1、燕山大學課 程 設 計 說 明 書題目： 煙霧傳感器 學院（系）： 電氣工程學院 年級專業： 13級儀表二班 學 號： 學生姓名： 指導教師： 張淑清 教師職稱： 教授 燕山大學課程設計（論文）任務書院（系）：電氣工程學院 基層教學單位：自動化儀表 學 號學生姓名專業（班級）自動化儀表2班設計題目煙霧傳感器設計技術參數采用煙霧傳感器完成煙霧檢測，采集煙霧數據通過串口發送到電腦上位機。設計要求1、熟悉煙霧傳感器的基本原理和操作方法。2、熟悉USART的串行通信功能和使用方法。3、掌握ADC的使用方法。工作量設計的內容滿足課程設計的教學目的與要求，設計題目的難度和工作量適合學生的知識和能力狀況，工

2、作量飽滿。工作計劃查閱資料進行設計準備、設計硬件電路、編制程序，編制程序、驗證設計、撰寫任務書。參考資料嵌入式STM32設計及應用 張淑清 國防工業出版社指導教師簽字基層教學單位主任簽字說明：此表一式四份，學生、指導教師、基層教學單位、系部各一份。2015年12月29日 燕山大學課程設計評審意見表指導教師評語：成績： 指導教師： 2015 年 12月 29 日答辯小組評語： 成績： 評閱人： 2015 年 12月 29 日課程設計總成績：答辯小組成員簽字： 2015 年 12月29 日摘 要隨著社會和經濟的發展，防火工作越來越重要，但是目前國內的許多研發都側重于大型場所的火災報警。因

3、此，我們就有必要研制一種結構簡單、經濟實用的家庭煙霧報警器以適應市場的需求。基于供家庭使用的煙霧報警器應該具備的基本要求和功能，文章設計了一種比較適合的煙霧報警器。  本設計以傳感器和單片機作為煙霧報警器設計的核心器件，配合其它器件即可實現聲光報警等功能。設計中單片機選用STM32作為控制器件，傳感器選用MQ-2型氣體傳感器實現對煙霧的檢測。煙霧報警器主要由煙霧信號采集及前置放大電路、模數轉換電路、單片機控制電路、顯示電路、聲光報警電路，設計合理、簡單易懂、價格低廉，使單片機在煙霧報警系統的控制中得到充分應用，具有一定的實用價值。論文主要針對煙霧報警系統中的各個組成部分及功能進行了詳

4、細的介紹和說明，并對其主控電路和外圍設備電路之間的接口連接方式，以及系統軟件設計進行了重點的分析和講解。    關鍵詞：煙霧報警器 單片機 傳感器目錄摘要 1 緒論 . 3 1.1 概述.3 1.2 設計煙霧報警器的目的及意義. 4 2 系統的方案設計 . 5 2.1傳感器的選型 . 5 2.2 系統的主要功能 . 6 2.3 系統的結構與工作流程.6 3 系統硬件模塊設計. 7 3.1 單片機選型. 7 3.2 模數轉換電路設計. 9 3.3Syn6288語音合成模塊 . 10 3.4藍牙串口模塊 . 10 4 系統軟件程序設計 . 11 4.1系統主程序設計.12 4.

5、2系統流程圖 . 12 結論 . 13 參考文獻 .14基于單片機的煙霧報警器設計一、緒論1.1 概述 單片機及煙霧傳感器是煙霧報警器系統的兩大核心。單片機好比一個橋梁，聯系著傳感器和報警電路設備。近幾年來，單片機已逐步深入應用到工農業生產各部門及人們生活的各個方面。各種類型的單片機也根據社會的需求而開發出來。單片機是器件級計算機系統，實際上它是一個微控制器或微處理器。由于它功能齊全，體積小，成本低，因此它可以應用到所有電子系統中。同樣，它也可以廣泛應用于報警技術領域，使各類報警裝置的功能更加完善，可靠性大大提高，以滿足社會發展的需要。而傳感器作為信息技術系統的“感官”器件，如果沒有“感官”感

6、受信息，或者“感官”遲鈍，都難以形成高精度、高速度的控制系統。美國曾把二十世紀八十年代稱為傳感技術時代，日本更是把傳感技術列為十大技術之首。所以，根據報警器功能的需要，選擇合適、精確、經濟的煙霧傳感器和單片機芯片是至關重要的。在本論文中的最主要的設計是選STM32單片機和MQ-2半導體氣體煙霧傳感器為核心器件。        STM32單片機，功能強大，可供許多高性價比的場合應用，能夠靈活應用于各種控制領域。MQ-2半導體氣體煙霧傳感器在較寬的濃度范圍內對可燃氣體有良好的靈敏度，壽命長，成本低，非常適用于家庭使用的氣體泄漏報

