秸秆禁烧无线监测系统的设计及实现90766949

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1、 毕 业 论 文 设 计题 目 秸秆禁烧无线监测系统的设计及实现 毕业论文设计任务书院(系) 物理与电信工程学院 专业班级 通信1102 学生姓名 张 帅 一、毕业论文设计题目 秸秆禁烧无线监测系统的设计及实现 二、毕业论文设计工作自 年 12 月 9 日起至 年 6 月 20 日止三、毕业论文设计进行地点: 物 电 学 院 实 验 室 四、毕业论文设计的内容规定：1、本次毕业设计规定如下： 设计一种秸秆禁烧无线监测系统，规定： 通过基于ZigBee技术的无线传感网络实现农田监测区域的温度/烟度等参数的数据采集； 运用既有通信网络进行远程数据传播； 编写一套上位机监测中心管理软件，通过系统对温

2、度/烟度等环境参数采集并传播，运用管理软件对采集数据进行分析，以实现农田监测区域多种监测点数据实时获取、数据共享及安全预警功能。 2、毕业设计成果规定： 程序代码、硬件实物和论文，论文规定计算机打印（A4纸），论文有不少于3000词的有关英文中文翻译。 3、毕业设计时间安排： 14周：查阅有关资料，熟悉题目内容，掌握设计原理，提交开题报告； 510周：根据设计原理，进行相应软、硬件设计； 1112周：完善设计功能，整顿资料并进行成果测试及分析； 1314周：毕业设计验收； 1516周：撰写、修改、提交毕业论文，毕业答辩。 指 导 教 师 系(教 研 室) 系(教研室)主任签名 批准日期 接受论

3、文 (设计)任务开始执行日期 学生签名 秸秆禁烧无线监测系统的设计及实现张 帅（陕西理工学院物理与电信工程学院通信1102班，陕西 汉中 723000）指引教师：张文丽 摘要农田秸秆禁烧无线监测系统是实现农田及农村信息无线监测、无人值守，有效并且可靠管理的重要构成部分，是推动农田及农村智能化管理的重要环节，具有较大的应用价值。本课题设计一种无线监测系统，选用STC89C52单片机作为主控芯片，分别用DS18B20温度传感器、MQ-2烟雾传感器采集环境温度和烟雾浓度，通过STC89C52单片机解决后实现温度及烟雾浓度显示、越界报警功能，同步，本课题研究开发上位机监测软件。系统对监测信息采集并传播

4、，通过监测软件观测监测点的温度及烟雾浓度。该系统构造简朴、性能稳定、使用以便、价格低廉、具有一定的实用价值。 核心词监测；上位机；单片机；传感器 Design and Implementation of Straw Incineration Wireless Monitoring SystemZhang Shuai(Grade11,Class2,Major of Communication Engineering,Physical and Telecommunication Engineeringinstitute,Shaanxi University of Technology,Hanzho

5、ng 723001,Shaanxi)Tutor: Zhang Wenli Abstract:Farmland straw incineration wireless monitoring system is very important in application. By effective and reliable management, it can realize the rural information wireless monitoring. Its one of the important steps to promote the farmland and rural inte

6、lligent management,so it has great value in application.The issue designs a wireless detection system.In this design,the STC89C52 single-chip microcomputer was choosed as the master control chip and the system collect environmental information from the MQ-2 and DS18B20 sensor respectively.After proc

7、essing by STC89C52,the system can display temperature and smoke concentration in nixie tube,and the system can also give an alarm when environmental information cross the border. Simultaneously,the research develops monitoring software for upper computer.The system can transmit monitoring informatio

8、n from the MQ-2 and DS18B20 sensor,and we can observe the temperature and smoke concentration of the monitoring points by the monitoring software.Because of the advantages of simple structure,stable performance,convenient application and low cost,the system would have a certain practical value. Key

9、words:monitor,PC, MCU, sensor 目 录引 言11 研究背景21.1 研究意义21.2 研究现状21.3 本文的重要内容32 方案论证42.1 设计规定42.2 方案设计42.3 方案选择53 硬件设计63.1 单片机最小系统63.1.1 电源供电模块73.1.2 晶振电路73.1.3 复位电路83.2 信号采集电路93.2.1 温度采集电路93.2.2 烟雾采集电路及AD转换113.3 显示电路133.4 报警电路143.5 键盘电路143.6 无线收发电路144 软件设计164.1 主程序设计164.2 初始化程序设计174.3 数据采集程序设计174.4 按键控

10、制程序设计184.5 报警程序设计194.6 上位机软件设计195 系统分析205.1 系统仿真205.2 硬件测试215.3 功能分析23结束语24致 谢25参照文献26附录A 外文文献原文27附录B 外文文献译文33附录C 部分程序清单38附录D 元器件清单41附录E 实物图42引 言自古以来农民就有焚烧秸秆的习惯，只是近些年焚烧秸秆才被“证明”为雾霾天形成因素，虽然雾霾天并不总是在秸秆焚烧时才浮现，将其拿出来做“挡箭牌”有点难以服众，但事实上，焚烧秸秆的确会让空气质量下降。谁是秸秆焚烧的最大受害者？很明显，是距离起火点近来的人。换言之，涉及焚烧秸秆者在内的住在秸秆焚烧火点周边的人是秸秆焚

