秸稈禁燒無線監測系統的設計及實現畢業論文-資料下載頁

【導讀】⑴通過基于ZigBee技術的無線傳感網絡實現農田監測區域的溫度/煙度等參數的數據采集；⑵利用現有通信網絡進行遠程數據傳輸；1—4周：查閱相關資料，熟悉題目內容，掌握設計原理，提交開題報告；5—10周：根據設計原理，進行相應軟、硬件設計；11—12周：完善設計功能，整理資料并進行結果測試及分析；13—14周：畢業設計驗收；15—16周：撰寫、修改、提交畢業論文，畢業答辯。[摘要]農田秸稈禁燒無線監測系統是實現農田及農村信息無線監測、無人值守，有效并且可靠管理的重要組成部。分，是推動農田及農村智能化管理的重要步驟，具有較大的應用價值。單片機作為主控芯片，分別用DS18B20溫度傳感器、MQ-2煙霧傳感器采集環境溫度和煙霧濃度，通過STC89C52單片。機處理后實現溫度及煙霧濃度顯示、越界報警功能，同時，本課題研究開發上位機監測軟件。該系統結構簡單、性能穩定、使用方便、價格低廉、具有一

　　

【正文】 采用四位一體式共陰數碼管來實現數據的顯示，在采用單片機系統應用時，通常采用價格低廉并且應用靈活的數碼管來作為電路的顯示部分。我們經常應用到的 4～ 8 位七段 LED 顯示數碼管器件，這里采用的是 4 位一體數碼管。通常我們有多種方法來實現數字顯示，不變 的是，實現多位數字的顯示其基本原理是類似的。本文對數碼管的顯示呈現了一種常用的顯示方法，應用這種方法實現多位數碼管的動態顯示，其硬件電路結構簡單很多，并且廉價和移植方法簡單，因此它在各種領域都有廣泛的應用 [10]。 多位 LED 顯示時，將所有數碼管的段選并聯在一起，由一個 8 位 I/O 口控制，每個數碼管的陰極或者陽極連在一起通過 8 位 I/O 口輸出控制信號控制每一個數碼管的顯示狀態。本設計的顯示是利用單片機的兩個 I/O 口實現 4 個 LED 數碼管的控制的簡要方法，圖 所示是該電路的硬件原理圖。其中為了使單片機 I/O 口有 足夠的電流驅動數碼管，在每個段選端口都加上一個三極管來放大電流，數碼管用共陰型數碼管 [11]。 VC CVC CP 0 . 3P 0 . 1P 0 . 0P 0 . 5P 0 . 7NP NP2.04 .7 KLED 數碼管4 .7 K 4 .7 K4 .7 K87 6 5 4 3 2 1P2.2P2.1P2.6P2.5P2.4P2.3P2.7NP NNP NNP NNP N4 .7 K1 K1 K1 K1 K1 K 圖 數碼管顯示電路圖 陜西理工學院畢業設計 第 14 頁 共 42 頁 顯示時，其數據信息會以并行傳輸方式從 STC89C52 的 P2 口輸出并且送給段選端的 8 個管腳，同時用 P0 口傳送位選信息給數碼管，實現對數碼管 LED1～ LED4 的位選控制，這樣， 4 個數碼管便以 100ms 的時間間隔輪流顯示。由于人眼的殘留效應，這 4 個數碼管看上去幾乎是同時顯示。 報警電路 本系統中采 用蜂鳴器報警，通過單片機 I/O 口發出控制信號來控制蜂鳴器的響應，其電路圖如圖 所示。 V C CP N P1 K2 KSPEAKERA l arm 圖 蜂鳴器報警電路圖 由于單片機輸出電流較小，所以用三極管 S9013 驅動蜂鳴器發出聲音 [12]。單片機的 口連接三極管基極，當檢測到火災隱患時， 輸出高電平，三極管工作在放大狀態，電路導通，蜂鳴器報警。 鍵盤電路 報警數值用按鍵 S2， S3， S4 來設置， S2 為調整鍵，通過三個端口分別采集鍵盤信號，電路圖如 圖 所示。 P 1 . 6P 1 . 5P 1 . 4V C C1 0 KS 31 0 K 1 0 KS 5S 4 圖 鍵盤電路圖 按一下調整煙霧報警限值，按第二下調整溫度報警下限值，按第三下調節溫度報警上限值，按第四下取消光標顯示，屏幕恢復正常顯示。 S S分別為減小鍵和增大鍵，和調整鍵配合使用。 無線收發電路 系統采用一對 ATKHC05 藍牙模塊實現數據的無線收發， ATKHC05 是一款高性能的主從一體藍牙串口模塊，可以同各種藍牙功能的電腦、藍牙主機、手機、 PDA、 PSP 等智能終端配對，模塊兼 容陜西理工學院畢業設計 第 15 頁 共 42 頁 5V或 ，可以很方便的與其他產品進行連接。這種模塊非常小巧，模塊通過 6個 間距的排針與外部連接，發射模塊電路如圖 所示。 