室内外环境监测报警系统设计报告.doc

太原工业学院大学生科技创新室内外环境监测报警系统设计报告系 部 名 称： 电子工程系 项 目 名 称： 室内外环境监测报警系统 指 导 教 师： 陆 锋 申 请 者： 冯国栋 年 级 专 业： 11级电子信息工程 申 请 日 期： 2013年11月24日 联 系 电 话： 15388513926 一、 项目主要内容本项目将利用单片机与传感器等电子器件，设计一款实用方便的室内外环境监测报警系统。设计分为两个模块，室内模块和室外模块。室内模块主要功能是：测量室内温度和湿度、火灾监测报警、烟雾（或有害气体）监测报警；室外模块的主要功能是：测量室外温湿度。两个模块可以通过无线（采用ZigBee）连接，单片机将收集的数据进行处理，将温度、湿度及室内外温差显示在LCD显示器上；当出现火情、有害气体泄漏时，蜂鸣器用不同频率的响声分别对各种情况进行预警。二、 项目主要创新1.设计的室内外环境监测报警系统灵巧、简便。2.将日常生活中需要的几种监测报警系统进行统一的整合。最主要的是设计了温湿检测、火灾监测、烟雾及有害气体监测报警。3.可以用我们设计的系统作为控制系统，外接风扇、水雾喷洒或换气系统。根据温度变化调节风扇、根据湿度喷洒水雾或根据空气质量开关换气系统。4.使用了ZigBee近距离无线组网通讯技术。三、 硬件电路设计硬件电路包括室内模块和室外模块。室内模块相当于协调器，使用了STM32和CC2530两款芯片，主要用于检测室内温湿度并显示、监测火灾、有毒气体以及报警装置、接收室外温湿信息并显示、控制继电器等。室外模块相当与终端设备，使用CC2530芯片，主要用于检测室外或其他地方温湿参数，并把这些参数无线发射到室内模块进行显示。下面是主要的硬件设计。1. STM32核心板电路图2. CC2530核心板电路图3. 电源电路设计 ASM117-3.3是5V转3.3V芯片4. DS18B20电路设计5. DHT11电路设计 6. 火灾、烟雾监测电路设计 烟雾、有害气体监测使用MQ_2，利用红外接受二极管监测是否有火灾发生。LM393是一种低功率失调电压双比较器，它类似于增益不可调的运算放大器。每个比较器有两个输入端和一个输出端，两个输入端一个称为同向输入端，一个称为反相输入端。在比较两个电压时，任意一个输入端加一个固定电压作参考电压，另一端加一个待比较信号电压。7. LCD显示电路设计8. 继电器电路设计9. 按键电路10. CC2530串口通信电路设计四、 部分软件设计由于程序较长，这里提供部分程序。1. STM32主程序部分#include stm32f10x.h#include delay.h#include sys.h#include USART.h#include LCD.h#include DHT11.h#include DS18B20.h#include MQ_2.h#include IR.h#include LED.h#include BUZZER.h#include KEY.h#include RELAY.h#include Display.hvoid Deal_With(u8,u8);void Deal_Temp(u8,u8);extern unsigned char TH, TL, RH, RL;extern unsigned char temp7;extern u8 RES;int main(void)u8 ts = 0;u8 fs = 1;u8 mq = 0;u8 ir = 0;u8 h_norm = H_TEMP;u8 l_norm = L_TEMP;delay_init();LED_Init();Buzzer();RELAY_Init();IR_Init();MQ_Init();USART1_Configuration();USARTx_NVIC_Configuration();LCD_Init(0x38,0x0c,0x06,0x01);DS18B20_WriteEEPROM();Scan_Key_Configuration(); while(1) DHT11_ReadData();DS18B20_ReadTemperature();Temp_Conversion();Slect_Model();mq = MQ_Scan();ir = IR_Scan();ts = Key_Scan();switch(ts)case KVALUE1 : fs = Set_LCD(ts); break;case KVALUE2 : h_norm = Set_H_Param(ts,fs); break;case KVALUE3 : l_norm = Set_L_Param(ts,fs); break;case KVALUE4 : Reset_Instrument(ts); break;default : break;switch(fs)case 0 : break;case 1 : Display_Indoor(); break;case 2 : Display_Outdoor_1(); break;case 3 : Display_Outdoor_2(); break;case 4 : Display_Set_Temp_Param(h_norm,l_norm); break;default : break;Deal_With(mq,ir);Deal_Temp(h_norm,l_norm); 2. CC2530监测温度程序#ifndef _DS18B20_H_#define _DS18B20_H_extern unsigned char Ds18b20Initial(void);extern void Temp_test(void);extern void Temp_Conversion(void);extern unsigned char temp7;extern unsigned char tflag;#endif#include iocc2530.h#include OnBoard.h#define uint unsigned int #define uchar unsigned char#define Ds18b20Data P0_6 /温度传感器引脚#define ON 0x01 /读取成功返回0x00，失败返回0x01#define OFF 0x00uchar temperature2; /存放温度数据uchar temp7;/存放分解的7个ASCII码温度数据 uchar tflag;void Ds18b20Delay(uint k);void Ds18b20InputInitial(void);/设置端口为输入void Ds18b20OutputInitial(void);/设置端口为输出uchar Ds18b20Initial(void);void Ds18b20Write(uchar infor);uchar Ds18b20Read(void);void Temp_test(void); /温度读取函数void Temp_Conversion(void);/时钟频率为32Mvoid Ds18b20Delay(uint k) /*uint i,j; for(i=0;ik;i+) for(j=0;j 8000)Flag_1 = OFF; Status = Ds18b20Data; Ds18b20OutputInitial();/P0_6设置为输出模式 Ds18b20Data = 1;/拉高总线 Ds18b20Delay(100); return Status;/主机往Ds18b20写数据void Ds18b20Write(uchar infor) uint i; Ds18b20OutputInitial();/P0_6设置为输出模式 /发送一个字节 for(i=0;i= 1;/移位 /主机从Ds18b20读数据uchar Ds18b20Read(void) uchar Value = 0x00; uint i; Ds18b20OutputInitial();/P0_6设置为输出模式 Ds18b20Data = 1;/总线拉高，准备读数据 Ds18b20Delay(10); for(i=0;i= 1; Ds18b20OutputInitial();/P0_6设置为输出模式 Ds18b20Data = 0;/拉低总线产生读信号 Ds18b20Delay(3); Ds18b20Data = 1;/释放总线准备读数据 Ds18b20Delay(3); Ds18b20InputInitial();/P0_6设置为输入模式 /等待读取数据 if(Ds18b20Data = 1) Value |= 0x80; Ds18b20Delay(15); return Value;void Temp_test(void) /温度读取函数 uchar V; Ds18b20Initial();/初始化 Ds18b20Write(0xcc);/逃过 ROM Ds18b20Write(0x44);/温度转换命令 Ds18b20Initial(); Ds18b20Write(0xcc);/逃过 ROM Ds18b20Write(0xbe);/读DS1820温度暂存器命令 temperature0 = Ds18b20Read(); temperature1 = Ds18b20Read(); V = temperature1; V = 8; V = V | temperature0; if(V 0x0fff) tflag = 0; else tflag = 1; Ds18b20Initial();void Temp_Conversion(void) uchar temp_data_1,temp_data_2; uint TempDec; temp_data_1 = temperature1; temp_data_1 &= 0xf0;/取高4位 if (temp_data_1 = 0xf0)/判断是正温度还是负温度读数 /负温度读数求补,取反加1,判断低8位是否有进位 if (temperature0=0) /有进位,高8位取反加1 temperature0 = temperature0+1; temperature1 = temperature1+1; else /没进位,高8位不加1 temperature0 = temperature0+1; temperature1 = temperature1; /取高字节低4位(温度读数高4位)，注意此时是12位精度 temp_data_1 = temperature1 4; /组合成完整数据 temp_data_1 = temp_data_1 | temp_data_2; temp0 = temp_data_1/100+0x30;/取百位转换为ASCII码 temp1 = (temp_data_1%100)/10+0x30;/取十位转换为ASCII码 temp2 = (temp_data_1%100)%10+0x30;/取个位转换为ASCII码 temperature0 &= 0x0f;/取小数位转换为ASCII码 /625=0.0625*10000，表示小数部分,扩大1万倍，方便显示 TempDec = temperature0*625; temp3 = TempDec/1000+0x30;/取小数十分位转换为ASCII码 temp4 = (TempDec%1000)/100+0x30;/取小数百分位转换为ASCII码 temp5 = (TempDec%1000)%100)/10+0x30;/取小数千分位转换为ASCII码 temp6 = (TempDec%1000)%100)%10+0x30;/取小数万分位转换为ASCII码五、 项目总结1使用Altium Desicner软件，完成了基于STM32F103VBT6最小系统的核心电路板的设计、基于CC2530的核心板电路设计、室内监测模块电路设计、室外监测模块电路设计，并制作了电路板、完成了电路板焊接，通过了硬件测试。2.完成了软件编程。分别使用了Keil和IAR软件完成了对STM32和CC2530的软件设计，并完成了软件测试。3.使用了Zigbee 低功耗个域网协议，实现了无线数据联网、传递。4.结合软件和硬件进行系统测试，分别进行了火灾监测报警、烟雾监测报警、有害气体报警监测、联网收集室内外温湿度测试，基本达到了设计要求。通过本次创新设计，我掌握了很多知识，动手实践能力有了很大的提高，为我以后的学习、工作打下了良好的基础。