11、烧的最大受害者。有过亲身体验的人懂得，秸秆焚烧后，空气中弥漫着一股呛人的味道，叫人喉咙发痒，呼吸困难，全身不自在。焚烧秸秆者不仅要承当身体之苦，若是被抓现行，还要被处以罚款乃至被追究法律责任，代价不可谓不大。但是，焚烧秸秆之害虽大，农民却觉得离自己较远；焚烧秸秆之便利虽小，却能让农民看到眼前的好处、解决其目前的难处。在国内的华北平原地区深受秸秆焚烧之苦，每年夏收秋收之际，每至傍晚，到处浓烟滚滚，甚者十米之外不能见人，口鼻喉咙也被这烟火气撕扯着，呼吸都成难事，眼睛也被熏得疼痛不已。每年两次，有些地方尚有第三波，年年如此。每每到了此等时节，新闻都对这焚烧秸秆的举动深恶痛绝，同步对焚烧秸秆危害的宣传

12、也铺天盖地。加上近年来对空气质量问题的广泛关注，这种可以瞬间让人窒息的破环空气行为，更让舆论大张挞伐。基层政府为了平息众怒，也下了大力气整治。每次到夏秋收获的季节，乡镇里都要把能派出去的干部全撒出去，每天守在田间地头，严禁乡民焚烧秸秆。同步也会规定村委告知乡民禁烧秸秆，违者从重惩处、罚款多少多少之类，还要组织人到地里严防死守。此外也会在路两旁挂满“秸秆还田，利国利民”焚烧秸秆可耻，运用秸秆光荣“之类的横幅。但是不管宣传有多苦口婆心，措施多严肃，阵势有多大，总没多大用处。白天不让烧，乡亲们会晚上结伴点一把火，风高月黑，火势容易蔓延，人却不易被抓，而守护的人也睁只眼闭只眼，毕竟都是乡里乡亲，昂首不

13、见低头见，谁也不会为了这禁令得罪人。况且，自己家的秸秆也等着烧呢或者是村干部等上边风头一过，且村民已收割完毕，不声不响放一把火，把该烧的都烧了，固然，连带自己家的。镇里县里干着急也没措施。因此，这件事就成了死循环，政府年年强调，媒体年年报道，老百姓该烧的却一次都没落下。由于田地面积广阔，看护和管理也十分不便，这就需要一种有效的手段来实时监测田地的状况，并且可以将信息反映给管理者，节省人力资源。本次设计重要针对农田区域的智能化管理来设计出一套可以实现秸秆焚烧监测的应用系统，解决农田的监测困难问题。1 研究背景1.1 研究意义众所周知，国内是一种农业大国，农村人口占全国的绝大多数。人们在衣食住行等

14、各个方面都要依托农业来提供需求，农业的发展关系到全国人民的生活。我们在从事农业生产时往往会产生大量的秸秆，这些秸秆将何去何从是我们应当讨论并解决的问题。每到收获的季节，人们常常会把秸秆就地焚烧，然而她们却忽视了秸秆焚烧所带来的危害。秸秆是成熟农作物茎叶（穗）部分的总称。一般指小麦、水稻、玉米、薯类、油料、棉花、甘蔗和其他农作物在收获籽实后的剩余部分。人们目前对秸秆解决方式最直接的印象就是在田里大量焚烧，人们为了加快农忙的进程，就地焚烧大量的秸秆，却不知这样做她们将会付出更为严重的代价。尽管这些年来，有关部门采用了某些措施遏制了秸秆就地焚烧，但这些措施却未能从主线上消除此类事件的发生，这一现象在

15、国内的东部地区更加常用。每年到了农作物丰收的时候，就会在田地里产生诸多秸秆，对于农民来说最以便快捷的措施就是就地焚烧，焚烧产生的滚滚浓烟几乎可以使人窒息，秸秆焚烧还会给我们的生活带来严重的影响，例如机场停运、高速公路封闭等事故给我们带来诸多不便，导致的损失也不计其数。据记录，国内目前耕地面积有15亿亩，每年产出的农作物秸秆多达6亿吨，其中稻草约占1.8亿吨，玉米2.2亿吨，小麦1.1亿吨，尚有甘薯蔓、油菜秸、大豆秸、甘蔗梢、高粱秸、花生秧及壳等农作物产出的秸秆都超过千万吨，而在每年大概有80的秸秆都被直接焚烧，农作物秸秆得不到有效运用反而成为一大公害。为了改善农业生产带来的害处，农业部等国家六

16、部联合发布，提出了加强秸秆综合运用和严禁禁烧的政策。秸秆焚烧给我们生活带来极大危害，应当引起我们高度注重。一是焚烧的烟雾会污染空气，进而影响人的健康。根据研究表白，秸秆焚烧的过程中，产生的二氧化硫、二氧化氮、可吸入颗粒物会严重影响空气质量，使空气中这三种有害气体的含量严重超标，被污染的空气会刺激人的眼睛、鼻子和咽喉等器官，使人浮现咳嗽、胸闷、流泪等不适，严重时也许诱发支气管炎等呼吸道病变，对老年人和少年小朋友危害最大。二是容易浮现安全隐患，例如火灾，会威胁到人们的生命财产安全。秸秆焚烧，极易引燃周边的易燃物，特别是在村庄附近，因施救难度大，一旦引起火灾，后果不堪设想。三是容易导致交通安全隐患。

17、焚烧秸秆产生大量的烟雾，烟雾弥漫会减少空气能见度，使司乘人员的可见视野范畴下降，使交通事故的发生率大大增长。四是焚烧秸秆会变化土壤构造，导致土壤孕育植物的能力下降。焚烧秸秆产生的高温会杀死土壤中的微生物，影响植物对土壤中养分的充足吸取，因而会导致农业收成的严重减产，同样影响农作物的质量。为了初期发现和通报秸秆焚烧现象，避免和减少火灾危害，避免环境污染，减少此类事故的发生，就必须对烟雾进行现场实时检测，采用先进可靠的安全检测仪表，严密监测环境中烟雾的浓度和周边温度，及早发现事故隐患，并及时制止，采用有效措施，避免事故发生和环境污染，才干保证农业生产安全和环境的保护。因此，研究烟雾的检测措施与研制

