基于单片机的智能环境监测系统设计和实现 电气工程专业.docx

摘 要 本设计主要由温湿度检测、烟雾检测电路、报警电路、显示电路和人体检测等模块组成。温湿度检测部分使用的是DHT11这种型号的温湿度传感器。DHT11是一种单总线型数字式温湿度传感器，它具有误差小、分辨率高、抗干扰能力强等特点。在烟雾检测电路模块当中，利用气体传感器MQ-2与ADC0832模数转换器实现基本功能。通过这些传感器和芯片，当环境中可燃气体浓度或有毒气体等发生变化时系统会发出相应的灯光报警信号和声音报警信号，以此来实现火灾报警，智能化提示。人体检测部分，是通过HC-SR501模块实现，其主要工作原理就是将感应到的红外热辐射信号转换成电信号，再将其放大输出。如果检测到危险信号，就会将信号传送给单片机，再经单片机处理，然后控制蜂鸣器和LED点亮发出警告。 本设计还可以在各种防盗场合下得到应用，比如家居防盗、仓库防盗等。温湿度、烟雾和人体防盗检测是三种最基本的环境参数，其测量方法和装置对现在的生活、生产具有重要的意义。 关键词： 温湿度检测; MQ-2传感器; 烟雾报警; 热释电红外传感器; 防盗报警器 ABSTRACT he design is mainly composed of temperature and humidity detection, smoke detection circuit, alarm circuit, display circuit and human detection module. The temperature and humidity test section uses the DHT11 temperature and humidity sensor. DHT11 is a single bus digital temperature and humidity sensor. It has the advantages of small error, high resolution, strong anti-interference ability and so on. In the smoke detection circuit module, the gas sensor MQ-2 and the ADC0832 analog to digital converter are used to realize the basic functions. Through these sensors and chips, when the combustible gas concentration in the environment or toxic gas changes the system sends out the corresponding light alarm signal and sound alarm signal, in order to realize the intelligent fire alarm prompt. The human detection part is realized by the HC-SR501 module. The main principle is to convert the infrared radiation signals into electrical signals, then amplify and output them. If a dangerous signal is detected, the signal is transmitted to the microcontroller, processed by a microcontroller, and then controlled by a buzzer and LED to light a warning. The design can also be applied in a variety of anti-theft occasions, such as home security, warehouse anti-theft, etc.. Temperature, humidity, smoke and human burglar detection are the three basic environmental parameters, and their measurement methods and devices are important to the present life and production. Keywords： Temperature and humidity detection; MQ-2 sensor; Smoke alarm; Pyroelectric infrared sensor; Burglar alarm 2 目 录 1 绪论 5 1.1 课题背景 5 1.2 概述及功能介绍 5 1.2.1 功能概述 5 1.2.2 主要功能介绍…………………………………………………………………………………..6 1.3 本课题的研究思路 6 1.3.1 研究意义 6 1.3.2 研究思路 7 1.3.3 研究难点 7 1.4 主要工作 7 2 系统方案设计 8 2.1 系统构成 8 2.2 方案设计 8 2.2.1 单片机的选择 8 2.2.2 传感器的选择 10 2.2.3 显示器选择方案 10 2.2.4 防盗检测选择方案 11 3 系统硬件设计 12 3.1 主控电路 12 3.2 温湿度检测 14 3.3烟雾检测电路 16 3.4人体检测模块 16 3.5 报警电路 18 3.5.1 灯光报警电路…………………………………………………………………………………18 3.5.2 声音报警电路 18 3.6 LCD1602显示电路 19 4 系统软件设计 22 4.1 软件介绍 22 4.2 系统程序流程图 23 4.3 子程序流程图…………………………………………………………………………………….24 5测试结果及结论 27 5.1 调试 27 5.2 结论 29 参考文献 30 附录 31 致谢 32 4 1 绪论 1.1 课题背景 智能家居的概念在很早之前就已经被提出来了，但是一直以来也没有具体的设计实例出现。