環(huán)境內(nèi)也可檢測。而現(xiàn)在國內(nèi)使用人數(shù)最多、市場份額占有率最大的一款手機操作系統(tǒng)，也就是Android平臺更是可以滿足這類需求。因此，我決定針對警報系統(tǒng)開發(fā)一款與其相

16、配套的Android應(yīng)用來與之互動，已達(dá)到讓用戶更安全更方便使用本設(shè)計的目的。而對于無線通信的手段，我選擇了應(yīng)用及其廣泛的藍(lán)牙通信技術(shù)，這一技術(shù)雖然并不能支持用戶在極遠(yuǎn)的距離仍然能夠得知情況，但是可以在一定距離之內(nèi)使用，而且交互的情況也較為穩(wěn)定，完全可以滿足本設(shè)計的需求。 大連東軟信息學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文）第2章關(guān)鍵技術(shù)介紹2.1 藍(lán)牙通信技術(shù)藍(lán)牙，是一種支持設(shè)備短距離通信的無線電技術(shù)，它可以在包括移動電話、 HYPERLINK /view/830440.htm t _blank 無線耳機、 HYPERLINK /view/7690.htm t _blank 筆記本電腦等眾多的設(shè)備之間進(jìn)行無線信

17、息的交換與數(shù)據(jù)的傳輸。利用藍(lán)牙技術(shù)，能夠有效地簡化 HYPERLINK /view/19195.htm t _blank 移動通信終端設(shè)備之間的通信，也能夠成功地簡化設(shè)備與因特網(wǎng)Internet之間的通信，從而使 HYPERLINK /view/875888.htm t _blank 數(shù)據(jù)的傳輸變得更加迅速高效，為 HYPERLINK /view/43840.htm t _blank 無線通信拓寬道路，更大程度上的滿足用戶的需求。在Android平臺方面，難點在于藍(lán)牙操作的核心類BluetoothAdapter的使用，對于其中的重點方法的意義與使用方法要理解。在硬件模塊方面，使用了藍(lán)牙轉(zhuǎn)串口H

18、C-06無線模塊（從機），與手機的藍(lán)牙配對通信。2.2 MQ-2傳感器的使用煙霧傳感器主要分為三類：離子式煙霧傳感器、光電式煙霧傳感器及氣敏式煙霧傳感器。而MQ-2傳感器正是其中氣敏式煙霧傳感器最常用的一款，它具有較為廣泛的探測范圍，較高的靈敏度以及相對快速的響應(yīng)恢復(fù)速度，MQ-2傳感器同時也具有優(yōu)異的穩(wěn)定性，壽命很長。MQ-2型氣敏煙霧傳感器具有初期穩(wěn)定特性，在長時間不同通電的情況下存放一些時間之后再通電，MQ-2是不能直接進(jìn)入工作狀態(tài)的，而不同點的時間越長的話，初期穩(wěn)定時間也會越長。MQ-2型氣敏煙霧傳感器還具有加熱特性，一般在200到450攝氏度下工作，所以要有一定的加熱過程，而加熱電壓

19、一般為5V左右。在MQ-2型傳感器所在環(huán)境內(nèi)，若沒有甲烷等可燃性氣體對其造成影響或氣體的濃度并沒有超過設(shè)定的值的時候，數(shù)字接口D0會輸出高電平；當(dāng)可燃性氣體影響超過設(shè)定值時，DO口會輸出一個低電平。2.3 Eclipse上Android手機客戶端的開發(fā)Android是一種基于Linux的自由及開源的操作系統(tǒng)，一般在諸如手機或平板電腦等移動設(shè)備中使用，而在如今的國內(nèi)，Android手機正是使用人數(shù)最多，應(yīng)用最為廣泛的一類，中國市場占有率達(dá)到了90%，而在全球智能手機操作系統(tǒng)市場中也占據(jù)了76%的份額，從2011年開始居于全球第一。Android會同一系列核心應(yīng)用程序包一起發(fā)布，該應(yīng)用程序包包括客