18、烟雾报警器就成为传感器技术发展领域的一种重要课题。1.2 研究现状国外从20世纪30年代开始研究及开发烟雾传感器，使得烟雾传感技术发展迅速，这一发展趋势之快是由于随着人们对火灾安全的意识增强，追求更高的生活舒服性和安全性1。据有关记录，美国1996年至烟雾传感器年均增长率为27%30%。随着传感器技术的发展，人们对她的制造工艺也有了明显的提高，现今传感器的体积不断减小，而集成度却提高了诸多，制造工艺也复杂化，传感器的综合性能更加稳定，应用也更加灵活2。 1963年5月，日本成功开发并完毕了第一台接触燃烧式家用燃气泄漏报警器，同年12月将此产品做了改善，改善的报警器可以检测一氧化碳等可燃气体，最

19、多应用于家庭厨房中3。国内在70年代初期也开始了对烟雾传感器的研究，并且生产型号多样、品种也更加齐全，从最初的单一对炼油系统开发的可燃气体传感器到应用于多种生产生活中的安全场合监控，开始浮现多种安全监控报警器，每年的生产产量也在不断上升，这些成就重要是在引用了国外先进的传感器技术和先进的生产制造基本之上，做进一步研究来开发出具有自己特色的产品技术。近些年来，在烟雾选择性和产品稳定性上也有很大进步4。1.3 本文的重要内容本设计针对常常发生的秸秆焚烧事故，重要采用传感器采集信号并对信号做解决，实现远程监控，最后使系统具有温度和烟雾浓度检测及报警功能的秸秆焚烧自动检测报警系统。报警系统由硬件和软件

20、两个部分构成。本设计在硬件设计方面重要对单片机芯片、烟雾传感器和温度传感器的功能和使用措施进行研究并掌握，并且选择合适的型号应用在本设计中。以单片机作为中央解决器，对硬件电路进行设计和驱动。软件部分重要是报警系统控制程序，按照软件实现的功能，重要分为主程序、初始化子程序、键盘解决子程序、报警子程序。本文的第一章重要简介课题的研究意义，简介了秸秆禁烧无线监测系统的发展状况。此外，还简介了论文的重要内容及章节安排；第二章简介了秸秆焚烧探测的实现措施，给出秸秆禁烧无线监测系统的总体设计构架，并且简介了设计应用到的基本技术；第三章简介了秸秆禁烧无线监测系统硬件设计，具体简介了传感器信号采集电路、单片机

21、解决电路及报警电路，并给出相应模块的设计原理图；第四章简介了秸秆禁烧无线监测系统程序设计，简介数据采集子程序、火灾判断与报警子程序等；第五章重要简介本设计方案的具体实现及调试，其中涉及故障监测和检测和功能分析。2 方案论证2.1 设计规定秸秆禁烧无线监测系统是可以检测环境中的温度和烟雾浓度，并具有报警功能的仪器。设计规定通过基于ZigBee技术的无线传感网络实现农田监测区域的温度/烟度等参数的数据采集，运用既有通信网络进行远程数据传播；编写一套上位机监测中心管理软件，通过系统对温度/烟度等环境参数采集并传播，运用管理软件对采集数据进行分析，以实现农田监测区域多种监测点数据实时获取、数据共享及安

22、全预警功能。设计完毕的秸秆禁烧无线监测系统应当具有如下功能：(1)环境数据实时显示功能，显示环境目前的温度和烟雾浓度。(2)报警上限值调节功能，设立温度和烟度的报警上限值。(3)异常报警功能，当环境浮现异常(如烟雾浓度过大或是温度较高)时，能发出异常报警信号，引起人们注意，尽量避免事故的发生。(4)远程无线传播功能，将温度和烟度数据运用无线收发模块传送给PC端实现上位机监控，实现数据的查询和存储。2.2 方案设计(1)方案一：基于单片机的系统设计本设计方案重要由单片机最小系统、显示电路、按键电路、传感器电路、报警电路、无线数据传播电路和上位机系统等模块构成，其中采用STC89C52单片机为主控

23、制系统来控制各模块并且将各模块功能组合在一起形成秸秆禁烧无线监测系统，设计思路如图2.1所示。图2.1 基于单片机的系统框图单片机是整个监测系统的核心，系统的工作原理是：先通过传感器 (涉及温度传感器和烟度传感器)将田地温度、烟雾等非电信号转化为电信号，经由模数转换器将传感器输出的模拟信号转换为单片机可以直接解决的数字信号,完毕将温度传感器和烟雾传感器输出的模拟信号到数字信号的转换5，单片机解决采集到的信号控制显示电路显示温度和烟度参数并判断现场与否发生秸秆焚烧，如果发生秸秆焚烧，系统将控制报警电路报警，在整个过程中运用无线收发模块将采集到的数据发送给PC端上位机系统。(2)方案二：基于FPG

