[优秀毕业设计精品]温湿度、酒精浓度、烟雾浓度检测报警系统.pdf
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1、机电综合应用 题目:温湿度、酒精浓度、烟雾浓度检测报警系统 系部名称:信息工程系专业班级:测控 08 班 学生姓名:学号: 指导教师:教师职称:讲师 2011 年 12 月 29 日 信息商务学院课设论文 I 摘要 酒精泄露的检测、监控以及对酒后驾车的检测对居民的人身和财产安全都是 十分重要且必不可少。资料显示,我国近几年发生的重大交通事故中,有将近三 分之一是有酒后驾车引起的。为了防止机动车辆驾驶人员酒后驾车,现场实时对 人体呼气中酒精含量的检测已日益受到重视,酒精浓度测试仪逐渐得到广泛应用。 此外,酒精测试也可应用于食品加工、酿酒等需要监控空气中酒精浓度场合。如 今,气体传感器向低功耗、多
2、功能、集成化方向的发展,因此,酒精浓度检测仪 具有十分广阔的现实市场和潜在的市场要求。烟雾报警器就是通过监测烟雾的浓 度来实现火灾防范的,烟感器内部采用离子式烟雾传感,离子式烟雾传感器是一 种技术先进,工作稳定可靠的传感器,被广泛运用到各种消防报警系统中,性能 远优于气敏电阻类的火灾报警器。本文运用了单片机,并借助相应的外围电路, 将检测结果通过LCD、LED 等显示方法告知使用者。本设计用的MQ303 酒精传 感器就是一种对气体敏感的化学传感器,以及MQ-2 烟雾浓度传感器,它们随着 外部气体的浓度不同而改变敏感膜的电阻。系统选STC89C52RC单片机为控制核 心,对检测到的气体状况进行相
3、应的处理分析、处理和显示,并能够实现超限报 警。 关键字:酒精传感器,烟雾传感器,STC89C52 单片机,显示报警 信息商务学院课设论文 II Alcohol smoke sensor reports Abstract Alcohol, leak detection, monitoring and drunk driving detection on Residents personal and property safety is very important and essential. Data shows, our country in last few years the majo
4、r traffic accidents, there are nearly 1/3 is a drunken driving. In order to prevent the motor vehicle drivers drunk driving, live on human breath alcohol content detection has received increasing attention, alcohol concentration test instrument widely used. In addition, alcohol test can also be used
5、 in food processing, wine and other need to monitor air alcohol concentration.Nowadays,the gas sensor to low power, multi-function, integrated development ,therefore, the alcohol concentration detector has a very broad market and potential market demand. The smoke alarm is by monitoring the smoke co
6、ncentration to achieve fire prevention, smoke detectors, the internal use of ion smoke sensor, ion smoke sensor is a kind of advanced technology, stable and reliable operation of the sensor, is widely used in all kinds of fire alarm system, performance far superior to the gas sensing resistance type