20、戶端，SMS(Short Messaging Service)短消息程序，日歷，地圖，瀏覽器，聯(lián)系人管理程序等。所有的應(yīng)用程序都是使用JAVA語言編寫的。界面的設(shè)計上要簡潔美觀，對于一個專用于甲烷等可燃性氣體檢測的手機客戶端，并不需要過多的小功能與花哨的界面，要便于用戶使用，而不是過于注重畫面的華麗程度。該客戶端的開發(fā)是在Eclipse平臺上進(jìn)行的，該軟件是一款基于Java的，可擴展的開源開發(fā)平臺，通過插件組件來實現(xiàn)開發(fā)。第3章系統(tǒng)需求分析3.1 系統(tǒng)設(shè)計目標(biāo)通過ARM平臺，使用MQ-2傳感器模塊，進(jìn)行對環(huán)境內(nèi)氣體的檢測，若并無甲烷等可燃性氣體或可燃性氣體的濃度并沒有超過設(shè)定的值時，不進(jìn)行報警

21、，若環(huán)境內(nèi)有甲烷等可燃性氣體且濃度超過了設(shè)定的值時進(jìn)行報警，即MQ-2模塊的等會亮。在Android手機上開發(fā)一款簡單的專用客戶端，可以接受報警信號。通過HC-06，即藍(lán)牙模塊，將客戶端與ARM進(jìn)行交互，在MQ-2模塊報警時，會通過藍(lán)牙向客戶端發(fā)送報警信號，再通過客戶端對用戶進(jìn)行報警。整體達(dá)到了兩個平臺的實時通信，提升安全系數(shù)。3.2 系統(tǒng)功能需求根據(jù)需求調(diào)研結(jié)果確定本系統(tǒng)主要包括以下功能模塊。（1）甲烷檢測功能通過MQ-2傳感器對所在環(huán)境的氣體進(jìn)行檢測，在MQ-2型傳感器所在環(huán)境內(nèi)，若沒有甲烷等可燃性氣體對其造成影響或氣體的濃度并沒有超過設(shè)定的值的時候，數(shù)字接口D0會輸出高電平，此時，模塊上

22、的只有電源的LED燈會亮，而警報的LED燈并不會有反應(yīng)；當(dāng)可燃性氣體影響超過設(shè)定值時，DO口會輸出一個低電平，這時候電源的LED燈仍然常亮，而警報的LED燈則會閃爍，以此達(dá)到檢測甲烷等可燃性氣體并作出警報的目的。（2）藍(lán)牙通信功能在手機客戶端中，用戶將可使用藍(lán)牙通信來查找并連接ARM端的HC06藍(lán)牙模塊，以達(dá)到數(shù)據(jù)傳輸?shù)哪康?，由此可以做到在ARM端警報或非警報時，手機客戶端將有所反應(yīng)。HC06藍(lán)牙模塊將作為一個橋梁鏈接ARM平臺與手機客戶端，通過實時通信來滿足用戶的需求，更有效，更便捷。（3）手機客戶端在MQ-2型傳感器所在環(huán)境內(nèi)，若沒有甲烷等可燃性氣體對其造成影響或氣體的濃度并沒有超過設(shè)定的

23、值的時候，手機客戶端不會有所反應(yīng)；當(dāng)被測環(huán)境內(nèi)的可燃性氣體影響超過設(shè)定值時，手機客戶端的代表警報燈的ImageButton會亮，而在TextView中也會有相關(guān)提醒，以便達(dá)到對用戶的提示的目的。3.3 系統(tǒng)非功能需求（1）性能檢測濃度范圍：甲烷 5000ppm20000ppm標(biāo)準(zhǔn)工作條件：202（2）成本整個ARM板的設(shè)計成本不足約80元人民幣，HC-06藍(lán)牙模塊與MQ-2傳感器模塊總計約60元，硬件成本總計不足150元。3.4 系統(tǒng)開發(fā)環(huán)境 硬件環(huán)境：ARM/Android軟件環(huán)境：Altium Designer/Eclipse/ Keil vision43.5 系統(tǒng)可行性分析3.5.1 技