24、A的秸秆禁烧图像监测系统设计本设计方案重要是采用FPGA来实现秸秆焚烧图像的检测措施，一方面采用从秸秆焚烧现场合传回的视频中按每隔几帧抽取出一幅图像，然后通过Matlab软件读取出相应的图像数据，再将读出的图像数据通过FPGA存储在ROM中。然后通过读取ROM中存储的图像数据，根据秸秆焚烧火焰图像的特性进行火灾的监测，最后将检测的成果显示出来。通过采用图像的边沿检测的措施对秸秆焚烧的火焰图像进行边沿检测，根据边沿检测的成果来判断与否发生秸秆焚烧。当上述的检测获得较好的成果后，可以模拟秸秆焚烧的场景进行检测，系统的整体设计通过硬件实现。其硬件电路设计的整体框图如图2.2所示。图2.2 基于FPG

25、A的系统框图此方案应用CMOS图像传感器实现图像数据的采集，通过初始化设立这一模块来实现图像传感器的初始配备。将图像数据采集到之后，通过颜色空间相应的转换，然后将转换完毕的图像数据传送给SDROM并进行存储，通过图像数据获得相应信息而实现秸秆焚烧的检测，最后将检测到的数据信息传给输出控制模块而显示出监测数据。通过FPGA实现的硬件系统解决速度快并且实时性比较高。2.3 方案选择方案一采用STC89C52单片机作为主控芯片，运用温度和烟度传感器采集环境参数并送给单片机做数据解决实现显示和报警功能，整个系统是以单片机为核心，控制各单元模块协调工作，使用的单片机和外围器件都不是特别复杂，并且成本也不

26、会太高，基本能控制在农田应用的可接受范畴以内。方案二采用图像传感器采集环境信息并应用基于FPGA的硬件电路进行图像解决获得环境信息并实现显示和报警功能。系统通过COMS图像传感器来采集环境信息，并且对图像进行解决获得有效信息，通过基于FPGA的硬件电路辨认图像信息并控制外围电路实既有关功能，通过CMOS传感器获得数据信息会更加精确，并且稳定性很高。相比方案一来讲，方案二采用的COMS图像传感器虽然获取数据更精确稳定某些，但比起温度烟度传感器来说成本要高诸多，并且考虑到传感器要布置在无人看守的田地里，采用更便宜的传感器更现实某些，加上基于FPGA的图像采集技术比较复杂，因此选用方案一更贴切实际，

27、并且容易实现。3 硬件设计本系统选用基于单片机的系统设计方案来实现系统功能，单片机已成为计算机发展和应用的一种重要方面。另一方面，单片机应用的重要意义还在于，它从主线上变化了老式的控制系统设计思想和设计措施。从前必须由模拟电路或数字电路实现的大部分功能，目前已能用单片机通过软件措施来实现了。这种软件替代硬件的控制技术也称为微控制技术，是老式控制技术的一次革命。下面对系统的各模块电路分别做具体设计。3.1 单片机最小系统单片机的全称为单片微型计算机，是嵌入式微控制器（Microcontroller Unit）中最典型的一种，英文中一般会用MCU来表达单片机，单片微控制器也表达单片机5。单片机是秸

28、秆禁烧无线监测系统的心脏，用来接受秸秆焚烧信号并启动报警装置显示和执行相应的保护和避免动作。在单片机实现的控制功能中，需要单片机有较快的运算速度，使检测人员和顾客在报警器系统正常工作时可以及时地观测到实时的温度值和烟雾浓度级别，并进行相应解决。同步，在可以满足系统设计的计算速度及接口功能规定的同类型单片机中，要考虑选择价格低廉且体积轻巧的机型，在保证了系统的精确性、可靠性及抗干扰性的基本上，可以不提高成本，缩小体积。单片机作为最典型的嵌入式系统，因此它是低端控制系统最佳器件。由于其微小的体积和极低的成本，开发环境规定较低，软件资源十分丰富，开发工具和编程语言也大大简化，因此被广泛应用于家用电器

29、、机器人、仪器仪表、工业控制单元、办公自动化设备以及通信产品中，成为现代电子系统中最重要的智能化工具6。由于单片机技术在各个领域正得到越来越广泛的应用，世界上许多集成电路生产厂家相继推出了多种类型的单片机，在单片机家族的众多成员中，Atmel公司单片机以其优越的性能、成熟的技术及高可靠性和高性能价格比，迅速占领了工业测控和自动化工程应用的重要市场，成为国内单片机应用领域中的主流。根据多方面的比较，本设计采用STC89C52单片机。STC89C52是STC公司生产的一种低功耗、高性能CMOS8位微控制器，具有 8K 在系统可编程Flash存储器。STC89C52使用典型的MCS-51内核，但做了

30、诸多的改善使得芯片具有老式51单片机不具有的功能。在单芯片上，拥有机灵的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。按照功能，STC89C52的引脚可分为主电源、外接晶体振荡或振荡器、多功能I/O口、控制和复位等7。STC89C52单片机的管脚排列如图3.1所示。图3.1 STC89C52单片机管脚图STC89C52单片机重要特性如下：(1)增强型8051单片机，6时钟/机器周期和12 时钟/机器周期可以任意选择，指令代码完全兼容老式8051.(2)工作电压：5.5V3.3V（5V 单片机）/3.8V2.0V（3V 单片机）

31、(3)工作频率范畴：040MHz，相称于一般8051的080MHz，实际工作频率可48MHz(4)顾客应用程序空间为8K字节(5)片上集成512字节RAM(6)通用I/O口（32 个），复位后为：P1/P2/P3/P4是准双向口/弱上拉，P0口是漏极开路输出，作为总线扩展用时，不用加上拉电阻，作为I/O口用时，需加上拉电阻。(7)ISP（在系统可编程）/IAP（在应用可编程），无需专用编程器，无需专用仿真器，可通过串口（RxD/P3.0,TxD/P3.1）直接下载顾客程序，数秒即可完毕一片(8)具有EEPROM功能(9)具有看门狗功能(10)共3个16位定期器/计数器。即定期器T0、T1、T2

