《zigbee无线网络原理》课程设计报告基于zigbee的烟雾检测系统.doc

基于zigbee的烟雾检测系统计算机科学与技术学院zigbee无线网络原理课程设计报告 设计题目：基于zigbee的烟雾检测系统 设计人员：学号：学号：学号：学号：指导教师： 2015年5月目 录摘要IAbstractII1 设计意义与目的11.1 目的11.2 意义12 设计内容12.1 烟雾报警器的工作原理12.2 设计方案22.3 结构组成32.4 实验所需器材33 实验电路图44相关模块的性能参数54.1 ZigBee核心板相关简介54.2 烟雾传感器性能参数55 系统主程序设计及流程图86 软件程序功能实现模块96.1 基于VB语言上位机程序控制96.2 ZigBee核心板下位机烟雾传感器程序117作品实物图展示138实验小组成员分工149实验总结1410 参考文献.15 11.小组成员评分.16II摘 要在当前社会的发展之下，无线网络发展的越来越快，作为无线网络中的zigbee也是大受关注。全民防火已成了生活中的话题，但是目前许多设计都是围绕大型火灾报警来建设，如商圈，会场，公共场所。因此，我们就很有需要去研制一种相对简单、且经济实用的家用烟雾检测系统来适应市场的需求。 该设计是采用了烟雾传感器的实验火灾检测，传感器采用MQ-2型半导体可燃气体敏锐元件烟雾传感器完成烟雾的检测。烟雾报警器是由烟雾信号采集，32芯片内部A/D转换，以及显示电路。该设计主要是针对烟雾报警系统中的各个模块及各模块的功能连接方式，以及系统软件怎么设计作了简单的分析和解答。关键字：烟雾报警器；ZigBee；无线控制1II AbstractUnder the current social development, the development of the wireless network is more and more quickly, as the zigbee wireless network is also a big concern. The national fire prevention has become an issue of life, but now many of the design is built around a large fire alarm to, such as business, conference, public places. As a result, we it is necessary to develop a relatively simple, and the economic and practical household smoke detection system to adapt to the demand of the market. This design is to use the smoke sensor experiment of fire detection, sensor adopts MQ - 2 type semiconductor gas sensitive element smoke sensor complete smoke detection. Smoke alarm is made up of smoke signal acquisition, 32 chip internal A/D conversion, and display circuit. This design is mainly aimed at the smoke alarm system function modules and the modules of connection mode, and how to design a simple analysis system software and solutions. Key words: smoke alarm; ZigBee; wireless control1II1 设计意义与目的1.1 目的设计一个由ZigBee控制的烟雾报警器，可以对房间的烟雾进行检测，如果超过设定的浓度，采取相应措施。PC端控制软件可以用VB语言，对VB串口控件熟悉的掌握。同时要求学生对CC2530芯片编程和ZigBee协议栈有相当程度的理解与熟练的应用，熟悉ZigBee串口及中断的使用。1.2 意义 火灾已经成为生活中常常反复发作和毁灭性的灾害，中国最强的冲击。随着社会和经济的发展，防火工作越来越重要，但是目前国内的许多研发都侧重于大型场所的火灾报警。因此，我们就有必要研制一种结构简单、经济实用的家庭烟雾报警器以适应市场的需求。基于供家庭使用的烟雾报警器应该具备的基本要求和功能，设计了一种比较适合的烟雾报警器。2 设计内容 2.1 烟雾报警器的工作原理 烟雾报警器能够检测到烟雾的环境中的浓度，并发出报警设备。报警系统的最基本组成部分应该包括：信号采集数字到模拟转换电路，单片机控制电路，电路，声光报警电路和安全保护电路等组成字符显示部分。 为了满足家庭和工业烟尘等地的易燃，易爆的安全要求，设计烟雾报警器报警状态。报警器带延时工作，烟雾探测报警器，以STM32F103VET6为核心，采用MQ-2半导体气体传感器烟雾烟密度信息的收集，配合外围电路构成烟雾报警系统。本设计有硬件设计和软件编程两个部分。 2.2 设计方案 （1）了解烟雾传感器工作原理，根据原理画好PCB原理图。（2）根据PCB原理图自制PCB板电路，将液晶屏，烟雾传感器，ZigBee开发板等相关元件设备进行集成。（3）测试PCB电路，检查相关电路能否正常工作，以及ZigBee核心板的能否正常调试。