在现在这个时代，伴随着科技的不断发展和进步，越来越多的高科技产品开始出现在市面上，它们不仅体现了人类在科技上的创新，也为我们的日常生产和生活提供了很大的便利，在众多的智能产品中，智能家居作为一个新生代的产品开始在市场上崭露头角，智能家居环境监测这类的产品开始越来越多的吸引着人们的视线。在智能家居产品出现的同时，也伴随着物联网技术在其中的应用，主要是将家中的各种设备通过物联网技术（如火灾检测系统、门窗控制系统、安全防护系统、报警控制系统等）连接到一起，是一种可以用来对室内外遥控、防盗报警、照明、家电、智能温湿度调节以及对居住环境条件检测等多种多样的设备作用进行控制的手段。与普通家居进行比较，智能家居不单单具备普通家居的全套性能，而且在普通家居的基础上又做出了一些改进。它增加了全方位的信息交互功能，主要体现在保障家庭与外部的交流有一个通畅的信息交流渠道，对人们的生活方式进行优化。改善人们的生活方式，提高人们的生活质量，能够更加有效快捷的安排人们的时间，对家居生活的安全性有了很显著的提高，甚至可以在很大程度上节省各种能源上耗费的资金，为我们更加优质便捷的生活提供了保障。 1.2 概述及功能介绍 1.2.1 功能概述 在设计之前要先要对设计出来的产品性能有几个简单的要求，如实用性、便利性、可靠性等方面。通过这些性能要求再去做出最符合需求的设计。所以本次设计主要分为五个功能模块，分别为测温湿度模块、烟雾及红外感应模块、报警电路模块、显示信息模块和人体检测模块。将这几个模块的功能巧妙的与智能家居环境监测相结合，在此之前我们已经通过所学习的知识知道五个单独的功能应该如何去实现，那么现在所要进行的是将五个单独的功能模块通过单片机系统化反馈，可以将它们组合到一起，形成一个能够实现综合这五种功能的智能家居环境监测系统。 1.2.2 主要功能介绍 (1)对于环境中的温度和湿度的测量，我们可以使用温湿度传感器来进行。我们先使用温湿度传感器来采集当前环境中的温度和湿度的数据，然后将采集到的温湿度值的信息在液晶显示器上面显示出来，并且将信号发送给单片机进行数据处理。如果所采集的温湿度的值超出已经设定的预警值的范围，那么报警系统会被触发，相应的声音和灯光报警电路都会被启动。在这种情况下，只有等到我们对当前环境的温湿度进行处理，使得所采集的环境温湿度值降到我们设定的温湿度正常的范围之内的时候，相应的报警电路才会关闭。 (2)对周围环境中存在的烟雾可采用烟雾探头传感器来检测，烟雾探头传感器可对环境中的气体浓度进行采集检测。比如生活中经常用到的煤气，以及发生意外着火时所产生的烟雾等气体的浓度进行实时采集监测，将传感器监测到的数据传到单片机中，进行统一的处理，如果所测得的当前环境的烟雾浓度超过了预先设定的浓度值，则相应的报警电路将会启动，蜂鸣器报警，且相对应的灯光报警也会开启。等解决环境中存在的问题之后，蜂鸣器报警以及指示灯的指示动作就会自动关闭，所以在这样的环境问题下报警系统能够给你带来更多的安全感，为生活提供更好的保障。 (3)人体红外检测电路能够根据传感器所检测到的红外信号，对外界移动的人体进行判断。当检测电路处于工作状态时，在传感器所能监测的范围之内检测到有人出现的信号，然后单片机会接收到传感器发送的信号并进行处理，报警系统将会开启。比如指示灯会出现提示并且会带动蜂鸣器报警电路进行报警，用来警告外面的入侵者，并且报警系统会持续报警直至手动撤防才可以解除报警。 1.3 本课题的研究思路 1.3.1 研究意义 21世纪已经进入了一个全新的信息化的时代，各种各样的电子产品如雨后春笋般迅速出现并且快速的占领了市场，并且获得了越来越多的人的认可，在这种整体发展的大环境下，电子测量设备的种类和功能也在逐渐丰富起来。尽管现在出现了很多环境测试仪，然而有针对性的满足人们需要的环境测试仪却很少。有的环境测试仪功能很多，但是在人们日常生活中用到的却很少，因此设计出一个简单实用并且能满足人们日常需求的环境测试仪是很有必要的。 1.3.2 研究思路 （1） 研究温湿度传感器的特性与A/D转换电路的应用。 （2） 设计一个环境监测报警装置，则要根据对温湿度传感器和A/D转换电路的特性及应用方式的理解，把它们各自的功能综合起来才能达到预期目的。 （3） 为了设计出一套完整、高效、简洁的程序，需要选择适合整个设计系统的微处理器。 （4） 通过对比找出最合适的一个方案，前提是要分别对各个部分的可行性进行论证。 （5） 我们需要将各个部分的功能模块进行单独的设计，分别再加以实现。并且各个功能模块的调试必须单独进行，以免发生某个模块的功能不能够完全实现的情况。 （6） 完成了分部调试工作之后，我们需要先将各个独立的模块组合在一起，进行整机系统测试，以确保整体系统能够正常运行。 1.3.3 研究难点 （1） 温湿度读取程序思路比较复杂。 （2） 在整个程序设计中，是否开启报警电路的判断程序的逻辑结构比较困难。 （3） 报警的范围值也要在之前进行多次试验，以免取值过高或过低都会影响整个设计最后的实际实现情况。 1.4 主要工作 主要完成工作如下： （1） 首先绘制电路原理图； （2） 其次设计电路并进行硬件调试； （3） 然后就需要根据所要实现的功能要求编写控制程序； （4） 之后就要对所编写的程