32、(11)外部中断4路，下降沿中断或低电平触发电路，Power Down 模式可 由外部中断低电平触发中断方式唤醒(12)通用异步串行口（UART），还可用定期器软件实现多种UART(13)工作温度范畴：-40+85（工业级）/075（商业级）(14)PDIP封装3.1.1 电源供电模块对于一种完整的电子设计来讲，首要问题就是为整个系统提供电源供电模块，电源模块的稳定可靠是系统平稳运营的前提和基本，如图3.2所示，图中1K电阻为LED的限流电阻，电源电路中接入了电源批示LED，S1 为电源开关。图3.2 电源供电模块电路图此最小系统中的电源供电模块的电源可以通过计算机的USB口供应，也可使用外部

33、稳定的5V电源供电模块供应。51单片机虽然使用时间最早、应用范畴最广，但是在实际使用过程中，一种和典型的问题就是相比其她系列的单片机，51单片机更容易受到干扰而浮现程序跑飞的现象，克服这种现象浮现的一种重要手段就是为单片机系统配备一种稳定可靠的电源供电模块。3.1.2 晶振电路单片机系统里均有晶振，在单片机系统里晶振作用非常大，全程叫晶体振荡器，她结合单片机内部电路产生单片机所需的时钟频率，单片机晶振提供的时钟频率越高，那么单片机运营速度就越快，单片接的一切指令的执行都是建立在单片机晶振提供的时钟频率，其电路图如图3.3所示。图3.3 晶振电路图STC89C52使用11.0592MHz的晶体振

34、荡器作为振荡源，由于单片机内部带有振荡电路，因此外部只要连接一种晶振和两个电容即可，电容容量一般在15pF至50pF之间，在一般工作条件下，一般的晶振频率绝对精度可达百万分之五十。高档的精度更高。有些晶振还可以由外加电压在一定范畴内调节频率，称为压控振荡器(VCO)。晶振用一种能把电能和机械能互相转化的晶体在共振的状态下工作，以提供稳定，精确的单频振荡。单片机晶振的作用是为系统提供基本的时钟信号。一般一种系统共用一种晶振，便于各部分保持同步。有些通讯系统的基频和射频使用不同的晶振，而通过电子调节频率的措施保持同步。晶振一般与锁相环电路配合使用，以提供系统所需的时钟频率。如果不同子系统需要不同频

35、率的时钟信号，可以用与同一种晶振相连的不同锁相环来提供。3.1.3 复位电路单片机的置位和复位，都是为了把电路初始化到一种拟定的状态，一般来说，单片机复位电路作用是把一种例如状态机初始化到空状态，而在单片机内部，复位的时候单片机是把某些寄存器以及存储设备装入厂商预设的一种值。单片机复位电路原理是在单片机的复位引脚RST上外接电阻和电容，实现上电复位。当复位电平持续两个机器周期以上时复位有效。复位电平的持续时间必须不小于单片机的两个机器周期，具体数值可以由RC电路计算出时间常数。复位电路图如图3.4所示。图3.4 复位电路图复位电路由按键复位和上电复位两部分构成。(1)开机复位：STC89C52

36、单片机复位电平为高电平，复位引脚接在电阻和电容串联的节点处，电阻的另一端接地将RST拉向低电平，电容的另一端接高电平，电容和电阻共同构成了一种RC充放电回路，单片机在加上电源的瞬间RST端由于电容的充放电过程产生一段时间的高电平使单片机复位，电容放完电后RST恢复为低电平，复位电阻和复位电容一般取10K和10uF。(2)手动复位：手动复位的实现措施是通过开关动作给RST一种短暂的高电平，开关与复位电容并联后按下开关复位电容被短路复位电阻上有电流导通使得RST端有了一种临时的高电平让单片机复位。3.2 信号采集电路3.2.1 温度采集电路温度采集选用DS18B20数字式温度传感器来采集环境温度。

37、DS18B20是常用的温度传感器，具有体积小，硬件开销低，抗干扰能力强，精度高的特点，相比老式的热敏电阻制成的温度传感器它不需要模数转换，可以直接读取出温度数据，并且是以数字信息读取到的，具有使用以便的特点。 DS18B20的性能特点如下：（1）独有的单线接口只需要一种端口引脚便可进行通信；（2）多种DS18B20测量多路数据时无需分开接线，将所有传感器的数据端口接在一起就可以实现多点测量；（3）不需要外围器件；（4）供电电压范畴广，适合3.05.5的电源供电，也可以使用USB供电；（5）待机时功耗几乎为零；（6）温度一般为9位数据或者12位数据；（7）顾客可以对它定义报警设立；（8）能辨认报

38、警的搜索命令，并且可以标志超过预设温度的器件；（9）负电压特性，电源极性接反时，温度计不会因发热而烧毁，但不能正常工作8。 DS18B20温度传感器的引脚排列如图3.5所示。图3.5 DS18B20温度传感器引脚图其引脚功能描述见表3.1。表3.1DS18B20引脚功能具体描述序号名称引脚功能描述1GND地信号2DQ数据输入/输出引脚。开漏单总线接口引脚。当被用着在寄生电源下，也可以向器件提供电源。3VDD可选择的VDD引脚。当工作于寄生电源时，此引脚必须接地。DS18B20采用3脚PR35封装或8脚SOIC封装。64位ROM的构造开始8位是产品类型的编号，接着是每个器件的惟一的序号，共有48