（4）在完成电路调试后，用下载器下载调试程序成功完成程序对相关元件的驱动（5）实验完成后做好相应的实验总结。 2.3 结构组成 从设计的功能来分析该系统须包括以下结构： 电源开关 电源ZigBee烟雾信号采集显示电路协调器控制控制控制中间接口电路 图1 总体设计框图2.4 实验所需器材1.ZigBee核心板 9保险座2. 烟雾传感器（MQ-2） 10.散热器3.LED发光二极管 11.电阻4.贴片三极管 12.贴片三极管5.变压器 13.电容6.稳压集成块（L7805） 14.电位器7.整流桥 15.排座8.电解电容 16.液晶屏模块3 实验电路图图 3.1 烟雾传感器原理图图3.2 PCB图图 3.3 协调器原理图4相关模块的性能参数4.1 ZigBee核心板相关简介一 高性能、低功耗的8051微控制器内核二 电源电压范围宽（2.0V3.6V）三 具有八路输入814位ADC四 2个支持多种串行协议的USART五 一个通用的16位和2个8位定时器4.2 烟雾传感器性能参数一、 尺寸：32mm X22mm X27mm 长X宽X高二、 主要芯片：LM393、ZYMQ-2气体传感器三、 工作电压：直流5伏四、 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、模拟量输出05V电压，浓度越高电压越高。4、对液化气，天然气，城市煤气，烟雾有较好的灵敏度。5、具有长期的使用寿命和可靠的稳定性6、快速的响应恢复特性五、应用：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。符号参数名称技术条件备注 Vc回路电压15VAC or DC VH加热电压5.0V0.2 VAC or DC RL负载电阻可调 RH加热电阻313室温 PH加热功耗900mW 表4.1 标准工作条件符号参数名称 技术条件备注 Tao使用温度-10-50 Tas储存温度-20-70 RH相对湿度小于95%RH O2氧气浓度21%(标准条件)氧气浓度会影响灵敏度特性最小值大于 表4.2. 环境条件 符号参数名称 技术参数备注Rs敏感体表面电阻 3K-30K (1000ppm 异丁烷 )探测浓度范围100ppm-10000ppm液化气和丙烷300ppm-5000ppm 丁烷5000ppm-20000ppm 甲烷300ppm-5000ppm 氢气100ppm-2000ppm 酒精 (3000/1000) 异丁烷浓度斜率 0.6标准工作条件 温度： 202 Vc:5.0V0.1V 相对湿度： 65%5% Vh: 5.0V0.1V预热时间 不超过1小时表4.3 性能参数 5 系统主程序设计及流程图主程序流程图如下图所示。首先，要预热传感器，MQ-2烟雾半导体电阻式传感器不通电一段时间储存后，再通电时，烟雾传感器不能立即妥善收集的信息，需要一些时间来热身。初始化之后，系统进入监视状态。程序初始化传感器预热处理开始 ZigBee处理，判断否超过设定显示值A/D转换进入显示程序 信号采集是否 6 软件程序功能实现模块6.1 基于VB语言上位机程序控制void SampleApp_MessageMSGCB( afIncomingMSGPacket_t *pkt ) /此函数是将zigbee模块的收到的信息发送给PC uint16 flashTime; switch ( pkt-clusterId ) uint8 i,len; case SAMPLEAPP_WANGPENG_ID: /王鹏组 HalUARTWrite(0,&pkt-cmd.Data0,8); HalUARTWrite(0,n,1); break; case SAMPLEAPP_CHENGNIAN_ID : /程念组 HalUARTWrite(0,&pkt-cmd.Data0,5); HalUARTWrite(0,n,1); break; case SAMPLEAPP_GUANG_ID: /谢金光组 HalUARTWrite(0,&pkt-cmd.Data0,8); HalUARTWrite(0,n,1); break; case SAMPLEAPP_JING_ID : /王静组 HalUARTWrite(0,&pkt-cmd.Data0,4); HalUARTWrite(0,n,1); break; case SAMPLEAPP_COM_CLUSTERID: /如果是串口透传的信息杨平组 if(pkt-cmd.Data1=G) Go(); else if(pkt-cmd.Data1=B) Back(); else if(pkt-cmd.Data1=S) Stop(); else if(pkt-cmd.Data1=R) Right(); else if(pkt-cmd.Data1=L) Left(); for(i=0;icmd.Datai+1,1);/发给PC机 HalUARTWrite(0,n,1); / 回车换行 break;6.2 ZigBee核心板下位机烟雾传感器程序void SampleApp_Init( uint8 task_id ) SampleApp_TaskID = task_id; SampleApp_NwkState = DEV_INIT; SampleApp_TransID = 0; MT_UartInit();/串口初始化 MT_UartRegisterTaskID(task_id);/登记任务号 HalUARTWrite(0,Hello Worldn,12); /（串口0，字符，字符个数。） /*烟雾传感器电路初始化*/ P2SEL &= 0X01; /设置P0.0为普通IO口 P2DIR &= 