第頁共58頁基于STM32單片機的智能煤氣點火器設計目錄TOC\o"1-3"\h\u17857基于STM32單片機的智能煤氣點火器設計 114089前言 24923第1章緒論 3204721.1課題意義 3167591.2研究狀況 4252861.3主要研究內(nèi)容 45795第2章系統(tǒng)的方案設計 520792.1設計目標及技術指標 5202642.1.1設計目標 580682.1.2設計技術指標 556882.2總體方案設計 6128542.3各模塊方案的選擇 6306192.3.1控制器模塊的選擇 7200292.3.2壓力檢測模塊的選擇 8156382.3.3溫度檢測模塊的選擇 988942.3.4煙霧檢測模塊的選擇 10317162.3.5顯示模塊的選擇 1112293第3章系統(tǒng)的硬件設計 12315113.1硬件框圖的設計 12125303.2單片機電路設計 1386673.2.1STM32單片機介紹 13206443.2.2單片機主控電路設計 13217403.3壓力檢測電路設計 1657813.3.1壓力傳感器介紹 1694203.3.2壓力傳感器設計 1711573.4溫度檢測電路設計 18313413.5煙霧檢測電路設計 20319813.6顯示電路設計 227792第4章系統(tǒng)的軟件設計 24322074.1主程序設計 2459344.2子程序設計 25233124.2.1壓力檢測模塊子程序設計 25317724.2.2溫度檢測模塊子程序設計 26155694.2.3煙霧檢測模塊子程序設計 2744354.2.4顯示模塊子程序設計 272398第5章安裝與調(diào)試 29215615.1硬件安裝與調(diào)試 29244835.2軟件下載 29109175.3軟硬件聯(lián)調(diào) 30118555.3.1實際測試結(jié)果 30122765.4測試結(jié)果分析 315386結(jié)束語 33前言隨著科學信息技術不斷創(chuàng)新向前發(fā)展,社會經(jīng)濟發(fā)展大步向前的同時，人們在電氣和計算機方面取得了顯著的進步，逐漸邁入智能化時代，對于各色的能源也需求更多。在越來越多的燃氣資源如石油、天然氣等的出現(xiàn)，煤氣的資源地位受到了一定的影響[1]，但仍然在我們的生活中充當著重要的角色，在形形色色的生活中都能有所作用。據(jù)不完全統(tǒng)計，全國大多數(shù)家庭仍然使用著傳統(tǒng)的機械式煤氣灶[2]，表明煤氣將在今后以及將來很長的一段時間仍然有著充分廣泛的使用，并將繼續(xù)作為主要燃氣資源供人們使用。而隨著社會科技的不斷發(fā)展，煤氣點火器的形式也產(chǎn)生了各種各樣的改變，諸如外形，架構(gòu)，點火器等發(fā)生了很大的轉(zhuǎn)變[3]。從過去的傳統(tǒng)的機械式的煤氣灶到現(xiàn)如今快捷方便的脈沖點火器，煤氣點火器在不斷改變，煤氣點火器的設計也越來越先進。本文描述的智能煤氣點火器采用STM32單片機作為控制點火器運轉(zhuǎn)的智能控制器；采用壓力傳感器HX711檢測壓力，將檢測出的壓力參數(shù)轉(zhuǎn)換為電信號發(fā)送給單片機控制器[4]，單片機控制發(fā)光二極管運行，同時采用溫度傳感器DS18b20輸出環(huán)境中的溫度變化進行檢測，將檢測出的溫度信息轉(zhuǎn)換為電信號，由顯示屏顯示[5]，同時采用煙霧傳感器對環(huán)境中煙霧濃度的變化進行檢測，當檢測出的數(shù)據(jù)交給單片機，進而由單片機控制蜂鳴器的運行。該點火器在一定程度上實現(xiàn)了智能化和人性化的要求。智能點火器首先通過不同功能的傳感器將需要測量的量轉(zhuǎn)換成相應的電信號，然后通過STM32單片機進行處理[5]，完成點火器各項檢測功能的實現(xiàn)。整個點火器系統(tǒng)設計需要涉及的功能模塊如下：壓力檢測模塊[6]、溫度檢測模塊[7]、煙霧檢測模塊[8]、顯示模塊[9]、控制器模塊[10]。