本科毕业设计
基于单片机的多路报警器设计
摘要
随着科学技术的日新月异，人类社会取得了很大的进步。在生活、工农业生产、气象、环保、国防、科研、航天等领域，经常都需要对环境中的温度、湿度、光照强度、气体等环境参数进行检测及控制。而且随着可燃可爆性气体种类和应用范围的增加，贮气仓库内的气体泄漏、火灾爆炸事故日益增多。从安全、环保及经济等方面上考虑，研制一种实用的多路报警系统是非常必要的。
基于这个需求，本设计利用传感器对环境中的温湿度以及可燃气体进行检测，当这些参数不符合预定设置的参数值时，就会自动报警。系统选用MQ_2气体传感器对现场可燃性气体浓度进行检测，选用AM2301温湿度传感器对温度和空气湿度进行检测，采
用功能和性价比较高的AVR ATmega16单片机作为中央处理单元，对环境参数进行采集处理并产生自动报警。
本设计可以检测空气中以烷类气体为主的多种可燃性气体的浓度，以及空气温湿度，当达到预先设定的上限或下限报警设定值时，发出声音报警信号，以提示操作人员采取安全对策或自动控制相关安全装置。该报警器可以实时、准确检测可燃性气体以及温湿度并且可以长时间可靠无误的报警，具有很广泛的应用前景和推广价值。
关键词：可燃气体温湿度单片机报警器
Multi-way Alarm Based on MCU
Zeng Xiaoling
(College of Engineering, South China Agricultural University, Guangzhou 510642, China) Abstract: With the advances of science and technology, human society has made great progress. In life, industrial and agricultural production, weather, environmental protection, defense, research, aerospace and other fields, often wan to detect and control the environmental parameters such as temperature, humidity, light intensity, gas concentration. And with the increase of kind and range of combustible and explosive gas, the number of gas leak, fire and explosion in the air storage warehouse increasing. Be based on security, environmental and economic considerations, developed a practical multi-channel alarm system is necessary.
Base on this demand, this design uses a sensor to detect temperature, humidity and combustible gas, when these parameters do not meet the pre-determined parameter values, it will automatically alarm. Use MQ_2 gas sensor for combustible gas concentration detection, AM2301 temperature and air humidity sensor for temperature and air humidity testing, functionality and cost-effective AVR ATmega16 microcontroller as a central processing unit, to collecting and processing environmental parameters and alarm automatically.
The design can detect the concentrations of a variety of combustible gas such as n-hexane, as well as temperature and humidity, when they reaches the pre-set upper or lower limit alarm setting values, it will send out the sound alarm signal that prompts the operator to take safety measures or automatic control safety devices. The alarm system can accurately detect combustible gas in real time, as well as temperature and humidity, and can reliably and correctly work for a long time. It has a very broad application prospects and promotion value. Key words:flammable gas temperature and humidity single-chip microcomputer alarm
目录
1 前言 (1)
1.1 课题研究的背景 (1)
1.2 课题研究的目的和意义 (2)
1.3 可燃气体、温湿度报警器国内外现状 (3)
2 系统功能及方案设计 (4)
2.1 系统方案比较 (5)
2.2 系统整体方案设计 (5)
2.3 系统功能介绍 (6)
3 报警系统硬件设计 (7)
3.1 单片机原理 (7)
3.1.1 单片机原理概述 (7)
3.1.2 ATmega16单片机的介绍 (8)
3.2 电路系统设计 (9)
3.2.1 单片机最小系统 (9)
3.2.2 环境参数采集电路设计 (10)
3.2.3 报警部分电路设计 (12)
4 报警系统软件设计 (13)
4.1 编译器ICCAVR的介绍 (13)
4.2 系统软件设计 (13)
4.2.1 整体系统软件设计 (13)
4.2.2 报警部分软件设计 (14)
5 调试和测试 (15)
5.1 软硬件调试 (15)
5.2 系统功能测试 (16)
6 总结 (16)
参考文献 (18)
附录 (19)
致谢 (27)
华南农业大学本科生毕业设计成绩评定表
1 前言
1.1 课题研究的背景
随着石油化学工业的发展，易燃、易爆以及有毒等气体的种类和应用范围都有所增加。液化石油气、天然气、煤气等这些气体主要含有烷类、烃类、烯类、醇类、苯类以及一氧化碳、氢气等成分，都是易燃、易爆、有毒、有害的气体。它们易流动、易燃烧，在生产、输送、贮存和使用这些气体的过程中，如违反操作规程或者设备密封质量不好，都有可能发生这些可燃气体泄漏的现象。当与空气混合后的混合物达到一定的浓度时，就是一种极具爆炸性的混合物，遇到火源就会发生剧烈的化合反应，产生大量的热，然后燃起大火，进而酿成火灾或爆炸事故，给国家和人民的生命财产造成损失。在国内由于燃气泄漏所引发的爆炸、中毒和火灾等事故也经常发生，这在某种程度上增加了城市的不安全和不稳定因素。为了防止类似的悲剧不断上演，只有利用先进的科学技术。研制先进的、可靠的安全监测仪表，严密而且实时监测环境中的可燃性气体的浓度，及早发现事故存在的隐患，及时采取有效的措施，将事故消灭在酿成恶果之前，这样才能确保安全生产，居民的人身财产安全也才能有保证。但是现在国内使用的报警控制器，许多产品使用时间过长，产品老化严重，技术指标达不到标准，报警器的性能也不稳定。有些是保养不当，如电池流水腐蚀仪器，或蓄电池损坏而使报警器不能工作；有些是因使用不当而造成故障，因此不能进行准确、安全的检测和报警。因此，研制一种新型、性能稳定、实用性强、能准确监测可燃性气体，并且合乎国家相关规定的报警控制器势在必行（张芳，2011）。
当然，在众多环境参数中，温度和湿度也是两个十分重要的物理量，对它们的测量与控制有着十分重要的意义。随着现代工农业技术的发展，对生产环境温湿度的人为检测与控制能让工农业生产更有效率或质量保证。而人们对生活环境要求的提高，也使得人们迫切需要检测与控制生活环境中的温度和湿度。在人类的生活中，温度扮演着极其重要的角色。无论你生活在什么地方，从事什么样的工作，都无时无刻不在与温度打交道。自从18世纪工业革命以来，工业的发展与是否能掌握温度有着绝对的联系。在冶金、钢铁、石化、水泥、玻璃、食品、医药等行业，几乎80%的工业部门都必须得考虑温度的因素。温度对于工业如此重要，因此推进了温度传感器的发展。而信息科学和微电子技术的飞速发展给控制领域带来了巨大的飞跃，控制技术更加趋向自动化和智能化，为无数的使用者带来了方便。在控制领域里，温度是一个常见的名词，然而它所带来的技
