基于单片机的环境检测系统的设计

王勇 王梨英

摘要：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。本设计可分为温湿度检测与烟雾检测和人体检测部分。温湿度检测部分，是利用单总线型数字式温湿度传感器DHT11，系统具有测温湿度误差小、分辨率高、抗干扰能力强等特点。烟雾检测电路，利用气体传感器MQ-2与ADC0832模数转换器实现基本功能。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。

关键词：烟雾报警器；环境监测；单片机；模数转换

中图分类号：TP311 文献标识码：A 文章编号：1009-3044（2018）07-0238-02

Abstract： Temperature， humidity， smoke and human body anti-theft detection are three basic environmental parameters. Their measuring methods and devices are of great significance for today's life and production. This design can be divided into temperature and humidity detection and smoke detection and human detection. The temperature and humidity detection part is based

on the single bus type digital temperature and humidity sensor DHT11. The system has the characteristics of temperature and humidity， small error， high resolution and strong anti-interference ability. Smoke detection circuit， using the gas sensor MQ-2 and ADC0832 analog to digital converter to achieve the basic functions. When the flammable gas concentration or toxic gas changes in the environment， the system will send out the corresponding lighting alarm signal and sound alarm signal， in order to achieve fire alarm and intelligent prompt.

Key words： Smoke alarm； environmental monitoring； single chip computer； analog to number conversion

随着科技的不断发展，智能环境监测成了人类关注的话题。温湿度、烟雾和人体防盗检测是三种最基本的环境参数，本文设计了一款基于单片机的烟雾报警器，能智能检测环境中的温湿度、烟雾以及有毒气体的检测，检测精度高，具有较好的应用前景。

1 系统整体方案设计

本系统整体方案采用STC89C52RC单片机，主要硬件部分由DHT11温湿度传感器模块、人体红外感应器模块、MQ-2烟雾传感器模块、按键设置与LCD1602液晶显示模块和蜂鸣器报警电路，以及超标指示显示模块组成。电路框图如图1所示。

2 系统硬件设计

2.1 温湿度检测电路设计

DHT11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。传感器包括一个电阻式感湿元件和一个NTC测温元件，并与一个高性能8位单片机相连接。因此该产品具有品质卓越、超快响应、抗干扰能力强、性价比极高等优点。每个DHT11传感器都在极为精确的湿度校验室中进行校准。校准系数以程序的形式储存在OTP内存中，传感器内部在检测信号的处理过程中要调用这些校准系数。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。连接方便，特殊封装形式可根据用户需求而提供。

2.2 MQ-2烟雾检测电路

MQ-2型气体传感器用于以氢气为主要成分的城市煤气、天然气、液化石油的测量，而且它抗干扰能力强，水蒸氣、烟等干扰气体对它的影响小。

MQ-2型气敏元件有两种型号。MQ-2A型适用于天然气、城市煤气、石油液化气、丙丁烷及氢气等；MQ-2型适用于烟雾等减光型有害气体。器件的灵敏度：S=Ro/Rx为10～30。常见为QM系列的S值仅8左右。Rx为器件在丁烷浓度为0.2%时的阻抗。

电路如图3所示：

MQ-2气敏元件的结构和外形如上图所示，由微型AL2O3陶瓷管、SnO2 敏感层，测量电极和加热器构成的敏感元件固定在塑料或不锈钢制成的腔体内，加热器为气敏元件提供了必要的工作条件。封装好的气敏元件有6只针状管脚，其中4个用于信号取出，2个用于提供加热电流。

图4是MQ-2型元件典型气体浓度测试特性曲线，在丁烷浓度0.6%以下有极高的灵敏度。

图5是MQ-2型元件通电时间特性曲线。可看出，通电后60～90s，元件即进入稳定待测工作状态。

2.3 人体检测模块电路设计

图6为人体感应模块内部图。 本设计将人体感应模块的输出信号端，利用三极管的放大原理，将信号放大，来驱动信号给单片机。

3 系统软件设计

本系统的软件设计主要是通过对系统初始化之后，从单片机AT89S52的P3.0、P3.1、P3.2、P3.3 接口（分别对应电流档位切换、脉冲周期设置、脉冲串设置、脉冲输出处理）获得按键輸入信息，通过按键函数显示输出当前时间的工作状态，具体程序流程图如图8所示。

当通上电源，板子处于初始化状态，这时会读取AD芯片所转换的烟雾值和湿度值，然后传感器再判断当前的烟雾值和湿度值范围，再执行相应的报警控制，然后判断按键是否按下，如果是，我们可以设置烟雾值和湿度值的参数，如果不是，返回执行AD转换。

4 系统测试与结论

设计成的系统实验板如图9所示。

第一个键为设置键，通过第一个键可以选择温度、湿度、烟雾浓度，第二三键加减，可以设置温度湿度和烟雾浓度的上限和下限，当温度低于设置温度下限时第三个灯亮，并且报警，当温度高于设置温度上限时第二个灯亮，并报警。同样，当湿度高于上限时第四个灯亮，低于下限时第五个灯亮。当烟雾浓度高于设置烟雾浓度第一个灯亮，当设置完烟雾浓度后再次按下设置键就是退出和保存；通电后的参数就是上次设置的参数。最后一个键为人体布放。按下后，人体离开其布放范围二十秒钟左右布防成功，当再次感应到人体后，最后一个灯亮，并报警。设计成功。

参考文献：

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