1、,我一直在路上,我一直在路上，寻找合适的方向,我一直在路上， 希望能在终点里停航,但 我 的 步 伐 终 究 没 有 停 下 ,我继续寻求梦想,我一直在路上 ，走着没有终点的方向 ；身边的人们说， 走着就心中便没有方向 ；我一直在路上， 渴望在终点里停航 。,毕业论文（设计）,题 目：烟雾自动排风控制器 系部名称： 信息工程系专业班级：电气083 学生姓名： 邢翠幸 学 号：200880884303 指导教师： 赵强松 教师职称：讲 师 2012年05月23日,摘 要,吸烟有害身体健康，目前不少公共场所或办公室等都禁止吸烟，但仍有人不自觉照常抽烟，使房间里烟雾弥漫，且容易引起火灾。本文介绍的烟
2、雾自动排风控制器，是当房间里烟雾浓度达到设定的程度时，发光二极管会闪烁，蜂鸣器报警，并且排气风扇会自动向外排风，保持室内空气清新，同时亮起“请勿吸烟”暂示灯，提醒人们不要吸烟，同时也减少了火灾的发生。 本文提出了一种十分简便可行的方法，即在室内安装高灵敏度的烟雾传感器来检测室内的烟雾浓度，然后通过A/D转换为数字信号，之后用单片机的逻辑判断能力来控制电机和蜂鸣器。若烟雾浓度超过报警浓度时，发光二极管不停闪烁，蜂鸣器鸣叫报警，装置自动打开排风机，同时LCD显示“No Smking”警示牌。直到烟雾浓度降到设定值以下，发光二极管停止闪烁，蜂鸣器停止鸣叫。用这种烟雾报警器减少火灾的危害。 该系统由烟
3、雾传感器MQ-2、模数转换器TLC2543、单片机STC89C52、显示器LCD1602、电磁式继电器HLS8L-DC5V-S-C、电机以及蜂鸣器等构成。当烟雾传感器检测出室内烟雾浓度超标时，该系统会自动报警并排除烟雾，实现其控制功能。 关键字：烟雾传感器，TLC2543，STC89C52,目录,第1章 概述 1.1 研究的目的意义 1.2 国内外研究现状 1.3 本文研究内容 第2章 硬件电路设计 2.1 硬件设计思想和原理图 2.2 系统设计所需资源 2.3 烟雾报警器的硬件电路设计 2.3.1 STC89C52微处理器系统 2.3.2 烟雾传感器 2.3.3 A/D转换电路 2.3.4
4、LCD显示电路 2.3.5 报警电路 2.3.6 继电器控制电机电路,第3章 软件程序设计 3.1 主程序 3.2 数据采集子程序 3.3 数据处理子程序 第4章 实验结果 第5章 结论 参考文献 致谢 附：烟雾自动排风控制器的原理图及部分软件程序,第1章 概述,烟雾火灾报警系统是各行各业必需的一种安全系统网络，可靠的监测与数据传输是该系统非常重要的环节。 1.1 研究的目的意义现代化的建筑规模大、标准高、人员密集、设备众多，对防火要求极为严格。随着我国经济建设的发展，各种高层建筑、大中型商业建筑、厂房不断涌现，对消防报警系统提出了更高更严的要求。为了早期发现和通报火灾，防止和减少火灾危害，保
5、护人身和财产安全，保卫社会主义现代化建设，在现代化的工业民用建筑、宾馆、图书馆、科研和商业部门，火灾自动报警系统已成为必不可少的设施。本文将对火灾的探测与报警技术以及一些使用的火灾报警电路进行介绍。单片机及烟雾传感器是烟雾报警器系统的两大核心。单片机好比一个桥梁，联系着传感器和报警电路设备。,1.2 市场调研火灾自动报警系统已有百余年的发展历史，世纪年代美国诞生的火灾报警装置标志着火灾自动报警系统首次进入人们的视野。早期在英国，感温式火灾探测器研制成功并应用于火灾探测系统，标志着火灾自动报警系统的发展走上正轨。此后，随着世界科技取得了突飞猛进的进步和各种新兴技术的出现和发展，火灾监测技术也相应