24、術(shù)可行性本設(shè)計采用Cortex-M0處理器，這是如今市場上尺寸最小、能耗最低、最節(jié)能的ARM處理器，可以支持十分廣泛的應(yīng)用，對于MQ-2傳感器模塊及HC-06藍(lán)牙模塊進(jìn)行操作是很可行的，而在Android平臺上開發(fā)一個簡單的通過藍(lán)牙通信傳輸數(shù)據(jù)的小型客戶端也是可行的，對于其跨平臺的藍(lán)牙無線通信，作者已在過去有過類似經(jīng)驗，技術(shù)上是足以實現(xiàn)的。3.5.2 經(jīng)濟可行性本設(shè)計所使用的ARM開發(fā)板并不需要過多的外設(shè),因此在開發(fā)成本上并不昂貴,而外設(shè)中的MQ-2傳感器、HC-06藍(lán)牙模塊總價不超過60元，因此整體設(shè)計上的成本是很低的，開發(fā)之后是可以以較低的制造成本投入市場的，這也保證了開發(fā)方面與生產(chǎn)方面的

25、經(jīng)濟利益。第4章系統(tǒng)設(shè)計4.1 系統(tǒng)設(shè)計指導(dǎo)原則（1）先進(jìn)性利用Cortex-M0這一市場上現(xiàn)有的最小、能耗最低的ARM芯片實現(xiàn)對MQ-2傳感器模塊和HC-06藍(lán)牙無線模塊的驅(qū)動，極大減少所需硬件設(shè)備，簡化設(shè)計，并將智能手機與ARM跨平臺交互，這一結(jié)合提高了整體設(shè)計的先進(jìn)性。（2）可靠性及安全性主要設(shè)備為ARM平臺支持的MQ-2煙霧傳感器模塊，系統(tǒng)可靠性較高，且由于ARM芯片為Cortex-M0這種操作較為簡單的ARM芯片，使整體設(shè)計較為簡單且使用；系統(tǒng)在ARM平臺與手機客戶端的數(shù)據(jù)傳輸上采用了藍(lán)牙無線技術(shù)，這一技術(shù)達(dá)到了兩個平臺單對單的效果，具有數(shù)據(jù)上的安全性，而使用無線技術(shù)來傳輸數(shù)據(jù)使用戶

26、在手機端可得知ARM端的檢測結(jié)果，也保證了用戶的人身安全。4.2 體系結(jié)構(gòu)設(shè)計系統(tǒng)體系架構(gòu)如圖4.1所示。圖4.1 系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)底層架構(gòu)由ARM板支撐，外圍模塊使用了MQ-2傳感器模塊和HC-06藍(lán)牙無線模塊，UI界面通過Eclipse開發(fā)由Android手機APP來體現(xiàn)。通過Android手機的藍(lán)牙與ARM端的外圍電路HC-06藍(lán)牙模塊的交互實現(xiàn)信號的傳輸。手機客戶端提供了聲音與警報燈報警功能以及氣體檢測時間記錄功能。4.3 硬件設(shè)計4.3.1底層硬件電路設(shè)計硬件架構(gòu)如圖4.2所示。圖4.2 硬件架構(gòu)ARM微處理器使用的是Cortex-M0，減少了所需硬件設(shè)備，簡化設(shè)計，可使用較為簡單的外部

27、電路設(shè)計，采用USB接口供電，為了方便外接藍(lán)牙模塊的電源、GND、TXD、RXD，以及MQ-2傳感器模塊的電源、GND、D0這些接口，特意將這些接口整理外接出來，以方便與其他模塊的硬件連接。整體只需一個簡單的最小系統(tǒng)，與MQ-2傳感器模塊和HC-06藍(lán)牙無線模塊相連接，構(gòu)成ARM端底層硬件電路。4.3.2 藍(lán)牙無線模塊電路設(shè)計藍(lán)牙無線模塊使用了HC-06模塊，體積小，外圍電路簡單，內(nèi)置了2.4GHz天線，用戶無需調(diào)試天線，可選PIO控制。模塊與ARM板連接使用4個接口：TXD輸出口、RXD輸入口、VCC電源、GND接地，可直接與ARM端RXD0、TXD0、VCC、GND相連接，這里要注意一點的