术问题和所起的作用却是非同一般的。在控制领域中，对温度的控制有着举足轻重的作用。例如陶瓷的烧烤，只有控制住温度的适度，才能制作出一个完美的艺术品，否则只是一件废品；还有如酿酒的过程，也需要对温度进行控制。可见，在生活的许许多多的方面都有着对温度进行感知和控制的需要。而湿度也特别重要。特别是在一些仓库或者一些生产车间，对湿度的要求非常高，如果湿度不适中，可能会导致所有的贮藏物品或产品不合格，或存在某些安全隐患。例如在一些无尘车间或洁净室，如果湿度过高可能会导致细菌滋生、产生静电、金属被严重腐蚀等现象，导致无尘车间、洁净室性能严重下降。所以对空气湿度的检测控制也是很有必要和重要的。
1.2 课题研究的目的和意义
随着城市煤气、天然气等相关事业及化学工业的迅速发展，易燃、易爆气体的种类和应用范围在不断增加，这些易燃易爆气体在生产和使用的过程中，一旦发生泄漏将会引起中毒、爆炸、火灾等伤亡惨重事故。人们在对安全生产的重视程度日益增加的同时，对生产技术手段也进行不断的提高。研制一种新型、性能稳定、能准确地监测可燃可爆性气体的报警控制器势在必行。当然，很多时候只是对可燃气体进行检测控制还不够，还有很多因素在影响着生产和生活，例如温度和湿度。随着社会的发展特别是工业的发展，人民生活的改善，安全问题变得越来越重要。如今，在许多情况下，都需要对环境的温度进行限定，其中包括人的生活工作环境、仪器设备的工作环境以及动植物的生长环境等。如果环境温度超过或者低于限制值，必定对所处环境的人或设备造成影响，甚至给个人和社会造成巨大的损失。因此，在某些特定环境内使用温度报警器来对温度进行实时监控并做到超温报警，而使用单片微型计算机实时控制温度报警系统则是其中的一种重要方式。
本次设计以AVR ATmega16芯片为核心，用半导体陶瓷式可燃气体传感器MQ_2来检测环境中可燃可爆气体的浓度，用数字式温湿度传感器AM2301来检测环境中的温度和湿度，结合外部硬件电路实现对可燃性气体以及温湿度进行实时检测，当检测到的参数不符合预定值时则自动报警。AVR ATmega16芯片具有功能强大，性价比高等优点，适合广泛应用于报警装置，而且产品能够大规模生产。同时，设计出的多路报警器具有操作简单，实用性强，价格便宜，安全性高等特点，所以非常适合贮气仓库，以及家庭等场所使用，具有很高的实用价值。正是由于可燃性气体报警器对于安全生产的重要性，国内外有许多厂家研制、生产这一产品。同时也有很多厂家在研制、生产温湿度报警器，可是高可靠性的多路报警器还是比较少比较不成熟。从实际意义出发，根据现实生活的
需要以及运用所学知识，研制一种高可靠性的多路报警器能更好地提高生产和生活的安全可靠性。
1.3 可燃气体、温湿度报警器国内外现状
可燃性气体报警器在国外己经发展成为一种相当成熟的产品(Phelan et al，2007)。日本是最早发明可燃气体报警器的国家，己有50多年的历史。无论在气体探测器的研制上，还是在报警器的可靠性能上，都处于国际的领先水平。日本政府和各大生产企业大力推广报警器的使用，使可燃可爆气体泄漏和爆炸等事故的发生率远远低于欧美等发达国家。其中费加罗FIGARO、理研都是专门研制、生产可燃性气体报警控制器的厂家。他们生产的产品以采用最先进的气敏传感器、响应速度快、性能可靠、寿命长而著称。我国在70年代初期开始研制可燃性气体报警控制器，生产型号多样、品种较为齐全，应用范围也由单一的炼油系统扩展到几乎所有危险作业环境的各种类型的报警器，产品数量也在不断地增加。主要是在引进国外先进的传感器技术和先进的生产制造工艺的基础上，进一步研究与开发，形成自己的特色。近年来，在气体选择性和产品稳定性上也取得很大进步。工业上的可燃性气体报警控制器一般分为可燃性气体检漏仪（简称“检漏仪”）、可燃性气体报警控制器（简称“控制器”）、可燃性气体探测器（简称“探测器”）三大系列产品。检漏仪的体积较小，可随身携带或手持，采用碱性电池或可充电电池供电，一般可以连续工作近12小时。该仪器主要应用于燃气管道的查漏与巡线。如果有燃气泄漏，检漏仪就会发出声光报警，同时显示气体浓度，以便监控人员及时采取安全措施，防止爆炸等恶性事故的发生。探测器一般都与控制器配合使用，这是在工业装置上和生产过程中使用最多的检测仪器，可在防爆现场长期稳定地监测可燃气体的浓度。这种仪器大都使用于油库、液化气站和煤气站等易燃易爆的危险场所。探测器安装在防爆现场，而控制器则安置在值班室等有人值守的地方，二者之间采用屏蔽电缆线连接。当在现场的探测器探测到燃气泄漏之后，在很短时间内通过屏蔽电缆线将信号传送到控制器，接收到信号后控制器发出声光报警，同时自动启动排风装置或关闭电磁阀切断气源，以确保安全（张路，2008）。
温度检测报警系统的核心设备是温度传感器。温度传感器的发展算是经历了以下的3个阶段：
（1）传统的分立式温度传感器，含敏感元件，主要是能够进行非电量和电量之间的转换。
（2）模拟式集成温度传感器/控制器。
（3）数字式智能温度传感器。
目前，国际上新型温度传感器正从模拟式向数字式、集成化向智能化及网络化的方向发展（Mills et al，2011）。数字式温度传感器也称智能温度传感器，是在20世纪90年代中期问世。它是微电子技术、计算机技术和自动测试技术（ATE）的结晶。如今，国际上已开发出多种智能温度传感器系列产品。智能温度传感器内部包含温度传感器、A/D传感器型号处理器、信号处理器、存储器和接口电路。有的产品还带多路选择器、中央控制器（CPU）、随机存取储存器（RAM）和只读存储器（ROM）。数字式温度传感器能传输出温度数据及相关的温度控制量，能适配各种微控制器（MCU），并且可以通过软件来实现测试功能，即智能化水平取决于软件的开发水平。进入21世纪后，温度传感器正朝着高精度、多功能、总线标准化、高可靠性及安全性、开发虚拟传感器和网络传感器、研制单片测温系统等高科技的方向迅速发展。
而在湿度检测报警方面，虽然在工农业生产、气象、环保、国防、科研、航天等部门，经常需要对环境湿度进行测量及控制。但在常规的环境参数中，湿度是最难准确测量的一个参数。用干湿球湿度计或毛发湿度计来测量湿度的方法，早已无法满足现代科学技术发展的需要。这是因为测量湿度要比测量温度复杂的多，温度是个独立的被测量，而湿度却受其他因素（大气压强、温度）的影响。此外，湿度的标准也是一个难题。国外生产的湿度标定设备价格十分昂贵。近年来，国内外在湿度传感器的研发领域取得了很大的进步。湿敏传感器正从简单的湿敏元件向集成化、智能化、多参数检测的方向迅速发展，为开发新一代湿度检测控制系统创造了有利条件，也将湿度测量技术提高到新的水平。
总而言之，温湿度传感器的应用很广泛，其性能会直接影响到温湿度测量系统的准确度和可靠性。由于技术和成本原因，几年前大多使用传统的温湿度传感器，即模拟式传感器，尤其是要求可靠的湿度测量仍然停留于干、湿球测量法。这种方法不仅使用麻烦,而且往往受到应用场合的限制（黄军辉等，2006）。目前国内外对可燃气体报警器、温度报警器、湿度报警器的研究可以说是已经进入一个比较成熟的阶段。可是能够结合多个方面，多路检测报警、实用性强，而且能够广泛应用的多路报警器的研制还不是很成熟，重大危险事故还是时有发生，所以这一方面的研究还是值得我们探讨。
2 系统功能及方案设计
2.1 系统方案比较
方案一：采用AT89S51单片机作为中央处理单元（郭天祥，2009），同时选用FIGARO 费加罗催化燃烧式可燃气体传感器模块FCM6812对现场可燃性气体浓度进行检测采集，选用湿度传感器模块HR202对空气湿度进行检测，利用数字温度传感器模块DS18B20对空气温度进行检测，单片机处理单元读取可燃气体传感器以及温湿度传感器所采集到的温度和湿度值，然后对采集到的数据进行处理分析并实现自动报警。报警器用发光二极管分别表示（徐百汇等，2008）。
方案二：采用功能和性价比较高的AVR ATmega16单片机作为中央处理单元，选用MQ_2气体传感器对现场可燃性气体浓度进行检测采集，MQ_2气体传感器具有双路信号输出，即模拟量输出及TTL电平输出，可以采集到气体浓度的真实值，或者直接输出高低电平，也就是当测量浓度大于设定浓度时，TTL输出低电平，在这里我们直接检测测量浓度是否大于设定浓度，同时选用AM2301温湿度传感器对温度和空气湿度进行检测，即采集出温度和湿度的实际值，单片机处理单元读取温湿度传感器所采集到的温度和湿度值，并接受气体传感器发送的高低电平，然后对采集到的数据进行处理分析并实现自动报警。报警器用发光二极管分别表示，同时用蜂鸣器发出声音警报，以提醒监控人员。
方案二中用到的AVR单片机是Atmel公司的产品，片内资源丰富，接口也比AT89S51单片机更强大，功耗也比较低，带AD转换的产品多。另外AVR单片机还有一个好处，就是能支持ISP下载程序；方案一中可燃气体传感器用的是FIGARO品牌的催化燃烧式可燃气体传感器TGS6812，该传感器采用催化原理，可以检测甲烷，液化石油气，酒精干扰小，线形输出，精密尺寸做工，但是这种传感器模块很贵，而MQ_2气体传感器对液化气，天然气，城市煤气有较好的灵敏度、具有长期的使用寿命和可靠的稳定性、快速的响应恢复特性等优点，性价比高；方案二中使用AM2301温湿度传感器代替方案一中的湿度传感器模块HR202和温度传感器模块DS18B20，电路简单、使用方便，而且有较高灵敏度；方案二中报警器模块增加了蜂鸣器，能够更好地提醒监控该人员，以防产生不必要的损失。
终上所述，本设计采用方案二。
2.2 系统整体方案设计
本系统整体方案框图如图1所示。本系统利用传感器对环境中的温湿度以及可燃气体进行检测，当这些参数不符合预定设置的参数值时，就会自动报警。选用MQ_2气体传感器对现场可燃性气体浓度进行检测采集，MQ_2气体传感器具有双路信号输出即模