7、警器。由這兩個核心器件設計而成的整個煙霧報警器系統可實現聲光報警、報警狀態字符顯示、換氣扇排煙和噴水滅火等煙霧報警器應有的功能，是一種結構簡單、性能穩定、使用方便、價格低廉、智能化的煙霧報警器，具有一定的實用價值。  目前，現代建筑都會有選擇地安裝不同功能的火災自動報警系統。因為火災自動報警系統是建筑物的神經系統，它能夠感受、接收著發生火災的早期信號并及時報警，發出警報同時告知用戶和周邊居民。它就像是一個個稱職的更夫，給居住、忙碌或是休息在家庭中的人們以極大的安全感。在火災的早期階段，準確的探測到火情并迅速報警，對于及時組織有序快速疏散、積極有效地控制火災的蔓延、快速滅火和減少火災對

8、居住人群的損失都具有重要的意義。1.2 設計煙霧報警器的目的及意義 隨著社會和經濟的發展，家庭火災防不勝防，防火工作也就越來越重要。據美國消防學會統計，最近十多年中，安裝自動消防設施的建筑中發生火災，消防設施的有效率高達96.1%，確實起到了保證建筑物消防安全的作用。這是因為火災自動報警系統能夠及時將火災跡象通知用戶及有關管理人員，以便他們準備疏散或組織滅火，延長了建筑物可供疏散的時間并通過聯動系統啟動其他消防設施。所以，設計一種能夠在火災剛剛發生時或者有可燃氣體堆積引起的火災隱患時就能報警的報警器就能使人們能夠及時發現火災，并及時采取有效措施，撲滅初期火災，最大限度的減少或消除因火災造成的生

9、命危害和財產的損失，是人們同火災做斗爭的有力工具。  目前我國火災自動報警系統只被安裝在重要建筑上，而在美國、日本等發達國家，包括許多居民家庭都安裝了火災自動報警系統。近幾年，國內主要側重于大型場所的大型火災報警系統的研發，而在居民住宅區等小型防火單位，卻需要安裝廉價實用的煙霧自動報警裝置。由于我國人口不斷的增長，土地也開始的稀缺，所以為了緩解城市用地的緊張，居住的樓層不斷加高，這不但便于集中供電、供熱、供氣，而且也可以集中控制和管理。但是，人們在享受這些現代設施帶來了便利的時候，卻也增加了火災隱患。樓層多、人員密集，一旦發生火災，疏散困難，容易造成經濟和人員的損失。如果在家庭中沒有

10、安裝火災自動報警器，一旦在家庭中發生火災，火災容易由不被發現的早期火災而演變成為更大、更嚴重的大型火災。結果是由于一家的起火，而火勢不能得到有效控制，使得火勢迅速蔓延并很快出現大面積燃燒。這不僅使的用戶本身遭受重大的損失，還容易形成“火燒連營”的局面，給周邊家庭和場所造成無法估計的損失和嚴重的影響。據公安部消防局2011統計，近年來，我國每年發生家庭火災5萬余起，死亡800余人，占火災死亡人數的70%以上。根據網絡新聞報道可知，英國每年發生50000起以上的嚴重家庭火災，其中大部分火災造成傷亡和重大的家庭財產損失，甚至連累左鄰右舍。由此可見：家庭防火同樣是現今社會的重要家庭安防問題，而且刻不容

11、緩。家庭防火重在防患于未然，因此，我們就有必要研制一種結構簡單、價格低廉的煙霧自動報警器，以適應市場的需求。二、系統方案的設計 2.1傳感器的選型對于語音防火系統來說，傳感器的性能在整個系統的工作性能上有著舉足輕重的作用，因此傳感器的選型尤為重要，根據本系統的設計要求，使用溫度傳感器，煙霧傳感器。設計中的這兩種傳感器均為模擬信號傳感器，通過放大整形電路與A/D轉換后作為送入CPU處理的數據。本設計中的傳感器的性能有著如下要求：煙霧檢測：0-5%英尺，誤差<=10%;溫度檢測：0-200，誤差<=4%；這些性能指標即設計中各傳感器的選型依據，其次在選型中也應考慮到元件性價比的因素，在

12、滿足性能指標的基礎上可能提高元件性能。（1）溫度傳感器 本設計使用Dallas18B20單線數字溫度計的特性如下: 獨特的單線接口僅需一個端口引腳進行通訊 簡單的多點分布應用 無需外部器件 可通過數據線供電 零待機功耗 測溫范圍:-55+125，以0.5遞增華氏器件 -67+2570F，以0.90F遞增 溫度以9位數字量讀出 溫度數字量轉換時間200ms（典型值） 用戶可定義的非易失性溫度報警設置 報警搜索命令識別并標志超過程序限定溫度（溫度報警條件）的器件 應用包括溫度控制、工業系統、消費品、溫度計或任何熱感測系統 由上述性能指標可知該傳感器符合設計的性能要求，同時其體積小、溫感靈敏而且誤差