7、 fire alarm.This paper uses the single chip microcomputer, and with the aid of the peripheral circuit, the detection results by LCD, LED and other display methods to inform the user of. The design of the MQ303 alcohol sensor is a kind of gas sensitive chemical sensor, as well as MQ-2 smoke concentra
8、tion sensor, with external gas concentrations or in different sensitive membrane resistance,Selection of STC89C52RC MCU as the control core, the detected gas condition corresponding treatment analysis, processing and reality, and through the alarm to prompt. Keywords:alcohol sensor smoke sensor sing
9、le chip STC89C52 display alarm 信息商务学院课设论文 III 目 录 1、总体思想 1 1.1系统设计所需资源 . 1 2.2系统框图和主程序流程图. 1 2、方案选择 3 2.1单片机的选择 . 3 2.2传感器的选择 . 4 2.2.1 酒精传感器的选择 . 4 2.2.2 烟雾传感器的选择 . 4 2.2.3 温湿度传感器 . 5 2.3模数转换器的选择 . 5 2.4LCD 液晶显示 5 2.5报警方案 . 6 3、硬件设计 7 3.1STC89C52单片机 7 3.2传感器 . 12 3.2.1 酒精传感器 MQ-3 . 12 3.2.2 烟雾传感器 M
10、Q-2 . 13 3.2.3 DHT11 数字温湿度传感器 14 3.3TLC2543 数模转换器 16 3.4LCD 液晶显示 18 3.5按键电路 . 20 3.6报警电路 . 20 3.7时钟芯片 DS1302 . 22 4、软件设计 24 5、结论 24 参考文献 26 附录: 27 信息商务学院课设论文 1 1、总体思想 1.1 系统设计所需资源 STC 单片机 STC89C52,MQ-2 电阻式烟雾传感器、 MQ-3A 酒精传感器各1 个,16P,40P等底座若干 ,LED 发光二极管各若干个 ,蜂鸣器一个 ,5V 直流电机及电 机配套的风扇叶一个 ,5V 直流电机及配套偏心轮(震
11、动使用),单面覆铜板(印制 PCB 版),电位器 102,103 各若干 ,LM324 或 LM339 一个,12864液晶一块 ,按键若 干,自锁按键若干 ,继电器一个 ,导线若干。 2.2 系统框图和主程序流程图 图 1-1 框图 STC89C52 单 片 机 电源 切换按键 模 数 转 换器 TLC254 3 酒精传 感器 QM303 两 重 报 警 LCD 显 示 浓度显示 时间显示 发光二级管 蜂鸣器 温湿度传感器 烟雾传感器 MQ-2 时钟 DS1102 温度显示 信息商务学院课设论文 2 图 1-2 流程图 N Y N 开始 初始化设置 初始化设置 按键扫描 有键按下 读 键 值
12、 显示子程序 信息商务学院课设论文 3 2、方案选择 2.1 单片机的选择 Atmega8 单片机 ATmega8是在 AVR 家族中, ATmega8是一种非常特殊的单片机,它的芯片内 部集成了较大容量的存储器和丰富强大的硬件接口电路,具备AVR 高档单片机 MEGE 系列的全部性能和特点 【1】 。但由于采用了小引脚封装(为DIP 28 和 TQFP/MLF32) ,所以其价格仅与低档单片机相当,再加上 AVR 单片机的系统内可 编程特性,使得无需购买昂贵的仿真器和编程器也可进行单片机嵌入式系统的设 计和开发,同时也为单片机的初学者提供了非常方便和简捷的学习开发环境。 ATmega8 的这