拟量输出及TTL电平输出，可以采集到气体浓度的真实值，或者直接输出高低电平，也就是当测量浓度大于设定浓度时，TTL输出低电平，在这里直接检测测量浓度是否大于设定浓度，同时选用AM2301温湿度传感器对温度和空气湿度进行检测，即采集出温度和湿度的实际值，采用功能和性价比较高的AVR ATmega16单片机作为中央处理单元，读取温湿度传感器所采集到的温度和湿度值，并接受气体传感器发送的高低电平，然后对采集到的数据进行处理分析并实现自动报警。
本设计可以检测空气中以烷类气体为主的多种可燃性气体的浓度，以及空气温湿度，当达到预先设定的上限或下限报警设定值时，发出声音报警和信号，实现多路报警功能，以提示操作人员采取安全对策或自动控制相关安全装置。
图1 系统整体方案框图
2.3 系统功能介绍
系统所实现的功能如下：
环境参数信息的采集。本系统可以检测空气中以烷类气体为主的多种可燃可爆性气体的浓度，以及环境温度和空气湿度。利用传感器对环境中的温度和湿度以及可燃可爆性气体进行检测。选用具有双路信号输出，即模拟量输出及TTL电平输出，而且TTL电平输出的灵敏度可调的MQ_2气体传感器对现场可燃性气体的浓度进行检测，同时选用应用了专用的数字模块采集技术和温湿度传感技术，确保产品具有极高的可靠性与卓越的长期稳定性的AM2301温湿度传感器对环境温度和空气中的湿度进行检测。传感器包
括一个电容式感湿元件和一个NTC测温元件，能同时对温度和湿度进行检测，采集出温湿度的当前值。
对采集到的信息进行自动处理并分析。采用功能和性价比较高的AVR ATmega16单片机作为中央处理单元，对环境参数进行采集处理，并不断分析、处理所采集的环境参数信息，将采集到的环境参数值与预先设置的理想值进行比较从而为报警提供数据依据。
自动报警。当环境参数值达到预先设定的上限或下限报警设定值时，将会发出声音报警和信号灯指示。声音警报采用了有源蜂鸣器，而信号灯采用发光二极管，当环境参数值不在期望值当中时蜂鸣器发出鸣声，同时相应的发光二极管发光，以提示监控人员采取安全对策或使自动控制相关安全装置做出相关反应。该报警器可以实时、准确地检测可燃性气体以及温湿度并且可以长时间可靠无误地报警。
3报警系统硬件设计
3.1 单片机原理
3.1.1 单片机原理概述
单片机（single-chip microcomputer）又称为“微控制器MCU”,也就是把微型计算机的主要功能部件集成在一块集成电路芯片上的单芯片微型计算机。由于单片机的高度集成化，缩短了系统内的信号传送距离，优化了结构的配置，大大提高了系统的运行速度以及可靠性。同时它的指令系统又非常适合工业控制的要求，所以单片机在工业过程及设备控制中得到了广泛的应用（王卫星，2009）。单片机的典型结构图如图2所示。
图2 单片机典型结构图
3.1.2ATmega16单片机的介绍
本系统设计中所选用的单片机是ATmega16单片机。ATmega16单片机作为硬件部分的主控芯片，具有功能强大、性价比较高等特点。其引脚如图3所示。
图3 ATmega16引脚图
ATmega16是基于增强的AVR RISC结构的低功耗8位CMOS微控制器。AVR内核具有丰富的指令集和32个通用工作寄存器。所有的寄存器都直接与算逻单元(ALU)相连接，使得一条指令可以在一个时钟周期内同时访问两个独立的寄存器。这种结构大大提高了代码效率，并且具有比普通的CISC微控制器最高至10倍的数据吞吐率。
ATmega16有如下特点:16字节的系统内可编程Flash(具有同时读写的能力，即RWW)，512字节EEPROM，1K字节SRAM，32个通用I/O口线，32个通用工作寄存器，用于边界扫描的JTAG接口，支持片内调试与编程，三个具有比较模式的灵活的定时器/计数器(T/C),片内/外中断，可编程串行USART，有起始条件检测器的通用串行接口，8路10位具有可选差分输入级可编程增益(TQFP封装)的ADC，具有片内振荡器的可编程看门狗定时器，一个SPI串行端口，以及六个可以通过软件进行选择的省电模式。工作于空闲模式时CPU停止工作，而USART、两线接口、A/D转换器、SRAM、T/C、SPI端口以及中断系统继续工作；掉电模式时晶体振荡器停止振荡，所有功能除了中断和硬件复位之外都停止工作；在省电模式下，异步定时器继续运行，允许用户保持一个时间基准，而其余功能模块处于休眠状态；ADC噪声抑制模式时终止CPU和除了异步定
时器与ADC以外所有I/O模块的工作，以降低ADC转换时的开关噪声；Standby模式下只有晶体或谐振振荡器运行，其余功能模块处于休眠状态，使得器件只消耗极少的电流，同时具有快速启动能力；扩展Standby模式下则允许振荡器和异步定时器继续工作(周润景等，2007)。
3.2电路系统设计
3.2.1 单片机最小系统
单片机应用系统根据系统扩展和系统配置状况的不同，可以分为最小应用系统、最小功耗系统和典型应用系统。单片机在进行实时控制和实时数据处理时，需要与外界进行信息交换。人们需要通过人机对话，了解系统的工作情况从而进行控制。单片机芯片与其它CPU相比较，功能虽然要强得多，但因为芯片结构、引脚数目的限制，片内ROM、RAM、I/O口等不能很多，所以在构成实际的应用系统时需要对I/O口和存储器加以扩展，以适应不同的工作需求。
图4单片机最小系统
本设计所需要的是最小应用系统。最小应用系统是指能维持单片机运行的最简单配置的系统。这种系统成本低廉、结构简单，常用来构成简单的控制系统，如开关量的输入/输出控制、时序控制等。对于片内有ROM/EPROM的芯片来说,最小应用系统即为配有晶体振荡器、复位电路和电源的单个芯片；对与片内没有ROM/EPROM芯片来说，其最小应用系统除了应配置上述的晶振、复位电路和电源外，还应配备EPROM或EEPROM 作为程序存储器使用。
ATmega16芯片的片内有ROM/EPROM，所以它的单片机最小系统只需要电源电路，时钟电路，复位电路。当然AVR ATmega16也可以不用外接时钟电路而直接用内部时钟。由一个晶振和两个电容构成时钟系统电路；另外，由一个电容和一个电阻和一个开关构成复位系统；VCC脚要接电源。AVR ATmega16最小系统如图4所示。
3.2.2环境参数采集电路设计
环境参数的采集对象主要包括温度、湿度和可燃可爆气体浓度。在本系统中温湿度的采集选用了数字温湿度传感器DHT21/AM2301，而可燃可爆气体的检测选用了气体传感器MQ_2。
图5气体传感器原理图
气体传感器MQ_2原理图如图5所示，它具有以下特点：
（1）具有信号输出指示。
（2）双路信号输出（模拟量输出及TTL电平输出）。
（3）TTL输出有效信号为低电平（当输出低电平时信号灯亮，可直接接单片机）。
（4）模拟量输出0~5V电压，浓度越高电压越高。
（5）对液化气，天然气，城市煤气有较好的灵敏度。
（6）具有长期的使用寿命和可靠的稳定性。
（7）快速的响应恢复特性。
气体传感器MQ_2适用于家庭或工厂的气体泄漏监测装置，适宜于液化气、丁烷、丙烷、甲烷、酒精、氢气、烟雾等监测装置。
DHT21数字温湿度传感器是一款含有已校准数字信号输出的温湿度复合传感器。它应用专用的数字模块采集技术和温湿度传感技术，确保产品具有极高的可靠性与卓越的长期稳定性。传感器包括一个电容式感湿元件和一个NTC测温元件，并与一个高性能8位单片机相连接。单线制串行接口，使系统集成变得简易快捷。超小的体积、极低的功耗，信号传输距离可达20米以上，使其成为各类应用甚至最为苛刻的应用场合的最佳选择，产品为4针单排引脚封装。常应用于暖通空调、测试及检测设备、汽车、数据记录器、消费品、自动控制、气象站、家电、湿度调节器、医疗、除湿器等领域。
图6 单片机与传感器接口电路
温湿度传感器和气体传感器与单片机的接口电路如图6所示。环境参数采集电路由主控芯片ATmega16、数字温湿度传感器DHT21/AM2301、气体传感器MQ_2组成。温湿度传感器AM2301的数据输出端接在单片机的PD0口，也即可以通过单片机的PD0口用串行方式读取采集到的温湿度值；气体传感器MQ_2的TTL电平输出端接在单片机的PC0口，通过判断输入PC0口的电平高低，即可判断出气体浓度是否过高。
3.2.3报警部分电路设计
系统的单片机与自动报警装置接口电路如图7所示。当所监测的环境参数值不符合预先设定的环境参数值时，系统会产生自动报警，以提醒监控人员实施一定的措施或者自动控制相应的设备，使得环境保持在一定需求条件中。报警部分包括温度过高报警器、温度过低报警器、湿度过高报警器、湿度过低报警器以及可燃气体报警器。通过蜂鸣器来产生声音警报，不管哪一项报警产生都会发出声音警报，这里用PB0口来控制蜂鸣器，当采集到的任意一参数值不符合预定值时，PB0口就会置高，蜂鸣器响。
图7单片机与报警装置接口电路
同时，用发光二极管来指示相应的报警。在这里分别用白发绿光二极管D3来指示温度过高报警、白发蓝光二极管D4来指示温度过低报警、红发红光二极管D5来指示湿度
过高报警、绿发绿光二极管D6来指示湿度过低报警、黄发黄光二极管D7来指示可燃气体报警，通过PB5~PB1口来控制二极管发光与否，当采集到的某一参数值不符合预定值时，相对应的I/O就会置高，而相应的二极管就会发光。
4报警系统软件设计
4.1编译器ICCAVR的介绍
ICCAVR是一种符合ANSI标准的C语言来开发MCU（单片机）程序的一个工具，功能合适、使用方便、技术支持好，它主要有以下几个特点：
（1）ICCAVR是一个综合了编辑器和工程管理器的集成工作环境（IDE）。
