基于单片机无线火灾检测与报警系统设计 - 图文(5)

2019-08-31 21:09

以EOC信号,作为中断判断的请求信号,并根据检测到的EOC电平值,判断是否转换完毕,如果EOC返回的电平为低电平,则转换结束,并以中断方式进行数据传送。所以,定时传送方式、查询方式、中断方式,都是根据转换如果完成,即可通过指令进行数据传送。首先发送出口地址并以信号有效时,OE信号即有效,把转换数据送上数据总线,单片机就可以接收信号。

4 系统的硬件设计

4.1 系统硬件设计框架

针对该毕业课题的硬件设计,进行对比了AT89C52、德州仪器公司(TI)的MSP430G2553以及PIC等几款芯片。MSP430是一款八位的芯片,内置AD10路的模拟转换通道,在运行上MSP430速度较快,同时也是一款低功耗的芯片,相对来说,也是具有优势。MICROCHIP公司PIC10是一款8位的单片机,内部高度集成,同时价格也相对比较低廉,是一款对控制要求精度不高的场合可以采用。而AT89C52是ATmel公司在80-90年代开发的数据处理芯片,89C52也是一款8位芯片,同时由于具有丰富的引脚口以及P3管脚的功能复用管脚,所以适合用于控制外围设备上由于有丰富的引脚口,而这一点上,在控制成本的基础上,MSP430和PIC10却没有足够多的引脚可以控制故可以和外部设备进行更多电气上的联系,同时,89C52这款芯片的价格也是比较低廉,在目前市场上容易获得。

因此本次设计,选择了ATmel公司的89C52作为本次火灾系统的主要的控制芯片,并对本次需要实现的功能模块进行硬件框架设计以及硬件电路设计。

4.1.1 围绕火灾自动报警系统组成部分

(1)温度采集:DS18B20温度传感器,具有灵敏度高,数据精确等优势该传感器可以准确有效的采集周围环境中的温度情况。通常DS18B20有三根线,中间的一根是数据输出口,与89C51单片机的P2.2端口连接,而单片机将DS18B20采集周围环境的温度通过P2.2端口输入到单片机,并把P2.2端口读取字节,8个字节为1位,8位采集完毕,内部设置全局变量把8位数据读走。

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(2)烟雾浓度采集:感烟型检测芯片,MC14468离子芯片,检测效果好,能够精密的检测到较小的烟雾浓度变化值。由于该芯片也有相应的典型电路,因此在电路设计上,也不用走弯路,根据典型电路,与单片机相应的I/O控制口连接,并测试验证电路的可行性。

(3)GSM900A通讯:利用完整的通讯模块,该模块是PCB板贴片,电源供电的滤波、滤除噪音,从而得到稳定的电源电压。通讯过程中GSM天线的发射出的天线信号是否稳定以及信号强度。GSM900A允许硬件流控通过,RTS/CTS信号来实现,当接受数据缓存快满的时候,模块把CTS信号设置为无效,同时数据传输被暂停。直到当模块接受的缓存可以用来接收更多的数据信号的时候,CTS被重新设置为有效位。 4.1.2整体设计

通过模块测试、分析,整合了温度传感器检测模块、烟雾传感器模块、GSM900

模块、液晶显示屏、声光报警模块、供电电源模块等。系统整体设计结构如下图4.1所示。

温度检测

图4.1 系统总体结构原理图

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4.2 系统硬件设计过程分析

在完成毕业设计作品的期间,根据任务书的需求,进行了硬件电路的设计,同时要保证设计电路的可行性。首先,单片机的电源模块,供电的稳定性是整体功能能够实现的前提和基本。电源模块,利用提供供电电芯电池电压经保护板升压之后的输出电压稳压5V。在设计的模块中,需要5V供电的模块有AT89C52单片机最小系统供电、LCD液晶屏供电、DS18B20温度传感器供电、MC14468烟雾检测传感器的供电、以及GSM900的供电。因此,保证供电电压的稳定性至关重要。

在设计的最初时,由于降压到5V的电压并不是很稳定。电池电压充满或者欠压的时候,当出现LCD液晶供电不正常,也就是屏幕的灯会出现很亮或者很暗,每当出现这种情况,我就会用万用表测量电池的电压以及输出的升压电压是否为5V,测量结果显示,输出电压并非是一直是一个稳定值。在电池电压过高或者过低的时候,输出5V电压都会有偏低的情况出现,会造成输5V电压出现震荡。在设计过程中,在LCD的A、K都用5V供电的时候,LCD始终无法在屏幕上显示出数值,也就是说,5V给A、K这两个引脚的时候,LCD出现工作异常的情况,也就是液晶屏幕灯灯的颜色发黄、无法显示数值。一开始,我以为这是LCD是否是自身的问题,或者是LCD已经损坏,但是我重新拿了一款好的LCD显示屏,但是结果还是一样,于是,我排除了LCD损坏的可能,进行其他可能出现的问题进行排疑。

首先,我以常理推测,在家里用的灯具,会因为使用时间过久而变得暗黄,而液晶显示屏是否也会出现同样的情况呢?于是,我把接好在LCD的A引脚的电阻更换为几种不同的阻值1k、3.3k、330欧姆等,但是LCD显示屏还是没有变化,于是排除是电阻的影响。既然电阻不影响,那么电流和电压是否影响呢?因为一般会影响用电器的除了其他外部损坏之外,会影响其功能的电流、电压自然不能排除。于是带着这样的疑问,首先我把稳压电源串如二极管IN4007,这样电压经过IN4007之后就会有一个压降,于是我得到了4.5V的电压。观察LCD,屏幕不会显得那么发黄了,同时还隐隐约约有数值浮现在屏幕上,但是却难以分辨出来。发现这种情况后,我似乎看到了一些希望,于是,我增加了两

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个二极管,最后把电压降到了3.4V左右,这样LCD液晶A、K两端的供电变成3.4V,观察现象,此时在LCD上面清晰的显示出数值,同时,我轻轻的触摸DS18B20,可以在上很好的观察到数据的变化。

4.2.1 硬件电路搭建实物图过程

在硬件电路的设计过程中,根据设计好的电路图,在空板上面规划好原件放置位置,供电电源的选择,以及电路线路的走线都进行了规划,同时,在完成作品的期间,我记录了制作的过程步骤,并记录如下图所示。

图4.1 制作前空板

图4.2 制作材料清单

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图4.3 部分硬件电路搭建

图4.4 硬件整体电路

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