V C CA T K H C 0 5VCCGNDTXD5RXDKEYLED6 4 3 2 1P3.0P3.1 圖 基于 ATKHC05 藍牙模塊的發射電路圖 發射模塊通過串口與單片機直接實現通信，供電與單片機一致使用 5V 電壓，單片機直接把數據傳送給發送模塊，發送模塊將數據發送出去。 接收模塊同樣采用一片 ATKHC05 模塊作為無線接收部分，接收部分要實現與單片機的串口通信，這里直接運用 CH340 模塊實現串口到 TTL 電平的轉換，不再需要通過單片機控制，節省成本的同時結構簡單易于實現，其原理電路圖如圖 所示。 V C CA T K H C 0 5VCCGNDTXD5RXDKEYLED6 4 3 2 1GNDRXDTXDVCCU S BC H 3 4 0 圖 基于 ATKHC05 藍牙模塊的接收電路圖 通過 CH340 模塊實現串口到 TTL 電平的轉換之后，即接收模塊可以直接與 PC 端進行串行通信，實現接收數據并且傳送給 PC 端，使電路實現功能的同時結構更加簡單。 陜西理工學院畢業設計 第 16 頁 共 42 頁 4 軟件設計 軟件的設計采用模塊化設計，模塊 化設計的目的是以少變應多變，以盡可能少的投入生產盡可能多的產品，以最為經濟的方法滿足各種要求 [13]。由于模塊具有不同的組合可以配置生成多樣化的滿足用戶需求的產品的特點，同時模塊又具有標準的幾何連接接口和一致的輸入輸出接口，如果模塊的劃分和接口定義符合企業批量化生產中采購、物流、生產和服務的實際情況，這就意味著按照模塊化模式配置出來的產品是符合批量化生產的實際情況的，從而使定制化生產和批量化生產這對矛盾得到解決。 本系統摒棄了傳統的匯編語言而采用 C 語言進行程序設計。因為 C 語言的描述由函數組成，是一種結構化的 程序設計語言，所以更容易實現模塊化，而且具有可讀性好，易于移植等優點，同時還有匯編語言一樣的位操作功能的硬件詳細控制指令。數據結構方面，可以使用結構體和數組，能夠處理復雜的數據，可用于實時處理系統 [14]。 本系統的軟件編程使用 Keil 編程環境開發軟件，它可以支持 C 語言編程并且編譯出來的軟件與單片機完美兼容 [15]， 下面對軟件分為以下幾個模塊來進行具體設計。 主程序設計 程序運行時就是從主程序開始執行的，因此首先要調用初始化模塊對系統進行初始化，報警器上電后綠色 LED 燈亮，說明系統沒有故障，可正常工 作。主程序流程圖如圖 所示。 NNYY開 始系 統 初 始 化濃 度 及 溫 度 顯 示是 否 為 設 置 模 式是 否 超 過 報 警 限進 入 報 警 上 限設 置 模 式按 鍵 狀 態 掃 描數 據 采 集設 置 指 示 燈 狀 態進 入 報 警 子 程序報 警 復 位 圖 主程序流程圖 溫度信號采集電路采集外界溫度，將溫度數據直接發送到單片機中，對數據進行處理分析，如果溫度值高于設定的溫度報警上限或低于下限，蜂鳴器報警，紅色 LED 燈亮，綠色 LED 燈滅。系統還加入一個 LCD 顯示屏，將濃度級別和溫度值發送到顯示屏中。為方便調節濃度和溫度報警的上下限，還加入了三個按鍵，因此主程序在不斷地采集信號然后顯示并判斷是否需要報警，我們把初始化完成后的這幾步操作 放入一個死循環中實現功能。 煙霧采集電路的主要元件是煙霧傳感器，由煙霧傳感器采集煙霧信號，轉化為模擬的電信號，模數轉換電路將該模擬信號轉換成單片機可識別的數字信號進行數據分析，判斷是否大于或等于預陜西理工學院畢業設計 第 17 頁 共 42 頁 設值，如果大于等于則蜂鳴器報警，紅色 LED 燈亮，繼電器動作，帶動旁邊的紅色 LED 燈亮，綠色 LED 燈滅。 首先要給傳感器預熱三分鐘，因為 MQ2 型半導體電阻式煙霧傳感器在不通電存放一段時間后，二氧化錫會吸附空氣中的水蒸氣，再次通電時，傳感器不能立即正常采集煙霧信息，需要一段時間預熱，使水蒸氣蒸發后，氣敏電阻才能正常工 作。程序初始化結束后，系統進入監控狀態，進行按鍵掃描。 在整個報警器系統工作中，煙霧傳感器檢測到的煙霧濃度信號進行 A/D 轉換處理，溫度傳感器讀取溫度，由單片機進行分析處理，判斷系統是否啟動聲光報警。 初始化程序設計 系統上電后，程序由主程序開始執行，主程序執行的第一步就是初始化，所謂初始化，是對將要用到 AT89S52 單片機內部部件或擴展芯片進行初始化工作狀態設定。這部分實現的功能包括各種I/O 口輸入輸出狀態的設定、寄存器初始化、允許某些中斷源和設置中斷優先級等。