點火器設計過程中需要解決以下三個難題：（1）點火場景的模擬，如果采用點火器和燃氣閥進行真實的煤氣點火，操作難度大，可行性和安全性不高；（2）顯示模塊的設計，在設計過程中出現(xiàn)顯示混亂或無法顯示的情況[11]；（3）系統(tǒng)硬件電路的設計，硬件設計時需要對元器件進行布局和規(guī)劃[12]。第1章緒論1.1課題意義隨著社會經(jīng)濟的發(fā)展，煤氣作為主要使用的能源之一，滲透著居民生活和工業(yè)的方方面面。煤氣作為一種重要的燃氣資源，在我國仍然有較為廣泛的使用率，仍然在社會生活中扮演著重要的角色[13]，并且有著較為可觀的發(fā)展前景。盡管煤氣在社會能源中的地位受到了新生資源和清潔能源的影響，煤氣作為燃氣資源，早已在人們的方方面面被充分使用到，成為人們生活不可分割的一部分。首先在民用領域，煤氣是家庭日常生活不可缺少的資源，在做飯、加熱等方面起著重要的作用，對于人們的生活有著極大的幫助。在工業(yè)方面，煤氣也作為燃料被各種工業(yè)活動使用，在燃燒爐和工業(yè)爐中大量使用。煤氣不僅在過去，現(xiàn)在越來越普及，在未來市場上也有很大的潛力，將在今后以及將來很長的一段時間仍然有著充分廣泛的使用，并將繼續(xù)作為主要燃氣資源供人們使用。煤氣的使用量源于煤氣灶的使用量，基本上全國大部分地區(qū)仍然還沒有開通天然氣通道，使用上便捷的天然氣，所以煤氣灶在社會生活中也仍然具有較大的使用量。很多剛重新居住的家庭都會擁有一個日常生活中必不可少的家用煤氣炊具，這就是家用灶具煤氣灶[13]。根據(jù)一項市場調(diào)查結(jié)果分析顯示,全國大多數(shù)居民家庭日常使用的外燃煤氣加油炊具仍是一種制造工藝成本低和操作使用方便操作簡單的大型采用傳統(tǒng)機械式內(nèi)灶外燃煤油加氣灶,其存在不少缺陷[14]。隨著煤氣使用越來越廣泛，提到煤氣，人們卻仍然對煤氣懷著一種警惕的態(tài)度。對于煤氣的使用方式卻一直沒有什么變化，并且近年來煤氣引起火災事件頻發(fā)?；诖?，可以提出對煤氣使用方式的改進，即智能煤氣點火器。智能煤氣點火器可以改進煤氣開關的使用方式，使煤氣的使用越來越方便，而且附帶的空氣中煙霧濃度的檢測功能也可以預防火災事件的發(fā)生。以此，可以廣泛的應用于居民的生活中。1.2研究狀況1855年，被稱為“本生燈”的氣體燃燒裝置由德國化學家本生發(fā)明，這是一種裝氧氣與可燃性氣體混合燃燒而產(chǎn)生高溫的裝置[15]。在“本生燈”出現(xiàn)之后不到一年，英國的霍丁頓·安東·史密斯公司發(fā)明了第一具用氣體燃料的家用取暖裝置[16]。經(jīng)過幾十年的不斷努力，人們對煤氣爐灶不斷發(fā)展，現(xiàn)今煤氣點火器多為脈沖點火器[17]。脈沖點火器是利用升壓變壓器將振蕩器產(chǎn)生的高頻電壓提高到高電壓,然后進行尖端放電，點燃煤氣灶內(nèi)的氣體，同時產(chǎn)生火花。由這些電子元件組成的氣體點火器與脈沖高頻振蕩器一樣，具有較高的點火速率和連續(xù)放電能力。按下或松開旋鈕,脈沖點火器即開始或中止焚燒[18]。本設計使用基于STM32單片機實時實現(xiàn)煤氣點火器智能點火功能，在壓力滿足一定條件時能夠通過二極管模擬自動點火的場景，并且能夠?qū)崿F(xiàn)溫度檢測和煙霧檢測，在顯示屏上顯示，當煙霧濃度過大時，能夠觸發(fā)蜂鳴器報警的功能，較好地反映出現(xiàn)場智能化方面的便捷性，安全性。1.3主要研究內(nèi)容本次設計的研究內(nèi)容和主題是智能煤氣點火器。該設計以STM32單片機作為智能控制器，利用壓力傳感器實現(xiàn)模擬煤氣點火功能，使用煙霧傳感器實現(xiàn)煙霧濃度的檢測，使用溫度傳感器可以實現(xiàn)環(huán)境溫度的檢測。當受到的外部壓力過大時，能夠通過點亮發(fā)光二極管模擬點火器自動點火功能，可以檢測環(huán)境溫度并顯示在顯示屏上，檢測環(huán)境中的煙霧濃度并顯示在顯示屏上，在煙霧濃度過大到超過設定值時能夠觸發(fā)報警系統(tǒng)，使得蜂鳴器發(fā)出警報。