（2）源文件全部被组织到工程之中，文件的编辑和工程的构筑也在这个环境中完成，错误显示在状态窗口中，并且当你点击编译错误时，光标自动跳转到错误的那一行。
（3）该工程管理器还能直接产生INTEL HEX格式文件的烧写文件（该格式的文件可被大多数编程器所支持，可以直接下载到芯片中使用）和符合AVRStudio的调试文件(COFF格式)。
（4）ICCAVR是一个32位的程序，支持长文件名。
（5）ICCAVR是一个综合了编辑器和工程管理器的集成开发环境(IDE)，是一个纯32位的程序，可在Win 95、Win 98、Win ME、Win NT、Win 2000、Win XP和Win 7环境下运行（张军，2007）。
4.2 系统软件设计
4.2.1 整体系统软件设计
本系统所选用的传感器都是数字式的，所以采集到的数据无需模数转换就可以直接由单片机直接处理。DHT21数字温湿度传感器采集到的温湿度数据直接通过串口发送到单片机，单片机对接收到的数据进行处理分析，从而得知温湿度是否符合要求；而MQ_2则可以调节灵敏度，直接向AVR端口输出比较结果也即高低电平，读取相应端口的电平即可知道可燃气体浓度是否符合要求。通过AVR的PB5~PB0口控制来报警装置，即指示灯和蜂鸣器。通过PB5~PB1口来控制二极管发光与否，二极管一端接电源一端接I/O 口，当采集到的某一参数值不符合预定值时，拉低相对应的I/O口，相应的二极管就会发光。同时用PB0口来控制蜂鸣器，蜂鸣器一端接地一端接I/O口，不管哪一项报警产生都会置高PB0口，蜂鸣器发出警声。报警系统软件设计的总流程图如图8所示。
图8系统软件设计的流程图
4.2.2 报警部分软件设计
报警部分包括温度过高报警、温度过低报警、湿度过高报警、湿度过低报警以及可燃气体报警。先读取传感器采集到的值，然后通过AVR ATmega16单片机中央处理单元对采集到的数据进行分析。判断湿度是否过高，是则报警，否则判断湿度是否过低，是则报警；然后判断判断温度是否过高，是则报警，否则判断温度是否过低，是则报警；接着判断可燃气体浓度是否过高，是则报警。如此重复读取、分析环境参数值进行实时检测报警。软件设计流程图如图9所示。
图9参数分析、报警部分流程图
5调试和测试
5.1 软硬件调试
在调试的过程中，发现温湿度传感器采集的参数值有问题。可是通过改变程序中的if后面的条件，以及发光二极管的配合，发现不管条件怎么变化，所采集到的温湿度值都为0。多次检查之后都觉得电路还有程序都没有问题。想了很久之后终于发现，本系统的AVR最小系统用的是内部晶振，而在下载程序之前忘了设置内部PC振荡器的频率，导致程序中的延时程序的延时有误，所以温湿度传感器无法正常工作。设置了内部PC振荡器的频率之后温湿度传感器就能正常工作了。可是接下来的报警部分又出现问题了，很简单的蜂鸣器怎么弄不响。同样多次检查电路设计还有程序都没发现错误。换了两个蜂鸣器都一样的结果，而且蜂鸣器没那么容易烧坏，所以确定不是蜂鸣器坏了。于是用发光二极管搭在蜂鸣器的两端，发现发光二极管一闪一闪的，而且亮的时间极短，如果
数字电路课程设计报告书 课题名称 多路报警器设计报告 姓 名 袁益平 学 号 1012101-10 院 系 通信与电子工程学院 专 业 物理学 ※※※※※※※※※ ※ ※ ※※ ※ ※ ※ ※ ※※ ※ ※ ※ 2010级物理学 数字电子技术课程设
指导教师叶勇 2012.6.20
目录 1、设计任务与要求 1.1、设计一种防盗报警器，适用于仓库、等地防盗报警1.2、功能要求 1.3、设计本报警器所需的直流稳压电源 2、总体方案设计 2.1、方案选择与论证 2.2、报警器的原理框图如图2-1所示 2.3、总体电路图 3、单元电路设计及说明 3.1、电源电路设计及说明 3.1.1 电源电路设计方案 3.1.2 电源电路图 3.1.3 电源电路相关说明 3.2、控制电路设计及说明 3.2.1 控制电路设计方案 3.2.2 控制电路图 3.2.3 控制电路相关说明 3.3、报警声产生电路 3.3.1 报警声产生电路设计方案 3.3.2 报警声产生电路图 3.3.3 报警声产生电路图相关说明 3.4 单元电路间的连接方法 4、电路参数计算 4.1 电源电路参数计算 4.2 控制电路参数计算 4.3 报警声产生电路参数 5、电路元件的选择 6、收获与体会 7、参考文献
1、设计任务与要求 1.1、设计一种防盗报警器，适用于仓库、等地防盗报警 1.2、功能要求 （1）防盗路数可根据需要任意设定。 （2）在同一地点（值班室）可监视多处的安全情况，一旦出现偷盗，用指示灯显示相应的地点，并通过扬声器发出报警声响。 （3）设置不间断电源，当电网停电时，备用直流电源自动转换供电。 （4）本报警器可用于医院住院病人有线“呼叫”。 1.3、设计本报警器所需的直流稳压电源 2、总体方案设计 2.1、方案选择与论证 防盗报警器的关键部分是报警控制电路，由控制电路控制声、光报警信号的产生。下面列出两种方案： 方案一：采用运算放大器进行控制。运算放大器可将由传感器获得的微弱信号进行放大，从而使电路发出声、光等报警信号。正常情况下，运算放大器不工作，直到有信号时才工作，将信号放大后送入NE555时基电路和阻容组件组成音调振荡器，输出音频信号使扬声器发声报警。传感器可采用压力传感器。实现方法，可将压力传感器装在门或窗户等处。 此方案需要使用运算放大器，使电路变得复杂。而且，目前市场上很难买到运算放大器。此外，运算放大器的价格比普通组件都要贵，这也增加了设计成本。 方案二：采用三极管与可控硅进行控制，无偷盗情况时，使三极管处在截止状态，则被控器的声、光信号产生电路不工作；一旦有偷盗情况，立即使三极管导通，被控器的声、光信号产生电路产生声、光报警信号，呼叫值班人员采取相应措施。电网正常供电时，通过电源变压器降压后经整流、滤波及稳压得报警器所需直流电压，为防止电网停电，在控制器的输入端设置有备用直流电源，保证报警器在停电时能持续正常工作。 与方案一相比，方案二有着明显的优点。主要在于其电路简单，更实用，设计成本也比较低。市场上也有好多类似的报警器产品。此次课程设计，我采用的正是第二种方案。 2.2、报警器的原理框图如图2-1所示。
一、引言 在当今社会，经济迅速的发展着，人们的生活水平和自身素质也在不断的提高。在这样一个快的时代，自动化系统能带给人们很大的帮助。人们不断去尝试各种新兴产品，希望能够进一步简化我们的生活模式。即使安全问题一直在被改善，仍然还有不少不法分子存在。许多小区不但有专门的治安管理团队，更是引进了自动化报警器进行多重防护。可是在市场上我们看到，大部分报警装置都有着昂贵的价格，像是专门适用于一些高档场所，但是家家户户都需要保证自身及财产安全，若是能设计出一种针对普通家庭用户，并且性能优、适用简易、持久耐用的报警器，一定会是全社会的福音。因为人的肉眼是看不见红外线光的，安装在一个隐蔽的地方，秘密进行工作，该设备就可以在不法分子不发觉的情况下完成检测报警。 图1硬件电路总框图 在硬件部分的设计中包含如下部分：由红外传感器等组成的控制电路部分、51系列的单片机以及报警电路部分。其设计原理如上图1。
本设计以STC89C52单片机作为信号处理器，以C语言编程。红外探头在监控范围内收集信号并送至处理器中。在单片机内部处理过后，向报警电路发送控制信号，驱动蜂鸣器、LED灯等进行入侵报警。总电路原理图如下图2所示： 图2总电路原理图 1.元器件清单 2.信号采集处理模块 图3信号处理模块 感应器接收信号后，信号由2号管脚传入，经一系列放大筛选后，以最终信号启动定时器改变其延时周期并送至单片机内处理。这个电路中多个电容起到定时器的辅助作用。如图3中的1 位，这种状态才可以解除。 （2）单片机部分 1.单片机系统图 4V～5.5V,故通常接入5伏的直流电源中。电源的 20脚，VSS上。 出，以备单片机在启动的过程中出现错误，正常进入工作状态。若启动时发现程序出错，或是受到外界干扰，这时便可以启动复位电路重启程序。复位可由自动和手动两种方式启用。为了方便展示本设计，这里选择外接一个复位键。如是电路中的电位不够高，加上一个上拉电阻即可。 时钟电路在本报警系统中也起着至关重要的作用，它就好像是单片机中的主动脉直接掌握着单片机运行的起停节奏。它也有另外一个名字叫做振荡电路。时钟电路工作时将一个正弦波信号送至单片机内，这个信号的相关数值十分关键，单片机运行时的速度直接由它决定。其中，该单片机内部的反向输入为XTAL1，反向输出为XTAL2，这样具有反向放大功能的电路可配置成片内振荡器。若是想要使用外部的时钟源，来驱动其他元器件，应该跳过反向输出端不接。一
文理学院机械与材料工程学院 课程设计报告 专业班级测控1502 课程单片机课程设计 题目抢答器的设计 教研室测控技术与仪器 学号 2807150205 学生高宇璠 指导教师森林 2017年9月
摘要 本次的课程设计基于单片机技术原理，以美国ATMEL公司开发的AT89S52芯片作为核心控制器。通过硬件电路的制作及软件程序的编制，设计制作了一种具有复位、校时功能的数字时钟系统。利用七段数码管实现星期、上下午和时间信息并且可以通过蜂鸣器和二极管实现整点提醒功能，用户可通过系统上的按键对时间进行调整，实现实时的时钟显示。本次设计的硬件由主控模块、提示模块以及显示模块构成。复位模块主要由电阻、电容、按键组成；提示模块主要由蜂鸣器、三极管、二极管、排阻组成；显示模块则由七段数码管构成，用于显示提示信息和实时时钟。 关键词：AT89S51；七段数码管; 蜂鸣器