0X01; / 在P0.0口，设置为输入模式 P2INP &= 0x01; /打开P0.0上拉电阻void SampleApp_MessageMSGCB( afIncomingMSGPacket_t *pkt ) uint16 flashTime; switch ( pkt-clusterId ) case SAMPLEAPP_POINT_TO_POINT_CLUSTERID: if(pkt-cmd.Data0) HalUARTWrite(0,Got bad Airn,12); /有烟雾 else HalUARTWrite(0,No bad Airn,11); /有烟雾 break; case SAMPLEAPP_FLASH_CLUSTERID: flashTime = BUILD_UINT16(pkt-cmd.Data1, pkt-cmd.Data2 ); HalLedBlink( HAL_LED_4, 4, 50, (flashTime / 4) ); break; void SampleApp_SendPointToPointMessage( void ) uint8 L; if(AIR=1) L=1;/没烟雾 HalUARTWrite(0,Got bad Airn,12); /串口 HalLcdWriteString( Got bad Air, HAL_LCD_LINE_3 ); /LCD else L=0;/有烟雾 HalUARTWrite(0,No bad Airn,11); /串口 HalLcdWriteString( No bad Air, HAL_LCD_LINE_3 );/LCD if ( AF_DataRequest( &Point_To_Point_DstAddr, &SampleApp_epDesc, SAMPLEAPP_POINT_TO_POINT_CLUSTERID, 1, &L, &SampleApp_TransID, AF_DISCV_ROUTE, AF_DEFAULT_RADIUS ) = afStatus_SUCCESS ) else / Error occurred in request to send. 7作品实物图展示 图7.1 图7.2 图7.38实验小组成员分工姓名课程设计中承担的任务负责画PCB电路图，编写调试程序，组织小组成员分工合作制作电路板，并打好电路板上的元器件焊接洞孔根据原理图焊接实物元器件，并测试电路是否正常工作查找相关资料文献，总结完成实践报告9实验总结 通过这次课程实践，我们学会了如何画一个好的电路图，对DXP电路画图软件有了更深刻的了解，已经能够熟练地制作自己的元件库和画好电路图。在这次的实验中，我们自己做集成电路板，根据原理图实物焊元器件，检测电路是否有问题等等一系列的实践让我们的动手能力有了很大的提高。在完成电路板的制作之后，然后检查电路焊接的完整性以及电路是否合格通过，然后边写程序边调试，这些都是学习的过程，当实验做成功之后，你会发现学习的过程虽然辛苦，但是结果还是很令人开心的。 在这次课程实践中，我们小组分工明确，互相合作，也是我们可以成功完成的关键因素，在大家的共同努力下我们完成了这次课程设计，所以让我们知道了合作意识对一个团队的重要性。最大的收获是，我们都学会并了解了在物联网邻域一项重要的无线通信技术ZigBee，了解如何运用此项技术进行运用开发。10 参考文献【1】 无线龙 ZigBee无线网络原理 冶金工业出版社【2】 李晓卉，方康玲，张亮 基于ZigBee的室内气体检测系统 湖南工业大学出版社【3】吴灿阳 ZigBee的技术实践教程 北京航空航天大学出版社【4】王春 张良栋 基于ZigBee的焊接环境有毒气体检测【5】王延年 穆文静 基于ZigBee的无线信号采集传输系统的研究 西安工程大学学报【6】范志国 基于ZigBee的无线传感器网络节点的设计与通信实现 现代电子技术【7】黄浩忠 火灾自动报警检测系统 中国建材工业出版社11.小组成员评分学 号姓 名评 分签 字 指导老师签字：年 月 日目 录第一章 总论1一、项目概况1二、项目提出的理由与过程6三、项目建设的必要性8四、项目的可行性12第二章 市场预测15一、市场分析15二、市场预测16三、产品市场竞争力分析19第三章 建设规模与产品方案22一、建设规模22二、产品方案22三、质量标准22第四章 项目建设地点25一、项目建设地点选择25二、项目建设地条件25第五章 技术方案、设备方案和工程方案28一、技术方案28二、产品特点30三、主要设备方案32四、工程方案32第六章 原材料与原料供应35一、原料来源及运输方式35二、燃料供应与运输方式35第七章 总图布置、运输、总体布局与公用辅助工程37一、总图布置37二、 运输38三、总体布局38四、公用辅助工程39第八章 节能、节水与安全措施44一、主要依据及标准44二、节能44三、节水45四、消防与安全45第九章 环境影响与评价47一、法规依据47二、项目建设对环境影响48三、环境保护措施48四、环境影响评价49第十章 项目组织管理与运行50一、项目建设期管理50二、项目运行期组织管理52第十一章 项目实施进度55第十二章 投资估算和资金筹措56一、投资估算56二、资金筹措58第十三章 财务评价与效益分析61一、项目财务评价61二、财务评价结论65三、社会效益68四、生态效益68第十四章 风险分析70一、主要风险分析识别70二、风险程度分析及防范风险的措施70第十五章 招标方案72一、招标范围72二、招标组织形式72三、招标方式72第十六章 结论与建议74一、可行性研究结论74二、建议75附 件77一、附表77二、附件77三、附图7717