第2章系統(tǒng)的方案設計2.1設計目標及技術指標本次設計是基于STM32系統(tǒng)來實現(xiàn)智能煤氣點火器自動點火、溫度檢測、煙霧濃度檢測、濃度過高蜂鳴器報警的功能。該煤氣點火器能使用壓力傳感器檢測外部壓力并通過二極管模擬脈沖點火器和燃氣閥實現(xiàn)點火功能，使用溫度傳感器探測并顯示環(huán)境溫度，使用煙霧傳感器和蜂鳴器檢測并在煙霧過大時觸發(fā)報警功能?？紤]用藍色發(fā)光二極管來模擬脈沖點火器和燃氣閥，以此來模擬點火所需要的條件。2.1.1設計目標智能煤氣點火器系統(tǒng)的硬件電路設計包括了STM32單片機的設計，壓力檢測傳感器模塊的設計，溫度檢測傳感器模塊的設計，煙霧檢測傳感器模塊的設計，LCD顯示模塊的設計，報警系統(tǒng)的設計。該設計的軟件部分包括主程序、壓力檢測模塊程序、溫度檢測模塊程序，煙霧檢測模塊程序、顯示模塊程序。通過上述的硬件電路設計和軟件部分設計的結(jié)合可以實現(xiàn)智能煤氣點火器的正常運行。當壓力傳感器檢測壓力超過設定值時，相應一側(cè)的發(fā)光二極管點亮，否則二極管熄滅。溫度傳感器能夠檢測周圍環(huán)境中的溫度并顯示在顯示屏上[19]。煙霧傳感器能檢測煙霧中的濃度并于顯示屏上顯示，當煙霧濃度已經(jīng)超過設定值時，蜂鳴器就會發(fā)出因煙霧過大發(fā)出警報。2.1.2設計技術指標 本次畢業(yè)設計主要是通過壓力檢測模塊、溫度檢測模塊、煙霧檢測模塊檢測到數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為電信號發(fā)送給單片機，再由單片機作為主控制系統(tǒng)進行判斷，發(fā)出指令到二極管、蜂鳴器，從而實現(xiàn)智能煤氣點火器的正常運行。該煤氣點火器設計的技術指標如下：1.能夠通過壓力傳感器檢測壓力并在壓力過大時二極管點亮模擬點火。2.能夠通過溫度傳感器檢測并顯示環(huán)境溫度。3.能夠通過煙霧傳感器檢測并顯示煙霧濃度。4.在檢測到煙霧濃度過大時蜂鳴器發(fā)出警報。2.2總體方案設計 本文設計了智能煤氣點火器系統(tǒng)，使用不同的模塊搭配STM32單片機模塊構(gòu)建成一個完整的檢測系統(tǒng)。該系統(tǒng)使用STM32單片機模塊作為主控制器，外部搭配了壓力檢測模塊、溫度檢測模塊，煙霧濃度檢測模塊[20]，LCD1602顯示模塊，報警模塊等模塊。每個模塊將外部檢測到的參數(shù)傳遞給STM32主控制器，再由STM32控制系統(tǒng)對檢測到的參數(shù)與原先設定好的標準值進行對比，若檢測到數(shù)據(jù)未超過設定值，則在顯示屏上顯示，不斷重新接收數(shù)據(jù)，不斷循環(huán)更新顯示參數(shù)；若檢測到數(shù)據(jù)超過預先設定的標準值，STM32單片機做出判斷，發(fā)出指令。在壓力超過設定值時，觸發(fā)二極管點亮，模擬點火成功；在檢測到煙霧濃度超過設定值時，觸發(fā)報警系統(tǒng)。在檢測到的參數(shù)恢復到正常值后，警報解除。該系統(tǒng)在火災等安全隱患發(fā)生時能夠具有良好的報警提醒作用。系統(tǒng)的總體設計框圖如圖2-1所示。圖2-1基于STM32的智能煤氣點火器的設計框圖2.3各模塊方案的選擇根據(jù)STM32智能煤氣點火器系統(tǒng)的設計框圖可知，該設計要選擇以下五個模塊的設計方案：控制器模塊；壓力傳感器模塊；溫度傳感器模塊；煙霧傳感器模塊；液晶顯示模塊；2.3.1控制器模塊的選擇首先是對控制器模塊方案進行選擇，方案如下：方案一：選用51系列的單片機51系列的單片機是最早使用的單片機，是一種低功耗、高性能的微控制器，具有8K字節(jié)系統(tǒng)可編程存儲器。51單片機的優(yōu)點在于：該單片機從內(nèi)部的硬件到軟件有一套完整的按位操作系統(tǒng)，稱作位處理器，處理對象不是字或字節(jié)而是位。不但能對片內(nèi)某些特殊功能寄存器的某位進行處理，如傳送、置位、清零、測試等，還能進行位的邏輯運算，其功能十分完備，使用起來得心應手。同時在片內(nèi)RAM區(qū)間還特別開辟了一個雙重功能的地址區(qū)間，使用極為靈活，這一功能無疑給使用者提供了極大的方便?？梢允褂贸朔ê统ㄖ噶睿@給編程也帶來了便利。很多的八位單片機都不具備乘法功能，作乘法時還得新編一段子程序調(diào)用，十分不便。51單片機的缺點在于：AD、EEPROM等功能需要依靠擴展，增加了硬件和軟件負擔。雖然I/O腳使用簡單，但高電平時無輸出能力，這也是51系列單片機的最大軟肋。且運行速度過慢，特別是雙數(shù)據(jù)指針，如能改進能給編程帶來很大的便利。最后是51單片機保護能力很差，很容易燒壞芯片[21]。因此不采用51系列單片機來設計。方案二：選用CPLD作為控制器CPLD復雜可編程邏輯器件，是從PAL和GAL器件發(fā)展出來的器件，相對而言規(guī)模大，結(jié)構(gòu)復雜，屬于大規(guī)模集成電路范圍。是一種用戶根據(jù)各自需要而自行構(gòu)造邏輯功能的數(shù)字集成電路[22]。CPLD更適合完成各種算法和組合邏輯，換句話說，更適合于觸發(fā)器有限而乘積項豐富的結(jié)構(gòu)，既靈活又容易。CPLD的編程無需外部存儲器芯片，使用簡單。而且

