基于单片机的环境安全系统的设计本科毕业论文.doc
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1、重庆理工大学毕业论文基于单片机的环境安全检测系统的设计 编号 毕业设计(论文)题目 基于单片机的环境安全 检测系统的设计 53毕业论文(设计)原创性声明本人所呈交的毕业论文(设计)是我在导师的指导下进行的研究工作及取得的研究成果。据我所知,除文中已经注明引用的内容外,本论文(设计)不包含其他个人已经发表或撰写过的研究成果。对本论文(设计)的研究做出重要贡献的个人和集体,均已在文中作了明确说明并表示谢意。 作者签名: 日期: 毕业论文(设计)授权使用说明本论文(设计)作者完全了解*学院有关保留、使用毕业论文(设计)的规定,学校有权保留论文(设计)并向相关部门送交论文(设计)的电子版和纸质版。有权
2、将论文(设计)用于非赢利目的的少量复制并允许论文(设计)进入学校图书馆被查阅。学校可以公布论文(设计)的全部或部分内容。保密的论文(设计)在解密后适用本规定。 作者签名: 指导教师签名: 日期: 日期: 注 意 事 项1.设计(论文)的内容包括:1)封面(按教务处制定的标准封面格式制作)2)原创性声明3)中文摘要(300字左右)、关键词4)外文摘要、关键词 5)目次页(附件不统一编入)6)论文主体部分:引言(或绪论)、正文、结论7)参考文献8)致谢9)附录(对论文支持必要时)2.论文字数要求:理工类设计(论文)正文字数不少于1万字(不包括图纸、程序清单等),文科类论文正文字数不少于1.2万字。
3、3.附件包括:任务书、开题报告、外文译文、译文原文(复印件)。4.文字、图表要求:1)文字通顺,语言流畅,书写字迹工整,打印字体及大小符合要求,无错别字,不准请他人代写2)工程设计类题目的图纸,要求部分用尺规绘制,部分用计算机绘制,所有图纸应符合国家技术标准规范。图表整洁,布局合理,文字注释必须使用工程字书写,不准用徒手画3)毕业论文须用A4单面打印,论文50页以上的双面打印4)图表应绘制于无格子的页面上5)软件工程类课题应有程序清单,并提供电子文档5.装订顺序1)设计(论文)2)附件:按照任务书、开题报告、外文译文、译文原文(复印件)次序装订3)其它目 录摘要Abstract1 绪论11.1
4、 本课题要实现的目标及研究的主要内容11.1.1 研究的目标11.1.2 研究的主要内容及简要分析12 系统总体设计22.1 系统设计原则22.2 系统总方案的选定22.2.1 主控制器方案的选型22.3 系统组成框图93 系统的工作原理113.1 传感器的基本特性113.1.1 传感器的静态特性113.1.2 传感器的动态特性113.2 温度传感器113.3 湿度传感器153.3.1 特点153.3.2 湿度的计算方法163.4 气体传感器MQ-2183.4.1 特点183.4.2 结构、外形183.5 气体传感器MQ-5193.6 单片机AT89S52213.7 AD转换器TLC25432
5、44 系统的硬件设计和连接274.1 温度检测电路设计274.2 湿度检测电路设计274.3 1602液晶与单片机的连接284.4 声光报警电路设计294.5 时钟电路294.6 复位模块314.7 烟雾、可燃气体、有毒气体检测电路设计325 系统软件设计与调试335.1系统软件总体设计335.2 软件设计流程图335.3 系统硬件调试365.3.1 硬件静态的调试365.3.2 联机仿真调试366 总结与展望38致 谢39参考文献40附录1 环境安全检测系统原理总图42附录2 环境安全检测系统设计源程序43摘要环境安全检测系统是对环境中的温度、湿度、烟雾、可燃气体和有毒气体进行检测的装置,该
6、系统能显示当前环境中的温度和湿度值,并当环境中的温度超过设定限值和环境中有烟雾、有毒气体或可燃气体出现时,系统将进行声光报警。本系统能使人们及时的得知环境中情况,并判断出环境中有对人们的人身财产造成威胁的因素,提早做出预防。本文首先介绍了环境安全检测系统要实现的目标及研究的主要内容,分析系统的总体方案和系统框图,对系统所需的主要器件和传感器做了具体详细的阐述,接着介绍了各个模块硬件电路的设计,最后介绍了系统的软件设计和调试。本文从环境安全检测系统功能要求出发,采用模块化设计方法,通过模块方案的论证,使系统的设计更加合理。本设计以单片机(AT89S52)为核心,配合温度传感器(DS18B20)、
7、湿度传感器(HS1101)和两个气体传感器(MQ-2和MQ-5),以及相关的外围电路组成的检测系统,可以接收所测环境的温度、湿度、烟雾、可燃气体和有毒气体信号,检测人员可以通过液晶显示的数据,实时监控环境的温度和湿度情况。所有的测量操作都可以通过主机控制软件来实现,温度传感器得到的测量信号,直接送到单片机进行数据处理,经软件分析处理后送显示装置。而湿度传感器要置于555振荡电路中,将电容值的变化转为与之成反比的电压频率信号,才可直接被计算机所采集。两个气体传感器得到的测量信号要经过AD转换器TLC2543后才能送到单片机进行数据处理。整个检测系统是在程序控制下工作的,本系统在KEIL公司研发的
8、keil Vision4下用C语言编写了所有的程序。在本文最后,对本次设计做了总结,提出了本次设计的一些不足,并给出了一些改进措施。关键词:环境安全;单片机;温度传感器;湿度传感器;气体传感器AbstractEnvironmental safety detection system is the devices which can detect in the environment of temperature, humidity, smoke, flammable gas and toxic gas, the system can display the current environmen