28、是TXD、RXD要與ARM端的接口交叉連接使用。通過HC-06模塊的TXD、RXD來實現(xiàn)數(shù)據(jù)的傳輸。藍(lán)牙模塊原理圖見附錄A.1。4.3.3 傳感器模塊電路設(shè)計傳感器模塊使用的是MQ-2煙霧傳感器模塊，該模塊具有廣泛的探測范圍、較高的靈敏度、較為快速的響應(yīng)恢復(fù)、優(yōu)異的穩(wěn)定性等優(yōu)點，該模塊的外圍電路較為簡單，也簡化了設(shè)計。模塊有三個接口：工作電源VCC、外接GND、數(shù)字信號輸出D0，分別與ARM的VCC、GND、P0.4相連接。D0接口直接與ARM的P0.4連接，ARM端即可獲取傳感器模塊采集到的信號。傳感器模塊采集到低電平信號即為檢測到超過設(shè)定值濃度的氣體，高電平為未檢測到甲烷等可燃性氣體或氣體

29、濃度并未超過設(shè)定濃度值。傳感器模塊原理圖如圖4.3所示。圖4.3 MQ-2傳感器模塊原理圖4.4 軟件設(shè)計4.4.1 軟件架構(gòu)圖4.4 軟件架構(gòu)圖如圖4.4所示為該設(shè)計的軟件架構(gòu)圖。整體軟件設(shè)計是在Android手機這一平臺上實現(xiàn)的，主要包括了藍(lán)牙通信模塊、指示燈報警模塊、聲音報警模塊、氣體檢測時間記錄模塊。以藍(lán)牙無線技術(shù)作為同ARM端傳遞數(shù)據(jù)進(jìn)行通信的手段，在手機客戶端中，主要實現(xiàn)在得到警報信號后，進(jìn)行氣體檢測時間的記錄與顯示功能，指示燈警報功能以及聲音警報功能。4.4.2 UI界面設(shè)計UI界面簡單的使用一個button，顯示當(dāng)前藍(lán)牙的狀態(tài)，并且使用戶可以點擊和查找設(shè)備，與設(shè)備連接。點擊狀態(tài)

30、button，連接設(shè)備使用彈窗提示用戶。在新的彈窗中選擇你ARM端所對應(yīng)的藍(lán)牙設(shè)備，輸入對應(yīng)碼1234后即可連接。連接之后，當(dāng)ARM端通過藍(lán)牙發(fā)送警報信號到手機客戶端時，客戶端界面中央有警報燈提示，且在下方文字說明警報時間。UI主界面設(shè)計如圖4.5所示。圖4.5 UI主界面4.4.3 功能模塊設(shè)計（1）MQ-2傳感器檢測功能模塊在無甲烷等可燃性氣體影響或者氣體濃度未超過設(shè)定閾值時，數(shù)字接口DO口輸出高電平，當(dāng)氣體影響超過設(shè)定閾值時，模塊數(shù)字接口D0輸出低電平。這是MQ-2傳感器模塊的所能支持本設(shè)計的功能基礎(chǔ)，而我也通過這一功能來對環(huán)境內(nèi)的氣體進(jìn)行檢測，且當(dāng)輸出一個低電平時，將通過藍(lán)牙無線模塊向

31、手機客戶端發(fā)送一個MQ1的字符串，表示檢測到濃度超過設(shè)定閾值的可燃性氣體，當(dāng)輸出高電平時，將通過藍(lán)牙無線模塊向手機客戶端發(fā)送一個MQ0字符串，表示此時檢測并沒有可燃性氣體或者氣體濃度未超過設(shè)定閾值。（2）藍(lán)牙無線通訊功能手機警報功能，使用了Android平臺的客戶端來實現(xiàn)。以eclipse軟件作為開發(fā)平臺來開發(fā)UI界面。為實現(xiàn)本設(shè)計的基本功能，首先在界面的左上角放置了一個button用來通知用戶當(dāng)前藍(lán)牙狀態(tài)，并可以點擊這個button來改變當(dāng)前的藍(lán)牙狀態(tài)。在鏈接藍(lán)牙之后，通過一個判定接受到的ARM端數(shù)據(jù)來判斷是否有毒氣，當(dāng)傳輸數(shù)據(jù)為MQ1時，即開始檢測到甲烷等可燃性氣體，當(dāng)數(shù)據(jù)傳輸為MQ0時，