CPLD容易使用，保密性好，具有時序可預測和速度高等優(yōu)點。一般情況下，CPLD的功耗大，且集成度越高越明顯。然而對于系統(tǒng)數(shù)據(jù)處理量和速度的穩(wěn)定，點火器的要求并不高，顯然不需要用到CPLD。因此，不采用CPLD作為主控制器。方案三：選用STM32系列單片機作為控制器模塊STM32系列單片機運行速度快，它是使用用途非常廣泛的arm內(nèi)核。集成了非常豐富的接口，通信模塊以及其他功能模塊[23]。開發(fā)工具，比較齊全，開發(fā)資料也比較豐富?？蛇x擇的型號非常多，基本上都不需要外部的硬件擴展。在功耗方面控制得比較好，另外，還有就是實時性比較強。對各種流行的嵌入式操作系統(tǒng)，支持比較好，各大嵌入式操作系統(tǒng)，基本上都會提供支持STM32單片機的代碼。而且STM32單片機與點火器所用傳感器對接十分方便，成本低，所以選用STM32單片機作為主控制器。2.3.2壓力檢測模塊的選擇方案一：采用薄膜壓力傳感器在膜片測量壓力過程中,壓力直接對應作用在位于薄膜微微的壓力測量傳感器的各個膜片上,直接對應在膜片上的各個膜片微微壓力測量傳感器與膜片介質(zhì)間的壓力關系造成或或成一定比例的輕微壓力偏移[24],對壓力傳感器的內(nèi)部電子驅(qū)動電路信號造成重大變更,檢測到的電子電路信號的測量輸入與壓力輸出,這就是薄膜微微壓力測量傳感器膜片進行壓力測量的主要過程。薄膜壓力是一種新型的、結(jié)構(gòu)單一且發(fā)展迅速的傳感器芯片，與集成前置放大器的功能相匹配，能夠放大較弱信號并轉(zhuǎn)換信號，從而實現(xiàn)了一系列個體小，探測性高、抗干擾強和防護優(yōu)良的特點[25]。但與此同時，該傳感器精準度不夠，因此不適合選擇此方案。方案二：采用電阻式壓力傳感器電阻器和應變片彈性傳感器的具體工作運動原理主要是由于當適應力、扭矩、速度、加速度及機械流量等各種物理應變量相互作用于連接帶有彈性電阻器和應變片的各種彈性元件時,會直接導致彈性元件的適應力和彈性電阻值與應變片彈性電阻的相互變化[26]。電阻的電壓變化由控制電路進行處理,并通過交流電信號電路輸出。金屬導體電阻高壓應變片和金屬半導體電阻應變片技術是目前應用最多的兩種。它的最大缺點主要是對于大量的應變信號有較大的非線性、輸出而且信號較弱,不適合采用。方案三：采用HX711壓力傳感器作為24位元的a/d信號轉(zhuǎn)換器核心芯片,hx711的基本設計主要是為了更好服務于高標準精度商用電子秤[27]。該音頻芯片設計無需對輸出寄存器進行編程,由輸出管腳a來驅(qū)動輸出信號,可選擇128編程一個增益的音頻通道電路a或一個用于音頻系統(tǒng)輸出參數(shù)信號檢測的增益通道電路b。該系列芯片組的接口和軟件編程方法非常簡單,具有集成度高、整機成本低、性能強、響應快、抗干擾強等優(yōu)點。集成了片內(nèi)包括穩(wěn)壓電源、片內(nèi)不可能需要任何內(nèi)部外接模擬器件的外部時鐘器和振蕩器等其它各種同類型模擬芯片所可能需要的外圍模擬電路,無需另外的外部模擬回路電源,可以直接向外部信號傳感器和位于芯片內(nèi)的內(nèi)部a/d信號轉(zhuǎn)換器之間提供模擬電源。上電自動停機復位控制功能大大簡化了系統(tǒng)開機的上電初始化操作過程[26]。這種芯片價格低廉而且易于購買,因此我決定選擇這個方案。2.3.3溫度檢測模塊的選擇方案一：采用DHT11溫濕度傳感器dht11數(shù)字新型溫濕度測量傳感器是一種可自動調(diào)節(jié)和同時輸出各種信號的傳感器。該傳感器具有溫度高、可靠性好、并且能在長期運行中保持穩(wěn)定性的優(yōu)點。該傳感器由直流電阻源和一個基于NTC的自動測溫控制單元，再配以一臺高性能的小型8位溫控微機組成，傳感器的調(diào)節(jié)系數(shù)以編程方式存在于OTP存儲器中[27]。該傳感器性價比極高，不僅抗干擾能力好，反應速度快，而且價格低廉。方案二：采用DS18b20溫度傳感器作為一種新型數(shù)字溫度傳感器,ds18b20數(shù)字溫度傳感器系列產(chǎn)品特點可以以多種不同安裝操作方式同時投入使用,包括連接電線上的管狀、螺桿、磁附、拆裝，它耐磨、抗接觸、體積小、使用方便，并具有多種密封包裝形式[27]，適用于各種小型空間設施水溫控制領域。并且DS18B20的測溫范圍在-55°C~+125°C滿足了大部分基本需求。