目录 摘要 (1) 1.任务与要求 (3) 2.电路设计 (4) 2.2基本电路 (7) 2.2.1整体电路 (7) 2.2.2片机的最小系统 (7) 2.2.3晶振模块 (8) 2.2.4复位模块 (8) 2.2.5数码管显示模块 (9) 2.2.7发声模块 (10) 4. 总结与感悟 (11) 附录 0 运行程序 0
1.任务与要求 设计任务： 以51单片机为核心，设计一个供4组选手比赛的抢答器。每组设置一个抢答按钮，按钮的编号与选手的编号对应。主持人控制开始、复位和分数按键。初始状态，每组成绩均为0分，倒计时和组号显示全零。 抢答开始，主持人按下开始键，系统显示15秒倒计时，绿灯亮。 如果15秒有选手抢答，则所有抢答开关被锁定，系统显示相应的组号，蜂鸣器响1声。此时，主持人按下答题键，选手开始答题，系统开始30秒倒计时显示。时间到，红灯亮1秒，蜂鸣器响1秒。答题结束，主持人将选手回答情况进行加分或减分，每按一次“+”或“—”对应1分；每题分值改变围为-3~3分。 如果15秒没有选手抢答，则所有抢答开关都将无效，此时红灯闪烁3秒，蜂鸣器间断响3秒。 比赛结束，主持人按下复位键，系统将回到初始状态。 设计要求： 1．完成系统的硬件电路设计与软件设计； 2．采用C51语言编程；
1引言 (1) 1.1 单片机的应用背景 (1) 2 总体设计方案 (2) 2.1 功能简介 (2) 2.2 设计思路 (2) 2.3 芯片器材 (3) 3 硬件设计 (3) 3.1 AT89C51 (3) 3.1.1 AT98C51引脚图 (3) 3.1.2 AT89C51结构特点 (5) 3.2 温度获取 (5) (7) 3.3 时钟电路 (8) 3.4 温度显示电路 (8) 3.5报警电路 (10) (10) 4 程序设计 (10) 4.1 程序流程图 (11) 4.2 初始化子程序 (11) 4.3 读子程序 (12) 4.4 写子程序 (13) 4.5 数据处理子程序 (13) 4.6 显示子程序 (15) 4.7报警子程序 (17) 5 实验仿真 (18) (18) 6 总结 (19) 参考文献 (20) 附录 (21) 1引言 1.1 单片机的应用背景 目前单片机渗透到我们生活的各个领域，几乎很难找到哪个领域没有单片机的踪迹。导弹的导航装置，飞机上各种仪表的控制，计算机的网络通信与数据传输，工业自动化过程的实时控制和数据处理，广泛使用的各种智能IC卡，民用豪华轿车的安全保障系统，录象机、摄像机、全自动洗衣机的控制，以及程控玩具、电子宠物等等，这些都离不开单片机，更不用说自动控制领域的机器人、智能仪表、医疗机械了。
世面上主要的单片机类型有Motorola 单片机、Microchip 单片机、东芝单片机、8051单片机、Atmel 单片机等。此次课设中用到的是ATMEL公司，下面着重介绍一下ATMEL公司的单片机。 ATMEL 公司是世界上著名的高性能低功耗非易失性存储器和数字集成电路的一流半导体制造公司。ATMEL 公司最令人注目的是它的EEPROM 电可擦除技术闪速存储器技术和质量高可靠性的生产技术。在CMOS 器件生产领域中，ATMEL 的先进设计水平优秀的生产工艺及封装技术一直处于世界的领先地位。这些技术用于单片机生产，使单片机也具有优秀的品质在结构性能和功能等方面都有明显的优势，ATMEL 公司的单片机是目前世界上一种独具特色。 而性能卓越的单片机它在计算机外部设备通讯设备自动化工业控制宇航设备仪器仪表和各种消费类产品中都有着广泛的应用前景。其生产的AT90系列是增强型RISC内载FLASH单片机,通常称为A VR系列。AT91M系列是基于ARM7TDMI 嵌入式处理器的ATMEL 16/32 微处理器系列中的一个新成员，该处理器用高密度的16 位指令集实现了高效的32 位RISC 结构且功耗很低。另外ATMAL的增强型51系列单片机目前在市场上仍然十分流行,其中AT89S51十分活跃。 当今社会，人们在追求高质量的生活，所以生活中离不开单片机，根据国家权威统计显示，目前我国的单片机容量达3亿片，且每年以大约20％的速度增长，但在世界市场我国的占有率还不到1％。沿海地区尤其像电子产品高度发达的深圳大部分单片机应用更是广泛，这种发展趋势也不断向内地辐射，因此，学好单片机有很重要的意义。 2 总体设计方案 2.1 功能简介 8位LED数码管直接显示DS18B20所测量的温度，超出-50~110℃范围时喇叭报警，并且对应的发光二极管开始闪烁，在温度范围内时喇叭停止报警并且数码管显示其温度，测量精度为0.5℃。 2.2 设计思路
单片机原理与应用 课程设计报告 课程设计名称：温度报警器设计 专业班级：13计转本 学生姓名：张朝柱肖娜 学号：20130566140 20130566113 指导教师：高玉芹 设计时间：2016-11—2017-12 成绩： 信电工程学院
摘要 2009年6月14日随着时代的进步和发展，单片机技术已经普及到我们生活、工作、科研、各个领域，已经成为一种比较成熟的技术。 本文主要介绍了一个基于AT89C52单片机的测温系统，详细描述了利用液晶显示器件传感器DS18B20开发测温系统的过程，重点对传感器在单片机下的硬件连接，软件编程以及各模块系统流程进行了详尽分析，特别是数字温度传感DS18B20的数据采集过程。对各部分的电路也一一进行了介绍,该系统可以方便的实现实现温度采集和显示，并可根据需要任意设定上下限报警温度，它使用起来相当方便，具有精度高、量程宽、灵敏度高、体积小、功耗低等优点，适合于我们日常生活和工、农业生产中的温度测量，也可以当作温度处理模块嵌入其它系统中，作为其他主系统的辅助扩展。DS18B20与AT89C52结合实现最简温度检测系统，该系统结构简单，抗干扰能力强，适合于恶劣环境下进行现场温度测量，有广泛的应用前景。 关键词：单片机AT89C51；DS18B20温度传感器；液晶显示LCD1602。
目录 1绪论 (1) 1.1温度报警器简介 (1) 1.2温度报警器的背景与研究意义 (1) 1.3温度报警器的现状及发展趋势 (1) 2 系统整体方案设计 (2) 2.1 设计目标 (2) 2.2系统的基本方案 (2) 2.2.1 系统方案选择 (2) 2.2.2 各模块方案选择 (3) 2.3主要元器件介绍 (3) 2.3.1 STC89C52的简介 (3) 2.3.2 DS18B20的简介 (4) 3 系统的硬件设计与实现 (5) 3.1 系统硬件概述 (5) 3.2主要单元电路的设计 (5) 3.2.1键盘扫描模块电路的设计 (5) 3.2.2单片机控制模块电路的设计 (5) 3.2.3报警模块电路的设计 (6) 3.2.4 LCD1602显示模块电路的设计 (7) 4 系统的软件设计与实现 (8) 4.1 KEIL软件介绍 (8) 4.2系统程序设计流程图 (8) 4.2.1 主程序软件设计 (8) 4.2.2 按键软件设计 (9) 4.2.3 密码设置软件设计 (9) 4.2.4 开锁软件设计 (10) 5 系统仿真设计 (12) 5.1 Proteus 软件介绍 (12) 5.2 Proteus 仿真图 (12) 5.3 硬件调试 (13) 5.4 调试结果 (13) 6 结论 (14)
课程设计任务书 多路防盗报警器 院系电气与电子工程系 组成员杜隆超 专业通信15-1班 指导教师叶燕 完成日期2017年04月15日
摘要: 近年来，随着改革开放的深入发展，人民的生活水平有了很大提高。各种高档家电产品和贵重物品为许多家庭所拥有，并且人们手中特别是城市居民的积蓄也十分可观。因此，越来越多的居民家庭对财产安全问题十分关心。目前，许多家庭使用了较为安全的防盗门，如果再设计和生产一种价廉、性能灵敏可靠的防盗报警器用于居民家中，必将在防盗和保证财产安全方面发挥更加有效的作用。此外，一些仓库的防盗工作也日益严峻，仅用人来值守的年代已经不复存在，需要一种无人值守全自动的防盗方式。为此，提出“多路防盗报警器”的设计任务。 我设计的防盗报警器的优点在于其实用，价廉和简单。
目录 1、设计任务与要求 1.1、设计一种防盗报警器，适用于仓库、等地防盗报警 1.2、功能要求 2、单电路简介 2.1、原理框图 2.2、总电路简介 2.3、控制电路与报警电路 3、直流电源电路 3.1、直流电源电路简介 4、电路元件的选择 5、电路仿真 6、实验总结
1、设计任务与要求 1.1、制作一种防盗报警器，适用于仓库、等地防盗报警 1.2、功能要求 （1）防盗路数可根据需要任意设定。 （2）在同一地点（值班室）可监视多处的安全情况，一旦出现偷盗，用指示灯显示相应的地点，并通过扬声器发出报警声响。 （3）用直流电源供电 2、单电路简介 防盗报警器的关键部分是报警控制电路，由控制电路控制声、光报警信号的产生。 该电路采用压电片进行控制，无偷盗情况时，使压电片处在截止状态，则被控器的声、光信号产生电路不工作；一旦有偷盗情况，立即使压电片导通，被控器的声、光信号产生电路产生声、光报警信号，呼叫值班人员采取相应措施。 2.1原理框图 报警器的原理框图如图2-1所示：
本科毕业论文（设计） 题目多功能防盗报警器的设计与实现指导教师职称 学生姓名学号 专业班级 院（系） 完成时间2014年4月20日