13、小，適合防火系統的溫度測量。（2）煙霧傳感器 本設計使用的煙霧傳感器為MQ-2煙霧傳感器，其特性如下：1>MQ-2型傳感器對天然氣、液化石油氣等煙霧有很高的靈敏度，尤其對烷類煙霧更為敏感具有良好的抗干擾性，可準確排除有刺激性非可燃性煙霧的干擾信息，例如酒精和煙霧等2>MQ-2型傳感器具有良好的重復性和長期的穩定性。初始穩定，響應時間短，長時間工作性能好3>其檢測可燃氣體與煙霧的范圍是100-10000ppm4>電路設計電壓范圍寬，24V以下均可；加熱電壓5±0.2V由上述性能指標可知該傳感器符合設計性能要求，MQ-2傳感器的生產制作符合國家標準，體積小，便于安

14、裝；穩定性高；響應時間短，適于防火系統中煙霧測量。2.2.系統的主要功能 本設計的語音防火系統具有以下幾個功能： 1）火災檢測：傳感器返回的數據經過STM32判斷為火災時，發出語音信號，并顯示在顯示器上； 2）語音播報：STM32根據傳感器返回的環境信息，發出語音提示大家安全撤離； 3）藍牙傳輸： STM32根據傳感器返回的環境信息，通過藍牙向救援人員發出信號，減小損失；2.3.系統的結構與工作流程該語音防火系統由圖2-1中所示的幾個部分構成。傳感器安裝于檢測現場，通過導線連接到主板傳感器驅動電路，傳感器返回的信號送到整形電路后轉換為0-5V的電平信號，由A/D轉換芯片轉換為數字信號送入STM

15、32。系統的其他部分均安裝在主板上，STM32接收來自傳感器的數據后將數值顯示與液晶屏，并且通過藍牙傳送給上位機，如果有火災情況則將報警信號顯示，同時驅動語音模塊發出語音提示，并可以在需要的情況下啟動外部設備。圖2-1語音防火系統整體機構圖三、語音防火系統硬件模塊設計3.1.單片機選型 單片機的類型為STM32f103ze76，其功能如下：·內核：ARM 32位的Cortex-M3 CPU 最高72MHz工作頻率，在存儲器的0等待周期訪問時可達1.25DMips/MHz單周期乘法和硬件除法·存儲器從256K至512K字節的閃存程序存儲器高達64K字節的SRAM 帶4個片選的

16、靜態存儲器控制器。支持CF卡、SRAM、PSRAM、NOR和NAND存儲器并行LCD接口，兼容8080/6800模式·時鐘、復位和電源管理2.03.6伏供電和I/O引腳 上電/斷電復位(POR/PDR)、可編程電壓監測器(PVD) 416MHz晶體振蕩器 內嵌經出廠調校的8MHz的RC振蕩器 內嵌帶校準的40kHz的RC振蕩器 帶校準功能的32kHz RTC振蕩器 ·低功耗 睡眠、停機和待機模式 VBAT為RTC和后備寄存器供電 ·3個12位模數轉換器，1s轉換時間(多達21個輸入通道) 轉換范圍：0至3.6V 三倍采樣和保持功能 溫度傳感器· 2通道1

17、2位D/A轉換器·DMA：12通道DMA控制器 支持的外設：定時器、ADC、DAC、SDIO、I2S、SPI、I2C和USART ·調試模式串行單線調試(SWD)和JTAG接口 Cortex-M3內嵌跟蹤模塊(ETM) ·多達112個快速I/O端口51/80/112個多功能雙向的I/O口，所有I/O口可以映像到16個外部中斷；幾乎所有端口均可容忍5V信號·多達11個定時器 多達4個16位定時器，每個定時器有多達4個用于輸入捕獲/輸出比較/PWM或脈沖計數的通道和增量編碼器輸入 2個16位帶死區控制和緊急剎車，用于電機控制的PWM高級控制定時器 2個看門狗

18、定時器(獨立的和窗口型的) 系統時間定時器：24位自減型計數器 2個16位基本定時器用于驅動DAC ·多達13個通信接口 多達2個I2C接口(支持SMBus/PMBus) 多達5個USART接口(支持ISO7816，LIN，IrDA接口和調制解調控制) 多達3個SPI接口(18M位/秒)，2個可復用為I2S接口 CAN接口(2.0B 主動) USB 2.0全速接口 SDIO接口·CRC計算單元，96位的芯片唯一代碼·ECOPACK®封裝3.2.模數轉換電路設計 由上面的敘述可知，系統中的各個傳感器返回的信號均為模擬量，無法被STM32直接接收和處理，所以需要將這些信號進行A/D轉換，又因為各個傳感器的參考電壓并不完全相同，因此不能簡單使用多