DS18B20

可以直接讀出被測溫度值，分辨率最大可達0.0625

℃。而且采用3

線制與單片機相連，減少了外部硬件電路，具有低成本和易使用的特點。

DS18B20

是數(shù)字化溫度傳感器，它是一種支持

“一線總線”接口的溫度傳感器。一線總線獨特而且經(jīng)濟的特點，使用戶可輕松地組建傳感器網(wǎng)絡，為測量系統(tǒng)的構(gòu)建引入全新概念。一線總線將獨特的電源和信號復合在一起，并僅使用一條線，每個芯片都有唯一的編碼，支持聯(lián)網(wǎng)尋址，簡單的網(wǎng)絡化的溫度感知，零功耗等待等特點。方案三：采用AD590溫度傳感器AD590集成溫度傳感器是一種兩端式恒流器件，其流過的電流值等于絕對溫度的度數(shù)。AD590具有測溫誤差小、價格低、響應速度快、傳輸距離遠、體積小、微功耗等優(yōu)點，適合遠距離測溫、控溫，不需要進行非線性校準。外圍電路簡單。缺點是功能單一，僅可以測量溫度。慎重考慮和比較這三種方案，選取方案二的DS18b20溫度傳感器模塊，原因是DS18b20小巧些，便宜耐用，而且DS18b20測量更加準確。2.3.4煙霧檢測模塊的選擇方案一：采用離子式煙霧傳感器利用一種離子內(nèi)部煙霧警報傳感器技術進行內(nèi)部監(jiān)測煙霧天氣警報,離子內(nèi)部煙霧警報傳感器技術是一種工業(yè)高新技術,是一種安全可靠的專業(yè)工作環(huán)境傳感器,廣泛應用于火災警報系統(tǒng)。離子式煙霧報警器在悶燒火災此類場所中不夠靈敏，所以不采用離子式煙霧傳感器。方案二：采用光電式煙霧傳感器光電式煙霧傳感器因其價廉而得到廣泛使用，原理就是火災發(fā)生時燃燒之前會產(chǎn)生大量的煙霧，而煙霧是由無數(shù)微粒組成的，當煙霧送入檢測窗口內(nèi)時，由于散射和吸收的影響紅外光通量的不同，接收部分感應出強弱信號并以此進行驅(qū)動，檢測線路質(zhì)量是否發(fā)生超標，若超標后，則發(fā)出聲光形式的報警。光電輻射煙霧探測警報器對稍微大一點的光電煙霧更敏感,對灰色煙和黑煙的反應不好。所以不采用光電式煙霧傳感器。方案三：采用氣敏式煙霧傳感器氣敏式傳感器的作用是用來檢測氣體的濃度及成分的，是要在各種氣體成分中的惡劣環(huán)境中使用的。電化學傳感器的主要優(yōu)點是氣體的高靈敏度以及良好的選擇性，不足之處是必須在高溫下工作、對氣體或氣味的選擇性差、元件參數(shù)分散、穩(wěn)定性不理想、功率高等方面。光學式氣敏傳感器不采用是因為它的結(jié)構(gòu)關系一般造價頗高。作為氣敏式煙霧傳感器，MQ-2氣體傳感器常用于家庭中產(chǎn)生煙霧的探測。所以我選擇氣敏式煙霧傳感器。2.3.5顯示模塊的選擇方案一：采用

OLED12864設計顯示模塊oled12864是128×64線性的矩陣顯示oled具有單色,文字,圖形圖像顯示功能模塊。模塊接口可直接顯示64×64顯示屏上的數(shù)據(jù)(dataram),它的命令接口讀寫電路與八位運算器的命令電路是8位比特并行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換接口,讀寫運行時間與6800系列的讀寫時間基本吻合,可與8位比特微處理器直接進行聯(lián)接;與8位英特爾8080的讀寫時間如果連接為amcu,則需要并行轉(zhuǎn)換讀寫時間。OLED尺寸較小，有工作時間短且價格偏高，因此不能選用此方案。方案二：采用LCD1602

設計顯示模塊液晶數(shù)字顯示屏具有文字寬度模塊,它的內(nèi)部一個文字顯示控制器芯片為2lhd44780芯片,它可同時自動顯示兩行多個字符文字,每行16個字符并且芯片可同時進行顯示,因此文字寬度基本可以與32led4的液晶數(shù)字電視顯示系統(tǒng)軟管芯片寬度基本相等,但也因為寬度可以比其他液晶數(shù)字電視顯示系統(tǒng)軟管芯片所能同時顯示的每個文字更多信息所以寬度更多。單面+5v外圍環(huán)路電源輸出電流電壓供應器的控制集成裝置,外圍電路有源整流電路的簡單編程設計軟件構(gòu)造,價格低廉，性能高，所以我選擇了此方案。

第3章系統(tǒng)的硬件設計3.1硬件框圖的設計本次畢業(yè)設計是基于STM32的智能煤氣點火器系統(tǒng)，其硬件設計包含以下幾個部分：STM32F103RCT6單片機電路設計；壓力檢測模塊電路的設計；溫度檢測模塊電路的設計；煙霧檢測模塊的電路設計；顯示模塊設計；基于STM32的智能煤氣點火器硬件設計組成框圖如圖3-1所示?；赟TM32的智能煤氣點火器系統(tǒng)的整體硬件原理圖見附錄一。圖3-1基于STM32的智能煤氣點火器硬件圖3.2單片機電路設計3.2.1STM32單片機介紹STM32F103RCT6單片機程序是一款32位的數(shù)字微處理器,共有64個引腳。STM32單片機由主芯片，上電復位電路，時鐘電路，電源供電電路組成。該系統(tǒng)選用STM32F103RCT6作為控制器，基于STM32采用ARM