39、位，最后8位是前面56位的CRC检查码。温度报警触发器TH和TL，可通过软件写入户报警上下限。当DS18B20接受到温度转换命令后，开始启动转换。转换完毕后的温度值就以16位带符号扩展的二进制补码形式存储在高速暂存存储器的第1、2字节。读数据时低位在先，高位在后，数据格式以0.0625LSB形式表达。当符号位S0时，表达测得的温度值为正值，可以直接将二进制位转换为十进制；当符号位S1时，表达测得的温度值为负值，要先将补码变成原码，再计算十进制数值。表3.2是一部分温度值相应的二进制温度数据。表3.2 一部分温度相应值表温度/二进制表达十六进制表达+1250000 0111 1101 00000

40、7D0H+850000 0101 0101 00000550H+25.06250000 0001 1001 00000191H+10.1250000 0000 1010 000100A2H+0.50000 0000 0000 00100008H00000 0000 0000 10000000H-0.51111 1111 1111 0000FFF8H-10.1251111 1111 0101 1110FF5EH-25.06251111 1110 0110 1111FE6FH-551111 1100 1001 0000FC90HDS18B20的测温原理是这样的,器件中低温度系数晶振的振荡频率受温度

41、的影响很小，用于产生固定频率的脉冲信号送给减法计数器1；高温度系数晶振随温度变化其振荡频率明显变化，所产生的信号作为减法计数器2的脉冲输入。器件中尚有一种计数门，当计数门打开时，DS18B20就对低温度系数振荡器产生的时钟脉冲进行计数进而完毕温度测量。计数门的启动时间由高温度系数振荡器来决定，每次测量前，一方面将55所相应的一种基数分别置入减法计数器1、温度寄存器中，计数器1和温度寄存器被预置在55所相应的一种基数值。减法计数器1对低温度系数晶振产生的脉冲信号进行减法计数，当减法计数器1的预置值减到0时，温度寄存器的值将加，减法计数器1的预置值将重新被装入，减法计数器1重新开始对低温度系数晶振

42、产生的脉冲信号进行计数，如此循环直到减法计数器2计数到0时，停止温度寄存器的累加，此时温度寄存器中的数值就是所测温度值。其输出用于修正减法计数器的预置值，只要计数器门仍未关闭就反复上述过程，直到温度寄存器值大体等于被测温度值。DS18B20温度传感器的1脚接地，2脚数据端接单片机的P3.4，3脚接VCC，为了保证DS18B20工作可靠，2脚要接10K的上拉电阻。如图3.6所示。图3.6 DS18B20温度传感器接线图当DS18B20处在写存储器操作和温度A/D转换操作时，总线上必须有强的上拉，上拉启动时间最大为10us。采用寄生电源供电方式时VDD端接地。由于单线制只有一根线，因此发送接口必须

43、是三态的。由于DS18B20是在一根I/O线上读写数据，因此，对读写的数据位有着严格的时序规定。DS18B20有严格的通信合同来保证各位数据传播的对的性和完整性。该合同定义了几种信号的时序：初始化时序、读时序、写时序。所有时序都是将主机作为主设备，单总线器件作为从设备。而每一次命令和数据的传播都是从主机积极启动写时序开始，如果规定单总线器件回送数据，在进行写命令后，主机需启动读时序完毕数据接受。数据和命令的传播都是低位在先。3.2.2 烟雾采集电路及AD转换烟雾采集选用MQ-2烟雾传感器，烟雾传感器MQ-2将烟雾信号转化为模拟的电压信号，通过一种可变电阻来调节烟雾传感器的敏捷度9，6脚接ADC

44、0832的CH0端，通过CH0进行单通道数据转换。ADC0832的1脚接单片机的P3.7引脚，7脚CLK接P3.5引脚，5脚和6脚并联接在P3.6引脚上。由单片机通过P3.7端口输出低电平，ADC0832开始进行模数转换，P3.5给ADC0832提供稳定的时钟脉冲信号。AD转换选用AD0832芯片实现烟雾信号的数模转换，ADC0832是NS(National Semiconductor)公司生产的串行接口8位A/D转换器，通过三线接口与单片机连接，功耗低，性能价格比较高，合适在袖珍式的智能仪器仪表中使用。其最高辨别可达256级，可以适应一般的模拟量转换规定。芯片具有双数据输出可作为数据校验，以

45、减少数据误差，转换速度快且稳定性能强。独立的芯片使能输入，使多器件连接和解决器控制变得更加以便。通过DI 数据输入端，可以容易的实现通道功能的选择。其重要特点如下：（1）8位辨别率，逐次逼近型，基准电压为5V；（2）5V单电源供电；（3）输入模拟信号电压范畴为05V；（4）输入和输出电平与TTL和CMOS兼容；（5）在250KHZ时钟频率时，转换时间为32us；（6）具有两个可供选择的模拟输入通道；（7）功耗低，15mW。ADC0832有DIP和SOIC两种封装，DIP封装的ADC0832引脚排列如图3.7所示。图3.7 ADC0832引脚图各引脚阐明如下：（1）CS片选端，低电平有效。（2）

46、CH0，CH两路模拟信号输入端。（3）DI两路模拟输入选择输入端。（4）DO模数转换成果串行输出端。（5）CLK串行时钟输入端。（6）Vcc/REF正电源端和基准电压输入端。（7）GND电源地。正常状况下ADC0832与单片机的接口应为4条数据线，分别是CS、CLK、DO、DI。但由于DO端与DI端在通信时并未同步有效并与单片机的接口是双向的，因此在电路的具体应用中可以把D0和D1连接在一起。ADC0832芯片的CS引脚为片选端，片选段为高电平时，芯片被严禁，CLK和DI的的电平变化共同控制着ADC0832。当电路需要进行A/D转换时，一方面将CS引脚改为低电平使芯片有效，这时芯片做好了准备工