9、t of the temperature and humidity values, and when the environment temperature exceeds the set limits and smoke, toxic gases or combustible gas are discovered in the environment, the system will be sound and light alarm. This system can make people know timely situation of the environment and determ
10、ine factors in the environmental that can pose a threat to peoples personal and property and to prevent early.This paper first introduces the environmental safety detection system to achieve the objectives and the main content of the examination, analysis the system of the overall program and system
11、 block diagram, elaborates the system requirements for the major devices and sensors specifically and in detail, then the design of the various modules of hardware circuit, the final introduced the system of software design and debugging.This paper, from requirements of environmental safety testing
12、system functionality, adopted approach of modular design, demonstration by module program, and make the design of the system more reasonable. The design of the core is the microcontroller (AT89S52) with temperature sensor (DS18B20), humidity sensor (HS1101), two gas sensors (MQ-2 and MQ-5) and relat
13、ed peripheral circuits constituted the detection systems. That can receive measured signal of environmental temperature, humidity, smoke, combustible gases and toxic gases. Inspectors through the LCD data real-time monitoring temperature and humidity of the environment. All the measurement operation
14、 achieved by the host control software, the measurement signal of the temperature sensor can directly send to the microcontroller for data processing. The data adopts analysis and handle by software, and then sends to evacuations display device. But humidity sensors must be placed in a 555 oscillato
15、r circuit, transform the capacitance changes into the voltage-frequency signals in order to signals can be directly acquired by the microcontroller. Two gas sensors measured the signal that must go through AD converter TLC2543 to send to the microcontroller for data processing. The whole detection s