Cortex-M內(nèi)核，具有高性能、低成本、低功耗的優(yōu)點，片上資源包括48KB

SRAM，256KB

Flash，11個定時器，2個IIC，5個串口，1個USB，3個SPI，3個12位ADC，2個12位DAC及51個通用IO口。環(huán)境運行溫度范圍-40°C至85°C。單片機引腳圖如圖3-2所示。圖3-2STM32單片機引腳圖3.2.2單片機主控電路設計基于STM32的智能煤氣點火器系統(tǒng)的單片機電路設計中，根據(jù)實際情況選用了STM32F103RCT6典型系統(tǒng)自帶usb接口，下載程序方便，易于使用和擴展。單片機板的實物圖如圖3-3所示。圖3-3STM32單片機板實物圖圖3-4STM32電路圖該單片機板電路圖如圖3-4所示。PA1（芯片U1的2腳）、PA2（芯片U1的3腳）分別與壓力傳感器的SDA、SCK端口連接，用于檢測外部施加的壓力；PA3（芯片U1的4腳）與溫度檢測模塊的輸入與輸出I/O口連接，用于檢測溫度檢測模塊輸出的電信號；PA0（芯片U1的1腳）與煙霧檢測模塊的輸入與輸出I/O口連接，用于檢測煙霧檢測模塊輸出的電信號。供電電路：可以使用普通的USB接口電路，5V電源輸出。圖3-5STM32f103C8T6供電電路圖晶振電路用來給芯片提供時鐘信號，所有的外設工作，CPU工作都要基于該時鐘，類似于整個系統(tǒng)的“心跳節(jié)拍”。原理圖如下：圖3-6STM32f103C8T6供電電路圖上電復位電路：主控芯片是低電平復位(引腳NRST)，硬件按鍵復位屬于系統(tǒng)復位之一，另外還有軟件復位，看門狗計數(shù)終止復位等。其中的電容C5的目的是按鍵消抖，防止抖動復位誤動作防止在按鍵剛剛接觸/松開時的電平抖動引發(fā)誤動作。由于電容電壓不會突變，所以采用電容濾波。圖3-7STM32f103C8T6復位電路圖3.3壓力檢測電路設計3.3.1壓力傳感器介紹本設計中的智能煤氣點火器采用hx711壓力傳感器，hx711是一款專為高標準精度自動稱重壓力傳感器而量身設計的24位高頻a/d信號轉(zhuǎn)換器控制芯片。該傳感器具有集成度高、響應速度快、抗干擾性強等優(yōu)點，提高了整機的性能和可靠性[28]。HX711內(nèi)部框圖如圖3-8所示。圖3-8HX711實物圖圖3-9HX711內(nèi)部框圖3.3.2壓力傳感器設計該系列芯片主要集成了功能包括供電電源、片內(nèi)時鐘振蕩器，串口通訊和復位電路等其它同類型芯片所需要的外圍電路。圖3-10HX711引腳圖HX711芯片特點：1.兩路可選擇差分輸入；2.片內(nèi)低噪聲可編程放大器，可選增益為64和128；3.片內(nèi)穩(wěn)壓電路可直接向外部傳感器和芯片內(nèi)A/D轉(zhuǎn)換器提供電源；4.片內(nèi)時鐘振蕩器無需任何外接器件，必要時也可使用外接晶振或時鐘；5.簡單的數(shù)字控制和串口通訊：所有控制由管腳輸入，芯片內(nèi)寄存器無需編程；6.可選擇10Hz或80Hz的輸出數(shù)據(jù)速率，同步抑制50Hz和60Hz的電源干擾。圖3-11壓力傳感器復位電路圖當芯片上電時，芯片內(nèi)的上電自動復位電路會使芯片自動復位。管腳PD_SCK輸入用來控制HX711的斷電。當PD_SCK為低電平時，芯片處于正常工作狀態(tài)。圖3-12壓力傳感器模塊圖3.4溫度檢測電路設計DS18B20數(shù)字八位溫度計表上顯示的數(shù)字溫度計數(shù)值通常是九個八位數(shù)。ds18b20是通過單一有線網(wǎng)絡接口線來收發(fā)網(wǎng)絡信息,因此只有中央網(wǎng)絡微處理器和cpu在ds18b20之間,加上網(wǎng)絡底線也只有一條網(wǎng)絡連接線。無需外部連接電源無需來源連接設備,可以在外部數(shù)據(jù)傳輸線路本身直接獲取輸入讀寫和輸出溫度控制變換系統(tǒng)所需的外部電源。每個新的ds18b20都會擁有其固有的一個芯片信號序列,所以我們可以同時將多個ds18b20連接起來到一根數(shù)據(jù)總線上,并可以放置多個溫度傳感器。溫度檢測模塊的實物圖如圖3-13所示。圖3-13溫度檢測模塊內(nèi)部電路圖圖3-14溫度檢測模塊實物圖ds1820依靠一個新的單線通訊端口進行通訊。在使用單線操作端口協(xié)議條件下,必須先為它建立一個romn的操作端口協(xié)議,然后才能同時進行端口存儲器和端口控制器的操作。因此,控制器必須首先為它提供下面5個關于romo的操作命令之一:

1.