32、檢測不到甲烷等可燃性氣體，并利用一個listview來顯示檢測到可燃性氣體的時間。（3）手機客戶端報警功能通過手機客戶端的UI界面進(jìn)行報警，在使用藍(lán)牙通訊功能與ARM端進(jìn)行通信之后，在UI界面中心放置了一個Imageview控件顯示了一張警報燈的圖片，此時的警報燈是滅的，當(dāng)手機客戶端接收到來自ARM端的且判定為檢測到甲烷等可燃性氣體的信號時，將置換一張警報燈亮的圖片，以此來對用戶進(jìn)行警報，而再次接收到檢測不到可燃性氣體的信號時，重新置換為之前的燈滅的圖片，并且在下方的listview中顯示檢測到可燃性氣體的開始時間和結(jié)束時間。整體的客戶端主要用于報警，因此在界面設(shè)計與功能搭配上注重于簡潔實用、

33、便于用戶操作。大連東軟信息學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文）第5章系統(tǒng)實現(xiàn)5.1環(huán)境配置 （1）Keil vision4Keil是一款51系列兼容 HYPERLINK /view/1012.htm t _blank 單片機C語言軟件開發(fā)系統(tǒng)。于2009年2月由ARM Keil公司發(fā)布的Keil Vision4引入了靈活的窗口管理系統(tǒng)，使開發(fā)人員能夠使用多臺監(jiān)視器，可用于調(diào)試ARM7、ARM9、Cortex-M內(nèi)核。新的用戶界面可以更好地利用屏幕空間并且能夠更有效地組織多個窗口，提供一個整潔、高效的環(huán)境來開發(fā)應(yīng)用程序。（2）EclipseEclipse是著名的跨平臺的自由 HYPERLINK /view/14

34、867.htm t _blank 集成開發(fā)環(huán)境（IDE）。最初主要用來 HYPERLINK /view/229611.htm t _blank Java語言開發(fā)，通過安裝不同的插件Eclipse可以支持不同的計算機語言，比如C+和Python等開發(fā)工具。Eclipse的本身只是一個框架平臺，但是眾多插件的支持使得Eclipse擁有其他功能相對固定的IDE軟件很難具有的靈活性。許多軟件開發(fā)商以Eclipse為框架開發(fā)自己的IDE。（3）Altium DesignerAltium Designer 是原Protel軟件開發(fā)商Altium公司推出的一體化的電子產(chǎn)品開發(fā)系統(tǒng)，主要運行在Windows操

35、作系統(tǒng)。這套軟件通過把原理圖設(shè)計、電路仿真、PCB繪制編輯、拓?fù)溥壿嬜詣硬季€、信號完整性分析和設(shè)計輸出等技術(shù)的完美融合，為設(shè)計者提供了全新的設(shè)計解決方案，使設(shè)計者能夠輕松進(jìn)行設(shè)計，熟練使用這一軟件必將大大提高電路設(shè)計的質(zhì)量和效率。5.2功能模塊實現(xiàn)（1）ARM端傳感器檢測功能模塊實現(xiàn)如圖5.1所示為主流程圖。圖5.1 主流程圖在ARM端中，首先利用已有的驅(qū)動，配置了定時器、IO口、串口等部分，初始化這些部分，判斷工作狀態(tài)MQ_Statu如果等于0，則表示現(xiàn)在是關(guān)閉的工作狀態(tài)，需要繼續(xù)判斷，而該工作狀態(tài)的值為1，則表示處在工作中，接著判斷P0.4這一引腳的值，如果值為1，則回到工作狀態(tài)判斷，當(dāng)值

36、為0時，進(jìn)行一個延時DELAY的操作，這是為了起到消抖的作用。消抖后重新監(jiān)測P0.4引腳，如果為1，則回到工作狀態(tài)判斷；如果值仍然為0，則表示檢測到了可燃性氣體，通過藍(lán)牙模塊輸出一個#MQ1$的字符串。輸出后繼續(xù)判斷P0.4引腳，如果此時值為1，則表示依然有可燃性氣體，繼續(xù)檢測P0.4引腳；反之值為0，則輸出#MQ0$的字符串。ARM端主流程圖如圖5.2所示。圖5.2 ARM端主函數(shù)流程圖 串口中斷部分首先定義了一個名為temp_rev的50個字節(jié)大小的字符串，用于表示接受到的數(shù)據(jù)。判斷此時狀態(tài)是計數(shù)溢出還是時間溢出，無論哪一種都將進(jìn)行接收數(shù)據(jù)的讀取操作。判斷所讀取數(shù)據(jù)中，如果讀取到的是#YE