多功能防盗报警器的设计与实现 摘要 随着人类的不断地向前发展，科技的日新月异，人们的生活水平有了很大的提高。伴随着人们精神和物质生活的提升，各种高档贵重的物品充斥着大多数家庭。因此，多功能防盗报警器在保护人们的财产安全方面就发挥了关键性的作用。如今，很多家庭安装了较为安全的防盗门以及防盗门窗，还有一部分家庭使用了比较高档的防盗柜和电子摄像头装置来增加财产安全性。如果再设计一种成本低、功能强大、性能可靠的防盗报警器用于居家生活中，在保护人们的财产安全方面必将会发挥更加有效的的作用。因此，提出“MA-1型多功能防盗报警器”的设计与实现任务。 该MA-1型防盗报警器能够实现多路报警功能，通过延时触发器、警笛声发生单元以及警灯控制与驱动单元实现报警、震慑盗匪的目的，可以广泛适用于家庭以及中小型企业单位的防盗。 关键词：多路报警;延时触发器;警笛声发生单元;警灯驱动单元
Design of multifunctional anti-theft alarm Abstract With the continuous development of society, the advancement of technology。people's living standards have greatly improved. With the improvement of people's spiritual and material life, a variety of high-end valuables is filled with most of the families. Such persons and property on the protection play a key role in terms of multi-functional burglar alarm. Nowadays, many families installed the safer security doors and windows, and there is a part of this family to use high-grade security cabinet and electronic camera device to increase the property security. if we can design a kind of low-cost, powerful and reliable anti-theft alarm , which will play a more effective role in the protection of persons and property. Therefore, we the put forward "multi-functional burglar alarm," the design and implementation tasks. The MA-1 alarm can achieve a variety of alarm.The multifunctional anti-theft alarm can achieve alarm and intimidate bandits by Multi-alarm, Delay-Triggers, Alarm-Generator and Alarm-lamp driver to deter thieves purposes, it can be widely used in home burglar SME units. Keyword: Multi-Alarm; Delay-Triggers; Alarm-Generator; Alarm-lamp Driver
长沙学院 《单片机原理及应用》 课程设计说明书 题目基于单片机的多路抢答器设计系(部) 电子与通信工程系 专业(班级) 姓名 学号 指导教师 起止日期
《单片机原理及应用》课程设计任务书
长沙学院课程设计鉴定表
目录 目录 目录 (4) 1设计内容与要求 (5) 2 设计方案 (6) 3.电路仿真图 (7) 4.程序框图 (9) 5.心得体会 (10) 6.参考文献： (10)
概要 数字抢答器由主体电路与扩展电路组成。优先编码电路、锁存器、译码电路将参 赛队的输入信号在显示器上输出用控制电路和主持人开关启动报警电路，以上两部分组成主体电路.通过定时电路和译码电路将秒脉冲产生的信号在显示器上输出实现计时功能，构成扩展电路。经过布线、焊接、调试等工作后数字抢答器成形。单片机体积小价格低，应用方便，稳定可靠。单片机将很多任务交给了软件编程去实现，大大简化了外围硬件电路，使外围电路的实现简单方便。单片机系统的硬件结构给予了抢答系统“身躯”,而单片机的应用程序赋予了其新的“生命”，使其在传统的抢答器面前具有电路简单、成本低、运行可靠等特色。对于抢答器我们大家都知道那是用于选手做抢答题时用的，选手进行抢答，抢到题的选手来回答问题。抢答器不考验选手的反应速度同时也要求选手具备足够的知识面和一定的勇气选手们都站在同一个起跑线上，体现了公平公正的原则。关键字：抢答电路定时电路报警电路 1设计内容与要求 设计内容 设计一个抢答器，可供位选手抢答，主持人可通过开关复位控制，具有抢答、 设计要求 设计一个抢答器，可以同时供8名选手或8个队伍参加比赛，他们的编号分别是 1、2、3、4、5、6、7、8，各用一个抢答按钮，按钮的编号与选手的编号相对应， 也是给节目主持人设置一个控制开关9，用来控制系统的清零（编号显示数码管灭 灯）和抢答的开始。 抢答器具有数据锁存和显示功能。抢答开始，若有选手按动抢答按钮，编号立即锁 存，并在LED数码管上显示出选手的编号，同时扬声器给出音响提示。此外要封存 输入电路，禁止其他选手抢答。优先抢答选手的编号一直保持到系统清零为止。 抢答器具有定时抢答的功能，且一次抢答的时间可以由主持人设定，档节目主持人 按下“9”按钮后，同时扬声器发出短暂声， 抢答有效，定时器停止工作，显示器上显示选手的编号，并保持到主持人将系统清零为止。
1、作品介绍： 我个人设计的温度报警器是基于51单片机开发的一种能时时检测温度，并且报警的器件，它采用AT89S52单片机、DS18B20、1602液晶显示器等电学元器件，通过编写程序和一定的算法，最终实现的功能是：开机后单片机自动运行一套程序，使DS18B20检测室内的温度，并通过一定的算法对数据采样处理，计算出室内的温度，通过1602液晶显示器显示出来，当室温超过设定的值时，单片机驱动峰鸣发出声音！ 2、器件介绍： a、A T89S52单片机： AT89S52是一种低功耗、高性能CMOS 8位微控制器，具有8K 在系统可编程Flash 存储器。使用Atmel 公司高密度非易失性存储器技术制造，与工业80C51 产品指令和引脚完全兼容。片上Flash 允许程序存储器在系统可编程，亦适于常规编程器。在单芯片上，拥有灵巧的8 位CPU 和在系统可编程Flash，使得AT89S52在众多嵌入式控制应用系统中得到广泛应用。
b、DS18B20测温芯片： DS18B20数字温度传感器，采用美国DALLAS公司生产的DS18B20可组网数字温度传感器芯片封装而成，具有耐磨耐碰，体积小，使用方便，封装形式多样，适用于各种狭小空间设备数字测温和控制领域。 DS18B20 单线数字温度传感器，即“一线器件”，其具有独特的优点： （1 ）采用单总线的接口方式与微处理器连接时仅需要一条口线即可实现微处理器与DS18B20 的双向通讯。单总线
具有经济性好，抗干扰能力强，适合于恶劣环境的现场温度测 量，使用方便等优点，使用户可轻松地组建传感器网络，为测 量系统的构建引入全新概念。 ?（2 ）测量温度范围宽，测量精度高DS18B20 的测量范围 为-55 ℃~+ 125 ℃；在-10~+ 85°C 范围内，精度为± 0.5°C 。 ?（3 ）在使用中不需要任何外围元件。 ?（4 ）持多点组网功能多个DS18B20 可以并联在惟一的 单线上，实现多点测温。 ?（5 ）供电方式灵活DS18B20 可以通过内部寄生电路从数 据线上获取电源。因此，当数据线上的时序满足一定的要求时，可以不接外部电源，从而使系统结构更趋简单，可靠性更高。 ?（6 ）测量参数可配置DS18B20 的测量分辨率可通过程序 设定9~12 位。 ?（7 ）负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 ）掉电保护功能DS18B20 内部含有EEPROM ，在系统 掉电以后，它仍可保存分辨率及报警温度的设定值。 ?DS18B20 具有体积更小、适用电压更宽、更经济、可选更小 的封装方式，更宽的电压适用范围，适合于构建自己的经济的 测温系统，因此也就被设计者们所青睐。 DS18B20管脚排列：
传感器与测控电路课程设计报告学生姓名：禹振榜 指导老师：杨书仪余以道 专业班级：12级测控二班 所在学院：机电工程学院 学号1203030214 课题基于单片机的霍尔测速报警系统
基于单片机的霍尔测速报警系统的设计 摘要 在生产中，电机应用十分广泛，比如汽车速度显示，设备工作时的档位，都需要我们了解电机或者机器的转速。转速作为工程中应用的一个非常广泛的参数，它的测量方法有很多，特别是单片机对脉冲数字信号的强大处理能力，使得全数字测量系统越来越普及，越来越方便。 本设计属于码盘转速测量系统，实现转速的实时测量和显示。本系统以STC90C51单片机为核心，旋转编码器通过用传感器测量非电量，转变成模拟电量，再通过一系列测控电路。获得数字信号，实现实时轴转速测量，同时用四位段码式LED数码管显示模块显示电机转速，并且加入了报警模块。详细阐述了转速测量系统的工作过程，以及硬件电路的设计、显示效果。本文吸收了硬件软件化的思想，实现了题目要求的功能。 关键词：转速测量,，单片机, LED显示模块，霍尔传感器。