6、迅速发展，各种类型的火灾探测器相继问世，并日臻完善。 我国火灾报警系统起步较晚，从上世纪七十年代才开始研制生产这类产品。自改革开放以来，高层建筑甚至超高层建筑如同雨后春笋，蓬勃发展，使得火灾自动报警系统的需求量迅速增加，同时也催生了火灾自动报警系统的技术创新，带动了这一行业的蓬勃发展。我国火灾自动报警系统的研发、生产和应用的等方面不断地吸引了社会各界的人力、物力、财力和科技的投入，并取得了令人瞩目的成就。,1.3 本文研究内容本论文研究的是一种以气敏传感器和单片机为主，检测空气烟雾浓度，并具有声光报警和自动排风功能的烟雾自动排风控制器。其可检测出室内部空气中万物浓度值，并可根据不同的环境设定不
7、同的阈值，超过阈值时进行声光报警来提示危害。本课题分为两部分：硬件设计部分和软件设计部分。硬件部分为利用MQ-2气敏传感器测量空气中烟雾浓度，并转换为电压信号经A/D转换后传给单片机系统，由单片机及其外围电路进行信号的处理，显示浓度值以及超阈值声光报警。软件部分用C语言进行编程，程序采用模块化设计思想。各个子程序的功能相对独立，便于调试和修改。而硬件电路又大体可分为单片机小系统电路、A/D转换电路、声光报警电路、LCD显示电路，各部分电路的设计及原理将会在硬件电路设计部分详细介绍，程序的设计使用C语言编程。,第2章 硬件电路设计,烟雾火灾报警器是能够检测环境中的烟雾浓度，并具有报警功能的仪器。
8、该报警系统的最基本组成部分应包括：信号采集电路、模数转换电路、单片机控制电路、字符显示电路、声光报警电路和安全保护电路等部分组成。为适应家庭和工业等场所对可燃性烟雾安全性要求，设计的烟雾报警器具有显示报警状态、故障自检、换气排烟和自动灭火等功能。报警器采用延时的工作方式，烟雾检测报警器以AT89C52单片机为控制核心，选用QM-2半导体气体烟雾传感器采集烟雾浓度信息，配合外围电路构成烟雾报警系统。报警器系统结构如图2-1。,图 2-1烟雾报警器系统结构框图,2.1 硬件原理图如图2-2所示，采用MQ-2烟雾传感器将烟雾信号转换成敏感体电阻的变化，外接电源和负载电阻，把电阻变化转换成电压信号，利
9、用TLC2543芯片的模数转换功能采样电压变化，输送给STC89C52单片机，单片机一方面将烟雾浓度用LCD显示出来；另一方面通过分析判断烟雾浓度，当达到预定报警浓度时蜂鸣器报警，同时继电器连接，发动机通电转动，进行安全排风。2.2 系统设计所需资源MQ-2烟雾传感器、TLC2543芯片、STC89C52单片机、LCD1602、继电器、电机、蜂鸣器、开关、电容、电阻、单片机实验板等。,图2-2 硬件电路图,2.3 烟雾浓度检测仪的硬件电路设计硬件设计时，考虑烟雾浓度是由传感器把非电量转换为电量，传感器输出的是0-5V的电压值并且电压值稳定，外部干扰小等。因此，可以直接把传感器输出电压值经过TL
10、C2543采集数据送入单片机进行处理。烟雾自动排风控制器的硬件电路设计主要包括：传感器测量电路、STC89C52单片机系统、A/D转换电路、LCD显示电路、继电器控制电机电路、声光报警电路。2.3.1 STC89C52微处理器系统单片机是一种集成电路芯片，采用超大规模技术把具有数据处理能力(如算术运算、逻辑运算、数据传送、中断处理)的微处理器(CPU)、随机存取数据存储器(RAM)、只读程序存储器(ROM)、输入输出电路(I/O口)、还包括定时计数器、串行通信口(SCI)、显示驱动电路(LCD或LED驱动电路)、脉宽调制电路PWM、模拟多路转换器及A/D转换器等电路集成到一块单块芯片上，构成一
11、个虽小然而完善的计算机系统。这些电路能在软件的控制下准确、迅速、高效地完成程序设计者事先规定的任务。,本设计选用STC89C52单片机STC89C52是一种低功耗、高性能CMOS8位微控制器，具有 8K 在系统可编程Flash 存储器，如图2-3。使用Atmel公司高密度非易失性存储器技术制造，与工业80C51 产品指令和引脚完全兼容。在单芯片上，拥有灵巧的8 位CPU 和在系统可编程Flash，使得STC89C52为众多嵌入式控制应用系统提供高灵活、超有效的解决方案。 具有以下标准功能： 8k字节Flash，512字节RAM， 32 位I/O 口线，看门狗定时器，内置4KB EEPROM，M