47、作，通过单片机I/O口向CLK端写入脉冲时钟，DO/DI端则使用DI端输入通道功能选择的数据信号。在第1个时钟脉冲的下降沿DI端必须是高电平，表达启始信号。在第2、3个脉冲下降沿DI端应输入2 位数据用来选择通道功能，其功能项见表3.3。表3.3 ADC0832通道选择配备位输入形式 配备位选择通道CH0CH1CHOCH1差分输入00+-01-+单端输入10+11+如表3.3所示，当读取到的信息为“1”和“0”时，则选择通道CH0 进行A/D转换。当读取到的信息为“1”和“1”时，则选择通道CH1进行A/D转换。当读取到的信息为“0”和“0”时，将CH0作为正输入端IN+，CH1作为负输入端I

48、N-进行输入。当读取到的信息为“0”和“1”时，将CH0作为负输入端IN-，CH1作为正输入端IN+进行输入。到第3个脉冲的下降沿DI端的输入电平就失去输入作用，此后DO/DI端则开始运用数据输出DO进行转换数据的读取。从第4个脉冲下降沿始由DO端输出转换数据最高位DATA7，随后每一种脉冲下沉DO端输出下一位数据。直到第11个脉冲时发出最低位数据DATA0，一种字节的数据输出完毕。也正是从此位开始输出下一种相反字节的数据，即从第11个字节的下沉输出DATA0。随后输出8位数据，到第19个脉冲时数据输出完毕，也标志着一次A/D转换的结束。烟雾采集电路图如图3.8所示。图3.8 烟雾采集电路图作

49、为单通道模拟信号输入时ADC0832的输入电压是05V且8位辨别率时的电压精度为19.53mV。如果作为由IN+与IN-输入的输入时，可是将电压值设定在某一种较大范畴之内，从而提高转换的宽度。但值得注意的是，在进行IN+与IN-的输入时，如果IN-的电压不小于IN+的电压则转换后的数据成果始终为00H。3.3 显示电路显示电路采用四位一体式共阴数码管来实现数据的显示，在采用单片机系统应用时，一般采用价格低廉并且应用灵活的数码管来作为电路的显示部分。我们常常应用到的48位七段LED显示数码管器件，这里采用的是4位一体数码管。一般我们有多种措施来实现数字显示，不变的是，实现多位数字的显示其基本原理

50、是类似的。本文对数码管的显示呈现了一种常用的显示措施，应用这种措施实现多位数码管的动态显示，其硬件电路构造简朴诸多，并且便宜和移植措施简朴，因此它在多种领域均有广泛的应用10。多位LED显示时，将所有数码管的段选并联在一起，由一种8位I/O口控制，每个数码管的阴极或者阳极连在一起通过8位I/O口输出控制信号控制每一种数码管的显示状态。本设计的显示是运用单片机的两个I/O口实现4个LED数码管的控制的简要措施，图3.9所示是该电路的硬件原理图。其中为了使单片机I/O口有足够的电流驱动数码管，在每个段选端口都加上一种三极管来放大电流，数码管用共阴型数码管11。图3.9 数码管显示电路图显示时，其数

51、据信息会以并行传播方式从STC89C52的P2口输出并且送给段选端的8个管脚，同步用P0口传送位选信息给数码管，实现对数码管LED1LED4的位选控制，这样，4个数码管便以100ms的时间间隔轮流显示。由于人眼的残留效应，这4个数码管看上去几乎是同步显示。3.4 报警电路本系统中采用蜂鸣器报警，通过单片机I/O口发出控制信号来控制蜂鸣器的响应，其电路图如图3.10所示。图3.10 蜂鸣器报警电路图由于单片机输出电流较小，因此用三极管S9013驱动蜂鸣器发出声音12。单片机的P3.3口连接三极管基极，当检测到火灾隐患时，P3.3输出高电平，三极管工作在放大状态，电路导通，蜂鸣器报警。3.5 键盘

52、电路报警数值用按键S2，S3，S4来设立，S2为调节键，通过三个端口分别采集键盘信号，电路图如图3.11所示。图3.11 键盘电路图按一下调节烟雾报警限值，按第二下调节温度报警下限值，按第三下调节温度报警上限值，按第四下取消光标显示，屏幕恢复正常显示。S3、S4、分别为减小键和增大键，和调节键配合使用。3.6 无线收发电路系统采用一对ATK-HC05蓝牙模块实现数据的无线收发，ATK-HC05是一款高性能的主从一体蓝牙串口模块，可以同多种蓝牙功能的电脑、蓝牙主机、手机、PDA、PSP等智能终端配对，模块兼容5V或3.3V单片机系统，可以很以便的与其她产品进行连接。这种模块非常小巧，模块通过6个

53、2.54mm间距的排针与外部连接，发射模块电路如图3.12所示。图3.12 基于ATK-HC05蓝牙模块的发射电路图发射模块通过串口与单片机直接实现通信，供电与单片机一致使用5V电压，单片机直接把数据传送给发送模块，发送模块将数据发送出去。接受模块同样采用一片ATK-HC05模块作为无线接受部分，接受部分要实现与单片机的串口通信，这里直接运用CH-340模块实现串口到TTL电平的转换，不再需要通过单片机控制，节省成本的同步构造简朴易于实现，其原理电路图如图3.13所示。图3.13 基于ATK-HC05蓝牙模块的接受电路图通过CH-340模块实现串口到TTL电平的转换之后，即接受模块可以直接与P