初始化程序流程圖如圖 所示。 開 始D S 1 8 B 2 0 初 始 化A / D 轉 換 芯 片 初 始 化關 閉 蜂 鳴 器關 閉 報 警 指 示 燈是 否 保 存 報 警 初 值設 定 初 值結 束 圖 初始化程序流程圖 在初始化的過程中，首先設置定時初值，再設置定時器工作方式，打開定時器并且允許中斷，首先要蜂鳴器和指示燈都要設置為關閉狀態，即熄滅報警指示燈，并且關閉蜂鳴器。 數據采集程序設計 數據采集是火災報警系統中的重要環節。為了降低誤報率，系統設計時對溫度煙霧采用了兩次采集、兩次判斷的方法。每次采集溫度煙霧數據后，將數據存入單片機的寄存器，然后在火災判斷程序中，將采集的數據與設定的閾值進行比較，判斷現 場是否發生火災。 具體流程是：系統和程序初始化后，驅動 ADC0809 的 IN0 對溫度信號進行 A/D 轉換，單片機接受轉換好的數據，存入寄存器，由 INT1 中斷服務程序完成；系統延時 10ms，驅動 ADC0809 的 IN1對煙霧信號進行 A/D 轉換，轉換完成后存入寄存器。系統延時 50ms，進行第二次溫度煙霧信號采集，將轉換好的數據存入寄存器中。單片機每次驅動 A/D 轉換后等待外部中斷 1，當 ADC0809 的 EOC 端變為 1 時，即中斷到來，說明 A/D 轉換已經完成，通過中斷服務程序讀取轉換得到的數據。系統溫度煙霧信號采集程序流程圖 如圖 所示。 陜西理工學院畢業設計 第 18 頁 共 42 頁 開 始寫 溫 度 讀 取 指 令讀 取 溫 度 數 據延 時 1 0 m sA / D 轉 換讀 取 煙 霧 數 據結 束等 待 數 據 轉 換無 中 斷 圖 數據采集子程序流程圖 由于設計采用的是模塊化設計，系統實現報警功能是通過調用子程序實現的。在數據采集子程序中，一次溫度煙霧信號采集延時 10ms，是讓 ADC0809 準備好進行下一次信號轉換。當系統采集 2次溫度煙霧信號后，轉換好的數據存入單片機的寄存器中，系統再調用火災判斷子程序。 按鍵控制程序設計 按鍵由于彈性作用的影響，在閉合及斷開均有抖動過程，從而使電壓也出現抖動，所以在識別按鍵時要 消除抖動的影響。按鍵的識別方法采用掃描法，不同的按鍵控制不同的功能，其電路圖如圖 所示。 NN YY開 始掃 描 設 置 狀 態延 時 1 0 m s延 時 1 0 m s 結 束按 鍵 狀 態 更 新按 鍵 狀 態 更 新設 置 煙 度顯 示 煙 度設 置 煙 度顯 示 煙 度 圖 按鍵控制子程序流程圖 按鍵程序在實現掃描按鍵信息時要消除抖動，因此要在掃描到按鍵信息時延時 10ms 再掃描，兩次掃描都出現按下動作時才認為按鍵動作，然后提取鍵值調用按鍵處理子程序。 陜西理工學院畢業設計 第 19 頁 共 42 頁 報警程序設計 當煙霧濃度超過報警設定值或者溫度超出一定范圍時，報警器發出一種近似警笛的鳴叫聲，對應通道的紅燈閃亮，以提示操作人員采取 安全對策或自動控制相關安全裝置，從而保障生產安全，避免火災和爆炸事故的發生，電路圖如圖 所示。 NY開 始讀 取 處 理 后 的 溫 度值 及 煙 度 值紅 色 L E D 亮 ， 蜂 鳴器 報 警是 否 超 過 報 警 限返 回 圖 報警子程序流程圖 程序開始先讀取數據信息，然后判斷數據是否超過預設上限，未超過預設上限則返回主程序繼續執行，超過上限值將 LED 點亮并且驅動蜂鳴器報警，并且繼續檢測數據是否恢復正常，如果恢復正常則返回主程序繼續執行。 上位機軟件設計 上位機軟件的開發需要用到 Visual Basic 開發軟件， Visual Basic 是一種由 Microsoft 公司開發出來的結構化的、模塊化的、面向對象的可視化程序設計語言。 VB 被認為是世界上最流行的語言，程序員可以非常容易的利用 VB 中的組件創建應用程序 [16]。軟件開發流程如圖 所示。 YN開 始設 置 并 打 開 串 口設 置 發 送 準 備數 據 完 整 性 驗 證發 送 通 信 請 求應 答發 送 數 據 圖 上位機軟件設計流程圖 首先設置發送機發送數據，然后接收端驗證數據無丟失后打開串口發送接收請求，如果發射端并未應答那么繼續轉到執行發送請求命令，如果發射機應答了則完成一次數據傳輸，這樣 PC 就接陜西理工學院畢業設計 第 20 頁 共 42 頁 收 到了串口發送的數據信息。 5 系統分析 通過以上對系統的硬件和軟件部分的設計，隨即對系統進行模擬來測試功能是