37、S$，則MQ_Statu置為1，輸出#Begin Work!$，表示開始工作；如果讀取到的是#NO$，則MQ_Statu置為0，輸出#Stop Work!$，表示停止工作；如果并未讀取到上述字符串，則直接輸出#Unrecognized$，表示不識別的狀態(tài)。如圖5.3所示為ARM端串口中斷流程圖。圖5.3 ARM端串口中斷流程圖（2）藍(lán)牙無線模塊實現(xiàn)如圖5.4所示為Android客戶端藍(lán)牙模塊查找配對流程圖。該流程圖顯示的是在Android客戶端中，點擊打開藍(lán)牙之后查找周圍設(shè)備并進(jìn)行配對的操作。使用第三方類對周圍設(shè)備進(jìn)行查找操作，判斷ACTION_FOUND值，若并沒有搜索到設(shè)備則將繼續(xù)搜索，若

38、搜索到，則讀取設(shè)備的名稱和地址，并通過listview控件顯示。點擊所需配對的設(shè)備，即可完成配對。圖5.4 Android端藍(lán)牙查找配對流程圖（3）手機客戶端報警模塊實現(xiàn)如圖5.5所示為Android客戶端報警代碼流程圖。打開客戶端之后，界面上方有一個對于藍(lán)牙設(shè)備的操作按鍵，點擊則開始判斷當(dāng)前藍(lán)牙狀態(tài)，若為0，是關(guān)閉狀態(tài)，則打開手機藍(lán)牙；若為1，是開啟狀態(tài)，則關(guān)閉手機藍(lán)牙。在打開藍(lán)牙之后，會開始對于周圍藍(lán)牙設(shè)備進(jìn)行查找與配對操作，這在第二部分，藍(lán)牙模塊的實現(xiàn)有過詳細(xì)描述，在此不再贅述。進(jìn)行配對操作之后，在藍(lán)牙設(shè)備操作按鍵下面，將有聯(lián)機操作按鍵，若為true，則是聯(lián)機狀態(tài)，輸出一個#YES$字符

39、串；若為false，則關(guān)閉了聯(lián)機狀態(tài)，輸出#NO$的字符串，則需點擊按鍵以打開聯(lián)機模式。在聯(lián)機模式下，可接收ARM端的數(shù)據(jù)，判斷該數(shù)據(jù)，若含有MQ1的連續(xù)字符，則表示檢測到了可燃性氣體，記錄檢測到氣體的時間，并繼續(xù)跳回到判斷數(shù)據(jù)的步驟；若含有的是MQ0的連續(xù)字符，則表示未檢測到可燃性氣體，若在之前有檢測到，則記錄結(jié)束時間，把檢測到氣體的開始與結(jié)束時間顯示在listview控件上。圖5.5 Android端報警流程圖第6章系統(tǒng)測試甲烷檢測報警系統(tǒng)首先通過ARM端實現(xiàn)對甲烷等可燃性氣體的檢測，并在警報與非警報階段輸出不同的信號，然后通過藍(lán)牙模塊向手機客戶端發(fā)送相應(yīng)的信號，實現(xiàn)手機客戶端的報警。本次

40、測試主要針對MQ-2傳感器模塊對于被測環(huán)境的檢測效果、藍(lán)牙模塊與手機藍(lán)牙的通信情況以及手機客戶端的響應(yīng)情況進(jìn)行測試，以達(dá)到讓用戶可以正常使用的目的。6.1 傳感器氣體檢測測試測試方案：由于MQ-2傳感器模塊在檢測到濃度大于警報值的甲烷等可燃性氣體時，會通過D0輸出一個低電平，而鍵盤模塊恰好也是低電平有效，因此使用一個帶有矩陣鍵盤的ARM測試板，將VCC、GND接好，將D0接在鍵盤上面，打開putty來了解測試結(jié)果。測試用例：在將MQ-2模塊以方案中敘述的方式連接好以后，使用一個非防風(fēng)打火機，打火后搖動以熄滅火焰，將打火機放置于傳感器模塊附近，過一會之后可以看到putty界面中有按下D0所接鍵盤