目录 第一部分绪论 1.1 设计的任务与要求————————————————1 第二部分功能分析与设计要求 2.1 测控系统功能的概述———————————————1 2.2系统模块的确定————————————————— 2 2.3各模块的选择—————————————————— 2 2.1.1传感器模块的论证与选择——————————————2 2.1.2报警模块的论证与选择———————————————3 2.1.3显示模块的论证与选择———————————————3 2.1.2单片机模块的论证与选择——————————————3 2.4 小结——————————————————————3 第三部分测控系统的总体设计 3.1 测控系统的总体设计———————————————4 3.1.1 硬件原理图———————————————————4 3.1.2 硬件电路设计总图————————————————5 3.2 测控系统子模块简介———————————————5 3.2.1传感器原理及分电路析—————————————— 5 3.2.2 报警模块————————————————————7 3.2.3 LED数码管———————————————————8
课程设计报告 多路防盗报警器设计 专业 学生X X 班级 学号 指导教师 完成日期2008年10月28日
摘要: 近年来，随着改革开放的深入发展，人民的生活水平有了很大提高。各种高档家电产品和贵重物品为许多家庭所拥有，并且人们手中特别是城市居民的积蓄也十分可观。因此，越来越多的居民家庭对财产安全问题十分关心。目前，许多家庭使用了较为安全的防盗门，如果再设计和生产一种价廉、性能灵敏可靠的防盗报警器用于居民家中，必将在防盗和保证财产安全方面发挥更加有效的作用。此外，一些仓库的防盗工作也日益严峻，仅用人来值守的年代已经不复存在，需要一种无人值守全自动的防盗方式。为此，提出“多路防盗报警器”的设计任务。 我设计的6路防盗报警器的优点在于其实用，价廉和简单。 关键词: 价廉，报警器，防盗
目录 1、设计任务与要求 1.1、设计一种防盗报警器，适用于仓库、等地防盗报警1.2、功能要求 1.3、设计本报警器所需的直流稳压电源 2、总体方案设计 2.1、方案选择与论证 2.2、报警器的原理框图如图2-1所示 2.3、总体电路图 3、单元电路设计及说明 3.1、电源电路设计及说明 3.1.1 电源电路设计方案 3.1.2 电源电路图 3.1.3 电源电路相关说明 3.2、控制电路设计及说明 3.2.1 控制电路设计方案 3.2.2 控制电路图 3.2.3 控制电路相关说明 3.3、报警声产生电路 3.3.1 报警声产生电路设计方案 3.3.2 报警声产生电路图 3.3.3 报警声产生电路图相关说明 3.4 单元电路间的连接方法 4、电路参数计算 4.1 电源电路参数计算 4.2 控制电路参数计算 4.3 报警声产生电路参数 5、电路元件的选择 6、收获与体会 7、参考文献
摘要：随着传感器在生产生活中更加广泛的应用，一种新型的数字式温度传感器实现对温度的测试与控制得到了更快的开发。本文设计了一种基于单片机AT89C52的温度检测及报警系统。该系统将温度传感器DS18B20接到单片机的一个端口上，单片机对温度传感器进行循环采集。将采集到的温度值与设定的上下限进行比较，当超出设定范围的上下限时，通过单片机控制的报警电路就会发出报警信号，从而实现了本次课程设计的要求。该系统设计和布线简单、结构紧凑、体积小、重量轻、抗干扰能力较强、性价比高、扩展方便，在工农业等领域的温度检测中有广阔的应用前景。本次课程设计的测量范围为0℃--99℃，测量误差为±2℃。 关键字：温度传感器、单片机、报警、数码管显示 一、概述 本次设计可以应用到许多我们用过的软件设计，将前面所学的知识融汇在一起实现温度监测及其报警的功能，来提醒农民当前大棚内温度是否适合农作物的生长。 电子技术是在十九世纪末、二十世纪初开始发展起来的新兴技术，在二十世纪发展最迅速，应用最广泛，成为近代科学技术发展的一个重要标志。 随着电子技术的飞速发展，电子技术在日常生活中得到了广泛的应用，各类转换电路的不断推出以及电子产品的快速更新，电子技术已成为世界发展和人们生活中必不可少的工具。 本次课设应用Protues软件设计一个温度检测报警系统，用温度传感器DS18B20采集大棚内的温度，当大棚内的温度高于30℃。或低于15℃。时，电路发出报警信号并显示当前温度，达到提醒农民的效果。 本次课设要求设计一个温度监测报警显示电路，要求温度范围：0℃--99℃；测量误差为±2℃；报警下限温度为：15℃；报警上限温度为：30℃。 二、方案论证 设计一个用于温室大棚温度监测系统。大棚农作物生长时，其温度不能太低，也不能太高，太低或太高均不适合农作物生长。该系统可实时测量、显示大棚的温度，当大棚温度超过农作物生长的温度范围时，报警提醒农民。 方案一： 方案一原理框图如图1所示。 图1 大棚温度检测系统的原理框图 方案二： 方案二原理框图如图2所示。
广东工业大学华立学院 课程设计（论文） 课程名称 题目名称 学生系部 专业班级 学号 学生姓名 指导教师 2015年06月6日
广东工业大学华立学院 课程设计（论文）任务书 一、课程设计（论文）的内容 设计一种红外声光报警系统主要功能有： （1）防盗的安保措施； （2）白天和黑夜都能执行其功能； （3）声光监控与红外线监控同时进行； （4）警报解除，监控继续； （5）能发出警报信息声。 二、课程设计（论文）的要求与数据 （1）方案论证； （2）系统原理图或各功能模块的硬件电路原理框图； （3）主程序流程图； （4）系统调试与分析； （5）源程序清单。 三、课程设计（论文）应完成的工作 （1）完成方案论证； （2）完成器件选型； （3）给出硬件电路原理图； （4）给出程序流程图； （5）完成源程序设计及调试； （6）完成课程设计报告的撰写。
四、应收集的资料及主要参考文献 [1] 刘海成.单片机及其应用[M].中国电力出版社，2012.7 发出任务书日期：年月日指导教师签名： 计划完成日期：年月日教学单位责任人签章：
摘要 围绕单片机红外声光报警系统的设计与开发进行研究和实践，详细介绍了红外声光报警系统的整体结构，硬件设计，软件设计，系统方案以及其它的开发和具体实现。介绍一种基于在系统可编程技术和A T89C51编译器配有集成开发的新型红外声光报警的设计方法，阐述其工作原理和软硬件设计。在硬件上，用C51大规模集成芯片对其外围电路进行集成，用一片AT89C51芯片实现了几十片分离元件才能实现的功能，几乎将整个系统下载于同一芯片，实现了所谓的片上系统，从而大大简化了系统结构，增强了系统结构的可靠性和性价比。该红外声光报警可以适用于家庭及一般机构，起到防盗报警的效果。 关键字：红外声光报警系统AT89C51芯片Proteus软件蜂鸣器发光二级管按键
专业论文 题目：基于80C51单片机的八路抢答器设 计
摘要：八路智力抢答器是一个可供八个参赛组进行智力竞赛的电路装置，该装置主要是由单片机最小系统、控制电路（八个选手抢答按钮；三个主持人控制按钮；四个修改按钮）、数码显示电路与蜂鸣器电路组成的。单片机（MCU）是目前在电气控制技术中广泛应用的重要元件。它具有体积小，稳定性高，应用范围广，控制能力强，升级改造容易等诸多优点。本论文介绍采用ATMEL公司AT89S52单片机设计八路智能抢答器。软件采用汇编语言编程，汇编语言属于计算机领域的低级语言，具有简明易懂,执行效率高等的优点。智能八路抢答器具有抢答时间与答题时间调整，抢答错误报警提示等功能，可以广泛应用于各类知识竞赛。 关键词：抢答器；单片机；硬件系统；软件编程
基于80C51单片机的八路抢答器设计 一、系统概述与原理方框图 在文中，我对八路抢答器的总体设计及其主要的功能特点进行简单的分析，并给出它的特点，实现的功能以及系统的简单操作，以对单片机及其控制系统的了解。 （一）单片机技术发展的概述与系统问题的提出 目前，单片机正朝着高性能和多品种方向发展，单片机的发展正朝着 CMOS化，低功耗，小体积，大容量，高性能，低价格和外围电路的内装化等 几个方面 发展。近几年，由于某种原因CHMOS技术的进步，大大地促进了单片机的CMOS 化，此种芯片除了低功耗外，还具有功耗的可控性，使单片机可以工作在功 耗精细管理状态，特别是IIC，API等串行总线的引入，可以使单片机的引脚 设计得更少，单片机系统结构更加简化及规范化。 我们设计出的8路抢答器是一种基于MCS-51单片机的硬件和软件设计及 实现方法，这种电路设计具有按键有效提示,输入错误提示,控制报警电路, 在线修改功能等多种功能,保密性强,灵活性高,特别适用于家庭!办公室!学 生宿舍及宾馆等场所。它具有全集成化，智能化，高精度，高性能，高可靠 性和低价格等优点，是一个值得推广的一种方法。接下来我们就对方案与设 计原理方框图进行比较分析。 （二）设计思路与系统组成及主要特点 为了使设计更具有针对性，使用性更强，我对其进行精心的设计，在设 计过程中，我们想到了很多的设计方案。 1．设计思路 设计一个八路抢答器，可同时供8名选手或者8个代表队参加比赛，他 们的编号分别为1——8,各用一个抢答器按钮,按钮的编号与选手的编号相 对应,分别设为S1…S8。节目主持人设置一组控制开关，用来控制系统的清 零和抢答器的开始，修改抢答时间与答题时间，如果想调节抢答时间或答题 时间,按"抢答时间调节"键或"答题时间调节"键进入调节状态。并且抢答器具 有数据锁存和显示的功能，抢答开始，若有选手按动抢答按钮，编号立即锁
