发布时间 : 星期三 文章基于单片机的烟雾检测系统，毕业论文更新完毕开始阅读4d9e87c289eb172ded63b7bf
3 系统设计
3.1 系统的硬件设计
MCP3002的模拟输入通道CH0接入烟雾浓度信号，模拟输入通道CH1接入报警门限可调电阻。具体电路，如图3-1所示。
图3-1 传感器连接电路
语音录放电路中音频信号由J1接入麦克风，通过1K和4.7K电阻形成串联分压，以给音频信号直流偏置；将振荡电阻调整为100K，使得录放时间大致为10秒；AGC端接入22uF的电容，动态调整前置增益以补偿话筒输入电平的宽幅变化，使得录制变化很大的音量时失真都能保持最小录音时；按下开关KEY，红色LED亮，表明已进入录音状态，可以语音输入要录制的音频；放音时，按一下按键AN即可实现一次放音操作，在结束放音时红色LED会闪烁一下，表明放音结束[11]。图3-2所示：
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图3-2 语音录放电路
为了有效地抑制共模噪声，采用双音频输入输出。通过接在1脚、8脚间的电容来改变增益，经过测试发现，接入大小为10uF的电解电容，效果较好。BYPASS引脚接大小为470u的电解电容能够起到不错的滤噪效果。输出端接入耦合电容，作用之一是隔直耦合，隔断直流电压，直流电压过大有可能会损坏喇叭线圈；耦合音频的交流信号。通过电阻和电容构成了一阶高通滤波器，输出给扬声器负载，能够起到良好的滤波效果。减小电容C14的值，可使噪声能量冲击的幅度变小、宽度变窄；但调试发现C14太低则会使截止频率提高。经反复测试发现10uF时效果较为合适。经过反复的调试，确定LM386音频功放电路设计如图3-3所示。
图3-3 音频功放电路
如此设计，明显改善了音频的输出效果，由于录音环境的较差，使得录音质量不是很好，但其放音效果已经达到预期的设计目标。
前向通道：烟雾传感器电路主要负责探测空气中CO的气体浓度，能够随着CO浓度的不同，体现出不同的变化，将变化信号转化为易于MCU处理的电压
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信号。由于烟雾传感器的输出信号不大，经过运放比例放大电路，适当放大所得的电压信号，通过A/D转换器将模拟电压信号转换为数字电压信号，便于MCU处理。
MCU接收前向通道输入的数字信号，经过运算、处理，输出控制给后向通道(LED显示、语音芯片)等。
后向通道：语音电路，主要负责语音滤波和受控放音功能，配合功放电路，放大音频信号，输出给喇叭，实现良好的放音效果。
3.2 软件设计
系统的软件编程设计运用的是汇编语言，因为自己学过所以比较容易，汇编语言有一定的优越点，汇编语言直接同计算机的底层软件甚至硬件进行交互，它具有如下一些优点：汇编语言比机器语言易于读写、调试和修改，同时具有机器语言全部优点。但在编写复杂程序时，相对高级语言代码量较大，而且汇编语言依赖于具体的处理器体系结构，不能通用，因此不能直接在不同处理器体系结构之间移植[12]。
汇编语言的特点:
1.面向机器的低级语言，通常是为特定的计算机或系列计算机专门设计的；
2.保持了机器语言的优点，具有直接和简捷的特点；
3.可有效地访问、控制计算机的各种硬件设备，如磁盘、存储器、CPU、I/O端口等；
4.目标代码简短，占用内存少，执行速度快，是高效的程序设计语言； 5.经常与高级语言配合使用，应用十分广泛。
3.2.1 A/D采样双通道流程
将模拟量或连续变化的量进行量化（离散化），转换为相应的数字量的电路。 A/D变换包含三个部分：抽样、量化和编码。一般情况下，量化和编码是同时完成的。 抽样是将模拟信号在时间上离散化的过程； 量化是将模拟信号在幅度上离散化的过程； 编码是指将每个量化后的样值用一定的二进制代码来表示。
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图3-4为AD采样双通道的流程，两个通道要轮流切换采样，且两个通道的配置数据不同。
入口是否采样通道0Y配置通道0发送N配置通道1发送数据接收出口
图3-4 AD转换流程
3.2.2 报警流程设计
在单片机测控系统中，使用之前必须进行静态标定，以得到输出信号与被测信号的关系输出曲线，用来作为使用过程中的计量依据。但是标定时输出曲线往往不是一条理想的直线，所以要对标定曲线进行线性化处理，用一条拟合直线近似代替输出曲线，线性化是智能仪表的典型功能之一[13]。报警器主要针对一氧化碳烟雾检测，在软件线性化处理时，以传感器对一氧化碳的响应曲线为依据。
本论文报警器使用的MQ-7型传感器的电阻是随着烟雾浓的升高而降低的，因此，输入单片机的电压也是随之降低的。图3-5为单片机采集电压值与烟雾浓度百分比的对应曲线，可以看出，电压值与烟雾浓度之间是非线性的关系，为了实时显示烟雾浓度.需要对其进行线性化处理。在误差许可范围内，根据标定曲线形状，以及单片机处理能力，把曲线分成若干小段，对每小段分别线性化[20]。
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