12、AX810复位电路，三个16 位 定时器/计数器，一个6向量2级中断结构，全双工串行口。另外 STC89X52 可降至0Hz 静态逻辑操作，支持2种软件可选择节电模式。空闲模式下，CPU 停止工作，允许RAM、定时器/计数器、串口、中断继续工作。掉电保护方式下，RAM内容被保存，振荡器被冻结，单片机一切工作停止，直到下一个中断或硬件复位为止。最高运作频率35Mhz，6T/12T可选。,2-3 STC89C52管脚图,（1）单片机时钟电路 STC89C52内部有一个用于构成振荡器的高增益反相放大器，引脚RXD和TXD分别是此放大器的输入端和输出端。时钟可以由内部方式产生或外部方式产生。内部方式的
13、时钟电路如图2-4所示，在RXD和TXD引脚上外接定时元件，内部振荡器就产生自激振荡。定时元件通常采用石英晶体和电容组成的并联谐振回路。晶体振荡频率可以在1.212MHz之间选择，电容值在530pF之间选择，电容值的大小可对频率起微调的作用。,图2-4 内部方式时钟电路,（2）单片机复位电路a 复位操作复位是单片机的初始化操作。其主要功能是把PC初始化为0000H，使单片机从0000H单元开始执行程序。除了进入系统的正常初始化之外，当由于程序运行出错或操作错误使系统处于死锁状态时，为摆脱困境，也需按复位键重新启动。b复位信号及其产生REST引脚是复位信号的输入端。复位信号是高电平有效，其有效时
14、间应持续24个振荡周期(即二个机器周期)以上。若使用颇率为6MHz的晶振，则复位信号持续时间应超过4us才能完成复位操作。 本设计用的复位电路如图2-5：,图2-5 复位电路,2.3.2 烟雾传感器传感器是一种能把非电输入信息转换成电信号输出的器件或装置，通常由敏感元件与转换元件组成。敏感元件指传感器中能直接感受被测量的部分，转换部分指传感器中能将敏感元件输出量转换为适于传输和测量的电信号部分。其中，构成传感器的核心元件既是敏感元件。在这次设计中，传感器是一个很重要的元件，需要通过它把测得的物质重量转换为单片机可以识别的电信号。因此，对传感器的选择也是非常重要的，不仅要注意其量程和参数，还有考
15、虑到与其相配置的各种电路的设计的难易程度和设计性价比等等。一般来说，传感器一旦确定，与之相配套的测量方法和测试系统及设备也就可以确定了。测量结果的成败，在很大程度上取决于传感器的选用是否合理。,本设计采用烟雾传感器MQ-2灵敏度高、响应快、抗干扰性好、使用方便、价格便宜，且不会发生探头阻缓及中毒现象，维护成本较低等，是半导体烟雾传感器MQ-2的优点。半导体可燃气体传感器MQ-2所使用的气敏材料是在清洁空气中电导率较低的二氧化锡(SnO2)。当传感器所处环境中存在可燃气体时，传感器的电导率随空气中可燃气体浓度的增加而增大。使用简单的电路即可将电导率的变化转换为与该气体浓度相对应的输出信号。MQ-
16、2气体传感器对液化气、丙烷、氢气的灵敏度高，对天然气和其它可燃蒸汽的检测也很理想。这种传感器可检测多种可燃性气体，是一款适合多种应用的低成本传感器 遇到可燃烟雾（如CH4等）时，原来吸附的氧脱附，而由可燃烟雾以正离子状态吸附在二氧化锡半导体表面；氧脱附放出电子，烟雾以正离子状态吸附也要放出电子，从而使二氧化锡半导体导带电子密度增加，电阻值下降。而当空气中没有烟雾时，二氧化锡半导体又会自动恢复氧的负离子吸附，使电阻值升高到初始状态。这就是MQ-2型燃性烟雾传感器检测可燃烟雾的基本原理。MQ-2型传感器的系统连接图如图2-6所示，其外观如2-7所示。,图2-6 MQ-2型传感器系统连接图,图2-7