单片机温度报警器设计论文
摘要 温度是一个十分重要的物理量，对他的测量与控制有十分重要的意义，随着现代工农业技术的发展及人们对生活环境要求的提高，人们也迫切需要检测与控制温度。本温度报警器的设计与制作，阐明了该装置进行设计与制作的具体过程及方法。这种温度报警器结构简单，可操作性强，应用广泛。工作时，温度测量范围为-55oC到125 oC当前环境温度若超过设定的高温临界温度，由单片机发出报警信号，防止因温度升高而带来的不必要的损失。 现代社会是信息社会，随着安全化程度的日益提高，机房——作为现代化的枢纽，其安全工作已成为重中之重，机房内一旦发生故障，将导致整个系统瘫痪，造成巨大的损失很社会影响。 造成高温火灾有：电气线路短路、过载、接触电阻过大等引发高温或火灾；静电产生高温或火灾；雷电等强电侵入导致高温或火灾；最主要是机房内电脑、空调等用电设备长时间工作，导致设备老化，空调发生故障，而不能降温；因此机房内所属的电子产品发热快，在短时间内机房温度升高超出设备正常温度，导致系统瘫痪或产生火灾，这时温度报警系统就会发挥应有的功能。 本文介绍的是采用温度传感器DS18B20的温度报警器，自动测量当前环境温度，由单片机AT89C2051控制，并通过三位7段数码管显示，若当前环境温度超过此温度，系统发出报警。 关键词： 单片机温度报警器温度传感器发光二极管温度显示
Abstract Temperature is a very important physics, measurement and control of his have very important sense, with modern industrial and agricultural technology and the development of environment for people's life rise, people also urgently need detection and control the temperature. This temperature alarm design and production, it is expounded that the device for the design and production of specific processes and methods. This temperature alarm simple structure, the maneuverability is strong, wide application. Work, temperature measurement range for - 55 DHS C to 125 DHS environmental temperature if exceed the C the current set of microcomputer temperature critical temperature, issued a warning signal, caused by temperature to prevent unnecessary losses. The modern society is the information society, as secure degree of increasing, room - as modern hub, its work safety has become a top priority, the telecom room once breaks down, will cause the entire system paralyze, caused great damage very social influence. A: high temperature fire caused by electrical wiring short circuit, overload, contact resistance too high temperature or triggered fires; Electrostatic generation high temperature or fire; Lightning invasion as lead to high temperatures or fire &high; Most major is the telecom room computers, air-conditioners etc electrical equipment working for a long time, resulting in equipment aging, air conditioning, and cannot cooling fault; Therefore the telecom room belongs to electronic products fever faster, in a short time, room temperature beyond normal temperature, cause the system equipment or produce fire, then paralyzed temperature alarm system will play its function. This paper is to use temperature sensor DS18B20 temperature alarm, automatic measuring current environmental temperature by a single chip microcomputer AT89C2051 control, and through three seven segment digital pipe display, if the current environmental temperature over this temperature, system warning. Keywords: Microcontroller Temperature alarm Temperature sensor leds Temperature display
单片机课程设计题目报警器设计 姓名：XXX 所在学院：XXX 所学专业：电气工程及其自动化 班级：12电气工程04班 学号：XXX 指导教师：XXX 完成时间：XXX
课程设计任务书 一、基本情况 学时：2周学分：2学分适应班级：12电气工程 二、课程设计的意义、性质、目标、要求 1．意义 课程设计是单片机课程教学的最后一个环节，是对学生进行全面的系统的训练。进行课程设计可以让学生把学过的比较零碎的知识系统化，真正的能够把学过的知识落到实处，能够开发简单的系统，也进一步激发了学生再深一步学习的热情，因此课程设计是必不少的，是非常必要的。 2．性质 课程设计是提高学生单片机技术应用能力以及文字总结能力的综合训练环节，是配合单片机课程内容掌握、应用得的专门性实践类课程。 3．目标 通过典型实际问题的实际，训练学生的软硬件的综合设计、调试能力以及文字组织能力，建立系统设计概念，加强工程应用思维方式的训练，同时对教学内容做一定的扩充。 4．要求 （1）课程设计的基本要求 单片机课程设计的主要内容包括：理论设计与撰写设计报告等。其中理论设计又包括选择总体方案，硬件系统设计、软件系统设计；硬件设计包括单元电路，选择元器件及计算参数等；软件设计包括模块化层次结构图，程序流程图。程序设计是课程设计的关键环节，通过进一步完善程序设计，使之达到课题所要求的指标。课程设计的最后要求是写出设计总结报告，把设计内容进行全面的总结，若有实践条件，把实践内容上升到理论高度。 （2）课程设计的教学要求 单片机课程设计的教学采用相对集中的方式进行，以班为单位全班学生集中到设计室进行。做到实训教学课堂化，严格考勤制度，在实训期间（两周）累计旷课达到6节以上，或者迟到、早退累计达到8次以上的学生，该课程考核按不及格处理。在实训期间需要外出查找资料，必须在指定的时间内方可外出。 课程设计的任务相对分散，每3—5名学生组成一个小组，完成一个课题的设计。小组成员既有分工、又要协作，同一小组的成员之间可以相互探讨、协商，可以互相借鉴或参考别人的设计方法和经验。但每个学生必须单独完成设计任务，要有完整的设计资料，独立撰写设计报告，设计报告雷同率超过50%的课程设计考核按不及格处理。 三、课程设计题目及设计过程 在此设计中，我们采用型号为AT89C51的单片机，通过报警电路与复位电路连接单片机，最后通过电源控制电路实现报警功能。AT89C51 提供以下标准功能：4k 字节Flash 闪速存储器，128字节内部RAM，32 个I／O 口线，两个16位定时／计数器，一个5向量两级中断结构，一个全双工串行通信口，片内振荡器及时钟电路。同时，AT89C51可降至0Hz的静态逻辑操作，并支持两种软件可选的节电工作模式。空闲方式停止CPU的工作，但允许RAM，定时／计数器串行通信口及中断系统继续工作。掉电方式保存RAM中的内容，但振荡器停止工作并禁止其它所有部件工作直到下一个硬件复位。