41、的效果。因此可知，MQ-2傳感器模塊能夠正常檢測，且會輸出一個低電平信號。測試結(jié)果如表6.1所示。表6.1 傳感器氣體檢測測試結(jié)果測試條目預(yù)期結(jié)果實際結(jié)果說明putty顯示結(jié)果有按鍵按下putty顯示：get key 6open!有按鍵按下putty顯示：get key 6open!傳感器模塊能夠正常工作稍長時間顯示結(jié)果有連續(xù)按鍵按下putty顯示：get key 6open!get key 6open!.有連續(xù)按鍵按下putty顯示：get key 6open!get key 6open!.傳感器模塊能夠正常工作6.2 藍(lán)牙通信測試測試方案：使用電腦外接USB的藍(lán)牙適配器、串口助手及手機藍(lán)牙

42、測試應(yīng)用來測試藍(lán)牙通信是否可以正常運行，若能在手機藍(lán)牙測試應(yīng)用和串口助手之間傳遞信息，即證明藍(lán)牙通信能夠正常運行。測試用例：在使用電腦外接USB的藍(lán)牙適配器與電腦連接后，嘗試與手機藍(lán)牙測試應(yīng)用連接，連接完成后，通過串口助手發(fā)一些自定義的字符，發(fā)現(xiàn)手機藍(lán)牙測試應(yīng)用確實接收到了這些字符，證明藍(lán)牙通信是可以正常運行的。測試結(jié)果如表6.2所示。表6.2 藍(lán)牙通信測試結(jié)果測試條目預(yù)期結(jié)果實際結(jié)果說明串口助手接受數(shù)據(jù)發(fā)送數(shù)據(jù)：110與手機應(yīng)用發(fā)送數(shù)據(jù)相同，接收數(shù)據(jù)：110與手機應(yīng)用發(fā)送數(shù)據(jù)相同，接收數(shù)據(jù)：110藍(lán)牙模塊接受數(shù)據(jù)正常手機應(yīng)用接受數(shù)據(jù)發(fā)送數(shù)據(jù)：111與串口助手發(fā)送數(shù)據(jù)相同，接收數(shù)據(jù)：111與手

43、機應(yīng)用發(fā)送數(shù)據(jù)相同，接收數(shù)據(jù)：111藍(lán)牙模塊發(fā)送數(shù)據(jù)正常6.3 手機客戶端測試6.3.1 手機客戶端界面跳轉(zhuǎn)及按鍵測試測試方案：打開客戶端時將進(jìn)入歡迎界面，在界面進(jìn)度條完成載入后將自動跳轉(zhuǎn)到主界面，且各個按鍵要能夠在點擊之后進(jìn)行響應(yīng)，不會出現(xiàn)無效現(xiàn)象。測試用例：打開客戶端進(jìn)入了歡迎界面，并在界面進(jìn)度條完成載入后自動跳轉(zhuǎn)到了主界面。點擊打開藍(lán)牙的按鍵，彈出了藍(lán)牙搜索界面，再次點擊該按鍵可關(guān)閉藍(lán)牙。證明了界面跳轉(zhuǎn)及按鍵是可以正常運行的。測試結(jié)果如表6.3所示。表6.3 手機客戶端界面跳轉(zhuǎn)及按鍵測試結(jié)果測試條目預(yù)期結(jié)果實際結(jié)果說明界面跳轉(zhuǎn)進(jìn)度條載入結(jié)束后自動跳轉(zhuǎn)到主界面進(jìn)度條載入結(jié)束后自動跳轉(zhuǎn)到主界