13、些特点,使其成为一款具有极高性能价格比的单片机,深受广 大单片机用户的喜爱,在产品应用市场上极具竞争力,被很多家用电器厂商和仪 器仪表行业看中,从而使ATmega8迅速进入大批量的应用领域。但是其管脚比较 少,不适合这次课设。 STC89C52单片机 STC 单片机是 MICROCHIP 公司的产品,其突出的特点是功耗低,精简指令 集 ,抗干扰性好,可靠性高,但是存在溢出隐患问题。8051 系 列采用的是堆栈 指针,STC 采用硬件堆栈 8 级。当堆栈指针设定合理, 局部变量少的情况下, 8051 系列用 10层的程序嵌套不会出现问题。 而 STC 单片机程序嵌套包括中断最多不能 超过 8 层
14、。所以如果用C 语言进行 STC 编程设计容易堆栈溢出 2 。汇编语言对于 不同的 CPU,其汇编语言可能有所差异, 所以不易移植。而 C 语言是一种结构化 的高级语言,虽然占用资源较汇编多,但是可读性好,移植容易,是普遍使用的 一种计算机语言。鉴于C 语言的易读性和普遍性,本论文的软件设计选择C 语言 编程。 为适用于本论文设计的烟雾酒精检测报警器,应选择一种比 8051系列速度快, 功耗低,抗干扰性好,而又避免C 语言编程溢出问题的单片机。 宏晶科技新推 出的 STC89C52 系列单片机具有高速、低功耗、超强抗干扰等优点,STC89C52是 一种带 8K 字节闪烁可编程可檫除只读存储器的
15、低电压,高性能COMOS8 的微处 理器,俗称单片机。该器件采用ATMEL搞密度非易失存储器制造技术制造,与 工业标准的 MCS-51 指令集和输出管脚相兼容。其突出的特点是功耗低,精简指 令集 ,抗干扰性好,可靠性高。是的新一代8051 单片机,指令代码完全兼容传 统 8051,速度 却比 8051 单片机快 812倍。 。而且在功能同样的情况下,管脚较 信息商务学院课设论文 4 少封装体积小,价格比其他型号便宜,因此具有很好的性价比和应用适应性。 2.2 传感器的选择 2.2.1 酒精传感器的选择 方案 1:直热式 MnO?半导体气敏传感器 制作工艺简单、成本低、功耗小,可以在高回路电压下
16、使用、价格低廉的可燃 气体泄漏报警器。但是其热容量小,易受环境气流的影响;测量回路与加热回路 间巷削辑离,互相影响;加热丝在加热和不加热状态下会产生涨缩,易造成与材 料的接触不良。 方案 2:旁热式 MnO?半导体气敏传感器 克服了直热式的缺点, 其测量极与加热丝分开, 加热丝不与气敏元件接触, 免 了回路间的相互影响;元件热容量大,降低了环境气氛对元件加热温度的影响, 并保持了材料结构的稳定性,不过价格昂贵。 近年来,使用二氧化锡(SnO2)气敏元件制成的酒精检测器,不仅对酒精味敏 感,对汽油味、香烟味同样敏感,易造成检测失误,因此限制了它的普遍推广和 使用。综上我选择了方案二旁热式MnO?
17、半导体气敏传感器MQ-3 气体传感器, MQ-3 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 所处环境中存在酒精蒸汽时,传感器的电导率随空气中酒精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-3 气体传感器对酒精的灵敏度高,可以抵抗汽油、烟雾、水蒸气的干扰。这种 传感器可检测多种浓度酒精气氛,是一款适合多种应用的低成本传感器.所以我们 选择 MQ-3 酒精传感器。 2.2.2 烟雾传感器的选择 GQQ0.1 型烟雾传感器质安全型,适用于煤矿井下有瓦斯、煤尘爆炸性气体环 境中,与综保监控仪配套,(也可用于其它电控
18、装置配套),用于煤矿井下皮带 输送机胶带因摩擦发热或其它原因产生的烟雾进行检测,通过可编程控制器编程 实现对皮带的保护。主要用于煤矿井下皮带输送机胶带因摩擦发热或其它原因产 生的烟雾进行检测,通过可编程控制器编程实现对皮带的保护。 MQ-2 烟雾传感器烟雾传感器属于气敏传感器,是气-电变换器,它将可燃性 气 体在空气中的含量 (即浓度 )转化成电压或者电流信号, 通过 A/D 转换电路将模 信息商务学院课设论文 5 拟量转换成数字量后送到单片机,进而由单片机完成数据处理、浓度处理及报警 控制等工作。 按敏感机理分类, 可分为电阻型和非电阻型。 半导体气敏元件也有N 型和 P型之分。N 型在检测