讀ROM)2.匹配ROM)3.搜索ROM)4.跳過RO)5.報警搜索。這些命令對每個器件的激光ROM部分進行操作，

可以準確地區(qū)分和控制輸出單個產(chǎn)品型號通用器件。測量根據(jù)結(jié)果將其放在ds18b20的暫存器里,測試根據(jù)結(jié)果將其直接放入ds18b20的暫存器中。th和t的tl數(shù)據(jù)可由帶有存儲器的操作命令進行寫入,讀寫計算方式通常是以最低有效值單位在前的讀寫方式連續(xù)進行。圖3-15DS18B20引腳圖3.5煙霧檢測電路設計MQ-2型傳感器能準確消除刺激性非可燃煙霧的干擾信息，如天然氣、液化石油氣等煙霧，特別是烷類煙霧，具有良好的抗干擾能力[29]。MQ-2的探測范圍極其的廣泛。MQ-2氣體傳感器，適用于檢測液化氣、苯、石蠟、酒精、氫氣、煙霧等。MQ-2因此可以稱為多種氣體探測器。圖3-16煙霧檢測模塊內(nèi)部電路圖MQ-2型煙霧傳感器屬于二氧化錫半導體氣敏材料，屬于表面離子式N型半導體[28]。處于200~300攝氏度時，二氧化錫因為能夠吸附了在干燥空氣中的環(huán)流過程中的硫酸水和氯化氧,形成不同于含氧的中性的正負離子而被空氣吸附,這主要原因是為了在一些小型半導體上應用可以有效減少電子密度,增加正負離子間的電阻。當與其他存在煙霧中的晶體發(fā)生接觸時,因為它伴隨著與煙霧的邊界溫度發(fā)生調(diào)整,晶粒間在煙霧邊界處的勢壘發(fā)生變化時,其晶粒間在表面的發(fā)射電子量和導電率也同時可能會發(fā)生變化。它其實就是可以直接或者用來作為一個獲得這種輸入模擬時間煙霧自動發(fā)射訊號信息的輸入模擬電路存在,它的輸入模擬時間煙霧發(fā)射信息輸出濃度越大,導電率也就越高,輸出電阻越低,輸出后得到的煙霧模擬信號發(fā)射范圍越大。圖3-17煙霧傳感器模塊圖煙霧傳感器首先是VCC接電源口，GND接地，之后是IO輸入、輸出口和STM32單片機的PA0相連接，將測得的數(shù)據(jù)信號傳遞給單片機，并由單片機進行處理。圖3-18煙霧傳感器組件實物圖3.6顯示電路設計液晶顯示器在控制顯示面板中應用非常廣泛，簡稱LCD。顯示器件具有體積小、重量輕、功耗低，性價比高等優(yōu)點，LCD1602液晶顯示器主要用來顯示數(shù)字、字母、圖形以及少量自定義字符。由于其顯示控制簡單，體積小，重量輕，功耗低，性價比高，廣泛用于電子表、冰箱、空調(diào)、汽車電子儀表等裝置，所以LCD日漸成為各種便攜式電子產(chǎn)品的理想顯示器[30]。LCD的缺點是不能像12864一樣顯示圖形。用LCD顯示一個字符時比較復雜，因為一個字符由6×8或8×8點陣組成，既要找到和顯示屏幕上某幾個位置對應的顯示RAM區(qū)的8字節(jié)，還要使每字節(jié)的不同位為“1”，其它的為“0”，為“1”的點亮，為“0”的不亮。這樣一來就組成某個字符。但由于內(nèi)帶字符發(fā)生器的控制器來說，顯示字符就比較簡單了，可以讓控制器工作在文本方式，根據(jù)在LCD上開始顯示的行列號及每行的列數(shù)找出顯示RAM對應的地址，設立光標，在此送上該字符對應的代碼即可。

圖3-18顯示模塊引腳圖VSS接電源地。VDD接+5V。RS是命令/數(shù)據(jù)選擇引腳，接單片機的一個I/O，當RS為低電平時，選擇命令；當RS為高電平時，選擇數(shù)據(jù)。RW是讀/寫選擇引腳，接單片機的一個I/O，當RW為低電平時，向LCD1602寫入命令或數(shù)據(jù)；當RW為高電平時，從LCD1602讀取狀態(tài)或數(shù)據(jù)。如果不需要進行讀取操作，可以直接將其接VSS。圖3-19寫操作時序圖執(zhí)行命令的使能引腳E，接單片機的一個I/O。D0—D7，并行數(shù)據(jù)輸入/輸出引腳，可接單片機的P0—P3任意的8個I/O口。如果接P0口，P0口應該接4.7K—10K的上拉電阻。如果是4線并行驅(qū)動，只須接4個I/O口。A背光正極，可接一個10—47歐的限流電阻到VDD。K背光負極，接VSS。第4章系統(tǒng)的軟件設計智能煤氣點火器功能的完整實現(xiàn)，除了需要必要的硬件電路設計和開發(fā)之外，相對應的軟件部分的設計和開發(fā)也是極其重要的。壓力檢測模塊程序、溫度檢測模塊程序、煙霧檢測模塊程序、顯示模塊程序的設計與STM32單片機以及硬件電路構(gòu)成了一個完整的系統(tǒng)，以致于智能煤氣點火器各項功能能夠正常實現(xiàn)。好的開發(fā)軟件對于程序的編寫和功能檢測也是有幫助的。Keil