44、面界面跳轉(zhuǎn)功能正常打開藍(lán)牙點擊按鍵彈出小窗口以連接附近的設(shè)備點擊按鍵彈出小窗口以連接附近的設(shè)備打開藍(lán)牙功能正常關(guān)閉藍(lán)牙關(guān)閉手機藍(lán)牙成功關(guān)閉手機藍(lán)牙成功關(guān)閉藍(lán)牙功能正常6.3.2 手機客戶端聯(lián)機開關(guān)及集成警報測試測試方案：聯(lián)機按鍵是一個可以接受信號或拒絕接收信號的功能性按鍵，初始狀態(tài)下是可以接收信號的，點擊后應(yīng)是在打開藍(lán)牙的情況下拒絕接收信號，再次點擊將可以重新接收信號。測試用例：在初始狀態(tài)下，在ARM端我使用打火機提供被測氣體，使ARM端發(fā)送一個警報信號給手機客戶端，此時發(fā)現(xiàn)手機客戶端報警。報警過后，按下關(guān)閉連接按鍵，再次使用打火機，發(fā)現(xiàn)手機客戶端并不會有警報。再按下打開聯(lián)機按鍵，此時又重新有

45、警報產(chǎn)生。因此可知聯(lián)機按鍵可以正常運行。測試結(jié)果如表6.4所示。表6.4 手機客戶端聯(lián)機開關(guān)及集成警報測試結(jié)果測試條目預(yù)期結(jié)果實際結(jié)果說明指示燈警報指示燈Image會更換為警報燈指示燈Image更換為警報燈指示燈警報能夠正常工作聲音警報有聲音警報提示有聲音警報提示聲音警報能夠正常工作氣體檢測時間顯示顯示檢測到氣體的開始和結(jié)束時間顯示檢測到氣體的開始和結(jié)束時間氣體檢測時間顯示能夠正常工作關(guān)閉聯(lián)機按鍵測試好前三項之后，點擊按鍵，不會有警報效果點擊后，沒有警報效果關(guān)閉聯(lián)機按鍵能夠正常工作打開聯(lián)機按鍵測試好前四項之后，在關(guān)閉聯(lián)機情況下，點擊按鍵，重新恢復(fù)警報效果點擊后，有警報效果打開聯(lián)機按鍵能夠正常工

46、作第7章結(jié)論當(dāng)前，我們正處在一個信息化的時代，盡可能快速及時的信息傳遞，更穩(wěn)定更有效的無線技術(shù)才是競爭的有力手段。能否獲得利潤和取得市場領(lǐng)先地位取決于設(shè)計者理解用戶需求并能夠全方位的滿足用戶這種需求的能力。基于ARM的甲烷檢測報警系統(tǒng)通過這次改造，已經(jīng)不僅滿足用戶檢測甲烷等可燃性氣體并預(yù)警的需求，并解決了以前用戶需要身處被測環(huán)境這種具有威脅到用戶生命安全的隱性威脅。利用Android手機應(yīng)用廣的特點，基于Android平臺開發(fā)的客戶端也更易于用戶接受，使用該平臺的客戶端來對用戶進(jìn)行報警也更具有時尚感，而不再是過去簡單的蜂鳴器報警，且專屬于某一平臺的運用也可產(chǎn)生一定的商業(yè)價值。選取成本較為低廉且性能強悍的ARM芯片也可以提高設(shè)計的價值，在保證設(shè)計的性能和的前提下，極大的降低了開發(fā)和生產(chǎn)成本。我個人認(rèn)為未來對于該設(shè)計的改造主要在于所使用的無線技術(shù)的提升。使用藍(lán)牙技術(shù)固然可以穩(wěn)定的提供無線支持，但是在距離以及用戶習(xí)慣上并不十分方便，用戶可能并不在藍(lán)牙模塊的檢測范圍內(nèi)，也可能并不習(xí)慣于經(jīng)常打開藍(lán)牙和客戶端主動去獲取相關(guān)的警報信息，在這種情況下，本設(shè)計的實用性就會大大降低。如果使用3G或者其他的應(yīng)用范圍更廣泛的無線網(wǎng)絡(luò)將使該設(shè)計更為方便，也使用戶可以不在被測環(huán)境附近或更遠(yuǎn)的距離也可了解相關(guān)情況，且用戶并不需要特意的打開藍(lán)牙，只需手機有3G等無線網(wǎng)絡(luò)就可以得到ARM端發(fā)送的信號。