19、时阻值随烟雾浓度的增大而减小;P型阻值随烟雾浓度 的增大而增大。适用于家庭或工厂的气体泄漏监测装置,适宜于液化气、丁烷、 丙烷、甲烷、酒精、氢气、烟雾等监测装置。 对比过后,本设计选用MQ-2 型烟雾传感器, 这种型号的传感器具备一般半导体烟雾传 感器灵敏度高、响应快、抗干扰能力强、寿命长等优点。它将可燃性气体在空气中的含量(即 浓度 )转化成电压或者电流信号,通过A/D 转换电路将模拟量转换成数字量后送到单片机, 进而由单片机完成数据处理、浓度处理及报警控制等工作。 2.2.3 温湿度传感器 DHT11 数字温湿度传感器是一款含有已校准熟悉信号输出的温湿度复合传 感器,它应用专用的数字模块采
20、集技术和温湿度传感技术,确保产品具有极高的 可靠性和卓越的长期稳定性。传感器包括一个电阻式感湿元件和一个NTC 测温元 件,并与一个高性能8 位单片机相连接。因此该产品具有品质卓越、超快响应、 抗干扰能力强、性价比极高等优点。 2.3 模数转换器的选择 ADS8364是一款六路模拟输入、16位并行输出的模数转换器。六路模拟输入 分为三组 (A,B 和C) ,每个输入端都有一个保持信号来实现所有通道的同时采样与 转换功能,非常适合于多路 (多种)采集系统的需要。 ADS8364提供了一个灵活的高 速并行接口,可以运行在直接寻址、循环采样、FIFO等三种模式,每个通道的输 出数据都可直接作为一个1
21、6bit的字。 TLC2543是11输入端是我 12位模数转换器, 具有转换快、 稳定性好、与微处理 器接口简单、价格低等优点,应用前景好。由于它带有串行外设接口,而51系列 单片机没有 SPI,因此研究它的接口与 51单片机的接口非常有意义。所以课设选择 了TLC2543模数转换器。 2.4 LCD 液晶显示 显示质量高,由于液晶显示器每一个点在收到信号后就一直保持那种色彩和 亮度,恒定发光,而不像阴极射线管显示器(CRT)那样需要不断刷新新亮点。因 此,液晶显示器画质高且不会闪烁。数字式接口,液晶显示器都是数字式的,和 信息商务学院课设论文 6 单片机系统的接口更加简单可靠,操作更加方便。
22、体积小、重量轻,液晶显示器 通过显示屏上的电极控制液晶分子状态来达到显示的目的,在重量上比相同显示 面积的传统显示器要轻得多。功耗低,相对而言,液晶显示器的功耗主要消耗在 其内部的电极和驱动 IC上,因而耗电量比其它显示器要少得多。 2.5 报警方案 方案 1:蜂鸣器发音报警 蜂鸣器是一种给它接上一定电压后发出“嘀嘀嘀”响声的发音 设备。其耗电低,发音效果好,容易引起人们注意,不过其功能小,应用领域不 大 方案 2:扬声器报警 用扬声器发出设计时实现录制好的声音,提醒驾驶员切勿酒后驾驶。虽然很 贴近实际,可以让人不必再用“解码”就可以知道,但是其声音响度不够。 经过考虑,蜂鸣器发音报警其耗电低
23、,发音效果好,容易引起人们注意,不 过其功能小,应用领域不大。但考虑到不需要其太大功能,所选择蜂鸣器。 该电路将通过发光二极管(LED)闪亮来实现光报警 信息商务学院课设论文 7 3、硬件设计 3.1 STC89C52 单片机 STC89C52 单片机引脚如图 3-1: 图 3-1 STC89C52 引脚图 ?Vcc:电源电压 ?GND:地 ?P0口:P0口是一组 8 位漏极开路型双向I/O 口,也即地址 /数据总线复用口。 ?P1 口:P1是一个带内部上拉电阻的8 位双向 I/O 口,P1 的输出缓冲级可驱 动(吸收或输出电流) 4 个 TTL 逻辑门电路。 ?P2 口:P2是一个带有内部上
24、拉电阻的8 位双向 I/O 口,P2 的输出缓冲级可 驱(吸收或输出电流) 4 个 TTL 逻辑门电路。 ?P3 口:P3口时一组带有内部上拉电阻的8 位双向 I/O 口。P3 口输出缓冲级 可驱动(吸收或输出电流)4 个 TTL 逻辑门电路。 ?RST:复位输入。当振荡器工作时,RST 引脚出现两个机器周期以上高电平 将使单片机复位。 ?ALE :当访问外部程序存储器或数据存储器时,ALE(地址锁存允许 )输出脉 冲用于锁存地址的低8 位字节。一般情况下, ALE 仍以时钟振荡频率的1/6 输出 固定的脉冲信号,因此它可对外输出时钟或用于定时目的。 ?错误!未找到引用源。错误!未找到引用源。
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