是一款兼容單片機C語言軟件開發(fā)系統(tǒng)，Keil提供了包括C編譯器、宏匯編、鏈接器、庫管理和一個功能強大的仿真調(diào)試器等在內(nèi)的完整開發(fā)方案，通過一個集成開發(fā)環(huán)境（μVision）將這些部分組合在一起。與匯編語言相比，不僅在在功能上、結(jié)構(gòu)性、可讀性上有一定的有點，而且在可維護性上有明顯的優(yōu)勢。并且C語言易學易用，可以很快上手掌握。而Keil其方便易用的集成環(huán)境、強大的軟件仿真調(diào)試工具也為軟件程序的編寫提供了一個良好的平臺。首先便是在Keil上編寫程序，開發(fā)軟件，完成后對程序進行編譯，調(diào)試。沒有問題后可以將程序下載進單片機中進行功能上的調(diào)試，檢測是否契合單片機的功能，是否能夠正常實現(xiàn)功能。如若存在問題，應當再次對程序進行調(diào)試，直至智能煤氣點火器功能全部實現(xiàn)。智能煤氣加熱點火器的應用軟件程序主要包括：stm32單片機的操作系統(tǒng)軟件程序,系統(tǒng)軟件主應用程序,壓力變化檢測模塊對應子程序,溫度變化檢測控制模塊對應子程序,煙霧質(zhì)量檢測控制模塊對應子程序,顯示模塊對應子程序。4.1主程序設計基于STM32的智能煤氣點火器系統(tǒng)的主程序流程如下：首先，初始化各個系統(tǒng)的的子程序，定義變量并對壓力檢測模塊進行初始化，進行壓力檢測并將信號傳遞給主控制器，主控制器對測得的壓力做出判斷是否超過設定值，若超過設定值，主控制器做出反應，發(fā)光二極管自動點亮，達到模擬自動點火的功能。其次，對溫度檢測模塊進行初始化，進行溫度檢測并將信號傳遞給主控制器，主控制器將信號傳遞給顯示屏顯示。同時，對煙霧檢測模塊進行初始化，進行煙霧檢測并將信號傳遞給主控制器，主控制器對測得的煙霧濃度做出判斷是否超過設定值，若超過設定值，觸發(fā)蜂鳴器報警。主程序流程圖，如圖4-1所示。圖4-1主程序流程圖4.2子程序設計4.2.1壓力檢測模塊子程序設計壓力檢測模塊子程序的具體流程如下：首先，初始化壓力檢測模塊子程序，對實物的重量進行檢測，獲取實物重量的參數(shù)，獲取AD采樣數(shù)值，對獲得的參數(shù)加以計算，計算出實物實際的重量。將計算所得的數(shù)值轉(zhuǎn)換為電信號傳遞給主控制器，主控制器對測得的壓力做出判斷，判斷是否超過預先的設定值。主控制器將信號傳遞給顯示屏，顯示實際的重量。若未超過設定值，則不斷循環(huán)初始化，不斷接收新的參數(shù)并計算，傳遞給顯示屏顯示。若測得的壓力數(shù)值超過設定值，主控制器做出判斷，發(fā)出指令，控制發(fā)光二極管點亮，達到模擬自動點火的功能，之后一直點亮，不斷循環(huán)更新壓力參數(shù)，直到壓力恢復到設定值以下，二極管自動熄滅。壓力檢測模塊子程序的流程圖如4-2所示。圖4-2壓力檢測模塊子程序流程圖4.2.2溫度檢測模塊子程序設計基于STM32的智能煤氣點火器系統(tǒng)的設計中，溫度檢測模塊子程序的具體流程如下：首先對溫度檢測模塊進行初始化，進行溫度檢測并將測得的信號傳遞給主控制器，主控制器將信號傳遞給顯示屏，顯示屏顯示環(huán)境溫度，之后不斷循環(huán)更新溫度。溫度檢測模塊子程序流程圖如圖4-3所示。圖4-3溫度檢測模塊子程序流程圖4.2.3煙霧檢測模塊子程序設計煙霧檢測模塊子程序的具體流程如下：首先對煙霧檢測模塊進行初始化，進行煙霧檢測并將信號傳遞給主控制器，主控制器對測得的煙霧濃度做出判斷是否超過設定值，若濃度正常未超過設定值，則不斷循環(huán)初始化。若超過設定值，則觸發(fā)蜂鳴器報警，之后不斷循環(huán)。煙霧檢測模塊子程序流程圖如圖4-4所示。圖4-4煙霧檢測模塊子程序流程圖4.2.4顯示模塊子程序設計顯示模塊子程序的具體流程如下：首先對顯示模塊液晶顯示屏的I/O口進行初始化，從壓力傳感器處得到實物的壓力數(shù)據(jù)，從溫度傳感器處得到環(huán)境溫度的數(shù)據(jù)，從煙霧傳感器處得到煙霧濃度的數(shù)據(jù)，將所得到的數(shù)據(jù)一一顯示出來。之后不斷得到新數(shù)據(jù)，不斷循環(huán)初始化。顯示模塊子程序設計圖如圖4-5所示。圖4-5顯示模塊子程序第5章安裝與調(diào)試 設計基于STM32的智能煤氣點火器系統(tǒng)，需要在AltuimDesigner軟件上設計繪制好STM32單片機和各個模塊和設計電路的原理圖，完成原理圖的繪制后確認無誤，根據(jù)原理圖確定好所需要的元器件和模塊，對電路板進行布線和布局。根據(jù)所需要的清單圖對模塊進行加工，模塊加工完成后對模塊的引腳和電阻和導電情況進行檢測，沒有問題后可以開始元器件的焊接，焊接過程中對相關硬件進行檢測，防止出現(xiàn)錯焊虛焊的情況。電路焊接完成檢測無誤后可以開始通電測試。將編好的程序檢測完畢后，從開發(fā)軟件中下載到STM32單片機上，可以開始對該設計進行測試，對于不能正常實現(xiàn)的功能要及時檢查程序和硬件問題，直至調(diào)試成功。5.1硬件安裝與調(diào)試步驟如下：1、用萬用表檢測電阻的電阻值，確保和原理圖上的數(shù)值一致；2、用萬用表檢測各個模塊和元器件的引腳，確保沒有故障；3、對整個單片機板上的元器件進行合理布局和規(guī)劃，防止走線出現(xiàn)問題；4、開始焊接元器件，焊接時候注意美觀和整齊，細致焊接好引腳；5、完成焊接工作后，對元器