54、C端进行串行通信，实现接受数据并且传送给PC端，使电路实现功能的同步构造更加简朴。4 软件设计软件的设计采用模块化设计，模块化设计的目的是以少变应多变，以尽量少的投入生产尽量多的产品，以最为经济的措施满足多种规定13。由于模块具有不同的组合可以配备生成多样化的满足顾客需求的产品的特点，同步模块又具有原则的几何连接接口和一致的输入输出接口，如果模块的划分和接口定义符合公司批量化生产中采购、物流、生产和服务的实际状况，这就意味着按照模块化模式配备出来的产品是符合批量化生产的实际状况的，从而使定制化生产和批量化生产这对矛盾得到解决。本系统摒弃了老式的汇编语言而采用C语言进行程序设计。由于C语言的描述

55、由函数构成，是一种构造化的程序设计语言，因此更容易实现模块化，并且具有可读性好，易于移植等长处，同步尚有汇编语言同样的位操作功能的硬件具体控制指令。数据构造方面，可以使用构造体和数组，可以解决复杂的数据，可用于实时解决系统14。本系统的软件编程使用Keil编程环境开发软件，它可以支持C语言编程并且编译出来的软件与单片机完美兼容15，下面对软件分为如下几种模块来进行具体设计。4.1 主程序设计程序运营时就是从主程序开始执行的，因此一方面要调用初始化模块对系统进行初始化，报警器上电后绿色LED灯亮，阐明系统没有故障，可正常工作。主程序流程图如图4.1所示。图4.1 主程序流程图温度信号采集电路采集

56、外界温度，将温度数据直接发送到单片机中，对数据进行解决分析，如果温度值高于设定的温度报警上限或低于下限，蜂鸣器报警，红色LED灯亮，绿色LED灯灭。系统还加入一种LCD显示屏，将浓度级别和温度值发送到显示屏中。为以便调节浓度和温度报警的上下限，还加入了三个按键，因此主程序在不断地采集信号然后显示并判断与否需要报警，我们把初始化完毕后的这几步操作放入一种死循环中实现功能。烟雾采集电路的重要元件是烟雾传感器，由烟雾传感器采集烟雾信号，转化为模拟的电信号，模数转换电路将该模拟信号转换成单片机可辨认的数字信号进行数据分析，判断与否不小于或等于预设值，如果不小于等于则蜂鸣器报警，红色LED灯亮，继电器动

57、作，带动旁边的红色LED灯亮，绿色LED灯灭。一方面要给传感器预热三分钟，由于MQ-2型半导体电阻式烟雾传感器在不通电寄存一段时间后，二氧化锡会吸附空气中的水蒸气，再次通电时，传感器不能立即正常采集烟雾信息，需要一段时间预热，使水蒸气蒸发后，气敏电阻才干正常工作。程序初始化结束后，系统进入监控状态，进行按键扫描。在整个报警器系统工作中，烟雾传感器检测到的烟雾浓度信号进行A/D转换解决，温度传感器读取温度，由单片机进行分析解决，判断系统与否启动声光报警。4.2 初始化程序设计系统上电后，程序由主程序开始执行，主程序执行的第一步就是初始化，所谓初始化，是对将要用到AT89S52单片机内部部件或扩展

58、芯片进行初始化工作状态设定。这部分实现的功能涉及多种I/O口输入输出状态的设定、寄存器初始化、容许某些中断源和设立中断优先级等。初始化程序流程图如图4.2所示。图4.2 初始化程序流程图在初始化的过程中，一方面设立定期初值，再设立定期器工作方式，打开定期器并且容许中断，一方面要蜂鸣器和批示灯都要设立为关闭状态，即熄灭报警批示灯，并且关闭蜂鸣器。4.3 数据采集程序设计数据采集是火灾报警系统中的重要环节。为了减少误报率，系统设计时对温度烟雾采用了两次采集、两次判断的措施。每次采集温度烟雾数据后，将数据存入单片机的寄存器，然后在火灾判断程序中，将采集的数据与设定的阈值进行比较，判断现场与否发生火灾

59、。具体流程是：系统和程序初始化后，驱动ADC0809的IN0对温度信号进行A/D转换，单片机接受转换好的数据，存入寄存器，由INT1中断服务程序完毕；系统延时10ms，驱动ADC0809的IN1对烟雾信号进行A/D转换，转换完毕后存入寄存器。系统延时50ms，进行第二次温度烟雾信号采集，将转换好的数据存入寄存器中。单片机每次驱动A/D转换后等待外部中断1，当ADC0809的EOC端变为1时，即中断到来，阐明A/D转换已经完毕，通过中断服务程序读取转换得到的数据。系统温度烟雾信号采集程序流程图如图4.3所示。图4.3 数据采集子程序流程图由于设计采用的是模块化设计，系统实现报警功能是通过调用子程序实现的。在数据采集子程序中，一次温度烟雾信号采集延时10ms，是让ADC0809准备好进行下一次信号转换。当系统采集2次温度烟雾信号后，转换好的数据存入单片机的寄存器中，系统再调用火灾判断子程序。4.4 按键控制程序设计按键由于弹性作用的影响，在闭合及断开均有抖动过程，从而使电压也浮现抖动，因此在辨认按键时要消除抖动的影响。按键的辨认措施采用扫描法，不同的按键控制不同的功能，其电路图如图4.