17、 MQ-2型传感器的外观,2.3.3 A/D转换电路TLC2543是TI公司的12位串行模数转换器，使用开关电容逐次逼近技术完成A/D转换过程。由于是串行输入结构，能够节省51系列单片机I/O资源；比TLC1543更高端且价格适中，分辨率较高，因此在仪器仪表中有较为广泛的应用。TLC2543的功能是将连续变化的模拟量转换为离散的数字量，是架起模拟系统跟数字系统之间连接的桥梁。对于本系统而言，就是用于快速、高精度地对输入的烟雾浓度信号进行采样编码，将其转换成单片机所能够处理的数字量。模数转换电路是本系统的关键部分，其性能的好坏直接影响整个系统的质量。TLC2543的端口1和端口2分别连烟雾传感器
18、，使检测更加灵敏可靠。其端口EOC、CLOCK、DIN7、DOUT、CS分别与单片机的P10、P11、P12、P13、P14连接。TLC2543根据单片机的指令将烟雾传感器的数据转换成数字信号并传给单片机。 下图2-8为烟雾传感器与AD转换器连接原理图：,图2-8 烟雾传感器与AD转换器的连接原理图,2.3.4 LCD显示电路本设计选用LCD1602液晶显示器各种图形的显示原理: 线段的显示，点阵图形式液晶由MN个显示单元组成，假设LCD显示屏有64行，每行有128列，每8列对应1字节的8位，即每行由16字节，共168=128个点组成，屏上6416个显示单元与显示RAM 区1024字节相对应，
19、每一字节的内容和显示屏上相应位置的亮暗对应。例如屏幕的第一行的亮暗由RAM区的000H00FH的16字节的内容决定，当（000H）=FFH 时，则屏幕的左上角显示一条短亮线，长度为8个点；当（3FFH）=FFH时，则屏幕的右下角显示一条短亮线；当（000H）=FFH，（001H）=00H，（002H）=00H （00EH）=00H，（00FH）=00H时，则在屏幕的顶部显示一条由8段亮线和8条 暗线组成的虚线。这就是LCD显示的基本原理。 下图2-9为LCD1602系统连接图：,图2-9 LCD1602系统连接图,2.3.5 继电器控制电机电路在各种自动控制设备中，都存在一个低压的自动控制电路
20、与高压电气电路的互相连接问题，一方面要使低压的电子电路的控制信号能够控制高压电气电路的执行元件，如电动机、电磁铁、电灯等；另一方面又要为电子线路的电气电路提供良好的电隔离，以保护电子电路和人身的安全，电磁式继电器便能完成这一桥梁作用。 电磁继电器是在在输入电路内电流的作用下，由机械部件的相对运动产生预定响应的一种继电器。图2-10为继电器在,图2-10 继电器在硬件电路中的连接,2.3.6 报警系统蜂鸣器是一种一体化结构的电子讯响器，广泛应用于计算机、打印机、复印机、报警器、电话机等电子产品中作发声器件。主要分为压电式蜂鸣器和电磁式蜂鸣器两种类型。本次设计采用电磁式蜂鸣器。电磁式蜂鸣器主要由振
21、荡器、电磁线圈、磁铁、振动膜片及外壳等通电源后，振荡器产生的音频信号电流通过电磁线圈，使电磁线圈产生磁场，振动膜片在电磁线圈和磁场的相互作用下，周期性地振动发声。蜂鸣器发声原理是：电流通过电磁线圈，使电磁线圈产生磁场来驱动振动膜发声的，因此需要一定的电流才能驱动它，单片机I/O引脚输出的电流较小，单片机输出的TTL电平基本上驱动不了蜂鸣器，因此需要增加一个电流放大的电路。C51增强型单片机实验板通过一个三极管Q2来放大驱动蜂鸣器。,在本次设计中，将蜂鸣器的正极接到PNP三极管的C极，三极管的基级B经过限流电阻R5=10K后由单片机的P3.4引脚控制，当P3.4输出高电平时，三极管器Q2截止，没有电流流过线圈，蜂鸣器不发声；当P3.4输出低电平时，三极管导通，这样蜂鸣器的电流形成回路，发出声音。因此，可以通过程序控制P3.4脚的电平来使蜂鸣器发出声音和关闭。 下图2-11为蜂鸣器实物图、2-12为蜂鸣器在硬件中的连接图,图2-11 蜂鸣器实物图,图2-12 蜂鸣器在硬件中的连接图,第3章 软件程序设计,3.1 主程序,图3-1 主程序流程图,3.2 数据采集子程序,图3-2 A/D转换子程序流程图,3.3 数据处理子程序,图3-3 数据处理子程序流程图,