16、ystem is in process control, this system wrote all the procedures by C language under the keil Vision4 which developed by KEIL company.At the end of this article, it makes a summary for the design, proposed a number of shortcomings in the design and proposed some improvements.Key words: Environmenta
17、l safety; Microcontroller; Temperature Sensor; Humidity Sensor; Gas Sensors1 绪论环境安全是关系到地球上一切生物的生存与可持续发展、一个国家的稳定与发展及世界和平与安定的根本问题,是当前环境科学与人文社会科学研究的热点。环境安全检测系统作为现代重要的环境安全设施,受到日益推广与普及,致使相关的生产厂也如雨后春笋般涌现,境外产品也大量进入,但是此类产品无法兼容与互换,施工单位如不能形成一套行之有效的工法,这样不仅加大工程投入,同时会因为忽视了有关要点使工程留下或多或少的缺点、进而导致维护工作量的增加,甚至缩短了系统使用寿
18、命。因此对环境安全检测系统的设计要求很高。1.1 本课题要实现的目标及研究的主要内容1.1.1 研究的目标根据课题要求,本文研究的环境安全检测系统主要实现以下功能:能够检测室内的温湿度、烟雾浓度、有毒气体、可燃气体等参数,当温度超过指标或者检测到有有毒气体、可燃气体和烟雾时能够声光报警。1.1.2 研究的主要内容及简要分析本课题研究的主要内容是基于图1.1的所示的完整的系统主要模块结构图,下面简要说明各个模块的功能。报警模块数据处理模块数据采集模块块液晶显示模块数据存储模块数据数据图1.1环境安全检测系统主要模块结构图数据采集模块:采集环境中的温度、湿度、烟雾浓度、有毒气体、可燃气体等参数的数
19、据。数据处理模块:对采集到数据进行分析处理,是该系统的核心部分。数据存储模块:按照规定的格式准确地存储相应的数据,需要达到相应的数据安全的要求。液晶显示模块:将采集来的数据处理后按要求显示。报警模块:当采集来的数据经处理和存储后发现超出限定值时,就会报警。2 系统总体设计2.1 系统设计原则 要求单片机系统应具有可靠性高、操作维护方便、性价比高等特点。1、 可靠性高可靠性是单片机系统应用的前提,在系统设计的每一个环节,都应该将可靠性作为首要的设计准则。提高系统的可靠性通常从以下几个方面考虑:使用可靠性高的元器件;设计电路板时布线和接地要合理;对供电电源采用抗干扰措施;输入输出通道抗干扰措施;进
20、行软硬件滤波;系统自诊断功能等。2、 操作维护方便在系统的软硬件设计时,应从操作者的角度考虑操作和维护方便,尽量减少对操作人员专用知识的要求,以利于系统的推广。因此在设计时,要尽可能减少人机交互接口,多采用操作内置或简化的方法。同时系统应配有现场故障诊断程序,一旦发生故障能保证有效地对故障进行定位,以便进行维修。2.2 系统总方案的选定2.2.1 主控制器方案的选型1、单片机的选择单片机是系统的控制核心,所以单片机的性能关系到整个系统的好坏。因此单片机的选择,对所设计系统的实现以及功能的扩展有着很大的影响。单片机种类很多,在众多51系列单片机中,较为常用的是ATMEL公司的AT89C51和AT
21、89S52单片机,AT89C51片内4K,ROM是Flash工艺的,使用专用的编程器自己就可以随时对单片机进行电擦除和改写,片内有128字节的RAM。而AT89S52含有在系统可编程的Flash存储器,片内有8K闪存,RAM的容量也较AT89C51大,为256字节。显然这种单片机优点更多,开发时间也大为缩短。因此,在本次设计中选用了ATMEL公司的AT89S52单片机。2、 温度传感器选用随着温度传感器智能化、集成化技术的进步,数字式温度传感器也得到了快速发展,世界上许多公司推出了新型的数字温度传感器系列。这些产品的出现极大的丰富了设计工程师的选择对象。在如此众多的产品中选择出合适的器件,应该
22、把握以下几点:外围电路应该尽量简单;测温的精度、分辨率要合适,以便减少不必要的电路和软件开发成本;温度传感器采用的总线负载能力如何,能否满足多点测温的需要;占用MCU的I/O引脚数情况如何,因为MCU的系统资源非常宝贵,输入通道有限,多点温度测量时,如果测量的点数超过了输入通道时,就要添加多路复用器,这将增加成本和开发时间,应尽量节约;与MCU的通信协议应尽量简单,温度测量的软件开发难度、成本要尽量小。目前在数字温度传感器中采用的串行总线主要有Philips公司的I2C总线、Motorola公司的SPI总线、National Semiconductor公司的Microwireplus总线、Da
23、llas Semiconductor 公司的1-Wire总线和Siemens公司的Profibus总线等。常用的数字温度传感器主要有:(1)AD7418是美国模拟器件公司(ADI)推出的单片温度测量与控制用集成电其内部包含有带隙温度传感器和10位A/D转换器。测温范围为-55+125,具有10位数字输出温度值,分辨率为0.25,精度为2,转换时间为1530ms。具有体积小、编程简单、使用容易、测量精度高,并且不易受环境干扰等优点。AD7418可以级联至多8片在同一个I2C总线上。(2)LM74是美国国家半导体公司推出的集成了带隙式温度传感器、A/D数转换器,并具有 SPI/Microwire
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